專利名稱：通過信道傳送信號的方法和無線電通信裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過具有N個天線的第一裝置和具有M個天線的第二裝置之間的信道傳送信號的方法和無線電通信裝置。
背景技術：
本發(fā)明針對一種最大化在兩個無線電通信裝置之間的一無線電通信鏈路的容量和/或范圍的系統(tǒng)與方法。多輸入多輸出(MMO)無線電通信技術已熟知是用來提升由一裝置到另一裝置所發(fā)射的信號的接收的SNR，在MMO無線電算法的研究已經(jīng)導入多重信號流同時從一裝置的多個天線上發(fā)射到另一個裝置，因此大幅地提升在兩個裝置間的無線電通信信道的數(shù)據(jù)率。傳統(tǒng)的借由多個天線同步地發(fā)射多個信號流的一個方法是利用在經(jīng)由多個天線組合所發(fā)射的總功率上的一功率限制以及一注水解法(waterfilling solution),所謂的注水解法在發(fā)射裝置上需要多個全功率的功率放大器，因為對于某些信道，所有的或幾乎全部的發(fā)射功率都由一功率放大器所發(fā)射是可能的。對于MMO系統(tǒng)來說，還有空間來改善用于MIMO無線電通信系統(tǒng)的裝置的設計，尤其是，在想要在一集成電路上制造無線電收發(fā)信機裝置的情況時。

發(fā)明內(nèi)容
簡單來說，本發(fā)明提供用于具有N個天線的一第一裝置與具有M個天線的第二裝置間的多重信號(信號流)的同步無線電通信的一系統(tǒng)、方法與裝置。不像先前技術中的方法，本發(fā)明中所提供的方法在發(fā)射裝置的每一發(fā)射天線路徑上加入了一功率限制。根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種用于在具有N個天線的一第一裝置與具有M個天線的一第二裝置間的無線電通信的方法，所述的方法包含通過計算一個發(fā)射矩陣A以該一個發(fā)射矩陣A來處理代表L個信號的向量S，以便使得在所述第一裝置與所述第二裝置間受制于一功率限制的信道容量得以最大，其中，由所述N個天線中的各天線所發(fā)出的功率小于或等于一最大功率，并且，該發(fā)射矩陣A順著該N個天線以及該第二裝置的M個天線之間的信道的特征向量加權同步發(fā)射的L個信號[S1... ];借此，當NS M時，所述的發(fā)射矩陣A=VD,其中V為HhH的特征向量，H為從所述的第一裝置到所述的第二裝置的信道響應，矩陣D=I sqrt (P_/N)，而I為單位矩陣，因此由N個天線的每一天線所發(fā)射的功率彼此相同且等于P_/N，其中Pmax是來自所有N個天線組合的總發(fā)射功率。根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種無線電通信裝置，其包含a.N個天線；b.N個無線電發(fā)射機，每一發(fā)射機連接到多個天線中對應的一個；C. 一基帶信號處理器，連接到所述的N個無線電發(fā)射機，通過計算一個發(fā)射矩陣A以該一個發(fā)射矩陣A來處理代表L個信號的向量S，以便使得在所述裝置與一遠端裝置間受制于一功率限制的信道容量得以最大，其中，由所述N個天線中的各天線所發(fā)出的功率小于或等于一最大功率，并且，該發(fā)射矩陣A順著該N個天線以及該遠端裝置的M個天線之間的信道的特征向量加權同步發(fā)射的L個信號[S1. . . sL];借此，當N彡M時，所述的發(fā)射矩陣A=VD,其中V為HhH的特征向量，H為從所述的裝置到所述的遠端裝置的信道響應，矩陣D=I -sqrt (P_/N)，而I為單位矩陣，因此由N個天線的每一天線所發(fā)射的功率彼此相同且等于P_/N，其中Pmax是從所有N個天線組合的總發(fā)射功率。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種無線電通信系統(tǒng)，其包含a. —第一裝置；i. N個天線；ii. N個無線電發(fā)射機,每一發(fā)射機連接到多個天線中對應的一個；以及iii. 一基帶信號處理器，連接到所述的N個無線電發(fā)射機，通過計算一個發(fā)射矩陣A以該一個發(fā)射矩陣A來處理代表L個信號的向量S，以便使得在所述第一裝置與一第二裝置間受制于一功率限制的信道容量得以最大，其中，由所述N個天線中的各天線所發(fā)出的功率小于或等于一最大功率，并且，該發(fā)射矩陣A順著該N個天線以及該第二裝置的M個天線之間的信道的特征向量加權同步發(fā)射的L個信號[Sl. .. ];借此，當NS M時，所述的發(fā)射矩陣A=VD,其中V為HhH的特征向量，H為從所述的第一裝置到所述的第二裝置的信道響應，矩陣D=I sqrt(P_/N)，而I為單位矩陣，因此由N個天線的每一天線所發(fā)射的功率彼此相同且等于Pmax/N，其中Pmax是從所有N個天線組合的總發(fā)射功率；b.第二裝置，其包含i.M個天線；ii.M個無線電發(fā)射機，每一發(fā)射機連接到多個天線中對應的一個；以及iii. 一基帶信號處理器，連接到所達的N個無線電發(fā)射機，以借由接收權重處理在經(jīng)由多個無線電接收機的所輸出的信號并結合所得到的結果信號以回復所述的L個信號[Sl. . . sj。在第一裝置上，代表所要發(fā)射的L組信號[S1... sj的一向量s通過一發(fā)射矩陣A來處理，以最大化在所述的第一裝置與第二裝置間的信道的容量，其中所述的信道受制于一功率限制，亦即經(jīng)由N組信道中的每一信道所發(fā)射的功率小于或等于一最大功率。對每一天線的功率限制可以與所有的天線或特定的天線相同，亦或者是不同的功率限制。例如，所述的每一天線的功率限制可能與由N組天線所發(fā)射的一功率總和除以N后的值相同。所述的發(fā)射矩陣A在N組天線中分配所述的L組信號[Sl... sj以同步發(fā)射到第二裝置。而在所述第二裝置，由M組天線所接收的信號以接收權重來加以處理，而所得到的信號被組合以恢復所述的L組信號。這個方式適用于N>M以及N < M的情況。根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種通過具有N個天線的第一裝置和具有M個天線的第二裝置之間的信道傳送信號的方法，該方法包括通過計算一個發(fā)射矩陣A來用發(fā)射矩陣A處理表示L個信號[Sl. . . sL]的向量S，以最大化第一裝置和第二裝置之間的信道容量，其中發(fā)射矩陣A加權L個信號并在N個天線中分配L個信號[S1...以以功率P_/N同步發(fā)射至第二裝置，其中Pmax為來自所有N個天線組合的總發(fā)射功率。根據(jù)本發(fā)明又一方面提供N個天線#個無線電發(fā)射機，每個無線電發(fā)射機連接至多個天線中對應的一者；以及基帶信號處理器，連接至N個無線電發(fā)生器，通過計算一個發(fā)射矩陣A來用發(fā)射矩陣A處理表示L個信號[Sl. . . sL]的向量S，以最大化無線電裝置和遠程裝置之間的信道容量，其中發(fā)射矩陣A加權L個信號并在N個天線中分配L個信號[Sl. . . sL]以以功率P_/N同步發(fā)射至遠程裝置，其中Pmax為來自所有N個天線組合的總發(fā)射功率。如果在一個系統(tǒng)中的通信裝置是設計成大約在每一天線的功率限制，那么所述的通信系統(tǒng)的性能將會是接近最佳的注水解法一樣的優(yōu)異，而且提供更顯著的實施優(yōu)勢。所述的無線電發(fā)射機可以以需要低功率輸出容量的功率放大器來執(zhí)行。因而也可以減少所需要的硅晶片的面積。因此，經(jīng)由所述的發(fā)射機所泄漏的DC電流將會比較低，而且經(jīng)由功率放大器所引起的芯片上的干擾也會變得比較低。前面所說的技術特征以及本發(fā)明的目的及其它優(yōu)勢將會參考下列的詳細說明以及配合附圖而變的更加清楚。


圖I表示兩個多天線的無線電通信裝置所組成的一系統(tǒng)圖，其中多重信號流經(jīng)由一第一裝置而同步發(fā)射到一第二裝置。圖2是表示映射與多路復用信號至多個天線路徑以用于同步發(fā)射的流程圖。圖3表示能夠執(zhí)行如圖I所示的MMO無線電通信技術的一無線電通信裝置的框圖。圖4表示形成如圖3所述的裝置的一部份的一調(diào)制解調(diào)制器(modem)的發(fā)射機部分的一較佳具體實施例的框圖。圖5表示所述的調(diào)制解調(diào)制器(modem)的接收機部分的一較佳具體實施例的框圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明所述的MIMO無線電技術的相對性能的一坐標標繪圖。
具體實施例方式請參照圖I與圖2所示，圖中所示的一系統(tǒng)10中，其中具有N組天線110 (I)到110 (N)的一第一無線電通信裝置100借由一無線電通信鏈路與具有M天線210 (I)到210(M)的一第二無線電通信裝置200進行通信。在下面的詳細說明中，將只說明由所述的第一無線電通信裝置發(fā)射到所述的第二無線電通信裝置的狀況，但相同的分析結果應用于由第二無線電通信裝置到第一無線電通信裝置的發(fā)射。從所述的第一通信裝置的N個天線到所述的第二通信裝置的M個天線的多輸入多輸出(MIMO)信道響應將由信道響應矩陣H來加以說明。所述的信道矩陣在相反的方向上即為HT。裝置100將會經(jīng)由天線110 (I)到110 (N)同步發(fā)射L個信號S^S2,...，Sl。一向量s將由表示在基帶上發(fā)射的L個信號[S1. . . SJ來定義，以使得S=LS1. . . SJt0所述的可以同步發(fā)射的信號的數(shù)目(L)與在所述的裝置100與裝置200間的信道H有關，尤其是L ( Rank of HhH ( min (N，M)。例如，假如 N=4，以及 M=2，那么 L ( Rank of HhH ( 2。所述的裝置100具有信道狀態(tài)(例如使用訓練序列，反饋等)的知識，也就是說裝置100知道H。在發(fā)射裝置(在發(fā)射裝置與接收裝置間)上獲得與更新所述的信道知識的技術已經(jīng)為本技術領域所熟知，因而不再于此詳述。例如，訓練與反饋技術已詳述于Raleigh等人的美國專利號6，144,711。接下來要介紹兩個矩陣；V*HhH的特征向量矩陣，而A為HhH的特征值矩陣。裝置100發(fā)射乘積As，其中矩陣A為空間多路復用發(fā)射矩陣，而A=VD。所述的矩陣D=diag(屯，...，<)，其中I dp 12為在pth模式下的發(fā)射功率，或者換句話說，為所述的L個信號的第Pth個的功率。裝置200接收HAs+n，而且在針對每一個模式的最大比例組合之后，裝置200、計算 c=AHHHHAs+AHHHn=DHDAs+DHVHHHn。如圖2所示，在所述的第一裝置中，來自一比特流的大量的比特以一映射技術而映射到一向量S。所述的映射技術可以選擇性地包括編碼調(diào)制以改善鏈路余量。所述的比特流lb}可以是一個文件或比特的集合，以表示任何形式的數(shù)據(jù)，例如語音、影像，聲音，計算數(shù)據(jù)等，被劃分或者分離成將在空間上多路復用或同步發(fā)射的不連續(xù)的的幀或塊(通常被稱為信號)。其中一個例子為多個IEEE 802. Ilx幀(每一 Si可能為一不同的幀)從所述的第一裝置100到所述的第二裝置200的同步發(fā)射，其中，例如，所述的第一裝置100為一IEEE 802. 11接入點(AP)，而所述的第二裝置為客戶端(STA)。所述的發(fā)射矩陣A與矩陣s的乘積為一向量x。所述的矩陣乘法步驟有效地加權向量s的每一個跨過N個天線的每一個的元素，借此，在多個天線中分配多個信號以同步發(fā)射。從矩陣乘法區(qū)塊中所導出的向量 X的分量X1到Xn隨后連接到所述的第一通信裝置的對應天線。例如，元素X1為天線I的向量S的所有加權元素的總和，分量X2為天線2的向量s所有的加權元素的總和，依此類推。發(fā)射矩陣A為包含發(fā)射權重WT, ,j的一復數(shù)矩陣，其中i=l到L，而j = I到N，每一天線權重可能與頻率有關以考慮一頻率相關的信道H。例如，對于一多載波調(diào)制系統(tǒng)，例如，一正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)，對每一個次載波頻率k具有一個矩陣A，換句話說，每一發(fā)射權重WT,u為次載波頻率k的一個函數(shù)。對于一時域(單載波)調(diào)制系統(tǒng)來說，每一發(fā)射權重WT,ij可能為一抽頭延遲線濾波器(tapped-delay line filter)。于先前技術中關于選擇權重dp以將容量最大化的方法
權利要求
1. 一種通過具有N個天線的第一裝置和具有M個天線的第二裝置之間的信道傳送信號的方法，該方法包括 通過計算一個發(fā)射矩陣A來用所述發(fā)射矩陣A處理表示L個信號[Sl... sj的向量S，以最大化所述第一裝置和所述第二裝置之間的信道容量，其中所述發(fā)射矩陣A加權所述L個信號并在所述N個天線中分配所述L個信號[S1... 以以功率P_/N同步發(fā)射至所述第二裝置，其中Pmax為來自所有N個天線組合的總發(fā)射功率。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，在N( M的條件下，所述發(fā)射矩陣A=VD，其中V為HhH的特征向量，H為從所述第一裝置到所述第二裝置的信道響應，矩陣D=I -sqrt (Pfflax/N)，以及I為單位矩陣。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，在N>M的條件下，所述N個天線中的至少兩個天線發(fā)射的功率彼此不相同。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述發(fā)射矩陣A等于VD，其中V為HhH的特征向量，H為從所述第一裝置到所述第二裝置的信道響應，D=diag (di，...，^，以及|dp|2為所述發(fā)射功率，其中P=I至L。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法,其中，當N>M時,D=sqrt(d Pmax/N) I,其中天線i發(fā)射的功率為(d Pmax/N) (VVh) i=l， ，N，以及 d=dp，其中 p=l 至 L。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，d=l/z，以及Z=mp [(VVh)11)，由此來自所述N個天線中的任意天線的最大功率為P_/N，而由所述N個天線組合發(fā)射的總功率介于Pmax/M和Pmax之間。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，d=l，由此天線i發(fā)射的功率為(Pmax/N) (VVh) ，i=l至N，以及由所述N個天線組合發(fā)射的總功率為P_/M。
8.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述L個信號中的每個信號利用多載波調(diào)制處理而被基帶調(diào)制，且其中所述處理包括用多個子載波k的每個子載波處的發(fā)射矩陣A(k)乘以所述向量S。
9.一種無線電通信裝置，該無線電通信裝置包括 N個天線； N個無線電發(fā)射機，每個無線電發(fā)射機連接至所述多個天線中對應的一者；以及 基帶信號處理器，連接至所述N個無線電發(fā)射機，通過計算一個發(fā)射矩陣A來用所述發(fā)射矩陣A處理表示L個信號[Sl. . . sL]的向量S，以最大化所述無線電通信裝置和遠程裝置之間的信道容量，其中所述發(fā)射矩陣A加權所述L個信號并在所述N個天線中分配所述L個信號[S1... ]以以功率？_州同步發(fā)射至所述遠程裝置，其中Pmax為來自所有N個天線組合的總發(fā)射功率。
10.根據(jù)權利要求9所述的無線電通信裝置，其中，在N( M的條件下，所述發(fā)射矩陣A=VD,其中M為所述遠程裝置的天線數(shù)量，V為HhH的特征向量，H為從所述無線電通信裝置到所述遠程裝置的信道響應，矩陣D = I sqrt (P_/N)，以及I為單位矩陣。
11.根據(jù)權利要求9所述的無線電通信裝置，其中，在N>M的條件下，其中M為所述遠程裝置的天線數(shù)量，所述N個天線中的至少兩個天線發(fā)射的功率彼此不相同。
12.根據(jù)權利要求9所述的無線電通信裝置，其中，所述發(fā)射矩陣A等于VD，其中V為HhH的特征向量，H為從所述無線電通信裝置到所述遠程裝置的信道響應，D=diag Cd1,...,4)，以及Idp 12為所述發(fā)射功率，其中p=l至L。
13.根據(jù)權利要求12所述的無線電通信裝置，其中，當N>M時，其中M為所述遠程裝置的天線數(shù)量，D=Sqrt Cd Pmax/N) I，其中天線i發(fā)射的功率為(d Pmax/N) (VV11)ii,i=l, . . . , N,以及 d=dp,其中 p=l 至 L。
14.根據(jù)權利要求13所述的無線電通信裝置，其中 ，d=l/z，以及7
15.根據(jù)權利要求13所述的無線電通信裝置，其中，d=l，由此天線i發(fā)射的功率為(Pmax/N) (VVh) n，i=l至N，以及由所述N個天線組合發(fā)射的總功率為Pmax/M。
16.根據(jù)權利要求9所述的無線電通信裝置，其中，所述L個信號中的每個信號利用多載波調(diào)制處理而被基帶調(diào)制，且其中所述處理包括用多個子載波k的每個子載波處的發(fā)射矩陣A(k)乘以所述向量S。
全文摘要
一種通過具有N個天線的第一裝置和具有M個天線的第二裝置之間的信道傳送信號的方法和無線電通信裝置。在所述的第一裝置，代表將發(fā)射的L個信號的一向量s是經(jīng)過一發(fā)射矩陣A的處理，進而最大化在第一裝置與第二裝置之間受制于一功率限制的信道容量，其中，經(jīng)由N個天線的每一天線所發(fā)射的功率小于或等于一最大的功率值。每個天線的功率限制可以是所有天線相同，或者是每個天線特定的或不同。例如，每個天線的功率限制可以等于由所有N個天線組合發(fā)射的總最大功率除以N。發(fā)射矩陣A在N個天線中分配L個信號以同步發(fā)射至第二裝置。在所述的第二裝置，由M個天線所接收的信號經(jīng)由接收權重處理，并且所得到的信號被組合來恢復所述的L個信號。
文檔編號H04B1/02GK102655430SQ20121015292
公開日2012年9月5日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權日2002年7月30日
發(fā)明者強德拉·法得雅納珊, 葛里·L·蘇格而 申請人:美商智慧財產(chǎn)權授權股份有限公司