CN1808940A - 无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

公开了一种无线通信系统，它执行在一对具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，包括所述发射机和接收机。在该系统内，将多个空间信道划分成一组或多组，发射机以时分方式为每组接连地发射与空间信道对应的参考信号，接收机获取其列矢量是根据每组的参考信号获得的空间信道的传递函数的信道矩阵，并使用根据该信道矩阵获得的接收加权空间分用接收信号。

Description

无线通信系统、无线通信设备、 无线通信方法和计算机程序

相关申请的交叉引用

本发明包含与在2005年1月21日向日本特许厅提交的日本专利申请JP 2005-014607相关的主题，其全部内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，用于在多个无线站之间实现宽带无线传输，如通常在无线LAN(局域网)或PAN(个人区域网)内所执行的。具体而言，本发明涉及无线通信系统，无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们通过执行MIMO(多输入多输出)通信扩展传输容量，所述MIMO通信通过使用空间复用在一对多天线发射机和多天线接收机之间形成多条逻辑信道。

更具体地，本发明涉及无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们使用大量发射/接收天线对执行MIMO传输以获得很大的传输容量。具体而言，本发明涉及无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们在具有大量发射/接收天线对的大量MIMO通信系统内，使用通过避免与扩展信道矩阵获取区域相关的传输信道变化的影响而获得的更准确的接收加权，执行空间复用。

背景技术

近年来，在以IEEE 802.11和IEEE 802.15代表的无线LAN或PAN上已经进行了积极的研究和开发。IEEE 802.11a标准支持实现高达54Mbps的通信速度的调制方案。然而，需要能够实现更高比特率的其它标准。IEEE 802.11n的目标是开发一种允许超过100Mbps的有效吞吐量的无线LAN技术和建立下一代无线LAN标准。

作为用于实现更高速无线通信的技术，MIMO(多输入多输出)通信开始受到重视。在MIMO通信方案中，发射机将发射数据分配给多个天线，并通过多个虚拟MIMO信道予以发射，接收机通过处理由多个天线接收的信号获得接收数据。以这种方式，MIMO通信方案利用信道特性，且不同于单发射/接收自适应阵列。MIMO通信能够根据天线的数量提高信道容量，而不增加频带，相应地，具有更高的频率使用效率。

图5概念地图示MIMO通信系统的配置。如图5所示，每个发射机和接收机都安装有多个天线。发射机时空编码多个发射数据流，复用编码数据，将复用信号分配给M个天线，并将它们发送到多个MIMO信道上。接收机通过MIMO信道利用N个天线接收复用的发射信号，时空解码所接收的发射信号以获得接收数据。在这种情况下，信道模型包括发射机周边的无线电环境(传递函数)、信道空间结构(传递函数)和接收机周边的无线电环境(传递函数)。在MIMO通信系统内获得的MIMO信道的数量通常匹配发射天线的数量M和接收天线的数量N两者中的较小者，即min[M，N]。

在发射复用信号之前，发射机发射训练信号，例如以时分方式为每个天线发射，接收机使用它来执行信道估计。在另一端上，接收机使用训练信号在信道估计单元上执行信道估计，计算与该天线对对应的信道信息矩阵H。根据所获得的信道信息矩阵H的逆矩阵H^-1，接收机获得接收加权。

在接收加权训练之后，发射机时空编码多个发射数据流，复用编码数据，将复用信号分配给M个天线，和将它们发送到多个MIMO信道上。接收机通过MIMO信道利用N个天线接收复用的发射信号，时空解码所接收的发射信号以空间分用每个MIMO信道的接收信号。从天线发送的复用信号包含串扰。然而，接收机能够使用根据信道信息矩阵H的逆矩阵H^-1获得的接收加权通过适当的信号处理，在没有串扰的情况下正确地提取空间复用信号，即改善信噪比以提高解码的确信度。

虽然已经建议了多种MIMO传输配置方案，但是在实施中如何根据天线配置在发射机和接收机之间交换信道信息是显著的问题。

在交换信道信息的情况下，很容易实现一种仅从发射机向接收机发送已知信息(前同步码信息)的方法。在这种情况下，发射机和接收机相互独立地执行空间复用传输。这称作开环MIMO传输方案。作为开环类型的扩展，存在用于通过从接收机向发射机反馈前同步码信息，在发射机和接收机之间建立理想的空间正交信道的闭环MIMO传输方案。

开环MIMO传输方案可以包括V-BLAST(垂直贝尔实验室分层空间时间)方案(例如参见专利文献1)。发射机简单地复用每个天线的信号并予以发射，而不提供天线加权因数矩阵。换句话说，完全省略用于获得天线加权因数矩阵的反馈程序。在发送复用信号之前，发射机例如以时分方式为每个天线插入训练信号，接收机使用它执行信道估计。在另一端上，接收机使用训练信号在信道估计单元上执行信道估计，计算与该天线对对应的信道信息矩阵H。通过巧妙地组合迫零和消除，利用消除导致的每个天线的自由度提高信噪比，和提高解码的确信度。

作为闭环MIMO传输的理想形式，使用传播函数的奇异值分解(SVD)的SVD-MIMO方案是已知的(例如参见非专利文献1)。在SVD-MIMO传输中，通过执行数值矩阵的奇异值分解获得UDV^H，所述数值矩阵的单元表示与相应天线对对应的信道信息，即信道信息矩阵H，并应用发射天线加权因数矩阵V和接收天线加权因数矩阵U^H。因而，将每个MIMO信道表示为对角矩阵D，该对角矩阵D包括用第i空间信道的奇异值λ_i的平方根表示的对角单元，并可以复用信号以在没有任何串扰的情况下予以发送。在这种情况下，可以在发射机和接收机上同时实现空间分割的(即空间正交复用的)逻辑上独立的多个传输信道。根据SVD-MIMO传输方案，可以在理论上实现最大的信道容量。例如，如果发射机和接收机分别具有两个天线，则可以最多使传输容量加倍。

在房间内构造无线网络的情况下，形成多径环境，其中接收机接收直接波、多个反射波和延迟波的叠加。针对延迟失真的主要对策可以包括多载波传输方案，例如OFDM(正交频分复用)。例如，作为应用MIMO传输的LAN系统的IEEE 802.11a/n采用OFDM调制方案。

如上面所描述的，在与开环类型或闭环类型无关的MIMO通信系统内，接收机的基本操作是使用从发射机发射的参考信号获得信道矩阵H，和使用所获得的信道矩阵H的逆矩阵H^-1作为接收加权执行空间分用。在诸如SVD的闭环类型中，使用发射天线加权因数矩阵V作为在发射机上的发射加权。另一方面，除了使用单位矩阵替换发射天线加权因数矩阵V之外，以与闭环类型基本上相同的方式构造开环类型。

将考虑接收机使用从发射机发射的参考信号执行接收加权训练的操作。

图2示意性地图示从MIMO发射机发射的分组结构的例子。在图2中，假设MIMO通信系统具有四个发射天线和四个接收天线，即4×4天线配置，并具有四个接收支路。接收支路是与空间流对应的独立信道即MIMO信道。

发射机通过每个天线发射相同的同步信号。接着，发射机以时分方式从相应的发射天线发送参考信号，接收机使用它们来执行信道估计。此时，以参考信号1、参考信号2、参考信号3和参考信号4的序列发射参考信号。随后，发射机发射每个MIMO信道的空间复用用户数据。

MIMO接收机使用接收加权以空间分用接收信号。接收机使用来自天线的参考信号执行信道估计，获取列矢量是从参考信号获得的信道传递函数的信道矩阵H，和获得信道矩阵H的逆矩阵H^-1。以这种方式，能够获得接收加权。

然而，因为人体或设备的移动导致反射路径的改变，传输信道的状态在不断地改变之中。因此，在如上所述以时分方式传输相应参考信号的情况下，问题在于由于发射和接收之间的时间差导致在不同的传输信道上执行信道估计。

在4×4MIMO通信系统的情况下，以如图2所示的时分方式发送四个参考信号。例如，在工作在5GHz频带内的OFDM-MIMO通信系统内，一个参考信号最多使用两个OFDM符号。因为在具有4×4配置的MIMO通信系统内发送四个参考信号，所以使用八个OFDM符号获得信道矩阵H。该八个OFDM符号大约对应于32μs。尽管信道矩阵H始终在改变，但是在诸如32μs的短时间内可以视为基本上没有改变。

另一方面，MIMO通信系统能够形成对应于发射天线数量M或接收天线数量N两者中的较小者即min[M，N](如上所述)的MIMO信道。因此，MIMO通信系统通过增加发射/接收天线对的数量，使用空间复用获取更多的MIMO信道，从而在理论上能够显著地扩大传输容量。在下文中，将这样一种MIMO通信系统称作“大量MIMO”。

在这种大量MIMO通信系统内，在发射机以时分方式从相应的发射天线发射参考信号和接收机执行信道矩阵训练的情况下，不能忽略在第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差，由于传输信道变化的影响，难以获得有效的信道矩阵。例如，在具有100×100配置的MIMO通信系统的情况下，用于信道矩阵获取的区域要求800μs那么多。因此，接收加权变得不准确，难以执行空间分用，所以MIMO通信系统不能正常运行。

【专利文献1】日本专利申请公报JP 10-84324

【非专利文献1】http：//radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(根据2003年10月24日的资料)。

发明内容

希望提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们通过使用空间复用形成多个逻辑信道执行MIMO通信，能够很好地扩展传输容量。

此外，希望提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够很好地使用大量发射/接收天线对执行大量MIMO传输以获得非常大的传输容量。

此外，希望提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够在具有大量发射/接收天线对的大量MIMO通信系统内，很好地使用更准确的接收加权执行空间复用和充分利用MIMO的性能，所述更准确的接收加权基于通过避免与扩展信道矩阵获取区域相关的传输信道变化的影响而获得的有效信道矩阵。

此外，希望提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够很好地执行使用更准确的接收加权的空间复用和充分利用大量MIMO通信系统的性能，所述更准确的接收加权基于通过避免在MIMO接收机上在信道矩阵获取周期内参考信号之间的发射/接收时间差导致的传输信道变化的影响而获得的有效信道矩阵，所述MIMO接收机使用以时分方式从MIMO发射机发射的参考信号。

根据本发明的实施例，提供一种无线通信系统，它执行在一对具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信。在该无线通信系统内，将多个空间信道划分成一组或多组，发射机以时分方式为每组接连地发送与空间信道对应的参考信号，接收机获取列矢量是根据每组的参考信号获得的空间信道的传递函数的信道矩阵，并使用基于该信道矩阵获得的接收加权空间分用接收信号。

在本文中，术语“系统”代表多个设备(或执行特定功能的功能模块)的逻辑组。设备或功能模块是否包含在单个外壳中是不确定的(在下文中同样适用)。

根据本发明实施例的无线通信系统在发射机和接收机上都安装有多个天线单元，实现空间复用MIMO信道，从而提高传输容量。此外，将OFDM调制方案应用于该无线通信系统，从而解决在多径环境下延迟失真的问题。

MIMO传输方案包括开环MIMO传输方案和闭环MIMO传输方案，在开环MIMO传输方案中，发射机和接收机相互独立的执行空间复用传输，在闭环MIMO传输方案中，通过从接收机向发射机反馈前同步码信息，在发射机和接收机之间建立理想的空间正交信道。该MIMO通信系统形成与发射天线数量M或接收天线数量N两者中的较小者即min[M，N]相对应的MIMO信道。因此，通过构建大量MIMO通信系统，其中增加了发射/接收天线对的数量，在理论上可以大大提高传输容量。

在MIMO通信系统中，接收机使用以时分方式从发射天线发射的参考信号来获取具有与发射/接收天线对相对应的单元的信道矩阵，和根据该信道矩阵的逆矩阵获得接收加权。然而，因为在不同的时间上发射相应的参考信号，该通信系统不希望地受到信道变化的影响。

例如，在工作在5GHz频带内的4×4 OFDM-MIMO通信系统中，获取信道矩阵H需要大约32μs，可以视为在诸如32μs的短时间内几乎不存在变化。

然而，在大量MIMO通信系统内，在发射机以时分方式在用户数据开始传输时从相应发射天线发射所有参考信号的情况下，不能忽略在第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差，由于传输信道变化的影响导致难以获得有效的信道矩阵。因此，接收加权变得不准确，难以执行空间分用，因而，该MIMO通信系统不能正常运行。

另一方面，在根据本发明实施例的无线通信系统内，将多个空间信道划分成多组，发射机以时分方式为每组发射参考信号。换句话说，不是在一个信道矩阵获取序列内获得与构成MIMO通信系统的所有MIMO信道有关的传递函数(也就是，不是一次获得大型信道矩阵)，而是将构成MIMO通信系统的MIMO信道划分成多组，接收机为每一组获得信道传递函数，从而在若干信道矩阵获取序列内获得整个系统的信道矩阵。

因而，在一个发射参考信号的操作中在第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差变得很小，因此，使得能够抑制在此周期内的信道变化的影响。

接收机获取信道矩阵，其列矢量是根据每组的参考信号获得的相应空间信道的传递函数。此外，接收机使用根据信道矩阵获得的接收加权，准确地空间分用接收信号。

发射机从由接收机通过参考信号传输而获取其信道矩阵的那一组的空间信道开始接连地发射用户数据。在另一端上，接收机可以使用根据该组的参考信号获得的信道矩阵对所接收的用户数据执行接收处理。

接收机使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的关于每组的信道矩阵。因而，在建立划分成各组的整个系统信道矩阵的处理中，可以始终使信道矩阵保持准确的值。因此，可以使大型信道矩阵保持更准确的值，从而充分利用大量MIMO通信系统的性能以确保很大的传输容量。

接收机可以使用基于判决反馈的诸如LMS或RLS的跟踪算法，执行信道矩阵的跟踪计算。

根据本发明的另一个实施例，提供一种以计算机可读形式描述的计算机程序，从而允许计算机系统执行用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信的处理。该计算机程序包括步骤：将多个空间信道划分成一组或多组，为每组以时分方式接连地发送与空间信道对应的参考信号，空间复用用户数据和将空间复用用户数据发送到多个空间信道上。

此外，根据本发明的另一个实施例，提供一种以计算机可读形式描述的计算机程序，从而允许计算机系统执行用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信的处理。该计算机程序包括步骤：将多个空间信道划分成一组或多组，接收以时分方式从发射机为每组发射的参考信号，获得与所接收的参考信号对应的空间信道的传递函数，和获取其列矢量是空间信道的传递函数的信道矩阵，使用根据该信道矩阵获得的接收加权空间分用接收信号，和使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的关于每组的信道矩阵。

将根据本发明第二和第三实施例的计算机程序定义为以计算机可读形式描述的计算机程序，从而在计算机系统上实现特定处理。换句话说，当将根据本发明的第二和第三实施例的计算机程序安装在计算机系统内时，该计算机系统显示出合作效果，并分别操作为MIMO发射机和MIMO接收机。可以启动多个这样的通信设备以构成无线网络。以这种方式，可以提供与根据本发明第一实施例的无线通信系统相类似的效果。

根据本发明的一个实施例，可以提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够很好地使用大量发射/接收天线对执行MIMO传输以获得非常大的传输容量。

根据本发明的另一个实施例，可以提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够在包含大量发射/接收天线对的大量MIMO通信系统内很好地使用更准确的接收加权执行空间复用和充分使用MIMO的性能，所述更准确的接收加权基于通过避免与扩展信道矩阵获取区域相关的传输信道变化的影响而获得的有效信道矩阵。

根据本发明的另一个实施例，可以提供无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，它们能够很好地使用更准确的接收加权执行空间复用和充分使用大量MIMO通信系统的性能，所述更准确的接收加权基于通过避免在MIMO接收机上在信道矩阵获取周期内参考信号之间的发射/接收时间差导致的传输信道变化的影响而获得的有效信道矩阵，所述MIMO接收机使用以时分方式从MIMO发射机发射的参考信号。

根据下文中对如在附图中图示的本发明优选实施例的更详细的描述，本发明的这些和其它的特征和优点将是显而易见的。

附图说明

将根据附图详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明实施例的无线通信设备的示意方框图；

图2示意性地图示分组结构的例子；

图3示意性地图示在大量MIMO通信系统内执行传输操作的情况下分组结构的例子；

图4图示由已经接收具有图3所示结构的分组的MIMO接收机执行的接收处理；和

图5概念性地图示MIMO通信系统的配置。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。

本发明可以应用于MIMO通信系统。在MIMO通信系统内，发射机和/或接收机执行天线合成，以便具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机组成一对和构成相互独立的多个逻辑信道，即MIMO信道。根据MIMO通信系统，将多个射频发射/接收单元一起放置在一个无线设备内，从而实现大容量数据传输。此外，采用OFDM调制方案以解决在多径环境内的延迟失真问题。

尽管将本发明应用于大量MIMO通信系统，该系统通过增加发射/接收天线对的数量使用空间复用获取更多个MIMO信道，但是本发明也可以应用于包括较少天线的普通MIMO通信系统。

图1是根据本发明实施例的无线通信设备的示意方框图。图1所示的无线通信设备100能够操作为在发射机和接收机上都具有多个天线单元的MIMO通信设备。在图1中，仅图示了两个相应的发射/接收线路以避免附图复杂化。然而，实际上，该无线通信设备100包括100或更多的发射/接收线路以配置为大量MIMO发射机/接收机。

发射线路和接收线路经开关(SW)12-1和12-2并行连接到发射/接收天线11-1和11-2，用于信号在预定频率信道上到任何其它无线通信设备的无线发射或从任何其它无线通信设备发射的信号的接收。然而，开关12-1和12-2在同一时间上将发射/接收天线11-1和11-2排他地连接到发射线路和接收线路之一，每个天线不能同时执行发射和接收。

每个发射线路包括调制和编码单元21、IFFT 22、保护附加单元23、前同步码/参考附加单元24、用于每个天线的数模转换器25和发射信号模拟处理单元26。

调制和编码单元21通过纠错编码来编码从通信协议上层发送的发射数据，使用诸如BPSK、QPSK和16QAM等预定调制方案将发射信号映射在信号空间内。在此，通过将已编码发射信号乘以预定的发射加权矩阵，通过空间复用可以获得多个MIMO信道。此时，根据导频符号插入模式和定时，可以将已知数据串作为导频符号插入调制符号序列内。可以为每个副载波或者为每若干个副载波插入由已知模式组成的一个导频信号。

根据并行副载波数量和定时，IFFT 22将调制串行信号转换成用于并行副载波的数据并行构像，和根据预定的FFT大小和定时，在FFT大小的每个块上对并行构像执行逆快速傅立叶变换。

保护附加单元23在一个OFDM符号之前和之后提供保护间隔以消除符号之间的干扰。通过传输信道的状态即影响解调的延迟波的最大延迟时间确定保护间隔的时间宽度。此外，保护附加单元23将并行数据转换成串行信号，随后将其转换成时域发射信号，同时保持频域副载波的相互正交性。

前同步码/参考附加单元24将前同步码信号和参考信号附加给包括RTS、CTS和DATA分组的发射信号的首部。

为了在分组接收机上信道矩阵训练的目的，发射机以时分方式从相应天线发射由已知模式组成的参考信号。然而，不是一次获得大型信道矩阵，而是将整个系统的MIMO信道划分成多组，发射机为每组执行参考信号的发射序列。接收机接收每组的参考信号，并获得信道传递函数。通过若干信道矩阵获取序列，接收机获得整个系统的信道矩阵。因此，在大量MIMO通信系统中，在一个序列内的第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差变得很小，从而能够抑制在信道矩阵获取周期中信道变化的影响。在这个实施例中，前同步码/参考附加单元24执行用于确定发射参考信号的天线的发射控制程序，从而实现在每组内的参考信号的发射操作。

数模转换器25-1和25-2将用于相应天线的发射信号转换成模拟基带信号，该模拟基带信号由发射信号模拟处理单元26-1和26-2再上变频成射频频带信号。随后，从天线11-1和11-2将射频信号发射到相应的MIMO信道上。

另一方面，每个接收线路包括用于每个天线的接收信号模拟处理单元31和模数转换器32、同步获取单元33、频率偏移补偿单元34、保护间隔消除单元35、FFT 36、信道矩阵获取单元37、空间分用单元38、信道矩阵更新单元39、解调和解码单元40和信道矩阵合并单元41。

根据由同步获取单元33检测的同步定时，将作为串行数据的数字基带信号转换成并行数据的构像(由一个OFDM符号组成一个构像，所述OFDM符号包括保护间隔)。

频率偏移补偿单元34根据频率误差估计值对相应的数字基带信号执行频率校正。

保护间隔消除单元35消除由发射机在一个OFDM符号之前和之后提供以消除在符号之间的干扰的保护间隔。

通过以每个有效符号长度对信号执行傅立叶变换，FFT 36将时域信号转换成频域信号以将接收信号分解成副载波信号。

信道矩阵获取单元37根据分组前同步码部分的FFT输出为每个副载波建立信道矩阵H。空间分用单元38使用所获得的信道矩阵H的逆矩阵H-1为每个副载波合成分组数据部分的FFT输出以分用成多个独立的MIMO信道。

发射机以时分方式从相应的发射天线发射用于训练信道矩阵H的参考信号。信道矩阵获取单元37获取信道矩阵H，其列矢量是根据参考信号获得的传递函数。空间分用单元38获取所获得的信道矩阵H的逆矩阵H^-1，并通过使用该逆矩阵H^-1作为接收加权执行MIMO合成。

然而，不是一次获得大型信道矩阵，而是将整个大量MIMO通信系统的MIMO信道划分成多组，发射机为每组执行参考信号的发射序列。信道矩阵获取单元37根据为每组以时分方式接收的参考信号获取信道传递函数，以在在若干信道矩阵获取序列中获取整个系统的信道矩阵。因此，在大量MIMO通信系统内，在一个序列内的第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差变得很小，从而能够抑制在信道矩阵获取周期中信道变化的影响。

进一步地，发射机开始从该组的空间信道接连地发射用户数据，该组的信道矩阵已经由接收机通过参考信号的发射获取。空间分用单元38使用根据该组的参考信号获取的部分信道矩阵空间分用所接收的用户数据。

信道矩阵更新单元39使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的每组的信道矩阵。信道矩阵更新单元39可以根据判决反馈使用诸如LMS或RLS等跟踪算法执行信道矩阵的跟踪计算。在这种情况下，信道矩阵更新单元39测量空间分用的数据和在构像内的映射点之间的差值，和运行LMS算法，其中误差信号是所测量的差值，以便在接收参考信号之后估计出信道矩阵随着时间的变化和执行补偿。

信道矩阵合并单元41合并信道矩阵获取单元37根据参考信号获取的信道矩阵和信道矩阵更新单元39在用户数据接收过程中更新的信道矩阵，从而可以始终使大型信道矩阵保持更加准确的数值。空间分用单元38使用这样一个准确的信道矩阵执行空间分用，从而充分利用大量MIMO通信系统的性能以确保非常大的传输容量。

在相位旋转校正之后，解调和解码单元40将数据从构像内的调制点解调成原始值。

在诸如SVD等闭环类型中，使用发射天线加权因数矩阵V作为发射机上的发射加权。另一方面，除了用单位矩阵替代发射天线加权因数矩阵V之外，以与闭环类型基本上相同的方式构建开环类型。简而言之，在MIMO通信系统内，无论开环类型还是闭环类型，接收机都使用从发射机发射的参考信号获取信道矩阵H，和使用所获取的信道矩阵H的逆矩阵H^-1作为接收加权执行空间分用。

图2示意性地图示在MIMO通信系统内分组结构的例子。在图2的例子中，假设MIMO通信系统的配置为4×4。基本上，接收机使用以时分方式从发射天线发射的参考信号获取包括与发射/接收天线对相对应的单元的信道矩阵。

发射机通过每个发射天线同时发射相同的同步信号。接着，发射机以时分方式从相应的天线发射参考信号，接收机使用该参考信号执行信道估计。随后，发射机发射每个MIMO信道的空间复用用户数据。接收机使用来自天线的参考信号执行信道估计，以便能够计算在发射机和接收机之间与每个天线对应的信道矩阵H。

因为在不同的时间上发射相应的参考信号，通信系统不希望地受到信道变化的影响。

例如，在工作在5GHz频带内的OFDM-MIMO通信系统内，一个参考信号最多使用两个OFDM符号。因为在配置为4×4的MIMO通信系统内存在所发射的四个参考信号，使用八个OFDM符号获得信道矩阵H。该八个OFDM符号对应于大约32μs。尽管信道矩阵H不断改变，但是在诸如32μs的短时间内可以视为几乎没有变化。

然而，在大量MIMO通信系统中，在发射机以时分方式从相应的发射天线发射参考信号和接收机执行信道矩阵训练的情况下，不能忽略第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差，并且由于传输信道变化的影响难以获得有效的信道矩阵。例如，在配置为100×100的MIMO通信系统的情况下，用于信道矩阵获取的区域需要多达800μs。因此，接收加权变得不准确，并且难以执行空间分用，因而MIMO通信系统不能正常工作。

另一方面，在这个实施例中，与构成MIMO通信系统的所有MIMO信道有关的传递函数不是在一个信道矩阵获取序列中一次获得(也就是，不是一次获得大型信道矩阵)，而是将构成MIMO通信系统的MIMO信道划分成多组，如上所述，发射机为每一组执行参考信号的发射序列。

在这种情况下，接收机获取每一组的信道传递函数以在若干信道矩阵获取序列中分阶段地获得整个系统的信道矩阵，而不是一次获得整个系统的信道矩阵。也就是，接收机首先获取小型信道矩阵，以便不受信道变化的影响。然后，发射机从其它发射天线接连地发射参考信号，同时接收机允许该小型信道矩阵根据判决反馈使用诸如LMS或RLS等跟踪算法跟随信道变化。在这些阶段中，通信系统逐渐地增加信道矩阵的大小。

图3示意性地图示在大量MIMO通信系统内执行传输操作的情况下分组结构的例子。在图3的例子中，假设MIMO通信系统具有8×8的配置，并将其划分成各具有4×4 MIMO信道的两组。接收机在一个信道矩阵获取序列中获取一组，也就是，分阶段地获取各4×4信道矩阵。然而，大量MIMO通信系统可能具有8×8或者更大的发射/接收天线配置(例如100×100或者更大)。此外，在一个信道矩阵获取序列内获得的信道矩阵组的大小并不限制于4×4的大小，只要该系统不受信道变化的影响。

发射机通过第一组的四个天线同时发射相同的同步信号。接着，发射机以时分方式从第一组的四个天线发射参考信号，接收机使用此参考信号执行信道估计。随后，发射机从已经完成发射参考信号的四个天线开始用户数据的空间复用传输。

随后，发射机以时分方式从下一组的四个天线发射参考信号，接收机使用此参考信号执行信道估计。随后，发射机从已经完成发射参考信号的所有八个天线执行用户数据的空间复用传输。

在图3中例示具有8×8配置的MIMO通信系统。然而，即使MIMO通信系统具有8×8或更大的天线配置，通过将该系统划分成多个具有4×4天线配置的组，也可以以下述方式执行类似的数据传输。发射机以时分方式在每组内发射参考信号。接着，发射机从已经完成参考信号的最先发射的天线接连地开始用户数据的空间复用传输。重复这些操作，从而可以实现类似的数据传输。

接收具有这样一种结构的分组的MIMO接收机为具有4×4配置的每一组获取信道传递函数，以在若干信道矩阵获取序列内分阶段地获取整个系统的信道矩阵，而不是在一个信道矩阵获取序列内获取与构成MIMO通信系统的所有MIMO信道相关的传递函数(也就是，并不是一次获得大型信道矩阵)。因为在发送参考信号的一次操作中在第一个参考信号和最后一个参考信号之间的发射/接收时间差很小，因而可以抑制信道变化的影响，和在每一组中获取更准确的信道矩阵。

当发射机从已经完成参考信号的最先发射的天线开始接连地执行用户数据的空间复用传输时，接收机使用已接收的用户数据更新所获得的信道矩阵，从而可以始终使大型信道矩阵保持更准确的数值。

将描述接收如图3所示的分组的MIMO接收机的操作。

接收机首先通过以时分方式发射的第一个参考信号获得4×4信道矩阵。在这一阶段，接收机获得部分信道矩阵H_{_1至4}，其单元表示在发射天线1至4和接收天线1至8之间的天线对的传递函数。将信道矩阵H_{_1至4}表示如下：

在这种情况下，当发射机从发射天线1至4发射参考信号时，接收机使用所有的接收天线1至8接收这些信号。

接收机获取信道矩阵H_{_1至4}的逆矩阵，和使用该逆矩阵作为用于将空间复用的接收数据空间分用成四个不同的数据流的加权。随后，发射机从已经完成发射参考信号的发射天线1至4执行与空间信道1至4对应的四种用户数据的空间复用传输。随后，接收机可以使用根据信道矩阵H_{_1至4}计算出的逆矩阵H_{_1至4} ^-1空间分用用户数据。

进一步地，接收机测量在空间分用数据和在构像内的映射点之间的差值，和运行其中误差信号是所测量的差值的LMS算法。

LMS算法在本行业中是通用的参数估计算法，被表示为下面的等式(2)。在等式(2)中，通过判决反馈确定发射数据X_t的估计值。根据构像内最靠近解码信号的映射点进行此估计。

${\hat{H}}_{t+1}={\hat{H}}_t+2\mathrm{\μ}(Y_t-{{\hat{H}}_t^{-1}\hat{X}}_t){\hat{X}}_t^H...\left(2\right)$

信道矩阵的估计值

所估计信道矩阵的逆矩阵

X_t：发射数据的估计值

Y_t：接收数据

小H

μ：常数

这样，接收机在接收参考信号之后估计信道矩阵随着时间的变化，和执行补偿。当通过LMS算法信道矩阵H_{_1至4}变得与传输信道的变化几乎相同时，发射机发射附加的参考信号(对应于下一个4×4组)。

此时，发射机以时分方式从其余的发射天线5至8发射参考信号，接收机获取发射天线5至8和接收天线1至8之间天线对的新的传递函数。此外，通过将新获取的传递函数附加给先前获得的信道矩阵H_{_1至4}，建立整个MIMO通信系统的信道矩阵H_{_1至8}。将信道矩阵H_{_1至8}表示如下：

通过使用信道矩阵H_{_1至8}作为用于空间分用接收数据的加权，可以将空间复用的接收数据分用成八个不同的数据流。

图4图示在大量MIMO通信系统中由已经接收具有图3所示结构的分组的MIMO接收机执行的接收处理。

发射机通过发射天线1至4发射同步信号。接收机首先获取同步点(步骤S1)。

接着，发射机以时分方式通过发射天线1至4发射参考信号1至4。接收机通过接收天线1至8接收参考信号1至4，和获取传递函数，信道矩阵获取单元37获取信道矩阵H_{_1至4}(步骤S2)。

进一步地，在接收机内的空间分用单元38计算信道矩阵H_{_1至4}的普通逆矩阵(步骤S3)。

接着，发射机发射与空间信道1至4对应的用户数据。接收机内的空间分用单元38使用在步骤S3获得的信道矩阵H_{_1至4}的普通逆矩阵空间分用该用户数据(步骤S4)。与此并行，信道矩阵更新单元39将LMS算法应用于判决反馈，更新信道矩阵H_{_1至4}的数值。

接着，发射机以时分方式通过发射天线5至8发射参考信号5至8。接收机通过接收天线1至8接收参考信号5至8。根据由此获得的传递函数和更新的信道矩阵H_{_1至4}，信道矩阵获取单元37建立包括附加传递函数的单元的新的信道矩阵H_{_1至8}(步骤S5)。

进一步地，接收机内的空间分用单元38计算新建立的信道矩阵H_{_1至8}的逆矩阵(步骤S6)。

接着，发射机发射与空间信道1至8对应的用户数据。接收机内的空间分用单元38使用信道矩阵H_{_1至8}的普通逆矩阵空间分用用户数据。与此并行，信道矩阵更新单元39将LMS算法应用于判决反馈，更新信道矩阵H_{_1至8}的数值(步骤S7)。

已经参考具体实施例描述了本发明。然而，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，显然可以进行实施例的修改和/或替换。

本发明可以应用于MIMO通信系统，尤其适合于多载波类型的MIMO通信系统内的接收机。此外，本发明不仅可应用于诸如V-BLAST等开环类型，而且可应用于诸如SVD-MIMO等闭环类型。

尽管将本发明应用于大量MIMO通信系统，所述MIMO通信系统通过增加发射/接收天线对的数量使用空间复用获得更多的MIMO信道，本发明还可以应用于拥有较少天线的普通MIMO通信系统。

也就是说，仅为了说明性的目的描述了实施例，说明书的内容不应当进行限制性的解释。为了理解本发明的范围和精神，应当考虑权利要求书。

Claims (14)

1.一种无线通信系统，它执行在一对具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该系统包括所述发射机和接收机，其中：

将所述多个空间信道划分成一组或多组，

发射机以时分方式为每组接连地发送与空间信道对应的参考信号，和

接收机获取其列矢量是根据用于每组的所述参考信号获得的所述空间信道的传递函数的信道矩阵，并使用基于该信道矩阵获得的接收加权来空间分用接收信号。

2.根据权利要求1的无线通信系统，其中：

发射机开始从其信道矩阵已由接收机通过参考信号传输而获取的一组的空间信道接连地发送用户数据；和

接收机使用根据该组的参考信号获得的信道矩阵对所接收的用户数据执行接收处理。

3.根据权利要求2的无线通信系统，其中接收机使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的所述参考信号获得的关于每组的信道矩阵。

4.根据权利要求3的无线通信系统，其中接收机使用利用基于判决反馈的LMS或RLS的跟踪算法来执行信道矩阵的跟踪计算。

5.一种具有多个发射天线的无线通信设备，它执行在一对该无线通信设备和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该无线通信设备包括：

用来将所述多个空间信道划分成一组或多组的设备；

参考信号发射设备，用来以时分方式为每组接连地发送与空间信道对应的参考信号；和

用户数据发送设备，用来空间复用用户数据，和将空间复用的用户数据发送到所述多个空间信道上。

6.根据权利要求5的无线通信设备，其中用户数据发射设备开始从一组的空间信道接连地发送用户数据，该组的信道矩阵已经由接收机通过参考信号的传输而获取。

7.一种具有多个接收天线的无线通信设备，它执行在一对具有多个发射天线的发射机和该无线通信设备之间形成多个空间信道的空间复用通信，该无线通信设备包括：

用来将所述多个空间信道划分成一组或多组的设备；

用来接收从发射机为每组以时分方式发射的参考信号的设备；

信道矩阵获取设备，用来获取与所接收的参考信号对应的空间信道的传递函数，和获取其列矢量是所述空间信道的传递函数的信道矩阵；和

空间分用设备，用来使用根据该信道矩阵获取的接收加权空间分用接收信号。

8.根据权利要求7的无线通信设备，其中：

发射机开始从一组的空间信道接连地发送用户数据，该组的信道矩阵已经由接收机通过参考信号的传输而获取；和

空间分用设备使用根据从该组的参考信号获得的信道矩阵获取的接收加权空间分用所接收的用户数据。

9.根据权利要求8的无线通信设备，还包括信道矩阵跟踪设备，用来使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的关于每组的信道矩阵。

10.根据权利要求9的无线通信设备，其中信道矩阵跟踪设备使用跟踪算法执行信道矩阵的跟踪计算，该跟踪算法利用基于判决反馈的LMS或RLS。

11.一种无线通信方法，用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该无线通信方法包括以下步骤：

将所述多个空间信道划分成一组或多组；

以时分方式为每组接连地发送与空间信道对应的参考信号；和

空间复用用户数据，和将空间复用的用户数据发送到所述多个空间信道上。

12.一种无线通信方法，用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该无线通信方法包括以下步骤：

将所述多个空间信道划分成一组或多组；

接收从发射机为每组以时分方式发射的参考信号；

获取与所接收的参考信号对应的空间信道的传递函数，和获取其列矢量是所述空间信道的传递函数的信道矩阵；

使用根据该信道矩阵获取的接收加权空间分用接收信号；和

使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的关于每组的信道矩阵。

13.一种以计算机可读形式描述的计算机程序，允许计算机系统执行处理，用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该计算机程序包括以下步骤：

将所述多个空间信道划分成一组或多组；

以时分方式为每组接连地发送与空间信道对应的参考信号；和

空间复用用户数据，和将空间复用的用户数据发送到所述多个空间信道上。

14.一种以计算机可读形式描述的计算机程序，允许计算机系统执行处理，用于执行在一对具有多个发射天线的发射机和具有多个接收天线的接收机之间形成多个空间信道的空间复用通信，该计算机程序包括以下步骤：

将所述多个空间信道划分成一组或多组；

接收从发射机为每组以时分方式发射的参考信号；

获取与所接收的参考信号对应的空间信道的传递函数，和获取其列矢量是所述空间信道的传递函数的信道矩阵；

使用根据该信道矩阵获取的接收加权空间分用接收信号；和

使用所接收的用户数据更新根据以时分方式接收的参考信号获得的关于每组的信道矩阵。

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