无线通信装置以及无线通信方法
【专利说明】无线通信装置从及无线通信方法
[0001] 本申请是申请日为2007年4月27日、申请号为200710097572.6、发明名称为"无线 通信系统、无线通信装置W及无线通信方法"的申请的分案申请（申请号为 201210206360.8、发明名称为"无线通信装置W及无线通信方法"）的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及一种利用空间复用的无线通信系统、无线通信装置W及无线通信方 法，特别是设及在发送接收机之间共享信道信息来进行闭环型空间复用传输的无线通信系 统、无线通信装置W及无线通信方法。
[0003] 更详细地说，本发明设及一种基于当发送机发送包时从接收机发送过来的训练化 レ一二シク(training))序列得到信道矩阵从而进行波束形成的无线通信系统、无线通信 装置W及无线通信方法，特别是设及在成为波束形成器(Beamformer)的发送机一方的天线 数量少于成为波束接收器(Beamformee)的接收机的情况下发送机使用从接收机发送过来 的训练序列来进行波束形成的无线通信系统、无线通信装置W及无线通信方法。
【背景技术】
[0004] 作为从W往的有线通信方式的布线中解放出来的系统，无线网络引人关注。作为 与无线网络相关的标准化规格，可例举出IE趾（The Institute of Electrical and Electronics化gineers:电气与电子工程师协会)802.11、IE邸802.15。
[0005] 例如在IEEE802.11a/g中，作为无线LAN的标准规格、采用了作为多载波方式之一 的0FDM(0;rthogonal Frequen巧 Division Multiplexing:正交频分复用）调制方式。在 OFDM调制方式中，根据(FDM调制方式，将发送数据分配到被设定了相互正交的频率的多个 载波上传输，因此各载波的频带成为窄带，频率利用效率变得非常高，抵抗频率选择性衰减 干扰的能力强。
[0006] 另外，虽然在IE邸802.11 a/g规格中支持最大达到54Mbps的通信速度的调制方 式，但是还需要能够实现更高比特率的下一代无线LA姆见格。
[0007] 作为实现无线通信高速化的技术之一，吨ut Multi-Ou化ut:多输入 多输出）通信受到了关注。它是如下的通信方式：即在发送机侧和接收机侧双方具备多个天 线元件，实现空间复用后的流。在发送侧对多个发送数据实施空间/时间编码来进行复用， 分配到咐良发送天线上而发送到信道。与此相对，在接收侧对经由信道由Μ根接收天线接收 到的接收信号进行空间/时间解码，能够在流间无串扰地得到接收数据(例如参照专利文献 1)。理想情况是形成与发送接收天线之中较少一方的数量(ΜΙΝ[Ν，Μ])相应的空间流。
[000引根据ΜΙΜΟ通信方式，能够不增大频带而根据天线数量来实现传输容量的扩大，并 实现通信速度的提高。另外，由于利用空间复用，因此频率利用效率高。ΜΙΜΟ是利用了信道 特性的通信方式，与单纯的发送接收自适应阵列不同。例如，在作为ΙΕΕΕ802.11 a/g扩展规 格的IE邸802. lln中，采用了在初级调制中使用(FDM的(FDM_MIM0方式。目前IE邸802. lln在 任务组n(TGn)中进行着标准化作业，在该组中逐步总结的规格方案是基于由2005年10月设 立的业界团体EWCXEnhanced Wireless Consorti皿:增强无线联盟)所制作的建议规格。
[0009] 在ΜΙΜΟ通信中，为了从被空间复用的接收信号y中将各流信号X进行空间分离，需 要通过某种方法获取信道矩阵H，并且进一步根据规定的算法，从使用信道矩阵Η进行空间 复用的接收信号空间分离为原始的多个流。
[0010] 信道矩阵Η通常是如下的矩阵:通过在发送侧W及接收侧发送和接收已知的训练 序列，从而根据实际接收到的信号和已知序列之间的差来进行信道的估计，将与发送接收 天线组合的个数相同的通路的传输路径排列成矩阵形式。当发送侧天线数量是Ν、接收侧天 线数量是Μ时，信道矩阵成为ΜΧΝ(行X列)矩阵。因而，能够从发送机发送Ν个训练序列，在 接收机中使用接收到的训练序列来获取信道矩阵Η。
[0011] 另外，将接收信号进行空间分离的方法大致分为:开环型，即接收机基于信道矩阵 Η而独立地进行空间分离；闭环型，即通过在发送机侧也基于信道矩阵乘W发送天线权重而 形成面向接收机的合适的波束，由此作出理想的空间正交信道。
[0012] 作为开环型ΜΙΜΟ传输方式，可举出Zero Force(零规范化）（例如参照非专利文献 l)、MMSE(Minimum Mean Square化ror:最小均方误差）（例如参照非专利文献2)等。开环型 ΜΙΜΟ传输方式是从信道矩阵Η求出用于将接收信号进行空间分离的接收权重矩阵W的比较 简单的算法，省略一切在发送接收机之间共享信道信息的反馈手续，使发送机和接收机相 互独立地进行空间复用传输。
[OOU]另外，作为闭环型ΜΙΜΟ传输的理想方式之一，已知有利用了信道矩阵Η的奇异值分 解（SVD:Singular Value Decomposition)的SVD-MIM0方式（例如，参照非专利文献3)。在 SVD-MIM0传输中，对将对应于各天线对的信道信息作为元素的数值矩阵即信道信息矩阵Η 进行奇异值分解而求出UDVH。然后，在发送机侧，在发送用天线权重矩阵中使用V来向接收 机发送进行了波束形成的信息包，在接收机侧作为接收用天线权重矩阵而典型地提供 (UOri。此处D是使对角元素具有与各空间流的质量相当的各奇异值λι的平方根的对角矩阵 (下标i意味着第i个空间流）。在对角矩阵D的对角元素中按值的大小顺序排列奇异值、，并 对各流实施与由奇异值大小表示的通信质量相应的功率比分配、调制方式的分配，从而能 够实现被空间正交复用的逻辑上独立的多条传输路径，并在接收机侧完全没有串扰地取出 原始的多个信号序列，理论上达到最高的性能。
[0014] 在闭环型ΜΙΜΟ通信系统中，虽然在发送机发送信息包时进行合适的波束形成，但 是为此需要从接收信息包的接收机侧反馈与信道矩阵相关的信息。
[0015] 例如，在EWC HT(Hi曲 Throu曲put:高通量)MAC(Media Access Control:介质访 问控制)5口6(^^〇曰1:;[0]1￥6'3；[0]1￥1.24中，作为在接收发送机之间反馈与信道矩阵相关的 信息的过程，规定了 "隐式反馈（Implicit fee化ack)"和"显式反馈化xplicit fee化ack)" 运两种过程。
[0016] 在隐式反馈中，发送机使用从接收机发送过来的训练序列来估计从接收机到发送 机的反向的信道矩阵，并在发送接收机之间的双向的信道特性为可逆(reciprocal)的前提 下，计算从发送机到接收机的正向的信道矩阵来进行波束形成。
[0017] 另外，在显式反馈中，接收机使用从发送机发送过来的训练序列来估计从发送机 到接收机的正向的信道矩阵，将包含了该信道矩阵作为数据的信息包发回发送机，发送机 使用接收到的信道矩阵进行波束形成。或者，在接收机中，从估计的信道矩阵进一步计算用 于使发送机进行波束形成的发送权重矩阵，将包含了该发送权重矩阵作为数据的信息包发 回发送机。在显式反馈中，由于根据正向的估计信道矩阵来算出权重矩阵，因此也可W不将 信道的可逆性作为前提。
[0018] 从信息包传输的观点来看，发送机是发送者（initiator),接收机被定位为接收者 (receiver)，但是从波束形成的观点来看，发送信息包的发送机(发送者)是波束形成器，接 收进行了波束形成的信息包的接收机(接收者)是波束接收器。另外，将从波束形成器到波 束接收器的通信设为"正向"，将从波束接收器到波束形成器的通信设为"反向"。
[0019] 例如，在接入点(AP)作为波束形成器向客户终端(STA)发送数据帖的情况下，根据 隐式反馈，作为波束接收器的客户终端为了波束形成而仅将训练序列返给接入点即可。
[0020] 参照图8说明接入点通过隐式反馈对客户终端进行波束形成的帖交换过程。
[0021] 首先，接入点对客户终端请求训练序列的发送。当遵循EWC MAC规范化WC MAC Spec if i cat ion)具体地说明时，MAC帖的HT控制化T Contro 1)字段(参照图9)内的链接适配 控制(Xink Adaptation Control)字段（参照图 10)包含TRQ(Training Request:训练请求） 运样的位，将该位设为1相当于训练序列的发送请求。
[0022] 与此相对，客户终端返回探测（sounding)信息包。该探测信息包含有与接入点的 发送天线数量N和客户终端的接收天线数量Μ对应的训练序列，当接入点接受该探测信息包 时，能够进行Ν行Μ列的反向信道矩阵的估计。进而，接入点使用SVD、EVD化igen Value 〇6(301119〇3；[1：；[0]1:特征值分解）、或者其他矩阵分解方法来计算用于在正向上进行波束形成 的发送权重矩阵，并将来自各天线的发送信号与发送权重矩阵相乘，从而能够将波束形成 的信息包发送到客户终端。通过波束形成，即使在W往难W到达的地方，也能够W高传输率 进行通信。
[0023] 接着，参照图11说明用于使波束形成器按照隐式反馈使用来自波束接收器的训练 序列而进行波束形成的运算处理。其中，在该图中设具有討良天线的STA-A为波束形成器，设 具有2根天线的STA-B为波束接收器。另外，在下面的说明、公式中，下标AB意味着从STA-A向 STA-B的正向传输，下标BA意味着从STA-B向STA-A的反向传输。另外，数字下标相当于该终 端的天线序号。而且，WSTA-A和STA-B的信道是可逆的情形为前提，因而反向信道矩阵曲A为 正向的信道矩阵Hab的转置矩阵（即曲A=HABt)。
[0024] 当将从STA-B的各天线发送的训练序列设为（tBAi，tBA2)、将经过信道曲A由STA-A的 各天线接收的信号设为(rBAl，rBA2，rBA3)时，由下面的公式表示。
[0025] 式 1
[0026]
[0027]在此信道矩阵化A是3X2矩阵，表示为如下。其中，将hu设为从STA-B的第j根天线 至化TA-A的第i根天线的信道特性