CN1309184C - 无线电接收机、无线电发射机以及阻抗控制方法 - Google Patents

Abstract

无线电接收机、无线电发射机以及阻抗控制方法。一种无线电接收机，其包括：多个天线振子，用于接收来自无线电发射机的无线电信号；设置部分，根据指令信号改变所述多个天线振子中的至少一个天线振子的阻抗；测量部分，用于对由于所述阻抗的变化而导致的接收信号的吞吐量的变化进行测量；以及指令部分，用于提供响应于所述测量的结果而改变的所述指令信号。

Description

无线电接收机、无线电发射机以及阻抗控制方法

技术领域

本发明总体上涉及无线电通信技术领域，更具体地涉及利用多个天线振子进行无线电通信的无线电接收机、无线电发射机以及阻抗控制方法。

背景技术

作为该技术领域中受到特别关注的技术，已知一种所谓的多输入多输出(MIMO)通信系统。开发该系统用于通过在发射端和接收端中的每一个上配备多个天线振子，在共用频带内同时发射对于各个天线振子的不同信号，来提高单位容量(即单位频率)的传输速率(bps/Hz)。上述容量也称为吞吐量。例如，欧洲专利申请公报No.1233565以及文献G.J.Foschini等，‘Simplified Processing for High Spectral EfficiencyWireless Communication Employing Multi-Element Arrays’IEEEJournal on Selected Areas in Communications，Vol.17，No.11，pp.1841-1852，1999年11月中公开了MIMO系统的通信方法。此外，文献Sirikiat Lek Ariyavisitakul，‘Turbo Space-Time Processing toImprove Wireless Cannel Capacity’，IEEE Trans.on Commun.Vol.48，No.8，2000年10月中公开了通过MIMO系统实现的吞吐量(容量)的多种表达等。

发明内容

在MIMO系统中，在假设发射机和接收机之间各个信道彼此独立的情况下可以最有效地增大容量。相反地，在信道间相关性(即，信道相关性)较高的通信环境(例如视线环境)中，很难增大容量，或者可能会降低可实现的容量。

对于这种情况，存在一种通过充分增大各个天线振子之间的距离来降低信道相关性的影响的技术。但是，如果采用了这种方法，设置多个天线振子所需的面积或尺寸总体上会增大，这在装置构造的小型化方面造成不利。

根据解决信道相关性的另一种技术，在传播信道的通路上设置一中继器，有意产生多路径波，使接收机处理多个路径，由此降低信道相关性的影响(对于该技术，参见文献Katsumi Sakai，Tsuyoshi Tamaki andTakashi Yano，‘Multi-point Repeating Transmission System accordingto MIMO system’，Electronic Information and Communication Society，Singaku-Giho，RCS2001-263)。但是，通过采用该技术，需要为每一个无线电基站提供中继器，这可能会增加所需的设备投资或者操作和维护所需的技术和经济负担。此外，可能会出现另一问题，例如处理自有中继器中的耦合环路干涉以及与另一中继器等的耦合环路干涉。

一般而言，当所接收的功率大时，所接收的信号中的以吞吐量高。但是，在信道相关性高的上述通信环境中，存在吞吐量不取决于接收功率的情况。在一些情况下，即使进行天线控制以增大接收功率，吞吐量也会下降。

为了解决这些问题中的至少一个问题而提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种无线电接收机、一种无线电发射机以及一种阻抗控制方法，通过其可以有效地降低在利用多个天线振子执行无线电信号发射或接收的无线电通信系统中由信道相关性导致的吞吐量下降。

根据本发明，

一种无线电接收机，其包括：

多个天线振子，用于接收来自无线电发射机的无线电信号；

设置部分，用于根据指令信号改变多个天线振子中的至少一个天线振子的阻抗；

测量部分，用于测量由于阻抗改变而导致的接收信号的吞吐量的变化；以及

指令部分，用于向设置部分提供响应于测量结果而改变的指令信号，

其中，所述测量部分包括：

功率测量部分，用于测量接收功率；以及

相关值测量部分，用于测量由不同天线振子接收的信号之间的相关值，并且

其中，所述测量部分根据所述接收功率和所述相关值获得所述吞吐量的变化。

因此，降低由于信道相关性而导致的吞吐量下降变得可能。

根据本发明，不仅针对接收功率，而且执行天线振子的阻抗控制以提高吞吐量。在根据本发明的这种配置中，不需要在无线电传播信道中设置中继器，因此，可以解决在现有技术中伴随中继器而产生的经济和技术问题。

因此，为了增大吞吐量，不仅考虑接收功率，还要考虑相关值。因此，通过很好地控制信道相关性来提高吞吐量变得可能。可以使用表示接收功率、相关值以及吞吐量之间的对应关系的表或数学公式来获得吞吐量以及吞吐量的变化量。

根据本发明的另一方面，通过对根据所采用的接收方法确定的均衡之后获得的信号功率进行测量，使高精度地测量接收功率变得可能，因此，高精度地估测吞吐量变得可能。

根据本发明的另一方面，使用多个驱动天线振子和设置在该多个驱动天线振子周围的至少一个无源(parasitic)天线振子，并通过可变阻抗元件将各个无源天线振子与基准电位相连。由于仅为无源天线振子提供要控制的可变阻抗，所以可以有效地减少要控制的对象的数量。因此，在装置构造的简化方面，采用这种无源天线振子是有利的。

另外，本发明不仅可应用于一对一的通信，而且可以应用于诸如由与多个用户进行通信的无线电基站执行的一对多的通信。在这种情况下，计算各个用户的吞吐量的变化量的线性组合，并且应该控制天线振子的阻抗，从而提高由此获得的线性组合。通过调节线性组合的线性组合系数，可以在向特定用户的通信提供优先级的同时提高总的吞吐量。

由此，根据本发明，在利用多个天线振子执行无线电信号的发射或接收的系统中，可以有效地降低由于信道相关性而导致的吞吐量下降。

附图说明

当参照附图阅读以下的详细说明时，本发明的其他目的和进一步的特征将变得更加明了。

图1表示关于根据本发明一个实施例的无线电接收机的主要功能的功能性方框图；

图2表示本发明的实施例中的操作流程图；

图3表示根据图2所示的流程图执行的操作；

图4表示沿着时间轴的图2中所示操作的一个示例；

图5表示本发明的实施例中的其他操作的流程图；

图6表示驱动天线振子和无源天线振子之间的位置关系；

图7表示根据本发明实施例的包括无线电接收机和无线电发射机的无线电通信系统的总体构造；

图8表示用于向各个用户分配通信资源的资源分配表；以及

图9表示根据本发明实施例的包括无线电接收机和无线电发射机的另一无线电通信系统的总体构造。

具体实施方式

图1表示根据本发明一个实施例的无线电接收机的功能性方框图。在图1中，显示了无线电接收机的多个部分/部件之间与本发明特别相关的功能性方框图。无线电接收机100包括多个天线振子104和106，天线振子104和106用于接收从无线电发射机的发射天线102发射的无线电信号。为简便起见，将发射天线102表示为单个元件。但是，也可以接收从多个天线振子发射的信号。在图1中，作为多个天线振子，设置有两个驱动天线振子104和两个无源天线振子106。但是，通常可以设置任意数量的天线振子。但是，为了在MIMO系统中执行通信，需要至少两个驱动天线振子。

通过可变阻抗元件108将各个无源天线振子106连接到基准电位(例如，连接到地电位)。另外，可以通过阻抗设置部分110改变各个可变阻抗元件108的阻抗。阻抗一般包括电阻分量和电抗分量。在本实施例中，电阻分量是固定的而电抗分量是变化的。例如可通过改变相关电容器的电容来改变电抗分量。

无线电接收机100包括与各个驱动天线振子104相连的信道估测部分112。可通过信道估测部分112执行信道估测，作为由于对所采用的传播信道正在进行测量而导致的通过各个天线振子接收的接收信号在幅值、延迟或相位方面的变化的结果。例如，利用插入到各个帧中的已知信号或基准信号来执行信道估测。将通过驱动天线振子104接收的信号与信道估测结果一起输入到数据接收部分113。数据接收部分113执行均衡处理(例如各个信道的相位旋转、信号合并等)、用于从包括纠错码的接收信号中进行恢复的常规处理等。

此外，无线电接收机100包括连接到信道估测部分112的输出端子的阻抗控制部分114，信道估测部分112可以用作为‘测量部分’。阻抗控制部分114具有对控制部分114中所包括的各个元件进行控制的控制器部分116。阻抗控制部分114具有用于测量接收信号的功率电平的功率测量部分118。阻抗控制部分114具有用于计算关于通过各个天线振子接收的信号的相关值的相关值计算部分120。阻抗控制部分114具有优先级设置部分124，该优先级设置部分124用于考虑关于各个用户的通信的优先级来控制接收操作。另外，阻抗控制部分114具有存储器部分126，该存储器部分126存储有阻抗控制所需要的各类信息。例如，所存储的信息包括表示功率值、相关值和吞吐量之间的对应关系的表信息。此外，如果必要，可以准备其他表信息，以应用到可以改变空间多路复用数量、调制级别、编码速率等以实现更精确的吞吐量测量的情形。可以通过实验方法或通过模拟方法来预先获得这些表信息。

无线电接收机100具有阻抗指令部分128，该阻抗指令部分128生成指令信号，该指令信号用于表示如何根据阻抗控制部分114的输出改变各个可变阻抗元件108的阻抗，并且该阻抗指令部分128将由此获得的信号提供给多个阻抗设置部分110中的对应一个。该指令信号可以是数字信号或者模拟信号，并可以根据特定用途适当地选择其中的一种。

尽管阻抗控制部分114包括所示的多个功能块，但不必执行与此对应的所有操作。可将根据本发明的阻抗控制部分114构造成仅执行与这些块的一部分相对应的操作。另外，可以将阻抗控制部分114构造成使其可以包括除所示功能块以外的其他功能块。

图2表示由图1所示的无线电接收机100执行的操作的一个示例的流程图200。一般地，流程图200的操作是使无线电接收机100可以在接收无线电信号的同时适当地调节各个可变阻抗元件108的值，并提高接收信号的吞吐量。

在步骤202中，执行各个参数的初始化。例如，将所有可变阻抗元件的阻抗设定为初始值。在本实施例中，通过阻抗设置部分110将两个可变阻抗元件108的阻抗y₁和y₂设定为初始值(例如，y₁＝y₂＝y_init)。‘mp’是用于区分控制对象108的参数。在本实施例中，mp＝1、2。

在步骤204中，将第一可变阻抗108的阻抗y₁改变预定量Δy。多个天线振子104和106在相互影响的同时接收无线电信号。当改变第一无源天线振子106的阻抗y₁时，可能由此会影响到由各个驱动天线振子104接收的信号的强度或相位。

在步骤206中，对由此改变阻抗y₁之后接收的信号的接收功率和相关值进行测量。在控制器部分116的控制下，主要通过功率测量部分118和相关值测量部分120来执行这些操作。首先，功率测量部分118根据以下公式(1)计算由各个驱动天线振子104接收的接收功率值Sn(n＝1、2)：

$S_n=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{\mathrm{mn}}\left(l\right)\right|}^2---\left(1\right)$

在此，‘n’(＝1、2)是用于区分驱动天线振子104的参数。‘M’表示驱动天线振子的数量，在本实施例中，M＝2。‘1’表示用于区分相关无线电信道中所包括的多路径信道中的对应信道的参数，并且在本实施例中，假设从先行波(1＝1)开始按顺序存在L个路径。‘h_nm(1)’表示关于在发射端的第n个天线和接收端的第m个天线之间的第1个路径(信道)的信道状态信息。此外，可以定义具有h_nm(1)(1＝1、2…L)作为矢量分量的脉冲响应矢量h_nm＝(h_nm(1)，h_nm(2)，…，h_nm(L))^T，其中T表示转置。

然后，相关值测量部分120通过以下公式(2)计算相关值C_o，n(n＝1、2)：

$C_{o,n}=\frac{h_{\mathrm{mn}}\·h_{m^{\′}n}}{\left|h_{\mathrm{mn}}\right|\·\left|h_{m^{\′}n}\right|}---\left(2\right)$

该相关值C_o，n表示相对于发射端的一个天线n在接收端的两个天线振子m和m’之间的相关性。也可以获得相对于接收端的一个天线m在发射端的两个天线振子n和n’之间的相关性，如以下公式(3)所示：

$C_{o,m}=\frac{h_{\mathrm{mn}}\·h_{{\mathrm{mn}}^{\′}}}{\left|h_{\mathrm{mn}}\right|\·\left|h_{{\mathrm{mn}}^{\′}}\right|}---\left(3\right)$

根据本实施例，根据上述公式(2)获得相关性。如从相关值的定义可见，当两个脉冲响应矢量正交时相关值变为0，而当两个脉冲响应矢量相互如此接近地一致以使得无法彼此区分时相关值变为最大值1。

在步骤208中，利用接收功率Sn和由此计算的相关值C_o，n，获得吞吐量的变化ΔT_h。如以下公式(4)所示，可以将每单位频率的传输速率(bps/Hz)的吞吐量或容量T_h视作依赖于接收功率Sn和相关值C_o，n的函数：

                   T_h＝T_h(Sn，C_o，n)                 …(4)

从预先存储在存储器部分126中的表中可以获得对于给定的接收功率Sn和相关值C_o，n的吞吐量T_h的值。也可以利用数学公式来获得吞吐量的值，后面将对该情况进行说明。根据步骤204中提供的阻抗变化之前和之后获得的吞吐量T_h可以获得差值ΔT_h。换句话说，应该在执行步骤204之前获得吞吐量。但是，在提供第一功率时或者通信开始的时刻没有得到吞吐量的前一个测量值的情况下，可以仅执行吞吐量的测量而不执行阻抗的改变。

在步骤210中，将曾在步骤204中改变的阻抗值恢复为初始值。该操作是可选的，因此可以省略。但是，在稍后描述的在步骤214和216中将阻抗改变相同的量(μΔy)以更新该阻抗的情况下，优选地执行该操作。

在步骤212中，确定是否由于在步骤204中改变了阻抗而使吞吐量增大。当吞吐量增大(ΔT_h≥0)时，执行步骤214，并且将阻抗值增大第二预定量μΔy。另一方面，当吞吐量减小(ΔT_h＜0)时，执行步骤216，并且将阻抗值减小第二预定量。

在步骤218中，增大用于区分无源天线振子108的值‘mp’，该处理返回到步骤204，由此对其他可变阻抗元件重复相同的处理。在步骤218中，Mp表示要控制的可变阻抗元件的数量，在该示例子，Mp＝2。‘mod(mp+1，Mp)’表示下述的函数，即当mp+1的值不大于Mp时该函数返回值mp+1本身，而当mp+1的值大于Mp时该函数返回由mp+1除以Mp而得到的余数。

图3表示根据上述流程图200执行的操作。基于在步骤204中改变阻抗之前获得的接收功率Sn和相关值C_o，n来获得吞吐量T_h(图中的当前工作点)。然后，基于在步骤204中改变阻抗之后获得的接收功率Sn和相关值C_o，n来获得吞吐量T_h(更新后的工作点)。在步骤212中，确定由此获得的吞吐量的改变方向。当吞吐量增大时，优选地，以相同的方向(+Δy的方向)改变阻抗。因此，在步骤214中，以该方向将阻抗改变第二预定量(即，+μΔy)。相反地，当吞吐量响应于阻抗的变化而下降时，以相同的方向改变阻抗是不理想的，因此，在步骤216中沿相反方向将阻抗改变第二预定量(即，-μΔy)。对各个可变阻抗元件重复该操作，因此，可以更新工作点以提高吞吐量。可以将最陡梯度算法(steepestgradient algorithm)等应用于适当地设定‘μ’值和‘Δy’值，以确定步骤214或216中所采用的更新步长。

图4表示沿时间轴的图2中所示的操作的一个示例。如图所示，无线电接收机100连续接收包括报头(preamble)部分P和数据部分D的多个帧，报头部分P包括已知信号或接收端已知的基准信号。利用该已知信号，无线电接收机可以执行信道估测。具体地，为了测量接收功率和相关值并确定吞吐量，需要至少1帧的持续时间。为了获得在改变阻抗之前和之后的吞吐量，需要至少2帧，因此，在步骤204到214或216中更新阻抗值之前，需要至少2帧的持续时间。换句话说，可以每隔两帧调节一个不同的可变阻抗元件。

图5表示由图1中所示的无线电接收机100执行的操作的另一个示例的流程图500。总的来说，除了以下方面以外流程图500和图2中所示的流程图相同：在流程图500中，在将阻抗改变了第二预定量μΔy之后，再次测量吞吐量的变化，此后，当作为测量结果该吞吐量没有增大时，取消该阻抗曾改变的第二预定量。

在步骤502中，对各个参数进行初始化。例如，将两个可变阻抗元件的阻抗y₁、y₂设置为初始值(例如，y₁＝y₂＝y_init)。

在步骤504中，将第一可变阻抗元件108的阻抗y₁改变第一预定量Δy。

在步骤506中，对由此改变阻抗之后所接收的信号的接收功率和相关值进行测量。这些操作是在控制器部分116的控制下主要由功率测量部分118和相关值测量部分120执行的。功率测量部分118根据上述公式(1)计算由多个驱动天线振子104中的对应一个接收的接收功率值Sn(n＝1、2)。相关值测量部分120根据上述公式(2)测量相关值C_o，n(n＝1、2)。

在步骤508中，利用由此计算的接收功率Sn和相关值C_o，n，计算相对于先前获得的吞吐量的吞吐量变化ΔT_h。可将预先存储在存储器部分126中的表用于获得对于给定的接收功率Sn和相关值C_o，n的吞吐量T_h。

在步骤510中，通过减去曾增加的第一预定量Δy将曾在步骤504中改变的阻抗值恢复为初始值。

在步骤512中，确定吞吐量是否响应于步骤504中给出的阻抗变化而真正增大。当吞吐量增大(ΔT_h≥0)时，执行步骤514，并且随后将阻抗值增大第二预定量μΔy。

在步骤516中，随后确定吞吐量是否响应于步骤514中给出的阻抗变化而真正增大。当在步骤516中确定吞吐量增大(ΔT_h≥0)时，结束当前的可变阻抗的控制，并执行步骤518。

在步骤518中，增大用于区分无源天线振子108的参数m的值，该处理返回到步骤504，并对其他可变阻抗元件重复相同的处理。另一方面，当在步骤516中确定吞吐量没有增大(ΔT_h＜0)时，该处理随后进行到步骤520。

在步骤520中，将阻抗值减小第二预定量。换句话说，取消在步骤514中执行的阻抗变化，并将阻抗值恢复为在步骤514中给出的变化之前的初始值。然后，执行步骤518。假设μ≤1，并且在步骤512和516的对应测量操作之间没有明显改变通信环境，则步骤516和520中的流程没有意义。但是，通常μ＞1，并且由此第一预定量(Δy)和第二预定量(μΔy)彼此不同。因此，即使吞吐量响应于在步骤504中将阻抗改变第一预定量而增大时，吞吐量也不必响应于在步骤514中将阻抗改变第二预定量而增大。在当前工作点是已达到的极值点的情况下，当工作点偏离当前工作点时吞吐量可能反而下降。在这方面，同样在步骤514中更新阻抗值之后，优选地在步骤516中再次测量吞吐量的变化。当此时吞吐量如所期望地增加(步骤516中的是)时，则执行步骤518。反之则执行步骤520，并且在步骤520中，如上所述执行在步骤514中曾执行的操作的取消操作。

当确定在步骤512中吞吐量没有提高时，执行步骤522。从步骤522开始，执行与从步骤514开始相同的处理。也就是，在步骤522中更新阻抗值之后，在步骤524中再次验证吞吐量的变化。然后，当证实吞吐量如所期望的那样提高(步骤524中的是)时，执行步骤518。否则，执行步骤526，并且如所示的那样执行在步骤522中曾执行的操作的取消操作。

尽管图1所示的多个天线振子104和106的空间设置可以采用各种设置，但是优选地采用可以有效降低信道相关性的设置。

图6表示驱动天线振子602、604和可能的无源天线振子的位置关系。如图所示，驱动天线振子602和604并排设置并在两者之间具有间隔。如图中的实曲线606和608所表示，各个驱动天线振子602和604具有大约在-90度到+90度之间的方向范围内的方向性。假设无源天线振子设置在由所示的点1表示的位置，该位置位于对于各个驱动天线振子602和604使得增益相对小的方向。因此，在这种情况下，由设置在该位置的无源天线振子所导致的多路径分量(来自无源天线振子的反射波)表现为对驱动天线振子602和604影响很小的来波。与此相反，假设无源天线振子设置在由所示的点2表示的位置，该位置位于对于各个驱动天线振子602和604使得增益相对大的方向。因此，在后一种情况下，由设置在该位置的无源天线振子所导致的多路径分量(来自无源天线振子的反射波)表现为对驱动天线振子602和604影响相对大的来波。为了利用由无源天线振子所导致的反射波来区分来波，并且利用该反射波来降低信道相关性的影响，优选地，将该无源天线振子设置在点2的位置而不是点1的位置。

尽管在上述示例中没有假设无源天线振子具有方向性，但是也可以采用具有方向性的无源天线振子。通过提供沿着朝向一个驱动天线振子的方向具有高方向性而沿着朝向另一个驱动天线振子的方向具有低方向性的无源天线振子，可以进一步降低信道相关性。

接下来，对将根据本发明的阻抗控制方法应用于无线电发射机的示例进行说明。首先，在以分时方式区分上行链路信道和下行链路信道并因此使用公共频率的TDD型通信系统中，可以在数据发送时和数据接收时采用公共阻抗值。换句话说，对数据发送的情况也可以采用与应用到上述无线电接收机100相同的阻抗控制方法。但是，在TDD型通信系统以外的通信系统中，由于不能对数据发送和数据接收采用共同的阻抗控制方法，所以应该采用另一控制方法。

图7表示根据本发明实施例的包括无线电接收机和无线电发射机的无线电通信系统的总体构造。无线电通信系统700包括无线电发射机702和无线电接收机704。无线电发射机702具有多个天线振子706和708。该多个天线振子包括两个驱动天线振子706和两个无源天线振子708。通过可变阻抗元件710将各个无源天线振子708连接到基准电位(例如，地电位)。通过多个阻抗设置部分712中的对应一个适当地设置可变阻抗元件710的阻抗。阻抗指令部分714提供指令信号，该指令信号用于提供关于要设置的各个可变阻抗元件710的特定阻抗值的指令。

无线电接收机704具有用于接收无线电信号的多个驱动天线振子716。将通过多个驱动天线振子716接收的信号分别输入到信道估测部分718。从而根据相关传输信道调节信号的幅值和相位。将来自各个信道估测部分718的输出输入到功率测量部分720和相关值测量部分722。尽管为简便起见进行了省略，但无线电接收机704可以具有与以上参照图1所述的阻抗控制部分114相同的阻抗控制部分。

此外，上述无线电通信系统700可以执行以上参照图2或5所述的操作。但是，应该注意到，无线电发射机702和无线电接收机704以协作的方式执行该系列处理。首先，无线电发射机702改变多个可变阻抗元件710之一的阻抗(图2中的步骤204)，并发送无线电信号。然后由无线电接收机704接收该无线电信号，无线电接收机704随后在功率测量部分720中测量该信号的功率，在相关值测量部分722中测量该信号的相关值(步骤206)，获得先前值和当前值之间的吞吐量的差异(步骤208)，并确定此后如何改变阻抗值(步骤210)。然后，无线电接收机704通过作为无线电信道的反馈信道将所确定的结果发送到无线电发射机702中的阻抗指令部分714。基于该反馈信息，在阻抗指令部分714中执行阻抗更新操作(步骤214和216)。

尽管由无线电接收机704执行接收功率和相关值的测量、吞吐量变化方向的确定等，但在如上所述的该示例中，由无线电发射机702执行阻抗指令信号的生成等，这样的角色分配与本发明不相关。这些操作的全部或部分可以由无线电接收机或无线电发射机执行。相关的是，基于通过无线电接收机704中的天线振子所接收的信号，执行无线电发射机中的天线振子的阻抗控制。

下面参照图1说明另一实施例。在上述示例中，采用各个天线振子的L个多路径分量来测量接收功率和相关值。但是，在本实施例中，根据所采用的数据接收方法(均衡方法)来执行功率测量，而不是直接利用L个多路径分量的功率测量(根据上述公式(1))。这是因为有效获得的接收功率取决于所采用的数据接收方法。例如，在利用MMSE(最小均方差)滤波器执行数据接收的情况下，可以利用MMSE滤波器系数和信道估测值确定在进行均衡之后获得的接收功率。此外，在采用V-BLAST(垂直-贝尔实验室分层空时体系结构)或加速(turbo)均衡方法的情况下，可以获得预期以对应的数据接收方法最终获得的各个流的接收功率。

在上述实施例中，利用存储在存储器部分126中的表获得吞吐量T_h。但是，使用这样的表与本发明是不相关的，也可以利用以下公式(5)获得吞吐量或信道容量：

$T_h={\log }_2\det [I+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}{\mathrm{HH}}^H]---\left(5\right)$

将利用公式(5)获得的吞吐量称为“香农(Shannon)容量”。在此，‘I’表示M×M形式的单位矩阵。‘σ²’表示噪声功率密度。‘H^H’表示信道矩阵H的共轭转置矩阵。因此，HH^H变成M×M形式的方阵。为了简便，上述公式(5)表示总路径数L＝1的情况。基于所接收的信号获得信道矩阵H(公式(6))，以使上述吞吐量T_h变为最大的方式执行阻抗控制。

尽管在上述实施例中假设进行一对一的无线电通信，但根据本发明的阻抗控制方法也可以扩展地应用于一对多通信(例如，与多个移动终端(用户)进行通信的无线电基站的通信)的情况。

图8表示用于对各个用户分配通信资源的资源分配表的示例。一个帧具有四个时隙的持续时间，每个时隙可以同时由通过三个频率区分的三个用户使用。在无线电基站和各个用户之间，可以存在对于各个用户的阻抗最佳值(使与用户的通信的吞吐量最大的阻抗)。但是，对于无线电基站来说很难同时满足所有用户。然后，在本实施例中，如以下公式(7)所示计算各个用户的吞吐量的线性组合(吞吐量之差的线性组合)，并以使其总和最大的方式进行控制。由此，提高了整个系统的吞吐量而非各个特定用户的通信的吞吐量。也就是，计算出

$\mathrm{\ΔT}\_\mathrm{total}=\underset{n\∈G}{\mathrm{\Σ}}{w}_n{\mathrm{\ΔT}}_n---\left(7\right)$

并以使‘ΔT_total’增大的方式进行阻抗控制。在此，‘n’表示用于区分各个用户的参数，‘G’表示与无线电基站进行通信的所有用户的集合。‘w_n’表示线性组合的组合系数，即，为各个用户指定的权值或优先级。如以下所述(如以下项(a)至(e))，依据特定目的或特定用途可以采用各种方法来确定如何设定权值w_n。通过图1中所示的优先级设置部分124执行权值w_n的设定或计算。

(a)首先，可以将所有权值w_n中的每一个固定为‘1’，得到各个时隙的吞吐量之差的总和，并使该总和最大。例如，对于第一时隙，计算ΔT_total＝ΔT₁+ΔT₅+ΔT₉(参见图8)。然后，以使该计算结果变得最大的方式执行控制。此后，对各个时隙重复相同的操作。由此，可以简化并合理地提高整个系统的吞吐量。

(b)也可以根据通信速率设定上述公式(7)中的权值w_n。例如，可以采用‘w_n∝max(Rr-Rp，0)’。在此，‘Rp’表示可为相关用户提供的最大通信速率，‘Rr’表示相关用户请求的通信速率。由此，可以向其请求没有满足的用户提供优先级。向这种用户提供的通信速率通常是最大通信速率Rp，因此该用户的通信对整个系统的吞吐量(bps/Hz)影响更大(而不是那些其通信请求被满足的用户)。因此，通过向其请求没有满足的用户提供优先级，可以有效地提高整个系统的吞吐量。

(c)可以将上述公式(7)中的权值w_n与发送功率量Pa，n相关联，Pa，n表示可为相关用户进一步增大的发送功率的值。例如，可以采用‘w_n∝(Pa，n+C)^-1’。这里0≤Pa，n＜Pmax，Pmax表示要发送给相关用户的最大可用功率，该用户的当前发送功率由‘Pmax-Pa，n’表示。‘C’是用于防止分母为0的正常数。通过采用这样的权值，对适于用户的值控制天线阻抗，从而可以为发送功率不能进一步增大的用户(具有小的Pa，n)保持通信质量。另一方面，对于可以进一步增大发送功率的用户，增大功率以使得可以保持通信质量。

(d)也可以根据信道改变的程度来设定上述公式(7)中的权值w_n。例如，对于移动非常快的用户，对于该用户来说帧之间的信道变化较大，并且对于这种用户，可以说根据本发明的吞吐量提高可能不够有效。于是，可以采用‘w_n∝(ΔHn+C)^-1’。这里，‘ΔHn’表示用户n的信道估测值的差(即，根据一帧获得的已知信号的数据接收电平与根据后续帧获得的已知信号的数据接收电平之间的差)。‘C’表示用于防止分母为0的正常数。通过采用这样的权值，可以向信道变化小的用户(而不是信道变化相对大的用户)提供优先级。因此，可以有效地提高整个系统的吞吐量。

(e)也可以基于通信类型(例如，实时通信、非实时通信、流式通信等)、计费方法等设定上述公式(7)中的权值w_n。

如上所述，当针对整个系统的吞吐量的提高时可能会使一些用户的通信状况恶化。但是，当在优先级设置部分124中设置权值w_n时或者当阻抗指令部分128给出指令时可以估测这种情况。然后，为了以适于后续帧的估测通信状态的方式实现无线电发送，可以将发送功率控制信号(例如，提供指令以增大发送功率的信号)发送给相关用户，如图9所示。另外，在适应性地改变实际采用的调制方法(M)或编码速率(R)的同时进行通信的情况下，除了上述传输功率控制信号以外，还通过上述反馈信道以反馈的方式将适于后续帧的调制方法或编码速率的信息作为MCS(调制和编码方案)控制信号发送给发送端是有利的。通常，在这些参数和吞吐量T_h之间保持由以下公式表示的关系：

                T_h＝(1-FER)×M×R×N_TX

这里，‘FER’表示帧误码率，‘N_TX’表示天线振子的数量。

如上所述，根据本发明的实施例，不仅考虑接收功率而且以可以实际增大吞吐量的方式执行阻抗控制。因此，由于在无线电传输信道的通路中没有设置中继器，所以可以消除会产生的关于中继器的经济和技术问题。

另外，由于不必将天线振子彼此宽间隔地设置，所以可以使整个装置小型化。尤其是，利用天线振子的方向性，由于例如可以在驱动天线振子之间设置无源天线振子，所以可以有效地缩短天线振子之间的间隔。

另外，根据本发明的实施例，由于旨在不仅考虑接收功率而且考虑相关值以提高吞吐量，所以可通过很好地控制信道相关性来提高吞吐量。可以利用表示接收功率、相关值和吞吐量之间的对应关系的表或者利用数学公式来获得吞吐量以及吞吐量的变化量。

根据本发明的实施例，可以利用在根据相关数据接收方法对其进行均衡之后所获得的信号功率，以高精度测量接收功率，由此可以以高精度估测吞吐量。

根据本发明的实施例，使用了多个驱动天线振子和设置在这些驱动天线振子周围的至少一个无源天线振子，并且各个无源天线振子通过可变阻抗元件连接到基准电位。由于仅对无源天线振子提供要控制的可变阻抗元件，所以可以有效地减少控制对象的数量。因此，在装置构造的简化方面，使用无源天线振子是有利的。在这方面，包括一个无源天线的构造比将所有天线振子用作为驱动天线振子的另一构造要有利。

根据本发明的实施例，不仅可以提供一对一通信，而且可以提供一对多通信(例如，与多个用户进行通信的无线电基站的通信)。在这种情况下，计算各个用户的吞吐量变化的线性组合，并且以可以增大线性组合的方式进行天线振子的阻抗控制。通过适当地调节线性组合的组合系数，可以提高整个系统的吞吐量同时为特定用户提供优先级。

另外，本发明并不限于上述实施例，并且在不脱离所要求保护的本发明的基本原理的情况下可以进行多种变化和修改。

本发明基于2003年7月25日提交的日本在先申请No.2003-202002，通过引入将其全部内容包含于此。

Claims (10)

1.一种无线电接收机，其包括：

多个天线振子，用于接收来自无线电发射机的无线电信号；

设置部分，用于根据指令信号改变所述多个天线振子中的至少一个天线振子的阻抗；

测量部分，用于对由于所述阻抗的变化而导致的接收信号的吞吐量的变化进行测量；以及

指令部分，用于提供响应于所述测量的结果而变化的所述指令信号，

其中，所述测量部分包括：

功率测量部分，用于测量所述接收信号的接收功率；以及

相关值测量部分，用于对通过所述多个天线振子中的不同天线振子接收的信号之间的相关值进行测量，并且

其中，所述测量部分根据所述接收功率和所述相关值获得所述吞吐量的变化。

2.根据权利要求1所述的无线电接收机，还包括：

存储器部分，用于存储表示所述接收功率、所述相关值以及所述吞吐量的相应值之间的对应关系的表信息。

3.根据权利要求1所述的无线电接收机，还包括：

均衡滤波器，用于对所述接收信号进行均衡处理；以及

功率测量部分，用于基于由此进行均衡之后的所述接收信号来测量所述接收信号的功率。

4.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中：

所述多个天线振子包括多个驱动天线振子和至少一个无源天线振子。

5.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中：

所述测量部分对多个用户中进行通信的各个用户的吞吐量的线性组合的变化进行测量。

6.根据权利要求5所述的无线电接收机，其中：

基于与各个用户进行通信的优先级来确定所述线性组合的组合系数。

7.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中：

所述指令部分将在所述测量过程中已估测的发送功率、调制方法和编码速率中的至少一个的信息作为反馈信号通过无线电信道提供给无线电发射机。

8.一种无线电发射机，其包括：

多个天线振子，用于向无线电接收机发射无线电信号；以及

设置部分，用于根据反馈信号改变在所述多个天线振子中所包括的至少一个天线振子的阻抗，其中：

所述无线电接收机包括：

测量部分，用于对由所述阻抗的变化导致的接收信号的吞吐量的变化进行测量；以及

指令部分，用于根据所述测量的结果通过无线电信道将所述反馈信号提供给所述设置部分，

其中，所述测量部分包括：

功率测量部分，用于测量所述接收信号的接收功率；以及

相关值测量部分，用于对通过所述多个天线振子中的不同天线振子接收的信号之间的相关值进行测量，并且

其中，所述测量部分根据所述接收功率和所述相关值获得所述吞吐量的变化。

9.一种阻抗控制方法，包括以下步骤：

a)将用于接收无线电信号的多个天线振子中的至少一个天线振子的阻抗改变第一预定量；

b)对由所述阻抗的变化导致的接收信号的吞吐量的变化进行测量；以及

c)根据所述测量的结果将所述阻抗改变第二预定量，

其中，所述步骤b)包括：

测量所述接收信号的接收功率；以及

对通过所述多个天线振子中的不同天线振子接收的信号之间的相关值进行测量，并且

其中，根据所述接收功率和所述相关值获得所述吞吐量的变化。

10.根据权利要求9所述的阻抗控制方法，还包括以下步骤：

d)对由所述步骤c)中执行的阻抗变化导致的接收信号的吞吐量变化进行测量；以及

e)响应于所述步骤d)的测量结果，将曾在所述步骤c)中改变了所述第二预定量的所述阻抗值恢复为所述步骤c)之前的值。

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