CN111418163B - 无线装置以及无线通信控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的无线装置具有如下结构：在基站和终端站之间的相互通信中，执行事先取得使用基站波束成形权重和终端站波束成形权重的组合时的传输质量信息并确定优选波束成形权重的波束成形权重训练功能；基于通过训练步骤确定出的传输质量信息，一边进行相互通信一边搜索优选波束成形权重，执行优选波束成形权重的更新处理。

Description

无线装置以及无线通信控制方法
技术领域
本发明涉及实现通信性能的改善的无线装置以及无线通信控制方法。
背景技术
在无线通信中，作为用于实现大容量通信的一种方法，有信号带宽的宽带化。在几GHz以下的频带中，频率已经被分配给多个***，难以确保几百MHz以上的较宽的信号频带。然而，作为由一个无线基站覆盖的通信区域，需要几百米左右或几百米以上的蜂窝通信不得不利用几GHz以下的频带。
在几十GHz的高频带中，未分配的频率(空闲区域)也较多，能够确保几百MHz以上的宽信号带宽的可能性较大。但是，在几十GHz的高频带中，传播距离衰减量较大。因此，也存在不能确保较大的通信区域的缺点。
这里，在高频率下，利用一个波长的长度变短这一点，能够大幅增加每一定面积能够安装的天线元件数。由此，认为能够实现高增益的波束成形，以补偿传播距离衰减。
此外，为了实现大容量传输，除了宽带化之外，还有通过由多个天线元件形成多个波束，对发送信号进行空间复用的被称为超多元件MIMO(Multiple-Input Multiple-Output：多输入多输出)的技术。超多元件MIMO一般按每个天线元件具有一系列的TX/RX电路、数字信号处理部。例如，在超多元件MIMO有256个元件的情况下，需要使用256个TX/RX电路、FPGA、ASIC等的数字信号处理部。因此，超多元件MIMO在成本方面和实现性上存在课题。
作为针对该课题的一个解决方案，有混合BF(Beam forming：波束成形)型的天线结构。该天线结构不是通过数字信号处理部，而是通过由可变放大器或可变移相器构成的模拟电路来实现波束成形的方法。即，该天线结构是形成模拟波束的方法(例如，参照专利文献1)。
由此，所需的数字信号处理部的数量不是与天线元件数相同，而是与要形成的波束数相同。其结果是，在由16个天线元件形成1个模拟波束的情况下，能够使数字信号处理部为1/16。
在作为陆地移动通信***的标准化团体的3GPP(3rd Generation PartnershipProject：第三代合作伙伴计划)中，这样的模拟波束成形相当于New Radio(新广播)的标准天线结构。
在模拟波束成形时使用的发送权重从被称为码本(code book)的发送权重组中适当地选择。此外，为了进行多流传输，在下行链路中，发送站对一个用户终端分配多个模拟波束。由该多个模拟波束发送的流在发送站内的数字信号处理部中进行预处理(数字预编码)。作为这样的预处理，例如可以举出基于Zero Forcing法(迫零法)的空间滤波而去除流间干扰。
作为该模拟波束的分配方法，提出了为了模拟波束的高速的发送波束选择而将模拟波束控制和数字预编码控制完全分离的二阶段控制法(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015-125891号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在现有技术中存在以下这样的两个课题。
·按照每个天线逐次地进行基站以及终端的优选BF权重的搜索。因此，从优选BF权重搜索开始至通信开始为止的训练时间较长。
·而且，不对所选择的优选BF权重进行重新调节。因此，选择了适当的BF权重的可能性较小。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，得到缩短从BF权重搜索开始至通信开始为止的时间并且逐次地使BF权重优化的无线装置以及无线通信控制方法。
用于解决课题的手段
本发明的无线装置是具备基站和终端站的无线装置，基站具备：预编码部，其使用预编码权重对多个并行用户数据实施数字预编码；发送波束成形部，其对被实施了数字预编码之后的信号，实施赋予与基站波束成形权重相应的相位以及振幅的变化的模拟基站波束成形；以及多个发送天线，它们发送被实施了模拟基站波束成形的信号，终端站具备：多个接收天线，它们接收从基站发送并在空间中传播的信号；终端站波束成形部，其对多个接收天线接收到的信号，实施赋予与终端站波束成形权重相应的相位以及振幅的变化的模拟终端站波束成形；以及后编码部，其使用后编码权重对被实施了模拟终端站波束成形之后的信号实施数字后编码，由此再现多个并行用户数据，基站以及终端站执行如下功能：波束成形权重训练功能，事先取得使用基站波束成形权重和终端站波束成形权重的组合时的传输质量信息，确定优选波束成形权重；以及优选波束成形权重搜索功能，基于通过执行波束成形权重训练功能而确定的传输质量信息，一边进行相互通信一边搜索优选波束成形权重，执行优选波束成形权重的更新处理。
此外，本发明的无线通信控制方法是在本发明的无线装置中通过基站和终端站之间的相互通信来执行的，无线通信控制方法包括如下步骤：训练步骤，在该训练步骤中，执行事先取得使用基站波束成形权重和终端站波束成形权重的组合时的传输质量信息并确定优选波束成形权重的波束成形权重训练功能；以及搜索步骤，在该搜索步骤中，基于通过训练步骤所确定的所述传输质量信息，一边进行相互通信一边搜索优选波束成形权重，执行优选波束成形权重的更新处理。
发明效果
根据本发明，具备通过简单的方法，对全部天线统一设定优选BF权重的结构、以及将优选BF权重作为初始值并逐次地评价从此变更了BF权重时的信道容量，一边通信一边搜索更适当的BF权重的结构。其结果是，能够得到缩短从BF权重搜索开始至通信开始为止的时间并且逐次地使BF权重优化的无线装置以及无线通信控制方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中设想的无线通信***的概要结构图。
图2是在本发明的实施方式1中从基站向终端站进行数据发送时的框图。
图3是本发明的实施方式1中的基站的结构图。
图4是本发明的实施方式1中的BsSa的内部结构图。
图5是本发明的实施方式1中的终端站的结构图。
图6是示出本发明的实施方式1中的无线装置的整体流程的图。
图7是示出本发明的实施方式1中的“基站/终端站BF权重训练处理”的详细过程的图。
图8是示出本发明的实施方式1中的BF训练用参照信号的发送例的说明图。
图9是示出本发明的实施方式1中的BF训练用参照信号的接收例的说明图。
图10是示出本发明的实施方式1中的优选BF权重搜索的详细过程的图。
图11是示出本发明的实施方式1中的CSI取得用参照信号的发送例的说明图。
图12是示出本发明的实施方式1中的CSI取得用参照信号的接收例的说明图。
图13是示出本发明的实施方式1中的BF权重组合搜索的详细情况的流程图。
图14是示出在本发明的实施方式1中按功率降序对作为搜索对象的BF权重组合的组进行了编号的例子的图。
图15是示出在本发明的实施方式1中递增前的psrch位置的一例的图。
图16是示出在本发明的实施方式1中递增后的psrch位置的一例的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的无线装置以及无线通信控制方法的优选实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1中设想的无线通信***的概要结构图。本实施方式1中的无线通信***在具备混合BF型天线结构的无线基站1(以下称为基站1)与同样地具备混合BF型天线结构的1台用户无线终端2(以下称为终端站2)之间进行通信。
基站1、终端站2分别具有Nbssa个基站子阵列、Nuesa个终端站子阵列。
这里，子阵列是指将各站所具备的元件天线分割为多个的元件天线组。通过适当地设定子阵列内的可变相位器、可变放大器，形成子阵列的天线方向图(波束)。
此外，混合BF型天线是指，由模拟BF(以下称为BF)和预编码器/后编码器构成的天线***。BF通过在基站/终端站子阵列中合成调节了模拟信号的相位振幅后的信号，形成天线指向性。此外，预编码器/后编码器对调节了数字信号的相位振幅后的信号进行合成。
图2是在本发明的实施方式1中从基站向终端站进行数据发送时的框图。设预编码器3中的预编码器矩阵为P，基站4中的基站BF矩阵为WT，传输路径5中的传输路径矩阵为H，终端站6中的终端站BF矩阵为WR，后编码器7中的后编码器矩阵为B。这时，解调后的信号矢量r能够使用发送信号s如下式(1)那样表达。
[数式1]
r＝BWRHWTPs   (1)
其中，发送信号s是下式(2)。
[数式2]
Figure GDA0002515127770000051
此外，预编码器矩阵P是下式(3)、(4)。
[数式3]
Figure GDA0002515127770000052
Figure GDA0002515127770000053
此外，基站BF矩阵WT是下式(5)～(7)，Nbssa是一个基站子阵列内的元件天线数。
[数式4]
Figure GDA0002515127770000054
Figure GDA0002515127770000055
此外，传输路径矩阵H是下式(8)。
[数式5]
Figure GDA0002515127770000061
此外，终端站BF矩阵WR是下式(9)～(11)，Nuesa是一个终端站子阵列内的元件天线数。
[数式6]
Figure GDA0002515127770000062
Figure GDA0002515127770000063
此外，后编码器矩阵B是下式(12)、(13)。
[数式7]
Figure GDA0002515127770000064
Figure GDA0002515127770000065
在基站以及终端站的调制解调器内，仅能够识别、测定反映了基站BF以及终端站BF的下式(14)。
[数式8]
Hsa＝WRHWT  (14)
例如，预编码器矩阵P以及后编码器矩阵B分别是Hsa的固有值分解U∑VH中的V和UH。因此，如下式(15)～(17)那样，能够进行固有MIMO传输。
[数式9]
r＝BWRHWTPs   (15)
＝BHsaPs   (16)
=UHU∑VHVs   (17)
其中，由于U、VH是酉矩阵(unitary matrix)，因此，上式(17)能够改写为下式(18)。
[数式10]
r＝∑s   (18)
Σ是对角矩阵，可知在终端站中无干扰地被进行数据解调。
接下来，使用图3、图4对基站的设备结构进行说明。图3是本发明的实施方式1中的基站1的结构图。本实施方式1中的基站1具有Nbssa个基站用子阵列12(以下称为BsSa)。
图4是本发明的实施方式1中的BsSa12的内部结构图。BaSa12在其内部具有Nbssa个收发部10以及天线元件11。收发部10构成为包含TX用可变相位器10a、TX用可变放大器10b、RX用可变相位器10c、RX用可变放大器10d以及切换器10e。
BS信号生成部31基于与BF训练参照信号、终端站BF权重设定信息信号、数据解调用参照信号以及用户数据信息有关的信息，生成发送信号的比特数据。
BF训练参照信号是用于取得以所设定的基站以及终端站的BF权重得到的功率特性的信号。此外，终端站BF权重设定信息信号是包含由后述的终端站BF权重控制/设定部39设定的终端站的BF权重的指示信息的信号。
此外，数据解调用参照信号是用于在终端站进行下行链路的信道估计的参照信号。使用该信道估计来确定后编码器权重。此外，用户数据信号是发送给终端站2的用户数据信号。
BS映射部32依照映射规则将由BS信号生成部31生成的信号映射到作为OFDM符号方向以及子载波方向的矩形区域的OFDM资源上。
预编码部33对输入信号乘以从预编码器权重生成部37输入的预编码器权重P。
BS-OFDM调制部34通过IFFT处理将频率轴数据转换为时间轴数据。进而，BS-OFDM调制部34为了消除延迟波的影响，对时间轴数据附加GI(Guard Interval：保护间隔)。
DA35将时间轴数字信号转换为模拟信号，从基站1发送朝向终端站2的下行链路的数据。此外，AD24将模拟信号转换为数字信号，从终端站2接收朝向基站1的上行链路的数据。
BS-OFDM解调部25通过GI去除以及FFT处理将时间轴数据转换为频率轴数据。
BS解映射部26提取作为频率轴数据的子载波方向上的解调后的CSI取得用参照信号信息或解码后的比特数据。其中，CSI表示信道状态信息(Channel State Information)。
CQI管理部27取得由BS解映射部解码的、基于基站BF权重候选和终端站BF权重候选的组合的下行链路的RSSI(Radio Signal Strength Indicator：无线电信号强度指示器)信息，并蓄积针对BF权重组合的RSSI信息。
BS信道估计部28根据由BS解映射部26提取出的CSI取得用参照信号的信号点来估计传输路径矩阵Hsa。
传输容量预测部29根据由BS信道估计部28估计出的传输路径矩阵Hsa来计算基站-终端站的能够传输的传输路径容量。
基站BF权重控制/设定部30根据来自传输容量预测部29的预测结果以及来自CQI管理部27的CQI信息，在BS信号生成部31中设定用于向终端站通知对BsSa12的基站BF权重的设定以及终端站BF权重的设定的控制信息。
接下来，使用图5对终端站的设备结构进行说明。图5是本发明的实施方式1中的终端站2的结构图。本实施方式1中的终端站2具有Nuesa个终端站用子阵列13(以下称为UeSa)。
UeSa13内的结构与示出BsSa12内的结构的先前的图4相同。即，UeSa13在其内部具有Nuesa个收发部10以及天线元件11。收发部10构成为包含TX用可变相位器10a、TX用可变放大器10b、RX用可变相位器10c、RX用可变放大器10d以及切换器10e。
AD14将经由UeSa13接收到的模拟信号转换为数字信号，接收从基站1向终端站2发送的下行链路的数据。此外，DA23将时间轴数字信号转换为模拟信号，从终端站2发送朝向基站1的上行链路数据。
UE-OFDM解调部15通过GI去除以及FFT处理，将时间轴数据转换为频率轴数据。
后编码部16对输入信号乘以从后编码器权重生成部38输入的后编码器权重B。
UE解映射部17提取作为频率轴数据的子载波方向上的解调后的BF训练参照信号，并将其输入到已知序列解析部18中。进而，UE解映射部17提取终端站BF权重设定信息信号，并将其输入到控制信息解析部19中。进而，UE解映射部17提取数据解调用参照信号，并将其输入到UE信道估计部40中。
已知序列解析部18通过解析BF训练参照信号来计算所设定的基站BF权重以及终端站BF权重的组合的功率特性。
控制信息解析部19解析终端站BF权重设定信息信号，得到在终端站BF权重控制/设定部39中设定的BF权重信息。
终端站BF权重控制/设定部39基于从控制信息解析部19输入的、对UeSa设定的BF权重信息来确定对UeSa(1)～UeSa(8)设定的可变相位器的设定值以及可变放大器的设定值。
UE信道估计部40解析数据解调用参照信号，估计发送/接收间的传输路径矩阵Hsa。
后编码器权重生成部38根据来自UE信道估计部40的传输路径矩阵Hsa，使用例如ZF(zero-forcing)法等MIMO解调算法生成后编码器权重。
反馈信息生成部20将由已知序列解析部18计算出的基站BF权重和终端站BF权重的组合的功率特性转换为反馈数据信息，并将其输入到UE信号生成部41中。
UE信号生成部41基于从反馈信息生成部20输入的、与基站BF权重和终端站BF权重的组合的功率特性有关的反馈数据信息、用于取得上行链路的传输路径信息的CSI取得用参照信号、或者用户数据信息中的任意信息和信号，生成发送信号的比特数据。
UE映射部21依照映射规则将由UE信号生成部41生成的信号映射到作为OFDM符号方向以及子载波方向的矩形区域的OFDM资源上。
UE-OFDM调制部22通过IFFT处理将频率轴数据转换为时间轴数据。进而，UE-OFDM调制部22为了消除延迟波的影响，对时间轴数据附加GI(Guard Interval)。
接下来，对本实施方式1的无线装置的动作过程进行说明。
图6是示出本发明的实施方式1中的无线装置的整体流程的图。本实施方式1的无线装置所执行的处理由测定基站1以及终端站2的BF权重候选的全部组合的接收信号功率的“基站/终端站BF权重训练处理”、和在下一步骤中根据在前一步骤中测定出的接收信号功率信息来搜索优选BF权重的“基站/终端站优选BF权重的搜索处理”这两个步骤构成。
接下来，对基站/终端站BF权重训练处理详细地进行说明。图7是示出本发明的实施方式1中的“基站/终端站BF权重训练处理”的详细过程的图。本过程主要包含BF权重组合质量测定法、BF训练信号生成法、BF权重组合质量反馈法这3项。
BF权重组合质量测定法相当于步骤S110～步骤S160以及步骤S210～步骤S270的处理。此外，BF训练信号生成法相当于步骤S130以及后述的图8所示的BF训练用参照信号的生成处理。此外，BF权重组合质量反馈方法相当于步骤S280的处理。
在步骤S110中，基站1将选择完毕基站BF权重候选数设定为0。同样，在步骤S210中，终端站2将选择完毕终端站BF权重候选数设定为0。
接下来，在步骤S120中，基站1通过基站BF权重控制/设定部30，对各BsSa设定不同的基站BF权重候选，更新选择完毕基站BF权重候选数。
同样，在步骤S220中，终端站2通过终端站BF权重控制/设定部39，对各UeSa设定不同的终端站BF权重候选，更新选择完毕终端站BF权重候选数。
接下来，在步骤S130中，基站1进行BF训练用参照信号的发送。图8是示出本发明的实施方式1中的BF训练用参照信号的发送例的说明图。基站1在步骤S120以及步骤S220中对基站以及终端站设定了不同的BF权重候选的状态下，如图8所示，生成并发送按每个不同的基站子阵列在不同的子载波位置配置了参照信号的格式的BF训练用参照信号。
这时，BF训练用参照信号是根据来自基站BF权重控制/设定部30的指示，由BS信号生成部31生成的。然后，生成的BF训练用参照信号经由BS映射部32、预编码部33、BS-OFDM调制部34、DA35、BsSa12发送。
这时，预编码部33将单位矩阵I作为预编码器权重进行乘法运算。因此，实质上是作为没有预编码器来进行动作。在本实施方式1中，作为一例，设Nbssa＝8。
图9是示出本发明的实施方式1中的BF训练用参照信号的接收例的说明图。在步骤S230中，终端站2即使在设定有互不相同的BF权重候选的多个BsSa同时发送了信号的情况下，也能够无干扰地接收图9所示的BF训练信号。
在终端站2中，经由UeSa13、AD14、UE-OFDM解调部15、后编码部16、UE解映射部17、已知序列解析部18接收BF训练信号。这时，后编码部16将单位矩阵I作为后编码器权重进行乘法运算。因此，实质上是作为没有后编码器来进行动作。在本实施方式1中，作为一例，设Nuesa＝8。
在各UeSa中，配置在子载波方向上以不同的基站BF权重发送的BF训练用参照信号。因此，终端站2能够得到基站BF权重Nbssa＝8种、以及终端站BF权重Nuesa＝8种的、合计Nuesa/Nbssa＝64个组合的BF训练用参照信号的接收数据。
在步骤S240中，终端站2测定由各UeSa接收到的每个子载波、每个子阵列的BF训练用参照信号的信号功率。终端站2事先掌握在BF训练中应用基站BF权重的BF训练用参照信号的子载波方向以及时间方向的顺序。由此，终端站2能够唯一地确定所测定的BF训练用参照信号的信号功率是哪个基站BF权重和哪个终端站BF权重之间的组合。
在步骤S250中，终端站2通知有无终端站BF权重的剩余候选。具体而言，终端站2向基站1通知如下信息：当设终端站BF权重候选数为“Nue；BF”、已经在步骤S220中设定完毕的候选权重数的合计值为“Nue；BF；set”时，“Nue；BF-Nue；BF；set”的数值或表示是否Nue；BF-Nue；BF；set≤0的标志。
在步骤S140中，基站1在Nue；BF-Nue；BF；set＞0的情况下，返回步骤S130。同样，在步骤S260中，终端站2在Nue；BF-Nue；BF；set＞0的情况下，返回步骤S220。
即，在Nue；BF-Nue；BF；set＞0的情况下，基站1以及终端站2固定基站BF权重候选，变更终端站BF权重候选，继续进行训练。然后，基站1反复执行步骤S130～步骤S140，直至Nue；BF-Nue；BF；set≤0为止，终端站2反复执行步骤S220～步骤S260。其结果是，终端站2最终能够取得终端站BF权重的全部候选的功率特性。
接下来，在步骤S150中，基站1通知有无基站BF权重的剩余候选。具体而言，基站1向终端站2通知如下信息：当设基站BF权重候选数为“Nbs；BF”、已经在步骤S120中设定完毕的候选权重数的合计值为“Nbs；BF；set”时，“Nbs；BF-Nbs；BF；set”的数值或表示是否Nbs；BF-Nbs；BF；set≤0的标志。
在步骤S160中，基站1在Nbs；BF-Nbs；BF；set＞0的情况下，返回步骤S120。同样，在步骤S270中，终端站2在Nbs；BF-Nbs；BF；set＞0的情况下，返回步骤S210。
即，在Nbs；BF-Nbs；BF；set＞0的情况下，基站1以及终端站2变更基站BF权重候选，对选择完毕终端站BF权重候选数进行重置，再次实施终端站BF权重全部候选的训练。然后，基站1反复执行步骤S120～步骤S160，直至Nbs；BF-Nbs；BF；set≤0为止，终端站2反复执行步骤S210～步骤S270。其结果是，终端站2最终能够取得针对基站-终端站BF权重的全部候选的组合的功率特性。
最后，在步骤S280中，终端站2利用反馈信息生成部20生成针对在之前的步骤S240中取得的基站-终端站BF权重的全部候选的组合的功率特性作为反馈信息。然后，终端站2经由UE信号生成部41、UE映射部21、UE-OFDM调制部22、DA23、UeSa13，将生成的反馈信息反馈给基站1。
另一方面，基站1通过经由BsSa12、AD24、BS-OFDM解调部25、BS解映射部26、CQI管理部27接收反馈信息，取得针对基站-终端站BF权重的全部候选的组合的功率特性。
接下来，对优选BF权重的搜索方法进行说明。
图10是示出本发明的实施方式1中的优选BF权重搜索的详细过程的图。本过程主要包含BF权重的初始设定法、传输路径矩阵取得方法、CSI取得用参照信号生成法、BF权重组合搜索法这4项。
BF权重的初始设定法相当于步骤S310、步骤S320以及步骤S410的处理。此外，传输路径矩阵取得方法相当于步骤S420、步骤S330的处理。此外，CSI取得用参照信号生成法相当于步骤S420的处理。此外，BF权重组合搜索法相当于步骤S360的处理。
在步骤S310中，作为初始设定，基站1从在步骤S280中通知的针对基站-终端站BF权重的组合的功率特性信息中选择成为最大功率的组合。进而，基站1将所选择的组合的基站BF权重设定给全部BsSa。
另外，在不是初始设定，而是在后述的步骤S360中更新了BF权重的情况下，基站1依照更新内容，对各个BsSa单独设定更新后的基站BF权重。
在步骤S320中，基站1生成终端站BF权重设定信息信号。具体而言，基站1内的BS信号生成部31在初始设定时，依照来自基站BF权重控制/设定部30的指示，生成在步骤S310中选择的成为最大功率的组合的终端站BF权重作为终端站BF权重设定信息信号。然后，BS信号生成部31通知终端站BF权重设定信息信号作为针对全部UeSa的终端站BF权重。
另外，在不是初始设定，而是在后述的步骤S360中BF权重被更新的情况下，基站1依照更新内容，向各个UeSa13单独通知更新后的终端站BF权重。
在步骤S410中，终端站2利用控制信息解析部19对从基站1接收到的终端站BF权重设定信息信号进行解码。进而，终端站2依照终端站BF权重设定信息信号的解码结果，利用终端站BF权重控制/设定部39对UeSa设定终端站BF权重。
接下来，在步骤S420中，终端站2利用TDD***中的下行/上行链路间的可逆性，利用UE信号生成部41生成CSI取得用参照信号。生成的CSI取得用参照信号以已经设定完毕的终端站BF权重来发送。
图11是示出本发明的实施方式1中的CSI取得用参照信号的发送例的说明图。作为CSI取得用参照信号的一例，如该图11所示，在各UeSa中不同的子载波上映射CSI取得用参照信号。
图12是示出本发明的实施方式1中的CSI取得用参照信号的接收例的说明图。在步骤S330中，基站1能够得到如该图12所示的接收信号。其结果是，基站1内的BS信道估计部28能够将作为UeSa-BsSa间的全部组合的传输路径矩阵估计为下式(19)。
[数式11]
Figure GDA0002515127770000131
其中，hi；j是从#i终端子阵列到#j基站子阵列的传输路径系数。
接下来，在步骤S340中，基站1使用由预编码权重生成部37估计出的、由下式(20)所示的传输路径矩阵H的右奇异矩阵V作为预编码权重P。
[数式12]
H＝U∑VH    (20)
接下来，在步骤S350中，基站1进行用户数据/数据解调用参照信号的发送。具体而言，基站1内的预编码部33对由BS信号生成部31生成并由BS映射部32映射到OFDM资源上的用户数据/数据解调用参照信号的矢量
[数式13]
Figure GDA0002515127770000132
乘以预编码权重P，生成发送信号，发送给终端站2。
接下来，在步骤S430中，终端站2进行后编码权重的计算/用户数据的解调。具体而言，终端站2内的后编码权重生成部38使用在步骤S350中从基站1发送的数据解调用参照信号，通过由UE信道估计部40估计出的传输路径矩阵H，使用上述的左奇异矩阵UH作为后编码权重，如下式(22)那样对接收信号矢量r＝HVs进行解调。
[数式14]
Figure GDA0002515127770000141
最后，在步骤S360中，基站1通过后述的方法判定是否更新BF权重。在不更新的情况下，返回步骤S330，基站1反复执行步骤S330～步骤S360，终端站2反复执行步骤S420～步骤S430。另一方面，在进行更新的情况下，转移到步骤S310。
接下来，对BF权重组合搜索法详细地进行说明。图13是示出本发明的实施方式1中的BF权重组合搜索的详细情况的流程图。本过程包含BF权重搜索范围决定法、BF权重更新可否决定法这两项。
BF权重搜索范围决定法相当于步骤S610的处理。此外，BF权重更新可否决定法相当于步骤S510～步骤S540、步骤S710、步骤S720的处理。
在步骤S510中，基站1使用在步骤S330中估计出的传输路径矩阵H，根据下式计算信道容量C。
[数式15]
C＝log2det(I+γHHH)   (23)
其中，I是单位矩阵，γ是接收SNR(Signal-to-NoiseRatio：信噪比)。
接下来，在步骤S520中，基站1比较在步骤S510中计算出的信道容量C和最大信道容量Cmax。另外，在初次运行本流程的情况下，最大信道容量Cmax＝0。在进行比较的结果为C＞Cmax的情况下，基站1将最大信道容量更新为Cmax＝C。在最大信道容量被更新的情况下，基站1存储全部子阵列组的BF权重组合。
在步骤S530中，基站1判定本优选BF权重搜索/权重更新是否是最初的执行。在步骤S530中的判定为“是”的情况下，分支到S610，在为“否”的情况下，分支到步骤S540。
在步骤S530中分支为“是”即本优选BF权重搜索/权重更新为最初的执行的情况下，基站1执行步骤S610之后的处理。
在步骤S610中，基站1根据通过步骤S280从终端站2反馈的接收功率特性来设定要检索的BF组合的范围。具体而言，基站1确定从终端站2反馈的、针对基站-终端站BF权重的全部候选的组合的功率特性中、作为最大功率的BF权重组合的功率值PBF；maxdB。
进而，基站1提取功率特性为PBF；min＝PBF；max-Prange(dB)以内的BF权重组合作为要搜索的BF组合的对象。其中，Prange是参数，是事先对***固有地另外决定的参数。
或者，在传输路径矩阵H的最大固有值λ2max与最小固有值λ2min的功率比为
[数式16]
Figure GDA0002515127770000151
的情况下，基站1提取功率特性为PBF；min＝PBF；max-Pdiff(dB)以内的BF权重组合作为要搜索的BF组合的对象。
此外，成为最大功率的BF权重组合在搜索对象外。图14是示出在本发明的实施方式1中按功率降序对成为搜索对象的BF权重组合的组进行了编号的例子的图。这里，当设排列编号为ddec时，ddec＝1是仅次于PBF；max的高功率的BF组合的排列编号。此外，设作为检索对象的BF组合数为Nsrch。
接下来，在步骤S620中，基站1判定是否存在搜索范围。在Nsrch＝0、即没有搜索对象的BF组合的情况下为“否”，基站1结束搜索处理，转移到步骤S330。另一方面，在Nsrch＞0、即存在搜索对象的BF组合的情况下为“是”，基站1转移到步骤S630。
在本优选BF权重搜索中，对每一个子阵列组顺序地搜索优选BF权重。将第1子阵列组、例如BsSa(1)和UeSa(1)的组设为成为最大功率的BF权重组合。在步骤S630中，基站1将优选BF权重的搜索的应用对象设为第2子阵列组。
接下来，在步骤S640中，基站1进行搜索完毕BF组合的重置。具体而言，基站1关于优选BF权重的搜索的应用对象的子阵列组，如之前的图14所示，通过将指示搜索中的排列编号的变量psrch设为psrch＝0，对搜索完毕BF组合进行重置。
此外，在步骤S530中分支到“否”而进入步骤S540的情况下，基站1判定搜索范围是否已完成。在表示搜索范围完成的psrch＝Nsrch的情况下为“是”，基站1转移到步骤S710。另一方面，在psrch≠Nsrch的情况下为“否”，基站1转移到步骤S550。
在进入步骤S710的情况下，基站1判定在该子阵列中是否进行了最大信道容量更新。具体而言，基站1在搜索中BF权重的应用对象的子阵列组中，在步骤S520中最大信道容量未被更新的情况下判定为“否”。然后，基站1在判定为“否”的情况下，认为当前时刻的BF权重是优选的，结束搜索处理，转移到步骤S330。
另一方面，基站1在步骤S520中最大信道容量被更新的情况下，判定为“是”，转移到步骤S720。
在进入步骤S720的情况下，基站1将更新了最大信道容量的BF组合设定给该子阵列。即，基站1在步骤S520中最大信道容量被更新的情况下，将该最大信道容量被更新时的BF权重组合作为该应用对象子阵列组的优选BF组合。
接下来，在步骤S730中，基站1判定是否对全部子阵列进行了设定。然后，基站1在判定为结束了全部子阵列组中的搜索的情况下，结束搜索处理，转移到步骤S330。另一方面，基站1在未结束全部子阵列组中的搜索，剩余有其它子阵列组的搜索处理的情况下，转移到步骤S740。
在进入步骤S740的情况下，基站1使搜索对象的子阵列组的编号递增，继续进行与下一个子阵列组有关的优选BF权重的搜索。
接下来，在步骤S750中，基站1进行搜索完毕BF组合的重置。具体而言，基站1与步骤S640同样，关于搜索对象的子阵列组，如之前的图14所示，通过将指示搜索中的排列编号的变量psrch设为psrch＝0，对搜索完毕BF组合进行重置。
接下来，在步骤S550中，基站1使指示搜索中的排列编号的变量psrch递增，变更候选BF权重组合。图15是示出在本发明的实施方式1中递增前的psrch位置的一例的图，图16是示出在本发明的实施方式1中递增后的psrch位置的一例的图。
然后，最终，在步骤S560中，基站1将搜索应用对象子阵列组的基站以及终端站BF权重中的排列编号psrch所表示的基站BF权重和终端站BF权重的组合设为BF权重组合。
如上所述，根据实施方式1，具有以下两点特征。
(特征1)具备以下结构：通过简单的方法对全部天线统一设定优选BF权重。其结果是，能够缩短从权重搜索开始至通信开始为止的时间，从而能够有效地利用无线资源。
(特征2)具备以下结构：将优选的BF权重作为初始值，逐次地评价自此变更了BF权重时的信道容量，一边通信一边搜索更适当的BF权重。其结果是，能够逐次地使BF权重优化。
另外，以下对本发明的变形例进行说明。
(变形例1)BF训练信号的频率正交/码正交
在BF训练信号生成法中，在本实施方式中，对按照每个不同的基站子阵列在不同的子载波位置配置参照信号从而使参照信号频率正交的格式的BF训练信号进行了说明。与此相对，也可以通过按照每个不同的基站子阵列，将不同的扩频码(diffusion code)分配给参照信号，从而采用参照信号被码正交的格式的BF训练信号。
(变形例2)传输路径矩阵取得方法的FDD(CSI反馈)/TDD(UL探测)
在传输路径矩阵取得方法中，在本实施方式中，以TDD(Time Division Duplex：时分双工)***为前提，对在上行链路中，从终端站向基站发送CSI取得用参照信号，从而在基站取得传输路径矩阵的方法进行了说明。与此相对，也可以采用如下方法：以FDD(Frequency Division Duplex：频分双工)***为前提，在下行链路中，通过从基站向终端站发送CSI取得用参照信号，在终端站取得传输路径矩阵，终端站将所取得的传输路径矩阵信息反馈给基站，从而在基站取得传输路径矩阵。
(变形例3)BF权重组合质量测定法的FDD(DL·UL测定)/TDD(DL·UL测定)
在BF权重组合质量测定法中，在本实施方式中，对如下方法进行了说明：在下行链路中，基站向终端站发送BF训练信号，由此在终端站取得BF权重组合的功率特性，终端站将所取得的功率特性反馈给基站，由此在基站取得功率特性。与此相对，在上行链路中，也可以采用如下方法：终端站向基站发送BF训练信号，从而在基站取得功率特性。
标号说明
3：预编码器；4：基站；5：传输路径；6：终端站；7：后编码器。

Claims (2)

1.一种无线装置，其具备基站和终端站，其中，
所述基站具备：
预编码部，其使用预编码权重对多个并行用户数据实施数字预编码；
发送波束成形部，其对被实施了所述数字预编码之后的信号，实施赋予与基站波束成形权重相应的相位以及振幅的变化的模拟基站波束成形；以及
多个发送天线，它们发送被实施了所述模拟基站波束成形的信号，
所述终端站具备：
多个接收天线，它们接收从所述基站发送并在空间中传播的信号；
终端站波束成形部，其对所述多个接收天线接收到的所述信号，实施赋予与终端站波束成形权重相应的相位以及振幅的变化的模拟终端站波束成形；以及
后编码部，其使用后编码权重对被实施了所述模拟终端站波束成形之后的信号实施数字后编码，由此再现所述多个并行用户数据，
所述基站以及所述终端站执行如下功能：
波束成形权重训练功能，事先取得使用基站波束成形权重和终端站波束成形权重的组合时的传输质量信息，确定优选波束成形权重；以及
优选波束成形权重搜索功能，基于通过执行所述波束成形权重训练功能而确定的所述传输质量信息，一边进行相互通信一边搜索优选波束成形权重，执行所述优选波束成形权重的更新处理，
所述基站以及所述终端站具备：
功率特性测定处理部，其针对多个基站子阵列的每一个，从多个基站波束成形权重的候选中选择与子阵列对应的候选基站波束成形权重，针对多个终端站子阵列的每一个，从多个终端站波束成形权重的候选中选择与子阵列对应的候选终端站波束成形权重，利用所选择的所述候选基站波束成形权重以及所述候选终端站波束成形权重发送以及接收波束成形训练信号，由此测定波束成形权重的组合的功率特性；以及
质量反馈部，其将所测定的所述功率特性作为反馈数据信息从所述终端站发送给所述基站，由此在所述基站中掌握所述功率特性，
所述基站以及所述终端站执行所述波束成形权重训练功能，
所述基站以及所述终端站具备：
初始设定部，其使用由所述质量反馈部取得的所述波束成形权重的组合的功率特性，将能够得到最大功率的基站/终端站波束成形权重的组合应用于所述基站的全部子阵列以及所述终端站的全部子阵列；
传输路径矩阵确定部，其根据所述终端站发送的CSI取得用参照信号，在所述基站中取得上行链路的传输路径矩阵；以及
更新部，其根据所述基站取得的所述上行链路的传输路径矩阵，更新各基站子阵列以及各终端站子阵列中的波束成形权重的组合，
所述基站以及所述终端站执行所述优选波束成形权重搜索功能，
所述更新部具有：
搜索范围决定部，其从通过执行所述波束成形权重训练功能而取得的波束成形权重的组合的功率特性中决定优选波束成形权重的搜索范围；以及
可否更新决定部，其基于根据所述上行链路的传输路径矩阵计算出的信道容量，决定可否更新波束成形权重组合。
2.一种无线通信控制方法，所述无线通信控制方法是在权利要求1所述的无线装置中，通过所述基站和所述终端站之间的相互通信来执行的，其中，所述无线通信控制方法包括如下步骤：
训练步骤，在该训练步骤中，执行事先取得使用基站波束成形权重和终端站波束成形权重的组合时的传输质量信息并确定优选波束成形权重的波束成形权重训练功能；以及
搜索步骤，在该搜索步骤中，基于通过所述训练步骤所确定的所述传输质量信息，一边进行相互通信一边搜索优选波束成形权重，执行所述优选波束成形权重的更新处理，
所述训练步骤包括如下步骤：
选择步骤，在该选择步骤中，针对多个基站子阵列的每一个，从多个基站波束成形权重的候选中选择与子阵列对应的候选基站波束成形权重，针对多个终端站子阵列的每一个，从多个终端站波束成形权重的候选中选择与子阵列对应的候选终端站波束成形权重；
特性测定步骤，在该特性测定步骤中，利用所选择的所述候选基站波束成形权重以及所述候选终端站波束成形权重发送以及接收波束成形训练信号，由此测定波束成形权重的组合的功率特性；以及
反馈步骤，在该反馈步骤中，将所测定的所述功率特性作为反馈数据信息从所述终端站发送给所述基站，由此在所述基站中掌握所述功率特性，
所述搜索步骤包括如下步骤：
初始设定步骤，在该初始设定步骤中，使用通过所述反馈步骤取得的所述波束成形权重的组合的功率特性，将能够得到最大功率的基站/终端站波束成形权重的组合应用于所述基站的全部子阵列以及所述终端站的全部子阵列；
传输路径矩阵确定步骤，在该传输路径矩阵确定步骤中，根据所述终端站发送的CSI取得用参照信号，在所述基站中取得上行链路的传输路径矩阵；以及
更新步骤，在该更新步骤中，根据所述基站取得的所述上行链路的传输路径矩阵，更新各基站子阵列以及各终端站子阵列中的波束成形权重的组合，
所述更新步骤包括如下步骤：
搜索范围决定步骤，在该搜索范围决定步骤中，从通过执行所述波束成形权重训练功能而取得的波束成形权重的组合的功率特性中决定优选波束成形权重的搜索范围；以及
可否更新决定步骤，在该可否更新决定步骤中，基于根据所述上行链路的传输路径矩阵计算出的信道容量，决定可否更新波束成形权重组合。
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