专利名称：无线通信方法和系统以及接收机设备和发送机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信方法、无线通信系统、接收机设备以及发送机设备。本发明具体地涉及多输入多输出无线通信技术，其中使用两个或更多个发送机和接收机天线来进行信号传输。
背景技术：
近年来，作为通过有效使用多个频带而使得可以进行大容量(高速)数据通信的技术，MIMO(多输入多输出)获得了极大的关注。MIMO使用了位于发送机和接收机端的多个天线。从发送机的多个天线发送独立的多个数据流。使用传播路径(信道)估计值，从接收机的各个接收机天线所接收到的信号中分离出在传播路径上混合的多个传输信号(数据流)，由此在不增大频带的情况下提高了传输速率。
例如，图15示出了其中设置了两个发送机天线和两个接收机天线的MIMO通信系统的结构。在图15中，xj(j＝1，2)表示各个发送机天线Txj的发送信号；yi(i＝1，2)表示各个接收机天线Rxi的接收信号；hij表示发送机天线Txj与接收机天线Rxi之间的信道。
即，在这种情况下，接收机天线Rx1和Rx2通过信道h11和h21来接收从天线Tx1发送的发送信号x1。另一方面，接收机天线Rx1和Rx2通过信道h12和h22来接收从天线Tx2发送的发送信号x2。因此，在发送信号向量X(x1，x2)和接收信号向量Y(y1，y2)之间建立了由以下方程(1)表示的关系。
Y=y1y2=h11h12h21h22x1x2=HX...(1)]]>在该方程(1)中，将由h11、h12、h21和h22形成的矩阵H称为信道矩阵。此处，忽略了噪声分量的影响。
在接收机端执行MIMO信号分离有多种方法，例如使用信道相关矩阵的逆矩阵的方法，以及使用MLD(最大似然检测)算法的方法。下面将对使用信道相关矩阵的逆矩阵的情况进行说明。现在，通过以下方程(2)和(3)来定义信道相关矩阵R和相关向量Z。
R＝H*H (2)Z＝H*Y (3)在这些方程(2)和(3)中，H*表示信道矩阵H的复共轭转置。通过以上方程(1)至(3)可以创建以下方程(4)和(5)。
Z＝RX (4)X＝R-1Z (5)这样，通过用信道相关矩阵R的逆矩阵R-1乘以相关向量Z，可以再现出发送信号向量X。
接下来，将参照图16和图17，对现有MIMO通信系统的结构进行说明。以下对设置了两个发送机天线和两个接收机天线的情况进行说明。
图16是表示现有MIMO通信系统中的MIMO发送机的结构的框图；图17是表示现有MIMO通信系统中的MIMO接收机的结构的框图。图16的MIMO发送机100包括两个发送机天线105-1和105-2；分别为各个发送机天线105-1和105-2设置的发送缓冲器101-1和101-2、编码单元102-1和102-2、调制单元103-1和103-2，以及无线发送机单元(Tx)104-1和104-2；重传控制单元106。图17的MIMO接收机200包括两个接收机天线201-1和201-2；分别为各个接收机天线201-1和201-2设置的无线接收机单元(Rx)202-1和202-2、接收缓冲器204-1和204-2、组合单元205-1和205-2、解码单元206-1和206-2，以及错误检测单元207-1和207-2；MIMO信号分离和解调单元203；OR运算单元208；以及信道估计单元209。
此处，在图16的MIMO发送机100中，发送缓冲器101-i(i＝1，2)临时保存为重传控制而准备的发送数据(数据流#i)。编码单元102-i对来自发送缓冲器101-i的发送数据执行指定的纠错编码，例如turbo编码。调制单元103-i通过将从编码单元102-i发送的比特映射为具有信号点的码元，来执行调制，例如QPSK(正交相移键控)或16 QAM(正交幅值调制)。在这种情况下，调制单元103-i不仅对数据码元，而且对在信道估计时使用的导频码元以及用于传送控制信息的控制码元执行复用处理。
无线发送机单元104-i将来自调制单元103-i的调制信号(基带信号)转换(上转换)为无线(RF)信号，然后将其从发送机天线105-i发射出去。
重传控制单元106进行控制，以根据来自MIMO接收机200的ACK/NACK信号，以指定的定时从发送缓冲器101-i输出重传数据。
另一方面，在图17的MIMO接收机200中，接收机天线201-i接收从MIMO发送机100发送的RF信号。无线接收机单元202-i将由接收机天线201-i接收的RF信号转换(下转换)为基带信号。信道估计单元209使用复用在所接收信号上的导频码元来计算发送机天线105-i和接收机天线201-i之间的信道估计值(信道矩阵)。
MIMO信号分离和解调单元203通过使用如上所述的其中使用信道相关矩阵的逆矩阵的方法或者其中使用MLD算法的方法，根据由信道估计单元209获得的信道估计值(信道矩阵)，来分离针对各个发送天线105-i进行了复用的数据流#i，由此产生解调数据。
接收缓冲器204-i临时保存以上解调数据。组合单元205-i对以前的解调数据和重传时的解调数据进行组合(“重传组合”，以下将详述)。解码单元206-i对经过重传组合的解码数据进行纠错解码，例如turbo解码。
错误检测单元207-i检测以上纠错解码的结果中的错误。如果通过错误检测单元207-i在解调数据中没有检测到错误，则表示解调数据被正确地再现为数据流#i。
OR运算单元208对由各个错误检测单元207-i获得的错误检测结果执行OR运算。如果在任一数据流#i中检测到错误，则OR运算单元208输出NACK信号。如果任一数据流#i中都没有检测到错误，则OR运算单元208输出ACK信号。通过未示出的无线发送机单元将这些ACK/NACK信号发送给MIMO发送机100。
在具有以上结构的现有MIMO通信系统中，在MIMO发送机100上，传输数据流#i临时保存在发送缓冲器101-i中，以准备用于重传控制。此后，由编码单元102-i对数据流#i执行纠错编码，然后由调制单元103-i使用所期望的调制处理(例如QPSK或16QAM)对其进行调制。此时，调制单元103-i还对导频码元和控制码元进行复用。
然后，通过无线发送机单元104-i将由调制单元103-i获得的调制信号上转换为RF信号，并随后将其从发送机天线105-i发送至MIMO接收机200。
在MIMO接收机200上，各个接收机天线201-i都接收以上RF信号。无线接收机单元202-i将所接收的RF信号下转换为基带信号，该基带信号随后被输入到MIMO信号分离和解调单元203。MIMO信号分离和解调单元203对各个发送机天线105-i的复用数据流#i进行分离，并产生解调数据。
解调数据临时保存在接收缓冲器204-i中，以进行组合，然后通过组合单元205-i将其与重传时所获得的解调数据进行组合(以下将这种组合称为“重传组合”)。通过解码单元206-i对经过重传组合的解调数据进行纠错编码。这里，如果错误检测单元207-i没有检测到错误，则表示数据被再现为数据流#i。通过OR运算单元208对两个流的错误检测结果进行OR运算。如果在任一数据流#i中检测到错误，则产生NACK信号并将其发送至MIMO发送机100。如果在任一数据流#i中都没有检测到错误，则产生ACK信号并将其发送至MIMO发送机100。
在MIMO发送机100中，通过未示出的无线接收机单元对ACK/NACK信号进行解调，并将其通知给重传控制单元106，重传控制单元106进行控制，以在指定的定时从发送缓冲器101-i输出重传数据。
这样，在以上示例中，通过使用接收缓冲器204-i中的调制数据来执行重传组合，该调制数据已经由MIMO信号分离和解调单元203进行了MIMO信号分离。
这里，作为与MIMO相关的现有技术，有以下专利文献1至3中提出的技术。
(1)以下专利文献1的技术的目的在于提高数据重传时的分集增益，即使无线信号的传播路径环境随时间的变化比较缓和。为此，在使用多个发送系统通过无线电并行地发送多个数据流的情况下，在重传数据流时，与发送信号相乘的权重与以前的发送所使用的不同。另选地，发送信号的发送定时与以前的发送所使用的不同。这样，有意使传播路径环境与以前的发送不同。结果，可以降低重传时的衰落相关性。
另外，如专利文献1的图2所示，在接收机端，在MIMO信号分离之后，执行基于重传控制的重传组合处理(缓冲器154-1和154-2中保存的以前发送的接收信号与重传时的接收信号的组合)，例如HARQ(混合自动重复请求)。此处，HARQ是用于通过组合ARQ和纠错编码(FEC前向纠错)来提高重传时的纠错性能的技术，该技术减少了执行重传的次数。这种技术包括两种类型。
这两种类型之一为其中通过对以前发送的接收信号和重传时的接收信号进行组合来产生数据的类型。另一类型为下述的类型，其中对重传时经编码后数据的穿孔码型(puncturing pattern)进行改变，由此来发送以前未发送的比特。通过进行组合，降低了等效编码率，由此提高了纠错性能(编码增益)。后一种技术被称为IR(增量冗余)，该技术被标准化为3GPP(注册商标)中的HSDPA(高速下行链路分组接入)的规范(参见以下非专利文献2)。
(2)以下专利文献2的技术的目的在于，当从多个天线发送不同数据时，在保持频率使用效率的同时，提高所接收数据的误码率特性。为此，为多个发送系统的每一个都提供一个扩散单元。因此，可以对不同的发送系统使用不同的扩散方法(扩散率、所使用的扩散码的数量，以及分配给各个用户的扩散码的数量)。结果，通过增大电路品质(传播路径环境)较差的发送系统的扩散率，可以提高电路品质。
(3)以下专利文献3的技术的目的在于，通过控制诸如调制方法的发送参数，考虑信道之间的相对关系，来提高接收质量。为此，在其中在发送机端和接收机端使用了多个天线的无线通信系统中，根据整个系统的接收电场强度以及有效接收电场强度来控制以上发送参数。
此外，作为使用多个天线的其他通信技术，有被称为STTD(空时发送分集)的技术。该STTD是使用两个天线来进行发送的技术，并且例如在以下非专利文献1中对其进行了说明。
日本专利申请特开No.2004-112098[专利文献2]日本专利申请特开No.2004-166038[专利文献3]日本专利申请特开No.2004-304760[非专利文献1]第三代伙伴工程；技术规范组无线接入网；物理信道以及传输信道在物理信道上的映射(FDD)(版本5)(3GPP TS 25.211V5.6.0(2004-09))[非专利文献2]第三代伙伴工程；技术规范组无线接入网；复用和信道编码(FDD)(版本5)(3GPP TS 25.212 V5.9.0(2004-06))。
在天线之间的传播路径(信道)之间具有低相关性的条件下对MIMO传输进行预测。然而，天线之间的相关性并不仅仅取决于天线的布置，还显著地取决于传播环境。例如，在视距(line-of-sight)传输环境中，天线之间的相关性很高，使得通过上述MIMO信号分离方法不能很好地进行信号分离，并且解调数据中会出现错误。
例如，在图15中，当接收机天线Rxi之间的相关性很高时，在以上方程(1)中，h11与h21、以及h12与h22之间的相关性变高。相反，当发送机天线Txj之间的相关性很高时，h11与h12、以及h21与h22之间的相关性变高。在这些情况下，即使通过以上方程(5)再现了发送信号向量，解调特性也会由于数据流之间的干扰而明显地劣化。
当解调信号中出现任何错误时，在诸如上述HARQ的重传控制下执行信号重传和组合。然而，传播路径环境在短时间内不发生变化。因此，天线之间的相关性高的概率仍然很高。在这种环境下，前述的重传组合处理无法提高传输误码率。
因此，在使用MIMO传输的现有重传组合中，如以下方程(6)所示，对以下两者进行组合(相加)通过以上方程(5)从在时刻t1发送的信号中获得的发送信号向量X(t1)；以及通过以上方程(5)从在时刻t2发送的信号中获得的发送信号向量X(t2)
X(t1)+X(t2)(6)通常，由于移动通信中的衰落效应，时刻t1和时刻t2之间的衰落相关性变小，因此可以预料到由于重传组合而导致的分集增益。然而，当天线之间的相关性很高时，重传组合无法消除在解调X(t1)和X(t2)(MIMO信号分离)时所产生的数据流之间的干扰，因此很难提高重传组合之后的解调特性。
如上所述，专利文献1提出了以下方法改变重传时发送机天线的权重，由此执行控制，使得重传时的衰落相关性变小。然而，该方法存在以下缺点。难以控制最优权重。在天线之间的相关性很高的条件下(例如，视距传播环境)，无法获得降低天线之间的相关性的足够效果。此外，在以上专利文献1的技术中，在MIMO信号分离之后执行重传组合处理。因此，当天线相关性很高时，MIMO信号分离时的数据流之间的干扰仍然存在。此处，以上专利文献2和3没有对基于重传控制的重传组合处理进行任何描述。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的一个目的是实现MIMO传输中的MIMO信号分离的有效执行，其中即使在发送机天线和接收机天线之间的相关性很高时，也可以在发送机和接收机端使用两个或更多个天线。此外，本发明的另一个目的是使得在重传组合中可以实现足够的特性改善。
为了实现以上目的，根据本发明，本发明的特征在于以下无线通信方法、无线通信系统、接收机设备以及发送机设备。
(1)作为一般特征，提供了一种无线通信方法，用于在具有多个发送机天线的发送机设备与具有多个接收机天线的接收机设备之间执行无线通信，该方法包括在发送机设备上，从发送机设备的多个发送机天线发送信号，并且在接收机设备上，通过多个接收机天线来接收从发送机设备发送的信号，并且从接收信号中获得发送机天线与接收机天线之间的信道估计值，并保存该信道估计值和接收信号；以及根据(i)对于来自发送机设备的接收信号的重传信号，(ii)对于该重传信号而获得的信道估计值，以及(iii)保存在接收机设备中的接收信号和信道估计值，对从发送机设备的发送机天线发送的信号进行再现和分离。
(2)作为另一个一般特征，提供了一种无线通信方法，用于在具有多个发送机天线的发送机设备与具有多个接收机天线的接收机设备之间执行无线通信，该方法包括在发送机设备上，使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从发送机天线发送信号，并且在接收机设备上，通过接收机天线来接收从发送机设备发送的信号，并且从该接收信号中获得对于多个载波或码元的信道估计值，并根据接收信号和对于多个载波或码元的信道估计值，对从发送机设备的发送机天线发送的信号进行再现和分离。
(3)作为另一个一般特征，提供了一种在无线通信系统中使用的接收机设备，在该无线通信系统中，在具有多个发送机天线的发送机设备与具有多个接收机天线的接收机设备之间执行无线通信，该接收机设备包括信道估计装置，其根据通过接收机天线从发送机设备接收到的接收信号，获得多个发送机天线和多个接收机天线之间的信道估计值；第一存储器，用于在其中存储接收信号和由信道估计装置获得的信道估计值；以及第一信号再现和分离装置，其根据(i)对于来自发送机设备的接收信号的重传信号，(ii)由信道估计装置对于该重传信号而获得的信道估计值，以及(iii)保存在第一存储器中的接收信号和信道估计值，对从发送机设备的发送机天线发送的信号进行再现和分离。
(4)作为优选特征，该接收机设备还包括条件检测装置，用于检测与接收信号相关的指定条件；第二信号再现装置，如果条件检测装置检测到该指定条件，则该第二信号再现装置根据通过接收机天线接收的接收信号以及由信道估计装置对于该接收信号而获得的信道估计值，来对从发送机设备发送的信号进行再现和分离；第二存储器，用于在其中存储由第一信号再现和分离装置获得的信号；再现和组合装置，用于将由第二信号再现和分离装置对于从发送机设备发送的对接收信号的重传信号而获得的信号与存储在第二存储器中的信号进行组合。
(5)作为另一优选特征，该条件检测装置被设置为重传次数检测装置，用于检测作为指定条件的以下事实发送次数超过了指定次数。
(6)作为另一优选特征，该条件检测装置被设置为相关性值检测装置，用于检测以下事实由信道估计装置获得的信道估计值的相关性比指定阈值要小。
(7)作为另一优选特征，该接收机设备还包括穿孔码型改变请求装置，如果条件检测装置检测到该指定条件，则该穿孔码型改变请求装置请求发送机设备在改变其穿孔码型之后，发送重传信号。
(8)作为另一个一般特征，提供了一种无线通信系统，其中在具有多个发送机天线的发送机设备和具有多个接收机天线的接收机设备之间执行通信，其中该发送机设备包括分别为每个发送机天线设置的发送机装置，用于发送单个信号，该发送机设备使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从发送机天线发送信号，并且其中该接收机设备包括信道估计装置，其通过接收机天线来接收从发送机设备发送的信号，并从接收信号中获得对于多个载波或者码元的信道估计值；以及信号再现和分离装置，其根据接收信号和由信道估计装置获得的信道估计值，对从发送机设备的发送机天线发送的信号进行再现和分离。
(9)作为另一个一般特征，提供了一种发送机设备，其与具有多个接收机天线的接收机设备进行无线通信，该发送机设备包括多个发送机天线；以及分别为每个发送机天线设置的发送机装置，用于发送单个信号，该发送机设备使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从发送机天线发送信号。
(10)作为另一个一般特征，提供了一种接收机设备，其与具有多个发送机天线的发送机设备进行无线通信，该接收机设备包括多个接收机天线；信道估计装置，其通过接收机天线来接收从发送机设备发送的信号，并从接收信号中获得对于多个载波或者码元的信道估计值，该发送机设备使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元来发送信号；以及信号再现和分离装置，其根据接收信号和由信道估计装置获得的信道估计值，对从发送机设备的发送机天线发送的信号进行再现和分离。
本发明保证了以下有利的结果。
(1)与在信号分离之后执行重传组合的现有情况相比，即使在天线相关性很高时，也可以更有效地执行信号分离和再现处理，因此实现了足够的特性改善。因此，可以提高重传控制的效率，由此提高了数据通信的吞吐量。
(2)即使在没有执行重传控制时，也可以通过使用频率在频率方向上彼此分离的载波(这些载波表现出相互之间的低相关性)，或者通过使用在时间方向上彼此分离的多个码元(这些码元表现出相互之间的低相关性)，来实现与上述类似的效果。
通过结合附图来阅读以下详细说明，本发明的其他目的和进一步的特征将变得明了。
图1是表示构成根据本发明第一优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；图2是表示构成根据本发明第一优选实施例的MIMO通信系统的MIMO接收机的结构的框图；图3表示模拟结果的示例，用于说明第一实施例的MIMO通信系统与现有技术相比的接收特性；图4是表示构成根据本发明第二优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；图5是表示构成根据本发明第二优选实施例的MIMO通信系统的MIMO接收机的结构的框图；图6是表示图5的MIMO接收机的变型例的框图；图7是表示构成根据本发明第三优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；图8是表示构成根据本发明第四优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；
图9是表示构成根据本发明第四优选实施例的MIMO通信系统的MIMO接收机的结构的框图；图10是表示构成根据本发明第五优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；图11是表示构成根据本发明第五优选实施例的MIMO通信系统的MIMO接收机的结构的框图；图12是表示构成根据本发明第六优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图；图13是表示构成根据本发明第六优选实施例的MIMO通信系统的MIMO接收机的结构的框图；图14表示根据第六优选实施例的信号的帧结构的示例；图15是用于说明现有MIMO通信系统的框图；图16是表示现有MIMO通信系统中的MIMO发送机的结构的框图；以及图17是表示现有MIMO通信系统中的MIMO接收机的结构的框图。
具体实施例方式
在以下实施例中，建议在天线之间的相关性很高时，在MIMO信号分离之前而不是如以上方程所示在MIMO信号分离之后执行重传组合。此外，建议使用以下方法即使在没有执行重传控制的情况下，也使用在频率方向上彼此分离的多个载波或者在时间方向上彼此分离的多个码元来实现相同的效果。
第一实施例图1和图2是分别表示构成根据本发明第一优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机和MIMO接收机的结构的框图。图1的MIMO发送机(发送机设备)1与已参照图16进行了说明的现有MIMO发送机100类似。该MIMO发送机1包括两个天线15-1和15-2；分别为这两个发送机天线15-1和15-2设置的发送缓冲器11-1和11-2、编码单元12-1和12-2、调制单元13-1和13-2，以及无线发送单元(Tx)14-1和14-2；以及重传控制单元16。图2的MIMO接收机(接收机设备)2包括两个接收机天线21-1和21-2；分别为这两个接收机天线21-1和21-2设置的无线接收机单元(Rx)22-1和22-2、解码单元26-1和26-2，以及错误检测单元27-1和27-2；信道估计单元23；接收缓冲器24；MIMO信号分离和调制单元25；以及OR运算单元28。
此外，在该示例中，发送机天线15-i和接收机天线21-i的数量都为2(i＝1，2)，但是天线的数量决不应该限于此。此外，除非另外说明，否则MIMO发送机(下文简称为“发送机”)的构成组件11-i、12-i、13-i、14-i、15-i和16分别与上述构成组件101-i、102-i、103-i、104-i、105-i和106相同或相似。
这里，在MIMO接收机(下文也简称为“接收机”)2中，接收机天线21-i接收从MIMO发送机1发送的RF信号。无线接收单元22-i将由接收机天线21-i接收的RF信号转换(下转换)为基带信号。信道估计单元(信道估计装置)23使用复用在所接收信号上的导频码元来计算发送机天线15-i和接收机天线21-i之间的信道估计值(信道矩阵)。接收缓冲器(第一存储器)24临时保存来自无线接收单元22-i的接收信号[接收信号向量Y(y1，y2)]以及由信道估计单元23获得的信道估计值[信道矩阵H(h11，h12，h21，h22)]。
MIMO信号分离和调制单元25使用保存在接收缓冲器24中的信息(接收信号向量和信道估计值)来分离针对各个发送机天线的复用数据流，并产生解码数据。即，在本实施例中，当接收机天线21-i和/或发送机天线11-i之间的相关性很高时，在由MIMO信号分离和解调单元203进行的MIMO信号分离(以下将详述)之前而不是如以上方程(6)所示在执行MIMO信号分离之后，执行与重传组合相对应的处理。
更详细地说，如图15的情况，在发送机天线和接收机天线的数量都为2的情况下，时刻t1处的发送信号向量X和接收信号Y之间的关系由以下方程(7)表示，而时刻t2处的发送信号向量X和接收信号Y之间的关系由以下公式(8)表示。
Y(t1)=y1(t1)y2(t1)=h11(t1)h12(t1)h21(t1)h22(t1)x1x2=H(t1)X...(7)]]>
Y(t2)=y1(t2)y2(t2)=h11(t2)h12(t2)h21(t2)h22(t2)x1x2=H(t2)X...(8)]]>其中，Hij(t)是时刻t的信道估计值；H(t)是时刻t的信道矩阵；Y(t)是时刻t的接收信号向量。
在本实施例中，在时刻t1将信道矩阵H(t1)和接收信号向量Y(t1)存储在接收缓冲器24中。使用在时刻t2重传的信道矩阵H(t2)和接收信号向量Y(t2)以及存储在接收缓冲器24中的信息[信道矩阵H(t1)和接收信号向量Y(t1)]来执行与重传组合相对应的处理(如以下方程(9)所示)，由此对发送信号(向量X)进行再现和分离。
Y=y1(t1)y2(t1)y1(t2)y2(t2)h11(t1)h12(t1)h21(t1)h22(t1)h11(t2)h12(t2)h21(t2)h11(t2)x1x2=HX...(9)]]>在这种情况下，可以使用以上方程(2)和(3)类似地获得信道相关矩阵R和相关向量Z。另外，可以使用以上方程(4)和(5)获得发送信号向量X。此处，由于相关矩阵R和相关向量Z的大小与以上方程(1)的现有技术的相同，所以以上方程(5)中的逆矩阵相乘和相关向量运算中的处理量没有增加。此外，在初始发送时，实际上将存储在接收缓冲器24中的信道矩阵H(t)和接收信号向量Y(t)发送给MIMO信号分离和调制单元25，而在重传时，将所有信道矩阵H(t)和所有接收信号向量Y(t)发送给MIMO信号分离和调制单元25。
即，本实施例的MIMO信号分离和调制单元25用作第一信号再现和分离装置，该第一信号再现和分离装置根据(i)从发送机1重传的重传信号，(ii)由信道估计单元23对该重传信号获得的信道估计值，以及(iii)存储在接收缓冲器24中的接收信号和信道估计值，对通过发送机天线15-1和5-2从发送机1发送的信号进行再现和分离。因此，严格来讲，“在MIMO信号分离之前执行的重传组合”并不执行“重传组合”。然而，在以下说明中，为了方便，将使用这种表达。
接下来，解码单元26-i、错误检测单元27-i以及OR运算单元28分别与解码单元206-i、错误检测单元207-i以及OR运算单元208类似。解码单元26-i对由上述MIMO信号分离和调制单元25获得的解调数据执行诸如turbo解码的纠错解码。错误检测单元27-i对以上纠错解码的结果中的错误进行检测。如果该错误检测单元27-i没有检测到错误，则表示解调数据被正确地再现为数据流。
OR运算单元28对由错误检测单元27-i获得的错误检测结果执行OR运算。如果在任一数据流中检测到了任何错误，则OR运算单元28输出NACK信号；如果在任意一数据流中都没有检测到错误，则OR运算单元28输出ACK信号。通过接收机设备2的无线发送机单元(未示出)将这种ACK或NACK信号发送至发送机1。
在具有上述结构的本实施例的MIMO通信系统中，在发送机1上，发送数据流#i临时保存在发送缓冲器11-i中，以准备用于重传控制。此后，由编码单元12-i对发送数据流#i执行纠错编码，然后由调制单元13-j通过诸如QPSK和16 QAM的所需调制处理对其进行调制。此时，调制单元13-i还对导频码元和控制码元进行复用处理。
此后，由无线发送机单元14-i将由调制单元13-i获得的调制信号上转换为RF信号，然后将其从发送机天线15-i发送至接收机2。
另一方面，在接收机2上，各个接收机天线21-i接收上述RF信号，并且无线接收机单元22-i将所接收的RF信号下转换为基带信号。
将下转换后的接收信号输入到信道估计单元23，该信道估计单元23使用复用在接收信号上的导频码元来计算发送机天线15-i和接收机天线21-i之间的信道矩阵，并将该信息一次存储在缓冲器中。
此处，在初始发送时，实际上将存储在接收缓冲器24中的信道矩阵和接收信号向量发送给MIMO信号分离和调制单元25，而在重传时，将存储在接收缓冲器24中的所有信道矩阵和接收信号向量发送给MIMO信号分离和调制单元25并在其中进行处理。
MIMO信号分离和调制单元25使用存储在接收缓冲器24中的信息(信道矩阵和接收信号向量)，来执行以上方程(9)的运算处理(即，在重传时，根据对于重传前后的信号的信道估计值以及接收信号向量来执行运算)，并且还使用以上方程(2)和(3)来获得信道相关矩阵R和相关向量Z，并进一步使用以上方程(4)和(5)来获得发送信号向量X(数据流#i的解调数据)。
通过解码单元26-i对由此获得的解调数据进行纠错解码。此处，如果错误检测单元27-i在数据中没有检测到错误，则表示数据被再现为数据流。通过OR运算单元28对于两个数据流#i对错误检测结果进行OR运算。如果在任一数据流#i中检测到了错误，则产生NACK信号并将其发送至发送机1。相反，如果在任一数据流#i中都没有检测到错误，则产生ACK信号并将其发送至发送机1。
在MIMO发送机1上，无线接收机单元(未示出)解调ACK/NACK信号并通知重传控制单元16，该重传控制单元16根据该ACK/NACK信号，以在指定的定时从发送缓冲器11-i输出重传数据的方式来执行控制。
如上所述，根据本实施例，与在MIMO信号分离之后执行重传组合的现有情况相比，即使在天线相关性很高时，也可以更有效地执行MIMO信号分离处理。另外，在重传组合中，可以实现足够的特性改善。因此，重传控制的效率得到提高，并且数据通信的吞吐量也得到提高。
(A1)第一实施例的变型例接下来，将对使用MLD作为MIMO信号分离算法的方法进行说明。通过该方法，可以获得根据接收机天线数量的分集增益，因此该方法在特性方面是最好的方法。此处，以上述方程(1)为例，在MLD中，使用以下方程(10)在与该调制方法的信号点布置相对应的所有发送副本的组合之间，计算最小平方欧几里得距离。
d=Σi=12|yi-Σj=12hijxj|2...(10)]]>其中，指数i表示接收机天线数量；指数j表示发送机天线数量。此外，xj表示发送副本，在QPSK调制中，每个数据流有四种类型的副本；在16 QAM调制中，每个数据流有16种类型的副本。在以上公式(10)中，由于发送机天线的数量为2，所以在QPSK调制中，有42＝16种类型的发送副本的组合，而在16 QAM调制中，有162＝256种类型的发送副本的组合。
在通常使用的方法中，针对分配给各个信号群(signalconstellation)的各个比特来计算最小平方欧几里得距离，并根据其差值来计算各个比特的对数似然率Λ，如以下方程(11)所示。
Λ＝d(bit′1′)-d(bit′0′) (11)其中，d(bit′1′)表示比特“1”的最小平方欧几里得距离；d(bit′0′)表示比特“0”的最小平方欧几里得距离。在现有的重传组合中，各个比特的对数似然率是通过以下方程(12)计算的。
Λ(t1)+Λ(t2) (12)相反，在本变型例(MIMO信号分离和调制单元25)中，在接收到重传信号时，根据存储在接收缓冲器24中的信息，使用以下方程(13)来获得最小平方欧几里得距离，由此实现在MIMO信号分离之前执行的重传组合处理。
d=Σi=12|yi(t1)-Σj=12hij(t1)xj|2+Σi=12|yi(t2)-Σj=12hij(t2)xj|2...(13)]]>图3表示以下三种情况的模拟结果(1)利用现有方法在MIMO信号分离之后执行重传组合处理的情况；(2)利用本变型例的方法(MLD算法)在MIMO信号分离之前执行重传组合处理的情况；(3)不执行重传组合处理的情况。在这种情况下，在图3中，特性曲线51表示以上情况(3)；特性曲线52表示以上情况(1)；特性曲线53表示以上情况(2)。此外，在该模拟中，采用OFDM(正交频分复用)作为接入方法，使用16 QAM作为调制方法，并且使用编码率为3/4的turbo码作为纠错码。此外，假设在重传时天线之间的衰落相关性和相关性都不存在。如图3所示，本示例在天线相关性高的条件下有效，并且在天线相关性低的条件下也有效。
第二实施例图4和图5是分别表示构成根据本发明第二优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机和MIMO接收机的结构的框图。图1中所示的结构与图4中的发送机1的不同之处在于，设置了编码单元12’-1和12’-2来代替编码单元12-1和12-2。图5的接收机2与图2所示结构的不同之处在于，在MIMO信号分离和调制单元25与解码单元26-i之间添加了接收缓冲器29-1和29-2以及组合单元30-1和30-2(每一个接收机天线21-i一个)，并且其不同之处还在于，还添加了重传次数检测单元31。在图4和图5中，除非特别说明，否则具有已经进行了说明的标号的构成组件与已经进行了说明的构成组件相同或相似。
这里，在图4的发送机1中，编码单元12’-i还对来自发送缓冲器11-i的发送数据执行所需的纠错编码，例如turbo编码。此处，可以根据从接收机2发送的穿孔码型改变请求(由未示出的无线接收机单元进行了解调)来改变经编码数据的穿孔码型。该方法被称为IR，如上所述，由于重传组合时的编码率变小，所以能够获得编码增益。
在图5的接收机2中，接收缓冲器(第二存储器)29-i临时保存由MIMO信号分离和调制单元25获得的解码数据，以准备用于与现有重传组合相当的重传组合。组合单元(再现和组合装置)30-i对存储在接收缓冲器29-i中的先前解调数据[发送信号向量X(t1)]和针对重传信号的解调数据[发送信号向量X(t2)]进行组合[利用以上方程(6)进行相加]。
重传次数检测单元31监测OR运算单元28的输出(ACK/NACK信号)并对重传的次数(输出NACK信号的次数)进行检测(计数)。如果所检测到的重传次数超过了指定次数，则重传次数检测单元31通过未示出的无线发送机单元向发送机1发送穿孔码型改变请求。此外，重传次数检测单元31对接收缓冲器24和接收缓冲器29-i中的写入和读出(向MIMO信号分离和调制单元25提供信息，以及从接收缓冲器29-i向组合单元30-i提供信息)进行控制，并根据重传的次数选择性地使用在MIMO信号分离之前和之后执行的重传组合处理。
即，重传次数检测单元31具有条件检测装置的功能，该条件检测装置检测接收信号的重传次数是否超过了指定次数，作为与接收信号相关的指定条件；以及穿孔码型改变请求装置的功能，当检测到以上条件时，该穿孔码型改变请求装置请求发送机1来改变穿孔码型并发送重传信号。MIMO信号分离和调制单元25具有第二信号再现和分离装置的功能，当重传次数检测单元31检测到重传次数超过指定次数的事实时，该第二信号再现和分离装置根据正常MIMO信号分离处理以及由信道估计单元23针对接收信号获得的信道估计值(信道矩阵)，对通过发送机天线15-i从发送机1发送的信号(即，由各个接收机天线21-i接收的接收信号(向量))进行再现和分离。
下面将对具有上述结构的根据本实施例的MIMO通信系统的操作进行说明。
这里，假设在MIMO信号分离之前仅执行一次重传组合处理。在初始发送时，在接收机2上，MIMO信号分离和调制单元25执行正常的MIMO信号分离和解码处理，错误检测单元27-i监测(检测)解调数据中是否存在错误。如果检测到任何错误，则向发送机1发送重传请求。
响应于此，发送机1执行第一次重传。在接收机2上，在该第一次重传时，MIMO信号分离和调制单元25使用存储在接收缓冲器24中的与初始发送信号相关的信息(发送信号向量和信道矩阵)以及与第一次重传信号相关的信息(发送信号向量和信道矩阵)，在MIMO信号分离之前执行重传组合处理，如第一实施例(或其变型例)所述。
如果在这种情况下仍然存在任何错误，即，当由重传次数检测单元31检测到的重传次数超过指定次数(一次)时，接收机2请求发送机1改变穿孔码型，并且并行地发送重传请求，并在MIMO信号分离之后将解码数据存储在接收缓冲器29-i中。
结果，发送机1利用进行了改变的穿孔码型来执行第二次重传。由于该第二次信号重传在穿孔码型上有所不同，所以接收机2并不在MIMO信号分离之前执行重传组合，而是由MIMO信号分离和调制单元25执行正常的重传组合处理。即，组合单元30-i将在MIMO信号分离之前使用初始发送信号和第一次重传信号(存储在接收缓冲器29-i中的信号)进行了组合和解调的信号与具有不同穿孔码型的第二次重传信号(由MIMO信号分离和调制单元25使用正常MIMO信号分离处理进行了解调的信号)进行组合(相加)。
当执行第三次重传时，在接收机2上，组合单元30-i对以下两者进行组合(i)在MIMO信号分离之前第二次重传信号与第三次重传信号的组合和解调结果；以及(ii)在MIMO信号分离之前初始发送信号与第一次重传信号的组合和解调结果。这里，以上过程仅是一个示例，也可以按照其他组合或顺序来执行处理。
如上所述，除了在MIMO信号分离之前的重传组合处理以外，还可以使用MIMO信号分离之后的重传组合处理。即，MIMO信号分离之前的重传组合的次数被限定为指定的次数，并且如果重传的次数超过了该指定次数，则处理切换为MIMO信号分离之后的重传组合处理。此时，对发送机1进行穿孔码型改变请求，由此获得由于IR而导致的编码增益。
此外，与其中在MIMO信号分离之前执行重传组合处理的方法相比，其中在MIMO信号分离之后执行重传组合的方法的优点在于，重传缓冲器(即，接收缓冲器29-i)所需的容量较小。此外，即使在重传次数增大时，所需的处理量或者缓冲器量也不会增大。
相反，在其中在MIMO信号分离之前执行重传和组合处理的方法中，除了接收信号向量以外，还必须将信道矩阵存储在接收缓冲器24中。也就是说，接收信号向量和信道矩阵需要数量增大的量化比特，以保证足够的运算精度。此外，在其中在MIMO信号分离之前执行重传组合处理的方法中，存储在接收缓冲器24中的信道矩阵和接收信号向量的信息量与重传的次数同时增大。
因此，通过如上所述在重传次数超过指定次数时切换为MIMO信号分离之后的重传组合处理，可以将在MIMO信号分离之前进行重传组合所需的接收缓冲器24的容量减小为最小，并实现上述优点。
(B1)第二实施例的变型例图6是表示构成已参照图5进行了说明的MIMO通信系统的MIMO接收器的变型例的框图。图6的接收器2与图5所示的结构的不同之处在于，设置了相关性值检测单元23a来代替重传次数检测单元31。在这种情况下，发送机的结构与图4的发送机1相同。
这里，相关性值检测单元23a对由信道估计单元23获得的信道矩阵的相关性值进行检测。如果该相关性值超过了指定值，则相关性值检测单元23a控制对接收缓冲器24、29-1和29-2的写入和读取(从接收缓冲器24向MIMO信号分离和调制单元25提供信息，以及从接收缓冲器29-i向组合单元30-i提供信息)，并对发送机1进行穿孔码型改变请求。作为计算相关性值的示例，下面将对使用通过以上方程(2)获得的信道相关矩阵R的方法进行说明。现在，假设信道相关矩阵R由以下方程(14)表示，R=r11r12r21r22...(14)]]>可以通过以下方程(15)获得相关性值ρ，作为主对角线元素与非主对角线元素的比率。
ρ=r12+r21r11+r22...(15)]]>在本示例中，基于由相关性值检测单元23a获得的相关性值ρ的大小，对MIMO信号分离之前和之后的重传组合处理进行切换。即，当信道矩阵之间的相关性超过指定值时，也就是说，当发送机天线15-i和接收机天线21-i之间的相关性高时，肯定地执行MIMO信号分离之前的重传组合处理。结果，如果发送机天线15-i和接收机天线21-i之间的相关性等于或小于预先确定的阈值，则处理切换至由MIMO信号分离和调制单元25执行的MIMO信号分离之后的重传组合处理(由组合单元30-i执行的组合)。此时，接收机2对发送机1进行穿孔码型改变请求，由此获得由于IR而导致的编码增益。
第三实施例接下来，在第三和第四实施例中，为了解决在重传信号的衰落相关性高时(例如在重传间隔与衰落变化相比较短的情况下)的特性劣化问题，建议采用在重传时改变发送机天线的方法和在重传时改变频率(载波频率)的方法。通过该方法，即使在重传时的相关性并不仅随着衰落变化而变低时，也可以降低重传信号的相关性，从而可以在MIMO信号分离之前的组合中获得足够的分集增益。
图7是表示构成根据本发明第三优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机的结构的框图。图7的发送机1与图1的结构的不同之处在于，设置了四个发送机天线15-1、15-2、15-3和15-4，并且设置了天线开关17，用于在发送机天线15-k(k＝1至4)当中选择任意两个发送机天线15-k。在这种情况下，在图7中，除非另外说明，否则具有已经进行了说明的标号的构成组件与已经进行了说明的构成组件相同或相似。此外，接收机端的结构与图2的接收机2相同。
这里，更具体地说，天线开关17选择任意两个发送机天线15-k，并根据从接收机2反馈的ACK/NACK信号，对发送机天线15-k进行切换，以在每一次执行重传时的发送中使用。此时，可以按照预定模式或者随机地选择天线。
通过这种结构，即使在重传间隔相对于衰落变化较短(衰落相关性倾向于较高)时，也可以防止相关性(衰落相关性)变高，从而可以在MIMO信号分离之前的重传组合处理中获得足够的分集增益(抑制了特性劣化)。
在这种情况下，执行用于对发送机天线15-i进行切换的处理，因此无需在接收机2上执行任何特殊的处理。
第四实施例图8和图9是表示分别构成根据本发明第四优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机和MIMO接收机的结构的框图。图8的发送机1包括发送缓冲器11-1和11-2；编码单元12-1和12-2；调制单元13-1和13-2；发送机天线15-1和15-2；一个以上(这里为四个)的无线发送机单元(Tx)14-1-1、14-1-2、14-1-3和14-1-4，用于对两个数据流之一处理两个或更多个不同的频率(这里有四种f1、f2、f3和f4)；一个以上(这里为四个)的无线发送机单元(Tx)14-2-1、14-2-2、14-2-3和14-2-4，用于对两个数据流中的另一个处理两个或更多个不同的频率(这里有四种f1、f2、f3和f4)；重传次数检测单元17；开关(SW)18-1，用于在无线发送机单元14-1-j(j＝1至4)之间进行切换；以及开关(SW)18-2，用于在无线发送机单元14-2-j之间进行切换。
这里，重传次数检测单元17对从接收机2反馈的ACK/NACK信号进行监测，并对向接收机2进行的重传次数进行计数。开关18-1根据由重传次数检测单元17检测到的重传次数，选择性地切换(改变)要使用的无线发送机单元14-1-j。开关18-2也根据由重传次数检测单元17检测到的重传次数，选择性地切换(改变)要使用的无线发送机单元14-2-j。
无线发送机单元14-1-j将通过开关18-1从调制单元13-1输入的调制信号(基带信号)转换(上转换)为频率为fj的RF信号。无线发送机单元14-2-j将通过开关18-2从调制单元13-2输入的调制信号(基带信号)转换(上转换)为频率为fj的RF信号。
即，在本示例的发送机1中，为一个以上的数据流(发送机天线15-i)准备了与一个以上的载波频率(以下也简称为“载波”)fj相对应的一个以上的无线发送机单元14-i-j。在每一次执行重传时，无线发送机单元14-i-j都进行切换(改变)，由此改变在发送时使用的载波fj。
另一方面，图9的接收机2包括已进行了说明的接收机天线21-1和21-2；信道估计单元23；接收缓冲器24；MIMO信号分离和调制单元25；解码单元26-1和26-2；错误检测单元27-1和27-2；以及OR运算单元28。此外，与发送机1的结构相对应，接收机2包括一个以上(这里为四个)的无线接收机单元(Rx)22-1-1、22-1-2、22-1-3和22-1-4，用于对接收机天线之一21-1处理两个或更多个不同的载波频率(这里有四种f1、f2、f3和f4)；一个以上(这里为四个)的无线接收机单元(Rx)22-2-1、22-2-2、22-2-3和22-2-4，用于对接收机天线中的另一个21-2处理两个或更多个不同的载波频率(这里为四种f1、f2、f3和f4)；选择器(SEL)32-1，用于选择无线接收机单元22-1-j的输出之一；选择器(SEL)32-2，用于选择无线接收机单元22-2-j的输出之一；以及重传次数检测单元31a。
这里，无线接收机单元22-1-j将已通过接收机天线(21-1)接收的载波频率为fj的RF信号转换(下转换)为基带信号。同样，无线接收机单元22-2-j将已通过接收机天线(21-2)接收的载波频率为fj的RF信号转换(下转换)为基带信号。
重传次数检测单元31a对OR运算单元28的输出(ACK/NACK信号)进行监测，并对重传次数进行检测(计数)。选择器32-1根据由重传次数检测单元31a获得的检测结果，选择性地将为接收机天线之-21-1设置的无线接收机单元22-1-j的输出中的任意一个输出给信道估计单元23或者MIMO信号分离和调制单元25。同样，选择器32-2根据由重传次数检测单元31a获得的检测结果，选择性地将为接收机天线之一21-2设置的无线接收机单元22-2-j的输出中的任意一个输出给信道估计单元23或者MIMO信号分离和调制单元25。
即，以上无线接收机单元22-i-j和选择器32-i用作频率选择性接收装置，其选择性地接收载波(频率)在发送机1上已经发生变化的信号，并随后将该信号输入到信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25。
这样，响应于在发送机1上执行的载波切换(已参照图8对其进行了说明)，本示例的接收机2为两个或更多个接收机天线21-i准备了与两个或更多个载波fj相对应的无线接收机单元22-i-j。通过在发送机1每一次执行发送时对无线接收机单元22-i-j(即，载波fj)进行切换(改变)，可以改变接收载波fj。
在这种情况下，需要根据发送机1和接收机2之间预定的相同模式(同步)对要使用的载波fj进行切换。在参照图8和图9所述的示例中，根据从接收机2反馈的ACK/NACK信号来估计重传的次数，由此选择根据重传次数预定的载波fj。
结果，可以在重传间隔相对于衰落变化较短，并且重传信号的衰落相关性较高的情况下，解决特性劣化的问题。
在这种情况下，除了根据重传次数而对所使用的载波fj进行切换(改变)的操作以外，如上所述，本示例的发送机1和接收机2的操作与已参照图1和2进行了说明的第一实施例的发送机1和接收机2的操作相同或类似。
第五实施例接下来，将在以下第五和第六实施例中，将描述一种方法，通过该方法，即使在没有执行重传控制的情况下，也可以实现与在执行重传控制的情况下实现的效果类似的效果。在以下方法中，使用了相关性由于其频率彼此分离而较低的载波，或者相关性由于其在时间方向上彼此分离而较低的码元。该方法在以下情况下有效可以通过MIMO信号分离之前的组合处理来获得相当大的分集增益。此外，该方法在以下情况下也有效应用了可以实现相对较大的分集增益的MIMO信号分离算法(例如MLD)。
图10和图11是表示构成根据本发明第五优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机和MIMO接收机的结构的框图。图10的发送机1包括已经进行了说明的发送机天线15-1和15-2；分别为各个发送机天线15-i(i＝1，2)设置的编码单元12-1和12-2以及调制单元13-1和13-2；分别为各个发送机天线15-i和各个载波fj设置的无线发送机单元(Tx)14-j-j(j＝1到4)。另外，发送机1具有分别为各个发送机天线15-1和15-2设置的开关18a-1和18a-2以及复制单元19-1和19-2。本示例的说明是在不执行重传控制的假设下进行的。
这里，复制单元19-i(i＝1，2)对来自调制单元13-i的调制信号进行复制，由此产生两个数据流。开关18a-1根据从接收机2通知的载波选择信号，从四个无线发送机单元14-1-j中选择两个任意的无线发送机单元14-1-j，并将这些数据流从复制单元19-1输入至所选择的无线发送机单元14-1-j。同样，开关18a-2根据上述载波选择信号，从四个无线发送机单元14-2-j中选择两个任意的无线发送机单元14-2-j，并将这些数据流从复制单元19-2输入至所选择的无线发送机单元14-2-j。
即，本示例的发送机1具有在数量上与载波fj相对应的无线发送机单元14-i-j。将单个发送数据流#i复制为两个数据流，并根据上述载波选择信号，从无线发送机单元14-i-j中选择两个无线发送机单元14-i-j(即，所使用的载波fj)。这里，此时选择的载波fj优选地是频率彼此分离的载波。另外，由各个发送机天线15-i选择的无线发送机单元14-i-j是具有相同载波fj的无线发送机单元。
换句话说，以上复制单元19-i、开关18a-i以及无线发送机单元14-i-j对于各个发送机天线15-i都用作发送机装置，该发送机装置使用频率彼此分离的两个或更多个载波fj来发送一个信号。
另一方面，图11的接收机2具有已经进行了说明的接收机天线21-1和21-2；分别为各个接收机天线21-i和载波频率fj设置的无线接收机单元(Rx)22-1-j(j＝1至4)和22-2-j；信道估计单元23；MIMO信号分离和调制单元25；以及分别为各个接收机天线21-i设置的解码单元26-1和26-2。接收机2还包括相关性检测单元23b、选择器32a-1和32a-2，以及频率选择单元33。
这里，相关性检测单元23b根据无线接收机单元22-i-j的输出，对载波fj当中的相关性较低的两个载波fj进行检测(选择)。将检测到的信息提供给频率选择单元33，作为用于通过频率选择单元33来确定要使用的载波fj的信息，并且还提供给选择器32a-i，作为用于由选择器32a-i来确定要使用的载波fj的输出的信息。
为了测定载波fj之间的相关性，可以想到，发送机1在所有载波fj中有规律地发送导频码元。例如，假设频率为f1的载波的信道估计值为h1，并且频率为f2的载波的信道估计值为h2，则通过以下公式(16)来计算载波f1和f2之间的相关性ρ。
ρ=h1*·h2|h1|·|h2|...(16)]]>频率选择单元33根据由相关性检测单元23b获得的检测信息，来确定要使用的载波(两种)，然后将该信息作为载波选择信息通知给发送机1。选择器32a-1根据由信道估计单元23b获得的检测结果，在四个无线接收机单元22-1-j当中选择具有较低相关性值ρ的两个无线接收机单元22-1-j的输出。同样，选择器32a-2根据由信道估计单元23b获得的检测结果，在四个无线接收机单元22-2-j当中选择具有较低相关性值ρ的两个无线接收机单元22-2-j的输出。
也就是说，在本示例中，对于每一个接收机天线21-i，将两个不同的载波fj的信号(总共四个接收信号)输入到信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25。在这种情况下，信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25执行信道估计处理和MIMO信号分离和解码处理，这些处理是在四个接收机天线接收到信号时执行的。
根据具有以上结构的本实施例的通信系统，例如，在发送机1上，两个发送机天线15-1和15-2可以发送两个不同的数据流，并且可以通过不同的载波f1和f2来发送相同的信号。这里，假设一个数据流的发送量为A(bps)，则总共获得2A(bps)的发送量。
这意味着，在使用频率为f1和f2的两个载波的通信系统中，如果在发送机端配备了两个发送机天线，并且在接收机端配备了两个接收机天线，则可以提供与现有通信方法中相当的发送速率，在现有通信方法中，通过各个载波从一个发送机天线发送信息量A(bps)，从而总共进行了2A(bps)的发送。在这种情况下，在现有通信方法中的接收机端，使用两个接收机天线来执行分集接收。
另一方面，在本示例的接收机2中，通过两个接收机天线21-1和21-2来接收载波f1，并且通过两个接收机天线21-1和21-2来接收载波f2。这里，假设载波f1和载波f2的频率彼此分离，并且它们之间的相关性由于频率选择性衰落而足够低。
通过假设由不同的天线21-1和21-2来接收以不同载波f1和f2接收的信号，信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25执行与在通过四个天线来接收信号时执行的处理类似的MIMO信号分离处理。
即，信道估计单元23从接收自选择器32a-i的信号中获得对于各个载波f1和f2的信道估计值h(f)。MIMO信号分离和调制单元25根据以上接收的信号和以上信道估计值h(f)，对使用载波f1和f2通过各个发送机天线15-i从发送机1发送的信号进行再现和分离[这相当于使用以上方程(9)，其中相对于时间的信道估计值h(t)被相对于频率的信道估计值h(f)替换]。
这样，在本示例中，由于执行了四分支分集接收，所以可以获得比现有的两分支分集更大的分集增益(例如，参见图3的模拟结果)。
这里，在以上示例中，如现有通信方法一样，可以使用采用两个发送机天线的上述STTD(例如，参见以上非专利文献1)。在这种情况下，与其中使用单个发送天线的现有方法相比，发送分集增益增大，从而可以获得与本示例接近的分集增益。因此，在应用本发明时，根据发送机天线15-i与接收机天线21-i之间的相关性以及所使用的载波fj之间的相关性来选择最优的通信方法。
此外，在使用重传控制时，可以同时使用已进行了说明的MIMO信号分离之后的重传组合。
第六实施例图12和图13是分别表示构成根据本发明第六优选实施例的MIMO通信系统的MIMO发送机和MIMO接收机的结构的框图。图12的发送机1包括已经进行了说明的发送机天线15-1和15-2；分别为各个发送机天线15-i设置的编码单元12-1和12-2、调制单元13-1和13-2，以及无线发送机(Tx)14-1和14-2。发送机1还具有分别为各个发送机天线15-i设置的映射单元18b-1和18b-2以及快速傅立叶逆变换(IFFT)单元19a-1和19a-2。
这里，如图14所示，例如，映射单元18b-i产生码元在频率和时间上进行了二维划分的帧。在该帧内，使用在频率和时间方向上彼此分离的两个码元，来发送一条调制数据。即，将一条调制数据复制并映射到被赋予了相同字符A、B或C的多个码元，如图14所示。
IFFT单元19a-i对映射单元18b-i的输出执行IFFT处理，由此执行多载波调制。同时对码元串(例如，在图16中，频率方向上的六个码元)进行多载波调制。
即，以上映射单元18b-i和以上IFFT单元19a-i对于各个发送机天线15-i用作发送机装置，这些发送机装置使用至少在时间上彼此分离的码元来发送单个信号。
在另一方面，如已经说明的，图13的接收机2包括接收机天线21-1和21-2；信道估计单元23；MIMO信号分离和调制单元25；OR运算单元28；分别为各个接收机天线21-i设置的无线接收机单元22-1和22-2、解码单元26-1和26-2以及错误检测单元27-1和27-2。另外，接收机2还包括分别为各个接收机天线21-i设置的误码率检测单元34；快速傅立叶变换(FFT)单元35-1和35-2，以及去映射单元36-1和36-2。
这里，FFT单元35-i对来自无线接收机单元22-i的接收信号执行FFT处理，由此在频率方向上再现出码元。去映射单元36-i根据图14所示的上述映射模式，选择在时间上彼此分离的两个相同的码元，然后将所选择的码元输出到信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25。因此，在这种情况下的信道估计单元23从由接收机天线21-i接收的接收信号中获得以上所选择的码元的信道估计值，并且MIMO信号分离和调制单元25根据该信道估计值，对以上两个相同的码元执行组合处理(信号再现和分离处理)，该组合处理与上述在MIMO信号分离之前执行的重传和组合处理是等效的。
即，本示例应用了利用快速傅立叶变换的多载波发送，而无需如第五实施例(图10和图11)所示配备无线发送机单元14-i-j或无线接收机单元22-i-j，由此实现了与第五实施例等效的系统。
在这种情况下，发送机1和接收机2使用如图14所示的预先确定的相同映射模式。误码率检测单元34是用于其中使用一个以上的映射模式的情况的一种选择。误码率检测单元34根据OR运算单元28的输出(ACK/NACK信号)来检测(计算)误码率。如果误码率超过了指定阈值，则向发送机1的去映射单元36-i和映射单元18b-i请求改变要使用的映射模式。
根据本实施例的MIMO通信系统，在发送机1上，编码单元12-i对数据流#i进行纠错编码，然后通过调制单元13-i利用所需的调制方法(例如QPSK和16QAM)对其进行调制，并随后将其输入到映射单元18b-i。
如图14所示，映射单元18b-i产生码元在频率和时间上进行了二维划分的帧。在该帧内，使用在频率和时间方向上彼此分离的两个码元(也可以使用仅在时间上彼此分离的码元)，来发送一条调制数据。即，将一条调制数据复制并映射到具有相同字符A、B、C和D的多个码元，如图14所示。
将映射单元18b-i的输出输入到IFFT单元19a-i，以进行IFFT处理，由此同时对码元串(例如，图16中的频率方向上的六个码元)进行多载波调制。此后，将调制输出上转换为RF信号，然后从发送机天线15-i对其进行发送。
另一方面，在接收机2上，接收机天线21-i接收来自发送机1的RF信号，然后无线接收机单元22-i将其下转换为基带信号。然后将该基带信号输入到FFT单元35-i。
FFT单元35-i以指定的定时对接收信号执行FFT处理，由此在频率方向上产生一个以上的码元。此后，去映射单元36-i根据与图14的发送机1中使用的映射模式相同的模式，选择在时间上彼此分离的两个相同的码元，并将所选择的码元输入到信道估计单元23和MIMO信号分离和调制单元25。结果，对以上两个相同的码元执行了与已经进行了说明的在MIMO信号分离之前执行的重传组合处理等效的组合处理，并执行了MIMO信号分离和解调。
随后，解码单元26-i对MIMO信号分离和解调之后获得的解调数据进行纠错解码。这里，其中错误检测单元27-i没有检测到错误的数据是再现出的数据流#i。然后，OR运算单元28对于两个数据流#i对错误检测结果进行OR运算，并将其结果输入到误码率检测单元34。
如果误码率检测单元34检测到误码率超过了阈值，则向发送机1的去映射单元36-i和映射单元18b-i发送映射模式改变请求。响应于该映射模式改变请求，发送机1和接收机2改变它们的映射模式。
如上所述，根据本示例，在一个帧中，将一条调制数据复制到至少在时间上分离的码元位置，而表现出较低的相关性。因此，在衰落频率较高的情况下，接收特性得到了显著提高。
这样，根据本发明，通过利用重传控制和多载波发送，可以获得MIMO信号分离算法中的较大分集增益，从而数据通信中的传输效率得到了提高。
与其中在信号分离之后执行重传组合的现有情况相比，本发明即使在天线相关性较高的情况下也可以有效地实现信号分离再现处理，从而实现了足够的特性改善。因此，重传控制的效率得到提高，由此提高了数据通信吞吐量。因此，本发明在无线通信技术领域尤其有用。
此外，绝不应该将本发明限定为上述实施例，而是在不脱离本发明要旨的情况下可以进行多种变化和修改。
本申请基于2005年10月24日于日本提交的日本申请No.2005-308887，并要求其优先权，此处通过引用并入其内容。
权利要求
1.一种无线通信方法，用于在具有多个发送机天线(15-1和15-2)的发送机设备(1)与具有多个接收机天线(21-1和21-2)的接收机设备(2)之间执行无线通信，所述方法包括在所述发送机设备(1)上，从所述发送机设备(1)的多个发送机天线(15-1和15-2)发送信号，在所述接收机设备(2)上，通过所述多个接收机天线(21-1和21-2)来接收从所述发送机设备(1)发送的信号，根据接收信号获得所述发送机天线(15-1和15-2)与所述接收机天线(21-1和21-2)之间的信道估计值，并保存所述信道估计值和接收信号；以及根据(i)对于来自所述发送机设备(1)的接收信号的重传信号，(ii)对于所述重传信号而获得的信道估计值，以及(iii)保存在所述接收机设备中的接收信号和信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离。
2.根据权利要求1所述的无线通信方法，其中，如果所述接收信号的重传次数超过了指定次数，则所述接收机设备(2)根据通过所述接收机天线(21-1和21-2)接收的接收信号以及对于所述接收信号而获得的信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离，并将由此再现和分离的信号与从随后由所述发送机设备(1)重传的信号中再现和分离的信号进行组合，并对这些信号进行解码。
3.根据权利要求1所述的无线通信方法，其中，如果所述接收信号的信道估计值之间的相关性小于指定的阈值，则所述接收机设备(2)根据通过所述接收机天线(21-1和21-2)接收的接收信号以及对于所述接收信号而获得的信道估计值，对通过所述发送机天线(15-1和15-2)从所述发送机设备(1)发送的信号进行再现和分离，并将由此再现和分离的信号与从随后由所述发送机设备(1)重传的信号中再现和分离的信号进行组合，并对这些信号进行解码。
4.根据权利要求2或3所述的无线通信方法，其中，所述接收机设备(2)请求所述发送机设备(1)在改变其穿孔码型之后重传信号。
5.根据权利要求1所述的无线通信方法，其中，所述发送机设备(1)改变在重传时使用的发送机天线(15-1和15-2)或者频率。
6.一种无线通信方法，用于在具有多个发送机天线(15-1和15-2)的发送机设备(1)与具有多个接收机天线(21-1和21-2)的接收机设备(2)之间执行无线通信，所述方法包括在所述发送机设备(1)上，使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从所述发送机天线(15-1和15-2)发送信号，在所述接收机设备(2)上，通过所述接收机天线(21-1和21-2)来接收从所述发送机设备(1)发送的信号，从所述接收信号中获得对于所述多个载波或码元的信道估计值，以及根据所述接收信号和对于所述多个载波或码元的信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离。
7.一种在无线通信系统中使用的接收机设备(2)，在所述无线通信系统中，在具有多个发送机天线(15-1和15-2)的发送机设备(1)与具有多个接收机天线(21-1和21-2)的接收机设备(2)之间执行无线通信，所述接收机设备包括信道估计装置(23)，其根据通过所述接收机天线从所述发送机设备(1)接收到的接收信号来获得所述多个发送机天线(15-1和15-2)和所述多个接收机天线(21-1和21-2)之间的信道估计值；第一存储器(24)，用于在其中存储所述接收信号和由所述信道估计装置(23)获得的信道估计值；以及第一信号再现和分离装置(25)，其根据(i)对于来自所述发送机设备(1)的接收信号的重传信号，(ii)由所述信道估计装置(23)对于所述重传信号而获得的信道估计值，以及(iii)保存在所述第一存储器(24)中的接收信号和信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离。
8.根据权利要求7所述的接收机设备，还包括条件检测装置，用于检测与所述接收信号相关的指定条件；第二信号再现装置(25)，如果所述条件检测装置检测到所述指定条件，则所述第二信号再现装置根据通过所述接收机天线(21-1和21-2)接收的接收信号以及由所述信道估计装置(23)对于所述接收信号而获得的信道估计值，来对从所述发送机设备(1)发送的信号进行再现和分离；第二存储器(29-1和29-2)，用于在其中存储由所述第一信号再现和分离装置(25)获得的信号；再现和组合装置(30-1和30-2)，用于对由所述第二信号再现和分离装置(25)对于从所述发送机设备(1)发送的对接收信号的重传信号而获得的信号与存储在所述第二存储器(29-1和29-2)中的信号进行组合。
9.根据权利要求8所述的接收机设备，其中，所述条件检测装置被设置为重传次数检测装置(31)，用于检测以下事实作为所述指定条件发送次数超过了指定次数。
10.根据权利要求8所述的接收机设备，其中，所述条件检测装置被设置为相关性值检测装置(23a)，用于检测以下事实由所述信道估计装置(23)获得的信道估计值的相关性小于指定阈值。
11.根据权利要求8至权利要求10中的任意一项所述的接收机设备，还包括穿孔码型改变请求装置(31和23a)，如果所述条件检测装置检测到所述指定条件，则所述穿孔码型改变请求装置请求所述发送机设备(1)在改变其穿孔码型之后，发送所述重传信号。
12.根据权利要求7所述的接收机设备，其中，所述发送机设备(1)还包括频率改变装置(18-1、18-2、14-1-1至14-1-4，以及14-2-1至14-2-4)，用于改变在重传时使用的频率，并且其中，所述接收机设备(2)还包括频率选择和接收装置(22-1-1至22-1-4以及22-2-1至22-2-4)，用于选择性地接收其频率经过改变的信号，然后将所述信号输入到所述信道估计装置(23)和所述第二信号再现装置(25)。
13.一种无线通信系统，其中在具有多个发送机天线(15-1和15-2)的发送机设备(1)和具有多个接收机天线(21-1和21-2)的接收机设备(2)之间执行通信，其中，所述发送机设备(1)包括分别为各个发送机天线(15-1和15-2)设置的发送机装置(19-1、19-2、18a-1、18a-2、18b-1、18b-2、19a-1和19a-2)，用于发送单个信号，所述发送机设备使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从所述发送机天线(15-1和15-2)发送信号，并且其中，所述接收机设备(2)包括信道估计装置(23)，其通过所述接收机天线(21-1和21-2)接收从所述发送机设备(1)发送的信号，并根据接收信号获得对于所述多个载波或者码元的信道估计值；以及信号再现和分离装置(25)，其根据所述接收信号和由所述信道估计装置(23)获得的信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离。
14.一种发送机设备(1)，其与具有多个接收机天线(21-1和21-2)的接收机设备(2)进行无线通信，所述发送机设备包括多个发送机天线(15-1和15-2)；以及分别为各个发送机天线(15-1和15-2)设置的发送机装置(19-1、19-2、18a-1、18a-2、18b-1、18b-2、19a-1和19a-2)，用于发送单个信号，所述发送机设备(1)使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元，从所述发送机天线(15-1和15-2)发送信号。
15.一种接收机设备(2)，其与具有多个发送机天线(15-1和15-2)的发送机设备(1)进行无线通信，所述接收机设备包括多个接收机天线(21-1和21-2)；信道估计装置(23)，其通过所述接收机天线(21-1和21-2)来接收从所述发送机设备(1)发送的信号，并根据所述接收信号获得对于多个载波或者码元的信道估计值，所述发送机设备(1)使用频率彼此分离的各个载波或者使用至少在时间上彼此分离的多个码元来发送信号；以及信号再现和分离装置(25)，其根据所述接收信号和由所述信道估计装置(23)获得的信道估计值，对从所述发送机设备(1)的发送机天线(15-1和15-2)发送的信号进行再现和分离。
全文摘要
本发明提供了信道估计装置(23)，用于根据由接收机天线(21－i)(i＝1，2)接收的接收信号获得发送机天线与接收机天线(21－i)之间的信道估计值(hij)(j＝1，2)；存储器(24)，用于在其中存储接收信号(yi)和由所述信道估计装置(23)获得的信道估计值(hij)；以及信号再现和分离装置(25)，其根据(i)对于来自发送机设备(1)的接收信号的重传信号，(ii)由信道估计装置(23)对于所述重传信号而获得的信道估计值，以及(iii)保存在存储器(24)中的接收信号(yi)和信道估计值(hij)，对从发送机设备(1)的发送机天线(15－i)发送的信号进行再现和分离。通过所述结构，在MIMO传输中，即使当发送机天线(15－i)与接收机天线(21－i)之间的相关性较高时，也可以有效地执行MIMO信号分离处理。还可以在重传组合中实现足够的特性改善。
文档编号H04L1/08GK1956369SQ20061005838
公开日2007年5月2日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年10月24日
发明者关宏之 申请人:富士通株式会社