專(zhuān)利名稱(chēng)：多用戶mimo無(wú)線通信方法及多用戶mimo無(wú)線通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)送機(jī)與多個(gè)接收機(jī)之間的多用戶MIMO (Multiple-Input Multiple-Output 多輸入多輸出)無(wú)線通信方法、以及利用多用戶ΜΙΜΟ無(wú)線通信方法進(jìn)行通信的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置。
背景技術(shù)：
以往，關(guān)于多用戶ΜΙΜ0，在理論上推導(dǎo)出了能夠?qū)崿F(xiàn)的通信速度的上限值(例如， 參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。另外，以往關(guān)于利用多用戶MIMO方式得到接近理論極限的性能的技術(shù)，已經(jīng)有被稱(chēng)為DPC(Dirty Paper Coding 臟紙編碼)的技術(shù)(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。另外，以往也有一種ZF-DPC(Zero-Forcing DPC 迫零臟紙編碼)法，對(duì)信道矩陣進(jìn)行LQ分解，并根據(jù)三角矩陣L進(jìn)行DPC編碼，由此實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO方式(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。另外，以往還有一種CZF-DPC (Cooperative ZF-DPC 協(xié)作迫零臟紙編碼)法，對(duì)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解并選擇流，并且更新發(fā)送加權(quán)矩陣和接收加權(quán)矩陣，而且更新成為使信道矩陣與發(fā)送加權(quán)矩陣正交，反復(fù)進(jìn)行上述處理，由此實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO方式(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特表2008-519510號(hào)公報(bào):S. Vishwanath,N. Jindal,and A. Go 1 dsmith,"Duality,achievab 1 e rates, and sum-rate capacity of gaussian MIMO broadcast channels", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 49，no. 10，pp.2658—2668，Oct.2003非專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :M. H. M. Costa，‘‘Writing on dirty paper", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 29，no. 3，pp. 439-441，May. 19833 :Z. Tu and R. S. Blum, "Multiuser diversity for a dirty paper approach，，，IEEE Commun. Lett. , vol. 7, no. 8, pp. 370-372, Aug. 2003發(fā)明公開(kāi)發(fā)明要解決的問(wèn)題在無(wú)線LAN和WiMAX等方式中采用MIMO無(wú)線通信方式。MIMO是這樣一種通信方式，在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)雙方或者任意一方配置多個(gè)天線進(jìn)行無(wú)線通信，由此與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)雙方都是一根天線時(shí)相比，提高通信速度，提高通信的安全性。如果采用ΜΙΜ0，則能夠使用相同時(shí)間、相同頻帶利用多個(gè)不同的信號(hào)進(jìn)行通信。發(fā)送機(jī)不僅向一個(gè)接收機(jī)發(fā)送多個(gè)不同的信號(hào)，也能夠按照?qǐng)D2的概念圖所示向多個(gè)接收機(jī)進(jìn)行發(fā)送。這就是多用戶MIMO方式，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)通信速度的高速化。在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，在理論上推導(dǎo)出了多用戶MIMO能夠?qū)崿F(xiàn)的通信速度的上限值。為了利用多用戶MIMO得到接近理論極限的性能，需要非專(zhuān)利文獻(xiàn)2記述的被稱(chēng)為DPC(Dirty Paper Coding)的技術(shù)。
非專(zhuān)利文獻(xiàn)3記述的ZF-DPC (Zero-Forcing DPC)法，對(duì)信道矩陣進(jìn)行U!分解，并根據(jù)三角矩陣L進(jìn)行DPC編碼，由此實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO方式。另外，還記述了在進(jìn)行LQ分解時(shí)替換信道矩陣的行的順序，由此實(shí)現(xiàn)性能的提高。專(zhuān)利文獻(xiàn)1記述的CZF-DPC (Cooperative ZF-DPC)法，對(duì)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解并選擇流，并且更新發(fā)送加權(quán)矩陣和接收加權(quán)矩陣，而且更新成為使信道矩陣與發(fā)送加權(quán)矩陣正交，反復(fù)進(jìn)行上述處理，由此實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO方式。另外，關(guān)于DPC的實(shí)現(xiàn)方法還記述了能夠利用 THP CTomlinson-Harashima Precoding =TH 預(yù)編碼)。已經(jīng)公知ZF-DPC法能夠?qū)崿F(xiàn)的通信速度較低，達(dá)不到理論極限的通信速度。已經(jīng)公知CZF-DPC法所需要的運(yùn)算量增大。因此，進(jìn)行運(yùn)算所需要的電路規(guī)模增大。另外，由于進(jìn)行運(yùn)算所需要的時(shí)間增加，因而從產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送的請(qǐng)求到實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間、即延遲增大。另外，由于接收加權(quán)矩陣只能由發(fā)送機(jī)確定，因此需要將所確定的接收加權(quán)矩陣通知接收機(jī)，導(dǎo)致產(chǎn)生協(xié)議上的開(kāi)銷(xiāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，將運(yùn)算量抑制得較小，不需增加協(xié)議上的開(kāi)銷(xiāo)，即可實(shí)現(xiàn)接近理論極限的通信速度。下面示出本發(fā)明的代表性的一例。即，本發(fā)明的多用戶MIMO無(wú)線通信方法，使用同一頻帶、同一時(shí)間寬度，從第1無(wú)線通信裝置向N臺(tái)的第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置進(jìn)行發(fā)送，其特征在于，該多用戶MIMO無(wú)線通信方法包括第1步驟，估計(jì)從所述第1無(wú)線通信裝置到所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置之間的信道矩陣；第2步驟，確定在所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置中與接收信號(hào)矢量相乘的接收加權(quán)矩陣；第3步驟，利用所述接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積，更新信道矩陣；第4步驟，通過(guò)所述被更新后的信道矩陣的LQ分解， 將信道矩陣分解為下三角矩陣L和酉矩陣Q ；第5步驟，根據(jù)所述下三角矩陣L，對(duì)發(fā)送信號(hào)矢量進(jìn)行DPC編碼；第6步驟，從所述第1無(wú)線通信裝置發(fā)送向所述被編碼后的發(fā)送信號(hào)矢量乘以所述酉矩陣Q的共軛轉(zhuǎn)置矩陣而得到的發(fā)送信號(hào)矢量；第7步驟，向由所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置接收到的接收信號(hào)矢量乘以所述確定的接收加權(quán)矩陣；以及第8步驟， 對(duì)通過(guò)所述接收加權(quán)矩陣的乘法運(yùn)算而得到的接收信號(hào)矢量進(jìn)行DPC解碼。并且，本發(fā)明的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，使用同一頻帶、同一時(shí)間寬度，從第1 無(wú)線通信裝置向N臺(tái)的第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置進(jìn)行發(fā)送，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行以下步驟的功能單元第1步驟，確定在所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置中與接收信號(hào)矢量相乘的接收加權(quán)矩陣；第2步驟，利用所述接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積，更新信道矩陣；第3步驟，通過(guò)所述被更新后的信道矩陣的LQ分解，將信道矩陣分解為下三角矩陣L和酉矩陣Q ；第4步驟，根據(jù)所述下三角矩陣L，對(duì)發(fā)送信號(hào)矢量進(jìn)行 DPC編碼；以及第5步驟，向所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置發(fā)送向所述被編碼后的發(fā)送信號(hào)矢量乘以所述酉矩陣Q的共軛轉(zhuǎn)置矩陣而得到的發(fā)送信號(hào)矢量。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在多用戶MIMO方式中，能夠以較少的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)較高的通信速度。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的通信步驟的圖。圖2是多用戶MIMO無(wú)線通信的概念圖。圖3是表示接收加權(quán)矩陣的確定步驟的一例的圖。圖4是表示接收加權(quán)矩陣的確定步驟的一例的圖。圖5是表示根據(jù)ZF-DPC法進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的步驟的圖。圖6是表示本發(fā)明的效果的曲線圖。圖7是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的通信步驟的圖。圖8是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的通信步驟的圖。圖9是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的通信步驟的圖。圖10是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示ZF-DPC編碼部的具體結(jié)構(gòu)的圖。圖12是表示本發(fā)明的第6實(shí)施例的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示現(xiàn)有的ZF-DPC方式的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。圖14是表示本發(fā)明的第7實(shí)施例的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。圖15是表示本發(fā)明的第8實(shí)施例的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。圖16是表示本發(fā)明的第9實(shí)施例的無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明101信道矩陣估計(jì)處理步驟；102接收加權(quán)矩陣確定處理步驟；103信道矩陣更新處理步驟；104ZF-DPC數(shù)據(jù)發(fā)送處理步驟；105接收加權(quán)矩陣相乘處理步驟；106DPC解碼處理步驟；107LQ分解處理步驟；108DPC編碼處理步驟；109矩陣相乘處理步驟；110發(fā)送處理步驟；111奇異值分解處理步驟；112接收加權(quán)代入處理步驟；113QR分解處理步驟；114接收加權(quán)代入處理步驟；201訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送處理步驟；202訓(xùn)練信號(hào)接收處理步驟；203信道矩陣估計(jì)處理步驟；204信道矩陣信息發(fā)送處理步驟；205信道矩陣信息接收處理步驟；206 接收加權(quán)矩陣確定處理步驟；207信道矩陣更新處理步驟；208ZF-DPC數(shù)據(jù)發(fā)送處理步驟； 209數(shù)據(jù)接收處理步驟；210接收加權(quán)矩陣相乘處理步驟；211DPC解碼處理步驟；301發(fā)送信號(hào)生成部；302ZF-DPC編碼部；303信號(hào)復(fù)用部；304訓(xùn)練信號(hào)附加部；305信道矩陣獲取部；306接收加權(quán)矩陣生成部；307信道矩陣更新部；308數(shù)據(jù)復(fù)原部；309模擬前端；310 分解部；311DPC編碼部；312發(fā)送加權(quán)矩陣運(yùn)算部；313信號(hào)分離部；314接收加權(quán)矩陣相乘部；315DPC解碼部；316訓(xùn)練信號(hào)抽取部；317信道矩陣估計(jì)部。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的多用戶MIMO無(wú)線通信方式中，根據(jù)信道矩陣來(lái)確定接收加權(quán)矩陣，利用接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積來(lái)更新信道矩陣，根據(jù)更新后的信道矩陣，利用ZF-DPC法生成發(fā)送信號(hào)矢量并進(jìn)行發(fā)送，向接收信號(hào)矢量乘以接收加權(quán)矩陣后，進(jìn)行DPC解碼。確定接收加權(quán)矩陣的一種方法是把對(duì)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解時(shí)得到的左奇異矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為接收加權(quán)矩陣的方法。在本發(fā)明中，如圖2的概念圖所示，假設(shè)是從一臺(tái)發(fā)送機(jī)向N臺(tái)的接收機(jī)(接收機(jī)1、接收機(jī)2、 接收機(jī)N)發(fā)送數(shù)據(jù)的多用戶MIMO無(wú)線通信。為了方便起見(jiàn)，按照多用戶 MIMO無(wú)線通信方式的數(shù)據(jù)的通信方向，把各個(gè)無(wú)線通信裝置稱(chēng)為發(fā)送機(jī)、接收機(jī)。這些無(wú)線通信裝置都是具有發(fā)送接收兩個(gè)功能的無(wú)線通信裝置。為了實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO無(wú)線通信方式，有時(shí)從接收機(jī)向發(fā)送機(jī)發(fā)送除數(shù)據(jù)之外的信息。發(fā)送機(jī)具有多個(gè)天線。接收機(jī)具有的天線數(shù)量不一定相同，但至少一臺(tái)接收機(jī)具有多個(gè)天線。發(fā)送機(jī)/接收機(jī)在無(wú)線LAN系統(tǒng)中分別對(duì)應(yīng)于接入點(diǎn)/用戶終端，而在蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)中分別對(duì)應(yīng)于基站/移動(dòng)終端， 但不限于這些方式。關(guān)于矩陣的運(yùn)算表述如下。把沿列方向排列多個(gè)矩陣Al、A2、 Ax形成的矩陣(數(shù)式1)表述為[A1、A2、 Ax]。 [數(shù)式1](A1A2…Ax) = [A1, A2, ... , Ax]把沿行方向排列多個(gè)矩陣Al、A2、 Ax形成的矩陣(數(shù)式2)表述為[Al ；A2 ； Ax]。[數(shù)式2]
權(quán)利要求
1.一種多用戶MIMO無(wú)線通信方法，使用同一頻帶、同一時(shí)間寬度，從第1無(wú)線通信裝置向N臺(tái)的第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置進(jìn)行發(fā)送，其特征在于，該多用戶MIMO無(wú)線通信方法包括第1步驟，估計(jì)從所述第1無(wú)線通信裝置到所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置之間的信道矩陣；第2步驟，確定在所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置中與接收信號(hào)矢量相乘的接收加權(quán)矩陣；第3步驟，利用所述接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積，更新信道矩陣； 第4步驟，通過(guò)所述被更新后的信道矩陣的LQ分解，將信道矩陣分解為下三角矩陣L 和酉矩陣Q ；第5步驟，根據(jù)所述下三角矩陣L，對(duì)發(fā)送信號(hào)矢量進(jìn)行DPC編碼； 第6步驟，從所述第1無(wú)線通信裝置發(fā)送向所述被編碼后的發(fā)送信號(hào)矢量乘以所述酉矩陣Q的共軛轉(zhuǎn)置矩陣而得到的發(fā)送信號(hào)矢量；第7步驟，向由所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置接收到的接收信號(hào)矢量乘以所述確定的接收加權(quán)矩陣；以及第8步驟，對(duì)通過(guò)所述接收加權(quán)矩陣的乘法運(yùn)算而得到的接收信號(hào)矢量進(jìn)行DPC解碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO無(wú)線通信方法，其特征在于，在所述第2步驟，將通過(guò)所述信道矩陣的奇異值分解而得到的左奇異矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO無(wú)線通信方法，其特征在于，在所述第2步驟，對(duì)通過(guò)所述信道矩陣與所述信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣之積而得到的矩陣進(jìn)行QR分解，將通過(guò)所述QR分解得到的酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
4.一種多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，使用同一頻帶、同一時(shí)間寬度，從第1無(wú)線通信裝置向N臺(tái)的第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置進(jìn)行發(fā)送，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行以下步驟的功能單元 第1步驟，確定在所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置中與接收信號(hào)矢量相乘的接收加權(quán)矩陣；第2步驟，利用所述接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積，更新信道矩陣； 第3步驟，通過(guò)所述被更新后的信道矩陣的LQ分解，將信道矩陣分解為下三角矩陣L 和酉矩陣Q ；第4步驟，根據(jù)所述下三角矩陣L，對(duì)發(fā)送信號(hào)矢量進(jìn)行DPC編碼；以及第5步驟，向所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置發(fā)送向所述被編碼后的發(fā)送信號(hào)矢量乘以所述酉矩陣Q的共軛轉(zhuǎn)置矩陣而得到的發(fā)送信號(hào)矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置在所述第1步驟，將所述信道矩陣的奇異值分解的左奇異矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置在所述第1步驟，對(duì)通過(guò)所述信道矩陣與所述信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣之積而得到的矩陣進(jìn)行QR分解，將通過(guò)所述QR分解得到的酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行第6步驟的功能單元，該第6步驟用于通過(guò)從所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置接收到的信息來(lái)獲取所述信道矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第1無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行第7步驟的功能單元，該第7步驟用于根據(jù)從所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置接收到的信道矩陣估計(jì)用的訓(xùn)練信號(hào)來(lái)估計(jì)所述信道矩陣。
9.一種多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，使用同一頻帶、同一時(shí)間寬度，從第1無(wú)線通信裝置向N臺(tái)的第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置進(jìn)行發(fā)送，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行以下步驟的功能單元第1步驟，根據(jù)從所述第1無(wú)線通信裝置接收到的信道矩陣估計(jì)用的訓(xùn)練信號(hào)來(lái)估計(jì)信道矩陣；第2步驟，確定在所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置中與接收信號(hào)矢量相乘的接收加權(quán)矩陣；第3步驟，向從所述第1無(wú)線通信裝置接收到的接收信號(hào)矢量乘以所述確定的接收加權(quán)矩陣；以及第4步驟，對(duì)通過(guò)所述接收加權(quán)矩陣的乘法運(yùn)算得到的接收信號(hào)矢量進(jìn)行DPC解碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置在所述第2步驟，將所述信道矩陣的奇異值分解的左奇異矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置在所述第2步驟，對(duì)通過(guò)所述信道矩陣與所述信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣之積而得到的矩陣進(jìn)行QR分解，將通過(guò)所述QR分解得到的酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為所述接收加權(quán)矩陣。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行第5步驟的功能單元，該第5步驟用于向所述第1無(wú)線通信裝置發(fā)送在所述第1步驟得到的信道矩陣信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行以下步驟的功能單元第6步驟，通過(guò)在所述第2步驟確定的接收加權(quán)矩陣與在所述第1步驟估計(jì)的信道矩陣之積，更新信道矩陣；以及第7步驟，發(fā)送通過(guò)所述第6步驟被更新后的信道矩陣信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO無(wú)線通信裝置，其特征在于，所述第2-1 第2-N無(wú)線通信裝置構(gòu)成為具有執(zhí)行第8步驟的功能單元，該第8步驟用于向所述第1無(wú)線通信裝置發(fā)送信道矩陣估計(jì)用的訓(xùn)練信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明將運(yùn)算量抑制得比較小，不需增加協(xié)議上的開(kāi)銷(xiāo)，即可實(shí)現(xiàn)接近理論極限的通信速度。在本發(fā)明的多用戶MIMO無(wú)線通信方式中，根據(jù)信道矩陣來(lái)確定接收加權(quán)矩陣，利用接收加權(quán)矩陣與信道矩陣之積來(lái)更新信道矩陣，根據(jù)更新后的信道矩陣，利用ZF-DPC法生成發(fā)送信號(hào)并進(jìn)行發(fā)送，向接收信號(hào)乘以接收加權(quán)矩陣，然后進(jìn)行DPC解碼。確定接收加權(quán)矩陣的一種方法是把對(duì)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解時(shí)得到的左奇異矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，作為接收加權(quán)矩陣的方法。
文檔編號(hào)H04B7/005GK102204138SQ20088013174
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者早瀨茂規(guī), 矢野隆, 賈云健 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所