专利名称：无线发射装置和无线通信方法
技术领域：
本发明涉及一种在数字无线通信系统中使用的无线发射装置和无线通信方法。
背景技术：
目前正在进行针对世界范围统一标准的宽带无线接入系统的准备。而且，对于下一代，期望建立充分使用接近亚毫米波带的丰富的频率资源的移动宽带无线接入系统。
作为目前的宽带无线接入系统，在所使用的一种系统中调制方法是在世界范围统一标准下使用5GHz的频带的正交频分复用(OFDM)，并且根据传播路径的情况来自适应地控制对应于每个副载波的调制多值数量。根据这种方法，在好的传播路径情况下，能够获得一个大的调制多值数量。为此，能够获得使用例如20MHz的频带中的64-值QAM的54Mbps的传输速率。
最近几年，为了改善频率的有效使用，已经考虑了SDM(空分复用)方法的应用，在SDM方法中，使用多个天线用相同的频率来执行空分复用(“宽带移动通信系统的PDM-COFDM方案”，Sugiyama，Umehira，电子、信息和通信工程学会，通信协会，2001，SB-3-7)。在这种类型的方法中，调制与常规情况下的调制相同，但是用相同的频率从多个天线发射不同的信息来执行空间复用。为此，例如，在使用两个天线的情况中，传输容量加倍而不会增加将使用的频带，因此也加倍了传输速率。
然而，在上述的常规方法中，存在这样一种情况根据来自另一个小区的干扰和传播路径的情况，原则上接收方不能执行受到空间复用的传输信号的分离和再现。为此，不能一直增加通信容量，并且存在这样一种可能性，即，将发生不能满足预期的传输速率的需要的这样一种情况。另外，有这样一种可能，根据这种情况将发生通信不可能状态。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种无线发射装置和无线通信方法，其能够改善频频谱效率和传输速率，同时保持通信质量。
本发明的实质是当使用多个天线来发射相同或不同的信息时，根据传播路径的情况来控制多个天线的每个发射频率和从多个天线发射的信息数量，即，自适应地选择使用相同频率从多个天线发射不同信息的空间复用、使用不同频率从多个天线发射不同信息的频率复用、使用相同频率从多个天线发射的相同信息的空间分集，以及根据传播路径的情况使用不同频率从多个天线发射的相同信息的频率分集。
图1示出了根据本发明一个实施例的无线发射装置的结构方框图；图2示出了执行与图1所示的无线发射装置无线通信的无线接收装置的结构方框图；图3示出了能够由图1所示的无线发射装置执行的无线通信系统的空间复用的图；图4示出了能够由图1所示的无线发射装置执行的无线通信系统的频率复用的图；图5示出了能够由图1所示的无线发射装置执行的无线通信系统的空间分集的图；和图6示出了能够由图1所示的无线发射装置执行的无线通信系统的频率分集的图。
具体实施例方式
将参考附图具体解释本发明的一个实施例。
图1示出了根据本发明一个实施例的无线发射装置的结构方框图，以及图2示出了执行与图1所示的无线发射装置无线通信的无线接收装置的结构方框图。图1示出的无线发射装置和图2示出的无线接收装置能够被安装在相同的无线通信装置中。
这种无线通信装置是一种OFDM无线通信装置，图1中示出的无线发射装置是对于OFDM信号的发射器，图2中示出的无线接收装置200是对于OFDM信号的接收器。由于通过多载波转换和保护间隔插入在高速数字信号发射中能够减小多路延迟扩展的影响，所以需要注意作为下一代的移动宽带无线接入的OFDM。这里，OFDM信号是通过对多个正交副载波信号进行多路复用而获得的信号。
根据本实施例，当使用OFDM中的多个天线来发射相同或不同的信息时，根据传播路径的情况来控制多个天线中的每个的发射频率以及从多个天线发射的信息数量，从而改善频率使用效率和传输速率，同时保持了通信质量。下文将解释作为一个示例的天线数量是二的一种情况。
图1所示的无线发射装置(发射器)100包括发射传输信号A的系统1以及发射传输信号B的系统2。系统1包括编码单元101、副载波调制单元102、逆快速傅里叶变换(IFFT)单元103、时隙组合单元104、频率转换单元105、天线106。系统2包括编码单元111、副载波调制单元112、逆快速傅里叶变换(IFFT)单元113、时隙组合单元114、频率转换单元115、天线116。而且，发射器100包括载波频率控制单元121、传输信号选择单元122、和用于整体的控制单元123。
同时，图2所示的无线接收装置(接收器)200包括系统1，接收来自发射器100的传输信号A，以便获得所接收的信号A；和系统2，接收来自发射器100的传输信号B，以便获得所接收的信号B。然而，当传输信号A和传输信号B具有相同频率时，在每个系统接收传输信号A和传输信号B。系统1包括天线201、频率转换单元202、逆快速傅里叶变换(FFT)单元203、副载波解调单元204、以及解码单元205。系统2包括天线211、频率转换单元212、逆快速傅里叶变换(FFT)单元213、副载波解调单元214、以及解码单元215。而且，接收器200包括载波频率控制单元221、符号同步定时单元222、干扰补偿单元223、干扰检测单元224、以及误差检测单元225。
此外，当无线发射装置100和无线发射装置200被安装在相同的无线通信装置上时，发射器100的天线106和116以及接收器200的天线201和211可以是发射和接收共享类型。
下一步将解释上述结构的发射器100和接收器200的各自操作。
首先，下面将描述发射器100的操作。
例如，系统1的传输信号A通常是由编码单元101编码的。对于每个副载波，由副载波调制单元102来调制所编码的信号，并在其后将该结果输出到IFFT单元103。IFFT单元103对副载波调制单元103的一个输出信号进行逆快速傅里叶变换(IFFT)，以便产生一个OFDM信号。通过时隙组合单元104，将保护间隔和前同步信号插入已产生的OFDM信号，之后将结果输出到频率转换单元105。频率转换单元105将时隙组合单元104的一个输出信号上变频为一个无线频率(传输频率)，该频率由载波频率控制单元121独立控制。上变频的传输信号通过天线106发射。而且，对系统1的传输信号A进行与系统2的传输信号B同样的处理，频率转换单元115将时隙组合单元114的一个输出信号上变频为一个无线频率(传输频率)，该频率由载波频率控制单元121控制独立，并且之后从天线116发射结果。这时，通过传输信号选择单元122来选择是否系统1的传输信号A和系统2的传输信号B被设置为相同或不同。通过控制单元123来自适应地控制载波频率控制单元121和传输信号选择单元122。由控制单元123做出的自适应控制的内容将在后面具体描述。
下面将描述接收器200的操作。
通过频率转换单元202使用无线频率(与发射传输信号A的天线106的传输频率相同的频率)来下变频经系统1的天线201接收的OFDM信号，该无线频率由载波频率控制单元221独立控制，并且之后经保护间隔移除单元(未示出)将结果输出到FFT单元203。使用从符号同步定时单元222输出的定时信号，FFT单元203对受到保护间隔移除的OFDM信号进行快速傅里叶变换(FFT)。对经系统2的天线211接收的OFDM进行相同的处理。通过频率转换单元212使用一个无线频率(与发射传输信号B的天线116的传输频率相同的频率)来下变频OFDM信号，该无线频率不受载波频率控制单元221的控制，并且之后从其中移除保护间隔，并进行FFT处理。干扰补偿单元223估计天线201和211之间的传递函数，以便分离受到空间复用的信号。在系统1和系统2中，对于每个副载波，通过副载波解码单元204和214对所分离的信号进行解码。从而获得所接收的信号A和所接收的信号B。
这时，干扰测量单元224测量每一系统的干扰电平，并检测干扰波的存在和缺少，从而根据多个可用的频率来检测未分配给其它用户的频率。而且，误差检测单元225检测一个作为指示传播路径情况的基准的误码率(例如，BER(位误码率)等)，经安装在相同无线通信装置上的发射器(未示出)和安装在通信另一端的无线通信装置的接收器(未示出)，将由干扰检测单元224执行的干扰检测结果(每个系统的干扰波的存在或不存在)以及由误差检测单元225执行误差检测结果(每个系统的误码率)传输到通信另一端的发射器100的控制单元123。
参考图3到6，接下来给出在发射器100的上述自适应控制的内容的解释。另外，在下文解释作为示例的使用包括信道1(CH1)到信道4(CH4)的四个信道(频带)的情况。而且，在图3到6中，天线#1表示系统1的天线106，天线#2表示系统2的天线116。
在这个实施例中，发射器100能够使用四个无线通信系统。第一种情况是空间复用情况，即，一种用相同频率(例如图3)从两个天线106和116发射不同信息(传输信号A≠传输信号B)的情况。第二种情况是频率复用情况，即一种用不同频率(例如图4)从两个天线106和116发射不同信息(传输信号A≠传输信号B)的情况。第三种情况是空间分集情况，即，一种用相同频率(例如图5)从两个天线106和116发射相同信息(传输信号A＝传输信号B)的情况。第四种情况是频率分集情况，即，一种用不同频率(例如图6)从两个天线106和116发射相同信息(传输信号A＝传输信号B)的情况。根据来自安装在相同无线通信装置上的接收器200的干扰检测结果(每个系统的干扰波的存在或缺少)和误差检测结果(每个系统的误码率)，控制单元123在这四种无线通信方法中进行自适应地切换。
具体地，例如，当误差检测结果良好时，即传播路径的情况良好，如图3所示，用相同的频率从两个天线106和116发射不同的信息(传输信号A≠传输信号B)，从而执行空间复用。在图3示出的示例中，避免了存在干扰波的CH1、CH2、CH4，即分配到其它用户的频率(信道)，并且不同的传输信号A和B被复用，并使用空闲的相同信道(CH3)分别从系统1的天线106和系统2的天线116被发射。另外，这时，接收器200使用由发射器100使用的频率(图3的示例中的CH3的频率)来执行接收操作。
根据该方法，当传播路径的情况良好时，执行空间复用，因此能够将频谱效率和传输速率进一步改善到最大程度，而不会增加将被使用的频率，即同时保持要使用的频率。此外，根据多个(这种情况中是四个)可用的频率(CH1到CH4)来检测不带频率波的频率，并且根据所检测的频率来设置多个天线(这种情况中是二个)的每个的传输频率。为此，频谱效率和传输速率能够进一步改善，而没有来自其它用户的干扰的影响，即同时保持通信质量。
而且，例如，当误差检测结果差时，即传播路径的情况差，如图4所示，用不同的频率从两个天线106和116发射不同的信息(传输信号A≠传输信号B)，并且从而执行频率复用。在图4示出的示例中，避免了存在干扰波的CH1、CH4，即，分配到其它用户的频率(信道)，使用空闲信道CH2和CH3中的一个信道(CH2)从系统1的天线106发射传输信号A，并且使用与系统1不同的另一信道(CH3)从系统2的天线116来发射不同于系统1的传输信号B。另外，这时，接收器200使用由发射器100使用的每个系统的频率(图4示例中系统1使用CH2的频率和系统2使用CH3的频率)来执行接收操作。
根据该方法，当传播路径的情况良好时，执行频率复用，因此能够进一步改善谱频率和传输速率，由于每个系统的空间复用而没有通信质量恶化的影响，即，同时保持通信质量。此外，根据多个(这种情况中是四个)可用的频率(CH1到CH4)来检测没有频率波的频率，并且根据所检测的频率来设置多个天线(这种情况中是二个)的每个的传输频率。为此，频谱效率和传输速率能够进一步改善，而没有来自其它用户的干扰的影响，即同时保持通信值。
而且，例如，当误差检测结果非常差时，即传播路径的情况如此差以致不能从多个天线传输不同的信息，使用与图5所示相同的频率从两个天线106和116选择性地传输相同的信息(传输A＝传输B)，从而执行空间分集。或者，用图6所示不同的频率从两个天线106和116传输相同的信息(传输A＝传输B)，从而执行频率分集。在图5所示的示例中，避免了存在干扰波的CH1、CH2、CH4，即分配到其它用户的频率(信道)，而且相同的传输信号(传输A＝传输B)是使用空闲相同信道(CH3)从系统1的天线106和系统2的天线116传输的空间分集。在图6所示的示例中，避免了存在干扰波的CH1和CH4，即分配到其它用户的频率(信道)，并且传输信号是使用两个空闲信道CH2和CH3中的一个信道(CH2)从系统1的天线106传输的，并且与系统1相同的传输信号(传输信号A＝传输信号B)是使用与系统1不同的另一信道(CH3)来传输的。另外，这时，在前面的情况中，接收器200使用由发射器100使用的每个系统频率(图5示例中的CH3的频率)来执行接收操作。在后面的情况中，接收器200使用由发射器100使用的频率(图6示例中系统1使用CH2的频率和系统2使用CH3的频率)来执行接收操作。
根据该方法，当传播路径的情况非常差时，即，需要以传输速率的改善为代价来确保通信质量，执行空间分集或频率分集。为此，即使传播路径的情况如此差以致不能从多个天线传输不同的信息，也能够通过分集来维持通信质量。
因此，根据本实施例，当使用多个天线106和116来传输相同或不同的信息时，根据传播路径的情况来控制多个天线106和116的每个传输频率以及从多个天线106和116发射的信息数量，例如，根据传播路径的情况来自适应地选择空间复用、频率复用、空间分集和频率分集，并且这样能够进一步改善频谱效率和传输速率，同时保持通信质量。换句话说，能够同时获得通信质量的保持以及谱频率的进一步改善。
此外，根据本实施例，发射器100的自适应控制基于这种构思即使存在空闲频率，首先使用相同的频率(为了其它用户以后能够容易地访问)，并且当通信质量不能得到保证时，使用不同的频率(然而，有必要检测不存在干扰波)。然而，自适应控制的控制概念并不限于此。
例如，能够采用这种构思当没有干扰波存在时，不管传播路径的情况是否好或坏，用不同的频率来执行传输。具体地，例如，可以考虑下列使用。即，首先检测干扰波的存在与否，并且当干扰波不存在时，使用不同的频率，当操作期间检测到干扰波时，使用相同的频率。然后，当检测到干扰波在后来消失时，再次使用不同的频率。在这种情况中，由于不管传播路径的情况而使用没有干扰波的频率，将多个天线的每个传输频率设置为不同的频率，所以能够随便使用未分配的，即空闲的频率，并且能够减小来自其它用户的干扰的影响。
另外，本实施例解释了作为一个示例的OFDM无线通信装置。然而，本发明并不限于OFDM系统的应用。例如，本发明也能够应用于CDMA(码分多址)无线通信装置。
而且，本发明的无线发射装置能够安装在无线通信装置上，例如，移动通信系统中的无线基站装置和无线终端装置。
如上所解释的，根据本发明，能够进一步改善频谱效率和传输速率，同时保持通信质量。
本申请基于2001年10月31日提交的日本专利申请号2001-334392，在此全文引用，以供参考。
工业实用性本发明可应用于无线装置，例如移动通信系统中的移动站装置和无线基站装置。
权利要求
1.一种无线发射装置，包括发射装置，使用多个天线来发射相同或不同的信息；测量装置，用于测量传播路径的情况；以及控制装置，根据由所述测量装置所测量的传播路径的情况，来控制多个天线的每个发射频率和从多个天线发射的信息数量。
2.如权利要求1所述的无线发射装置，还包括用于检测未分配给其他用户的频率的检测装置，其中所述控制装置根据由所述检测装置所检测的频率来设置多个天线的每个发射频率。
3.如权利要求1所述的无线发射装置，其中，当由所述测量装置测量的传播路径的情况良好时，所述控制装置将多个天线的每个发射频率设置为相同的频率，以便从多个天线发射不同的信息。
4.如权利要求1所述的无线发射装置，其中，当由所述测量装置测量的传播路径的情况差时，所述控制装置将多个天线的每个发射频率设置为不同的频率，以便从多个天线发射不同的信息。
5.如权利要求1所述的无线发射装置，其中，当由所述测量装置测量的传播路径的情况差时，所述控制装置将多个天线的每个发射频率设置为相同的频率，以便从多个天线发射相同的信息。
6.如权利要求1所述的无线发射装置，其中，当由所述检测装置测量的传播路径的情况差时，所述控制装置将多个天线的每个发射频率设置为不同的频率，以便从多个天线发射相同的信息。
7.一种无线基站装置，包括根据权利要求1的无线发射装置。
8.一种无线终端装置，包括根据权利要求1的无线发射装置。
9.一种无线通信方法，包括步骤使用多个天线来发射相同或不同的信息；测量传播路径的情况；以及根据由所述测量步骤测量的传播路径的情况，来控制多个天线的每个发射频率和从多个天线发射的信息数量。
全文摘要
一种无线发射装置，能够进一步改善频率使用效率和传输速率，同时保持通信质量。在该装置中，根据传输路径条件来自适应地进行选择用来自多个天线(106、116)的相同频率来传输不同的信息(传输信号A≠传输信号B)(空间复用)；用来自多个天线(106、116)的不同频率来传输不同的信息(传输信号A≠传输信号B)(频率复用)；用来自多个天线(106、116)的相同频率来传输相同的信息(传输信号A＝传输信号B)(空间分集)；用来自多个天线(106、116)的不同频率来传输相同的信息(传输信号A＝传输信号B)(频率分集)。
文档编号H04B7/04GK1489836SQ02804161
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月30日 优先权日2001年10月31日
发明者石川公彦 申请人:松下电器产业株式会社