TWI224405B - System and method for antenna diversity using joint maximal ratio combining - Google Patents

Description

1224405 玖、發明說明： 本申請案請求對2002年三月1日所提出之美國專利申 請案第60/361,055號和2002年三月21日所提出之美國專利 申請案第60/365,797號之優先權，其之全部内容以引用之方 5 式併入本文中。 I：發明戶斤屬之技術領域3 發明背景 本發明係關於在無線通訊應用中為有用之天線（空間） 訊號處理，諸如短範圍無線應用。 10 【先前技術】 天線分集方案為廣為人知的技術，其用以改進二個RF 裝置間之射頻（RF)通訊之性能。天線分集方案之型式包括 天線選擇分集和最大比率結合。(；以二天線中的哪一姐最佳 地從特定通訊裝置接收一訊號為基礎> 一天線選擇分集方 15 案選擇二天線之一以供傳送至一特定通訊裝置之用。另一 方面，最大比率結合方案牽涉到藉由以一與每個天線相關 之天線加權來調整感號大小地波束形成一欲由二或更多天 線傳送之訊號。選擇天線加權以最佳化二通訊裝置間之通 訊對於最大比率結合方案之性能來說是關鍵的。 20 有用以改進最大比率結合天線處理方案之空間以最佳 化在二RF通訊裝置間之聯結邊限。 【發明内容】 發明概要 提供一天線訊號處理方案，在此稱為合成波束形成 5 1224405 (CBF)以最佳化二通訊裝置間之RF通訊之範圍和性能。合成 波束形成(CBF)為一多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)天線方案，其於 通訊聯結之二個末端上使用天線訊號處理以最大化訊雜比 (SNR)和/或訊雜加干擾比（SNIR)，藉此改進在二通訊裝置 5 間之聯結邊限，以及提供在此所描述之其他優點。 一般來說，一第一通訊裝置具有多個天線而第二通訊 裝置具有多個天線。第一通訊裝置使用一傳送加權向量傳 送至第二通訊裝置以供由多個天線之每一個之傳送用，且 於弟一通訊裝置上之多個天線來接收傳送訊號。第二通訊 10 裝置決定其天線之接收加權向量，且從該向量，得到一適 當的傳送加權向量以供於多個天線上傳送回第一通訊裝置 之用。提供幾個技術來決定最佳傳送加權向量和操收向量 以供第一和第二通訊裝置間之通訊之用，如此使得在通訊 裝置之間有有效的聯合或合成之波束形成。使用在此所描 15述之技術來大大地改進在通訊裝置間之二聯結邊限。 以相同的天線組態，當於聯結之二末端上使用時，2 天線之CBF(2-CBF)提供一高達1〇dB於傳送/選擇分集上之 SNR改進。一於第一通訊裝置上使用4天線和第二通訊裝置 上使用2天線之系統設計（在此稱為4χ2 CBF)提供近14dB之 2〇 SNR改進。一般來說，對固定數目的天線來說，CBF在性能 上勝過廣為人知的空間時間區塊碼達4dB。再者，不像空間 時間編碼，CBF不需要對現存無線標準之改變。 當參考下列說明連同附圖時，上面和其他的目標和優 點將變得更容易明顯。 6 1224405 圖式簡單說明 第1圖為一使用合成波束形成來執行一天線分集方案 之二通訊裝置之方塊圖。 第2圖為一可於一合成波束形成通訊聯結之任一端上 5 使用之通訊裝置之方塊圖。 第3圖為一說明一適應性方法之流程圖，以得到供第一 和第二通訊裝置間之通訊用之天線波束形成加權。 第4和5圖為說明第3圖中所示之適應性方法之收斂性 質之圖形。 10 第6圖為一顯示對一基頻帶訊號之波束形成加權以在 一頻率相關之通訊通道中傳送之應用之圖形。 第7圖為一說明一適應性演算法之流程圖，以得到在一 頻率相關之通訊通道中之天線波束形成加權。 第8圖為一對一多載波基頻帶調變方案之合成波束形 15 成傳送方法之方塊圖。 第9圖為一對一多載波基頻帶調變方案之合成波束形 成接收方法之方塊圖。 第10圖為一對一單載波基頻帶調變方案之合成波束形 成傳送方法之方塊圖。 20 第11圖為一對一單載波基頻帶調變方案之合成波束形 成接收方法之方塊圖。 第12圖為一波束形成訓練方法之流程圖，其中一通訊 聯結之一通訊裝置使用天線選擇分集。 第13圖為一說明一合作方法之流程圖以獲得供第一和 7 處通訊裝置間之通訊用之天線處理參數。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 首先筝考第1圖，顯示了一系統10，其中一第一通訊裝 5置100和一第二通訊裝置200使用射頻(RF)通訊技術來彼此 通訊。在此所描述的技術於任何射頻(RF)通訊應用中是有 用的’諸如短範圍無線應用。一無線局部區域網路(WLAN) 只是應用之一範例。例如，裝置1〇〇可為一在一 WLAN中之 存取點（AP)，而裝置2〇〇可為一站（STA)。 10 一般來說，裝置1〇〇具有Nap個天線11〇而裝置200具有

Nsta個天線21〇。第1圖顯示了一範例，其中裝置ι〇〇具有三 個天線110而裝置2〇〇具有二個天線21〇。在透過個別的天線 11〇(Τ表示轉置運算子）加以傳送之前，使用一組複數傳送 天線加權Wtx,ap=[WG…WNap-if來調整一在裝置1 〇〇上之複數 15 傳送符號s之大小（相乘）。在裝置200上所接收的向量為 fsta==sHwtxap+n，其中Η為單位變異，複數高斯隨機變數（以 表示在每個天線間之平坦Rayleigh衰退）之Nsta乘Nap之通 道矩陣，且η表示雜訊和干擾。在裝置200上，應用一結合 物〇(Wrx sta)Hr，c被傳送至一偵測電路(例如軟決定qaM偵 20 測器等）。若Η在傳送器和接收器上為已知，則可選擇wtx,ap 和Wnc，sU來最大化受到傳送功率限制規範之結合物之輸 出，即(〜_)%_=1。 當wu，ap等於emax，對矩陣HhH之最大特徵值Xmax之單位 範數特徵向量時，在Wtx,ap和wrx,sta上最大化對C之SNR，且 8 1224405

Wrx,sta為對Hemax之匹配濾波器，即對一些非零常數k為 wrx，sta=kHemax。在這些情況下，對C之SNR等於人贿。因為η 為一隨機矩陣，Xmax為一隨機變數。在Xmax上之散佈上是已 知的，且可於下列中找到M. Wennstrom，M. Helin，A. 5 Rydberg, Τ· Oberg，”在ΜΙΜΟ通道中傳送和接收空間分集之 最佳化和性能”，IEEE Technical Seminar on ΜΙΜΟ Systems，

London，December，2001,其在此併入本文中。 傳送裝置和接收裝置使用在相同頻率上之劃時雙工通 訊。對逆向聯結之通道矩陣為Hr=HT，且最佳的傳送加權向 10量wtx,ap等於對HrHHr=H*HT之最大特徵值之特徵向量（*表示 共軛運算子）。在聯結任一末端上之最大SNR相同（因為對 H*HT和HhH之非零特徵值相同是已熟知之結果）。由此分析 所得之波束形成技術在下文中稱為合成波束形成(CBF)。 在聯結二末端上之通訊裝置，即裝置1〇〇和2〇〇可具有 15任何已知的適當架構來傳送，接收和處理訊號。第2圖中顯 示了一通訊裝置方塊圖之範例。通訊裝置3〇〇包含一RF部份 310，一基頻帶部份420和選項性地一主機330。有多個天 線，例如四個耦合至RF部份310之天線3〇2，3〇4，3〇6，3〇8， 其係用來供傳送和接收之用。RF部份31〇具有一傳送器 20 (Tx)312，其上傳基頻帶訊號以供傳送，以及一接收器 (Rx)314，其下傳所接收iRF訊號以供基頻帶處理之用。在 此所述之波束形成形成技術之環境中，Τχ 312透過分離的 電源放大裔上傳和供應對多個天線之每一個之對應的分離 加權之訊號。類似地，Rx 314下傳和供應從多個天線之每 9 1224405 一個之接收訊號至基頻帶部份320。基頻帶部份320執行基 頻帶訊號處理以從一所接收到的訊號來回覆資訊，且用來 轉換資訊以準備供傳送之用。基頻帶部份32〇可實現多個通 訊格式或標準之任何一者，諸如WLAN標準IEEE 802·11χ， 5 藍芽™，以及其他協定標準，並不一定要使用於一WLAN中。 可以多種方式來實現用以執行在此所描述之波束形成 形成技術用之計算之信息。例如，在基頻帶部份32〇中之一 處理器322可執行編碼於一處理器可讀取記憶體 324(RAM，ROM，EEPR〇M等）上之指令，其使得處理器322 10執行在此所描述之波束形成形成步驟。或者，一以適當韌 體組悲之應用特定積體電路(ASIC)以執行波束形成形成步 驟。例如，可藉由規劃一可現場規劃之問陣列，或藉由定 義-積體電路中之石夕中之數位邏輯問來將指令編碼於一媒 體上。ASIC可域解部份320之-部份或其之全部。還有 15其他選擇係供波束形成計算由—主機處理器叫在主機 330中）藉由執行儲存於_處理器可讀取之記憶體334中（或 編碼於其上）之指令來加以執行。RF部份31〇可由一積體電 路加以貫施，且基頻帶部份32〇可由其他積體電路來實施。 在通訊聯結之每個末端上之通訊裝置不需具有相同的裝置 20 架構或實現。 無論所選擇的特定實現為何，合成波束形成程序一般 如下加以fu丁傳送加權向量（包含對應傳送天線數之多 個複數傳送天線加權)被應用至，即乘以一欲傳送之基頻帶 虎且每個付到的加權訊號被搞合至_傳送器，在該處 10 1224405 其被上傳轉換，放大和耦合至傳送天線對應之一以供同時 傳送之用。在聯結另一末端上之通訊裝置上，在多個天線 之每一個上偵測到傳送訊號，並將之向下轉換至一基頻帶 訊號。每個基頻帶訊號乘以複數接收天線加權對應之一且 5被結合以形成一結果之接收訊號。容納在此所描述之波束 形成技術所必需之RF部份之結構可能隨特定RFs計而變 化，且許多為技藝上已知的，且因此在此不加描述。 轉至第3圖，顯示一用以貫現在二通訊裝置間之最佳 CBF之程序400。為了再敘述來自先前討論之結果，在Ap 10上之最佳接收和傳送加權由wrx，ap=emax(HHH的）給予， wtx,ap=wrx，ap*。在STA上之最佳接收和傳送加權係由 wrx，sta=emax(H*HT 的）給予，Wtx sta=Wrx sta*。另外，

Wrx,sta=Hwtx,ap J

Wrx，ap—H wtx，ap 0 這些屬性可被利用來設計一 適應性/反覆性演算法，其收斂至最佳特徵向量如下。 15 初始時，在步驟41〇中，AP使用一任意組之傳送天線 加權以傳送一訊號至STA。當STA接收訊號時，在STA上之 接收天線加權匹配於接收訊號，如此使得 wrx，sta(0)-Hwtx，ap(0)。即’從在每個天線上之接收訊號，藉 由匹配於所接收之訊號來計算STA接收天線加權。在步驟 20 420中，STA什异由接收天線加權構成之接收加權向量之共 輛’其係用來做為用以於STA之天線傳送回Ap之傳送天線 加權向量之用。AP接收由多個STA之天線傳送之訊號並將 接收天線加權與所接收之訊號匹配。 在步驟430中’ AP藉由計算接收加權向量之共扼()由ap 11 接收天線加權構成的）除以AP接收加權向量之範數來更新 新的傳送天線加權。此程序於步驟440至460巾無覆地重 復可顯不加權收斂至對應於最大特徵值之特徵向量。參 看G.G〇lub，C. v.L〇an，”矩陣計算，，第2版，351 頁。 ^在一些反覆内，二裝置之傳送加權向量和接收天線加 權向量將收敏至最佳化每個裝置上之SNR之值。在這些點 j，第一通訊裝置可將對該通訊裝置之識別物編索引之特 疋目的通訊裝置之目前最佳的傳送天線加權儲存於一記憶 體中（在基頻帶部份中或主動處理器部份中）。諸如一 Ap之 第通況1置可儲存-對多個其所通訊之其他通訊裝置之 對應識別物（諸如MAC位址)編索引之搜尋表最佳傳送天線 加權。 第3圖之適性應方法將收斂至最佳天線加權，即使一裝 置具有多個天線，且可加權供應至其之加權訊號，且其他 15裝置僅為-單-天線裝置。在與多個天線聯結上的裝置和 釔合肖b力仍可收斂至其所通訊之一單_天線裝置之最佳傳 送和接收加權。 參考第4和5圖，在1000個隨機產生之通道上研究適應 (4,貝异法之收斂性貝。在母個接收天線上之平均被設 20定至10dB。在接收天線陣列之輸出上的均一化之天線陣列 增ϋ ’ |Hwtx| /久max(H H)被用來研究性能。在第4圖中， (Nap=2，Nsta=2)，顯示了適應性演算法損失於第3次反覆上 以95。/。機率而小於IdB。當天線元件之數目增加至四時，演 算法只需一額外的反覆來收斂至95%機率之小於MB之損失。 12 1224405 適應性合成波束形成之一優點為要適應不需要特殊訓 練序列。另夕卜，不需要對現行協定之改變，且在處理量上 沒有影響。當在裝置間傳送即時資訊或資料時更新天線加 權。無論CBF是否於聯結之末端上加以實現，傳送和接收 5加權適應是一樣的。然而，若目的裝置使用選擇性分集， 則可藉由評估通道響應來改進性能。 室内然線通道為頻率相關之通道。因為多路徑傳播之 故，所以訊號以不同延遲來抵達接收器。不同延遲使得通 道轉移函數為頻率選擇的。因此，為了考慮這些延遲，天 10線加權需要根據在傳送裝置和接收裝置間之通道轉移函數 之頻率相關特性來加以調整。 下文中描述在一頻率選擇通道中之最佳天線處理之解 決方案。在任何二通訊裝置間，通訊通道將具有一頻率響 應，其係與頻率選擇衰退狀況等而定。通道轉移函數H(f) 15 描述頻率響應，且用來選擇最佳天線傳送和接收加權以供 那些終端間之通訊之用。 為了了解頻率選擇情況，再度參考第1圖，其中在第一 和第二通訊裝置間之頻率相關之Nsta乘Nap轉移函數標為 H(f)。在第二通訊裝置和第一通訊裝置間之Nap乘Nsta轉移 20 函數為HT(f)。在第一和第二通訊裝置上之傳送加權分別被 標為 Napx 1向量 Wtx ap(f)和 Nstax 1向量 wtx，sta(f) °

T

Wtx,ap(f>[Wtx，ap l(f)，Wtx,ap，2(f)，…Wtx,ap,NaP(f)]

T

Wtx,sta(f)=[wtX5Sta?!(f)9Wtx,sta,2(f)? · · · Wtx,sta,Nsta(f)] 在第一和第二通訊裝置上之接收加權被分別標以Nap 13 1224405 x 1 向量 wrx，ap(f)和 Nsta x 1 向量 Wrx sta(f) wnc，ap(fHwrx，ap l(f)，Wrx ap 2(f)，·為外⑽⑼丁 Wrx,sta(f)=[wrx?stal(f)?Wrxsta2(f)?

• Wrx,sta,Ns ta(f)]T 藉由以在最大傳送功率上之限制來最佳化一成本函數 5 C之方式來計算傳送和接收加權（在下面只描述第一通訊裝 置-第二通訊裝置聯結，但結果以適當的標記改變來應用於 逆方向中）。在一通訊系統中，最終目標為減少位元錯誤率 (BER) 〇 然而’使用BER做為一成本函數之最佳化並非總是分 10析可行的。因此，經常選擇暗示地減少BER之成本函數。 成本函數亦視接收器結構而定。討論對不同的調變方案和 接收器結構來選擇成本函數。 1/2Γ min 和(片(/)，_(/)，〜_(/))#，

Wtx,ap^rx,sta ~\I2T ^ 1/2Γ 受右式規範ί从_(/)I2 #幺巧 -1/2Γ

15 對一劃碼多向近接（CDMA)通訊系統來說，諸如IEEE 8〇2.11b，接收器假設為一RAKE接收器，而BER為在RAKE 接收器之輸出上之SNR之函數(訊雜+干擾比）。 1/2Γ max P纖讲⑺，％〆/)，〜,*(/))#，

Wtx.apWrxMa -1/2Γ 1/2Γ 受右式規範J] %〆/)|2矛<p。 -1/2Γ 20 對一正交劃頻多工(OFDM)系統，諸如IEEE 802.11a， 14 1224405 接收态為一在一 Viterbi解碼器之後之線性等化器。因為

Viterbi解碼器為一非線性運算子，要最佳化編碼的Ber是十 分有挑戰性。一另外的方案為最小化在線性等化器之輪出 上之平均平方錯誤(MSE)(注意其他可能的方法為最小化未 5 編螞之BER)。 1/2Γ

心 1. . l/2T 又右式規範{丨冰_(/)|2 #幺ρ0 -1/2Γ 一單載波調變方案，諸如IEEE 802.11b，於接收器上使 用一決定反饋等化器（DFE)。接收器為一非線性接收器。

1 0 V2T min5 K£(i/(/)5^(/)9Vv^(/))#5 ^^rx^sta -1/2Γ X 右式規範 Jl>Vap(/)|2#SP0 -1/2Γ 傳送，接收和反饋加權聯合地加以計算。此可藉由於 E之輪出上最小化MSE來加以實現。 15 手所有考慮的情況來說，最佳傳送加權由下列給予 w^aP(f)-p(f)emax(HH(f)H(f)) 量，^ax為對應於矩陣Hh⑺Η⑺之最大特徵值之特徵向 ”中P(f)為一加權函數，其加權每個個別的頻率且以成 ^函數為基礎。—般包說’對p⑺之解決方案遵循—水注分 20 , 對線性等化器情況來說，解決方案由下列給予 15 1224405 P2(f) 1 γΛτιβχ (/)

又max (/) SNR: n 對DFE情況，解決方案為 1 ，⑺十 -乂· (/) 其中選擇μ來滿足功率限制

V2T -Λ/2Τ 對Ρ⑴之最佳解決方案需要得知通道和接收器上的 1ΝΓ。次佳解決方案係藉由跨頻率來設定Ρ⑴於一常數Ρ所 獲付的。 wtx_ap(f)-p emax(HH(f)H(f)) ίο 15 此在此稱為—頻率成形限制。為了進—步說明，頻率 义制要求Uh之基料訊狀每侧率上（例如 =率次帶或頻率:域波k)，跨所有傳送天線上之訊號之功 率則於_固定值，Ptx/K。此限制是有用的，以確保在 衣置間之重覆程序中，二裂置之傳送加權將收傲至 最佳值。此限制之額外好處為傳送裝置可容易地滿足一諸 如IEEE8G2.11X之通訊標準之頻譜遮罩要件。 。解决方案不需要得知接收器SNR，且模擬已顯示了 在較最佳解決方案大的性能損失可忽略。然而，此解決方 案需要得知在傳送HJi之通道響應。 為得到對—線性等化器之使得SNR最大化或MSE最小 化之成本函數，最佳接收加權由下列給予 16 20 1224405 〜瞒6/9=7?:彳/>心“/) 其中將Vmf,sta(^>匹配於所接收之訊號 vmf, sta ⑺-H (/) Wtx,叩(/) 且Rss⑺為定義如下之相關矩陣

5 Rss(f) = yH(f)wtx，ap(f)wfxapHH(f) + c72nI =^2sVmf,sta (f)VHf,sta (/) + ^ 當最小化DFE之MSE時，最佳接收加權由下列給予 wrx，sta ⑺=iC ⑺ vw/> (/)(1 + 5(/)) 其中B(f)為反饋濾波器。 10 對逆向聯結之加權類似於順向聯結且總結如下。在第 二通訊裝置上之最佳傳送加權由下列給予

Wtx sta(f)=p(f)emax(H*(f)HT(f)) 以及次佳傳送加權為

Wtx sta(f)=pemax(H*(f)HT⑴） 15 類似地，在第一通訊裝置上之接收加權由下列給予 haP(f)=KlaU>mLap{f) 其中 ^ tx,sta(f) 以及對DFE情況來說

Raa(f、= 々mf,ap(f、Uf、+ G2J 2〇 % (/) = β ⑺Vw (/)㈣⑺） 在出現互通道干擾時，RSS(〇)由下列給予

Rss(f)=^H(f)wtx,p {f)wlap(f)HH {f)wk {f)wHk {f)WnI 其中相加中的項為干擾物之貢獻。在此情況中，最佳接收 天線加權最小化干擾和雜訊之貢獻。因此，除了分集增益 17 1224405 之外，在接收器上結合之最佳天線亦提供干擾壓制能力。 第6圖說明了頻率選擇波束形成加權如何地應用至一 基頻帶訊號。在任一情況中，基頻帶訊號將具有一頻寬或 頻譜。根據在此所描述之合成波束形成(CBF)技術，當通訊 5裝置100傳送一訊號至通訊裝置200時，其應用一欲由一與 一例如為通訊裝置200之特定目的裝置相關之傳送加權向 里傳送之基頻帶訊號s(即相乘或調整大小），標註為Wtx，i。 類似地，當通訊裝置200傳送一基頻帶訊號s至通訊裝置10〇 時，其將基頻帶訊號s乘以一與目的通訊裝置1〇〇相關之傳 10 送加權向量wtx，2。來自第一通訊裝置1〇〇之N個天線至第二 通訊裝置200之Μ個天線之（MxN)頻率相關通道矩陣為 H(k)，且在第二通訊裝置之Μ個天線和第一通訊裝置之n個 天線間之頻率相關通訊通道(ΝχΜ)矩陣為HT(k)。變數k標註 如於下文中進一步說明之頻率相關特性。 15 傳送加權向量…以和…以每個包含多個分別對應於]^ 和Μ個天線之每一個之傳送加權。每個傳送加權為一複數 量。再者，每個傳送加權向量為頻率相關的；其橫跨欲傳 送之基頻帶訊號s之帶寬來變化。例如，若基頻帶訊號3為 一Κ個次載波之多載波訊號，則對一對應天線之每個傳送加 2〇權橫跨κ個次載波變化。類似地，若基頻帶訊號s為一單载 波訊號(其可劃分成Κ個頻率頻帶），對一對應天線之每個傳 送加權橫跨基頻帶訊號之帶寬變化。因此，傳送加權向量 為與頻率相關的’或與頻率次帶/次載波k相關的，如此使 得wtx變成wtx(f)，或更一般地稱為*以幻，其中k為頻率次帶 18 1224405 /次載波係數。 當在此與一頻率相關通道中之波束形成連結使用頻率 次帶/次載波之詞時，應了解到項“次帶”意為包括形成一 基頻帶訊號之一部份之頻譜之窄頻寬。次帶可為一單一離 5 散頻率（在一裝置可處理之適當頻率解決方案内）或幾個 頻率之一窄帶寬内。 接收通訊裝置亦將在其天線上以一頻率相關接收天線 加權向量wrx(k)所接收之訊號加以加權。當從通訊裝置200 接收一傳送時，通訊裝置100使用一接收天線加權向量 10 Wrx/k)，且當從通訊裝置100接收一傳送時，通訊裝置200 使用一接收天線加權向量wrx，2(k)。每個向量之接收天線加 權由接收通訊裝置匹配於所接收之訊號。 一般來說，傳送加權向量'。包含多個傳送天線加權 ，其中pui(k)為天線加權之振幅，（|)l，i，(k) 15 為天線加權之相位，i為天線係數（高至N)，且k為頻率次帶 或次載波係數（高達K頻率次帶/次載波）。下標tx，l表示其 為一向量，其由通訊裝置100使用來傳送至通訊裝置2。類 似地，下標tx，2表示其為一向量，其由通訊裝置200使用來 傳送至通訊裝置100。 20 上面所描述之頻率成形限制可加在對每個天線之傳送 加權上。如上述，限制要求在欲傳送之基頻帶訊號之每個 頻率上（例如，頻率次帶或頻率次載波k)，橫跨所有傳送 天線之訊號之功率之和（對i=l至N為|wtx，i(k)|2)等於一常數 值，Ptx/K。 19 1224405 在傳送和接收加權間之關係總結如下： 在第一通訊裝置上之最佳接收和傳送加權關係如下： wtx?ap(f)=emax(HH(f)H(f))5vmf?sta(f)=H(f)wtx,ap(f) 類似地在第二通訊裝置上，最佳接收和傳送加權關係如下。 5 Wtx sta⑴—emax(H (f)HT(f))，vmf，ap(f)=HT(f)wtx,sta(f) 另外， vmf，ap(f)一wtx，ap (f)，Vmf，sta(f)=wtx ap (f) 上面指出的屬性可於第7圖中所示之適應性/反覆性程 序480中利用，其類似於第3圖中所示之程序。以係數寫入 10第4圖中之天線加權參數來反映在一 AP和一 STA間之通 訊，但未損失一般性，應了解到此程序並非受限於一 WLAN 應用，且在任何無線應用中為有用的，諸如一短範圍應用。 AP具有Nap個天線而STA具有Nsta天線。假設AP以第一傳 送至STA開始，則初始AP傳送加權向量wT,ap,()(K)為 I5 [1，1，···1]，對所有天線和所有頻率次頻帶/次載波k由 l/(Nap)1/2加以均一化。對傳送天線加權之相位亦初始地設 定為零。係數T指出其為一傳送加權向量，係數AP指出其 為一 AP向量，係數0為向量之反覆，而（k)指出其為頻率次 頻帶/次載波相關的。在步驟482中，一基頻帶訊號係由初 20 始AP傳送加權向量WT,AP,()(k)調整大小，向上轉換並由Nap 個天線傳送至STA。傳送訊號有效地由來自AP-STA之頻率 選擇通道矩陣H(k)加以改變。STA接收訊號並將其初始接收 加權向量WR,STA，()(k)匹配至在其天線上所接收到之訊號。在 步驟484中，STA均一化接收加權向量WR,STA，〇(k)並計算均一 20 1224405 化的接收加權向量之共軛以產生STA之初始傳送加權以供 將一訊號傳回至AP。在步驟486中，STA以初始傳送加權向 量處理欲傳送至AP之訊號，向上轉換該訊號並將之傳送至 AP。所傳送之訊號有效地由頻率選擇通道矩陣HT(k)加以改 5 變。在AP上，接收加權向量被匹配於在其天線上所接收到 之訊號。然後AP計算增益均一化接收加權向量之共軛做為 下一個傳送加權向量W^Ap/k)，並將一訊號以該傳送加權 向量傳送至STA。STA接收從AP以此下一個傳送加權向量 傳送之訊號’並匹配至所接收之訊號以計算一下一個接收 10加權向量界以队办）。再次，STA計算增益均一化接收加權 向量WR^TA/k)之共軛做為其下一個傳送加權向量

WuTA/k)以將一訊號傳送回至Ap。此程序如步驟和49〇 所示般對幾個反覆加以重覆，最後收斂至實現幾乎與非相 等增益合成波束形成相同之性能之傳送加權向量。即使諸 15如一 STA之裝置之一具有一單一天線供傳送和接收之用， 此適應性程序仍可運作。 當儲存-頻率傳送加權向量之傳送加權時，為了保存 通訊裝置中之記憶體空間，裂置可對每個天線儲存對生成 基頻帶訊號之頻寬之全部加權之一集合或—部份之加 2〇權。例如，若對κ個對κ個頻率次頻帶或次載波頻率之加 權，則實際上只儲存了那些加權之一取樣，諸如每二個， 每三個’每四個等之技頻帶或次載波。然後，當—裝置要 開始傳送-訊號時從儲存取回所儲存之傳送加權之 '子集 合，且剩餘的加權係由從所儲存之加權子集合之内插所產 21 生的。可使用任何適當的内插，諸如線性内插，以獲得跨 越對每個天線之K個次頻帶或次載波之加權之完整集合。 一第一裝置初始化與一第二裝置之通訊是想要的，以 使用傳送延遲分集(TDD)技術來將一初始封包傳送至第二 5裝置以增加第二裝置會接收初始封包之可能性，且因此能 夠將一封包波束形成回第一裝置。TDD技術基本上增加初 始封包之範圍，且在不知道與其他裝置之通道時特別有 用，因此傳送波束形成一訊號至該裝置不能確保由其他裝 置接收。在首次傳送一封包時為此情況。當一通訊裝置未 1〇與其他特定通訊裝置通訊達一明顯的時間期間時這可能是 有用的。通道可能因為一或二個裝置之新位置和當新的物 體或障礙置於裝置間之通道中時而有所不同。再者，一現 存的通汛聯結可能遺失，且以合成波束形成將之重建之努 力可能無法運作。 15 20 在任何事件中，於第7圖之步驟482中使用TDD技術而 非以任意的傳送加權向量來傳送初始封包，例如 [1，1，1，···1]τ。例如，Ap可使用TDD來將初始封包傳送至一 STA初始封包可為一廣播封包，諸如在1£证802.11

parlance中之一指標，或一指向封包。當使用tdd來傳送一 初始封包時，欲被傳送之訊號係乘以一執行TDD功能之傳 运加權向置，亦即時域中之x(t+l〇，其類似於頻域中之 X(f)e#fT，其中，於頻率f下之傳送加權值為TDD 傳送加權向量具有單位均—化增益，且對岐線可表示為一 傳送加權向量[e#价1，e-j2^2, e-jhf'···，^%τΝ]對卜1至N，其 22 1224405 中τΐ為天線1之時間延遲， 十〇、n a· + ，T2為天線2之時間延遲，且一般 來况τι為天線1之時間延遲。、 。做為一範例，時間延遲τΐ為0， 時間延遲τ2為s(其中為—^ ^ .._ . ”、取樣時間），時間延遲τ3為2s，且 一般來况天線i之時間延遲

私难、、，々、仏七a % y ^(卜以。STA會接收使用TDD 所傳达之初始封包，接收 對所接收初始封包之匹配，且然 後伙用來組合接收訊號 k ^ 之接收加權來產生傳送加權（如上 面與第7圖連結所描述的 )用以將一封包傳送至AP，如步 驟484中所示的。從那開 丨閉始，程序如第7圖中所示般持續。 即，AP彳臟接收封包，且將接㈣其之匹配(得知關於通 ίο 道之知識）以計算傳送加權以傳送至該似。 15 20 、，相同的技術可使用錢方向上，藉此STA使用TDD傳 运-初始封包至AP。例如，在IEE謂211饥錢範例中， -STA可打開或等待來自_Ap之指標或傳送—觀察要求至 AP。若STA接收一指標訊號，則其可接收對其之匹配，產 生一傳送加權向量，且使用傳送波束形成來傳送一封包回 AP，且弟7圖之程序將如上述般進行。另一方面，若sta未 等待一指標，而是傳送一觀察要求訊號至八？，則其將使用 TDD來傳送觀察要求訊號以增加觀察要求之範圍以增加Ap 將接收到它的機會。然而，AP可接收匹配，且波束形成返 回STA，且第7圖之程序將如上述般進行。 參考第8圖，顯示一對一多載波基頻帶調變方案之、皮束 形成傳送程序500。對所由例如IEEE 802.1 la標準所使用之 一正交劃頻多工(OFDM)系統來說’資料符號為在頻域中。 K個符號被指派至K個次載波(對802.lla來說K>52)。為了方 23 1224405 便起見，將每個傳送天線加權描述為次载波頻率⑻之函 數。N個天線之每-個具有一傳送天線加權_，其為乂之函 數，即在上之Wtx(k)。由任何上述的程序於每個次载 波頻率上計异傳送天線加權。對每個天線之每一個都有一 5訊號處理路徑。在每個訊號處理路徑中，一乘法器5ι〇將頻 域符號s(k)乘以對應的傳送天線加權wtx(k)，且因為^⑻ 具有K個值，所以從乘法程序有κ個結果。結果對k=i至κ 來儲存於一緩衝器520中。一逆快速傅立葉轉換(11^丁）53〇 耦合至緩衝器以將儲存於緩衝器52〇中之頻域結構轉換成 10對K個次載波之每一個之數位時域訊號。有一些由〇 F D M程 序所造成之對循環表頭所做之調整。以一D/A55〇將濾波程 序之數位結果轉換成類比訊號。D/A 55〇之輸出被耦合至汉^^ 電路560,其向上轉換類比訊號至適當的&?訊號，其係透過 一功率放大器（PA)570耦合至N個天線之一58〇。以此方式， 15對每個天線580來說，訊號s(k)係乘以個別的傳送天線加 權，其之值可如次載波頻率k之函數般變化。上述的頻率成 形限制亦可應用至天線加權。 第9圖顯示了 一波束形成接收程序600,其基本上為第8 圖中所示之傳送程序之反逆。對每個天線58〇有一訊號處理 20通這。RF電路610向下轉換於每個天線580對每個次載波偵 測到之RF訊號。一個A/D 62〇將類比訊號轉換成一數位訊 唬。一低通濾波器63〇過濾數位訊號。有一些對由〇FDM程 序所造成之循環表頭所做之調整。一緩衝器6 4 〇將時域數位 虎儲存於與每個次載波頻率k相關之槽中。一個FFT 65〇 24 1224405 將緩衝器640中之時域數位訊號轉換至一對應於每個次載 波頻率k之頻域訊號。FFT 650之輸出耦合到_乘法哭66〇， 此乘法器把每個次載波k之數位訊號乘以針對該等N個天線 中之對應者的一個對應接收天線加權值Wrx(k)。每個乘法器 5 660之輸出由一加法器670結合以回復數位頻域符號。然 後訊號s(k)映射回符號b(k)。 第10和11圖分別顯示對應用至一單載波基頻帶調變方 案之頻率相關波束形成之傳送和接收程序，該等方案諸如 由IEEE 802.11b標準所使用者。在這樣一個系統中之資料符 10號係在時域中的。第10圖顯示一適於一單載波調變方案之 波束形成傳送程序700。因為在一頻率相關通道中，傳送天 線加權為頻率相關的，基頻帶訊號之通帶被合成至頻率區 塊(K個區塊）中，且使用任何上述的程序來計算對每個頻率 區塊之傳送波束形成加權。有對每個天線之處理通道。在 15每個處理通道中，以由波束形成加權所描述之頻率響應來 合成傳送濾波裔710。如此，每個傳送濾波器71〇具有一由 與该天線相關之傳送天線加權Wtx(〇所定義之頻率響應。資 料符號s(n)被傳送通過傳送濾波器71〇，其效果上將頻率選 擇天線加權應用至資料符號s(n)QD/A72〇將傳送濾波器71〇 20之數位輸出轉換至一類比訊號。RF電路730向上轉換類比訊 號並將向上轉換過的類比訊號透過一功率放大器74〇耦合 至一天線750。上述的頻率成形限制亦可應用至天線加權。 第11圖顯示一適於一單載波調變方案之接收程序 800。對每個天線750有一處理通道。在每個處理通道中， 25 1224405 RF電路810向下轉換所接收到的RF訊號。一A/D 820將向下 轉換之類比訊號轉換至一數位訊號。如頻率相關之傳送天 線加權，對幾個頻率次帶來計算接收天線加權。接收濾波 器830以由接收波束形成加權Wrx(f)所描述之頻率響應加以 5 合成，且使所接收之數位訊號通過每個天線之濾波器830， 有效地將一頻率相關天線加權應用至每個天線之接收訊 號。渡波器830之結果組合於一加法器850中，且然後將之 通過一解調器860以供解調之用。 接下來參考第12圖，顯示了一程序供只有二裝置之一 10 支援波束合成時之用。例如，在一第一通訊裝置(AP)上支 援N-CBF但在一第二通訊裝置(STA)上未獲支援。在此情況 中’如先前所討論般STA可能支援2天線Tx/Rx選擇分集。 若如此，則AP可能實現較在聯結之二末端上之第n級最大 比例結合(MRC)好3dB之性能。 15 當STA通訊或當偵測到在通道響應中有一明顯改變 時’ AP傳送一特別的訓練序列以協助STA選擇其二天線中 最佳的。訓練序列使用由可應用之媒體存取控制協定全部 支援之訊息，其在下例中為IEEE 802.llx。 序列由2資料單元構成(諸如一IEEE 802.11 MSDU，其 20理想上包含貫際上預定供STA用之資料，故不會造成產量 上的損失）。在步驟900中，第一通訊裝置使用丁乂加權向量 [10··0]τ來傳送第一資料單元。即，第一通訊裝置僅以其1^ 個天線中之一個來傳送第一資料單元。在步驟91Q中，第二 通訊裝置藉由使用其二天線之一來傳送一訊息之方式來回 26 10 二弟1置將來自第二裝置之訊息解竭，且獲得H矩陣之 ，如第-列hrl)。在步驟920中，第—裝置使用一加權 =董傳送第二麟『其正交之第_列（步驟⑽中所決 疋的）。當第二裝置接收第二MSDU，在步驟93〇中，在步驟 930中標準選擇分集邏輯強迫它使用其他天線傳送一塑應 =息，使得第一裝置能夠看到Η矩陣之第二列心。現二^ =裳置得知全部的Η矩陣。然'後第—裝置藉由計算H矩陣之 母列hri和hr2之範數來決定Η矩陣之哪一列將於第二裝置 上提供”較佳的’’MRC ’並選擇具有較域數之列做為傳送 加權向量以供進-步傳送至該裝置，直到在通道中偵測到 其他改變為止。 對頻率敏感情況來說，於多個生成一欲在裝置間通訊 之單載波基頻帶訊號之帶寬之頻率次帶之每一個上，或在 一欲在裝置間通訊之多載波基頻帶訊號之次載波頻率之每 15 一個上重覆第11圖中所顯示之程序。 轉至第13圖，並持續參看第1圖，描述了 一種合作手段 之方法，其用以維持在一通訊裝置上之通道響應資訊以供 以其他通訊裝置之傳送之用。初始地，在步驟1000中，一 通訊裝置使用一特殊CBF能力要求訊息來判斷哪些其他的 20 通訊裝置為能夠CBF的。例如，此訊息係當一新的STA與 ΑΡ交流時，由一ΑΡ傳送。無法做CBF之裝置不會回應該訊 息，因為沒有CBF能力所以它們不認得它。一旦其已確認 了 CBF能力，無論何時一有CBF能力之裝置(ΑΡ或STA)傳送 資訊至其他裝置，在步驟1010中，產生一 CBF訓練序列益 27 1224405 將之附加至一資料單元。例如，在ΙΕΕΕ8〇2 ιΐχ之環境中， 當一指向媒體存取控制（MAC)協定資料單元(MpDu)至其 他CBF能力之終端時，其附加一包含通道響應資訊之小 (2*N正交劃頻多工（〇FDM)#?#b，，傳送裝置之天線數 5目）CBF訓練序列於MPDU資料片段之末端上。例如，哪 訓練序列可包含N個連續的2符號長表頭序列，如8〇2Ua中 所定義的。這N個序縣以生成通道響應矩陣之行矩陣之n 個個別的線性獨立向量。這N個線性獨立向量可為例如使用 傳送加權向量[1G』]T， 10些向量基本上使得個別的序列被專門地於分離的天線上傳 送，且因此於接收終端上產生通道響應矩陣H之一行向量。 CBF訓練序列被附加至MPDU並在步驟刪中加以傳送至 目的通訊裝置。當傳送MPDU之所有其他部份時，傳送終 端使用最佳傳送加權向量。 15 在步驟1030中，目的裝置接收並使用以在進入產生開 始上之長表頭所得之匹配濾波絲解碼進來的胸u之正 常部份以蚊在每健收天、H佳相位和增益關係。 又，在步驟测中，在使用由CBF訓練序列所得到之通道 響應矩陣H傳送至來源裝置時（包括例如對進來之MPDU之 20 ACK)’目的裝置更新傳送加權向量以供使用。 例如，假設在AP上有三個天線，而在STA上有二個天 線。AP送給STA之CBF訓練序列係使用傳送加權向量 [_W和剛τ加以傳送的。在這二裝置間之通道變 應Η向量為一 定義為[hn h12]T，[h21 h22]T和^ h32]Ti2x3 矩 28 1224405 陣。當這些傳送加權向量被應用至符號並加以傳送時，結 果為s[hu h12]T，s[h21 hdkosthn h32]T。因此，Η矩陣之行向 量[hn h12]T，[h21 1122^4^ ^广可藉由將每個接收向量(在 STA上之天線之接收輸出，[ru rn]T，[r2i r22]T和[r31 r32]T)除以 5 s來加以計算’因為傳送付说s在STA上為已知，因為STA將 知道由AP對訓練序列所使用之符號。 使用上述之方法，一通訊裝置可儲存對其所通訊之每 個其他通訊裝置之最佳傳送加權向量。例如，一AP維持一 對每個STA之表映射MAC位址以最佳化對該STA之Tx加權 10向量。當支援在一同等-同等或專用網路中之通道時，CBF 能力之STAs亦可儲存一個有這樣資訊之表。所有的傳送加 權向量可初始地設定為[10···0]τ。 對一於54Mbps上使用1500位元組封包之4CBF方案來 說(在AP上有4個天線），對上面方法之處理量損失近於8〇/〇。 15可使用下列增強來使處理量之損失較小··一符號長表頭取 代在一練序列中之2;只在需要時使用通道響應訓練序列; 以及/或在IEEE 802.11 SIFS間隔期間傳送訓練序列。 上述的訓練序列方案可應用來產生頻率相關之天線加 權。對多個頻率之每一個重覆步驟1〇1〇至1〇3〇。例如，在 20多載波吼號情況中，對每個次載波頻率來重覆步驟1010至 1040達K次。類似地，對一單載波調變方案，可對多個生成 欲傳送之基頻帶訊號之帶寬之頻率次帶之每一個應用訓練 序列。另外，可將傳送加權做頻率成形，如此使得橫跨在 一已予頻率上之所有天線之功率為常數。 29 1224405 在此所描述的天線處理技術可以多種方式包含於裝置 中。例如，可建造一RF晶片，其支援2個Tx/Rx天線埠，以 及一支援2 X至4 X CBF之基頻晶片。可於一網路介面卡中 使用一RF晶片連同一基頻帶晶片，且可在於一ap上支援 5 4-CBF和在一 STA中2-CBF之系統之AP中使用二個RF晶片 連同一基頻帶晶片。此系統將執行高達優於目前技藝系統 12dB之程度。 對在一室内辦公室環境中w/50ns RMS延遲傳佈之2天 線選擇分集之模擬來說，對在最低資料速率上的 10 802.11a(802.11b)需要8dB(4 dB)SNR。包括對在5 GHz上之 802.11a之6dB之額外路徑損失，對8〇2_lla需要額外接收訊 號功率全部6+8-4=10dB。對3.3之路徑損失係數（室内環 境），10dB之額外訊號功率對應於1/2範圍。 另外，在此所描述之天線處理方案協助減少由干擾所 15 造成之性能退化。已透過模擬顯示了對一 CBF增強之 802.lib網路之干擾免疫力近於非CBF網路之2.2倍。換句 話說，在二裝置間之一CBF增強通訊允許一干擾源2.2倍地 近於一接收裝置而不會使得在該裝置上之接收性能退化。 再度總結，上述之天線處理技術提供優於存8〇2 Ua/b 20貫現南達14dB(25x)SNR之改進而不需要對通訊協定或標準 之改變。再者，比較目前的2天線實現，這些技術在每個Ap 提供近於三倍多的範圍；7.3倍多的涵蓋面積；在每個使用 者之固疋產里上之四倍少的设施成本；當對涵蓋加以最佳 化時，7-10倍少之設施成本；在一固定設施成本上每個使 30 用者之5倍多的產量；對雙工模式8〇2 Ua/b網路之均一化和 改進的fe圍；以及較佳的干擾免疫力和較高的資料率。當 使用CBF增強之APs時，僅需少1〇倍的aPs來支援一類似的 涵蓋面積。 5 總結來說，提供一種方法，其使用射頻(RF)通訊技術 το成一第一通訊和一第二通訊間之通訊，其包含將一傳送 天線向量應用至一欲從第一通訊裝置傳送至第二通訊裝置 之基頻γ 號，该傳送天線加權向量包含一對N個天線之每 一個的複數傳送天線加權，其中每個複數傳送天線加權具 10有一振幅和一相位，其之值可隨橫跨基頻帶訊號之頻寬之 頻率而變化，藉此產生Ν個傳送訊號，其之每一個橫跨基頻 帶訊號之頻寬加以加權；在第一通訊裝置之Ν個天線上接收 一由第二通訊裝置所傳送之訊號；從一或多個以Ν個天線由 第一通訊裝置所接收到的訊號來決定一接收加權向量，其 15包含對第一通訊裝置之Ν個天線之複數接收加權向量，其中 母個接收天線加權具有一振幅和一相位，其之值隨頻率而 變化；並對第一通訊裝置之多個天線更新傳送加權向量以 用來將訊號傳送至第二通訊裝置，藉由計算除以接收加權 向量之共輛之範數之第一通訊裝置之接收加權向量之共軛 20之方式。此相同方法可實施於編碼在一媒體上或在一通訊 裝置中之指令之型式中。 亦1^供一種方法，其完成在一第一通訊裝置和一第二 通訊裝置之間之通訊，其包含以第一通訊裝置之多個天線 來傳送一第一訊號；在第一通訊裝之多個天線上接收一由 31 1224405 第二通訊裝置之二天線之第一個傳送之第一響應訊號；得 到一通道響應矩陣之第一列，其描述在第一通訊裝置和第 二通訊裝置間之通道響應；由第一通訊裝置之多個天線使 用一正交於通道響應矩陣之第一列之傳送加權向量傳送一 5 第二訊號；接收一由第二通訊裝置之二天線之第二個所傳 送之一第二響應訊號，並從其得到通道響應矩陣之第二 列；並選擇通道響應矩陣之第一和第二列中在第二通訊裝 置上提供較佳訊雜比者來做為傳送加權向量以供將訊號進 一步傳送至第二通訊裝置。此相同方法可實施於編碼在一 10 媒體上或在一通訊裝置中之指令之型式中。 再者提供一種方法，其完成第一和第二通訊裝置間之 通訊，其包含產生一包含一系列N個連續符號之訓練序列之 步驟，其中N為第一通訊裝置之天線之數目，且N符號被乘 以N個各別的線性獨立向量，其生成一通道響應矩陣之行， 15 該係介於第一通訊裝置之多個天線和第二通訊裝置之多個 天線之間，藉此減少N個傳送訊號；從第一通訊裝置之多個 天線傳送N個傳送訊號；在第二通訊裝置之多個天線之每一 個上接收N個傳送訊號；在第二通訊裝置上，從以多個天線 所接收到之訊號得到第一通訊裝置和第二通訊裝置之間的 20 通道響應矩陣；且在第二通訊裝置上，從通通道響應矩陣 來產生一傳送加權向量，其係用以使用第二通訊裝置之多 個天線從第二通訊裝置傳送一訊號至第一通訊裝置。此相 同方法可實施於編碼在一媒體上或在一通訊裝置中之指令 之型式中。 32 1224405 上面的說明係預定僅做為範例。 【圖式簡單說明】 第1圖為一使用合成波束形成來執行一天線分集方案 之二通訊裝置之方塊圖。 5 第2圖為一可於一合成波束形成通訊聯結之任一端上 使用之通訊裝置之方塊圖。 第3圖為一說明一適應性方法之流程圖，以得到供第一 和第二通訊裝置間之通訊用之天線波束形成加權。 第4和5圖為說明第3圖中所示之適應性方法之收斂性 10 質之圖形。 第6圖為一顯示對一基頻帶訊號之波束形成加權以在 一頻率相關之通訊通道中傳送之應用之圖形。 第7圖為一說明一適應性演算法之流程圖，以得到在一 頻率相關之通訊通道中之天線波束形成加權。 15 第8圖為一對一多載波基頻帶調變方案之合成波束形 成傳送方法之方塊圖。 第9圖為一對一多載波基頻帶調變方案之合成波束形 成接收方法之方塊圖。 第10圖為一對一單載波基頻帶調變方案之合成波束形 20 成傳送方法之方塊圖。 第11圖為一對一單載波基頻帶調變方案之合成波束形 成接收方法之方塊圖。 第12圖為一波束形成訓練方法之流程圖，其中一通訊 聯結之一通訊裝置使用天線選擇分集。 33 1224405 第13圖為一說明一合作方法之流程圖以獲得供第一和 處通訊裝置間之通訊用之天線處理參數。 【圖式之主要元件代表符號表】 10…系統 100···第一通訊裝置 110…天線 200···第二通訊裝置 210…天線 300…通訊裝置 302,304,306,308 …天線 310…RF部份 312…傳送器 314···接收器 320···基頻帶部份 322…處理器 324···處理器可讀取記憶體 330···主機 332…處理器 334···記憶體 420···基頻帶部份 510···乘法器 520…緩衝器

530---IFFT 540…濾波器 550---D/A 560…RF電路 570···功率放大器 580…天線 610"*RF 電路 620…A/D 630…濾波器 640…緩衝器 650---FFT 660···乘法器 710···具有頻率響應之濾波器

720 …D/A 730…RF電路 740···功率放大器 750…天線 810…RF電路

820---A/D 830···具有頻率有響應之濾波器 850···加法器 860…解調器 34

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： L —種用以在一第一通訊裝置和一第二通訊裝置間使用 射頻(RF)通訊技術來通訊訊號之方法，其包含： a·應用一傳送天線向量至一欲從第一通訊裝置傳送 至第一通rfl裝置之基頻帶訊號，該傳送天線加權向量包 含一對N個天線之每一個之複數傳送天線加權，其中每 個複數傳送天線加權具有一振幅和一相位，其之值可隨 著橫跨基頻帶訊號之帶寬上之頻率而變化，藉此產生N 個傳送訊號，其之每一個橫跨基頻帶訊號之帶寬加以加 b.在第一通訊裝置之一或多個天線上接收n個傳送 訊號； c·從由一或多個天線所接收個傳送訊號來決定 15 一接收加權向量，其包含對第二通訊裝置之一或多個天 線之-或多個複數接收天線加權，其中每個接收天線加 榷具有-振幅和-相位，其之值隨著橫跨於基頻帶訊號 之帶寬上的頻率而變化； 20 旦d.藉由计异除以接收加權向量之範數之接收加權向 里之共輛料异-傳送加權向量，其包含對第二通訊震 置之一或多個天線之多個複數傳送天線加權；以及、 e•將傳送加權向量應用至一 至第一通訊裝置之基頻帶訊號， 汛號，其之每一個係橫跨於欲傳 加以加權的。 欲從第二通訊裝置傳送 藉此產生一或多個傳送 送之基頻帶訊號之帶寬 35 1224405 2. 如申請專利範圍第1項之方法，且其進一步包含下列步 驟： f.在第一通訊裝置之Ν個天線上接收一或多個由第 二通訊裝置所傳送之傳送訊號； 5 g.從由N個天線所接收之訊號來決定一接收加權向 量； h.藉由計算除以接收加權向量之共軛之範數之第一 通訊裝置之接收加權向量之共軛來更新對第一通訊裝 置之N個天線之傳送加權向量，用以將訊號傳送至第二 10 通訊裝置。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，且其進一步包含重覆步 驟(a)到（h)達一預先決定次數之反覆以收斂至第一和第 二通訊裝置之傳送加權向量和接收加權向量，其將一介 於第一和第二通訊裝置間之通訊之訊雜比最佳化。 15 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中決定在第二通訊裝 置上之接收加權向量之步驟包含將接收天線加權匹配 於所接收之訊號。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在幾乎所有基頻帶 訊號之頻率上，橫跨第一通訊裝置之多個天線上之複數 20 傳送天線加權之振幅之和為常數。 6. 如申請專利範圍第2項之方法，且其進一步包含在第一 通訊裝置中儲存最佳傳送天線加權，其係對第二通訊裝 置之識別物加以索引的。 7. 如申請專利範圍第2項之方法，且其進一步包含在第一 36 通訊裝置中儲存最佳傳送天線加權，其係對第—通訊裝 置所通訊之多個通訊裝置之每—個的對應識別物加以 索引的。 8·如申料利範圍第丨項之方法，其巾對基頻帶訊號^ =頻率次帶來執行步驟⑷至(e)，該等次帶係對應於— 。夕載波基頻帶訊狀毅或對應於—單載波基頻帶訊 號之合成頻率次帶。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，且其進—步包含在第— 通訊震置中對N個天線之每—個料對κ個頻率次帶或 次載波之子集合之複數傳送天線加權。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，且其進―步包含取回所 儲存之複輯送天線加狀子集合，且從其使用内插技 =來產生對所有Κ個頻率次帶或次紐之天線加權之完 集合。 15 U.如申請專利範圍第1項之方法，其中在第二通訊褒置上 接收N個傳达机號之步驟包含在M個天線之每—個上接 收N個傳送訊號，決定接收加權向量之步驟包含決定對 Μ個天線之每—個之接收天線加權，其包含在頻率次帶 之每-個上的振幅和相位成分，該等次帶生成被接收之 20 基頻帶訊號之帶寬’且其巾應用傳送天線加權向量至欲 從第二通訊裝置傳送至第一通訊裝置之基頻帶訊號之 步驟個傳送訊號’其之每—個係橫跨於基頻帶訊 號之帶寬上加以加權的。 其中應用一傳送加權向 12·如申听專利範圍第1項之方法 37 1224405 量之步驟（a)包含應用一對i==i ^}2πίτ\ ^-)2πίτ2 ^]2πϊτ\^^ 6-]2πίτΝ-|Τ 至Ν之傳送加權向量 ’其中Ti為對天線丨之時 間延遲，一欲從第一通訊裝置傳送至第二通訊裝置之初 始封包。 5 10 15 20 13· —種用以在一第一通讯裝置和一第二通訊裝置間使用 射頻(RF)通訊技術通訊訊號之方法，其包含： a.將一傳送天線向量應用至一欲從第一通訊裝置傳 达至第二通訊裝置之基頻帶訊號，該傳送天線加權向量 包含一對N個天線之每一個之複數傳送天線加權其中 每個複數傳送天線加權具有一振幅和一相位，其之值可 隨著橫跨基頻帶訊號之帶寬之頻率而變化，藉此產生N 個傳送訊號，其之每-個係橫跨基頻帶訊號之帶寬加以 加權； b·在第-通訊裝置之N個天線上接收—由第二通訊 裝置所傳送之訊號； C.從一或多個由第二通訊裝置之N個天線所接收之 訊號來決定-接收加權向量，其包含對第—通訊裝置之 N個天線之多個複數接收天線加權，其中每個接收天線 力權-有振巾田和-相位，其之值可隨著頻率變化；以及 /·藉由計算除以接收加權向量之共耗之範數之第— 通訊裝置之接收加權向量之共耗來更新對第—通訊事 置之多個天線之傳送加權向量以供將訊號傳送至第 通訊裝置。K如申請專職圍第13項之方法，其巾在幾乎所有基頻帶 38 1224405 訊號之頻率上，橫跨第一通訊裝置之多個天線上之複數 傳送天線加權之振幅之和為常數。 15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中對基頻帶訊號之K 個頻率次帶之每一個執行步驟(a)至(d)，該等次帶對應 5 於一多載波基頻帶訊號之次載波或對應於一單載波基 頻帶訊號之合成頻率次帶。 16. 如申請專利範圍第15項之方法，且其進一步包含在第一 通訊裝置中對N個天線之每一個儲存對K個頻率次帶或 次載波之子集合之複數傳送天線加權。 10 17.如申請專利範圍第16項之方法，且其進一步包含取回所 儲存之複數傳送天線加權，並從其使用内插技術對所有 K個頻率次帶或次載波來產生完整的天線加權之集合。 18. 如申請專利範圍第13項之方法，且其進一步包含在第一 通訊裝置中儲存最佳傳送天線加權，其係對第二通訊裝 15 置之識別物加以索引的。 19. 如申請專利範圍第18項之方法，且其進一步包含在第一 通訊裝置中儲存最佳傳送天線加權，其係對第一通訊裝 置所通訊之多個通訊裝置之每一個的對應識別物加以 索引的。 20 20.如申請專利範圍第13項之方法，其中應用一傳送加權向 量之步驟⑷包含應用一對i=l至N之傳送加權向量 [e_j27im，e-j27C' e_j27lfd，···，e-j27CfTN]T，其中d為對天線i之時 間延遲，一欲從第一通訊裝置傳送至第二通訊裝置之初 始封包。 39 1224405 21· —種經編碼帶有指令之媒體，該等指令在執行時會執行 一包含下列步驟之方法·· a·將一傳送天線向量應用至一欲從第一通訊裝置傳 送至第二通訊裝置之基頻帶訊號，該傳送天線加權向量 包含一對N個天線之每一個之複數傳送天線加權，其中 每個複數傳送天線加權具有一振幅和一相位，其之值可 隨著橫跨基頻帶訊號之帶寬之頻率而變化，藉此產生N 個傳送訊號，其之每一個係橫跨基頻帶訊號之帶寬加以 加權； 10 b.從一或多個由第二通訊裝置之N個天線所接收之 訊號來決定-接收加權向量，其包含對第—通訊袭置之 N個天線之多個複數接收天線加權其中每個接收天線 加權具有一振幅和一相位，其之值可隨著頻率變化；以及 c.藉由計算除以接收加權向量之共軛之範數之第— 15 豸訊褒置之接收加權向量之共輕來更新對第-通卿 置之多個天線之傳送加權向量以供將訊號傳送: 通訊裝置。 Τ — 儿一運一步包含用以對 20 基頻補虎之M頻率次帶之每—個執行步驟( =，該等次帶對應於一多載波基頻帶訊號 或對應於-單載波基頻帶訊號之合成頻率次帶。 23.如申請專利範圍第則之媒體，且其進_步包含用以 裝置中對難天線之每—個儲存對K個頻率·欠 人載波之子集合之複數傳送天線加權之指令。 40 1224405 媒體，且其進一步包含： a. —向上轉換傳送訊號以供傳送之用之傳送器； b. —向下轉換所接收到之訊號之接收器；以及 c. 一耦合至傳送器和接收器之處理器，其處理編碼 5 於媒體上之指令。 32. —種用以使用射頻（RF)通訊技術來從一第一通訊裝置 通訊訊號至一第二通訊裝置之方法，其包含： a.以第一通訊裝置之N個天線之一來傳送一第一訊 號； 10 b.在第二通訊裝置之二天線上接收由第一通訊裝置 所傳送之第一訊號； c·使用在第二通訊裝置上之二個天線之第一個從第 二通訊裝置傳送一第一響應訊號至第一通訊裝置； d. 在第一通訊裝置上，在多個天線上接收由第二通 15 訊裝置之第一天線所傳送之第一響應訊號，且從其得到 一通道響應矩陣之第一列，該矩陣描述在第一通訊裝置 和第二通訊裝置間之通道響應； e·使用一正交於通道響應矩陣之第一列之傳送加權 向量來以第一通訊裝置之多個天線傳送一第二訊號； 20 f·在第二通訊裝置之二個天線上接收所傳送之第二 訊號； g. 使用二天線之第二個來從第二通訊裝置傳送一第 二響應訊號； h. 在第一通訊裝置上，接收由第二通訊裝置之第二 42 1224405 個天線所傳送之第二響應訊號，且從其得到通道響應矩 陣之第二列；以及 i·在第一通訊裝置上，選擇通道響應矩陣之第一和 第一列中在第一通訊裝置上提供較佳訊雜比的那個來 5 做為傳送加權向量以供進一步將訊號傳送至第二通訊 裝置。 33·如申請專利範圍第32項之方法，且其進一步包含計算通 迢響應矩陣之每-狀-範數之步驟，且其中選擇之步 驟包含選擇具有較大範數之列。 1〇 34·如中凊專利㈣第32項之方法，其中步驟⑷至⑴係於對 應-多載波基頻帶訊號之次載波頻率或一單載波基頻 帶訊號之合成頻率次帶之多個頻率之每一個上加以執 行的。 35·如申請專利範圍第34項之方法，且其 +勺八 15 通訊裝置巾對N個天狀每—麵存對财次帶或次載 波之子集合之複數傳送加權向量。 36. 如申請專利範圍第35項之方法，且其進一步包含取回所 存在的複數傳达天線權之子集合，且使肋插技術來從 其中產生對所有頻率次帶程次栽波之天線加權之完整 20 集合。 、 37. 如申μ專利範圍第32項之方法，其中第二通訊裝置選擇 Τ個天線之一，以天線中的哪一個更強烈地從第一通訊 扁置接收到一说號為基礎來將訊號傳送至第一通訊裝 置。 43 1224405 38. 如申請專利範圍第32項之方法，其中使用一正交於通道 響應矩陣之列之傳送加權向量從第一通訊裝置傳送第 二訊號至第二通訊裝置之步驟以在第二通訊裝置之二 個天線之每一個上所接收到的訊號強度為基礎來強迫 5 第二通訊裝置選擇第二天線。 39. 如申請專利範圍第32項之方法，其中在幾乎所有基頻帶 訊號之頻率上，複數傳送天線加權之振幅為使得橫跨第 一通訊裝置之多個天線之功率和為常數。 40. —種用以使用射頻（RF)通訊技術從一第一通訊裝置通 10 訊訊號至一第二通訊裝置之方法，其包含： a·以第一通訊裝置之N個天線之一來傳送一第一訊 號； b·在第一通訊裝置之多個天線上接收由第二通訊裝 置之二天線之第一個所傳送之第一響應訊號； 15 c.得到一描述介於第一通訊裝置和第二通訊裝置間 整通道響應之通道響應矩陣之第一列； d.使用一正交於通道響應矩陣之第一列之傳送加權 向量，以第一通訊裝置之多個天線來傳送一第二訊號； e·接收以第二通訊裝置之二個天線之第二個所傳送 20 之第二響應訊號；以及 f.選擇通道響應矩陣之第一和第二列中在第二通訊 裝置上提供較佳訊雜比的那個來做為傳送加權向量以 供進一步將訊號傳送至第二通訊裝置。 41. 如申請專利範圍第40項之方法，且其進一步包含決定一 44 1224405 來自第二通訊裝置在第一通訊裝置上所接收之訊號何 時指出在通道響應矩陣之一列中至少一最小的差異之 步驟，且重覆步驟(a)-(f)以對之回應。 42. 如申請專利範圍第40項之方法，且其進一步包含計算通 5 道響應矩陣之每一列之範數之步驟，且其中選擇之步驟 包含選擇具有較大範數之列。 43. 如申請專利範圍第40項之方法，其中步驟(a)至⑴係於對 應一多載波基頻帶訊號之次載波頻率或一單載波基頻 帶訊號之合成頻率次帶之多個頻率之每一個上來加以 10 執行的。 44. 如申請專利範圍第43項之方法，且其進一步包含在第一 通訊裝置中對N個天線之每一個儲存對頻率次帶或次載 波之一子集合之複數傳送天線加權。 45. 如申請專利範圍第43項之方法，且其進一步包含取回所 15 儲存之複數傳送天線加權之子集合，且從其使用内插技 術得到對所有頻率次帶或次載波之天線加權之完整集 合。 46. 如申請專利範圍第40項之方法，其中在幾乎所有基頻帶 訊號之頻率上，初數傳送天線加權之振幅為使得橫跨第 20 一通訊裝置之多個天線上之功率之和為常數。 47. —種經編碼帶有指令之媒體，該等指令在執行時會執行 下列步驟： a.產生一第一訊號以供由一第一通訊裝置之多個天 線之一傳送至一第二通訊裝置； 45 1224405 b.處理在多個天線上所接收到之第一響應訊號，其 係由第二通訊裝置之二個天線之第一個傳送的，並產生 描述與其他通訊裝置之通道響應之通道響應矩陣之第 一列； 5 c.將一傳送加權向量應用至一第二訊號，該向量係 正交於通道響應矩陣之第一列以供透過第一通訊裝置 之多個天線來傳送至第二通訊裝置； d. 處理在多個天線上所接收到之第二響應訊號，其 係從第二通訊裝置之二個天線之第二個傳送的，且從其 10 產生通道響應矩陣之第二列；以及 e. 選擇通道響應矩陣之第一和第二列中在第二通訊 裝置上提供較佳訊雜比者做為傳送加權向量以進一步 將訊號傳送至其他通訊裝置。 48·如申請專利範圍第47項之媒體，且其進一步包含指令以 15 計算通道響應矩陣之每一列之範數，且選擇具有較大範 數之列做為傳送加權向量。 49. 如申請專利範圍第47項之媒體，其中執行步驟⑷至⑷ 之指令係於對應一多載波基頻帶訊號之次載波頻率或 一單載波基頻帶訊號之合成頻率次帶之多個頻率之每 20 一個上加以執行的。 50. 如申請專利範圍第47項之媒體，其中編碼於媒體上之指 令定義執行步驟(a)至(e)之數位邏輯閘。 51. 如申請專利範圍第47項之媒體，其中指令為處理器可讀 取之指令，其當由一處理器執行時使處理器執行步驟(a) 46 1224405 e.在第二通訊裝置上，從通道響應矩陣產生一傳送 加權向量以使用第二通訊裝置之多個天線將一訊號從 第二通訊裝置傳送至第一通訊裝置。 56. 如申請專利範圍第55項之方法，且其進一步包含： 5 a ·將訓練序列附加至一資料單元以從第一通訊裝置 傳送至第二通訊裝置； b. 將具有所附加之訓練序列之該資料單元以第一通 訊裝置之天線加以傳送；以及 c. 在第二通訊裝置上，接收資料單元和所附加之訓 10 練序列並解碼資料單元。 57. 如申請專利範圍第55項之方法，其中附加訓練序列之步 驟包含根據IEEE 802.11通訊標準將訓練步驟附加至一 指向媒體存取控制(MAC)協定資料單元。 58. 如申請專利範圍第55項之方法，其中產生訓練序列之步 15 驟包含根據IEEE 802.11通訊標準來產生N個連續的2符 號長的表頭序列。 59. 如申請專利範圍第55項之方法，其中產生傳送加權向量 之步驟包含更新傳送加權向量以將一訊號傳送至第一 通訊裝置。 20 60.如申請專利範圍第55項之方法，且其進一步包含在第二 通訊裝置上儲存描述欲用來將訊號傳送至第一通訊裝 置之傳送加權向量之資訊。 61.如申請專利範圍第60項之方法，其中儲存之步驟包含在 第二通訊裝置上儲存描述欲用來將訊號傳送至多個對 48 1224405 應之通訊裝置之每一個之傳送加權向量之資訊。 62. 如申請專利範圍第55項之方法，且其進一步包含將一訊 息傳送至第二通訊裝置之步驟以決定第二通訊裝置是 否能夠使用一可調整的傳送加權向量來將訊號傳送回 5 第一通訊裝置。 63. 如申請專利範圍第55項之方法，其中步驟(a)至（e)係於 對應一多載波基頻帶訊號之次載波頻率或一單載波基 頻帶訊號之合成頻率次帶之多個頻率之每一個上加以 執行的，以產生對該傳送加權向量之頻率相關的傳送天 10 線加權。 64. 如申請專利範圍第55項之方法，其中產生訓練序列之步 驟包含將個別的傳送加權向量[10...0]/，[〇1〇..·〇]ιτ，··. [00…lk-Λ應用至Ν個符號。 49