[发明专利]用于无线通信系统中波束形成的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种传输波束形成的无线通信系统和方法。

背景技术

随着移动通信的蓬勃发展，通信服务的需求量日益增长，如何有效改进带宽使用效益与通信质量已成为通信系统的重要课题。在无线通信系统中，依照接收器和发送器的天线数目可分为单入单出(SISO)系统、单入多出(SIMO)系统、多入单出(MISO)系统和多入多出(MIMO)系统。在SISO系统中，传输器包含一个天线以传输RF信号，而所述信号被接收器中的单个或多个大线接收。当接收器包含一个以上天线时，接收器将会选择其中一者以接收输入信号。在SIMO系统中，接收器包含两个以上天线以及两个以上无线信道。在MIMO系统中，传输器和接收器各自包含两个以上天线和对应的无线信道。传输器利用空间和时间编码功能以并行处理数据，且以多个天线根据多个数据串流而传输多个数据信号。接收器通过多个无线信道接收传输的多个数据信号后，利用空间和时间解码功能重新获取这些数据串流。据此，MIMO系统提供了比单入和/或单出的系统更高的传输容量和通信性能。

然而，信号在多个无线信道传递时会有频道干扰和衰落(fading)等问题。衰落现象是指无线信号在经过一段很短的时间或者距离后会产生振幅、相位、时间延迟等变化，其可以使用小尺度传播模型(small-scaled propagation model)来分析和模拟信号在多重路径下的衰减效应。接收器在信号经过不同的链路状况(link condition)，例如多重路径或是都普勒效应后，个别的无线信道会得到相异的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，而所述信噪比定义了信号能量与噪声能量之间的比值。当SNR值过低时，表示无线信道可能无法支持较高的数据传输率或因此增加了位错误率。当SNR值过高时，可能产生硬件资源的浪费。因此，有必要提出一种传输波束形成的无线通信系统和方法，使得信号在不同的链路状况下经过不同的无线信道后能得到优化的信噪比。

发明内容

本发明揭示一种无线通信系统中波束形成的方法，其包含以下步骤：通过传输器传输信号包；通过接收器接收所述信号包，借以估计所述传输器与所述接收器之间的信道状态信息；针对所述信道状态信息产生波束形成矩阵；结合所述波束形成矩阵和旋转矩阵以产生波束形成指导矩阵；以及将所述波束形成指导矩阵反馈到所述传输器。

本发明还揭示一种波束形成接收器，其包含频道状态评估器、矩阵产生器和指导矩阵产生器。所述频道状态评估器用以估计无线信道的信道系数矩阵。所述矩阵产生器用以产生旋转矩阵。所述指导矩阵产生器根据所述信道系数矩阵和所述旋转矩阵产生指导矩阵，借以将所述指导矩阵反馈到传输器。

本发明另外揭示一种传输波束形成的无线通信系统，其包含传输器、无线信道和接收器。所述传输器用以传输信号包。所述无线信道用以传递所述信号包。所述接收器用以接收所述信号包，其中所述接收器包含频道状态评估器、矩阵产生器和指导矩阵产生器。所述频道状态评估器用以估计无线信道的信道系数矩阵。所述矩阵产生器用以产生旋转矩阵。所述指导矩阵产生器根据所述信道系数矩阵和所述旋转矩阵产生指导矩阵，借以将所述指导矩阵反馈到传输器。

附图说明

图1显示结合本发明实施例的MIMO收发器示意图；

图2A、2B显示不同信道的噪声值；以及

图3是根据本发明实施例的无线通信系统中波束形成方法的流程图。

具体实施方式

图1显示结合本发明实施例的MIMO收发器的示意图。在MIMO系统中，为了补偿信号在传递过程中的功率衰退以及多路径效应引起的信号失真，收发器可使用波束形成(beamforming)技术来加强信号强度与抑制噪声和同频道干扰。参照图1，所述MIMO系统10具有M个传输天线和R个接收天线，其中接收器102中的多个接收信号y₁、y₂、...y_R与传输器101中的多个传输信号x₁、x₂、...x_M之间的关系可表示为：

Y＝H·X+N                           (1)