专利名称：为mimo无线系统创建激活多径的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及数据通信，更具体地讲，涉及一种经由诸如多输入多输出(MIMO)系统的多信道通信系统的多个传输信道以多个数据流/路径传输的数据通信。
背景技术：
在使用射频(RF)传输的无线通信系统中，如图1所示，来自发射器A的RF信号可经由若干传播路径(多径)到达接收器B。为了提供分集来对抗有害的路径效应和改善性能，使用了多个发射及接收天线T。当没有以在其他路径上传输的线性组合的形式形成在一个路径上的传输时，多个发射及接收天线之间的传播路径是独立的。
多输入多输出(MIMO)通信系统采用多个发射天线和接收天线进行数据传输。由发射和接收天线形成的MIMO信道可被分解为多个独立的信道，其中，每个信道是MIMO信道的空间子信道(或传输信道)，并与一维相应。如果利用由多个发射及接收天线创建的附加维数，则MIMO系统可提供改善的性能(即，增加的传输容量)。
在空间复用中，在同一信道中存在不同的数据流/路径，其中，不同的发射天线用于每个数据流。在MIMO系统中，为了实现用于高频谱效率的空间复用的优点，需要丰富多径富余或低相关的无线信道。
为了增加MIMO系统中的系统链路鲁棒性和频谱效率，一种传统的方法使用采用空间复用方案的发射器将信号发送到接收器。然而，如果信道不是丰富多径(multipath-rich)，则这种方法无效。在另一传统方法中，发射器天线不直接指向接收天线。然而，这种方法不能保证提供丰富多径信道。而在另一传统方法中，在接收器天线放置被动反射器以收集更多的多径信号。此外，这种方法不能保证提供丰富多径信道。
因此，传统丰富多径环境是被动的，其中，来自发射器A的信号通过可视(LOS)和通过由从物体(例如，墙壁)反射的非可视(NLOS)传播到接收器B(图1)。同样地，对于丰富多径信道来说没有保证，因此MIMO系统的频谱效率下降(给定信道带宽和固定的时间段，发送的比特越多，频谱效率越高)。
因此，需要一种提供激活的多径的方法和系统以促进来自MIMO系统的空间复用增益。
发明公开技术解决方案本发明提供一种提供激活的多径的方法和系统以促进来自MIMO系统的空间复用增益。此外，本发明解决上述需要。
有益的效果本发明可提供激活的多径以促进来自MIMO系统的空间复用增益。此外，本发明可保证丰富多径信道，从而增加MIMO系统的频谱效率。
图1示出现有技术的MIMO系统的示例性框图；图2示出根据本发明的无线通信系统的实施例的示例性体系结构的框图；图3A示出示例性MIMO信道模型；图3B示出图3A的信道模型的示例性对角化；图4示出根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示例性体系结构的框图；和图5示出根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示例性体系结构的框图。
最佳方式在一个实施例中，本发明提供一种在包括发射器、收发器和接收器的无线通信系统中传输的方法，所述方法包括步骤将第一信号从发射器发送到接收器；和在收发器接收第一信号，并且通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
修改信号特性的步骤可包括在从收发器重发第一信号时选择性地引入时间延迟，从而在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。此外，修改信号特性的步骤可包括在重发前选择性地改变第一信号的幅度的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
修改信号特性的步骤还包括确定修改的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。该步骤包括在收发器从接收器接收指示在收发器接收到的第一信号和重发的信号相对的相关性的反馈，如果指示第一信号和重发的信号不是充分不相关，则修改并从收发器重发第一信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
在另一方案中，修改信号特性包括随机地修改信号特性的步骤，其中，在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。修改信号特性可包括在重发之前随机地改变第一信号的幅度的步骤，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。此外，修改信号特性可在从收发器重发第一信号时随机地引入时间延迟的步骤，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
无线通信系统可包括多输入多输出(MIMO)系统，从而从发射器和收发器的传输形成多径。同样地，在MIMO通信系统中通过多个发射天线发送第一信号和重发的信号，并且接收器解复用所述信号。无线通信系统还可包括多个收发器，以使每个收发器执行上述步骤。
参照下面的描述、权利要求和附图，本发明的这些和其他特定，各个方向及优点将会变得易于理解。
具体实施例方式
在一个实施例中，本发明提供一种创建激活的多径的方法和系统以促进来自MIMO系统的空间复用增益。在本发明众多潜在应用中之一是包括网络化的消费电子产品和计算机的MIMO高速无线家庭网络系统。其他应用也是可行的，并且包括在企业网络中的网络会议/视频会议等。
参照图2，根据本发明的激活多径MIMO系统100的实施例包括包含网络协议的多通信装置110(例如，发射器/接收器)，其中，网络100中的若干装置具有从特定装置接收信号并将信号重发到其他特定装置的能力。可以以各种重发模式进行重发，诸如随机(即，随机模式)或基于网络管理(即，受控模式)。如本领域的技术人员所知，其他重发模式也是可行的，并且是本发明所设想的。
图2中的MIMO系统100是无线网络，其中，装置210包括通信装置A、B、C1，...，Cn，其中，在一个示例中，装置A包括发射器，装置B包括接收器，装置C1，...，Cn包括收发器。信号通过可视路径Llos从发射器A被发送到接收器B。如果环境不是丰富多径，则其后在接收器B将不能获得空间复用的优点。在这种环境下，n个空闲装置C1，...，Cn被用作转发器来提供激活多径。在一个示例中，当获悉传输时，网络中的每个装置210的每个可作为转发器。在另一示例中，网络中仅若干数量的装置210作为转发器。
同样地，对于从发射器A到接收器B的传输，装置C1，...，Cn作为将信号从发射器A发送到接收器B的转发器。与通过其他转换器重发相比，转发器C1，...，Cn中的每个通过在重发的信号中实现不同特性(例如，具有不同的延迟、信号增益/加强等)重发信号。重发具有不同特性的信号致使到达接收器B的信号之间具有低相关性。
因此，转发器C1，...，Cn提供在发射器A和接收器B之间的激活丰富多径和统计独立的信道，使MIMO传输具有增加的空间复用增益。因为通过具有彼此独立地改变的相位(延迟)或幅度的不同路径从转发器重发信号，所以低相关性的信号被接收器B接收。例如，在不同时间彼此独立地改变从不同路径(即，转发器)接收的重发的信号的幅度，彼此独立。或者，再次发动的信号在完全不同的时间到达接收器B。
在根据本发明的一个示例性实施例中，可通过两种模式实现激活创建的多径受控模式和随机模式。在受控模式下，在转发器重发信号是在媒体访问控制协议的控制下。媒体访问控制协议是工业标准IEEE802.11协议的部分。典型地，站的MAC协议丢弃不以该站为目的的任何包。对于本发明，在“受控模式”操作期间，修改MAC以将包重发回PHY层。例如，在经由路径Lu1从发射器A接收到信号之后，转发器C1将接收的信号从转发器C1经由路径Ld1重发到期望的接收器B。使用n个转发器C1...Cn，由转发器C1...Cn生成n个通过发射器A发送的原始信号的受控的重发信号，其中，重发的信号之间低相关性。
在该示例中，基于来自接收器B的信号质量反馈，由转发器C1...Cn选择重发的信号的增益和延迟特性。如果从转发器C1...Cn到达接收器B的信号具有不期望的相关性，则其后转发器C1...Cn的一个或多个改变其重发的信号的增益和/或延迟，从而相对于其他重发的信号到达接收器B的重发的信号具有低相关性。同样地，接收器B经历n个激活多径(Ld1...Ldn)和一个LOS路径(LLOS)。这样控制激活多径从而在它们本身LOS路径之间不相关。在接收器B接收的强的和统计独立的调整信号提供受控的空间复用增益。在受控模式下，转发器的PHY将对包解码，并将其传送到其MAC。可以理解该包不是以该站为目的，并且该站当前作为转发器，在将包通过广播发送回之前，MAC将包发送回引入增益和延迟特定值的PHY。
在随机模式下，当n个转发器C1...Cn重发从发射器A接收的信号时，n个转发器C1...Cn被随机地分配信道特性/配置文件(profile)(例如，增益、延迟等)。从而，统计独立的重发信号被接收器B接收，其中，空间复用增益增加。相反，在受控模式下，从接收器B到转发器C1...Cn的反馈指示由接收器B接收的信号的质量，并且转发器C1...Cn的一个或多个改变信号重发特性(例如，延迟、增益/幅度等)，以实现由接收器B接收的重发的信号之间具有低相关性。在随机模式下，转发器的PHY将通过广播而不需要任何解码重发回接收的信号。换句话说，其作用像反射器。
在受控模式或随即模式下，一旦转发器C1...Cn中的每个从发射器A接收到信号，转发器在需要时可在重发信号时引入延迟，在重发之前放大信号等。在重发中的延迟在接收器B接收的信号之间没有引入相关性，这是因为在不同的时间接收器B接收到重发的信号。相似地，放大在接收器B接收的信号之间没有引入相关性，这是因为接收到的重发的信号具有不同的能量幅度。其他使信号不相关的方法是可行的，包括例如旋转信号以产生统计独立的调整信号。
作为在MIMO系统中的发送过程，基于转发器C1...Cn信道的配置文件训练接收器B，以使接收器B知道哪些转发器C1...Cn发送了哪些信号，当接收器B基于转发器C1的配置文件的预先知识从转发器C1接收信号时，接收器B知道信号来自转发器C1(例如，第一天线)。并且当接收器B基于转发器C2的配置文件的预先知识从转发器C2接收信号时，接收器B知道信号来自转发器C2(例如，第二天线)。依此类推。接收器B对信号解码，并在不同的转发器C1...Cn之间进行区分(这是如何在接收器B执行复用)。转发器C1...Cn将来自发射器A的信号重发到接收器B，以使接收器B可更好地在其从发射器A和从转发器C1...Cn接收的所有信号之间进行区分。
当训练MIMO系统100时，接收器B接收转发器C1...Cn和发射器A的信道H配置文件，并执行信道矩阵(下面进一步描述的图3A、图3B)。基于信道矩阵，接收器B可确定接收的信号之间是否相关。在随机模式下，转发器为了将信号发送到接收器B随机地改变信道配置文件。在受控模式下，接收器B将指示接收的信号之间相关性的反馈提供给转发器C1...Cn，从而转发器改变信道配置文件(例如，改变延迟、改变信号幅度)以降低相关性。接收器B和转发器C1...Cn在它们本身之间进行通信(使用反馈)，并确定如何改变信道配置文件以使重发的信号之间相关性低。接收器B将指示接收的信号是否可接受的确认发送到转发器C1...Cn中的每个，从而转发器可改变信道配置文件(即，延迟、增益等)，并将信号重发到接收器B直到接收器B确认接收的信号可接受。在接收器B和每个转发器C1...Cn之间进行调整，其中，转发器C1...Cn彼此不知道。通过关于信道的相关性的来自接收器的反馈信息确定延迟的长度和增益量。
参照图3A，在示例性MIMO系统200中，包括发射器210(即图2中的发射器A和转发器C1...Cn)和接收器220(即图2中的接收器B)，其每个具有4个天线(T1...T4)，在接收器220的通过矩阵H表示信道模型。如果接收到强/兼容信号，则分解矩阵，并通过对角化/取反将信道矩阵转换为表示虚拟多信道的对角化矩阵H’，从而增加了增益。如果在图3A中使用4×4矩阵，则存在4个虚拟信道。图3B示出3×3矩阵信道模型的示例性对角化。当基于信道特性和接收的信号的解码执行信道取反时，如果多个信道相对独立，则存在用于接收信号的多个独立路径，增加了吞吐量。在4×4矩阵的情况下，最大吞吐量可高达单个天线系统的四倍。
再次参照图2，转发器C1...Cn可通过LOS或另一方法从发射器A接收信号(例如，墙壁的反射、通过其他转发器等)。通过LOS从发射器A到接收器B的传输是一条路径，经由每个转发器从发射器A到接收器B的传输是另一条路径。此外，如图4中的示例性MIMO系统300所示，从发射器A到接收器B的每条路径可包括两个或更多转发器C11...C1m。
在另一实施例中，如图5中的示例性系统400所示，至少转发器C1...Cn中的若干个可彼此进行通信，并使用全局信息同步它们的信道配置文件修改，以在信号间提供低相关性。基于关于信道的来自接收器B的反馈信息进行转发器之间的同步。接收器B可预定每个转发器的增益和延迟。
在另一实施例中，在随机模式下操作转发器C11...C1m(图2)中的一个个或多个，并且在受控模式下操作其他的转发器中的一个或多个。此外，在受控模式下操作的两个或更多个转发器可如所述的那样同步它们的信道配置文件修改。
为了将网络中的通信装置转换为转发器，改变MAC协议和物理层以便当转发器接收以接收器为目的的信号时，转发器将信号重发到目的接收器。由于MAC协议是基于CSMA/CA的一个协议(即对话前收听)，如果包不是以那个站为目的，则该站将作为另一站的转发器。
本领域的技术人员认识到分配信道特性的其他方法也是可行的，并且是是本发明所设想的。
已参照其特定优选方案详细描述了本发明；然而，其他方案也是可行的。因此，权利要求的精神和范围不应限于对包括在此的优选方案的描述。
权利要求
1.一种在包括发射器、收发器和接收器的无线通信系统中的传输方法，包括如下步骤将第一信号从发射器发送到接收器；和在收发器接收第一信号，并通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到重发的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，修改信号特性的步骤包括在从收发器重发第一信号时选择性地引入时间延迟，使得接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中，修改信号特性的步骤包括在重发前选择性地修改第一信号的幅度的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出系统，从而从发射器和收发器的传输形成多径。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出通信系统。
6.如权利要求1所述的方法，其中，修改信号特性的步骤还包括确定修改的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定修改的步骤还包括在收发器从接收器接收指示在收发器接收到的第一信号和重发的信号相对的相关性的反馈，如果指示第一信号和重发的信号不是充分不相关，则修改并从收发器重发第一信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
8.如权利要求6所述的方法，其中，修改信号特性的步骤包括在重发前随机地改变第一信号的幅度的步骤，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
9.如权利要求6所述的方法，其中，修改信号特性的步骤包括随机地改变信号特性的步骤，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
10.如权利要求6所述的方法，其中，修改信号特性的步骤在从收发器重发信号时随机地引入时间延迟的步骤，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，以使在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述无线通信系统包括多个收发器，并且还包括步骤在多个收发器接收第一信号，并在每个收发器通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到重发的信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在每个收发器中修改信号特性的步骤包括在从收发器重发第一信号时引入时间延迟，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
13.如权利要求11所述的方法，其中，在每个收发器中修改信号特性的步骤包括在重发前改变第一信号的幅度的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出系统，从而从发射器和收发器的传输形成多径。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出通信系统；和第一信号和重发的信号包括多个数据流，从而在MIMO通信系统中通过多个发送天线发送多个数据流。
16.如权利要求11所述的方法，其中，在每个收发器中修改信号特性的步骤还包括确定修改的步骤，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在每个收发器修中确定修改的步骤包括在收发器从接收器接收指示在接收器接收到的信号相对的相关性的反馈，如果指示第一信号和重发的信号不是充分不相关，则修改并从收发器重发第一信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
18.如权利要求16所述的方法，其中，在每个收发器中修改信号特性的步骤包括在重发之前随机地改变第一信号的幅度的步骤，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
19.如权利要求16所述的方法，其中，在每个收发器中修改信号特性的步骤在从收发器重发信号时随机地引入时间延迟的步骤，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
20.如权利要求11所述的方法，还包括在收发器中调整第一信号的信号特性的修改的步骤，从而在接收器完全不相关地接收第一信号和重发的信号。
21.一种无线通信系统，包括发射器、收发器和接收器；发射器将第一信号送到接收器；和接收器接收第一信号，并通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到重发的信号。
22.如权利要求21所述的系统，其中，收发器通过从收发器重发信号时引入时间延迟来修改信号特性，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
23.如权利要求21所述的系统，其中，收发器在重发前通过选择性地改变第一信号的幅度修改信号特性，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
24.如权利要求21所述的系统，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出系统，从而从发射器和收发器的传输形成多径。
25.如权利要求21所述的系统，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出通信系统。
26.如权利要求21所述的系统，其中，收发器通过确定修改来修改信号特性，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
27.如权利要求26所述的系统，其中，接收器将指示在接收器接收到的第一信号和重发的信号相对的相关的反馈发送到收发器，并且收发器基于发自接收器的反馈来确定修改，其中，如果指示第一信号和重发的信号不是充分不相关，则收发器进行修改并从收发器重发第一信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
28.如权利要求26所述的系统，其中，收发器在重发之前通过随机地改变第一信号的幅度来修改信号特性，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
29.如权利要求26所述的系统，其中，收发器通过随机地修改信号特性来修改信号特性，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
30.如权利要求26所述的系统，其中，收发器通过从收发器重发第一信号时随机地引入时间延迟来修改信号特性，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
31.如权利要求26所述的系统，还包括多个收发器，其中，每个收发器接收第一信号，并通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到重发的信号。
32.如权利要求31所述的系统，其中，每个收发器通过在收发器重发第一信号时引入时间延迟来修改信号特性，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
33.如权利要求31所述的系统，其中，每个收发器在重发之前通过选择性地改变第一信号的幅度来修改信号特性，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
34.如权利要求31所述的系统，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出系统，从而从发射器和收发器的传输形成多径。
35.如权利要求31所述的系统，其中，所述无线通信系统包括多输入多输出通信系统；和第一信号和重发的信号包括多个数据流，从而在MIMO通信系统中通过多个发送天线发送多个数据流。
36.如权利要求31所述的系统，其中，每个收发器通过确定修改来修改信号特性，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
37.如权利要求36所述的系统，其中，接收器将指示在接收器接收到的第一信号和重发的信号相对的相关性的反馈发送到收发器；并且每个收发器基于来自接收器的反馈确定所述修改，其中，如果指示第一信号和重发的信号不是充分不相关，则收发器进行修改并从收发器重发第一信号，从而在接收器完全不相关地接收到第一信号和重发的信号。
38.如权利要求36所述的系统，其中，每个收发器在重发之前通过随机地改变第一信号的幅度来修改信号特性，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
39.如权利要求36所述的系统，其中，每个收发器通过从收发器重发第一信号时随机地引入时间延迟来修改信号特性，以使接收器在第一信号之后接收到重发的信号，从而在接收器将第一信号和重发的信号接收为本质上统计独立的信号。
40.如权利要求31所述的系统，其中，收发器调整在收发器中第一信号的信号特性的修改，从而在接收器完全不相关地接收第一信号和重发的信号。
全文摘要
提供一种在包括发射器、收发器和接收器的无线通信系统中的传输方法。发射器将第一信号从发射器发送到接收器；收发器还接收第一信号，并通过修改信号特性将第一信号重发到接收器，从而在接收器完全不相关地接收到重发的信号。
文档编号H04J99/00GK101019341SQ200580030547
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年9月10日
发明者敖超, 沈君 申请人:三星电子株式会社