无线通信设备的制作方法

文档序号:7870227
专利名称:无线通信设备的制作方法
技术领域
一方面,本发明涉及一种使用空间复用的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。更具体地,本发明涉及一种发送机(transmitter)和接收机(receiver)共享信道信息以进行闭环型的空间复用传输的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。另一方面,本发明涉及一种通过基于在发送机发送包时从接收机所发送的训练序列(training sequence)而获得信道矩阵(channel matrix)、从而进行波束形成(beamforming)的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。更具体地,本发明涉及一种当作为波束形成器(beamformer)的发送机的天线数量小于作为波束接收器(beamformee)的接收机的天线数量时,使用从发送机发送给接收机的训练序列来进行波束形成的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
背景技术
由于无线网络能够去除现有有线通信网络中的线缆,因而无线网络近来受到瞩目。标准无线网络包括IEEE (电气与电子工程师协会)802.11或IEEE 802.15。例如,无线局域网(LAN)的标准IEEE 802.lla/g指定作为多载波(mult1-carrier)方法的正交步页分复用调制(orthogonal frequency divisionmultiplexing modulation, OFDM)方法。在OFDM调制方法中,由于将具有正交频率的传输数据分配给多 个载波,并传输该数据,所以各载波带变窄,频谱利用率(spectrumefficiency)非常高,并且对频率选择性衰落的抵抗性(frequency-selective fadinginterference)强。另外,IEEE 802.lla/g标准支持用于实现速度最高可达54Mbp s的通信的调制方法。然而,下一代无线LAN标准需要更高的比特率。为了实现更高速的无线通信,多输入多输出(mult1-1nput mult1-output, ΜΙΜΟ)通信倍受关注。MIMO通信在发送机和接收机中采用多个天线,以实现空间复用的流。发送机进行多个传输数据的空间/时间编码(spatial/temporal encoding)和复用,并且通过信道将该多个传输数据分配并发送给N个发送天线,其中,N为正整数。接收机对由M个接收天线通过信道所接收的信号进行空间/时间解码,以无流间的串扰地获得接收数据(例如,参考日本专利JP-A-2002-44051,以下称之为专利文献1),其中,M为正整数。理想地,形成与发送和接收天线中较少的数量(即,MIN[N,M])相应的空间流。根据MMO通信,可以不增加频带而根据天线的数量增加传输容量,并且可以提高通信速度。因为使用空间复用,所以频谱使用率高。MMO通信使用信道特性,并且与简单的发送/接收自适应阵列不同。例如,作为IEEE 802.lla/g扩展标准的IEEE 802.1ln指定使用OFDM作为初级调制的OFDM_MMO方法。当前,IEEE 802.1ln在Task Group n (TGn)中被标准化,其中,规范是基于在2005年10月所形成的增强无线联盟(Enhanced WirelessConsortium, EffC)中建立的规范而建立的。在MMO通信中,为了在空间上将空间复用的接收信号I分离成流信号X,通过任何方法来获取信道矩阵H,并且需要通过预定的算法、使用信道矩阵H而将空间复用的接收信号I在空间上分离成多个原本的流。信道矩阵H是这样而获得的:即允许发送机/接收机发送/接收现有训练序列,由实际接收的信号和现有序列之间的差异而估计信道,并根据发送和接收天线的组合而将传播信道配置成矩阵形式。当存在N个发送天线和M个接收天线时,信道矩阵为MXN(行乘以列)矩阵。因此,发送机发送N个训练序列,而接收机使用所接收的训练序列获得信道矩阵H。通常将用于在空间上分离接收信号的方法分为:开环型方法和闭环型方法,其中,在开环型方法中,接收机基于信道矩阵H而独立地进行空间分离;在闭环型方法中,发送机基于信道矩阵H对发送天线进行加权以进行向接收机的适当的波束形成,从而形成理想的空间正交信道。对于开环型MIMO传输方法,有迫零(Zero Force)(例如,参考A.Benjebbour,H.Murata, and S.Yoshida,“Performance of iterative successive detectionalgorithm for space-time transmission’Troc.1EEE VTC Spring,vol.2,pp.1287-1291,Rhodes, Greece, May 2001,以下称之为非专利文献I)或最小均方误差(MMSE)(例如,参考 A.Benjebbour, H.Murata, and S.Yoshida, “Performance comparison of orderedsuccessive receivers for space-time transmission,,Proc.1EEE VTC Fall, vol.4,pp.2053-2057,Atlantic City, USA, September 2001,以下称之为非专利文献 2)。开环型MMO传输方法是从信道矩阵H而求得用于在空间上分离接收信号的接收权重矩阵(reception weight matrix)W的比较简单的算法,在该算法中,省略了用于在发送机和接收机之间共享信道信息的反馈操作,并且发送机和接收机独立地进行空间复用传输。对于理想的闭环型MMO传输方法,已知使用信道矩阵H的奇异值分解(SVD)的SVD-MIMO 方法(例如,参考 http: //radio3.ee.uec.ac.jp/MIM0 (IEICE_TS).pdf (October24,2003),以下称之为非专利文献3)。在SVD-MMO传输中,对具有使用天线对的信道信息作为元素的数值矩阵即信道信息矩阵H进行奇异值分解以求得UDVh。发送机在发送天线权重矩阵中使用V,并将波束形成的包发送给接收机。接收机典型地使用(UD)-1作为接收天线权重矩阵。这里,D为在对角元素处具有与空间流的质量相对应的奇异值Xi的平方根的对角矩阵(下标“i”表示第i个空间流)。奇异值Xi为以升序排列的对角矩阵D的对角元素。根据对于流以奇异值的水平所表示的通信质量,进行功率比分布或调制方法分配,从而实现逻辑上独立的多个空间正交复用的传播信道。接收机可以无串扰地提取多个原本的信号序列,并且在理论上实现最高性能。在闭环型MIMO通信系统中,在发送机发送包时进行适当的波束形成,但是需要从用于接收该包的接收机反馈关于信道信息的信息。例如,EffC HT(高吞吐量)MAC(媒体访问控制)规范版本V1.24定义了 “隐式反馈”(Implicit feedback)和 “显式反馈” (Explicit feedback)这两种类型的过程,作为用于在发送机和接收机之间反馈关于信道矩阵的信息的过程。对于“隐式反馈”,发送机使用从接收机所发送的训练序列,来估计同样从接收机所发送的反向信道矩阵。在假定发送机和接收机之间的双向信道特性可逆的前提下,计算从发送机发送给接收机的正向信道矩阵以进行波束形成。进行通信系统中的RF电路的校准,从而使得信道特性可逆。对于“显式反馈”,接收机使用从发送机所发送的训练序列,来估计同样从发送机所发送的正向信道矩阵,并向发送机返回包括信道矩阵作为数据的包。发送机使用所接收的信道矩阵进行波束形成。作为替代,接收机从估计的信道矩阵计算用于允许发送机进行波束形成的发送权重矩阵,并向发送机返回包括发送权重矩阵作为数据的包。对于显式反馈,因为基于估计的正向信道矩阵而计算权重矩阵,所以也可以不假定信道是可逆的。以包传输的观点,发送机是发起器(initiator),而接收机是终止器(terminator)。然而,以波束形成的观点,用于发送包的发起器是波束形成器,而用于接收波束形成的包的终止器是波束接收器(beamformee)。将从波束形成器到波束接收器的通信称为“正向”,而将从波束接收器到波束形成器的通信称为“反向”。例如,当接入点(AP)作为波束形成器而向客户终端(STA)传输数据帧时,显式反馈需要接入点基于从客户终端所发送的信道信息而进行波束形成。对于显式反馈,波束形成器可以从波束接收器接收估计信道矩阵的显式反馈。通常将估计信道矩阵的反馈格式分成两种不同情况。在一种情况中,发送MIMO信道系数,而在另一种情况中,由波束接收器计算用于波束形成的发送权重矩阵V。将前一种格式称为信道状态信息(CSI)。波束形成器必须通过根据所接收的CSI来构造信道矩阵H从而进行奇异值分解,以计算用于波束形成的发送权重矩阵V。而后者又进一步分成以非压缩格式发送用于波束形成的发送权重矩阵V的情况和以压缩格式发送用于波束形成的发送权重矩阵V的情况。根据显式反馈,降低了波束形成器中用于估计信道矩阵的处理负荷和用于根据信道矩阵来计算发送权重矩阵的处理负荷。



图12示出用于通过显式反馈将波束形成从接入点发送至客户终端的帧交换过程。该过程是由发送包括CSI反馈请求的探测信息包的接入点启动的。探测信息包包括由信道矩阵激励的训练序列。因此,当接收探测信息包时,客户终端分离空间流训练以估计信道矩阵H,并收集CSI。将CSI数据包括在包中作为CSI反馈(CFB),并将CSI数据返回给接入点。接入点根据所接收的CFB来计算用于波束形成的发送权重矩阵,并将该用于波束形成的发送权重矩阵乘以发送信号,以将波束形成的包发送给客户终端。通过波束形成,即使客户终端位于过去难以进行无线通信的地方,客户终端仍可以以高传输率进行无线通 目。接着参考图13说明用于根据显式反馈进行波束形成的运算。在图13中,具有三个天线的第一客户终端STA-A为波束形成器,具有两个天线的第二客户终端STA-B为波束接收器。基于CSI格式进行反馈。在下面的说明或等式中,下标AB表示从STA-A到STA-B的正向传输。数字下标对应于相应的客户终端的天线序号。从STA-A的天线所发送的训练序列为(tm,tAB2,tAB3),而由STA-A的天线通过信道HabK接收的信号为(rAB1,rAB2)。得到下面的等式。
权利要求
1.一种无线通信设备,包括第一数量的天线、用于向包括第二数量的天线的接收机发送空间复用流,所述第一数量为等于或大于2的整数,而所述第二数量为等于或大于I的整数,所述无线通信设备包括: 通知部件,用于向所述接收机通知包括波束形成器的天线最大数量的波束形成能力信息,所述波束形成能力信息包括在管理帧中,所述管理帧还包括用于描述是否存在支持波束形成的能力字段; 训练部件,用于将包括训练序列的包发送给所述接收机,所述训练序列对应于所述无线通信设备的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线; 发送权重矩阵计算部件,用于使用从所述接收机接收到的波束形成反馈矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵,其中所述波束形成反馈矩阵是所述接收机利用所述波束形成能力信息生成的;以及 包发送部件,用于使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述无线通信设备的天线而发送的信号进行波束形成,并且根据所述将发送的信号而向所述接收机传输数据包。
2.根据权利要求1所述的无线通信设备,其特征在于, 所述管理帧还包括用于描述能够从所述波束形成器接收到的探测信息包的空间维数的能力描述字段。
3.根据权利要求1所述的无线通信设备,其特征在于, 所述管理帧被配置为信标、关联应答、再关联应答和探测应答之一。
4.一种无线通信设备,包括第一数量的天线、用于从包括第二数量的天线的发起器接收空间复用流,所述第二数量为等于或大于2的整数,而所述第一数量为等于或大于I的整数,所述无线通信设备包括: 通知接收部件,用于接收包括波束形成器的天线最大数量的波束形成能力信息,所述波束形成能力信息包括在管理帧中,所述管理帧还包括用于描述是否存在支持波束形成的能力字段; 信道矩阵估计部件,用于从所述发起器接收包括与所述发起器的所述第二数量的天线和所述无线通信设备的所述第一数量的天线相对应的训练序列的包,并估计具有所述第一数量的行和所述第二数量的列的信道矩阵; 信道信息反馈部件,在所述第二数量小于所述第一数量的情况下,考虑所述波束形成能力信息中包括的所述波束形成器的天线最大数量而将由所述信道矩阵估计部件所估计的所述信道矩阵抑制在第三数量的行和所述第二数量的列,其中,所述第三数量等于或小于所述波束形成器的天线最大数量,并利用所述波束形成能力信息从抑制后的信道矩阵生成向所述发起器反馈的波束形成反馈矩阵; 数据包接收部件,用于接收来自所述发起器的、在从所述波束形成反馈矩阵所请求用于波束形成的发送权重矩阵中波束形成的数据包;以及 空间分割部件,用于将包含所接收到的信号的接收向量乘以根据所述波束形成反馈矩阵所求得的接收权重矩阵,并进行空间复用信号的空间解码。
5.根据权利要求4所述的无线通信设备,其特征在于, 所述管理帧还包括用于描述能够从所述波束形成器接收到的探测信息包的空间维数的能力描述字段。
6.根据权利要求4所述的无线通信设备,其特征在于, 所述管理帧被配 置为信标、关联应答、再关联应答和探测应答之一。
全文摘要
公开了一种无线通信系统。该无线通信系统使用空间复用的流从包括N个天线的第一终端到包括M个天线的第二终端进行数据传输(N和M为大于或等于2的整数,且N<M)。
文档编号H04J99/00GK103220023SQ20121057239
公开日2013年7月24日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年4月27日
发明者山浦智也 申请人:索尼株式会社
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