专利名称：中继装置和中继方法
技术领域：
本发明涉及一种中继装置和中继方法。
背景技术：
作为用于提高无线通信的吞吐量的技术，提出了 MIM0(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)方案或者多天线方案。MIMO方案通过以相同的频率从多根天线同时发送信号来提高吞吐量。图1示意性地例示了 MIMO方案。在MIMO方案中，η个数据流(数据流1至数据流η)从发射机的η个天线分别被发送，并且经由不同的无线传播路径由接收机的η个天线接收。接收机可以利用空间上不同的无线传播路径，通过从η个接收信号中信号检测η个数据流(数据流1至数据流η)来重构所发送的信息片(information piece) 1至片η。如此，ΜΙΜΟ方案利用了多个发射机天线和多个接收机天线之间的无线传播路径的差异。因此，在由于沿无线传播路径上存在障碍物而呈现出多条无线传播路径的示例(多径环境的情况)中，接收机可以容易地根据MIMO方案来实现信号检测。但是，如图2所示， 由于障碍物所引起的无线电波的散射，接收功率存在衰减的趋势。而另一方面，在例示的视距环境中，多条无线传播路径之间彼此略有差别，这使得接收机的信号检测较困难。但是， 如图3所示，在视距环境中，接收功率基本上不下降。因此，在视距环境中，难以基于MIMO方案来提高吞吐量。为了解决这个问题，考虑在发射机和接收机之间设置中继装置。接收机接收直接来自发射机的直达波以及来自发射机并经由中继装置的中继波，并且对它们的合成波进行信号检测。通过使用中继装置使得无线传播路径有意地变复杂，接收机即使在视距环境下也能够容易地进行信号检测。例如， 在JP 2006-148482中描述了一些常规的基于MIMO的中继方法。但是，即使通过安装中继装置使得接收机能够接收直达波和中继波，仍然存在接收机基于MIMO方案难以进行信号检测的情形。图4示出了以上情形中的一个。在图4中的左侧，示意地例示了发射机、中继装置和接收机。接收机接收直接来自发射机的直达波和经由中继装置的中继波，并对该直达波和中继波进行合成。通常，中继波与直达波之间存在相位差。为了便于说明，假设直达波与中继波之间的相位差等于Φ。因而，可以通过矢量相加来实现直达波和中继波的合成。其结果是，例如，如果中继波具有极小的幅度，则该合成波将近似于直达波(如图4中的右上部分所示)。在合成波近似于直达波的情形下，接收机基本上仅能利用直达波来进行信号检测，这将导致与视距环境的情况一样难以进行信号检测。另一方面，如果直达波具有极小的幅度，则该合成波将近似于中继波(如图4中的右下部分所示)。在合成波近似于中继波的情形下，接收机基本上仅能利用中继波来进行信号检测，这将导致与视距环境的情况一样难以进行信号检测。因此，根据常规的方案，即使在MIMO方案中使用中继装置，也有可能难以进行信号检测。
发明内容
本发明的一个目的在于，在基于MIMO的通信系统中，能够易于针对从发射机不经由中继装置到达接收机的直达波和从发射机经由中继装置到达接收机的中继波的合成波进行信号检测。本发明的一个方面涉及一种中继装置，其用于在基于MIMO的通信系统中将信号从发射机中继到接收机，所述中继装置包括功率差确定单元，其被配置为基于所述发射机、所述中继装置和所述接收机之间的位置关系来确定直达波与中继波之间的接收电平的差值，所述直达波从所述发射机不经由所述中继装置到达所述接收机，所述中继波从所述发射机经由所述中继装置到达所述接收机；增益确定单元，其被配置为确定所述中继装置的放大增益使得所述差值较小；和发送单元，其被配置为按照所确定的放大增益来放大来自所述发射机的信号，并且将放大后的信号发送给所述接收机。本发明的另一个方面涉及一种中继方法，该中继方法用于在基于MIMO的通信系统中将信号从发射机中继到接收机，所述方法包括差值确定步骤，基于所述发射机、所述中继装置和所述接收机之间的位置关系来确定直达波与中继波之间的接收电平的差值，所述直达波从所述发射机不经由所述中继装置到达所述接收机，所述中继波从所述发射机经由所述中继装置到达所述接收机；增益确定步骤，确定所述中继装置的放大增益使得所述差值较小；发送步骤，按照所确定的放大增益来放大来自所述发射机的信号，并且将放大后的信号发送给所述接收机。按照本发明的各个方面，在基于MIMO的通信系统中，能够易于针对从发射机不经由中继装置到达接收机的直达波和从发射机经由中继装置到达接收机的中继波的合成波进行信号检测。
图1是基于MIMO方案的信号传输的概念图2例示了非视距无线传播环境；
图3例示了视距无线传播环境；
图4例示了常规MIMO方案中的一个问题；
图5例示了本发明的一个原理；
图6例示了根据一个实施例的在发射机与接收机之间设置的中继装置
图7示出了无源中继装置的一例；
图8示出了有源中继装置的一例；
图9示出了有源中继装置的另一例；
图10是例示了确定中继装置中的放大增益的方法的流程图11示意地例示了发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系；
图12例示了直达波和中继波的接收功率的估计值；
图13例示了基于接收功率差来确定放大增益的例子；和
图14例示了非视距环境中直达波和中继波的接收功率的估计值。
具体实施方式
下面，将具体描述本发明的实施例。1.本发明的原理图5例示了本发明的一个原理。如结合图4所介绍的，如果直达波和中继波具有明显不同的功率电平，则通过接收机难以对合成波进行信号检测。根据本发明，中继装置将中继波放大至足够接收机能够以几乎相同的接收电平接收直达波和中继波的功率电平，然后将放大后的中继波发送给接收机。中继装置中的放大增益可以基于发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系来确定。如图5中的右侧所示，如果接收机以类似的强度接收直达波和中继波，则该合成波将具有与直达波和中继波的相位均不同的相位，这可使得接收机易于进行信号检测。2.中继装置图6例示了根据本发明的一个实施方式的在发射机和接收机之间设置的中继装置。发射机和接收机分别基于MIMO方案发送和接收信号。该中继装置可以是能将无线电波从发射机中继到接收机的任意适当的装置。如图7所示，例如，该中继装置可以是无源中继装置，诸如简单地反射无线电波的无线电波反射板。在使用无线电波反射板或反射器的情况下，主要是基于反射器的尺寸 (尤其是反射器的面积)来确定该中继装置的放大增益。因此，可以通过基于发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系来确定获得所需的放大增益电平的面积，由此实现具有期望的放大增益电平的中继装置。如图8所示，该中继装置可以是具有放大等功能的有源中继装置。在例示的中继装置中，接收单元81接收来自发射机的信号。放大单元82放大接收的信号。发送单元83 将放大后的信号发送给接收机。可以基于发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系来确定放大单元的放大增益。具体而言，功率差确定单元84确定接收机中的直达波与中继波之间的接收电平的差值。然后，增益确定单元85确定放大增益，使得该差值可以较小。虽然有源中继装置具有比图7中所例示的无源中继装置更加复杂的配置，但是有源中继装置的优点在于，其能够实现放大增益的可变控制。如图9所示，中继装置可以是具有上述放大功能以及信号重构功能等的有源中继装置。在例示的中继装置中，接收单元91接收来自发射机的信号。然后，信号重构单元92 重构所接收的信号以生成无噪声的信号。放大单元93放大该无噪声的信号，发送单元94 将该放大的信号发送给接收机。可以基于发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系来确定放大单元的放大增益。具体而言，功率差确定单元95确定接收机中的直达波与中继波之间的接收电平的差值。增益确定单元96确定放大增益，使得该差值可以变得更小。虽然这种类型的中继装置具有比图8所示的中继装置更加复杂的配置，但其优点在于，可以中继无噪声的信号。3.放大增益确定方法图10例示了用于确定中继装置中的放大增益的方法。假设发射机、中继装置和接收机之间的地理位置关系是已知的。在步骤SlOl中，中继装置估计接收机中的直达波和中继波的接收电平。在初始的情况下，中继装置中的放大增益被设置为初始值。可以根据本领域中的任何适当的方法来估计接收电平。作为一个例子，可以利用距离衰减模型来估计接收电平。可替换的，可以实际地测量接收电平。图11例示了发射机、中继装置和接收机之间的位置关系。图12例示了在图11 所示的位置关系之下接收机接收到的直达波和中继波的接收电平的估计值。该接收电平可以表示为本领域中的任何已知的适当量。例如，该接收电平可以表示为RSCPOteceived Signal Code Power，接收的信号码功率)、RSSI (接收的信号强度指示)、路径损耗、 SIR(Signal to Interference Ratio,信号干扰比)、SINR(Signal to Interference Ratio，信号对干扰加噪声比)、S/N(信噪比)、&/队等等。为了方便起见，假设接收电平对应于接收功率。在图12中，假设发射机、中继装置和接收机之间的环境对应于视距环境，但是，本发明并不限于这个假设。如下述所述，该环境可以是非视距环境。通常，随着装置之间的距离变大，直达波和中继波的接收电平变小。由于中继装置与接收机之间的距离r2大于发射机与接收机之间的距离因此该中继波具有比直达波低的接收功率。在图10的步骤S102中，通过计算直达波和中继波在与期望距离对应的位置处的接收电平的差值来确定放大增益。参考图13来说明该计算。假设在接收机处(即，期望补偿的位置处)的直达波的接收功率表示为PD，并且在该位置处的中继波的接收功率表示为 P”则将在接收功率电平之间的差值(Pd-Pi)确定为中继装置中的放大增益。在图10的步骤S103中，来自发射机的信号在中继装置被放大并且被中继至接收机。中继装置中的该放大增益等于在步骤S102中确定的值。按照这种方式适当放大的中继波以如图13中的虚线所示地衰减，在接收机处的接收功率变为等于PD。由于接收机以与直达波基本相同的电平接收中继波，因此接收机能够适当地对直达波和中继波的合成波进行信号检测。虽然在步骤SlOl中设想的是，直达波和中继波的接收功率是在视距环境下估算的，但是也可以针对非视距环境来进行该估算。在非视距环境的情况下，如图14所示，由于衰落(诸如阴影)，接收功率急速变化。在这种情况下，优选在某个长度的距离上对接收功率求平均，并且基于接收功率的平均值之间的差值来确定放大增益。尽管已经参照特定实施例介绍了本发明，但是这些实施例仅仅是示例性的。所属领域的技术人员在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种变型、修改、变更和替换。例如，本发明可以应用于使用了 MIMO方案的任何适当的移动通信系统。尽管上述说明中使用了特定的值以便于本发明的理解，但这些值仅仅是示例，并且除非另作说明，否则可以使用任何其他适当的值。实施例之间的区别对于本发明来说并非实质性的，而且这些实施例可以分开地或者组合使用。此外，一个实施例中介绍的主题可以应用于另一个实施例中的主题，除非它们是对立的。尽管在上述实施例中采用了功能框图来介绍装置，但这些装置可以通过硬件、软件或者它们的组合来实现。软件可以存储在任何适当的存储介质中，诸如，随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(R0M)、EPR0M、EEPR0M、寄存器、硬盘(HD)、可除移磁盘或者CD-ROM。本发明不限于上述实施例，在不背离本发明的精神的情况下，各种的变型、 修改、变更和替换均包含在本发明中。本申请要求于2010年9月2日提交的日本申请No. 2010-196307的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种中继装置，其用于在基于MIMO的通信系统中将信号从发射机中继到接收机，所述中继装置包括功率差确定单元，其被配置为基于所述发射机、所述中继装置和所述接收机之间的位置关系来确定直达波与中继波之间的接收电平的差值，所述直达波从所述发射机不经由所述中继装置到达所述接收机，所述中继波从所述发射机经由所述中继装置到达所述接收机；增益确定单元，其被配置为确定所述中继装置的放大增益使得所述差值较小；和发送单元，其被配置为按照所确定的放大增益来放大来自所述发射机的信号，并且将放大后的信号发送给所述接收机。
2.根据权利要求1的中继装置，其中，所述功率差确定单元根据距离衰减模型来估计所述直达波和所述中继波的接收电平。
3.—种中继方法，该中继方法用于在基于MIMO的通信系统中将信号从发射机中继到接收机，所述方法包括差值确定步骤，基于所述发射机、所述中继装置和所述接收机之间的位置关系来确定直达波与中继波之间的接收电平的差值，所述直达波从所述发射机不经由所述中继装置到达所述接收机，所述中继波从所述发射机经由所述中继装置到达所述接收机；增益确定步骤，确定所述中继装置的放大增益使得所述差值较小；发送步骤，按照所确定的放大增益来放大来自所述发射机的信号，并且将放大后的信号发送给所述接收机。
4.根据权利要求3的中继方法，其中，所述差值确定步骤包括根据距离衰减模型来估计所述直达波和所述中继波的接收电平。
全文摘要
中继装置和中继方法。公开了一种用于在基于MIMO(多输入多输出)的通信系统中将信号从发射机中继到接收机的中继装置，所述中继装置包括功率差确定单元，其被配置为基于发射机、中继装置和接收机之间的位置关系来确定直达波与中继波之间的接收电平的差值，所述直达波从发射机不经由中继装置到达接收机，所述中继波从发射机经由中继装置到达接收机；增益确定单元，其被配置为确定中继装置的放大增益使得所述差值较小；和发送单元，其被配置为按照所确定的放大增益来放大来自发射机的信号，并且将放大后的信号发送给接收机。
文档编号H04B7/04GK102386951SQ20111030025
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者丸山珠美, 古野辰男, 大矢智之, 小田恭弘, 沈纪恽 申请人:株式会社Ntt都科摩