专利名称：无线通信装置和无线通信方法
技术领域：
本发明涉及无线通信与发送方向性。
技术背景对于利用多个天线对数据进行发送与接收，采用了波束形成(beamforming)技术。波束形成技术经由多个天线发送单个数据，在发 送时通过使相位交错而通过多个天线赋予一方向性。图9是示出常规无线通信装置的示意图。图9示出在移动通信系统 的基站侧中的无线通信装置的局部结构。来自多个信道(图中示出四个 信道)的数据被输入到预编码器901，每个信道被给予固定的相位差以形 成多个波束。发送单元卯2包括用于各信道的发送电路902a至卯2d，并 经由天线903发送数据。尽管图9中所示的结构是使用多个天线903而获得给定方向性的波 束形成器的结构，但还存在通过赋予各信道相位差来发送数据的类似技 术，多入多出(MMO)技术，在该技术中通过各信道发送不同的数据(例 如，PCT申请No. 2005-522086的公布的日文译文)。然而，在图9所示的结构中，在发送单元902的针对各信道的发送 电路902a至902d中存在相位变化。相位变化的存在使得在预编码器901 处形成的波束在发送单元902处出现失真，从而无法获得期望的方向性。图IO例示了多波束发送的增益降低。如图的左侧所示，在不存在相 位变化的条件下，通过多波束方法的作用，获得期望的方向性并以提高 的增益(高至6分贝(dB))进行发送。相反，如果在发送单元902的发 送电路卯2a至卯2d中存在相位变化，则方向性变得不确切，例如，变 宽，各波束的增益降低(低至4dB)。因此，为了消除相位变化，需要先前通过使用外部校准器比较发送 单元902的发送电路卯2a至902d的输出与基准信号来进行相位调整， 以使得不发生相位变化。发明内容本发明的目的是至少解决常规技术中的上述问题。根据本发明的一个方面，提供了一种在基站侧的无线通信装置，该 无线通信装置使用多个天线来执行波束形成并发送数据到移动站，该无 线通信装置包括码本，其用于存储波束形成信息；预编码器，其用于 读取所述码本并执行处理以形成数据的多波束图(beampattern);以及控 制单元，其基于针对补偿在多个发送电路中的每一个发送电路中的相位 变化的反馈信息，来控制对用于补偿所述相位变化的波束形成信息的检 索，其中所述每一个发送电路各自分别对应于一信道。根据本发明的另一方面，提供了一种在移动站侧的无线通信装置， 该无线通信装置使用多个天线接收来自基站的多个波束的数据，该无线 通信装置包括码本，其用于存储与在所述基站的码本中存储的波束形 成信息相同的波束形成信息；和控制单元，当被通知所述基站要求进行 相位变化补偿时，该控制单元基于各波束的信号状况来对所述波束形成 信息进行搜索以搜寻能够进行最优波束形成的波束形成信息，并将所选 择的波束形成信息作为反馈信息发送到所述基站。根据本发明的又一方面，提供了一种在基站侧的无线通信方法，该 无线通信方法使用多个天线来执行波束形成并发送数据到移动站，该无 线通信方法包括以下步骤读取存储在码本中的波束形成信息；形成数 据的多波束图；并且基于针对补偿在多个发送电路中的每一个发送电路 中的相位变化的反馈信息，来检索用于补偿所述相位变化的波束形成信 息，其中所述每一个发送电路各自分别对应于一f言道。根据本方面的又一方面，提供了一种在移动站侧的无线通信装置的 无线通信方法，所述无线通信装置使用多个天线接收来自基站的多个波 束的数据，所述无线通信方法包括以下步骤基于当被通知所述 基站要 求进行相位变化补偿时所述多个波束中的每一个的信号状况，来对码本 能够进行最优波束形成的波束形成信息，所述码本存储 有与在设置于所述基站的码本中存储的波束形成信息相同的波束形成信 息；并且将所述能够进行最优波束形成的波束形成信息作为反馈信息发 送到所述基站。本发明的其他目的、特征和优点在下面结合附图阅读的本发明的详 细说明中得以具体阐述，或者将根据下面的详细说明而变得清楚。
图1是示出根据本发明第一实施方式的无线通信装置的构成的示意图；图2是示出图1中所示的波束测量单元的详细构成的示意图；图3是示出涉及相位变化补偿的处理的流程图；图4是示出在搜索过程中码本的状态的示意图；图5是示出在局部搜索过程中码本的状态的示意图；图6是示出搜索状态的转变的时序图；图7是根据本发明第二实施方式的无线通信装置的示意图； 图8是示出搜索状态转变的时序图； 图9是示出常规无线通信装置的示意图；以及 图IO例示了多波束发送的增益降低。
具体实施方式
下面参照附图，详细地说明根据本发明的示例性实施方式。 图1是示出根据本发明第一实施方式的无线通信装置的构成的示意 图。分别示出了移动通信系统的基站(发送器)的无线通信装置10和移 动站(接收器)的无线通信装置50。现在来说明基站侧的无线通信装置10。多个信道(图中示出为4个 信道)的数据(数据流)被输入到预编码器11，并向各信道分配给定的 相位差以形成多个波束。码 通过加法单元12将正交分量的导频信号(正交导频)分别加到预编 码器11的各信道的输出数据。发送单元13包括各信道的发送电路13a 至13d，并以振荡器14 (14a至14d)的振荡频率(RF)来调制数据，且 经由多个天线15输出数据。控制单元22基于移动站的无线通信装置50输入的数据来补偿相位 变化，并从码本21选择补偿值，且将该值输入到预编码器11以补偿相 位变化。下面来说明移动站侧的无线通信装置50。通过多个信道(图中示出 为两个信道)经由天线51接收的数据被输入到信道估计单元52，该信道 估计单元52使用发送数据中包括的正交导频分量来估计信道，解调器53 对数据流进行解调并输出经解调的数据。尽管图1中示出的系统是单入 多出(SIMO)结构的实施例，但是它类似地可以应用于MIMO系统。移动站侧的无线通信装置50还配备有码本61 ，该码本61包括与基 站侧的码本的内容相同的内容。波束测量单元62基于信道估计单元52 估计的信道值和码本61的内容，来改变为补偿接收波束中的变化所必需 的估计信道值。此时，测量表示最大信号对干扰加噪声比(SINR)(信号 干扰比(SIR))的波束，选择单元63选择最优发送波束和流数，并将信 息反馈到基站的无线通信装置10。反馈信息只包括发送波束和流数，因 此可容易地在不压縮上游发送路径的频带的情况下将其发送到基站侧。 波束测量单元62和选择单元63构成了移动站侧的无线通信装置50中的 控制单元。图2是示出图1中所示的波束测量单元的详细构成的示意图。波束 测量单元包括信道值估计单元62A和SINR估计单元62B。信道值估计 单元62A基于由信道估计单元52输出的估计信道值H和在码本61中设 置的权重W，来计算各波束的估计信道值HW。 SINR估计单元62B使用 各波束的信道值HW来估计各波束的电平(例如SINR)。不仅可以利用 SINR而且可以利用信号功率来进行估计。选择单元63将各波束的电平与阈值进行比较，并按照电平的升序来 对波束进行排序。将分配给各高次序波束的发送波束识别符(ID)和确 定的流数作为反馈信息发送给基站侧的无线通信装置io。码本21和61包括用以形成多个波束的波束图并用以补偿相位变化的权重。用于产生多波束的权重W由下式1来表示(j和-j是虚数)。<formula>formula see original document page 8</formula>作为用于预编码的码本信息，根据下标数的组合按以下16路来从W (0， 0)到W (3， 3)定义W: W (0， 0)、 W (0， 1)、 W (0， 2)、 W (0， 3)、 W (1， 0)、 W (1， 1)、 W (1， 2)、 W (1， 3)、 W (2， 0)、W (2， 1)、 W (2， 2) W (2， 3)、 W (3， 0)、 W (3， 1)、 W (3， 2)、W (3， 3)。通过对发送单元13的发送电路13a至13d的信道中存在的相位变化进行补偿来准备用以获得高增益的码本。在上述四个下标的情况下，当 将4X4对角矩阵描述为D (m3， m4)且相位差是90度时，将矩阵表示为 式2。通过将从左上到右下对角地排列的四个矩阵排列中的两个指配为1 和1，生成以相差90。的角度定位的虚拟直线。用于接近虚拟直线的项为》 (m3)禾口 4> (m4)。<formula>formula see original document page 8</formula> 0 0 0 ，4)-通过在离散傅立叶变换(DFT)和Hermitian转置之后对对角矩阵进 行归一化来运算式(3)。<formula>formula see original document page 8</formula> (3)H: Hermitian转置结果，获得了用于预编码的酉矩阵，并将该酉矩阵存储在码本21和 61中。结果，接收侧的无线通信装置50中的波束测量单元62使用码本61 来运算下式4，其中将用于补偿相位变化的相位项加到发送用天线15中 的第三天线和第四天线。 1111i 一y 一i /1—(m3) -1.0o3)l-^(m3) -1^(ot3)*:复共轭获得最大SINR的波束号wi和其相位号(矩阵号)rii3与m4，并将 它们作为反馈信息发送给基站侧的无线通信装置10。图3是示出涉及相位变化补偿的处理的流程图。示出了基站的无线 通信装置和移动站的无线通信装置两者进行的处理。如果没有完成针对相位变化补偿的校准，则基站向移动站通知或告 知校准未完成(步骤Sl)。接收到通知或告知后，移动站搜索整个码本 61 (步骤Sll)。图4是示出在搜索过程中码本的状态的示意图。搜索到 整个16路码本。接着，移动站基于波束测量单元62的波束测量结果，将作为针对相 位变化补偿的搜索结果的矩阵号和波束号作为反馈信息告知基站。图4 示出了这样的实施例，其中报告了矩阵号9和波束号2。基站基于该反馈信息完成校准(步骤S2)。此时，从码本21读取由 反馈信息指示的矩阵号和波束号，并将它们输入到预编码器11，由此可 以执行最优波束形成。基站向移动站通知或告知校准完成。在完成了校准之后，移动站执行对码本61的局部搜索(步骤S12)。 图5是示出在局部搜索过程中码本的状态的示意图，"局部"表示在通过 在搜索整个码本而获得的矩阵号9内针对波束号的搜索。 一旦补偿了相 位变化，只需搜索恒定地表示最大SINR的最优波束号即可，而不用搜索 全部码本。图5示出了这样的实施例，其中将波束号3 (搜索结果)报告 给基站。随后，基站发送数据(步骤S3)。此时，使用由移动站报告的矩阵 号和波束号来执行数据发送，并由此完成了一个循环的处理。图6是示出搜索状态的转变的时序图。在搜索整个码本6K步骤S11) 之后，只需要按照固定的时间间隔来执行局部搜索(步骤S21)。不必在 每一个校准处理中都搜索整个码本61，因此可以增加用于局部搜索的时 间。这样，可以简化对移动站侧的无线通信装置50中的码本61的搜索 处理，并可以减少搜索所涉及的处理负荷。根据第一实施方式，利用移动站的无线通信装置50基于接收状况输 出的反馈信息，在基站侧对基站的无线通信装置10中的发送单元13的 各发送电路13a至13d的相位变化进行补偿。无需任何专用的校准电路 就可以简单地执行对相位变化的补偿。图7是根据本发明第二实施方式的无线通信装置的示意图。该无线 通信装置与根据第一实施方式的图1中的无线通信装置的不同之处在于， 单个振荡器(即，振荡器14)连接到发送单元13的多个信道。振荡器 14提供对于发送单元13的各发送电路公共的本地(local)信号。因此， 在发送电路13a至13d中不产生相位变化。图8是示出搜索状态转变的时序图。根据第二实施方式，如图3中 示出的相同处理也由移动站侧的无线通信装置50来执行。类似的是，在 移动站处搜索了整个码本61 (步骤Sll)之后，执行局部搜索(步骤S21 )。根据第二实施方式，由于振荡器14向发送单元13提供公共本地信 号并因而没有导致多个信道之间的相位变化，所以在校准处理中对整个 码本61的单次搜索就足够了。在执行了对整个码本61的单次搜索之后， 与第一实施方式相比，局部搜索的持续时间可以更长(可以增加局部搜 索时间的相对比例)。可以基于温度变化按照固定时间间隔(例如，三十 分钟的周期)对整个码本61进行搜索，并且可以基于温度变化按照固定 时间间隔对在发送单元13处造成的相位变化进行补偿。移动站侧的无线 通信装置50利用从基站侧发送的信息来识别，基站侧的无线通信装置10 的发送单元13具有采用了公共本地信号的结构。根据第二实施方式，单个振荡器(即，振荡器14)向基站的无线通 信装置10中的发送单元13的各发送电路13a至13d提供公共本地信号， 并且利用移动站的无线通信装置50基于接收状况输出的反馈信息，在基 站侧对相位变化进行补偿。由于可以无需任何专用校准电路而简单地执 行对相位变化的补偿，所以可以增大对整个码本的搜索周期，并可以相 对地增加局部搜索时间。此外，可以实现结构的简化和对移动站处理负 荷的降低。尽管上述各实施方式是利用SIMO结构(其接收由单个用户输入的 数据作为单个流，执行波束形成来以多个波束发送数据)为例来说明的。 但是这些实施方式还可应用于MIMO结构(其接收由多个用户输入的多 流数据，并通过多个波束来发送数据)。在本实施方式中说明的涉及无线通信的方法可以通过在诸如个人计 算机或工作站等的计算机上执行预备的程序来实现。该程序被记录在诸如硬盘、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MO)或数字多 用途盘(DVD)等的计算机可读记录介质上，并由计算机来读取和执行。 该程序可以是可经由诸如互联网的网络发布的可传送介质。根据这些实施方式的无线通信装置无需任何专用校准器，通过利用 简单结构仅控制对基站侧的最优码本的读取来补偿相位变化，从而实现 了移动站侧增益的提高并获得了期望的多波束方向性。尽管为了本公开的清楚和完整而关于具体的实施方式描述了本发 明，但是所附权利要求并不因此而受限，而是应被解释为包括本领域技 术人员可以想到的完全落入本文阐述的基本教导之内的所有的修改和另 选构造。本申请基于2006年8月23日提交的在先日本专利申请No. 2006-226653，并要求其优先权，在此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1、一种在基站侧的无线通信装置，该无线通信装置使用多个天线执行波束形成并发送数据到移动站，该无线通信装置包括码本，其用于存储波束形成信息；预编码器，其用于读取所述码本，并执行处理以形成数据的多波束图；以及控制单元，其基于针对补偿在多个发送电路的每一个发送电路中的相位变化的反馈信息，来控制对用于补偿所述相位变化的波束形成信息的检索，其中所述每一个发送电路各自分别对应于一信道。
2、 根据权利要求1所述的无线通信装置，其中， 所述反馈信息包括所述码本的矩阵号和波束号，并且 所述控制单元从所述码本检索所述矩阵号和所述波束号。 .
3、根据权利要求l所述的无线通信装置，其中， 所述多个发送电路使用多个振荡器来对数据进行调制，所述多个振荡器中的每一个振荡器分别针对各信道而设置。
4、 根据权利要求1所述的无线通信装置，其中， 所述多个发送电路使用单个振荡器来对数据进行调制。
5、 一种在移动站侧的无线通信装置，该无线通信装置使用多个天线 接收来自基站的多个波束的数据，该无线通信装置包括码本，其用于存储与在所述基站的码本中存储的波束形成信息相同 的波束形成信息；和控制单元，当被通知所述基站要求进行相位变化补偿时，该控制单 元基于各波束的信号状况对所述波束形成信息进行搜索以搜寻能够进行 最优波束形成的波束形成信息，并将所选择的波束形成信息作为反馈信 息发送到所述基站。
6、 根据权利要求5所述的无线通信装置，其中， 所述反馈信息是波束号和矩阵号，所述波束号对应于接收到的多个波束中具有高的信号对干扰加噪声比或高的信号功率的波束。
7、 根据权利要求5所述的无线通信装置，其中， 所述控制单元整体地对所述码本执行完全搜索以搜寻波束号和矩阵号，并将所述波束号和所述矩阵号作为所述反馈信息发送到所述基站， 以及在执行了所述完全搜索之后，所述控制单元执行对所述码本的一部 分的局部搜索，并发送由所述矩阵号表示的矩阵中的最优波束号作为所 述反馈信息。
8、 根据权利要求7所述的无线通信装置，其中，当设置在所述基站中的多个发送电路被构造为使用单个振荡器来对 数据进行调制时，所述控制单元将与所述多个发送电路受温度变化影响 的时段相对应的完全搜索的周期设定为，相对于当所述多个发送电路使 用多个振荡器来对数据进行调制时的完全搜索的周期而言更长。
9、 一种在基站侧的无线通信方法，该无线通信方法使用多个天线来 执行波束形成并发送数据到移动站，该无线通信方法包括以下步骤-读取存储在码本中的波束形成信息； 形成数据的多波束图；并且基于针对补偿在多个发送电路的每一个发送电路中的相位变化的反 馈信息，来检索用于补偿所述相位变化的波束形成信息，其中所述每一 个发送电路各自分别对应于一信道。
10、 根据权利要求9所述的无线通信方法，其中，所述检索步骤包括从所述码本中检索矩阵号和波束号作为所述反馈〈曰息。
11、 根据权利要求9所述的无线通信方法，该无线通信方法还包括如下步骤使用多个振荡器来对数据进行调制，所述多个振荡器中的每一个振 荡器分别针对各信道而设置。
12、 根据权利要求9所述的无线通信方法，该无线通信方法还包括如下步骤使用单个振荡器来对数据进行调制。
全文摘要
本发明提供无线通信装置和无线通信方法。基站中的无线通信装置使用多个天线向在移动站侧的无线通信装置发送经波束形成的多波束数据。为了在发送电路中存在相位变化的情况下获得期望的方向性而不降低增益，所述基站中的无线通信装置配备有码本，其用于存储波束形成信息；预编码器，其用于读取所述码本并执行处理以形成数据的多波束图；以及控制单元，其基于反馈信息来控制对用于补偿相位变化的来自所述码本的波束形成信息的读取。
文档编号H04B7/04GK101162930SQ20071014661
公开日2008年4月16日 申请日期2007年8月22日 优先权日2006年8月23日
发明者筒井正文 申请人:富士通株式会社