CN100583680C - 在mimo无线通信系统中传输信息的方法和无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有至少一个发送站(AP)和至少两个接收站(MT)的无线通信系统中传输信息的方法，其中，所述的发送站(AP)和接收站(MT)通过无线通信接口彼此相连接，其中，所述的发送站(AP)具有一个带有KB个天线元件(KB³1)的发送天线，而所述的接收站(MT)分别具有一个带有KM个天线元件(KM³1)的发送天线，并通过MIMO传输进行通信。根据本发明，在一个共同的过程中生成由所述发送站(AP)发送天线的天线元件所辐射的发送信号，并从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配，其中，在线性的信号处理中检测由所述接收站(MT)接收天线的天线元件所接收的接收信号。

Description

在MIMO无线通信系统中传输信息的方法和无线通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于在具有至少一个发送站和至少一个接收站的无线通信系统中生成发送信号矢量的方法。

本发明还涉及一个包括至少一种发送站和至少两个接收站的无线通信系统。

背景技术

在无线通信系统中，借助电磁波通过发送的和接收的站(基站和用户站)之间的无线接口来传输信息(例如语音，图像信息，视频信息，SMS(短消息业务)，或另外的数据)。在此，使用位于对于各自系统安排的频带中的载频来实现电磁波的辐射。将900，1800和1900MHz上的频率使用于所引入的GSM移动无线系统(全球移动通信系统)。对于使用CDMA或TD/CDMA传输方法的未来的移动无线系统，诸如UMTS(通用移动电信系统)，或另外的第三代的系统安排了约2000MHz的频带中的频率。

在这些无线通信系统中，通过多路接入法(多址，MA)来调节站对共同的传输媒体的接入。在这些多路接入时，可以在站之间在时域中(时分多址，TDMA)，在频域中(频分多址，FDMA)，在码域中(码分多址，CDMA)，或在空间域中(空分多址，SDMA)，来划分传输媒体。在此，常常(例如在GSM[全球移动通信系统]，TETRA[TerestrialTrunked Radio(地面中继线无线电)]，DECT[数字增益无绳电信]，UMTS[通用移动电信系统]中)实现将传输媒体按照无线接口划分成频率信道和/或时间信道。这些信道一般称为传输信道或无线信道。在离散地协调的系统中，借助关于这些传输信道的可用性的测量来决定。按照无线传播，即根据无线场衰减，也可以以相应的空间间距来重新采用这些传输信道。

在无线传输系统的发送站和至少一个接收站之间无线传输时，现在由于传输信道的频率选择性而导致干扰现象，这些干扰现象是作为符号间干扰和多路接入干扰而公知的。传输信道的传输带宽越大，这些干扰则越强烈地使发送信号失真。

按常规不考虑有效的无线信道地来在发送站上生成发送信号。在第二步骤中，通过相应匹配的和一般很费事的用于检测所传输数据的方法，至少近似地在接收站上消除然后出现的干扰现象。

具有至少一个发送站(接入点AP或基站)和至少两个接收站(移动终端MT)的无线通信系统是公知的，其中，发送站(AP)和接收站(MT)通过无线通信接口彼此相连接。在此，发送站具有一个带有K_B个天线元件(K_B≥1)的发送天线，而接收站分别具有一个带有K_M个天线元件(K_M≥1)的发送天线。它们通过MIMO传输(多入-多出MIMO)来通信。

以下将具有至少一个带有多个发送元件的发送站，和具有至少一个带有多个接收天线的接收站的无线传输装置，称为MIMO系统。在MIMO系统的至少一个发送站和至少一个接收站之间的无线传输时，由于传输信道的频率选择性而导致干扰现象，这些干扰现象是作为符号间干扰和多路接入干扰而公知的。为了在MIMO系统中从至少一个发送站向接收站无线传输的目的，原则上应满足两个前提：

-应由各自的发送站生成和辐射适合于发送天线中的每一个的发送信号，以及

-应由接收站中的每一个，通过适当处理所有接收天线的接收信号来检测各自感兴趣的数据。

近年来分析研究了诸如联合传输或联合预矫正的替代方案，这些方案通过考虑有效的传输信道已经在发送站上生成发送信号时，完全、基本上或至少部分地消除了干扰现象。

*M.Meurer，P.W.Baier，T.Weber，Y.Lu，A.Papathanassiou著：“联合传输，一种使用时分双工运行的CDMA移动无线系统的先进的下行链路方案”，IEE电子文献，卷36，2000，900-901页[1]和

*P.W.Baier，M.Meurer，T.Weber，H.Troeger著：“联合传输(JT)，一种使用多元件发送天线的时分CDMA的下行链路的替代合理方案”，IEEE第7届扩展频谱技术与应用的国际研讨会论文集(ISSSTA’2000)Parsippany/新泽西，2000，1-5页[2]

例如介绍了一种联合传输(JT)传输方法，尤其是用于从基站通向用户站的移动无线系统的下行线路，该传输方法实现了同时供应多个用户。在此，在一个共同的过程中生成由基站或发送站(AP)的发送天线所辐射的发送信号，并从在此要花费的发射能量的角度进行优化。

在具有至少一个带有至少一个发送天线的发送站和至少一个带有至少一个接收天线的接收站的联合传输系统中，通过接收站专有的解调器矩阵来描述以下称为解调的，线性的接收机侧的信号处理[2]。

在常规的联合传输系统[2]中，通过固定的标记，例如CDMA码，来确定用户专有的解调矩阵。尤其由于没有关于在发送站和接收站之间有效的移动无线信道在空间和时间上的传输特性的信息被考虑到用户专有的解调矩阵的设计中，因此决定了该方案。

类似于在联合传输(JT)方法中的方案，也可以在采用具有多个接收天线的接收站时，通过采用

-关于有效无线信道的信息和

-关于用于检测的，先验确定的接收站专有的处理方法的信息

来生成这种发送信号，这些发送信号已经在发送时理论上完善地消除了所出现的上述干扰现象。

发明内容

所以本发明的任务在于指出一种方法和一种改善的发送装置，该方法和发送装置对于有效的传输信道既考虑了发射功率的最小化，也还考虑了诸如发送信号的方向特性的其它质量准则。

根据本发明的用于在具有至少一个发送站和至少两个接收站的无线通信系统中传输信息的方法，其中，所述的发送站和接收站通过无线通信接口彼此相连接，所述的发送站具有一个带有K_B个天线元件的发送天线，K_B≥2，而所述的接收站分别具有一个带有K_M个天线元件的接收天线，K_M≥2，并通过MIMO传输来通信，在一个共同的过程中生成由所述发送站发送天线的天线元件所辐射的发送信号，并从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配，以及在借助解调进行线性的信号处理中，通过考虑在所述发送站和各自接收站之间的空间和时间上的传输特性来检测由所述接收站接收天线的天线元件所接收的接收信号，其中接收站专有的从发送站发出的发送信号t₀ ^(k)相当于瑞利商，其被选择使得

$\frac{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}$

最大化，其中H₀ ^(k)是接收站专有的信道矩阵。

根据本发明的用于执行以上方法的无线通信系统，包括至少一个发送站和至少两个接收站，其中所述的发送站和接收站通过无线通信接口彼此相连接，所述的发送站具有一个带有K_B个天线元件的发送天线，K_B≥2，而所述的接收站分别具有一个带有K_M个天线元件的接收天线，K_M≥2，在所述的发送站中安排了装置用于在一个共同的过程中生成由所述发送天线的天线元件所辐射的发送信号，和用于从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配，以及在所述的接收站中分别安排了装置用于在借助解调所进行的线性的信号处理中通过考虑在所述发送站和接收站之间的空间和时间上的传输特性，来检测由所述接收天线的天线元件所接收的接收信号，其中所述无线通信系统被设计为使得接收站专有的从发送站发出的发送信号t₀ ^(k)相当于瑞利商，其被选择使得

$\frac{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}$

最大化，其中H₀ ^(k)是接收站专有的信道矩阵。

根据本发明，在一个共同的过程中生成由发送站发送天线的天线元件所辐射的发送信号，并从在辐射时应花费的发射能量的角度进行匹配，其中，在线性的信号处理中检测由接收站接收天线的天线元件所接收的接收信号。

在辐射之前借助调制器矩阵M可以有利地计算出发送站发送天线的天线元件的单个信号。

在此，尤其通过使用调制器矩阵M来基本上线性地调制至少一个要传输的数据矢量d，可以生成发送信号矢量t＝M·d。

在本发明的改进方案中，在线性的接收机侧的信号处理时，通过考虑发送站和接收站之间的空间和时间上的传输特性来实现解调。

在线性的接收机侧的信号处理时，尤其可以采用接收站专有的解调器矩阵D。

每个发送站(AP)和每个接收站(MT)有利地通过至少一个由信道矩阵H表征的无线信道相连接。

优选通过解调器矩阵D和信道矩阵H的乘积来得出在调制器矩阵M中含有的系统矩阵B＝D·H。

在发送站具有一个带有KB个天线元件(KB≥1)的发送天线，而接收站分别具有一个带有KM个天线元件(KM≥1)的发送天线的本发明无线通信系统中，安排了用于在一个共同的过程中生成由发送站(AP)发送天线的天线元件所辐射的发送信号，和用于从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配的装置，以及安排了用于在线性的信号处理中检测由接收站接收天线的天线元件所接收的接收信号的装置。

本发明的无线通信系统尤其适合于执行本发明的方法。

本发明在多用户MIMO传输系统中在组合上一方面组合了：

-根据联合传输来生成发送站专有的发送信号和另一方面组合了：

-通过考虑关于在发送站和接收站之间有效的移动无线信道的在空间和时间上的传输装置的信息来进行解调。

该新式组合方法的技术实现允许，带来效益地利用两种行动方式的优点。

在求取接收站专有的解调时，可以考虑关于在发送站和接收站之间有效的移动无线信道的空间和时间上的传输特性的信息。

引入信道特性还提供了以下的优点：

-降低了总的发射能量，

-避免了由移动无线信道和错误匹配的解调矩阵所组成的组合，

-改善了在蜂窝式联合传输系统中的小区间干扰情况，

-降低了SNR衰变(Degradation)(请参阅[3])，

-提高了传输效率(请参阅[3])，

-提高了系统容量。

对此例如可以从

·H.Troger，T.Weber，M.Meurer，P.W.Baier著：“具有多元件传输天线的联合传输(JT)多用户下行链路的性能评价”，欧洲电信传输，ETT卷12，第5期，2001年9月/10月[3]，中获知详情。

附图说明

以下借助应用实例来详述本发明的细节和详情。

图1展示了本发明MIMO JT系统的系统模型；

图2展示了按方程(21)下方的信道矩阵H₀ ^(k)的结构；

图3展示了按方程(38)下方的信道矩阵D ^(k)的结构。

具体实施方式

联合传输(JT)是一种下行线路的有前途的传输方法[1，2，3]，该传输方法被推荐用于使用混合的多路接入法TDMA/CDMA的移动无线系统。在JT中有利地共同对于所有的接收站MT来生成传输信号。JT建立在预先确定的解调器上[？]。在这些解调器和信道脉冲响应的特性的基础上，在发送站AP中如此来后验地确定调制器，使得完全消除了符号间干扰(ISI)和多路接入干扰(MAI)。迄今在分析研究JT时，仅考察在发送站AP上的多元件天线。从数字分析研究[3]中可以看出发送天线组的用处。本发明涉及在具有多个用户的传输系统中的JT，在这里多元件天线既使用在发送站AP上，也使用在接收站MT上。以下介绍这种MIMO JT方法的系统模型。

具有多个用户的MIMO系统的信号传输模型

在AP上使用一组K_B个发送天线元件，并在每个MT μ_k，k＝1...K上设置一组K_M个接收天线元件。维W的信道脉冲响应

${\underset{\‾}{h}}^{(k,k_B,k_M)}={({\underset{\‾}{h}}_1^{(k,k_B,k_M)}...{\underset{\‾}{h}}_W^{(k,k_B,k_M)})}^T,k=1...K,k_B=1...K_B,k_M=1...k_M,---\left(1\right)$

表征了在MT μ_k的发送天线元件k_B和接收天线元件k_M之间的移动无线信道。将维S的发送天线专有的发送信号

${\underset{\‾}{t}}^{\left(k_B\right)}={({\underset{\‾}{t}}_1^{\left(k_B\right)}...{\underset{\‾}{t}}_S^{\left(k_B\right)})}^T,k_B=1...K_B,---\left(2\right)$

馈入K_B个发送天线元件中的每一个中。可以汇总K_B个(2)的天线专有的发送信号t ^(kB)，以便形成维K_BS的总发送信号

$\underset{\‾}{t}={({\underset{\‾}{t}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{t}}^{{\left(K_B\right)}^T})}^T---\left(3\right)$

使用(1)的信道脉冲响应h(k，kB，kM)可以形成MT专有的和天线专有的信道卷积矩阵

${\underset{\‾}{H}}^{(k,k_B,k_M)}=\left({\underset{\‾}{H}}_{i,j}^{(k,k_B,k_M)}\right),i=1...S+W-1,j=1...S,$

$k=1...K,k_B=1...K_B,k_M=1...K_M,$

(4)的H ^{(k，kB，kM)}具有维(S+W-1)×S。

在MT μ_k的接收天线k_M上接收的信号可以用(2)的t ^(kB)和(4)的H ^{(k，kB，kM)}表达为矢量

${\underset{\‾}{r}}^{(k,k_M)}=\underset{k_B=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{H}}^{(k,k_B,k_M)}{\underset{\‾}{t}}^{\left(k_B\right)}$

$={\underset{\‾}{H}}^{(k,k_M)}{\underset{\‾}{t}}_1,k=1...K,k_M=1...K_M.---\left(5\right)$

r ^(k，kM)和H ^(k，kM)具有维(S+W-1)×1或(S+W-1)×(KBS)。MT专有的和接收天线专有的信道卷积矩阵称为H ^(k，kM)。

在MT μ_k，k＝1...K上接收的K_M个(5)的信号r ^(k，kM)可以布置在维K_M(S+W-1)的矢量

${\underset{\‾}{r}}^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{r}}^{{(k,1)}^T}...{\underset{\‾}{r}}^{{(k,K_M)}^T})}^T,k=1...K,---\left(6\right)$

中，该矢量称为MT μ_k上的MT专有的接收信号。

使用[K_M(S+W-1)]×(K_BS)MT专有的信道卷积矩阵

${\underset{\‾}{H}}^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{H}}^{{(k,1)}^T}...{\underset{\‾}{H}}^{{(k,K_M)}^T})}^T,k=1...K,---\left(7\right)$

从(6)的MT专有的接收信号r ^(k)中变成

r ^(k)＝H ^(k) t.         (8)

将K个(6)的MT专有的接收信号r ^(k)汇总，以便形成总的接收信号

$\underset{\‾}{r}={({\underset{\‾}{r}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{r}}^{{\left(K\right)}^T})}^T$

$=\underset{\‾}{H}\underset{\‾}{t}---\left(9\right)$

(9)的r和H具有维KK_M(S+W-1)或[KK_MX(S+W-1)]×(K_BS)。

数据传输和数据识别

假设，应从AP向MT μ_k，k＝1...K传输TDMA脉冲串N个数据符号。对于MT μ_k，k＝1...K确定的N个数据符号d _n ^k)，k＝1...N布置在维N的数据矢量

${\underset{\‾}{d}}^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{d}}_1^{\left(k\right)}...{\underset{\‾}{d}}_N^{\left(k\right)})}^T---\left(10\right)$

中。将K个数据矢量d _n ^(k)，k＝1...K合并，以便形成维KN的总数据矢量

$\underset{\‾}{d}={({\underset{\‾}{d}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{d}}^{{\left(K\right)}^T})}^T={({\underset{\‾}{d}}_1...{\underset{\‾}{d}}_{\mathrm{KN}})}^T---\left(11\right)$

为了执行从AP向MT的数据传输，必须通过(11)的总数据矢量d来表达(3)的总发送信号t。在假设线性调制的情况下，调制过程可以表达为

t＝Md.            (12)

矩阵M称为调制器矩阵，并具有维(K_BS)×(KN)。

按照在[3]中所做的考虑，必须对于K个MTμ_k，k＝1...K中的每一个，预先确定维N×[K_M(S+W-1)]的解调器矩阵D ^(k)，并且维(KN)×[KK_M(S+W-1)]的总解调器矩阵于是得出为

D＝对角块矩阵(D ^(r)...D ^(K)      (13)

图1中示出了MIMO JT方法的系统模型。在JT的情况下，通过考虑(13)的解调器矩阵D和(9)的信道卷积矩阵H如此来后验地确定(12)的调制器矩阵M，使得适用

$\underset{\‾}{d}\stackrel{1}{=}\underset{\‾}{D}\underset{\‾}{r}=\underset{\‾}{D}\underset{\‾}{H}\underset{\‾}{t}=\underset{\‾}{D}\underset{\‾}{H}\underset{\‾}{M}\underset{\‾}{d}---\left(14\right)$

按照[1，2，3]中的描述，一种选择可能性是

M＝(DH)^*T(DH(DH)^*T)^-1.        .(15)

在该情况下，对于给定的H和D使总发射能量‖t‖²/2最小化。在设计这种MIMO JT方法时的重要的问题在于解调器矩阵D的确定，以便达到有利的系统功率(Systemleistung)。

以下为了较好的清晰性而考察仅具有一个用户的MIMO系统。

在JT系统的迄今实施的分析研究中，仅在发送站(AP)上，而不在接收站(MT)上考虑多重天线，即不考虑MIMO天线装置。在JT系统中接纳这种天线装置时的重要之处是规定了合适的解调器矩阵。

具有MIMO天线装置的基本的JT系统

在本段落(Abchnitt)中考察了基本的JT系统，其中，AP仅与来自K个MT μ_k，k＝1...K的集体中的一个MT μ_k，k∈(1...K)通信，以及其中，向该MT传输一个单个的数据符号。以下通过下标“0”来指明这种具有仅一个MT和仅一个数据符号的情况。

所考察的MIMO天线装置由AP上的K_B个发送天线和在每个MT μ_k，k＝1...K上的K_M个接收天线组成。在表1和2中汇总了在该段落的过程中所引入的矢量和矩阵的名称和维。

将维S₀的发送天线专有的发送信号

${\underset{\‾}{t}}_0^{(k,k_B)}={({\underset{\‾}{t}}_{\mathrm{0,1}}^{(k,k_B)}...{\underset{\‾}{t}}_{0,S_0}^{(k,k_B)})}^T,k_B=1...K_B,---\left(16\right)$

馈入K_B个发送天线的每一个中。如果S₀大于1，则将所传输的数据符号频谱地扩展。S₀因此称为扩展系数。将K_B个(16)的天线专有的发送信号t ₀ ^k，kB)汇总成维K_BS₀的总发送信号

${\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{t}}_0^{{(k,1)}^T}...{{\underset{\‾}{t}}_0^{(k,K_B)}}^T)}^T---\left(17\right)$

通过维W的信道脉冲响应

${\underset{\‾}{h}}^{(k,k_B,k_M)}={({\underset{\‾}{h}}_1^{(k,k_B,k_M)}...{\underset{\‾}{h}}_W^{(k,k_B,k_M)})}^T---\left(18\right)$

来表征MT μ_k的在发送天线k_B和接收天线k_M之间的无线信道。使用(18)的h ^{(k，kB，kM)}可以形成MT专有的和天线专有的信道矩阵

${\underset{\‾}{H}}_0^{(k,k_B,k_M)}=\left({\underset{\‾}{H}}_{0i,j}^{(k,k_B,k_M)}\right),i=1...S_0+W-1,j=1..{.S}_0,$

$k_M=1...K_M,k=1...K,k_B=1...K_B,$

H ₀ ^k，kB，kM)具有维(S+W-1)×S₀。

使用(17)的t ₀ ^k)和(19)的H ₀ ^k，kB，kM)可以将在接收天线k_M上由MT μ_k接收的信号表达为维S₀+W-1的矢量

${\underset{\‾}{r}}_0^{(k,k_M)}=\underset{K_B=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{H}}_0^{(k,k_B,k_M)}{\underset{\‾}{t}}_0^{(k,k_B)}$

(20)中的H ₀ ^k，kM)具有维(S₀+W-1)×(K_BS₀)。(20)的r ₀ ^k，kM)是MT专有的和接收天线专有的信号。使用r ₀ ^k，kM)将在MT μ_k上接收的总信号获得为

${\underset{\‾}{r}}_0^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{r}}_0^{{(k,1)}^T}...{\underset{\‾}{r}}_0^{{(k,K_M)}^T})}^T$

$={\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}---\left(21\right)$

(21)的r ₀ ^k)和H ₀ ^k)具有维K_M(S₀+W-1)或[K_M(S₀+W-1)]×(K_BS₀)。图2中示出了矩阵H ₀ ^k)的结构。

使用(2)的t ₀ ^k)和(21)的r ₀ ^k)，通过AP传输的和通过MT μ_k接收的能量变为

$T_0^{\left(k\right)}={\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}---\left(22\right)$

或

$R_0^{\left(k\right)}={\underset{\‾}{r}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{r}}_0^{\left(k\right)}$

$={\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}.---\left(23\right)$

人们从现在起要求，通过正确选择(17)的t ₀ ^k)应该使得(23)的R ₀ ^k)和(22)的T₀ ^k)的比例R ₀ ^k)/T ₀ ^k)最大化。为了实现该最大化，应该如下来选择(17)的t ₀ ^k)：

${\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}=\arg \underset{{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{\max }\left(\frac{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}\right),---\left(24\right)$

这相当于瑞利商数。使用(21)的H ₀ ^k)，由(24)所确定的发送信号t ₀ ^k)是矩阵H ₀ ^k)·T的本征矢量u ₀ ^k)，其中，H ₀ ^k)属于该矩阵的最大的本征值，即

${\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}={\underset{\‾}{u}}_0^{\left(k\right)}.---\left(25\right)$

通过将(25)的t ₀ ^k)代入(21)，得出总接收信号

${\underset{\‾}{r}}_0^{\left(k\right)}={\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{u}}_0^{\left(k\right)}.---\left(26\right)$

该信号的最好的解调器是信号匹配的滤波器，该滤波器使用(21)的r ₀ ^k)得出维1×[K_M(S₀+W-1)]的解调器矩阵

${\underset{\‾}{D}}_0^{\left(k\right)}={\underset{\‾}{r}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}$

$={\underset{\‾}{u}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}$

$=({\underset{\‾}{D}}_0^{(k,1)}...{\underset{\‾}{D}}_0^{(k,K_M)})---\left(27\right)$

$=({\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{0,1}}^{\left(k\right)}...{\underset{\‾}{D}}_{0,K_M(S_0+W-1)}^{\left(k\right)})---\left(28\right)$

在这里接收天线专有的解调器矩阵

${\underset{\‾}{D}}_0^{(k,k_M)}={\underset{\‾}{r}}_0^{{(k,k_M)}^{*T}},k_M=1...K_M,---\left(29\right)$

具有维1×(S₀+W-1)。

具有带有MIMO天线装置的多个符号的多重MIMO JT系统

a)传输模型

人们从现在起考察更现实的情况，AP同时与所有K个MT μ_k，k＝1...K通信，并且为代替每个MT仅传输一个数据符号而传输N＞1个数据符号，其中，通过已经在段落2中引入的系数S₀来将这些数据符号中的每一个频谱地扩展。

表1：段落2中引入的矢量的名称和维

矢量	名称	维
			t<sub><u>0</u></sub><sup>k，kB)</sup>	MT专有的和发送天线专有的发送信号	S<sub>0</sub>
t<sub><u>0</u></sub><sup>k)</sup>	MT专有的发送信号	K<sub>B</sub>S<sub>0</sub>
			h<sup>k，kB，kM)</sup>	MT专有的和天线专有的信道脉冲响应	W
r<sub>0</sub><sup>k，kM)</sup>	MT专有的和接收天线专有的接收信号	S<sub>0</sub>+W-1
			r<sub>0</sub><sup>k)</sup>	MT专有的接收信号	K<sub>M</sub>(S+W-1)
u<sub>0</sub><sup>k)</sup>	属于最大本征值的H<sup>k)·T</sup>和H<sup>k)</sup>的本征矢量	K<sub>B</sub>S<sub>0</sub>

表2：段落2中引入的矩阵的名称和维

矩阵	名称	维
			H<sub>0</sub><sup>k，kB，kM)</sup>	MT专有的和天线专有的信道矩阵	(S<sub>0</sub>+W-1)×S<sub>0</sub>
H<sub>0</sub><sup>k，kB)</sup>	MT专有的和接收天线专有的信道矩阵	(S<sub>0</sub>+W-1)×(K<sub>B</sub>S<sub>0</sub>)
			H<sub>0</sub><sup>k)</sup>	MT专有的信道矩阵	[K<sub>M</sub>(S<sub>0</sub>+W-1)]×(K<sub>B</sub>S<sub>0</sub>)
D<sub>0</sub><sup>k)</sup>	MT专有的解调器矩阵	1×[K<sub>M</sub>(S<sub>0</sub>+W-1)]
			D<sub>0</sub><sup>k，kM)</sup>	MT专有的和接收天线专有的解调器矩阵	1×(S<sub>0</sub>+W-1)

如以前那样，AP备有K_B个发送天线，并且每个MT μ_k具有K_M个接收天线。以下首先将段落2中引入的信号描述与该新的情况进行匹配。在此之后，在(27)的解调器矩阵D ₀ ^k)的基础上生成解调器矩阵D。在表3和4中汇总了在段落3的过程中引入的矢量和矩阵的名称和维。

代替(16)的t ₀ ^k，kB)存在着发送天线专有的发送信号

${\underset{\‾}{t}}^{\left(k_B\right)}={({\underset{\‾}{t}}_1^{\left(k_B\right)}...{\underset{\‾}{t}}_S^{\left(k_B\right)})}^T,k_B=1...K_B,---\left(30\right)$

其维为

S＝NS₀，              (31)

以及代替(17)的t ₀ ^k)得出维K_BS的总发送信号

$\underset{\‾}{t}={({\underset{\‾}{t}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{t}}^{{\left(K_B\right)}^T})}^T---\left(32\right)$

代替(19)的H ₀ ^k，kB，kM)得出MT专有的和天线专有的信道矩阵

${\underset{\‾}{H}}^{(k,k_B,k_M)}=\left({\underset{\‾}{H}}_{i,j}^{(k,k_B,k_M)}\right),i=1...S+W-1,j=1...S,$

$k_M=1...K_M,k=1...K,k_B=1...K_B.---\left(33\right)$

(33)的H ₀ ^k，kB，kM)具有维(S+W-1)×S。

代替(20)的r ₀ ^k，kM)使用(32)的t和(33)的H ₀ ^k，kB，kM)得出MT专有的和接收天线专有的接收信号

${\underset{\‾}{r}}^{(k,k_M)}=\underset{K_B=1}{\overset{K_B}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{H}}^{(k,k_B,k_M)}{\underset{\‾}{t}}^{\left(k_B\right)}$

(34)的r ^k，kM)和H ^k，kM)具有维(S+W-1)或(S+W-1)×(K_BS)。

使用(34)的H ^k，kM)和(32)的t可以如下来写出通过MT μ_k接收的总信号：

${\underset{\‾}{r}}^{\left(k\right)}={({\underset{\‾}{r}}^{{(k,1)}^T}...{\underset{\‾}{r}}^{{(k,K_M)}^T})}^T$

$={\underset{\‾}{H}}^{\left(k\right)}\underset{\‾}{t}.---\left(35\right)$

(35)的r ^k)和H ^k)具有维K_M(S+W-1)或[K_M(S+W-1)]×K_BS。作为以上段落中的考察的扩充，从现在起引入了具有全部K个MT μ_k，k＝1...K的K个(34)的接收信号r ^k)的总接收信号

$\underset{\‾}{r}={({\underset{\‾}{r}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{r}}^{{\left(K\right)}^T})}^T$

$={({\underset{\‾}{H}}^{{\left(1\right)}^T}...{\underset{\‾}{H}}^{{\left(K\right)}^T})}^T$

$=\underset{\‾}{H}\underset{\‾}{t}---\left(36\right)$

(35)的r和H具有维KK_M(S+W-1)或[KK_M(S+W-1)]×K_BS。

b)确定解调器矩阵D

按照在[2]中所做的考察，必须对于K个MT μ_k，k＝1...K中的每一个确定维N×[K_M(S+W-1)]的解调器矩阵D ^k)，并且然后得出维(KN)×[KK_M(S+W-1)]的总解调器矩阵为

D＝对角块矩阵(D ^(I)_...D ^(K))         (37)

表3：在该段落中引入的矢量的名称和维

矢量	名称	维
			t<sup>kB)</sup>	发送天线专有的发送信号	S＝NS<sub>0</sub>
t	总发送信号	K<sub>B</sub>S
			r<sup>k，kM)</sup>	MT专有的和接收天线专有的接收信号	S+W-1
r<sup>k)</sup>	MT专有的接收信号	K<sub>M</sub>(S+W-1)
			r	总接收信号	KK<sub>M</sub>(S+W-1)
d	总数据矢量	KN

表4：在该段落中引入的矩阵的名称和维

矩阵	名称	维
			H<sup>k，kB，kM)</sup>	MT专有的和天线专有的信道矩阵	(S+W-1)×S
H<sub>0</sub><sup>k，kM)</sup>	MT专有的和接收天线专有的信道矩阵	(S+W-1)×(K<sub>B</sub>S)
			H<sup>k)</sup>	MT专有的信道矩阵	[K<sub>M</sub>(S+W-1)]×(K<sub>B</sub>S)
H	总信道矩阵	[KK<sub>M</sub>(S+W-1)]×(K<sub>B</sub>S)
			D<sup>k)</sup>	MT专有的解调器矩阵	N×[K<sub>M</sub>(S+W-1)
D	总解调器矩阵	(KN)×[KK<sub>M</sub>(S+W-1)]
			B	系统矩阵	(KN)×(K<sub>B</sub>S)
M	调制器矩阵	(K<sub>B</sub>S)×(KN)

用于通过考虑信道特性来建立解调器矩阵D ^(k)的建议的关键之处在于在(27)中引入的解调器矩阵D ₀ ^k)。按照本方法

${\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}=\left({\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}\right),i=1...N,j=1...\left[K_M(S_{0}N+W-1)\right],$

获得了N行的D ^(k)作为(27)的D ₀ ^k)的移位型形式(verschobeneVersionen)，其中，

$p=(j-(i-1)S_0)\mathrm{mod}(S_{0}N+W-1)+(S_0+W-1)\·\left[\frac{j}{S_{0}N+W-1}\right],---\left(39\right)$

以及[]表示整数部分。图3中示出了(38)的D ^(k)的结构。

使用K个(38)的矩阵D ^(k)可以形成(37)的D。使用(37)的D和(36)的H获得了维KN×K_BS的系统矩阵

B＝DH          (40)

正如[2]中示出的那样，从现在起可以得出(22)的总发送信号t和维KN的总数据矢量d[2]为

$=\underset{\‾}{M}\underset{\‾}{d}---\left(41\right)$

式中，(41)的调制器矩阵M具有维(K_BS)×(KN)。

Claims (7)

1.用于在具有至少一个发送站(AP)和至少两个接收站(MT)的无线通信系统中传输信息的方法，

其中，所述的发送站(AP)和接收站(MT)通过无线通信接口彼此相连接，

其中，所述的发送站(AP)具有一个带有K_B个天线元件的发送天线，K_B≥2，而所述的接收站(MT)分别具有一个带有K_M个天线元件的接收天线，K_M≥2，并通过MIMO传输来通信，

其特征在于，

在一个共同的过程中生成由所述发送站(AP)发送天线的天线元件所辐射的发送信号，并从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配，以及

在借助解调进行线性的信号处理中，通过考虑在所述发送站(AP)和各自接收站(MT)之间的空间和时间上的传输特性来检测由所述接收站(MT)接收天线的天线元件所接收的接收信号，

其中接收站专有的从发送站发出的发送信号t₀ ^(k)相当于瑞利商，其被选择使得

$\frac{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(t\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}$

最大化，其中H₀ ^(k)是接收站(MT)专有的信道矩阵。

2.按权利要求1的方法，其特征在于，借助调制器矩阵M在所述的辐射之前计算出所述发送站(AP)发送天线的天线元件的单个信号。

3.按权利要求2的方法，其特征在于，通过使用调制器矩阵M来线性地调制至少一个要传输的数据矢量d，以生成总发送信号矢量t＝M·d。

4.按权利要求1的方法，其特征在于，在所述借助解调进行的线性的信号处理中，采用接收站专有的解调器矩阵D。

5.按权利要求1的方法，其特征在于，所述的发送站(AP)分别通过至少一个由总信道矩阵H表征的无线信道与所述的接收站(MT)相连接。

6.按权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，通过总解调器矩阵D和总信道矩阵H的乘积得出系统矩阵B＝D·H，所述调制器矩阵M基于该系统矩阵计算出来。

7.用于执行按以上权利要求之一的方法的无线通信系统，包括至少一个发送站(AP)和至少两个接收站(MT)，

其中，所述的发送站(AP)和接收站(MT)通过无线通信接口彼此相连接，

其中，所述的发送站(AP)具有一个带有K_B个天线元件的发送天线，K_B≥2，而所述的接收站(MT)分别具有一个带有K_M个天线元件的接收天线，K_M≥2，

其特征在于，

在所述的发送站(AP)中安排了装置用于在一个共同的过程中生成由所述发送天线的天线元件所辐射的发送信号，和用于从在辐射时要花费的发射能量的角度进行匹配，以及

在所述的接收站(MT)中分别安排了装置用于在借助解调所进行的线性的信号处理中通过考虑在所述发送站(AP)和接收站(MT)之间的空间和时间上的传输特性，来检测由所述接收天线的天线元件所接收的接收信号，

其中所述无线通信系统被设计为使得接收站专有的从发送站发出的发送信号t^(k)相当于瑞利商，其被选择使得

$\frac{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{{\left(k\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{H}}_0^{\left(k\right)}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}{{\underset{\‾}{t}}_0^{{\left(t\right)}^{*T}}{\underset{\‾}{t}}_0^{\left(k\right)}}$

最大化，其中H₀ ^(k)是接收站(MT)专有的信道矩阵。

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