CN1768488A - 无线通信装置、发送装置、接收装置及无线通信*** - Google Patents

无线通信装置、发送装置、接收装置及无线通信*** Download PDF

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Abstract

本发明的无线通信装置中,例如,发送侧的通信装置中的信道分割部(1)根据从接收侧的通信装置通知的「表示MIMO信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个信道,STC(4)在每个分割后的信道中实现通过STC(Space Time Coding)处理的发送分集,另一方面,接收侧的通信装置中的传送路径推定部(15)推定收发间的传送路径,发送侧信道构成确定部(20)根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知发送侧的通信装置。

Description

无线通信装置、发送装置、接收装置及无线通信***
技术领域
本发明涉及采用多载波调制解调方式作为通信方式的无线通信装置,具体地说,涉及利用SDM(Space Division Multiplexing)方式及发送分集技术的***中可适用的无线通信装置。
背景技术
以下,说明传统的通信装置。在移动体环境中收发宽频带信号时,频率选择性衰减的克服是必要的,作为该频率选择性衰减的对应技术之一,在各种无线***中采用多载波,具体为OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)。另一方面,为了进一步增大传送容量,用多个天线同时传送2个以上的信号的MIMO(MultipleInput Multiple output)***备受注目。MIMO***大致分为SDM的方式和发送分集的方法,后者所属技术有称为STC(Space Time Coding:时空编码)的发送分集技术。
这里,简单说明上述SDM方式的一例(参照非专利文献1)。发送侧的通信装置中,例如,对同时发送的2信道的数据进行个别纠错编码后,对编码后的各数据进行规定的调制处理,将这些结果分配给对应的副载波。各副载波上的信号通过IFFT(Inverse Fast FourierTransform)处理个别地变换成时间信号(OFDM信号),而且,附加保护间隔,上变频成高频带后,通过对应的各发送天线发送。
另外,接收侧的通信装置中,首先,将由不同接收天线接收的高频信号个别变换成基带信号。此时,各基带信号的多个信号(上述2信道)是混合的状态,因此有必要进行分离。接着,各基带信号通过FFT(Fast Fourier Transform)处理变换成频率轴信号。即,在这里成为副载波单位的信号(副载波信号)。这些副载波信号由于是多个信道的信号复用,通过加权控制(权重控制)作为各信道的接收信号抽出。非专利文献1中,该权重的计算中采用完全抑制非期望信道的迫零(Zero-Forcing)。分离到信道单位的接收信号分别通过解调处理执行度量计算,进行纠错处理后,作为最终的各信道的接收信号输出。
这样,采用上述SDM方式的传统的通信装置中,通过采用多个信道同时发送不同的信号系列,可增加单位时间发送的符号数。即,在传送状态的良好的环境中可实现高速通信。
另一方面,采用上述STC方式的通信装置中,一般地说,在接收侧的信道分离中逆矩阵运算是不必要的,因而具有可以少的运算量实现接收处理的特征。另外,可用1根天线实现接收侧的装置构成,而且,具有即使在低S/N的环境下也可确保良好通信品质的特征。另外,上述STC方式的理论的信号处理在下记非专利文献2,3中有详细说明。
非专利文献1
电子信息通信学会技术研究报告RCS2001-135「通过MIMO信道实现100Mbit/s的宽频带移动通信用SDM-COFDM方式的提案」
非专利文献2
S.M.Alamouti,“A Simple Transmit Diversity Technique forWireless Communications”,IEEE J.Se-lected Areas inCommunications,val.16,pp.1451-1458,Oct.1998.
非专利文献3
V.Tarokh,H.Jafarkhani,A.R.Calderbank,“Space-time BlockCoding for Wireless Communications:Performance Results”,IEEE Journal OnSelected Areas in Communications,Vol.17,pp.451-460,No.3,March 1999.
但是,上述采用SDM方式的传统的通信装置中,信道分离中逆矩阵运算是必要的,因而有运算量增大的问题。另外,例如,上述逆矩阵运算中逆矩阵不存在(或矩阵式接近0)的场合,有S/N(Signal toNoise ratio)产生急剧劣化的问题。另外,还有需要同时发送信道数以上的接收天线的问题。
另外,采用STC方式的传统的通信装置中,由于相同信号多次发送,有难以增加发送符号数的问题。
即,采用STC方式的通信装置和采用SDM方式的通信装置具有上述的分别相反的特征,换言之,具有固有的问题点,因而在构成最佳MIMO信道方面仍有改善的余地。
本发明针对上述问题而提出,其目的在于提供:通过实现各个方式的特征点实现更高速化,可构成最佳MIMO信道的无线通信装置。
发明的公开
本发明的无线通信装置,具备多个发送天线和一个或多个接收天线并利用一个或多个载波进行通信,其特征在于具备:发送处理部(与后述的图2的构成相当),其包含:信道分割部件,根据从接收侧的通信装置通知的表示「MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个信道;STC部件,在每个分割后的信道中还实现通过STC(Space Time Coding)处理的发送分集;以及接收处理部(与后述的图3的构成相当),其包含:传送路径推定部件,推定收发间的传送路径;信道构成确定部件,根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知发送侧的通信装置。
根据本发明,从收发装置具备的天线数、计算能力、传送路径状态等的各种参数确定最佳MIMO信道的构成(天线的信道分割,STC的信道分割)。从而,与传统技术比较,可进行高效的通信。另外,即使在传统的SDM方式中逆矩阵不存在的通信环境下,通过应用STC可生成均衡矩阵的可能性高,因而可维持SDM的特征即高速通信的同时,可实现STC的特征即良好的通信品质。
图面的简单说明
图1是本发明的***模型的示意图。
图2是本发明的发送装置的实施例1的构成示意图。
图3是本发明的接收装置的实施例1的构成示意图。
图4是本发明的接收装置的实施例2的构成示意图。
图5是本发明的发送装置的实施例3的构成示意图。
发明的最佳实施例
以下,根据图面详细说明本发明的无线通信装置的实施例。另外,本发明不限于该实施例。
实施例1
首先,理论上说明本发明的无线通信装置中执行的处理。这里,以副载波数为1进行说明。
若将发送天线i到接收天线k的的传送路径增益用hik表示,例如,当发送天线为2根的场合,SDM方式可用下记(1)式表示。其中,rj表示接收天线j中的接收信号,xj表示发送天线j(等价于信道j)中的发送信号。另外,忽视噪声。
r 1 r 2 = h 11 h 21 h 12 h 22 x 1 x 2 · · · ( 1 )
另一方面,STC方式采用特定的信号配置矩阵时,也可以是与(1)式同样的记述。例如,使用发送天线2,Rate=1的矩阵时,若时刻n中的接收信号为yn,则可表示成下记(2)式。
y 1 y 2 = h 11 h 21 h 21 * h 11 * x 1 x 2 · · · ( 2 )
与SDM方式的不同在于,由于接收天线为1根,传送路径增益只能用2种值表现(假定STC的块内中传送路径没有变动)。从上述(1)式和(2)式可明白,SDM和STC可用完全相同的形式表现。
图1表示同时使用SDM方式和STC方式时本实施例的***模型。这里,假定为4个发送天线、2个接收天线中的2信道的STC处理。另外,发送天线Tx1、Tx2看成为一个SDM信道(相当于传统的SDM时的一根发送天线,表示为SDMch1),发送STC处理后的信号。另外,发送天线Tx3、Tx4构成的SDMch2中也发送STC处理后的信号。该场合,将发送信号s1、s2、s3、s4的4个符号在2个单位时间发送。若以接收天线n的时刻t中的信号为rn,t,则接收信号可通过上述(1)式和(2)式以完全统一的形式记述SDM及STC,如下记(3)式。
r 1,1 r 1,2 r 2,1 r 2,2 = h 11 h 21 h 31 h 41 h 21 * - h 11 * h 41 * - h 31 * h 12 h 22 h 32 h 42 h 22 * - h 12 * h 42 * - h 32 * s 1 s 2 s 3 s 4 · · · ( 3 )
若将上述(3)式一般化,则可表示为下记(4)式。
R=G·S    …(4)
上述G存在逆矩阵时,SDM和STC合在一起的4信道的分离成为可能。
令表示STC的信号配置矩阵为A(SDMch1),B(SDMch2),则应用于上述例的下记(5)式时(A、B的附加字是接收天线编号),矩阵G成为下记(6)式。
A 1 = h 11 h 21 h 21 * - h 11 * , B 1 = h 31 h 41 h 41 * - h 31 * · · · ( 5 )
G = A 1 B 1 A 2 B 2 · · · ( 6 )
为了使矩阵G正则化,G的各行列不并行就可以。从而,即使与收发2天线的通常的SDM方式比较,由于逆矩阵存在的可能性大,可扩展MIMO的适用区域。
接着,参照图面具体地说明实现上述理论的发送侧的通信装置(以下称为发送装置)及接收侧的通信装置(以下称为接收装置)的动作。图2是本发明的发送装置的实施例1的构成示意图,图3是本发明的接收装置的实施例1的构成示意图。
图2所示发送装置具备:根据后述的信道构成控制信息S8将发送信号S1分割成多个信道的信道分割部1;对分割后的各信道的发送信号S2执行纠错编码处理的卷积编码部2;对编码数据S3执行规定的调制处理的调制部3;对调制信号S4分配发送的时间及天线的STC部4;将分配给各天线的副载波上的发送信号S5变换成时间轴上的信号(基带信号S6)的IFFT部5-1~5-N(N是2以上的整数);将基带信号S6变换成高频带的IF/RF部6-1~6-N;发送天线7-1~7-N;从后述的接收装置侧反馈的信道构成信息S7生成上述信道构成控制信息S8的发送信道构成控制部8。另外,这里,为了便于说明,说明特定的信道中的动作,但其他信道也进行同样的动作。
另外,图3所示接收装置具备:接收天线11-1~11-N(也包含一个的场合);将高频信号变换成基带信号S11的IF/RF部12-1~12-N;将基带信号S11变换成频率轴上的信号(频率信号S12)的FFT部13-1~13-N;按照信道构成信息(表示在收发天线间怎样构成SDM信道、STC信道的信息)生成接收信号矩阵S13(与(4)式的R相当)的接收信号矩阵生成部14;利用接收信号(基带信号S11)中的已知图案进行传送路径推定的传送路径推定部15;按照传送路径信息S14及信道构成生成均衡矩阵S15(与(4)式的G的逆矩阵相当)的均衡矩阵生成部16;从接收信号矩阵S13和均衡矩阵S15算出各副载波上的发送信号推定值S16的信道分离部17;根据发送信号推定值S16生成纠错用的度量信息S17的度量生成部18;对度量信息S17纠错而获得输出信号S18的MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation)纠错部19;从传送路径信息S14、接收天线的根数、本站的计算能力等生成发送装置侧的信道构成信息S19的发送侧信道构成确定部20。另外,这里,为了便于说明,说明特定的信道中的动作,但其他信道也进行同样的动作。
这里,详细说明上述发送装置及接收装置的动作。发送装置中,从接收装置侧接收表示怎样构成MIMO信道及是否要发送的信道构成信息S7。发送信道构成控制部8中,从信道构成信息S7生成信道构成控制信息S8。
信道分割部1中,按照信道构成控制信息S8的指示将来自用户的发送信号S1分割成多个信道。例如,分割成SDM的2信道和STC的2信道时,将发送信号S1分割成SDM量的2信道,对分割后的发送信号进一步应用STC处理。具体地说,卷积编码部2对信道分割后的发送信号S2执行纠错卷积编码处理,调制部3调制编码数据S3,然后STC部4对调制信号S4分配要发送的时间及发送天线,向各发送天线分配。
在IFFT部5-1~5-N中,将分配的发送信号S5配置到副载波上,变换成时间轴上的信号(基带信号S6)。然后,IF/RF部6-1~6-N将基带信号S6上变频成高频带并发送。另外,实际上也进行传送路径推定用的已知信号附加等的处理,但是由于简单省略了其说明。另外,其他信道也以与上述同样的步骤进行发送处理。
另外,接收装置中,通过天线11-1~11-N接收高频信号后,IF/RF部12-1~12-N生成基带信号S11。传送路径推定部15中,利用基带信号S11中包含的已知图案进行各收发天线间的传送路径推定。然后,均衡矩阵生成部16算出信道分离用的均衡矩阵G-1(从STC的信号配置矩阵求出的信号配置矩阵,每个信道的均衡行列)。
另一方面,FFT部13-1~13-N中,将基带信号S11中的用户数据变换成频率信号S12,作为各副载波上的信号取出。接收信号矩阵生成部14中,根据指定的MINO信道构成,从频率信号S12生成接收信号矩阵S13((3)式的R)。然后,信道分离部17中,从接收信号矩阵S13和均衡矩阵S15计算发送信号推定值S16。
度量生成部18中,从发送信号推定值S16算出纠错用的度量信息S17。然后,MLSE纠错部19执行纠错处理,获得最终的输出信号S18。
另外,本实施例中,有必要从接收装置侧向发送装置侧指定MIMO信道构成。因而,发送侧信道构成确定部20利用各种各样的参数,具体为传送路径信息S14(接收信号的S/N等)、收发装置的天线根数、计算能力等,确定MIMO信道的构成。然后,对发送装置反馈上述确定结果即信道构成信息S19,作为信道构成信息S7。信道构成的确定法可考虑各种各样的模式。例如,接收机的计算能力极端低时,优先选择即使在传送路径的状态良好时信道分离也容易的STC信道。相反,收发机都具备充分数目的天线及计算能力,传送路径状态适用于MIMO时(天线间的相关小的场合),选择同时发送信道数多的SDM构成。
这样,本实施例中,从各装置具备的天线数、计算能力、传送路径状态等的各种参数确定最佳MIMO信道的构成(天线的信道分割,STC的信道分割)。从而,可进行高效率的通信。另外,即使是在传统的SDM方式中不存在逆矩阵的通信环境下,通过应用STC,生成均衡矩阵的可能性高,因而可维持SDM的特征即高速通信的同时,可实现STC的特征即优良的通信品质。
实施例2
图4是本发明的接收装置的实施例2的构成示意图。该接收装置包括:测定传送路径的相干频带宽度的相干频带测定部21a;利用相干频带宽度信息S20及接收信号中的已知图案进行传送路径推定的传送路径推定部15a。另外,与先前说明的实施例1同样的构成附上相同符号,其说明省略。这里,仅仅说明与实施例1不同的动作。
相干频带测定部21a中,定期地观测基带信号S11,算出现在的传送路径中的相干频带宽度(传送路径看作大致一定的频率宽度)。通常,由于该计算中已知信号是必要的,因此,例如采用导频信号部分。由于在相干频带宽度内可看作大致一定的传送路径,因此传送路径推定部15a中,对相干频带宽度信息S20(表示瞬时的传送路径中具有大致相同传送路径增益的频率频带的信息。例如,100MHz的信号频带内中,1MHz宽度中传送路径的变动可忽视时,相干频带为1MHz的信息。)表示的频带宽度内的1个副载波进行传送路径推定处理。即,通过相干频带信息S20,将信号频带分割成具备相同传送路径信息的几个副载波群。然后,在该群内中仅仅进行一次传送路径推定处理及均衡矩阵生成处理,在群内的所有副载波中使用相同的均衡矩阵。
另外,上述传送路径推定部15a中不限于上述,例如,也可以对副载波群内的多个副载波进行传送路径推定,使结果平均化。
这样,本实施例中,传送路径推定处理及均衡矩阵生成处理在相干频带内的每个副载波群仅仅进行一次。从而,除了与实施例1同样的效果,还可显著削减计算量,可实现装置构成的简化。
实施例3
图5是本发明的发送装置的实施例3的构成示意图。该发送装置具备:对各发送信道的数据进行发送天线单位的复数乘法并控制发送方向的波束成形部9-1~9-M(2以上的整数);将各发送天线对应的波束成形控制后的所有发送信号相加的加法部10-1~10-N。另外,与先前说明的实施例1同样的构成附上相同符号,其说明省略。这里,仅仅说明与实施例1不同的动作。
实施例1中,STC处理后的发送信号S5从各发送天线无指向性地发送。相对地,本实施例中,对发送信号S5应用多个天线的波束成形。另外,本实施例中,STC处理后的发送信道数和发送天线数也可以不一致。
具体地说,波束成形部9-1~9-M对各发送信道进行独自的方向控制,向发送天线单位分配。方向控制后的发送信号S9在加法部10-1~10-N按照天线单位相加,在IFFT部5-1~5-N执行IFFT处理后,上变频到高频带并发送。另外,图8中,为了便于说明,未加上一部分来自波束成形部的输出,但实际上加上了所有波束成形部的输出。最佳波束成形是指「同时发送的SDM信道成为相互正交信道」,例如,记载在电子信息通信学会技术研究报告RCS2002-53「MIMO信道中的固有波束空间分割复用(E-SDM)方式」。波束成形部中,为了在收发机间形成正交信道,控制各天线的加权。在加权的算出中传送路径的信息是必要的,但是可从接收机侧通过反馈线路通知该信息。
这样,本实施例中,通过波束成形可集中发送功率。从而,可实现更高效率的通信。另外,由于发送信道数和发送天线数可以不一致,信道选择的自由度大,因而可确保良好的通信特性。
产业上的利用可能性
如以上,本发明的无线通信装置在采用多载波调制解调方式作为通信方式时的技术上可用,特别地,可应用于利用SDM方式及发送分集技术的***中可适用的无线通信装置。

Claims (17)

1.一种具备多个发送天线并利用一个或多个载波进行通信的发送侧的无线通信装置,其特征在于,具备:
信道分割部件,根据从接收侧的通信装置通知的表示「MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个信道;
STC部件,在每个分割后的信道中还实现通过STC(Space TimeCoding)处理的发送分集。
2.权利要求第1项所述的无线通信装置,其特征在于,
波束成形部件,对上述STC处理后的各发送信道进行复数乘法的个别的方向控制,分配到各发送天线单位;
加法部件,将与上述各发送天线对应的方向控制后的所有发送信号相加。
3.一种具备一个或多个接收天线并利用一个或多个载波进行通信的接收侧的无线通信装置,其特征在于,具备:
传送路径推定部件,推定收发间的传送路径;
信道构成确定部件,根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO(Multiple InputMultiple Output)信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知发送侧的通信装置。
4.权利要求第3项所述的无线通信装置,其特征在于,
上述信道构成确定部件,根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置及本装置的天线根数、计算能力的至少一个信息,生成信道构成信息。
5.权利要求第4项所述的无线通信装置,其特征在于,还具备通过接收信号的观测来测定传送路径中的相干频带宽度的相干频带测定部件,
上述传送路径推定部件根据上述测定结果,将信号频带分割成持有相同传送路径信息的几个副载波群,以该副载波群为单位进行传送路径推定。
6.权利要求第5项所述的无线通信装置,其特征在于,
对上述副载波群内的多个副载波进行传送路径推定,并将结果平均化。
7.一种具备多个发送天线和一个或多个接收天线并利用一个或多个载波进行通信的无线通信装置,其特征在于具备:
发送处理部,其包含:信道分割部件,根据从接收侧的通信装置通知的表示「MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个信道;STC部件,在每个分割后的信道中还实现通过STC(Space Time Coding)处理的发送分集;
接收处理部,其包含:传送路径推定部件,推定收发间的传送路径;
信道构成确定部件,根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知发送侧的通信装置。
8.权利要求第7项所述的无线通信装置,其特征在于,
上述信道构成确定部件,根据上述传送路径推定结果、发送侧的通信装置及本装置的天线根数、计算能力的至少一个的信息,生成信道构成信息。
9.权利要求第8项所述的无线通信装置,其特征在于,还具备通过接收信号的观测来测定传送路径中的相干频带宽度的相干频带测定部件,
上述传送路径推定部件根据上述测定结果,将信号频带分割成持有相同传送路径信息的几个副载波群,以该副载波群为单位进行传送路径推定。
10.权利要求第9项所述的无线通信装置,其特征在于,
对上述副载波群内的多个副载波进行传送路径推定,并将结果平均化。
11.一种具备多个发送天线并利用一个或多个载波将发送信号发送到接收装置的发送装置,其特征在于,具备:
信道分割部件,根据从所述接收装置通知的表示「MIMO(MultipleInput Multiple Output)信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个发送信道;
STC部件,对所述分割后的各发送信道的发送信号,实现通过STC(Space Time Coding)处理的发送分集。
12.权利要求第11项所述的无线通信装置,其特征在于,
波束成形部件,对上述STC处理后的各发送信道的发送信号进行复数乘法的个别的方向控制,分配到各发送天线单位;
加法部件,将与上述各发送天线对应的方向控制后的所有发送信号相加。
13.一种具备一个或多个接收天线并利用一个或多个载波接收从发送装置发送的信号的接收装置,其特征在于,具备:
传送路径推定部件,推定与所述发送装置间的传送路径;
信道构成确定部件,根据上述传送路径推定部件推定的传送路径推定结果、所述发送装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知所述发送装置。
14.权利要求第13项所述的接收装置,其特征在于,还具备通过来自所述发送装置的接收信号的观测来测定传送路径中的相干频带宽度的相干频带测定部件,
上述传送路径推定部件根据上述相干频带测定部件的测定结果,将信号频带分割成持有相同传送路径信息的多个副载波群,以该副载波群为单位进行传送路径推定。
15.权利要求第14项所述的接收装置,其特征在于,
上述传送路径推定部件对副载波群内的多个副载波进行传送路径推定,将结果平均化。
16.权利要求第13项所述的接收装置,其特征在于,
上述信道构成确定部件根据上述传送路径推定结果、上述发送装置的天线数、本装置的天线数、上述发送装置的计算能力、本装置的计算能力的至少一个信息,生成信道构成信息。
17.一种无线通信***,包括具备多个发送天线并利用一个或多个载波将发送信号发送到接收装置的发送装置和具备一个或多个接收天线并接收从上述发送装置发送的信号的接收装置,其特征在于,
上述发送装置具备:
信道分割部件,根据从所述接收装置通知的表示「MIMO(MultipleInput Multiple Output)信道的构成法的信道构成信息」,将发送信号分割成多个发送信道;
STC部件,对所述分割后的各发送信道的发送信号,实现通过STC(Space Time Coding)处理的发送分集,
上述接收装置具备:
传送路径推定部件,推定与所述发送装置间的传送路径;
信道构成确定部件,根据上述传送路径推定部件推定的传送路径推定结果、所述发送装置的物理的构成及本装置的物理的构成,确定MIMO(Multiple Input Multiple Output)信道的构成,将该确定结果即信道构成信息通知所述发送装置。
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