专利名称：无线通信系统、无线通信方法、基站设备以及终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用空分多址进行无线通信的无线通信系统、无线通信方法、基站设备以及终端。
背景技术：
近年来，已出现了对无线通信的大容量和速度提高的需求，并且对改进有限频率资源的有效利用因子的方法的研究已蓬勃开展。作为一种方法，注意力被集中在使用空域(spatial domain)的技术上。已知自适应阵列天线(自适应天线)为一种空域使用技术。使用自适应阵列天线，将接收信号乘以其的权系数被用来调整幅值和相位，由此有力的接收来自任何期望方向的信号，并抑制干扰波方向。因此，可降低相同的信道间干扰，并可改善无线通信系统的通信容量。
已知为其他空域使用技术的是使用相同时间、相同频率的、且使用传播线路中的空间正交性的相同代码的物理信道，向不同终端发射不同的数据串的空分多址(SDMA)、以及向相同终端发射不同数据串的空分多路复用(SDM)。如果终端之间的空间相关系数小于预定值，则SDMA技术可被用于改善无线通信系统的吞吐量和同时容纳的用户的数目(参考非专利文献1)。
另一方面，在SDM技术中，向发射机和接收机每个都配备多个天线元件，并且在天线之间的接收信号相关性较低的传播环境中实现SDM发射(参考非专利文献2)。在此情况下，发射机使用相同时间、相同频率、且对每个天线元件相同代码的物理信道来从所附天线发射不同的数据串。接收机从通过所附天线的接收信号分离和接收不同的数据串。由此，使用多个空分多路复用信道，由此可实现速度提高，而不用多级调制。为执行SDM发射，在足够的S/N(信噪比)条件下的发射机和接收机之间存在大量散射的环境中，如果发射机的天线数目和接收机的天线数目相同，则可与天线数目成比例地扩展信道容量。
已知多用户MIMO(多入多出)技术是通过融合SDMA技术和SDM技术而提供的技术(参考非专利文献3)。在发射机中已知通过空分多路复用的方式同时连接的终端的信道矩阵的条件下，多用户MIMO技术使之可能有基于方向性的空分多址和空分多路复用发射。信道矩阵被表示为包括仅仅单个天线的终端中的信道向量，但被作为一般信道矩阵处理。
非专利文献1T.Ohgane等，“Astudy on a channel allocation schemewith an adaptive array in SDMA”IEEE第47VTC，卷2，1997，725-729页。
非专利文献2G.J.Foschini，“Layered space-time architecture forwireless communication in a fading environment when usingmulti-element antennas”，贝尔实验室技术期刊，1996年秋季，41-59页。
非专利文献3Q.Spencer等，“Zero-Forcing Methods for DownlinkSpatial Multiplexing in Multiuser MIMO channels”，IEEE Trans SP，Vol.52，NO.2，2004，461-471页。
发明内容
本发明要解决的问题然而，上述相关技术中的使用空分多址(SDMA)的无线通信系统涉及以下问题在SDMA技术中，为降低向所连接终端的发射信号之间的干扰，发射方需要形成发射束，以空间地分离终端，并从而，在FDD(频分双工)线路中必须降低来自接收机的信道估计值的反馈量。另一方面，在TDD(时分双工)线路中，不必要及时反馈根据时间上足够接近的条件下的传播线路的相对性的信道估计值，但通常在多个阵列元件和高频电路级中包含的、用于校正接收和发射的分支之间的偏差的校准电路变得有必要。为了在不同的终端对终端发射束相互正交的条件下发射，通过给予正交条件优先级而形成发射束，并由此削弱了阵列增益；这是一个问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种在使用空分多址进行无线通信时的终端中，能够排除到空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号的无线通信系统、无线通信方法、基站设备以及终端。
解决问题的技术方案本发明的基站设备是用于在下行链路中进行与终端的空分多址的基站设备，该基站设备包括空分多路复用信息通知装置，用于向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射装置，用于在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射。
因此，当使用空分多址进行无线通信时，发送不仅关于该终端的、还关于在空分多址时空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息，由此可在终端中排除到经空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号。因此，允许从基站设备到不同终端的发射束之间的干扰，从而提高了发射束形成的灵活性，可使得可以改善接收质量和系统容量。
作为本发明的一个形式，上述基站设备包括发射权生成装置，用于生成用于到空分多路复用终端的专用数据发射的发射权，其中，空分多路复用信息包括所生成的发射权的信息。
作为本发明的一个形式，在上述基站设备中，从已知发射权候选中选择的一个被采用为发射权，并且空分多路复用信息包括所选发射权的标识编号的信息。
作为本发明的一个形式，在上述基站设备中，空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
作为本发明的一个形式，在上述基站设备中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述基站设备中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述基站设备中，空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
终端的发明是一种用于在下行链路中进行与基站设备的空分多址的终端，该终端包括空分多路复用信息接收装置，用于接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除装置，用于基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收装置，用于通过干扰消除装置接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
因此，当使用空分多址进行无线通信时，发送不仅关于该终端的、还关于在空分多址时空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息，由此可在终端中排除到经空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号。因此，允许从基站设备到不同终端的发射束之间的干扰，从而提高了发射束形成的灵活性，可使得可以改善接收质量和系统容量。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，如果终端具有多个天线，则干扰消除装置根据最小方差准则生成接收权，并且，专用数据接收装置基于最大似然估计，接收通过以该接收权对针对该终端的专用数据信号进行加权而提供的信号。
因此，如果终端具有多个天线，则可以基于接收权而排除从基站设备到不同终端的发射信号的干扰。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，干扰消除装置生成包括到经空分多路复用的不同终端的干扰信号的发射信号复本的候选，并且，专用数据接收装置基于使用所生成的发射信号复本的候选的最大似然估计，接收针对该终端的专用数据信号。
因此，可以基于包括到不同终端的干扰信号的发射信号复本的候选，排除从基站设备到不同终端的发射信号的干扰。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括由基站设备生成的、用于到经空分多路复用的终端的专用数据发射的发射权的信息。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括由基站设备从已知发射权候选中选择的发射权的标识编号的信息。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述终端中，空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
本发明的无线通信系统是一种用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址的无线通信系统，其中该基站设备包括空分多路复用信息通知装置，用于向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射装置，用于在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射，并且其中该终端包括空分多路复用信息接收装置，用于接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除装置，用于基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收装置，用于通过干扰消除装置接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
因此，当使用空分多址进行无线通信时，发送不仅关于该终端的、还关于在空分多址时空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息，由此可在终端中排除到经空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号。因此，允许从基站设备到不同终端的发射束之间的干扰，从而提高了发射束形成的灵活性，可使得可以改善接收质量和系统容量。
本发明的无线通信方法是一种用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址的无线通信方法，该无线通信方法包括在基站设备中，空分多路复用信息通知步骤，向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射步骤，在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射，并且在终端中，空分多路复用信息接收步骤，接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除步骤，基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收步骤，通过干扰消除步骤接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
因此，当使用空分多址进行无线通信时，发送不仅关于该终端的、还关于在空分多址时空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息，由此可在终端中排除到经空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号。因此，允许从基站设备到不同终端的发射束之间的干扰，从而提高了发射束形成的灵活性，可使得可以改善接收质量和系统容量。
本发明的无线通信方法是用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址的一种无线通信方法，该无线通信方法包括在基站设备中，空分多路复用信息通知步骤，向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射步骤，在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射。
本发明的无线通信方法是用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址的一种无线通信方法，该无线通信方法包括在终端中，空分多路复用信息接收步骤，接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除步骤，基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收步骤，通过干扰消除步骤接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括由基站设备生成的、用于到经空分多路复用的终端的专用数据发射的发射权的信息。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括由基站设备从已知发射权候选中选择的发射权的标识编号的信息。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
作为本发明的一个形式，上述无线通信方法的任一种还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态，并由终端基于传播信道状态预先发送用于终端的下行链路中的发射权的通知。
作为本发明的一个形式，上述无线通信方法的任一种还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态；基于该传播信道状态，从权候选中选择在用于终端的下行链路中的发射权；以及由终端预先向基站设备发送所选发射权的通知。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，所述选择发射权的步骤包括以下步骤选择预定数目的具有与对应于以奇异值的降序排列的奇异值的右侧奇异向量的最大内积的发射权候选，其中通过分解作为检测传播信道状态的结果而获得的信道矩阵来获得奇异值。
作为本发明的一个形式，上述无线通信方法的任一种还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态，并基于该传播信道状态由终端向基站设备发送接收质量信息；以及基于发射权和接收质量信息，分配用来在下行链路中进行空分多址的终端。
作为本发明的一个形式，在上述无线通信方法的任一种中，分配用来在下行链路中进行空分多址的终端的步骤是以下步骤如果存在多个使用其与用于优选分配的终端的发射权的相关性低于预定值的发射权的可发射终端，则选择具有最佳接收质量的终端，并将所选终端分配为用来进行空分多址的终端。
本发明的优点根据本发明，可提供一种在使用空分多址进行无线通信时的终端中，能够排除到空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号的无线通信系统、无线通信方法、基站设备以及终端。因此，当基站设备发射方向束时，使得可能形成允许不同终端之间的干扰的发射束，从而可使用发射阵列天线的空间灵活性来改善通信质量；可改善通信阵列增益，等，并且可改善下行链路的系统容量。
示出第一实施例中的无线通信系统的示意配置的图。
示出第一实施例中的基站设备和终端的配置的图。
示出基站设备和第m终端之间的通信处理程序的图。
示出来自基站设备的包含天线专用导频信号的每个发射信号的帧结构的图。
示出根据基站发射权表生成的方向性的特征图。
预先列出关于基站设备1中的阵列配置的信息的表的图。
示出发射权候选选择处理程序的流程图。
示出终端分配处理程序的流程图。
示出用于使用SDMA或SDM的空分多路复用发射的帧结构的图。
示出第二实施例中基站设备和不同的第m终端的处理程序的图。
示出第三实施例中基站设备和不同的第m终端的处理程序的图。
附图标记说明1基站设备2SDM兼容终端3SDM不兼容终端4发射束5通信区域23终端分配装置24专用数据发射装置25空分多路复用信息通知装置42接收质量检测装置43信道状态估计装置44发射权选择装置45控制信息生成装置49空间多路分离装置50、60数据提取装置具体实施方式
(第一实施例)图1是示出根据本发明的第一实施例的无线通信系统的示意配置的图。该实施例示出当执行从基站设备向终端的发射(在下文中，将其成为下行链路)时的使用空分多址(SDMA)的通信处理。无线通信系统由基站设备1和基站设备1的通信区域5中存在的多个终端2a、2b、3a、3b和3c构成。基站设备1具有多个天线元件1a到1d，并能自适应地改变阵列天线方向性。基站设备1从天线元件1a到1d建立到通信区域5中存在的终端2a、2b、3a、3b和3c的适当组合的空分多址，并发出例如多个发射束4a、4b、4c、4d(在下文中，将其统称为呼叫发射束4)。终端2a和2b(在下文中，将其统称为呼叫终端2)是多个SDM(空分多路复用)兼容终端，其可与用于空间多路复用相同终端的多个发射信号串的空分多路复用发射相兼容。终端3a、3b和3c(在下文中，将其统称为呼叫终端3)是多个不能与SDM发射兼容的SDM不兼容终端。
SDM兼容终端的数目和SDM不兼容终端的数目不限于此。发射束的数目响应于通信环境而自适应地改变，并且，在图1中示出发射束的数目的例子。在此，将使用SDM兼容终端2和SDM不兼容终端3编号的终端混合表示为终端MSm。“m”是等于或小于通信区域5中存在的终端数目Nms的自然数。
无线通信系统使得在通信区域5中混合能进行通信的SDM兼容终端2和SDM不兼容终端3的环境下、对终端的空分多址成为可能。基站设备1确定在由大量SDM兼容终端2和SDM不兼容终端3构成的终端中SDM发射和SDMA发射这两者或其中任一个是否有可能，并从基站设备1的天线元件形成多个发射束4，由此实现已确定为有可能的SDM、SDMA发射。
图2是示出基站设备1、SDM兼容终端2和SDM不兼容终端3的配置的图。在图2中，基站设备1具有以下配置。其具有多个基站天线20，用于接收和反射高频信号；接收部件21，用于执行对来自基站天线20的接收信号的解调和解码；控制信息提取装置22，用于从解码数据提取从终端MSm发送的控制信息；以及终端分配装置23，用于基于来自控制信息提取装置22的输出，分配通信的终端。终端分配23通过所分配终端MSk的空分多路复用的方式，将连接信息输出到专用数据发射装置24和空分多路复用信息通知装置25，其中k＝1到s。
专用数据发射装置24将基于预定发射格式(用于将被发射到由终端分配装置23分配的终端MSk的专用数据)生成的发射数据串26-1到26-2乘以相应束形成部件27-1到27-s中的发射权，然后输出。空分多路复用信息通知装置25具有空分多路复用信息数据串生成装置28，用于生成数据串，以发送所分配终端的空分多路复用信息；以及多路复用装置29，用于将所生成的空分多路复用信息数据串多路复用到来自专用数据发射装置24的信号中。发射部件30-1到30-Nt将来自多路复用装置29的基带信号转换为载波频带的高频信号，并通过基站天线20输出该高频信号。图2通过示例方式示出用于执行对两个终端#1和#2(s＝2)的SDMA发射的配置。多路复用装置29将空分多路复用信息数据串多路复用到使用时分多路复用、频分多路复用、码分多路复用等的专用数据串中。
另一方面，SDM兼容终端2-m具有接收天线40-1到40-Ns(m)，用于从基站设备1接收高频信号；接收部件41-1到41-Ns(m)，用于将所接收的高频信号转换为基带信号；接收质量检测装置42，用于根据所接收的基带信号或高频信号，检测接收质量；信道状态估计装置43，用于作为信道状态而估计信道矩阵；以及发射权选择装置44，用于基于信道矩阵选择适当的发射权。其还可具有控制信息生成装置45，用于以预定格式生成将被作为控制信息发送到发射方的数据串；以及专用数据生成部件46，用于基于将被发射到基站设备的专用数据的预定发射格式，生成用于发射的专用数据。其还可具有发射部件47，用于将基带信号的控制信息生成装置45的输出和专用数据生成部件46的输出转换为载波频带的高频信号；发射天线48，用于输出高频信号；空间多路分离装置49，用于基于信道状态估计装置43的输出，多路分离和从经空间多路复用并发射到主终端(home terminal)或不同终端的信号接收任何想要的信号；以及数据提取装置50，用于从来自空间多路分离装置49的输出信号中提取发射数据。另外，m将对通信区域5中的每个SDM兼容终端唯一地编号，并表示等于或小于预定值的自然数。接收天线40和发射天线48被处理为单独组件，但可共享相同的天线。多个接收天线和多个发射天线部件可被提供用于执行方向发射。
接着，除了不包括空间多路分离装置49、和数据提取装置60以与数据提取装置50不同的方式操作以外，SDM不兼容终端3的配置与SDM兼容终端2相同，所以将不再讨论该配置。接收天线40和发射天线48被处理为单独组件，但可共享相同的天线。类似地，对于接收天线40和接收部件41，图2示出仅仅一个信道的配置，但可提供多个信道，用于执行分集接收，以便基于信道状态估计装置43而选择或组合接收信号。
图3是示出基站设备1和第m终端MSm之间的通信处理程序的图。图3示出在基站设备和终端之间建立帧同步和码元同步之后的操作，而未示出同步建立操作。
基站设备1包括Nt个基站天线20和发射部件30-1到30-Nt，并首先从每个发射部件发射由预定数目的码元Np(在下文中，将其称为天线专用导频信号APk(t))构成的已知信号串(步骤S1)。在此，k是基站设备1中的天线和发射部件的编号，且k＝1，2，..，Nt，其中t＝1，...，Np。如果基站设备1的天线的数目Nt足够大，或如果执行SDM的空间多路复用的数目被限制到小于基站设备1的天线数目Nt的值，则不需要使用全部Nt个发射部件，而仅使用发射部件的一些来发射天线专用导频信号。
图4是示出包含天线专用导频信号的、来自基站设备1的每个发射信号的帧结构的图。帧中的发射信号由天线专用导频信号30、用户控制信息31和专用数据串32构成。用户控制信息31存储用户控制信息之后的专用数据串32的目标的用户标识信息、以及解调专用数据串32所需的调制系统的控制信息、编码率等。
图4(a)、(b)和(c)示出天线专用导频信号30的不同发射格式。在图4(a)中，对每个天线移动通信专用导频信号30的发射定时，从而以时分方式进行发射。根据相同模式相互正交的代码串、伪随机代码等被用于天线专用导频信号30。在图4(b)中，以码分多路复用方式，使用相互正交的代码串来从不同天线执行发射。
还可采用组合使用时分发射和码分发射的系统。即，在图4(c)的天线组合中，共享相同时间处的时分槽(slot)，并使用相互正交的代码串，以码分多路复用方式发射天线专用导频信号30(图中的A1和A2)。因此，可降低在基站设备1中天线数目较大时的时分发射的开销，并且可接收到在码分多路复用时传播线路中正交性的降低。
通信区域5中存在的终端MSm在信道状态估计装置43中使用在接收天线40和接收部件41-1到41-Ns处接收的信号来对每个基站天线计算所发射的天线专用导频信号APk(t)的信道估计值(图3中的步骤S2)。示出了信道估计值的计算。通信区域5中存在的第m终端MSm具有N(m)个天线和N(m)个接收信道，并可使用最大N(m)个空分多路复用信道来执行SDM接收。
在此，“m”是等于或小于通信区域5中存在的终端数目Nms的自然数。第m SDM不兼容终端3变为Ns(m)＝1，而第一SDM兼容终端2变为Ns(1)＞1。对第k天线专用导频信号APk(t)，如表达式(1)所示，执行第m终端MSm中的第j天线处的接收结果与接收信道rj，k(m)(t)(其中j＝1，...，N(m))以及在终端MSm中生成的APk(t)复本之间的相关性运算，由此计算传播线路的信道估计值hm(j，k)。在该表达式中，*是执行复共轭的运算符。
hm(j,k)=1NpΣt=1NpAPk*(t)rj,k(m)(t)---(1)]]>所获得的信道估计值hm(j，k)被表示为具有j行和k列元素的信道矩阵，如表达式(2)所示。在此，在第m SDM不兼容终端3中，其被表示为Ns(m)＝1，在此情况下，信道矩阵H(m)变为行向量。
H(m)=hm(1,1)hm(1,2)···hm(1,Nt)hm(2,1)hm(2,2)···hm(2,Nt)············hm(Ns(m),1)hm(Ns(m),2)···hm(Ns(m),Nt)---(2)]]>可保存天线专用导频信号的两个或更多个接收结果，并执行平均处理。在此情况下，如果终端的移动速度足够小，则可降低噪声的影响，并有可能提高信道估计质量。最后，总共计算与(天线专用导频信号的数目Nt)×(终端MSm的天线数目Ns(m))一样多的基于第m终端MSm的信道估计值。
在每个终端MSm中，发射权选择装置44使用所计算的信道估计值，从发射束候选中选择最多Ns(m)个发射束4(图3中的步骤S3)。为从发射束候选中选择发射束，基站设备1和终端MSm预先作为基站发射权表而共享来自基站设备的预定发射权候选Wn，其中n是等于或小于预定数Nb的自然数。基站发射权表是在具有预定空间分辨率的预定角度范围中、覆盖通信区域5的基站设备1中的发射权的列表。表的元素的数目为基站发射阵列元件的元件数目Nt×发射权候选的数目Nb。
图5是指示根据基站发射权表生成的方向性的图的特征图。图5示出假定基站设备1中的阵列元件是全向的、在基站设备具有0.5个波长间距的8元素等间距线形阵列时的方向性。在此情况下，该方向性由以每空间分辨率10°地覆盖通信区域5(120°扇区)的发射权候选构成。除基站设备1和终端MSm预先共享基站发射权表的方法外，还可采用如下方法，其中基站设备1向每个终端MSm预先报告元件的数目、天线元件间距、排列方式(线形或圆形)、通信区域5的角度范围[θs，θe]、以及角度分辨率Δθ，并且在每个终端MSm中生成基站发射权表。
例如，如果阵列等间距地间隔元件(其中元件数目是Nt，且元件间距是d)，则可创建具有作为元素在表达式(3)中显示的发射权Wn的基站发射权表。
wn=1exp{j2πd·1·sin{θs-(n-1)Δθ}/λ···exp{j2πd·(N-1)·sin{θs-(n-1)Δθ}/λ}---(3)]]>
其中n是等于或小于去掉{1+(θs-θe)/Δθ}的分数部分而得到的值的自然数。不需要频繁地更新用来生成基站发射权表的信息，而可同时(例如，当随着终端的MSm移动而在移动区域5中登记新位置时等)更新该信息。因此，对基站设备1，变得有必要向移动台设备发送信息，但可灵活配置基站设备1。
可采用预先列出与基站设备1中的阵列天线的代表配置有关的信息并且报告列表编号的方法。图6是预先列出关于基站设备1中的阵列配置的信息的表的图。在列表编号下列出通信区域5中的元件数目、元件排列方式、元件间距、角度范围、以及指示发射束4的主束间距的角度分辨率的信息。引入这样的列表，由此可降低从基站设备1向每个终端MSm发射的信息量。
作为另一方法，可采用共享用于向每个阵列元件给出预定相位旋转而不管阵列配置的列表的方法。作为另一方法，可采用计算信道估计值之间的平均相位差、并报告该值或报告基于预定值的量化值的方法。因此，可在视线传播环境中获得等增益同相合成束。尽管假定基站设备1和终端MSm预先共享来自基站设备、作为基站发射权表的预定发射权候选Wn，但终端MSm可向基站设备1发送最优发射束4的信息。在此情况下，将要发送的信息的量增加，但这使得可以优化通信质量。
如下选择发射束候选(图3中的步骤S3)为选择发射束候选，操作根据第m终端MSm中的接收信道Ns(m)的数目是值1还是值2或更多而不同。示出了发射束候选选择方法。
(α)当Ns(m)＝1在此情况下，从基站发射权表中的发射权候选Wn中选择在终端MSm中具有达到最大值的接收功率、SNR、SIR、或SINR的发射权。即，选择满足表达式(4)的最大发射权T1(m)。在此，n是等于或小于预定值Nb的自然数。
Tn(m)=arg{wn|maxn(|H(m)wn|2)}---(4)]]>(β)当Ns(m)≥2图7是示出发射权候选选择处理程序的流程图。在此情况下，首先，将在终端MSm中获得的信道矩阵H(m)分解为奇异值(singular value)，如表达式(5)所示(步骤S40)。
H(m)＝UmDmVmH(5)其中H是指示复共轭转置(transposition)的运算符，并且Dm是具有Ns(m)行和Nt列的矩阵，并且将奇异值布置在主对角成分中，如表达式(6)所示。
将初始值0赋予计数器n(步骤S41)，并且逐一增加计算器n(步骤S42)。然后，确定是否有n＝1、或是否有n≥2且奇异值是预定值μ或更多(步骤S43)。在此情况下，n＝1，从而在步骤S43处的确定结果是YES(是)，并且选择对应于最大奇异值的右侧奇异值矩阵的列向量(步骤S44)。另外，选择具有与对应于信道矩阵的最大奇异值的右侧奇异值矩阵Vm的列向量v1最大相关的发射权候选Wn，作为第一发射束T1(步骤S45)。在此，k是等于或小于预定值Nb的然数。
Tn(m)=arg{wk|maxk(wkHvn)}---(7)]]>确定n是否匹配Ns(m)(步骤S46)。如果未发现匹配，则处理返回到步骤S42，并且逐一增加计数值n，并再次执行发射权候选选择程序。另一方面，如果在步骤S46发现匹配，则终止发射权候选选择处理。
在第二或后面的循环中，即当n≥2时，在步骤S43确定奇异值是否等于或大于预定值μ。如果奇异值小于预定值μ，则假定在该传播环境中未获得有效空分多路复用信道，并且终止发射权候选选择处理。另一方面，如果奇异值等于或大于预定值μ，则在步骤S44，选择对应于第n最大奇异值的右侧奇异值矩阵Vm中的列向量vn，并且如表达式(7)所示，从发射权Wk中选择与所选右侧向量vn具有最大内积的发射权候选Wn，作为第n发射束Tn。可基于waterfilling技术确定预定值μ，其信息在例如以下文献中公开I.Telatar，“Capacity of multi-antenna Gaussian Channels”，European Trans.Tel.，10(6)，l999，585-595页。
接着，接收质量检测装置42在每个终端MSm中预测并估计对于所选发射束4的发射的接收质量(图3中的步骤S4)。作为接收质量，可采用接收信号功率、SIR(信号功率对干扰功率比)、SNR(信号功率对噪声功率比)等。在此，显示了使用SNR的情况。为使用天线专用导频信号APk(t)评价SNR，如表达式(8)所示，终端MSm中计算Ln(m)，作为第n发射束时的SNR。
Ln(m)=λn(m)[TnHvn]N(m)---(8)]]>其中N(m)表示使用表达式(9)计算的噪声功率。
N(m)=1Ns(m)NtNpΣj=1Ns(m)Σk=1NtΣt=1Np|APk*(t)rj,k(m)(t)-hm(j,k)|2---(9)]]>为计算SIR，例如，如果形成并在终端MSm中接收最大比值的合成束，以接收发射束，则将对由除该发射束以外的发射束发射的信号的接收信号功率考虑为干扰成分。
接着，控制信息生成装置45基于发射权选择装置44的输出和接收质量检测装置42的输出而生成控制信息。专用数据生成部件46输出通过为对终端唯一的数据信号执行预定发射线路编码和调制而提供的信号。发射部件47将基于控制信息生成装置45的输出和专用数据生成部件46的输出而形成的预定帧格式下的发射数据串的基带信号转换为经受带限处理和放大处理的高频信号，并从发射天线48发射该高频信号。
由此，每个终端MSm向基站设备1发射关于由每个终端MSm提供的Nb(m)发射束Tn(m)(其中n＝1到Nb(m))、以及接收质量的通知(图3中的步骤S5A)。在此情况下，作为控制信息生成装置45中的控制信息，发射束通知使用基站设备1和终端MSm之间共享的基站发射权表中的编号。因此，仅仅发射束编号的信息需要被发射，由此可减小进行发射束通知的信息量。对于接收质量，还可在发射设备1与终端MSm之间共享经适当量化的接收质量表，以使用接收质量表中的编号来进行接收质量通知。因此，这使得可以减小到仅仅预定数目的量化比特的信息量。
作为另一个关于接收质量的通知方法，还可在基站设备1和终端MSm之间共享基于所测接收质量的、将多级调制计数和编码率相互关联的多级调制编码率表，以使用多级调制编码率表中的编号来进行接收质量通知。因此，可减小进行接收质量通知时的信息量。
另一方面，基站设备1在基站天线20处接收从终端MSm发射的高频信号，并在接收部件21中执行该高频信号的频率转换处理，以生成基带信号。控制信息提取装置22从所接收的基带信号中提取从终端MSm发送的控制信息。
终端分配装置23考虑来自每个终端MSm的发射束通知而分配用来通信的终端MSm(图3中的步骤S5)。图8是示出终端MSm的分配处理程序的流程图。首先，使用基于待发射的数据的QoS信息(可允许的延迟、要求速度等)以及发射质量信息的预定调度算法优先分配终端MSm(步骤S50)。在此，可提供最大CIR方法、比例公平(Proportional fairness)方法、以及类似基于接收SIR的高速分组调度方法作为调度算法。例如，在以下文献中公开的信息A.Jalali，R.Padovani和R.Pankaj，“Data Throughput of CDMA-HDR a HighEfficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System”，IEEE VTC2000-春季，2000年五月，1854-1858页。
使用终端MSm进行发射束通知的发射束Tn(m)来分配发射束4(步骤S51)，其中n是至多等于或小于Ns(m)的自然数。如果发送了多个发射束4，即，如果Ns(m)＞1，则空间上多路发射(SDM)不同的数据流。
确定是否存在进行与所分配终端MSm的发射束4具有低相关性的发射束通知的终端MSm(步骤S52)。即，基于已分配的发射束Tn(m)和第一终端MSm而计算要新分配的终端MSm与已分配的发射束之间的相互干扰量I(m，l)，如表达式(10)所示，并且确定干扰量I(m，l)是否等于或小于预定值。
I(m,l)=Σk=1Ns(l)Σn=1NaPnk(m,l)|Tn(m)HTk(l)|2---(10)]]>其中，Pnk(m，l)是使用发射束Tn(m)的发射功率与使用发射束Tk(l)的发射功率之间的比值，而Na表示已分配的发射束4的总数。在此，计算当较小的发射功率作为分母时的比值，以估计相互干扰量。
如果相互干扰量I(m，l)等于或小于预定值，则采用相应终端作为分配候选终端(步骤S53)。如果存在两个或多个分配候选终端，则分配具有最大接收质量的终端MSm在分配操作完成后，处理返回到步骤S52，并重复类似处理，以确定将通过空分多路复用方式连接的终端MSm。当在步骤S52未确定存在进行具有低相关性的发射束通知的终端MSm，则终止处理。
作为另一方法，当执行SDMA时，通过空分多路复用方式同时连接的终端的上限数目可以是预先固定的。因此，降低了无线通信系统的吞吐量，但能降低当搜索能通过空分多路复用方式同时连接的终端MSm时的计算量和连接的延迟。因为表达式(10)中的项Tn(m)H·Tk(l)仅在已知预定组合中才存在，所以可采用以下方法预先创建计算结果表，并选择发送发射束4(其等于或小于预定值相互干扰量I(m，l)乘以发射功率比Pnk(m，l))的终端MSm。因此，能降低当搜索能通过空分多路复用方式同时连接的终端MSm时的计算量和连接的延迟。
在确定了要通过空分多路复用方式连接的终端MSm后，空分多路复用信息通知装置25通知终端MSm将开始专用数据发射并执行SDMA，发送关于在通过空分多路复用方式同时连接的不同终端中使用的发射束4的信息、以及关于在终端MSm中归一化的不同终端中使用的信号功率的信息(图3中的步骤S5A)。由此，空分多路复用信息数据串生成装置28生成预定格式的控制信息，并且多路复用装置29多路复用专用数据发射装置24的输出数据。发射部件30对由多路复用装置29输出的基带信号执行频率转换、带限处理、以及放大处理，以生成高频信号，并通过基站天线20发射该高频信号。多路复用装置29使用时分多路复用、频分多路复用、码分多路复用等多路复用空分多路复用信息数据串。
专用数据发射装置24对到一个或多个分配的预定终端的发射数据执行预定发射线路编码、调制以及交织，以生成发射数据串26。束形成部件27将发射数据串26乘以形成预先发送的发射束的发射权，并输出。如果将多个发射束4分配到一个终端MSm，则空间上多路发射(SDM)不同的数据流。作为另一方法，可对数据流执行时空编码，并可使用不同的束来执行发射。在此情况下，数据率降低，但空间分集效应或编码增益可改善通信质量。
图9是示出用于使用SDMA或SDM的空分多路复用发射的帧结构的图。帧由导频信号30、用户控制信息31以及对每个终端MSm的专用数据串32构成。两类帧结构可用于用户控制信息31不发射用于用户控制信息31的方向性的帧结构(见图9(a))、以及发射用于用户控制信息31的方向性的帧结构(见图9(b))。使用所分配的不同发射方向性而发射专用数据串32。基于该信息计算(图3中的步骤S6)用来分离和接收在每个终端MSm中的、在来自基站设备1的下行链路中发射(图3中的步骤S7)的、对每个终端MSm的专用数据信号的不同用户干扰消除权，并执行对每个终端MSm都不同的专用数据的接收处理(图3中的步骤S8)。
如下执行SDM兼容终端2-m的专用数据接收处理首先，在接收天线40处接收来自基站设备1的高频信号。接收部件41将所接收的高频信号转换为基带信号。信道状态估计装置43估计作为信道状态的信道矩阵。空间多路分离装置49基于信道状态估计装置43的输出，从被空间多路复用并被发送到主终端或不同终端的信号中分离和接收任何想要的信号。数据提取装置50从空间多路分离装置49的输出信号中提取发射数据，并进一步执行解调处理、解交织处理、以及发射线路错误校正编码处理，以恢复发射数据。除数据预先装置60以不同于数据提取装置50的方式操作外，SDM不兼容终端3的专用数据接收处理与SDM终端2的相同。
接着，将单独地详细讨论在接收信道的数目是2个或更多个的情况下、以及在接收信道数目是1个的情况下的终端MSm的接收操作。
(α)当终端MSm中的接收信道的数目是两个或更多个时(SDM兼容终端2的空间多路分离装置49的操作)在此情况下，将终端MSm接收的信号ym(t)表示为如表达式(11)所示，其中t表示时间，ym(t)是具有与接收信道的数目Ns(m)一样多的元素的列向量，xm(t)是具有Ns(m)个元素的列向量且表示到终端MSm的发射数据，zj1(t)是表示到除终端MSm外的终端MSj的发射数据且具有Ns(j)个元素的列向量，而Pj1表示被从基站设备1报告的终端MSm的发射功率归一化的、且在不同终端MSj中使用发射束T1(j)发射的信号功率。在表达式(11)中，第二项表示终端MSm的干扰成分。因此，如果根据MMSE(最小方差准则)准则计算出最小化干扰、即最大化SINR的权，则获得表达式(12)所示的干扰消除权G(m)，其中Zi由表达式(13)表示。
ym(t)=H(m)[T1(m)...TNs(m)]xm(t)+H(m)Σj=1Nu[Pj1T1...PjNs(l)TNs(l)(j)]zjl(t)---(11)]]>[表达式12]G(m)＝[ZiZiH+σ2I]-1(H(m)[T1(m)...TNs(m)(m))]) (12)[表达式13]
Zi=Σj=1NuH(k)[PjlT1(j)...PjNs(l)TNs(l)(j)]---(13)]]>因此，如表达式(14)所示，将接收信号ym(t)乘以所获得的干扰消除权G(m)，以减少干扰成分，然后基于所发射的信号丛sk的信息、通过最大似然估计来检测信号，以分离和接收经空间多路发射的信号sm(t)，如表达式(15)所示。
dm(t)＝GH(m)y(m)(t)(14)[表达式15]sm(t)=arg{sk|minsk∈cML|dm(t)-GHH(m)[T1(m)...TNs(m)(m)]s,k|2}---(15)]]>(β)当终端MSm中的接收信道的数目是1时(SDM不兼容终端3的数据提取装置60的操作)在此情况下，在终端MSm中不能执行使用空间灵活性的干扰消除，从而，数据提取装置60首先在表达式(16)中的指示干扰成分的第二项中检测最大干扰成分。即，如表达式(17)所示，如果到不同终端MSm的发射束4和到主终端的发射束4的内积乘以发射功率比值变为最大，则其变为最大干扰成分，并由此执行考虑了变为干扰成分的信号丛的最大似然估计方法。这意味着通过如表达式(18)所示的最大似然估计来检测信号。对所检测的输出信号执行解交织处理和发送线路错误校正编码处理，以恢复发射数据。
(J,L)=arg{j,l|maxj,l(PjlT1H(m)Tl(j))}---(16)]]>[表达式17]ym(t)=H(m)T1(m)xm(t)+H(m)Σj-1[Pj1T1(j)...PjNs(l)TNs(l)(j)]zjl(t)]]>≈H(m)T1(m)xm(t)+H(m)PJLTL(J)zJL(t)---(17)]]>[表达式18]sm(t)=argminsk∈CML|ym(t)-{H(m)T1(m)xm(t)+H(m)PJLTL(J)zJL(t)}|2---(18)]]>作为另一方法，基站设备可发送在表达式(16)中找到的结果。因此，可提供能够降低终端MSm的计算量的优点。作为另一方法，终端3可仅在终端的接收SINR超过预定值时才基于根据表达式(18)的最大似然估计执行包括干扰信号的检测处理。
根据该操作，在本实施例中，当确定在SDMA时间所需的发射束4时，消除了对反馈信道估计值或发射权本身的需要，并且可降低信息量，由此提高发射效率。因为通过反馈来确定发射束4，所以在基站设备1中，用于排除由阵列串之间的硬件引起的偏差的影响的校准电路变得不再必要，并且可简化基站设备1的配置并降低成本。如果在SDMA时间存在相同信道干扰，则终端MSm执行用于降低干扰的操作，从而可选择发射束4而不会削弱阵列增益。
可采用本实施例，而不管是面向连接的还是分组数据交换发射。在本实施例中，可增加发射功率控制，使得空间多路复用终端MSm中的接收质量变为恒定。可通过测量SIR的索引等(例如，作为终端MSm中的接收质量)、向基站设备1发送该索引、并基于该索引控制来自基站设备1的发射功率而实现这一点。
在第一实施例中，在发射权候选选择的操作期间，使用表达式(4)或(7)选择具有最大相关性的发射束4；然而，作为另一方法，可向基站设备1发送具有如表达式(19)或(20)所示的最小相关性的发射束4的通知。因此，基站设备1可消除对基于表达式(10)确定是否存在进行具有低相关性的发射束通知的终端MSm的操作的需要。即，选择由基于特定调度算法而优先分配的终端MSm作为发射束4发送的、具有最小相关性的发射束4的终端MSm被采用为分配候选，由此使得使用表达式(10)的搜索不再必要。
Gn(m)=arg{wn|mink(|H(m)wn|2)}---(19)]]>[表达式20]Gn(m)=arg{wk|mink(wkHvn)}---(20)]]>在图3的程序中，如果在从分配发射终端开始的足够短的时间段内，再次分配相同的终端MSm，则假定终端MSm的移动足够缓和，并且传播环境的变化较小，并且可采用跳过步骤S1到S4、使用在步骤S4A处的预先发射束请求和接收质量通知结果的程序。在此情况下，可通过在基站设备1中提供临时存储装置而实现该程序。因此，当跳过步骤S1到S4时，可缩短除专用数据发射时间外的时间，并由此可改善专用数据发射效率。
图10是示出第二实施例中的基站设备1和不同的第m终端MSm的处理程序的图。第二实施例中的处理是其中改变了上述第一实施例的、图3所示的部分处理程序的处理，由此，在第二实施例中由相同的步骤编号指示与第一实施例中的步骤相同的步骤，并仅讨论与第一实施例中的处理不同的处理。基站设备1和终端2与3的配置与第一实施例中的相同，因此将不再次讨论。在随后的说明中，示出了在基站设备1和终端之间建立帧同步和码元同步之后的操作，而未示出同步建立操作。
首先，基站设备1包括Nt个基站天线20和发射部件30-1到30-Nt，并从每个发射部件使用预定数目Nd个不同发射束Wk来发射由预定数目的码元Np(在下文中，将其称为束专用导频信号BPk(t))构成的已知信号串(步骤S90)。在此，k是基站设备1中发射束的编号，且k＝1，2，..，Nd，其中t＝1，...，Np。
根据与图4所示的天线专用导频信号30相似的帧结构来发射束专用导频信号BPk(t)。这意味着该帧结构是其中用束专用导频信号替换了图4中的天线专用导频信号30的帧结构。天线专用导频信号30和束专用导频信号的不同在于，从每个天线元件分离地发射天线专用导频信号30，而在束专用导频信号中，对每个束发射不同的专用导频信号。通过将方向性几乎相等的天线乘以发射权而提供发射束4；还可通过使用具有不同方向性的多个天线来提供。在此，将使用发射束4讨论前一方法，但还可将后一方法以类似的方式应用于本实施例。
通信区域5中存在的终端MSm对在信道状态估计装置43中使用在接收天线40和接收部件41-1到41-Ns处接收的信号(步骤S91)，对每个束，执行对每个基站天线发射的束专用导频信号BPk(t)的信道估计。通信区域5中存在的第m终端具有Ns(m)个天线和Ns(m)个接收信道，并可使用最大N(m)个空分多路复用信道来执行SDM接收。在此，“m”是等于或小于通信区域5中存在的终端数目Nms的自然数。
第m SDM不兼容终端3变为Ns(m)＝1，而第一SDM兼容终端2变为Ns(1)＞1。对第k束专用导频信号BPk(t)，执行第j天线处的接收结果与第m终端MSm中的接收信道之间的相关性操作rj，k(m)(t)(其中j＝1，...，N(m))以及在终端MSm中生成的束专用导频信号BPk(t)的复本，由此计算传播线路的信道估计值hm(j，k)，如表达式(21)所示。
hm(j,k)=1NpΣt-1NpBPk*(t)rj,k(m)(t)---(21)]]>其中，*是执行复共轭的运算符。所获得的信道估计值hm(j，k)被表示为具有j行和k列元素的信道矩阵，如表达式(22)所示。在此，在SDM不兼容终端3中，Ns(m)＝1，从而，在此情况下的信道矩阵H(m)变为行向量。
可保存束专用导频信号BPk(t)的两个或更多个接收结果，并执行平均处理。在此情况下，如果终端的移动速度足够小，则可降低噪声的影响，并有可能提高信道估计质量。最后，总共计算与(束专用导频信号的数目Nd)×(终端MSm的天线数目Ns(m))一样多的基于第m终端MSm的信道估计值。
在每个终端MSm中，发射权选择装置44使用所计算的信道估计值，从发射束候选中选择最多Ns(m)个发射束4(步骤S92)。作为发射束候选，根据与第一实施例中相似的方法，基站设备1和终端MSm预先作为基站发射权表而共享来自基站设备的预定发射权候选Wn，其中n是等于或小于预定数Nb的自然数。
尽管假定基站设备1和终端MSm预先共享来自基站设备、作为基站发射权表的预定发射权候选Wn，但终端MSm可向基站设备1发送最优发射束4的信息。在此情况下，将要发送的信息的量增加，但这使得可以优化通信质量。
为在步骤S92选择发射束候选，操作根据第m终端MSm中的接收信道Ns(m)的数目是值1还是值2或更多而不同。示出了发射束候选选择方法。
(α)当Ns(m)＝1在此情况下，从基站发射权表中的发射权候选Wn中选择在终端MSm中具有达到最大值的接收功率、SNR、SIR、或SINR的发射权。为作为选择索引而使用SNR，例如，选择满足表达式(23)的最大值k＝k0的发射权T1(m)＝Wk0。在此，k是等于或小于预定值Nb的自然数。Nk(m)指示第k发射权候选Wk中的接收噪声功率，并根据表达式[24]计算。
k0=arg{k|maxk=1,...,Nd[|hm(1,k)|2Nk(m)]---(23)]]>[表达式24]Nk(m)=1NpΣt=1Np|BPk*(t)rj,k(m)(t)-hm(1,k)|2---(24)]]>(β)当Ns(m)≥2在此情况下，从基站发射权表中的发射权候选Wn中选择在第m终端MSm中具有达到最大值的接收功率、SNR、SIR、或SINR的发射权。为作为选择索引而使用SNR(其根据用于在第m终端MSm中执行最大比值合并(combining)的发射束而获得)，例如，使用满足表达式(25)的评价方程fm(Wk)。选择根据评价方程fm(Wk)的、超出预定值的评价值的高阶Ns(m)发射权Tn(m)。在此，n是等于或小于预定值Ns的自然数。
fm(Wk)=Σj=1Ns(m)|hm(j,k)|2---(25)]]>接着，在每个终端Ns(m)中，接收质量检测装置42对具有所选发射束4的发射预测并估计接收质量(步骤S93)。作为接收质量，可使用可根据表达式(25)给出的、根据用于执行最大比值合并的发射束而获得的SNR。可替换地，估计根据用于执行最大比值合并的发射束而获得的干扰噪声功率的离差(dispersion)，由此可使用SIR或SINR。
接着，控制信息生成装置45基于发射权选择装置44的输出和接收质量检测装置42的输出而生成控制信息。专用数据生成部件46输出通过为对终端唯一的数据信号执行预定发射线路编码和调制而提供的信号。发射部件47将基于控制信息生成装置45的输出和专用数据生成部件46的输出而形成的预定帧格式下的发射数据串的基带信号转换为经受带限处理和放大处理的高频信号，并从发射天线48发射该高频信号。
由此，每个终端MSm向基站设备1发射关于由每个终端MSm提供的发射束Tn(m)(其中n＝1到Nb(m))、以及接收质量的通知(步骤S91)。在此情况下，作为控制信息生成装置45中的控制信息，发射束通知使用基站设备1和终端MSm之间共享的基站发射权表中的编号。因此，仅仅发射束编号的信息需要被发射，由此可减小进行发射束通知的信息量。
对于接收质量，还可在发射设备1与终端MSm之间共享经适当量化的接收质量表，以使用接收质量表中的编号来进行接收质量通知。因此，这使得可以减小到仅仅预定数目的量化比特的信息量。
作为另一个关于接收质量的通知方法，还可在基站设备1和终端MSm之间共享基于所测接收质量的、将多级调制计数和编码率相互关联的多级调制编码率表，以使用多级调制编码率表中的编号来进行接收质量通知。因此，可减小进行接收质量通知时的信息量。
基站设备1在基站天线20处接收从终端MSm发射的高频信号，并在接收部件21中执行该高频信号的频率转换处理，以生成基带信号。控制信息提取装置22从所接收的基带信号中提取从终端MSm发送的控制信息。
终端分配装置23考虑来自每个终端MSm的发射束通知而分配用来通信的终端MSm(步骤S95)。终端MSm的分配处理与上述第一实施例中的相似。
在确定要连接的终端MSm之后，空分多路复用信息通知装置25通知终端MSm将开始专用数据发射并执行SDMA，发送关于在通过空分多路复用方式同时连接的不同终端中使用的发射束4的信息、以及关于在终端MSm中归一化的不同终端中使用的信号功率的信息(步骤S96)。由此，空分多路复用信息数据串生成装置28生成预定格式的控制信息，并且多路复用装置29多路复用专用数据发射装置24的输出数据。发射部件30对由多路复用装置29输出的基带信号执行频率转换、带限处理、以及放大处理，以生成高频信号，并通过基站天线20发射该高频信号。多路复用装置29使用时分多路复用、频分多路复用、码分多路复用等多路复用空分多路复用信息数据串。
专用数据发射装置24对到一个或多个分配的预定终端的发射数据执行预定发射线路编码、调制以及交织，以生成发射数据串26。束形成部件27将发射数据串26乘以形成预先发送的发射束的发射权，并输出。如果将多个发射束4分配到一个终端MSm，则空间上多路发射(SDM)不同的数据流。作为另一方法，可对数据流执行时空编码，并可使用不同的束来执行发射。在此情况下，数据率降低，但空间分集效应或编码增益可改善通信质量。
如上述第一实施例所示，图9显示用于使用SDMA或SDM的空分多路复用发射的帧结构的图。帧由导频信号30、用户控制信息31以及对每个终端MSm的专用数据串32构成。两类帧结构可用于用户控制信息31不发射用于用户控制信息31的方向性的帧结构(见图9(a))、以及发射用于用户控制信息31的方向性的帧结构(见图9(b))。使用所分配的不同发射方向性而发射专用数据串32。
基于该信息计算用来分离和接收在每个终端MSm中的、在来自基站设备的下行链路中发射的、每个终端MSm的专用数据信号的不同用户干扰消除权(步骤S97)，并当执行专用数据的束发射(步骤S98)时，执行对每个终端MSm都不同的专用数据的接收处理(步骤S99)。
如下执行SDM兼容终端2-m的专用数据接收处理首先，在接收天线40处接收来自基站设备1的高频信号。接收部件41将所接收的高频信号转换为基带信号。信道状态估计装置43估计作为信道状态的信道矩阵。空间多路分离装置49基于信道状态估计装置43的输出，从被空间多路复用并被发送到主终端或不同终端的信号中分离和接收任何想要的信号。数据提取装置50从空间多路分离装置49的输出信号中提取发射数据，并进一步执行解调处理、解交织处理、以及发射线路错误校正编码处理，以恢复发射数据。除数据预先装置60以不同于数据提取装置50的方式操作外，SDM不兼容终端3的专用数据接收处理与SDM终端2的相同。
接着，将单独地详细讨论在接收信道的数目是2个或更多个的情况下、以及在接收信道数目是1个的情况下的终端MSm的接收操作。
(α)当终端MSm中的接收信道的数目是两个或更多个时(SDM兼容终端2的空间多路分离装置49的操作)在此情况下，将终端MSm接收的信号ym(t)表示为如表达式(26)所示，其中t表示时间，ym(t)是具有与接收信道的数目Ns(m)一样多的元素的列向量，xm(t)是具有Ns(m)个元素的列向量且表示到终端MSm的发射数据，zj1(t)是表示到除终端MSm外的终端MSj的发射数据且具有Ns(j)个元素的列向量，Pj1表示被从基站设备1报告的终端MSm的发射功率归一化的、且在不同终端MSj中使用发射束T1(j)发射的信号功率，而hm(Tn(m))表示在表达式(22)所示的信道矩阵中在发射时具有所选发射权Tn(m)的信道响应向量，并指示对应于信道矩阵H中的Tn(m)的发射束的时间的行向量。
在表达式(26)中，第二项表示终端MSm的干扰成分。因此，如果根据MMSE(最小方差准则)准则计算出最小化干扰、即最大化SINR的权，则获得表达式(27)所示的干扰消除权G(m)，其中Zi由表达式(28)表示。
ym(t)=[hm(T1(m))...hm(TNs(m)(m))]xm(t)+Σj=1Nu[Pj1hm(T1(j))...PjNs(l)hm(TNs(l)(j))]zjl(t)---(26)]]>[表达式27]G(m)＝[ZiZiH+σ2I]-1(hm(T1(m))...hm(TNs(m)(m))) (27)[表达式28]Zi=Σj=1Nu[Pj1hm(T1(j))...PjNs(l)hm(TNs(l)(j))]---(28)]]>因此，如表达式(14)所示，将接收信号ym(t)乘以所获得的干扰消除权G(m)，以减少干扰成分，然后基于所发射的信号丛sk的信息、通过最大似然估计来检测信号，以分离和接收经空间多路发射的信号sm(t)，如表达式(15)所示。
(β)当终端MSm中的接收信道的数目是1时(SDM不兼容终端3的数据提取装置60的操作)在此情况下，在终端MSm中不能执行使用空间灵活性的干扰消除，从而，数据提取装置60首先在表达式(26)中的指示干扰成分的第二项中检测最大干扰成分。即，如表达式(29)所示，如果到不同终端MSm的发射束4和到主终端的发射束4的内积乘以发射功率比值变为最大，则其变为最大干扰成分，并由此执行考虑了变为干扰成分的信号丛的最大似然估计方法。即，通过如表达式(30)所示的最大似然估计来检测信号。对所检测的输出信号执行解交织处理和发送线路错误校正编码处理，以恢复发射数据。
作为另一方法，基站设备可发送根据表达式(29)而找到的结果。因此，可提供能够降低终端MSm的计算量的优点。作为另一方法，终端3可仅在终端的接收SINR超过预定值时才基于根据表达式(30)的最大似然估计执行包括干扰信号的检测处理。
(J,L)=argmaxj,l{PjlT1H(m)Tl(j)}---(29)]]>[表达式30]
ym(t)=hm(T1(m))xm(t)+Σj=1Nu[Pj1hm(T1(j))...PjNs(l)hm(TNs(l)(j))]zjl(t)]]>≈hm(T1(m))xm(t)+PJLhm(TL(J)zJL(t))---(30)]]>[表达式31]sm(t)=argminsk⋐CML|ym(t)-{hm(T1(m))xm(t)+PJLhm(TL(J))zJL(t)}|2---(31)]]>由此，在第二实施例中，如果对每个不同的发射束发射束专用导频信号，则当确定了在SDMA时间所需的发射束4时，也消除了对反馈信道估计值或发射权本身的需要，并且也可降低信息量。因为通过反馈来确定发射束4，所以在基站设备1中，用于排除由构成多个基站天线20的阵列串之间的硬件引起的偏差的影响的校准电路变得不再必要，并且可简化基站设备1的配置并降低成本。如果在SDMA时间存在相同信道干扰，则终端MSm执行用于降低干扰的操作，从而可选择发射束4而不会削弱阵列增益。
可采用第二实施例，而不管是面向连接的还是分组数据交换发射。在第二实施例中，可增加发射功率控制，使得空间多路复用终端MSm中的接收质量变为恒定。可通过测量例如SIR的索引等作为终端MSm中的接收质量、向基站设备1发送该索引、并基于该索引控制来自基站设备1的发射功率而实现这一点。
在第二实施例中，在发射权候选选择的操作期间，使用表达式(23)或(25)选择具有最大相关性的发射束4；然而，作为另一方法，可向基站设备1发送具有如表达式(32)或(33)所示的最小相关性的发射束4的通知。因此，基站设备1可消除对基于表达式(11)确定是否存在进行具有低相关性的发射束通知的终端MSm的操作的需要。即，选择由基于特定调度算法而优先分配的终端MSm作为发射束4发送的、具有最小相关性的发射束4的终端MSm被采用为分配候选，由此使得使用表达式(10)的搜索不再必要。
Gn(m)=arg{wk|mink=1,...,Nd[|hm(1,k)|2Nk(m)]}---(32)]]>[表达式33]Gn(m)=arg{wk|mink=1,...,Ndfm(Wk)}---(33)]]>
在图10的程序中，如果在从分配发射终端开始的足够短的时间段内，再次分配相同的终端MSm，则假定终端MSm的移动足够缓和，并且传播环境的变化较小，并且可采用跳过步骤S90到S94、使用在步骤94处的预先发射束请求和接收质量通知结果的程序。在此情况下，可通过在基站设备1中提供临时存储装置而实现该程序。因此，当跳过步骤S90到S94时，可缩短除专用数据发射时间外的时间，并由此可改善专用数据发射效率。
图11是示出第三实施例中的基站设备1和不同的第m终端MSm的处理程序的图。第三实施例中的处理是其中改变了上述第二实施例的、图10所示的部分处理程序的处理，由此，在第三实施例中由相同的步骤编号指示与第二实施例中的步骤相同的步骤，并仅讨论与第二实施例中的处理不同的处理。第三处理中的处理与第二实施例中的处理的不同之处主要在于两点。作为一个不同点，尽管在第二实施例中的步骤S91处计算对每个束的信道估计值，但可容易地将接收功率估计为第m终端MSm中的每个发射束的接收质量(步骤S91A)，并且请求给出高阶发射功率的Ns(m)个发射束4(步骤S92)。
作为另一不同点，在分配了向其发射数据的终端MSm(步骤S95)之后，在专用数据发射通知、信号功率比值通知、以及空分多路复用不同用户发射权通知时的空分多路复用不同用户发射权通知中，在从对每个用户(对每个终端)不同的导频串信号发射的用户专用导频信号的束发射时，发送针对不同用户的离散导频信号的串编号的通知(步骤S96A)。
基于所发送的信息，在终端MSm中，对从基站发射的用户专用导频信号的束发射信号执行主用户和不同用户的信道估计(步骤S95A)，由此计算根据对应于表达式(26)中第一项的、经空分多路复用的针对主用户的发射束4的信道估计向量、以及对应于表达式(26)中第二项的针对不同用户的信道估计向量hm(Tn(m))(步骤S97A)。此后，计算不同用户干扰消除权(步骤s 97)，并当在基站设备1中执行专用数据的束发射(步骤S98)时，执行终端MSm中的专用数据的接收(步骤S99)。该处理与第一实施例中的相似。
由此，在第三实施例中，可容易地将接收功率估计为第m终端MSm中的每个发射束的接收质量，并且请求给出高阶发射功率的Ns(m)个发射束4，由此降低终端MSm中的计算量。因为消除了对计算精确相位信息的需要，所以可缩短在步骤S90处发射的每个束的导频信号的串长度。
在图11的程序中，如果在从分配发射终端开始的足够短的时间段内，再次分配相同的终端MSm，则假定终端MSm的移动足够缓和，并且传播环境的变化较小，并且可采用跳过步骤S90到S94、使用在步骤S94处的预先发射束请求和接收质量通知结果的程序。在此情况下，可通过在基站设备1中提供临时存储装置而实现该程序。因此，当跳过步骤S90到S94时，可缩短除专用数据发射时间外的时间，并由此可改善专用数据发射效率。
如上所述，根据本实施例，当进行基于SDMA的无线通信时，基站设备将关于其他空分多路复用的用户的发射信息发送到每个空分多路复用的终端，由此使得可以排除终端中的不同用户干扰信号。由此，当基站设备发射方向束时，可以形成允许不同终端之间的干扰的发射束，从而，可使用发射阵列天线中的空间灵活性来改善通信质量。由此，可改善发射阵列增益，并可改善下行链路的系统容量。来自基站设备的发射束是预定的多束，并且终端和基站设备共享基站发射权表，由此可通过带有减小的反馈信息量的反馈信息而对发射方向性执行控制，并且可使得基站设备中的校准电路不再必要。由此，可简化基站设备的配置，并可提供低成本的基站设备。如果被空分多路复用的终端遇到能够空分多路复用(SDM)的终端，则响应于传播环境而分配多个发射束权，由此可以在执行SDM时执行SDMA。由此，在本实施例的无线通信系统中，提高了发射束形成的灵活性，并可以改善接收质量和系统容量。此时，可降低无线通信系统中的反馈量，可使得校准电路不再必要、并可采用SDMA技术而不削弱阵列增益。
尽管已参考具体实施例详细说明了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变化和修改。
本发明基于在2004年5月20日提交的日本专利申请(2004-150137)、以及在2005年3月28日提交的日本专利申请(2005-092544)，其在此通过引用合并。
工业实用性本发明具有如下优点当使用空分多址进行无线通信时，终端可排除到空分多路复用的不同终端的发射信号、即干扰信号，因而允许到不同终端的发射束之间的干扰，由此束形成可以对阵列增益的通信质量等的改善作出贡献，并且可以改善系统容量；本发明可用于无线通信系统、无线通信方法、基站设备、终端、以及使用空分多址进行无线通信的类似方法和装置。
权利要求
1.一种基站设备，用于在下行链路中进行与终端的空分多址，该基站设备包括空分多路复用信息通知装置，用于向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射装置，用于在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射。
2.如权利要求1所述的基站设备，还包括发射权生成装置，用于生成用于到空分多路复用终端的专用数据发射的发射权，其中，空分多路复用信息包括所生成的发射权的信息。
3.如权利要求1所述的基站设备，其中从已知发射权候选中选择的一个被采用为发射权，以及其中空分多路复用信息包括所选发射权的标识编号的信息。
4.如权利要求1所述的基站设备，其中空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
5.如权利要求1所述的基站设备，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
6.如权利要求1所述的基站设备，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
7.如权利要求1所述的基站设备，其中空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
8.一种终端，用于在下行链路中进行与基站设备的空分多址，该终端包括空分多路复用信息接收装置，用于接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除装置，用于基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收装置，用于通过干扰消除装置接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
9.如权利要求8所述的终端，其中，如果终端具有多个天线，则干扰消除装置根据最小方差准则生成接收权，并且，专用数据接收装置基于最大似然估计，接收通过以该接收权对针对该终端的专用数据信号进行加权而提供的信号。
10.如权利要求8所述的终端，其中干扰消除装置生成包括到经空分多路复用的不同终端的干扰信号的发射信号复本的候选，并且，专用数据接收装置基于使用所生成的发射信号复本的候选的最大似然估计，接收针对该终端的专用数据信号。
11.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括由基站设备生成的、用于到经空分多路复用的终端的专用数据发射的发射权的信息。
12.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括由基站设备从已知发射权候选中选择的发射权的标识编号的信息。
13.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
14.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
15.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
16.如权利要求8所述的终端，其中空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
17.一种无线通信系统，用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址，其中该基站设备包括空分多路复用信息通知装置，用于向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射装置，用于在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射，以及其中该终端包括空分多路复用信息接收装置，用于接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除装置，用于基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收装置，用于通过干扰消除装置接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
18.一种无线通信方法，用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址，其中，在基站设备中，该方法包括空分多路复用信息通知步骤，向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射步骤，在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射，以及其中，在终端中，该方法包括空分多路复用信息接收步骤，接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除步骤，基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收步骤，通过干扰消除步骤接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
19.一种无线通信方法，用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址，其中，在基站设备中，该方法包括空分多路复用信息通知步骤，向终端发送关于不同终端及该终端的空分多路复用信息；以及专用数据发射步骤，在发送空分多路复用信息之后，基于该空分多路复用信息，使用对应于每个终端的发射权来执行专用数据发射。
20.一种无线通信方法，用于在从基站设备到终端的下行链路中进行空分多址，其中，在终端中，该方法包括空分多路复用信息接收步骤，接收从基站设备发送的、关于与该终端一起空分多路复用的不同终端的空分多路复用信息；干扰消除步骤，基于所接收的空分多路复用信息而降低到经空分多路复用的所述不同终端的发射信号成分；以及专用数据接收步骤，通过干扰消除步骤接收针对终端的、从基站设备发射的专用数据信号。
21.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括由基站设备生成的、用于到经空分多路复用的终端的专用数据发射的发射权的信息。
22.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括由基站设备从已知发射权候选中选择的发射权的标识编号的信息。
23.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括到终端的发射功率的信息。
24.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的发射格式有关的信息。
25.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括与用于到终端的专用数据发射的调制级和编码率中的至少一个有关的信息。
26.如权利要求20所述的无线通信方法，其中空分多路复用信息包括被发射到终端的用户专用导频信号串的信息。
27.如权利要求20所述的无线通信方法，还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态，并由终端基于传播信道状态预先发送用于终端的下行链路中的发射权的通知。
28.如权利要求20所述的无线通信方法，还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态；基于该传播信道状态，从权候选中选择在用于终端的下行链路中的发射权；以及由终端预先向基站设备发送所选发射权的通知。
29.如权利要求28所述的无线通信方法，其中所述选择发射权的步骤包括以下步骤选择预定数目的具有与对应于以奇异值的降序排列的奇异值的右侧奇异向量的最大内积的发射权候选，其中通过分解作为检测传播信道状态的结果而获得的信道矩阵来获得奇异值。
30.如权利要求20所述的无线通信方法，还包括，在空分多路复用信息通知步骤之前的步骤预先检测下行链路中的传播信道状态，并基于该传播信道状态由终端向基站设备发送接收质量信息；以及基于发射权和接收质量信息，分配用来在下行链路中进行空分多址的终端。
31.如权利要求30所述的无线通信方法，其中分配用来在下行链路中进行空分多址的终端的步骤是以下步骤如果存在多个使用其与用于优选分配的终端的发射权的相关性低于预定值的发射权的可发射终端，则选择具有最佳接收质量的终端，并将所选终端分配为用来进行空分多址的终端。
全文摘要
提供了一种在执行使用空分多址连接的无线电通信时、能够排除到同时执行连接的、从而导致干扰信号的另一终端装置的发射信号的无线电通信系统。基站装置(1)向同时连接的终端装置MS
文档编号H04B7/08GK1957548SQ20058001618
公开日2007年5月2日 申请日期2005年4月20日 优先权日2004年5月20日
发明者岸上高明, 中川洋一 申请人:松下电器产业株式会社