用于在多输入输出系统中进行空间复用的预编码方法

摘要

本发明涉及一种用于空间复用的预编码方法，该方法包括步骤：利用配备有多个天线的接收器设备执行用于波束形成的波束搜索，以在配备有多个天线的传送设备中执行用于空间复用的预编码；在所述波束搜索完成之后，将包括至少一个或多个训练序列的第一分组传送到接收器设备；接收来自接收器设备的包括用于预编码的反馈信息的第二分组，该反馈信息在接收器设备中通过利用训练序列而确定；以及通过利用根据反馈信息所计算的预编码矩阵，对要传送到接收器设备的数据流执行用于空间复用的预编码。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多输入输出系统，并且更具体地涉及一种用于在多输入输出系统中进行空间复用的预编码方法。

背景技术

近来，随着信息通信服务的扩展、各种多媒体服务的出现、以及高级服务的出现，对无线通信服务的需要已快速增大。为了积极地满足这种需要，应提高通信系统的吞吐量以及数据传输中的可靠性。

为了增大在无线通信条件下的通信吞吐量，可以考虑用于重新地找到可用频带的方法以及用于提高给定资源的效率的方法。已积极开发了基于后者方法的多输入多输出(MIMO)天线系统，在该系统中在收发器中提供了多个天线并且另外提供了用于资源的空间区域以获得分集增益，并且通过每个天线来并行地传送数据以增大传输吞吐量。

发明内容

技术问题

在上述相关技术中，本发明提供了一种用于在MIMO系统中进行空间复用的预编码方法。

通常，在使用多个天线的MIMO系统中，用于预编码或编码和解码操作以降低信道间干扰的预编码矩阵和解码矩阵受到MIMO系统的天线数目的影响。换言之，因为用于操作的矩阵维数增大与天线数目一样多，因此如果天线数目增大，那么系统的复杂性也会增大。

此外，如果将在MIMO系统中所使用的多个天线分成用于波束形成应用的一个或多个波束形成天线组，那么用于选择最佳天线组的反馈信息量被增大，并且通信的处理步骤也相应被增大，由此处理步骤所需的时间或者功耗增大。因此，本发明涉及用于在MIMO系统中进行空间复用的预编码方法，该方法基本上可消除由于相关技术的限制和缺点所造成的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种用于在MIMO系统中进行空间复用的预编码方法，其中在预编码处理期间一起使用基于奇异值分解(SVD)方案的MIMO系统以及基于分割型天线组的波束形成。

本发明的另一目的是提供一种用于在MIMO系统中进行空间复用的预编码方法，其中，使用最小数目的子信道，并且包含在MIMO系统之内的编码器和解码器的矩阵维数等于子信道数目和天线组的数目，而不是天线数目，由此可使信号处理简单化。

本发明的其他目的是提供一种用于在MIMO系统中进行空间复用的预编码方法，其中，在不需要在设备之间所传送和接收的反馈信息的情况下，可实现基于奇异值分解(SVD)方案的MIMO系统。

本发明的附加优点、目的、以及特征的一部分在随后的描述中得以阐述，并且其的一部分对于本领域普通技术人员来说可以在查阅下文时变得显而易见，或者可以从本发明的实施中学习到。通过在所撰写的描述和其权利要求以及附图中所具体指出的结构，可获得并实现本发明的目的及其他优点。

技术方案

为了实现这些目的及其他优点并且根据本发明的目的，如在此所具体化和宽泛描述地，用于在包括多个天线的传送设备中执行空间复用预编码的方法包括步骤：利用包括多个天线的接收设备执行用于波束形成的波束搜索处理；在执行波束搜索处理之后，将包括至少一个训练序列的第一分组传送到接收设备；接收来自接收设备的包括用于预编码的反馈信息的第二分组，其中，利用训练序列来确定反馈信息；以及通过利用基于反馈信息所获得的预编码矩阵，对要传送到接收设备的数据流执行空间复用预编码。

优选地，如果通过波束搜索处理所确定的信道矩阵的秩数目大于1，那么传送第一分组。

所述至少一个训练序列是每个空间复用端口的训练序列。所述至少一个训练序列包括不同空间复用端口的不同训练序列。

反馈信息与用于获得预编码矩阵的预编码角有关。在这种情况下，根据数据流的数目以及空间复用端口的数目来确定预编码角的数目和次数(order)。

在本发明的另一方面中，用于通过利用多个天线将数据传送到接收设备的传送设备包括：波束形成模块，用于利用包括多个天线的接收设备执行用于波束形成的波束搜索处理；传送和接收模块，用于在执行波束搜索处理之后将包括至少一个训练序列的第一分组传送到接收设备，并且接收来自接收设备的包括用于预编码的反馈信息的第二分组，其中，利用训练序列来确定反馈信息；以及空间复用预编码器，用于通过利用基于反馈信息所获得的预编码矩阵，对要传送到接收设备的数据流执行空间复用预编码。

在本发明的其他方面中，用于对来自包括多个天线的接收设备的用于空间复用预编码的反馈信息进行传送的方法包括步骤：利用包括多个天线的传送设备执行用于波束形成的波束搜索处理；在执行波束搜索处理之后，接收来自传送设备的包括至少一个训练序列的第一分组；通过利用训练序列来在接收设备中确定用于预编码的反馈信息；将包括反馈信息的第二分组传送到传送设备；以及通过利用基于反馈信息所获得的预编码矩阵，接收来自传送设备的受到空间复用预编码的数据。

上述实施例仅是本发明的优选实施例的一部分，并且本领域普通技术人员基于随后所述的对本发明的详细描述可设计和理解能反映出本发明的技术特征的各种实施例。

有益效果

根据本发明的实施例，在预编码处理期间，一起使用基于奇异值分解(SVD)方案的MIMO系统和基于分割型天线组(split type antenna groups)的波束形成，由此最小数目的子信道可用于信号传输。此外，因为包含在MIMO系统中的编码器和解码器的矩阵维数等于子信道数目和天线组的数目，而不是天线数目，由此可使信号处理简单化。

此外，通过后同步码传输可实现基于奇异值分解(SVD)方案的MIMO系统而无需在设备之间所传送和接收的反馈信息。

应该理解的是，本发明的先前概述及其后详细说明是示例性和说明性的，并且其旨在提供对如权利要求所述的本发明的进一步说明。

附图说明

被包括来提供对本发明的进一步理解，并且被包含且构成了该申请的一部分的附图对本发明的实施例进行说明，并且与说明书一起用于对本发明的原理进行说明。在附图中：

图1是用于对WPAN的示例进行说明的示意图；

图2是用于对在WVAN中所使用的HRP信道和LRP信道的频带进行说明的示意图；

图3是用于对在WVAN中所使用的超帧的结构的示例进行说明的示意图；

图4是用于对在WVAN的设备中所实现的协议层结构进行说明的示意图；

图5是用于对根据本发明一个实施例的WVAN中的具有多个天线的设备的示例进行说明的方框图；

图6是用于对根据本发明一个实施例的SVD MIMO系统的示例进行说明的示意图；

图7是用于对根据本发明一个实施例的SM MIMO系统中的具有多个天线组的设备的示例进行说明的方框图；

图8是用于对根据本发明一个实施例的SM MIMO系统中的具有多个天线组的设备的另一示例进行说明的方框图；

图9是用于对根据本发明一个实施例的WVAN中的执行波束形成的基于SVD的SM MIMO设备的示例进行说明的方框图；

图10是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的示例进行说明的示意图；

图11是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的另一示例进行说明的示意图；

图12是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的其他示例进行说明的示意图；

图13是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收用于波束搜索的信号的过程的示例进行说明的流程图；

图14是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO传送设备所传送的数据分组的示例进行说明的示意图；

图15是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO传送设备传送的数据分组中所包含的HRP头部格式的示例进行说明的示意图；

图16是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的示例进行说明的示意图；

图17是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的另一示例进行说明的示意图；

图18是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收用于空间复用的预编码的信号的过程的示例进行说明的流程图；

图19是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的其他示例进行说明的示意图；

图20是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收信号的过程的示例进行说明的流程图；

图21是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的确认(ACK)信号的数据格式的其他示例进行说明的示意图；以及

图22是用于对包括根据本发明另一实施例的基于SVD的SMMIMO传送设备的广播信号处理系统的示例进行说明的示意图。

具体实施方式

现在详细地参考本发明的优选实施例，在附图中对其示例进行了说明。只要可能，在整个附图中使用相同参考数字以指代相同或相似部件。近来，已研发了蓝牙和无线个人局域网(WPAN)技术，该技术在诸如家庭或小公司这样的受限地方中的相对小数目的数字设备之间形成无线网络，以便可在设备之间交换音频或视频数据。WPAN可用于在相对近距离的相对小数目的数字设备之间进行信息交换，并且可在数字设备之间进行低功率且低成本的通信。在2003年6月12日批准的IEEE 802.15.3(高速无线个人局域网(WPAN)的无线介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范)定义了高速WPAN的MAC层和物理(PHY)层的规范。

图1是用于对无线视频局域网(WVAN)的示例进行说明的简要示意图。如在图1中所说明的，WVAN是配置在诸如家庭这样的有限空间之内的个人设备之间的网络，并且通过在设备之间的直接通信来配置网络，从而允许在没有无缝性的情况下在应用之间交换信息。

参考图1，WVAN包括两个或多个用户设备22至25，其中一个用作协调器21。协调器21提供了WVAN的基本定时，保持对属于WVAN的设备的跟踪，并且用于对服务质量(QoS)要求进行控制。协调器执行其功能并且同时用作属于WVAN的一个设备。与协调器21不同的其他设备22至25可开始流连接。

在图1中所说明的WVAN支持两类物理(PHY)层，即高速率物理(HRP)层和低速率物理(LRP)层。HRP层是可支持1Gb/s或更大的数据传输速率的物理层，并且LRP层是支持若干Mb/s的数据传输速率的物理层。HRP层是高定向(directional)的，并且用于通过单播连接来对同步数据流、异步数据、MAC命令、以及A/V控制数据进行传输。LRP层支持定向或全向(omni-directional)模式，并且用于通过单播或广播对信标、异步数据、MAC命令进行传输。协调器21可利用HRP和/或LRP层将数据传送到其他设备或者接收来自其他设备的数据。WVAN的其他设备22至25也可利用HRP和/或LRP层传送或接收数据。

图2是用于对在WVAN中所使用的HRP信道和LRP信道的频带进行说明的示意图。HRP层使用57至66GHz频带中的2.0GHz带宽的四个信道，并且LRP层使用92MHz带宽的三个信道。如在图2中所说明的，HRP信道和LRP信道共享频带并且分别被TDMA模式使用。

图3是用于对在WVAN中所使用的超帧的结构的示例进行说明的示意图。参考图3，每个超帧包括：传送信标的信标区域30；保留区域32，其包括由协调器根据设备的请求而分配给随机设备的保留信道时间块；以及未保留区域31，其包括未由协调器分配，但是根据基于竞争的模式来在协调器与设备之间或者在设备之间传送和接收数据的未保留信道时间块，其中，每个区域是按时间划分的。将每个信道时间块(CTB)按时间划分成通过HRP传送数据的HRP区域，以及通过LRP传送数据的LRP区域。协调器周期性地传送信标30，以标识出每个超帧的开始部分，并且信标30包括WVAN的管理和控制信息，以及调度定时信息。设备可通过包含在信标之内的定时信息以及管理/控制信息来在网络中交换数据。

在HRP区域中，保留的CTB字段可用于将来自下述设备的数据传送到其他设备，其中，协调器根据所述设备的信道时间分配请求来向该设备分配信道时间。如果特定设备通过保留的CTB字段将数据传送到其他设备，那么使用HRP信道。如果接收数据的设备对所接收到的数据的ACK/NACK信号进行传送，那么使用LRP信道。

未保留的CTB字段可用于在协调器与设备之间或者在设备之间传送控制信息、MAC命令、或者异步数据。为了防止未保留的CTB字段中的设备之间的数据冲突，可使用载波侦听多路访问(CSMA)模式或者时隙Aloha模式(slotted Aloha mode)。在未保留的CTB字段中，可仅通过LRP信道对数据进行传送。如果存在多类要传送的控制信息或命令，那么在LRP信道中设置保留区域。在每个超帧中，保留的CTB字段和未保留的CTB字段的长度和数目对每个超帧而不同，并且由协调器来控制。

此外，虽然图3中未示出，但是每个超帧包括紧接于信标的用于传送紧急控制/管理消息的基于竞争的控制时段(CBCP)。将CBCP的长度设置成不超过给定门限值mMAXCBCPLen。

图4是用于对在WVAN的设备中所实现的协议层结构进行说明的示意图。

参考图4，包含在WVAN之内的每个设备的通信模块包括四个层，这取决于其功能。通常，通信模块包括适配子层40、MAC层41、PHY层42、以及站管理实体(SME)层43。在这种情况下，站是与协调器不同的设备，并且站管理实体(SME)是指设备管理实体(DME)。站管理实体(SME)是用于对下层进行控制，并且将来自每个层的设备的状态信息进行集中的层独立实体。站管理实体SME包括用于对通信模块的每个层进行管理的实体。在这种情况下，将用于对MAC层进行管理的实体称为MAC层管理实体(MLME)，并且将用于对适配层进行管理的实体称为适配层管理实体(ALME)。

适配子层(adaptation sublayer)40包括AVC协议400和A/V分组器(packetizer)410。AVC协议400是上层，该上层执行设备控制，以及用于在传送设备与接收设备之间进行A/V数据传输的流连接。A/V分组器410使用于HRP数据服务的A/V数据格式化。

MAC层41用于在链路建立、连接或非连接、以及对资料传输协议(material transmission protocol)的下层的信道接入中起作用，并且还在可靠数据传输中起作用。换句话说，MAC层41用于对控制/数据消息进行传送，或者对信道进行控制。

PHY层42直接对A/V数据进行处理，或者通过PHY层42和MAC层41同时对A/V数据进行处理。PHY层负责对从诸如适配层40和MAC层41的上层所请求的消息进行转换，以便可通过PHY层在设备之间传送和接收消息。此外，PHY层包括上述两类物理层、HRP层420、以及LRP层421。

设备层提供诸如高速率服务、低速率服务、以及管理服务这样的服务。高速率服务用于视频、音频、以及数据传输，并且低速率服务用于对小容量的音频数据、MAC命令、以及异步数据的传输。在相应层之间执行数据交换处理之前，相应层彼此传送和接收简单消息。将在这种不同层之间所交换的消息称为原语(primitive)。

在上述WVAN中，相应设备包括用于在有限带宽条件内彼此传送和接收信号的多个传送器和接收器。例如可使用下述MIMO(多输入多输出)技术，在该技术中，被设置有多个天线的传送设备和接收设备通过利用天线来传送数据分组。

图5是用于对根据本发明一个实施例的WVAN中的具有多个天线的设备的示例进行说明的方框图。

参考图5，传送设备包括：多个传送器50、执行诸如编码这样的信号处理以方便地对从多个传送器50所输出的信号进行传送的传送MIMO信号处理器51、以及多个传送天线52。接收设备包括：用于接收从传送设备所输出的信号的多个接收天线、用于对所接收到的信号执行解码以对多个独立传送信号进行检测的接收MIMO信号处理器54、以及处理器55。

根据MIMO技术，通过利用设置在传送设备和接收设备中的多个天线，根据各种MIMO方案对多个不同数据分组进行并行传送，由此可提高数据传输效率。此外，根据MIMO技术，通过利用不同天线来传送相同数据分组，由此可获得天线分集增益。例如，如果在图5中所说明的传送设备包括N个传送天线52，并且接收设备通过利用N个接收天线53来同时传送数据分组，那么可使数据速率增大差不多N倍。

然而，出现了在N个传送天线52的每一个与N个接收天线53的每一个之间所形成的信道之间出现干扰这样的问题。为了解决该问题，虽然在传送侧和接收侧使用复杂的解码、过滤、以及检测算法，但是其会相应地降低数据速率。因此，如果形成了相互独立的信道，以便不会引起信道间干扰或者在灵活的衰减条件下对相互独立的信道进行自适应控制，那么可对接收设备进行简单配置，并且可使系统容量最大化。按照这种方式，可提高MIMO技术。

为此，可通过至少一个或多个天线组来对图5中所说明的传送设备和接收设备的多个天线进行配置。随后对天线组进行描述。

上述MIMO系统的示例包括SM(空间复用)MIMO系统，在该SMMIMO系统中通过利用相同频率、相同空间、以及相同时间而通过多个天线来传送不同信号。因为SM MIMO系统在相应天线之间具有低相关性，因此可对在时间和频率上混合的不同数据进行稳定解码，由此可使以无线电间隔所接收到的SNR保持为给定值或者更大，并且同时增加了多个路径。按照这种方式，可获得最佳吞吐量。

同时，根据对反馈信息的传输可将SM MIMO系统划分成开环SM MIMO系统和闭环SM MIMO系统。

在开环SM MIMO系统中，不需要反馈信息是从接收设备传送而来的。因此，虽然开环SM MIMO系统具有简单结构，但是由于给定无线电信道的信道特征矩阵而导致传送设备在系统容量和操作方面具有限制。在开环SM MIMO系统中，如果在传送设备不知道无线电信道的实质值(substantial values)的状态下，将当前无线电信道预测为基于SM MIMO的信道，那么在传送设备的多个天线中承载不同数据以便以高传输速率来传送数据。如果确定出当前无线电信道不适用于SM MIMO系统，那么为分集使用多个天线，以执行可靠传输。

另一方面，在闭环SM MIMO系统中，传送设备通过接收来自接收设备的反馈信息来获取与当前无线电信道有关的更多精确的信息，其中反馈信息响应从传送设备所传送的信号。传送设备可根据所获取的信息获得最佳吞吐量。如果传送设备通过将信号传送到接收设备来请求反馈信息的信息，那么接收设备将包括有数据流的数目和信道质量信息(CQI)的反馈信息传送到传送设备。接收到该反馈信息的传送设备可根据反馈信息执行天线分组、从多个天线或天线组中选择可用天线、以及预编码中的任何一个，其中，天线分组是指将多个天线分配给一个或多个组。可认为天线分组和天线选择是简单类型的预编码。

在一般MIMO系统中，因为在相同时间和相同频带通过不同天线传送不同信号，那么如果将各种信号彼此混合，那么接收设备将接收不到信号。因此，传送设备对传输的比特流执行预编码。MIMO吞吐量根据预编码矩阵W而不同。传送设备可根据从接收设备所接收到的数据的传输速率或者与流数目有关的信息来选择预编码矩阵W。

此时，发送侧通过根据奇异值分解(SVD)系统来对信道矩阵H进行分解而可获得预编码矩阵W，以便选择最佳预编码矩阵。SVD是指以特定结构来对矩阵进行分解，并且对用于随机矩形矩阵的矩阵谱理论进行归纳。换句话说，SVD系统是指根据本征值将正交方格(orthogonal square)分解成对角矩阵。

可将通过利用通过上述SVD系统所获得的预编码矩阵来执行预编码的SM MIMO系统定义为基于SVD的SM MIMO系统。

基于SVD的SM MIMO系统包括多个传送天线和多个接收天线，并且用于在数据传输期间通过多个天线来传送多个数据流。换句话说，如果传送设备根据来自接收设备的反馈信息从通过对信道矩阵H进行分解而获得的唯一向量获得了预编码矩阵，并且对传输信号执行基于SVD的预编码，那么可将MIMO信道分成不同独立的信道。

然而，根据基于SVD的SM MIMO系统，因为传送侧应知道诸如信道相关矩阵这样的信道信息，因此周期性地接收来自接收侧的反馈信息。此外，因为基于SVD的SM MIMO系统使用多个天线，并且预编码矩阵的维数根据天线数目而增减，因此如果天线数目增大了，那么预编码操作处理将变得复杂，由此系统实现变得复杂。

例如，假定基于SVD的SM MIMO系统包括设置有M个天线组的传送设备和具有N个天线组的接收设备，每个天线组包括n个天线。按照这种方式，在基于SVD的SM MIMO系统包括M×n个传送天线和N×n接收天线的状态下，如果M＝N＝8并且n＝4，那么M×n和N×n分别是32，由此传送天线的数目和接收天线的数目具有非常大的值。在MIMO系统中，为了获得可用子信道最大值，对信道矩阵H、SVD空间编码器矩阵V、以及SVD空间解码器矩阵U进行测量。矩阵H具有(N×n)×(M×n)的维数，矩阵V具有(M×n)×K(K min{M×n，N×n})的维数，并且矩阵U具有(N×n)×K维的维数。因此，传送天线的数目和接收天线的数目用于信号处理的操作处理，该处理变得很复杂。在下文中，参考图6对基于SVD的SM MIMO系统进行描述。

图6是用于对根据本发明一个实施例的SVD MIMO系统的示例进行说明的示意图。

参考图6，传送设备包括SVD空间编码器60和M个传送天线组，并且接收设备包括SVD空间解码器61和N个接收天线组。

在信号传输之前，SVD空间编码器60对每个比特流执行编码，以便通过具有多个不相关正交子信道的信道来传送信号。将该编码处理称为预编码。执行预编码的预编码器包含在SVD空间编码器之内，或者与SVD空间编码器独立地提供。接收设备的SVD空间解码器61执行解码，用于根据不相关子信道的数目将通过接收天线所传送的信号分成相互独立的流信号。

等式1关于基于奇异值分解系统的SVD信道矩阵H。

[等式1]

H＝UΛ^1/2V^H

在等式1中，∧＝diag{λ₁，λ₂，…，λ_K}表示包括矩阵HH^H或H^HH的本征值λ_i的对角矩阵。矩阵U＝(U₁，U₂，…，U_K)包括矩阵HH^H的本征向量，矩阵V＝(V₁，V₂，…，V_K)包括矩阵H^HH的本征向量，并且K表示信道矩阵H的秩数目。

在传送设备中，通过K维的空间符号D＝(d₁，d₂，…，d_K)^T可实现输入符号d₁，d₂，…，d_K。通过加权系数对输入信号的数据流进行复用并且通过空间编码器60对输入符号的数据流进行空间编码。

可由等式2来表示从空间编码器60所输出的信号的M维的向量G＝(g₁，g₂，…，g_M)^T。

[等式2]

G＝VP^1/2D

在等式2中，P＝diag{p₁，p₂，…，p_M}^T是p_i的对角矩阵，并且特征在于在并行结构的子信道上的功率分布P_o。P_o是构成了矩阵P的值的和。通过M个天线组将编码信号传送到接收设备。

在接收设备中，空间解码器61对通过N个天线组所接收到的信号进行解码。假定所接收到的符号是X＝(x₁，x₂，…，x_N)^T，则如果通过空间解码器61的矩阵U^H对该符号进行解码，那么可将该符号输出为Y＝(y₁，y₂，…，y_N)^T。可由等式3来表示接收设备通过信道所接收到的信号的向量X。

[等式3]

X＝HVP^1/2D+Z

在等式3中，P^1/2D表示从传送设备传送到接收设备的数据，并且Z表示当接收设备接收数据时出现的噪声。

假定SVD空间解码器61的解码矩阵是U^H，则可将所解码的输出信号Y定义为Y＝U^HX，并且可由等式4来替代等式3而表示。

[等式4]

$>Y=U^H{\mathrm{HVP}}^{1/2}D+\tilde{Z}$>

在等式4中，表示对接收信号中所混合的噪声Z进行解码，并且满足：

如果等式4被等式1的信道矩阵H代替，那么可由等式5来表示空间解码器61的输出信号。

[等式5]

$>Y={\Lambda }^{1/2}{P}^{1/2}D+\tilde{Z}$>

等式5被表示为：

因为在根据本发明一个实施例的MIMO系统中所使用的一个或多个子信道是不相关的独立信道，因此在通过子信道传输期间出现了与子信道的数目一样多的噪声，并且该噪声具有不相关特征。噪声可以各种方式出现，并且其示例包括加性高斯白噪声(AWGN)。在空间解码器61进行解码之前的噪声Z与已解码噪声相同或相似。

因此，并行的相关子信道是通过正交相位所分割的子信道，并且可用于独立符号传输。在这方面，子信道与本征信道相同或相似。

基于SVD的SM MIMO系统使用K个独立子信道以作为K个独立单信道系统。通过信道矩阵H的唯一值来确定子信道增益系数。信道矩阵H具有(N×n)×(M×n)的维数，这取决于传送天线的M数、接收天线组的N数、以及构成天线组的n个天线。因此，如果天线组的数目或子信道的数目增大了，那么信道矩阵的维数也增大，并且基于上述等式的编码和解码处理变得很复杂。

因此，根据本发明的一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统进行限制，使得预定数目的子信道仅用于数据传输。此外，为了使信噪比最大化，可对特定对象使用定向信号，即波束。

波束形成是一类智能天线，并且是指通过利用多个天线将定向信号传送到特定对象以提高效率。在下述SM MIMO系统中，其中，SMMIMO系统是在其中的传送设备和接收设备包括多个天线的MIMO的示例，WVAN设备通过HRP信道执行波束形成而可将信号传送到另一设备。换句话说，WVAN设备可通过波束形成来传送SM HRP数据分组。

在SM MIMO系统中，可将包含在设备之内的多个天线划分成一个或多个波束形成天线组。

波束形成天线组表示下述天线阵列，该天线阵列包括用于形成定向信号(即波束)的一个或多个天线。在下文中，将形成特定波束的天线阵列定义为波束形成天线组。波束形成天线组是指用于形成波束图案的波束形成器或天线端口。

根据包含在一个天线组之内的天线的数目和排列可将波束形成天线组划分成分割型波束形成天线组(split beamforming antenna group)和共享型波束形成天线组(shared beamforming antenna group)。在下文中，参考图7和图8对基于天线组的MIMO系统进行简单描述。

图7是用于对根据本发明一个实施例的SM MIMO系统中的具有多个天线组的设备的示例进行说明的方框图。更详细地，图7对设置有分割型天线组的执行HRP波束形成的设备的示例进行说明。

参考图7，传送设备包括：用于执行将传输数据分成多个比特流的编码的MIMO编码器70、为方便信号传输起见而将模拟信号转换成数字信号的数模转换器电路72、以及多个波束形成天线组74。同样地，接收设备包括多个波束形成天线组75、模数转换器电路73、以及MIMO解码器71。

波束形成天线组74和75是分割型波束形成天线组，并且包括平分在每个天线组中的连续天线流。通过为每个天线组配置相同数目的连续天线流可以容易实现波束形成天线组。此外，分割型波束形成天线组的特征在于可使信号处理步骤简单化，并且当通过一个天线组来传送来自多个传送器的信号时，可使传输功率集中。然而，分割型波束形成天线组的不利之处在于很难执行诸如改变包含在每个天线组之内的天线，或者根据信道状态改变服务中的天线组这样的自适应控制。因此，将分割型波束形成天线组称为非自适应天线组。

图8是用于对根据本发明一个实施例的SM MIMO系统中的具有多个天线组的设备的另一示例进行说明的方框图。更详细地，图8对具有共用天线组的执行HRP波束形成的设备的示例进行说明。

波束形成天线组76和77是共用波束形成天线组，并且对于每个天线组包括不同数目的天线，或者包括用于配置组的随机分配的天线。可通过下述组合来对共用波束形成天线组进行重新配置，所述组合通过根据信道状态来对构成每个天线组的天线数目进行自适应控制，从而可使传输容量最大化。因此，将共用波束形成天线组称为自适应天线组。

在MIMO系统中，从一个或多个波束形成天线组中选择至少一个波束形成天线组以对数据分组进行传送。选择多个波束形成天线组以通过包含在每个波束形成天线组之内的天线来传送数据分组。

此时，如上所述通过每个波束形成天线组所传送的信号是定向信号。优选地，使通过每个波束形成天线组所传送的信号之间的干扰最小化。换句话说，传送设备和接收设备通过构成每个波束形成天线组的天线阵列来传送信号，其中，天线阵列具有例如正交相位这样的不同相位。

根据本发明一个实施例的MIMO系统说明了图6的基于SVD的SMMIMO系统包括图7的非自适应的波束形成天线组。

图9是用于对根据本发明一个实施例的SM MIMO系统中的通过HRP执行波束形成的设备的示例进行说明的方框图。

参考图9，构成了基于SVD的SM MIMO系统的传送设备和接收设备包括用于在彼此之间传送和接收定向信号的一个或多个波束形成天线组。传送设备和接收设备被实现为通过利用最小子信道来传送信号。例如，使用两个子信道。

参考图9，RS编码器80对将从传送设备所传送的数据进行编码，并且此后通过用于添加误差校正码的卷积编码器&打孔器81将其传送到空间解复用器82。空间解复用器82根据调制编码方案(MCS)来对一个数据块进行分割。此时，可根据要使用的子信道的数目来将数据块分成比特流。如果如上使用最小两个子信道，那么空间解复用器82将数据块分成两个比特流，并且为每个比特流执行独立信号处理。通过均匀交织相邻比特的比特交织器83、根据QAM(正交调幅)来对数据进行编码的调制器84、以及对音调信号进行处理的音调交织器85来传送分割的比特流。

将受到信号处理的比特流输入到奇异值分解(SVD)空间编码器86。在上述实施例中，当传送设备通过多个信道来传送多个比特流时，SVD空间编码器86按照对先前设置在每个比特流中的信道矩阵进行操作这样的方式来执行编码，从而区分每个比特流的相位。因此，在本发明的一个实施例中，SVD空间编码器对通过传送天线所传送的数据执行编码，以通过信道形成正交子信道。为此，通过V＝(V₁，V₁)来配置SVD空间编码矩阵。

接下来，空分多址(SDMA)单元87对总共M个比特流执行编码，以使在一对传送设备与接收设备之间所传送与接收的信号与另一设备的信号之间的信号干扰最小。通过IFFT模块88使编码的比特流进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，并且此后通过波束形成器阵列来将其传送到接收设备。波束形成器阵列包括M个波束形成器，其每一个是包括n个天线的波束形成天线组。

参考图9，接收设备具有上述传送设备的相似结构以在MIMO系统中接收信号。首先，接收设备通过包括n个天线的总共M个波束形成器阵列90来接收从传送设备所传送的信号。所接收到的信号通过FFT模块91而进行快速傅里叶变换(FFT)，并且此后将其输入到SVD空间解码器92。SVD空间解码器92执行解码，用于从传送设备所传送的信号输出两个相互的独立比特流信号。

来自SVD空间解码器92的两个流信号通过音调解交织器93、QAM解调器94、以及比特解交织器95而受到独立信号处理。通过空间多路复用器96以一个数据流的形式形成两个流信号，以便于传输。

在根据本发明一个实施例的上述SVD MIMO系统中，根据在下文中所描述的方案可使SVD空间编码器86或SVD空间解码器92所执行的编码或解码简单化。根据两个子信道，通过两个H^HH本征向量，由V＝(V₁，V₂)来配置SVD空间编码器86的矩阵V。同样地，通过两个H^HH本征向量，由U＝(U₁，U₂)来配置SVD空间解码器92的矩阵U。

因此，在根据本发明一个实施例的被设置有波束形成天线组的基于SVD的SM MIMO系统中，根据所使用的波束形成天线组的数目以及子信道的数目，由M×2来配置用于空间编码器86所执行的编码的空间编码矩阵V的维数。与根据相关技术的由取决于SM MIMO系统中的构成了每个波束形成天线组的天线数目n的M×n来进行配置的相比，这可使空间编码矩阵的维数更简单。

同时，图9中的空间编码器86用作MIMO系统中的预编码器。预编码器包括用于预编码的矩阵W。为了将数据块分成多个数据流，需要矩阵维数等于数据流的数目。可用在根据本发明一个实施例的基于SVD的MIMO系统中的预编码器的预编码矩阵W具有天线端口P×数据流υ的维数。因此，可使根据相关技术的等于天线数目的预编码矩阵简化为与天线端口数目一样多。

在下文中，对SM MIMO系统中的预编码器所执行的预编码进行简单描述。

通常，假定输入到预编码器的数据流是x_i，并且在预编码之后的输出流是y_i，则获得诸如等式6这样的关系。

[等式6]

$>\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ ...\\ y^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=W\left(i\right)\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ ...\\ x^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right)$>

在上述等式6中，不存在循环移位分集(Cyclic Shift Diversity)(CSD)。在这种情况下，i表示副载波索引，P表示空间复用天线组编号，并且υ表示数据流的数目。

如果由于CSD而在频域中出现了延迟，那么执行诸如等式7这样的预编码。

[等式7]

$>\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ ...\\ y^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=W\left(i\right)C\left(i\right)\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ ...\\ x^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right)$>

在等式7中，C(i)是由根据循环移位分集的预编码另外提供给对角矩阵的。

在等式6和等式7中，预编码矩阵W的秩大小是天线组P×数据流υ，并且与被确定为与天线数目一样多的相关技术相比更简单。

由等式8来表示构成了SM MIMO系统中的预编码矩阵W的相应元件。等式8说明了通过角组的旋转，由P×υ维的单位矩阵表示预编码矩阵W。

[等式8]

$>\underset{i=1}{\overset{\min (P-1,v)}{\Pi }}\left[D_i(1_{i-1}{e}^{j{\phi }_{i,i}}...e^{j{\phi }_{P-1,i}}1)\underset{l=i+1}{\overset{P}{\Pi }}{G}_{\mathrm{li}}^T\left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)\right]{\tilde{I}}_{P\times \upsilon }$>

在等式8中，D是对角矩阵并且由等式9来表示。

[等式9]

$>D_i(1_{i-1}{e}^{j{\phi }_{i,i}}...e^{j{\phi }_{P-1,i}}1)=\left(\begin{array}{ccccc}{I}_{i-1}& 0& 0& ...& 0\\ 0& e^{j{\phi }_{i,j}}& ...& ...& 0\\ 0& 0& ...& 0& 0\\ ...& ...& 0& e^{j{\phi }_{P-1,j}}& 0\\ 0& 0& ...& 0& 1\end{array}\right)$>

在等式9中，I_i-1是(i-1)×(i-1)维的单位矩阵单元。

在等式8中，是P×P维的旋转矩阵并且可由等式10来表示。

[等式10]

$>G_{\mathrm{li}}^T\left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}{I}_{i-1}& 0& 0& 0& 0\\ 0& \cos \left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)& 0& \sin \left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)& 0\\ 0& 0& I_{l-i-1}& 0& 0\\ 0& -\sin \left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)& 0& \cos \left({\psi }_{\mathrm{li}}\right)& 0\\ 0& 0& 0& 0& I_{P-l}\end{array}\right)$>

在等式10中，每个I_m是m×m维的单位矩阵。

在等式8中，矩阵表示当预编码矩阵的维数是P≠υ时，用于增加0的列或行以配置方矩阵的单位矩阵。

为了配置由上述等式8所定义的预编码矩阵，如果从接收设备接收到反馈信息，那么如表格1中所说明的可使反馈角调准(align)。

[表格1]

参考表格1，如果根据本发明的一个实施例的SM MIMO系统被实现为使用两个相互独立的子信道，那么可二维地实现用于反馈的波束图案，并且需要两类角Φ₁₁和Ψ₂₁。

例如，如等式11所表示的，可由6比特的量化等式来表示角Φ。

[等式11]

Φ＝kπ/32+π/64

在等式11中，k表示数据流的数目，并且k＝0，1，…，63。

如等式12所表示的，可由4比特的量化等式来表示角Ψ。

[等式12]

Ψ＝kπ/8+π/16

同样地，在等式12中，k表示数据流的数目，并且k＝0，1，…，15。

如果传送设备具有与信道矩阵H有关的信息，并且将分成K个并行比特流的输入符号传送到SVD空间编码器86，那么比特流的数目根据信道矩阵H的秩数目而变，并且不超过传送设备或接收设备的天线组数目的最小值(在这种情况下，K≤min{M，N})。

再次参考图9，根据本发明的一个实施例的SM MIMO设备通过利用至少一个或多个波束形成器89和90来使用波束形成技术。将参考图10至图12对用于通过包含在一个或多个波束形成天线组之内的天线，利用定向信号来传送数据分组的波束图案进行描述。

如在图10中所说明的，传送设备和接收设备的波束形成器89和90的每一个包括四个半波长振荡器，并且可在径向上形成每个波束形成器中的波束形成图案。在下文中，参考图10对波束形成图案进行简单描述。

图10是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的示例进行说明的示意图。

图10的(a)说明了如下的示例，其中，根据本发明一个实施例的波束形成器将沿着轴z的无线电波引导到三维x、y、z上。在这种情况下，由等式13来表示波束图案的方向。

[等式13]

$>F\left(\theta \right)=\frac{\cos \left(0.5\pi \cos \theta \right)}{\sin \theta }$>

图10的(b)说明了在平面上的基于等式13的波束图案。

假定波束形成器89和90的振荡器以0.25λ的距离位于金属反射板的一个表面上。金属表面在轴y上具有值0。在这种情况下，可由等式14来表示通过振荡器的波束图案。

[等式14]

在等式14中，表示波束图案受到金属反射面的影响。

图11是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的另一示例进行说明的示意图。

图11的(a)说明了在图10的(a)中的波束图案保持与轴z形成90°的相位这样的状态下水平面上的波束图案，其中天线径向角的波束宽度(beamwidth)是120°。图11的(b)说明了在图10的(a)中的波束图案保持与轴x形成90°的相位这样的状态下垂直面上的波束图案，其中天线径向角的波束宽度是72°。

再次参考图10，假定四个振荡器阵列用于形成一个波束形成器，则相应振荡器具有相同振幅和相位。在这种情况下，第一振荡器的中心位于坐标(x₁＝-0.25λ，y₁＝0.25λ，z₁＝-0.25λ)，第二振荡器的中心位于坐标(x₂＝-0.25λ，y₂＝0.25λ，z₂＝0.25λ)，第三振荡器的中心位于坐标(x₃＝0.25λ，y₃＝0.25λ，z₃＝-0.25λ)，并且第四振荡器的中心位于坐标(x₄＝0.25λ，y₄＝0.25λ，z₄＝0.25λ)。此后，如等式15所示，可对通过四个振荡器出现的波束图案进行合成。

[等式15]

在等式15中，表示水平面上的振荡器阵列元件，并且2cos(0.5πcosθ)表示垂直面上的振荡器阵列元件。

在图12中说明了在水平面和垂直面上包括四个振荡器的振荡器阵列图案。

图12是用于对根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO系统的波束形成器中的波束形成图案的其他示例进行说明的示意图。

图12的(a)说明了在图10的(a)中的波束图案保持与z轴形成90°的相位这样的状态下水平面上的波束图案，其中天线径向角的波束宽度是60°。图12的(b)说明了在图10的(a)中的波束图案保持与x轴形成90°的相位这样的状态下垂直面上的波束图案，其中天线径向角的波束宽度是47°。

如参考图10至图12所描述的，如果根据在根据本发明一个实施例的SM MIMO设备的波束形成器中出现的波束图案来传送与接收信号，那么保持两个最小子信道并且同时可获得最大信噪比。

在包括如图9中所说明的多个波束形成天线组的SM MIMO传送设备与SM MIMO接收设备之间执行波束形成之前，应执行波束搜索处理。波束搜索是指用于选择下述一个或多个波束形成天线组的处理，所述一个或多个波束形成天线组用于在设备之间进行信号传输和接收。

图13是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收用于波束搜索的信号的过程的示例进行说明的流程图。波束搜索不是初始通信所必需的，并且必要时可以在通信当中执行。此外，波束搜索包括HRP信道中的波束搜索，以及LRP信道中的波束搜索。

参考图13，根据本发明一个实施例的传送设备通过每个天线组将训练信号传送到接收设备(S10)。接收设备通过训练信号执行信道估计和信号检测(S11)。在图9中所说明的实施例中，按照估计下述信道矩阵H的方式来执行信道估计，所述信道矩阵H包括在包括具有M个波束形成器的传送设备以及具有N个波束形成器的接收设备的(M×N×n)SM MIMO系统中的M×N个信道的信道系数hmn。接收设备将基于信道估计和信号检测的反馈信息传送到传送设备(S12)。

此时，优选地，按照图10中所说明的适当顺序对从传送设备的多个波束形成天线组所传送的训练信号进行传送。换句话说，在通过第一波束形成天线组传送第一训练信号之后，通过第二天线组传送第二训练信号。按照这种方式，按照适当顺序从波束形成天线组传送训练信号。此外，以预定时间间隔通过一个或多个波束形成天线组传送训练信号。优选地，根据从传送设备所传送的训练信号，按照适当顺序执行将来自接收设备的反馈信息传送到传送设备的处理步骤。按照这种方式，为对每个波束形成天线组进行吞吐量检测，以使其训练信号和反馈信息被重复，并且同时使其重复若干次以对信道矩阵H的秩进行测量(S13，S14，S15)。

在重复上述步骤之后，传送设备通过反馈信息确定一个或多个波束形成天线组(S16)。传送设备可根据检测结果，从具有预定参考值或更大的吞吐量的波束形成天线组中选择最佳天线组。

此外，从接收设备所传送的反馈信息包括作为步骤S11或S14中的信号检测结果所接收的信号的强度信息。因此，传送设备选择将要使用的波束形成天线组，并且还确定将要应用于所选波束形成天线组的天线阵列权向量(AWV)。

根据执行波束形成的传送设备与接收设备之间的接收信号的强度信息来确定AWV。根据本发明一个实施例的接收设备将下述反馈信息传送到传送设备，所述反馈信息包括在步骤S11或S14中在信号检测期间所获得的AWV信息。或者，根据本发明一个实施例的传送设备在步骤S 16中根据包含在反馈信息之内的接收信号的强度信息来确定AWV。传送设备将与所确定的波束形成天线组有关的信息传送到接收设备，并且通过利用相应天线组执行通信(S17)。

同时，与图13不同，接收设备在传送反馈信息的步骤S12或S15中，将表示可用波束形成天线组或天线的信息直接传送到传送设备。例如，如果接收设备通过信号检测选择了最佳波束形成天线组，那么直接向传送设备通知分配给相应波束形成天线组的索引信息。按照这种方式，如果接收设备直接传送表示波束形成天线组的信息，那么可降低对训练信号和其反馈信息的传输次数，并且还可降低反馈信息的量。

此时，从传送设备所传送的训练信号基于预先设置的在传送设备与接收设备之间共用的训练序列，并且视情况而定包括与传送设备有关的标识信息。

训练序列的序列示例包括正交码序列、伪随机噪声(PN)序列、Hadamard码序列、以及CAZAC序列。参考图14和图15对包括训练序列的数据格式的示例进行描述。

图14是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO传送设备所传送的数据分组的示例进行说明的示意图。以图14中所说明的数据分组的形式来传送根据本发明一个实施例的训练信号。在下文中，对训练信号数据分组的示例进行描述。

参考图14，以HRPDU(高速率协议数据单元)分组的形式来传送包括在SM MIMO系统中的设备之间所传送的训练序列的数据分组。HRPDU分组的示例包括HRP前导100、HRP头部101、MAC头部102、头部检查序列(HCS)103、由至少一个或多个子分组所组成的分组主体104、为波束跟踪所分配的字段105。

按照通常向HRP前导100分配14个HRP前导符号而不是8个符号这样的方式来分配在SM MIMO系统中所使用的HRPDU格式的训练信号分组。

首先，前四个HRP前导符号是时域前导，并且从重新采样1.5倍的m序列中导出。产生如等式16所表示的八阶多项式所示的m序列。

[等式16]

x⁸+x⁷+x²+x+1

时域前导通过对包括重复五次的m序列的一个序列进行重新采样而占据与四个OFDM符号相对应的时间间隔的大小，并且伴有编码的m序列，并且其他空间填充0。

接下来，5～14个符号是频域符号，并且在将该符号转换成时域采样之前，使5、6、7、8、以及11符号乘以+1的值，而9、10、13、以及14符号乘以-1的值。通过对相应频域值进行512IFFT转换可获得时域采样。

接下来，可如图15中所说明地来配置根据本发明一个实施例的HRP头部101。

图15是用于对包含在从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO传送设备所传送的数据分组之内的HRP头部格式的示例进行说明的示意图。也可如图15中所说明地配置包括根据本发明一个实施例的训练序列的训练信号的HRP头部的格式。

参考图15，HRP头部101包括PHY控制字段1010以及分组头部主体1020，其包括至少一个或多个子分组头部。PHY控制字段1010包括波束跟踪字段1011、不等错误保护(UEP)映射字段(unequal error protection mapping field)1012、执行扰码的扰码器的初始值S₀，S₁，S₂，S3的字段1013、以及数据流字段1014。

假定将1比特分配给波束跟踪字段1011。在这种情况下，如果将用于波束跟踪的训练信号添加到数据分组上，那么将波束跟踪字段1011设置为1。如果不是这样，那么将波束跟踪字段1011设置为0。

如果分配给其的比特增加，那么波束跟踪字段1011和UEP映射字段1012包括各类信息。如果当前将1比特分配给波束跟踪字段1011或UEP映射字段1012，那么可将相应字段设置为1或0。

根据本发明的一个实施例数据流字段1014用于空间复用，并且向数据流字段1014分配2比特。如果分配给数据流字段1014的比特小于存在于该分组中的数据流的数目，那么将数据流字段1014设置为1。在这种情况下，对每个空间流的PHY控制字段1010设置相同比特。如果不使用空间复用，那么可将数据流字段1014设置为0。同样地，如果分配给数据流字段1014的比特增加，那么数据流字段1014包括各类信息。如果当前将1比特分配给数据流字段1014，那么可将相应字段设置为1或0。

接下来，参考图16和图17对包括从根据本发明一个实施例的SMMIMO接收设备所传送的反馈信息的数据分组的示例进行描述。更详细地，图16和图17中所说明的信息说明了包括与天线阵列权向量有关的信息的反馈信息的示例。

因为波束形成包括全向的波束形成或单向的波束形成，因此可将在波束搜索处理期间所传送的反馈数据分组划分成全向数据分组和单向数据分组。

图16是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的示例进行说明的示意图。更详细地，图16对在全向波束搜索处理期间所传送的反馈分组的负载格式的示例进行说明。

参考图16，全向波束搜索反馈分组包括TX增益选择字段110、保留字段111、包括传送设备的AWV反馈信息的Tx AWV反馈信息字段112、以及包括传送设备的AWV索引信息的Tx AWV索引字段113，其中，所述TX增益选择字段110包括请求在执行波束搜索的同时对传送设备的传输功率进行控制的信息。

Tx增益选择字段110包括下述指示信息，该指示信息用于通过在执行波束搜索处理的同时根据所接收到的信号的强度对传送设备的传输功率进行控制来控制波束形成增益。

因为AWV是包括与每个天线组相对应的波束图案的相位与幅度的合成值的权向量，因此Tx AWV反馈信息字段112包括表示与AWV有关的信息的序列。

图17是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的另一示例进行说明的示意图。更详细地，图17对在单向波束搜索处理期间所传送的反馈分组的负载格式的示例进行说明。

参考图17，单向波束搜索反馈分组包括保留字段120、TX AWV反馈信息字段121、Tx AWV索引信息字段122、以及循环冗余校验(CRC)比特字段123。

根据HRP模式来传送包括训练序列的数据分组，并且根据LRP模式来传送反馈信息。然而，数据分组和反馈信息的传输模式并不局限于上述模式。

虽然可以由WVAN传送设备的MAC层执行用于选择最佳波束形成天线组的上述波束搜索处理，但是也可以向传送设备请求下述波束搜索处理，该波束搜索处理用于在如果通过WVAN接收设备当前所服务的波束形成天线组的链路状态不好的情况下，改变为新的HRP或波束形成LRP链路。在这种情况下，波束搜索请求消息可以被包含在从传送设备所接收到的数据的ACK/NACK信号之内。

同时，如果在波束形成天线系统中所使用的信道矩阵的秩是1或者小于1，那么认为当前系统是SISO系统。在这种情况下，执行一般的波束搜索和波束形成，并且不执行用于空间复用(SM)的波束搜索处理。然而，如果信道矩阵的秩大于1，那么执行波束形成以形成N个空间流，其中，N等于信道矩阵的秩H的最小数目。换句话说，如果信道秩大于1，那么根据本发明的一个实施例的SM MIMO设备对传输的数据流执行空间复用预编码。在图9中，SVD空间编码器或单独的预编码器通过利用空间复用预编码矩阵对数据流执行预编码。

根据本发明的一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备通过传送和接收用于空间复用的训练序列以及基于训练序列的反馈信息可获得空间复用预编码矩阵。在下文中，参考图18对用于空间复用的波束搜索处理的示例进行描述。

图18是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收用于空间复用预编码的信号的过程的示例进行说明的流程图。

参考图18，训练信号和反馈信息的传输过程(S20-S25)与图10的步骤S10-S15的过程相对应。因此，省去相同过程的描述。

根据本发明的一个实施例的传送设备在执行波束搜索处理之后将用于获得空间复用预编码矩阵的训练信号传送到接收设备(S26)。接收设备将与训练信号相对应的空间复用反馈信息传送到传送设备(S27)。空间复用反馈信息包括用于根据基于传输的最大数据流的最小信道矩阵秩来对预编码矩阵的大小进行控制的预编码矩阵大小控制信息，以及全向或单向反馈信息。

接收到该反馈信息的传送设备根据通过空间复用反馈信息的预编码矩阵大小控制信息来确定预编码矩阵(S28)。并且，传送设备通过利用所确定的预编码矩阵对传输数据执行预编码，并且此后将预编码的数据传送到接收设备(S29)，从而执行与接收设备的通信。

空间复用训练信号包括至少一个或多个训练序列。对于空间复用天线端口和传送设备AWV的每一个而言，空间复用波束搜索训练序列的示例包括不同的PN序列、Hadamard码序列、正交码序列、以及CAZAC序列。此外，可按照与图14和图15中所说明的数据分组的示例相同的方式来传送包括训练序列的数据分组。

用于空间复用的训练序列是每个波束形成天线组的训练序列。可为用于空间复用的不同天线组提供不同的训练序列。

在LRP模式下可通过短-全向LRP分组来传送空间复用反馈信息。在下文中，参考图19对空间复用反馈信息进行描述。

图19是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的反馈数据格式的其他示例进行说明的示意图。更详细地，图19说明了在短-全向波束搜索处理期间所传送的反馈分组的负载格式的示例。

参考图19，反馈分组包括：包括与流号有关的信息的流号字段130、包括与波束形成天线端口有关的信息的端口号字段131、包括与副载波次数相关的信息的副载波次数信息、包括与接收信号的强度有关的信息的接收强度字段133、包括与构成了预编码矩阵的向量角有关的信息的预编码角字段(precoding angle field)134、包括用于CRC的CRC比特的CRC比特字段135、以及填充比特字段136，该填充比特字段136包括填充比特，以便构成数据分组的比特配置整数的八位字节。

流号字段130和端口号字段131分别包括与当前服务中的流有关的信息以及与比天线端口的数目相比更小的数目有关的信息。

通过使包含在副载波次数字段132之内的副载波次数(order)乘以2所获得的结果与每个预编码矩阵的副载波数目相同。

接收强度字段133包括与相对于第k数据流而言第(k+1)数据流的相对信号强度有关的信息。在图19的示例中，将k值设置为1、2、3，但是并不局限于此。

预编码角字段134通过利用预编码角组单元(procoding angle group unit)中的预定比特来表示包含在预编码矩阵之内的角信息。

在图19中，因为没有向接收强度字段133、预编码角字段134、以及填充比特字段135分配固定比特，因此根据实施例向此分配各种比特。

根据SM MIMO系统中的天线组或端口的数目，以及包含在一个天线组之内的最大天线数目来确定反馈数据格式的大小以及反馈信息的传输次数。

可根据波束形成天线组以及一个天线组的最大天线数目来确定用于空间复用的反馈信息。可通过72比特或144比特来配置用于空间复用的反馈分组的示例。此外，与上述波束搜索反馈分组一样，反馈分组并不局限于在图19中所说明的反馈分组，并且包括反馈信息字段以及Tx设备索引信息字段，其中，反馈信息字段包括与传送设备天线阵列权向量(AWV)有关的反馈信息。

因为用于波束搜索的AWV反馈的大小，即，传送设备的波束形成天线组P的数目×包含在一个天线组之内的最大天线数目Q不能超过72，因此可使用最大72比特或144比特作为AWV反馈比特N。

表格2说明了与下述最大天线数目有关的信息，所述最大天线数据可包含在包括多个波束形成天线组的SM MIMO设备的一个波束形成天线组之内，其中72比特用作反馈比特。

[表格2]

接下来，表格3说明了与在反馈比特是144比特时可包含在一个波束形成天线组之内的最大天线数目有关的信息。

[表格3]

参考表格2和表格3，可使在SM MIMO系统中所使用的天线组(或天线端口)的数目减少以达到最小的2。可使根据本发明一个实施例的SM MIMO系统实现为通过图9中所说明的SVD编码器来配置2个最小子信道，由此可使波束形成天线组的数目减少以达到最小的2个，并且可相应地减少反馈信息以及反馈信息的传输次数。

同时，在根据本发明一个实施例的设置有多个波束形成天线组的SM MIMO设备的另一示例中，可以使用MIMO后同步码，由此可省去传送并接收用于使天线组选择最佳的反馈信息的过程。

在非MIMO系统中从所有波束形成天线组或波束形成器中同时传送MIMO后同步码，并且MIMO后同步码与训练信号相同或相似。因此，从通过接收设备的每个波束形成器所广播的信号分割出包含在MIMO后同步码之内的信号。为此，可使用沃尔什(Walsh)序列。

沃尔什序列具有L_W＝2^p的长度，其中p＝1，2，3，…。每个传送波束形成器使用其单独的沃尔什序列，并且MIMO后同步码的长度L应等于或大于传送波束形成器的数目M。例如，如果传送波束形成器的数目是6或8，那么L_W＝8并且MIMO后同步码包括如由下面的等式17所表示的八个OFDM符号。

[等式17]

$>W_8=\left(\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1& 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1& -1\\ 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1\\ 1& -1& 1& 1& -1& 1& -1& 1\\ 1& 1& -1& 1& -1& -1& 1& 1\\ 1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& -1\end{array}\right)$>

等式17所表示的矩阵的行和列表示具有L_W＝8的长度的沃尔什序列。

如果使用上述后同步码，那么根据本发明一个实施例的SVDMIMO系统可执行信道估计，即使没有传送反馈信息的过程。

图20是用于对在根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO设备之间传送和接收信号的过程进行说明的流程图。

优选地，传送设备和接收设备包括多个波束形成天线组，并且以适当顺序来传送从每个天线组所传送的信号。此外，一个或多个波束形成天线组根据预定时间间隔来传送它们的信号。

参考图20，传送设备将请求发送(RTS)分组传送到接收设备，以请求信道估计(S30)。将第一MIMO后同步码添加到RTS分组的后面，并且根据非MIMO模式传送RTS分组。接收到RTS分组的接收设备估计用于通过第一MIMO后同步码将信号从传送设备传输到接收设备的信道的信道矩阵H_1→2，并且获得空间解码器矩阵U(S31)。如上所述可通过信道矩阵获得空间解码器矩阵U，并且空间解码器矩阵U包括U＝(U1，U2)的两个矩阵H^HH本征向量。接收设备将清除发送(CTS)分组传送到传送设备(S32)。将第二MIMO后同步码添加到CTS分组的后面，并且根据非MIMO模式来传送添加有第二MIMO后同步码的CTS分组。此后，传送设备估计用于通过第二MIMO后同步码将信号从接收设备传输到传送设备的信道的信道矩阵H_2→1，并且获得空间编码器矩阵V(S33)。空间编码器矩阵V包括V＝(V1，V2)的两个矩阵H^HH本征向量。通常，应该注意的是，通过空间信道的相关性可获得信道矩阵的H_1→2＝H_2→1。因此，可设置H_1→2＝H并且H_2→1＝H^H。

接下来，传送设备根据HRP SVD模式将第一数据分组传送到接收设备(S34)。此时，可使用与图14中所说明的相同的数据分组。将第三MIMO后同步码添加到数据块的下端。接收设备重复通过第三MIMO后同步码来估计信道矩阵(S35)。接收设备将用于数据块的ACK/NACK信号传送到传送设备(S36)。因为将第四MIMO后同步码添加到ACK/NACK信号的下端，因此传送设备可通过第四MIMO后同步码对相应信道进行估计(S37)。在传送设备与接收设备之间重复步骤S34至S37。如果通过重复上述步骤来执行信道估计，那么执行传送设备与接收设备之间的通信。

通过重复图20中所说明的步骤，传送设备和接收设备可获得信道信息，并且可形成SVD模式，即使没有通过MIMO后同步码执行信号传输而对反馈信息进行分离。因此，在根据本发明的一个实施例的MIMO系统中，因为可省去在设备之间传送与接收反馈信息的过程，因此可更简单地实现MIMO系统并且可降低通信所需的时间。

同时，可按照图21中所说明的数据格式来传送在步骤S36中从接收设备传送到传送设备的ACK/NACK信号。

图21是用于对从根据本发明一个实施例的基于SVD的SM MIMO接收设备所传送的确认(ACK)信号的数据格式的其他示例进行说明的示意图。

通常，定向空间复用ACK分组使用包括全向LRP负载字段的定向低速率物理数据单元(LRPDU)。因此，如果主要通过HRP信道来传送数据，那么通过但并不局限于LRP信道来传送ACK信号。

参考图21，定向SM ACK分组包括：用于表示只分配了1比特的LRPDU上的负载的第一字段140、用于请求波束搜索处理的波束搜索请求字段141、包括下述多个ACK组的ACK组字段142、以及包括短校验序列的短校验序列(SCS)字段143，其中，所述多个ACK组包括与从传送设备所传送的数据流有关的ACK信息。

如果所接收到的信号的质量不好，那么波束搜索请求字段141包括从接收设备传送到传送设备的信息，以请求用于通过新的波束形成天线组的信号传输的波束搜索操作。如果将1比特分配给波束搜索请求字段141，那么当请求波束搜索操作时，将对波束搜索请求字段141设置值1。如果不是这样的话，对波束搜索请求字段141设置值0。该值可以发生变化，并且如果将更多比特分配给波束搜索请求字段141，那么该值包括更详细的信息。换句话说，ACK信号包括与信号质量和信道估计有关的反馈信息，该反馈信息是在设置有上述自适应天线组的基于SVD的SM MIMO系统中从接收设备接收到传送设备的。通常，通过ACK信号将反馈信息传送到相应设备。

ACK组字段142包括下述每个组，该每个组包括与每个数据流有关的ACK信息。可向每个组分配5个比特，并且如图21中所说明的与四个数据流有关的ACK信息可包含在一个数据格式之内。然而，包含在一个ACK数据格式之内的ACK组数目并不局限于图21的示例。在与第k数据流有关的ACK组字段142中，如果毫无损失地接收到第k数据流，那么可将第n比特设置为1。因为向每个ACK组分配了5个比特，因此根据该实施例可改变表示数据流ACK信息的相应比特。另一方面，当出现了诸如数据丢失这样的错误时，将分配给与第k数据流有关的ACK组字段的所有比特设置为0。

如上所述，如果在基于SVD的SM MIMO系统中使用非自适应天线组或分割型天线组，那么如上所述在基于SVD的系统中所使用的子信道数目从K＝min{M×n，N×n}降低为最小2个，并伴随着最大SNR。此外，即使在WVAN设备之间传送和接收反馈信息的过程中，也可通过MIMO后同步码形成SVD模式。

接下来，图22是用于对包括根据本发明另一实施例的基于SVD的SM MIMO传送设备的广播信号处理系统的示例进行说明的示意图。

通常，WVAN设备可通过随后描述的处理来对A/V数据进行播放，其中，A/V数据是通过天线从广播站、电缆、卫星、及其他WVAN设备中的至少一个来输入。如果WVAN设备接收到来自其他设备的数据，那么其可以是接收设备。如果WVAN设备将数据发送到其他设备，那么其可以是传送设备。此外，WVAN设备可与协调器执行信息交换。

根据本发明的一个实施例的传送设备包括传送器和接收器，其每一个包括一个或多个波束形成组。此外，传送设备是执行SVD预编码的空间复用(SM)MIMO设备的示例。

参考图22，根据本发明实施例的广播信号处理系统包括：传送设备150、远程控制器160、本地存储器设备170、以及用于执行与接收设备190进行无线通信的网络设备180。

用于传送A/V数据的传送设备150包括：接收模块151、解调模块152、解码模块153、显示模块154、控制模块155、空间复用预编码器&波束形成模块156、图形处理器157、传送模块158、以及控制信号通信模块159。在图22的示例中，本地存储器设备170直接与包括输入和输出端口的传送模块158相连。然而，本地存储器设备170可以是安装在传送设备150中的存储器设备。

传送模块158可与有线/无线网络设备180进行通信，并且可通过网络设备180与至少一个接收设备190相连，其中，至少一个接收设备190存在于无线网络中。控制信号通信模块159根据例如远程控制器这样的用户控制设备接收用户控制信号，并且将所接收到的信号输出到控制模块155。

接收模块151是通过地面、卫星、电缆、以及因特网中的至少一个来接收特定频率的广播信号的调谐器。分别为例如地面广播、电缆广播、卫星广播、以及个人广播这样的每个广播源提供了接收模块151。或者，接收模块151是统一的调谐器。此外，假定接收模块151是地面广播的调谐器，那么分别提供至少一个数字调谐器和至少一个模拟调谐器，或者可以提供数字/模拟调谐器。

此外，接收模块151接收通过有线和无线通信所传输的因特网协议(IP)流。如果接收模块151接收到IP流，那么接收模块151根据用于为所接收到的IP分组以及从接收器所传送的分组建立源和目的地信息的IP，来对传送和接收分组进行处理。接收模块151根据该IP输出包含在所接收到的IP分组之内的视频/音频/数据流，并且根据该IP产生将作为IP分组而传送到网络的传输流，以便将其输出。接收模块151是可接收外部输入的视频信号的元件，并且例如可接收来自外部的IEEE 1394型视频/音频信号或HDMI型流。

解调模块152按照调制方式的逆序，对通过接收模块151所输入的数据当中的广播信号或者从接收设备所传送的广播信号进行解调。解调模块152通过对广播信号进行解调输出广播流。如果接收模块151接收到例如IP流这样的流类型信号，那么IP流在旁路解调模块152之后被输出到解码模块153。

解码模块153包括音频解码器和视频解码器，并且通过解码算法对从解调模块152所输出的广播流进行解码，并且将所解码的流输出到显示模块154。此时，在解调模块152与解码模块153之间另外提供了用于根据相应标识符来分割每个流的解复用器(未示出)。解复用器将广播信号分成音频基本流(ES)和视频基本流，并且将它们输出到解码模块153的每个解码器。此外，如果在一个信道中对多个节目进行多路复用，那么解复用器仅选择用户所选的节目的广播信号，并且将所选广播信号分成视频基本流和音频基本流。如果数据流或系统信息流包含在解调的广播信号中，那么通过解复用器对它们进行分割，并且此后将它们传输到相应解码块(未示出)。

显示模块154显示从接收模块151所接收到的广播内容，以及存储在本地存储器设备170中的内容。显示模块154根据控制模块155的控制命令显示用于表示在传送设备中是否安装了存储器设备的菜单以及与存储器设备的剩余容量有关的信息，并且其可在用户的控制之下操作。

控制模块155可对上述模块(接收模块、解调模块、解码模块、显示模块、图形处理器、空间复用预编码器&波束形成模块、以及接口模块)的操作进行控制。此外，控制模块155显示用于接收用户的控制命令的菜单，并且驱动用于向用户显示各种信息或者广播信号处理系统的菜单的应用程序。

例如，如果在传送设备中安装了本地存储器设备170，那么控制模块155可读出存储在本地存储器设备170中的内容。此外，如果在传送设备中安装了本地存储器设备170，那么控制模块155可对本地存储器设备170的操作进行控制，以便将从接收模块151所接收到的广播内容存储在本地存储器设备170中。此外，根据在传送设备中是否安装了本地存储器设备170，控制模块155可输出用于安装本地存储器设备170的控制信号。

控制模块155对本地存储器设备170的剩余存储器容量进行检查，并且可通过图形处理器157在显示模块154上向用户显示剩余存储器容量的信息。如果本地存储器设备170的剩余存储器容量不足，那么控制模块155可使存储在本地存储器设备170中的内容移动到远程存储器设备。在这种情况下，控制模块155可通过显示模块154显示用于表示是否将存储在本地存储器设备170中的内容移动到另一本地存储器设备(未示出)或者远程存储器设备的菜单。并且，控制模块155可接收该菜单的用户控制信号并且对其进行处理。因此，控制模块155可在本地存储器设备170与其它直接或远程安装的存储器设备之间移动存储在它们中的内容，并且将内容存储在其中。

作为第二控制模块的空间复用预编码器&波束形成模块156可以直接接收来自接收模块151的广播信号，或者接收解调模块152所解调的广播信号。在前者的情况下，省去了编码处理。此外，在接收模块151所接收到的广播信号在控制模块155中经历了信号传输的处理过程之后，被输入到第二控制模块156。

例如，如果接收到来自外部设备160的包括有广播信号的消息，那么网络控制模块125将所接收到的消息分割成广播信号和MAC消息。将所分割的广播信号(或者广播流)输入到解码模块123，通过译码算法对其进行解码，并且将其输出到显示模块124。根据传送设备150是SMMIMO设备，第二控制模块156包括用于对要通过传送模块159所传送的数据流执行预编码的空间复用预编码器。空间复用预编码器对参考图9所描述的数据流执行预编码。在这种情况下，空间复用预编码器执行基于SVD的预编码。同时，虽然在图22中没有说明从解调模块152所传送的数据，但是第二控制模块156包括SVD空间编码器，该SVD空间编码器用于对要传送到第二控制模块156的数据执行编码，以通过信道形成正交子信道。SVD空间编码器包含在控制模块155中。

此外，第二控制模块156包括波束形成模块，该波束形成模块用于对提供有多个天线的传送设备150进行控制，以根据波束形成执行波束搜索处理。执行波束搜索以将包括至少一个训练序列的训练信号传送到接收设备，根据与从接收设备所接收到的训练信号有关的反馈信息来确定期望的天线组，并且确定多个天线组的加权值。

根据本发明的一个实施例的SM MIMO传送设备可在执行用于空间复用的预编码的同时，传送和接收用于获得最佳预编码矩阵的信号。换句话说，传送设备150包括传送和接收模块，该传送和接收模块用于将包括至少一个训练序列的训练信号传送到接收设备190，并且接收利用来自接收设备190的训练序列所确定的用于预编码的反馈信息。虽然在图22中未说明传送和接收模块，但是它可包含在控制模块155或第二控制模块156之内，或者单独地提供。如果通过接收模块151接收到反馈信息，那么传送设备150根据该反馈信息确定最佳天线组和预编码矩阵。此时，由第二控制模块156来确定天线组和预编码矩阵，或者控制模块155将与所确定的天线组和预编码矩阵有关的信息传送到第二控制模块156，以执行预编码。

另外，可以通过控制模块155来执行第二控制模块156所执行的控制模式。虽然为了方便描述起见，在图22中分离地提供了控制模块155和第二控制模块156，但是它们也可由如虚线所标记的部分所示的单个系统芯片来实现。

图形处理器157对要显示的图形进行处理，以便在显示模块154所显示的视频图像中显示菜单屏幕，并且对与菜单屏幕一起显示在显示模块154中的图形进行控制。

传送模块158可用于通过有线和无线网络将控制模块155或第二控制模块156所产生的数据流传送到接收设备190。或者，如果传输设备150将数据传送到其他设备，那么可使用传送模块158。

此外，传送模块158包括用于在属于WVAN的设备之间执行双向通信的接口模块。该接口模块可通过有线和无线网络与至少一个接收设备190连接。接口模块的示例包括以太网模块、蓝牙模块、近距离无线因特网模块、便携式因特网模块、家庭PNA模块、IEEE1394模块、PLC模块、家庭RF模块、以及IrDA模块。

上述传送设备包括虽然在图22中未说明但是参考图9所提及的模块。

根据本发明实施例的MIMO系统可有效地用于具有强方向性的mmWave。

这里的术语可被替换为其他术语。例如，“设备”可被替换为用户设备(或机器)、站等等，并且“协调器”可被替换为协调(控制)设备、协调(或控制)站、微微网(piconet)协调器(PNC)等等。此外，用于配置WVAN的WVAN参数可用于指网络配置信息。

显而易见的是指的是特定权利要求的某些权利要求可与除了特定权利要求之外的其他权利要求中的另一权利要求相结合，以构成实施例或者在提交了申请之后通过修改而增加新的权利要求。

对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，这里的术语可被替换为其他术语，例如″设备″可被替换为用户设备(或机器)、站等等，并且″协调器″可被替换为协调(控制)设备、协调(或控制)站、微微网协调器(PNC)等等。此外，数据分组是指诸如消息、业务量、视频/数据分组、控制数据分组这样的传送消息和接收信息，并且其并不局限于特定数据分组。

可在通信系统中执行通信的设备的示例包括计算机、PDA、笔记本计算机、数字TV、摄像放像机、数字照相机、打印机、麦克风、扬声器、头戴式耳机、条码读取器、显示器、以及蜂窝电话。所有数字设备可用作该设备。

对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下可以其他特定形式来具体体现本发明。因此，认为上述实施例在各个方面是说明性的并非限制性的。应通过对所附权利要求的适当解释来确定本发明的范围，并且在本发明的等效范围内的所有变化包含在本发明的范围之内。

本发明的实施例可应用于各种无线通信系统。各种无线通信系统的示例包括3GPP(第三代合作伙伴计划)系统、3GPP2系统和/或IEEE802.xx(电子和电气工程师协会802)系统。本发明的实施例可应用于可在形成无线网络的设备之间传送和接收音频或视频数据的蓝牙以及WPAN技术。本发明的实施例还可应用于各种接入系统所应用于的所有技术领域，以及各种接入系统。