专利名称：无线通信方法、无线通信系统以及无线通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过多个天线接收从多个天线发送的无线信号来进行无线通 信的无线通信系统、以及在该系统中所使用的无线通信装置以及无线通信方法。
背景技术：
近年来，作为在无线通信系统中实现高速大容量的无线通信的技术，正得大容i的信道容量,"例如,'已知有如专利文献1所示的技术。图l表示专 利文献l中的无线通信系统的动作概要。基站10包括天线201-1 ~ 201-3以及发送波束成形单元12，移动台20 包括天线222-1 ~ 222-2、接收波束成形单元22、接收加权生成单元24、信 道估计单元204、特征值分解单元26以及发送加权生成单元28。在发送加权生成单元28生成的发送加权被反馈到基站10,并在发送波 束成形单元12中^皮用于发送加权控制。此外，在移动台20中，由接收加权 生成单元24生成的接收加权在接收波束成形单元22中被用于接收加权控制， 并且信道被正交化。由此，表面上，相同信道之间无干扰，从而能够获得更 大的信道容量。[专利文献1 ]特表2003-528527号公报C第57页、图1A)
发明内容
发明要解决的问题但是，专利文献1所记载的无线通信系统中存在下述问题:信道之间的相 关值即空间相关的值较高的情况与空间相关较低的情况相比，表面上的流数 减少，而且信道容量大幅地减少。本发明的目的在于，提供即使在空间相关较强的环境中也能够实现较高 的信道容量，并改善接收特性的无线通信方法、无线通信系统以及无线通信 装置。解决问题的方案本发明的无线通信方法为通过具有多个第一天线的第一无线通信装置和 具有多个第二天线的第二无线通信装置而实行的无线通信方法，所述无线通信方法包括检测步骤，检测与所述第二无线通信装置之间未进行通信的、 所述第一无线通信装置中所存在或出现的剩余天线；接收质量测量步骤，测 量从所述第二无线通信装置发送的导频信号的接收质量；发送分集选择步骤， 基于所述接收质量，选择从多个所述第一天线同时发送的不同的信号中的某 个信号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信号；以及发送步骤，从所 述第一无线通信装置的各天线将发送信号发送到所述第二无线通信装置。本发明的无线通信系统，其为包括具有多个第 一天线的第 一无线通信装 置和具有多个第二天线的第二无线通信装置的无线通信系统，采用的结构为， 所述第一无线通信装置具有检测单元，检测与所述第二无线通信装置之间 未进行通信的所述第一无线通信装置中所存在或出现了的剩余天线；接收质 量测量单元，测量从所述第二无线通信装置发送的导频信号的接收质量；发 送分集选择单元，基于所述接收质量，选择从多个所述第一天线同时发送的 不同的信号中的某个信号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信号；以 及发送单元，从所述第一无线通信装置的各天线将发送信号发送到所述第二 无线通信装置，所述第二无线通信装置具有接收单元，接收从所述第一无 线通信装置发送的发送信号；信道估计单元，基于接收到的信号中的导频信 号，对在多个所述第一天线和多个所迷第二天线之间形成的MIMO信道，计 算信道估计值以及信号分离单元，基于所述信道估计值，分离接收信号。本发明的无线通信装置采用的结构包括多个第一天线，接收第一 MIMO 信道的无线信号，同时以第二MIMO信道发送无线信号；检测单元，检测多 个所述第一天线中所存在或出现的未进行通信的剩余天线；接收质量测量单 元，测量从通信对方发送的导频信号的接收质量；发送分集选择单元，基于 所述接收质量，选择从多个所述第 一天线同时发送的不同的信号中的某个信 号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信号；以及发送单元，将发送信 号从多个所述第 一天线发送。发明有益效果根据本发明，即使在空间相关较强的环境中也能够实现较高的信道容量，并改善接收特性。
图l是专利文献l中的无线通信系统的动作概要说明图；图2是表示本发明实施方式1的无线通信系统的动作的流程图； 图3是表示本发明实施方式1的无线通信系统的结构的示意图； 图4是本发明实施方式1的基站与移动台之间的信道概要说明图； 图5是表示本发明实施方式1的基站的结构的方框图； 图6是表示本发明实施方式1的发送分集信号选择单元的动作的流程图； 图7是表示本发明实施方式1的发送加权生成单元的详细结构的方框图； 图8是表示本发明实施方式1的发送加权生成单元的加权生成判定的处 理步骤的流程图；图9是表示本发明实施方式1的信道监视单元的详细结构的方框图； 图IO是说明本发明实施方式1的信道估计信息的时间变动的示意图； 图IIA是本发明实施方式1的信道行列式与空间相关之间的关系的说明图；图11B是本发明实施方式1的空间相关与信道容量之间的关系的说明图； 图12A是本发明实施方式1的与发送加权相乘之前的向量X、Y以及wX 的关系的iJt明图；图12B是本发明实施方式1的与发送加权相乘之后的向量wX、与Y的 合成向量wX+Y、以及式(23)的关系的说明图；图DA是表示本发明实施方式1的空间相关与信道容量的关系的第二说 明图；图13B是表示本发明实施方式1的信道行列式与空间相关的关系的第二 说明图；图14是本发明实施方式1的向量X、 Y、 wX与合成向量X+Y、 wX+Y以及接收估计信道矩阵的行列式的关系的说明图；图15是表示本发明实施方式1的移动台的结构的方框图；图16是表示本发明实施方式2的基站的结构的方框图；图17是表示本发明实施方式2的发送功率和加权控制单元的详细结构的方框图18的(a)是本发明实施方式2的与发送加权相乘之前的向量X、 Y以及 将向量Y乘以功率分配P1所得的向量P1Y的关系的说明图，图18的(b)是 本发明实施方式2的向量P1Y、 wX以及其合成向量wX+P1Y的关系的说明 图，图18的(c)是本发明实施方式2的与功率分配P2相乘后所得的向量 P2(wX+P 1 Y)和式(41)的关系的说明图；图19是表示本发明实施方式3的基站的结构的方框图；图20A是本发明实施方式3的第一天线中的导频接收SNR特性的说明图；图20B是本发明实施方式3的第二天线中的导频接收SNR特性的说明图；图20C是本发明实施方式3的分集副载波信号的分配的说明图；图21是表示本发明实施方式3的分集副载波选择单元的动作的流程图；以及图22是表示本发明实施方式3的移动台的结构的方框图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，在以下的各实施 方式中，以在利用MIMO技术的移动无线通信系统中，通过反馈等而在发送 端中信道信息是已知，基站具有比移动台多的天线，并进行从基站向移动台 的通信的情况为例进行说明。另外，为了筒化说明，用基站天线数为三个和 移动台天线数为两个的情况进行说明。但是，本发明并不限定于此。另夕卜，有时将基站称为BS(Base Station)或Node B，将移动台称为 MS(Mobile Station)或UE(User Equipment)。此外，在以下的说明中，假设第 一无线通信装置为基站，第二无线通信装置为移动台。但是，本发明的内容 并不限于此，也可以是第一无线通信装置为移动台，第二无线通信装置为基 站。(实施方式1)图2用于说明本发明实施方式1的无线通信系统的动作顺序。在基站中， 检测当前未使用的天线(以下，称为"剩余天线")(步骤SIOO)，在决定了新使用 该天线时，基站对移动台请求发送导频信号(步骤S102)。按照导频发送请求，移动台对基站发送上行导频信号。此时，基站使剩
余天线为能够使用的状态，并由所有天线接收导频信号(步骤S104),所述所 有天线为在目前为止处于通信中的天线上加上剩余天线。在基站中，通过接收的导频信号，进行信道估计和导频接收SNR的测量 (步骤S106)。通过导频接收SNR的测量，选择从剩余天线进行分集发送的信 号。通过该信号选择信息和信道估计信息进行发送加权的计算，生成发送信 号(步骤S108)。接着，从基站将下行导频信号和数据发送到移动台(步骤SllO)。移动台 通过下行导频信号进行信道估计，并将接收信号分离而取得接收数据(步骤 S112)。图3是表示本发明实施方式1的无线通信系统的结构的示意图。在图3 中，假设第一无线通信装置为基站200,第二无线通信装置为移动台220。基站200包括天线201-1、 201-2以及201-3,移动台220包括天线 222-1和222-2、信号分离处理单元203、信道估计单元204以及加权计算单 元205。在实施方式1中，假设基站200的天线201-3为剩余天线，并新使用 该天线。在基站200和移动台220之间，信号XI和X2被空分复用(SDM)发送。 进而，基于移动台220的信道估计单元204所估计的信道信息，在加权计算 单元205中进行加权计算，并将其反馈给基站。在基站中，将从剩余天线发 送的发送信号X1乘以加权w,实现空分复用发送和分集发送的同时使用。在移动台中，接收发送信号，并由信号分离处理单元203对接收信号Yl 和Y2进行信号分离处理，由此发送信号XI和X2净皮复原。在此，说明图3的移动台220的信道估计单元204所估计的信道的定义。 图4表示在基站300的天线201-1 ~201-3和移动台320的天线222-1、 222-2 之间形成的信道的状态。4艮设在基站300的天线201-1和移动台320的天线222-1之间形成的信道 为"h "，，，在基站300的天线201-2和移动台320的天线222-1之间形成的信 道为"h 12，，,在基站300的天线201-3和移动台320的天线222-1之间形成的 信道为"h 13"。此外，^ii殳在基站300的天线201-1和移动台320的天线222-2 之间形成的信道为"1121"，在基站300的天线201-2和移动台320的天线222-2 之间形成的信道为"h 22"，在基站300的天线201-3和移动台320的天线222-2 之间形成的信道为"1123"。
图5是表示本发明实施方式1的基站400的结构的方框图。在本实施方 式，在图3中，首先以两个基站天线201-1和201-2来与移动台进行通信，接 着，监视天线的使用状况的天线控制单元403(将在后面论述)检测到出现一个 剩余天线201-3。以下，以通过使该剩余天线能够新使用在与移动台220的通 信中，从而使用天线数成为三个的情况为例进行说明在图5中，基站400包括S/P变换单元401 、两个调制单元402-1和402-2、 天线数决定单元404、天线控制单元403、功率控制单元405、三个发送RF 单元406-1 -406-3、三个天线201-1 ~ 201-3、三个接收RF单元408-1 ~ 408-3、 导频接收SNR测量单元409、发送分集信号选4奪单元410、发送加权生成单 元411、乘法器412、信道估计单元413、信号分离单元414、信道监视单元 415、两个解调单元416-1和416-2、以及P/S变换单元417。首先，说明在基站400中，将发送数据从天线201-1 ~ 201-3发送到移动 台的动作。S/P变换单元401将所输入的发送数据变换为相当于空分复用数的并行 数据，并将其分别输入到调制单元402-1和402-2。调制单元402-1和402-2将所输入的发送数据分别进行调制，并将其输入 到发送分集信号选择单元410和天线数决定单元404。作为检测部件的天线控制单元403能够控制每一用户的使用天线数，并 在出现或存在剩余天线时，能够检测到该情况。在出现或存在剩余天线时， 生成天线控制信号，以使其分配给当前通信中的用户，并输入到天线数决定 单元404。相反，在新容纳用户时，对使用移动台拥有数以上天线的用户， 生成控制信号，以减少使用天线数，并输入到天线数决定单元404。天线数决定单元404接受天线控制信号，增加或减少每一用户所使用的 天线数。在此，在调制单元402-1和402-2中进行了调制的信号和在乘法器 412中将发送分集信号选择单元410输出的信号乘以发送加权信息所得的信 号被输入，并基于天线控制信号对与发送加权信息相乘后的信号进行ON或 OFF。功率控制单元405对从天线数决定单元404输入并输出到各个发送RF 单元406-1 ~ 406-3的信号，随着每一用户的使用天线数的增减，控制信号功 率，以使来自各天线的发送功率恒定。此外，将在功率控制单元405中所决 定的功率作为发送功率信息输入到发送加权生成单元411。 发送RF单元406-1 ~ 406-3分别具有带通滤波器、It字/才莫拟变换器以及 低噪声放大器等。发送RF单元406-1 ~ 406-3分别对/人发送功率控制单元405 输入且与天线201-1 -201-3分别对应的信号进行上变频，通过天线201-1 ~ 201-3无线发送到移动台。接着，说明在基站400中接收来自移动台1400(后面论述)的发送信号的 动作。天线201-1 -201-3分别获得从通信对方即移动台发送来的无线信号，并 将该接收信号输入到接收RF单元408-1 ~ 408-3。接收RF单元408-1 ~ 408-3分别具有带通滤波器、模拟/数字变换器以及 低噪声放大器等，对所输入的信号进行下变频，并将其输入到信号分离单元 414。此外，这时，提取导频信号，并将该导频信号分别输入到信道估计单元 413和导频接收SNR测量单元409。导频接收SNR测量单元409通过所输入的导频信号而计算出各天线的平 均导频接收SNR(导频信号功率与噪声功率之比)，并将其作为接收SNR信息 输入到发送分集信号选择单元410。发送分集信号选4奪单元410根据从导频接收SNR测量单元409输入的导 频接收SNR信息，选择并输出从调制单元402-1和402-2输入的信号中应从 导频接收SNR已被判断为低的天线发送的信号作为发送分集信号。这是因为 对用较恶劣的传播路径发送的信号适用分集时，接收特性的改善程度更大。 此外，关于将调制单元402-1和402-2输出的信号中的哪个信号从发送分集信 号选择单元410输出的信息(选择结果)作为选择信号信息输入到发送加权生 成单元411。发送加权生成单元411基于从发送分集信号选择单元410输入的选择信 号信息、从功率控制单元405输入的发送功率信息、以及从后面论述的信道 监视单元415输入的信道信息，生成发送加权信息，并输出到乘法器412。信道估计单元413通过所输入的导频信号计算信道估计值，并将计算出 的信道估计值输入到信号分离单元414和信道监浮见单元415。信号分离单元414基于从信道估计单元413输入的信道估计值，将从接 收RF单元408-1 ~ 408-3分别输入的信号按预定的方式进行分离。信道监视单元415监视信道的时间变动。目的在于防止由于信道的时间 变动而使发送加权不正确，并导致接收特性恶化。具体而言，基于从信道估
计单元413输入的信道估计值，判断可否进行发送加权相乘，并将其作为信道信息输入到发送加权生成单元411。解调单元416-1和416-2分别对在信号分离单元414分离并输出的接收信 号进行解调，并将其输入到P/S变换单元417。P/S变换单元417将所输入的相当于空分复用数的接收数据变换为串行 数据，并将其作为接收数据输出。接着，详细说明导频接收SNR测量单元409、发送分集信号选择单元410、 发送加权生成单元411、信道监视单元415以及发送加4又生成单元411的各单 元中的动作。首先，说明从导频接收SNR测量单元409输出的4妄收SNR信息的生成 过程。假设从移动台向基站发送了导频信号，并且为了方便将导频信号的发 送功率设为1。假设基站天线201-1和201-2中的平均导频接收SNR分别为 SNR1和SNR2,接收噪声功率分别为N,和N2时，可分别如式(l)那样表示天 线201-1和201-2中的平均导频接收SNR即SNR1和SNR2。在图5中，SNR1和SNR2作为接收SNR信息被输入到发送分集信号选 捧单元410。在此，剩余天线即天线201-3也与天线201-1和201-2—样，接 收从移动台向基站发送的导频信号。但是，由天线201-3接收的导频信号是 以信道估计为目的的信号，在导频接收SNR测量单元409中不成为导频接收 功率的测量对象。另外，在此列举了导频接收SNR作为发送分集信号的选择基准的例子。 但是，也可以测量导频接收功率、导频接收SIR(信号功率与干扰功率之比)、 导频接收SINR(信号功率与干扰和噪声功率之比)等，并将测量信息输入到发 送分集信号选择单元410。将选择基准设为导频接收功率时，不需要测量噪声功率。此外，作为接 收导频的基站端中的信号恶化的主要原因，在干扰为主导时，通过将导频接 收SIR设为选择基准，能够选择考虑到干扰影响的分集信号，从而可期待接 收特性的改善。此外，通过将导频接收SINR设为选择基准，能够选择考虑 到噪声和干扰双方的影响的分集信号，在噪声和干扰都存在的环境中，可期
待接收特性的改善。另外，虽然在图5中是导频接收SNR测量单元409，但是如上所述，也可是作为上位概念的对接收信号的接收质量进行测量的接收质量测量单元。接着，详细说明发送分集信号选4奪单元410的动作。图6是表示发送分 集信号选择单元410中的信号选择动作的流程图。假设从调制单元402-1输 出的信号为XI，从调制单元402-2输出的信号为X2。首先，在步骤S510,从导频接收SNR测量单元409接受了接收SNR信 息SNR1和SNR2。接着，在步骤S520,比较天线201-1和201-2中的导频接 收SNR，并判断哪一方的路径更加恶劣。因为可预测在恶劣的if各径中比特差 错率的恶化，所以其目的在于通过分集发送来改善该比特差错率的恶化。在步骤S520,判定天线201-1中的接收SNR即SNR1是否大于天线201-2 中的接收SNR即SNR2。在SNR1大于SNR2时，判断为至天线201-2的路 径更恶劣，在步骤S520之后，执行步骤S530-1。另一方面，在步骤S520,天线201-2中的接收SNR即SNR2大于天线 201-1中的接收SNR即SNR1时，判断为至天线201-1的路径更恶劣，在步 骤S520之后，执行步骤S530-2。在步骤S530-1，选择并输出信号X2作为分集信号，在步骤S530-2，选 择并输出信号XI作为发送分集信号。接着，详细说明发送加权生成单元411的动作。图7是表示发送加权生 成单元411的详细结构的方框图，图8是表示加权生成判定的处理步骤的流 程图。在加权生成判定单元611中，从图5的信道监视单元415接受信道信 息(步骤S710),进行发送加权的生成判定(步骤S720)。信道信息为1时，相位控制信息被输入到加权相位计算单元631，控制 加权相位计算单元631，以使加权相位计算单元631的输出成为O[rad](步骤 S730-2)。如果信道信息不是1,则判定该信道信息是信道估计信息，将该信 道信息输入到信道行列式计算单元621(步骤S730-l)。在信道行列式计算单元621中，从信道估计信息计算信道行列式，并将 它输入到加权相位计算单元631。在本实施方式中，由于同时使用空分复用发送和分集发送，所以根据从 各天线发送的信号的组合，信道行列式不同。在本实施方式中，基于从发送 分集信号选择单元410输入的选择信号信息，计算并决定信道行列式。在加权相位计算单元631中，没有从加权生成判定单元611输入相位控制信息时， 根据从信道行列式计算单元621输入的信道行列式信息来决定发送加权的相位。此外，在加权振幅计算单元641中，基于从功率控制单元405输入的发 送功率信息，计算发送加权的振幅。在加权生成单元651中，/人加权相位计 算单元631输入的发送加权的相位信息和加4又振幅计算单元641输入的发送 加权振幅信息来生成并输出发送力口权。接着，详细说明信道监视单元415的动作。图9是表示信道监视单元415 的详细结构的方框图。信道监视单元415包括緩存单元815、具有式(2)所 示的延迟量的延迟单元825、信道相关计算单元835以及信道变动判定单元 845。Z-1 …式(2 )緩存单元815存储图5所示的在信道估计单元413中所估计的信道估计 信息。图IO表示随时间变化的信道变动的状态。图10的横轴表示时间，纵 轴表示信道的复数振幅。此外，图10的点A表示采样时间t 1 - 5 t中的 信道的复数振幅，点B表示采样时间tl中的信道的复数振幅H，点A和点B 的值分别设为H(tl-5t)和H(tl)。这里，假设在信道估计单元413中以采样间隔5t来估计信道H(t)。 在緩存单元815中存储某采样时刻所估计的信道估计信息，而且依次更 新信道估计信息。在信道相关计算单元835中，对在图5所示的在信道估计单元413中所 估计的信道估计信息与从緩存单元815输出且在延迟单元825被延迟式(2)所 示的延迟量之后的信道估计信息之间的相关进行计算。假设在图10中，在采样时刻tl所估计的信道估计信息为H(tl)，在一采 样时间前即tl-St所估计的信道估计信息为H(tl-5t)，信道相关值为p时，p 用式(3)表示。式(3)中的E[]表示信号群平均。另外，式(4)表示H(tl)的信道元 素，式(5)表示H(tl-St)的信道元素。这里，如果将式(4)和式(5)考虑为某矩阵 H中的不同的两个元素，则p表示空间相关。<formula>formula see original document page 15</formula>& …式(5 )信道变动判定单元845基于从信道相关计算单元835输入的信道相关信 息，判断信道变动。如果信道相关信息在预定的阈值以上时，则判断为存在 信道变动，输出1作为信道信息。如果信道相关信息低于预定的阔值，则判 断为信道变动少，将从图5所示的信道估计单元413输入的信道估计信息作 为信道信息输出。最后，详细说明发送加权生成单元411的动作。这里，说明在发送加权生成单元411中生成的发送加权w。假设发送加权w的振幅为u,相位为6 ，如式(6)那样表示w。<formula>formula see original document page 15</formula>(6 )通过从功率控制单元405输入的发送功率信息而决定振幅u。 一般在无 线通信系统中，规定了可发送的最大功率。因此，天线数为多个时，功率被 分配给各天线，并且控制从各天线发送的信号的发送功率，以使其不超过可 发送的最大功率。在本实施方式中，在功率控制单元405中，采用使功率均 等地分配给各天线的结构。例如，在可发送的最大功率即总发送功率为1、 发送天线为3个时，由于功率是振幅值的平方，所以u如式(7)所示。<formula>formula see original document page 15</formula>(7 )根据从信道监视单元415输入的信道信息而决定相位6 。信道信息为1 时，设定相位e为O[rad]。另一方面，信道信息不为1时，基于以下所示方法， 决定相位。首先，说明信道信息。用图4说明形成MIMO信道的状态。在图4中， 由基站天线数为3，移动台天线数为2的MIMO系统形成6个不同的信道元 素h ~ h 23,并由信道估计单元413对它们进行 估计。 一般用矩阵表示MIMO 信道。以后，由信道估计单元413估计的信道元素用式(8)所示的3x2的信道 矩阵H来表示。 <formula>formula see original document page 16</formula>式(8 )在本实施方式中，由于同时使用空分复用发送和分集发送，所以在/人基 站发送数据信号时，从两个天线发送相同的数据信号，从剩余的一个天线发 送与所述数据信号不同的数据信号。也就是说，如图3所示，假设从天线201-1和天线201-3发送数据信号XI,从天线201-2发送数据信号X2时，可如式(9) 那样记述天线222-1和222-2中的接收信号Yl和Y2。<formula>formula see original document page 16</formula>式(9)展开并整理式(9)后，可如式(10)那样进行记述。<formula>formula see original document page 16</formula>…式(1 0 )如式(10)所示，在同时使用空分复用发送和分集发送时，原来在传播路径 中存在3x2的信道矩阵，但是在接收端成为2x2的信道矩阵。这称为矩阵的 退化(Degeneracy of a Matrix)。矩阵的退化为依存于空分复用数和发送4妻收天 线数而产生的现象，例如，在发送天线数为四个，接收天线为两个，空分复 用数为2时，在传播路径中存在4x2的信道矩阵，但是在接收端退化为2x2 的信道矩阵。在本实施方式中，由于假设天线201-3为剩余天线，并将其作为新^吏用 的天线，所以将从天线201-3发送的信号乘以发送加权。在基站天线数为三 个，移动台天线数为两个的无线通信系统中，在同时使用空分复用发送和分 集发送时，从两个天线发送相同的数据信号。假设该数据信号为X1。此外， 从剩余的一个天线发送与上述的数据信号不同的数据信号。假设该数据信号 为X2。关于从天线201-1 ~ 201-3的哪个天线发送数据信号XI和X2，可考虑到 几种组合。这里，假设从天线201-1发送XI，从天线201-2发送X2，以及从 天线201-3发送XI。此外，对从天线201-3发送的数据信号XI乘以式(4)所 示的力口;f又。使用信道矩阵的元素而如式(11)那样表示式(3)所示的加权的相位6 。在
式(11)中，a表示行列式的改善程度，而且是0 < a s 1 ,在为a = 1时，决定相位，以使行列式为最大。由系统要求条件等决定a的范围和值。a可以是确定了的固定值，或者是根据传播环境而变动的变动值。<formula>formula see original document page 17</formula>这里，说明在发送加权的相位导出中使用信道矩阵的行列式的理由和发 送加权的导出过程。图11表示使用一般的相关信道模型即张量(Kronecker)模 型的行列式与空间相关以及信道容量的关系。空间相关是表示信道矩阵的元 素之间的相关值的平均，其细节后面论述。使用绝对值的平均来计算信道行 列式的值。式(12)表示张量模型，A表示张量模型中的信道矩阵。式(13)表示不相关 瑞利(Rayleigh)信道(平均0和分散1),式(14)表示接收天线数，式(15)表示发 送天线数，p表示空间相关系数(0 s p s 1 )。<formula>formula see original document page 17</formula><formula>formula see original document page 17</formula><formula>formula see original document page 17</formula><formula>formula see original document page 17</formula>图IIA表示矩阵A的行列式的绝对值和空间相关之间的关系，图IIB表 示空间相关和信道容量之间的关系。横轴表示复数的实部(Realpart),纵轴表 示虚部(Imaginary)。在图11A中，矩阵A的行列式，即，在式(16)的绝对值为0时通过空间 相关值为1的点，在式(16)的绝对值为0.2时通过空间相关值为0.8的点，在 式(16)的绝对值为0.5时通过空间相关值为0.4的点，在式(16)的绝对值为0.58 时通过空间相关值为0的点。也就是说在图11A中，随着式(16)的绝对值的 增加，绘制出空间相关单调减少的特性曲线。式(16)的绝对值越大，空间相关 越接近0。d, ,…式(1 6 )在图11B中，在空间相关值为0时通过信道容量约为1.68的点，在空间 相关值为0.4时通过信道容量约为1.62的点，在空间相关值为0.8时通过信 道容量约为1.45的点，在空间相关值为1时通过信道容量约为1.32的点。也 就是说在图11B中，随着空间相关值的增加，绘制出信道容量值单调减少的 特性曲线。空间相关越接近O,信道容量也随之增加。由于4亍列式仅^皮定义为正方矩阵，并以实际的MIMO无线通信系统中的 最小结构为前提，在图11中表示发送天线为两个，接收天线为两个的2x2矩 阵时的倾向。根据不相关瑞利信道的平均和分散，detA的绝对值和信道容量 发生变化。但是，关于空间相关与式(16)的绝对值的关系以及空间相关与信道 容量的关系，能够获得相同的倾向。此外，即使对发送接收天线数为3以上，即，为3x3矩阵或4x4矩阵以 上，对于空间相关与式(16)的绝对值之间的关系以及空间相关与信道容量之间 的关系也能够获得相同的倾向从图IIA和图11B所示的空间相关与式(16)的绝对值的关系以及空间相 关与信道容量的关系，能够推导式(16)的绝对值与信道容量的关系。也就是说， 由于式(16)的绝对值越增加，空间相关值越减少，所以信道容量增加。因此， 决定空间相关值和行列式式(16)的绝对值，以能够进一步增加信道容量，并基 于空间相关值和行列式式(16)的绝对值来决定发送加权。在本实施方式中，由于假设天线201-3为剩余天线，并将其作为新使用 的天线，所以将从天线201-3发送的信号乘以发送加权。在基站天线数为三 个，移动台天线数为两个的无线通信系统中，在同时使用空分复用发送和分 集发送时，从两个天线发送相同的数据信号。假设该数据信号为X1。此外， 从剩余的一个天线发送与所述数据信号不同的数据信号。假设该数据信号为 X2。在基站天线数为三个，移动台天线数为两个的无线通信系统中，基站作 为发送端、移动台作为接收端且同时使用空分复用发送和分集发送时，如式 (IO)所示，在接收端所估计的信道矩阵退化为2x2。对从基站天线201-3发送 的信号乘以发送加权后发送时，信道矩阵也退化为2x2。如果在接收端所估 计的信道矩阵(以下，称为"接收估计信道矩阵，，)为式(17),则如式(18)那样表 示式(17)。<formula>formula see original document page 19</formula>此外，如式(20)那样计算式(18)的信道行列式式(19)。 d氛) ■ ■ ■式<formula>formula see original document page 19</formula><formula>formula see original document page 19</formula>图12A表示与发送加权相乘之前的向量X与Y的关系，以及与发送加权 相乘之后的向量wX与Y的关系，图12B表示与发送加权相乘后的向量wX 和向量Y的合成向量与接收信道矩阵的行列式的绝对值的关系。 一般，在无 线通信路径中的信道产生复数振幅变动和相位变动，而用向量表示信道状态 时，可将其表示在复数平面上。图12的横轴表示复数的实部(Real part)，纵 寿由表示虚吾卩(Imaginary)。在图12A中，假设与发送加权相乘之前的向量XllOl与Y1102之间的夹 角d)为cj)。此外，假设将向量X1101乘以发送加权w所得的向量为向量 wX1103。这里，假设向量wX1103与Y1102之间的夹角(式(24))为0。在图12B中，合成向量(wX+Y)1104为，将向量wX1103的始点按几4可学 平行移动到向量Y1102的终点A后，进行相加而获得的向量。从式(23)可知，行列式式(19)的绝对值等于复数向量wX1104与Y1102的 合成向量(wX+Y)1104,即，从圆点O开始直至点B为止的长度(大小)。进而， 图UB中，在向量wX1103与Y1102之间的夹角(式P4))为0时，合成向量 (wX+Y)1104的大小为最大。因此，在图12A中，如果将向量XllOl乘以发送加权w后将其往向量 Y1102方向进行相位旋转6 ,式(24)能够小于①，则行列式式(19)的大小能够 比当前即与发送加权相乘之前大。此时，如式(25)那样表示向量wX和Y的 夹角式(24)的范围。<formula>formula see original document page 20</formula>式(2 4 )<formula>formula see original document page 20</formula>式(2 5 )才艮据式(25)，在式(24)为0，即向量wX1103与Y1102相同相位时，如图12B所示行列式式(19)的绝对值为最大，可以说是最理想的值。此时基于加权w的相位旋转量6等于①。但是，如果满足式(25)的关系，则行列式式(19)的大小比当前大。才艮据上述，用X和Y来表示e时，可得出式(26)。<formula>formula see original document page 20</formula>式(2 6 )这里，a表示行列式的改善程度，而且是O < as 1 ，在a = 1时，决 定相位，以使行列式的绝对值为最大。由系统要求条件等决定a的范围和值。 a可以是确定了的固定值，或者是根据传播环境而变动的变动值。cc为固定值时，可考虑为在系统中要求最高的性能等。此时，a的值被 固定为1或接近于1的值，基于oc的值决定发送加权，以使从传播路径所获 得的信道容量总是为最大或取接近于最大的值。a为变动值时，设计规格等预先示出信道容量和数据速率等要求值，才艮 据计算或统计信息等计算出满足这些要求值的空间相关。此外，根据传播路 径信道中的信道估计值计算空间相关值，并且为了满足先前所示的要求值， 在基站或终端中控制a的值，从而决定发送加权。给出系统要求条件的情况的一例如下所示。图13A表示空间相关和信道 容量的关系，图13B表示与发送加权相乘后的情况下的信道行列式式(19)的 绝对值与空间相关的关系。横轴表示复数的实部，纵轴表示虚部。在图13A 中，信道容量为C[bits/s/Hz]时，空间相关值为0.46,在图13B中，空间相关 值为0.46时，信道行列式式(19)的绝对值为D。系统要求条件为信道容量C[bits/s/Hz]以上时，图13A表示使信道的空间 相关在0.46以下即可。另一方面，空间相关在0.46以下时，图13B表示^(吏信 道行列式式(19)的绝对值在D以下即可。因此，在系统要求条件为信道容量 C[bits/s/Hz]以上时，将信道行列式决定为式(27)即可。 det(^)^D ■ ■式(2 7 )图14是在复数平面上表示向量X、Y、wX和这些向量的合成向量X+Y、 wX+Y和接收估计信道矩阵的行列式的绝对值之间的关系的图。横轴表示复 ^:的实部，^v轴表示虚部。向量X1301和向量Y1302的合成向量1303的大 小等于未乘以发送加权时的接收估计信道矩阵的行列式式(28)的绝对值(大 小)。实线1304为连接距复数平面上的圓点0的距离与合成向量1303的大小 相等的点的圆。d,) ■,.式(2 8 )另一方面，向量wX1305和向量Y1302的合成向量1306的大小等于乘以 发送加权后的情况下的接收估计信道矩阵的行列式式(19)的绝对值(大小)。实 线1307为连接距复数平面上的圓点O的距离与合成向量1306的大小相等的 点的圓。此外，在使满足系统要求条件即信道容量C[Bits/s/Hz]的信道行列式的绝 对值(大小)为D时，实线1308是连接距复数平面上的圆点O的距离为D的点 的圓。这里，向量X1301和Y1302为式(23)所示的信道估计值的元素。此外，向量wX1305为将向量1301乘以发送加^又w后所获得的向量，并 且从向量X1301的方向往向量Y1302的方向进行角度6的相位旋转，同时改 变了大小。通过调整发送加权w,能够变更向量1306的方向和大小。也就是 说，能够使乘以发送加权后的情况下的接收估计信道矩阵的行列式的绝对值 变大。在图14中，实线1304的圆在实线1308的圆的内侧，可知未乘以发送加 权时，信道行列式的绝对值不满足系统要求条件即D。与此相对，在乘以发 送加;〖又时，实线1307的圆在实线1308的圆的外侧，所以可达到信道矩阵的 行列式式(19)的绝对值，所述信道矩阵的行列式式(19)的绝对值为超过信道行 列式的绝对值的系统要求条件即D的值。更具体地说，例如，根据设计规格等，发送接收之间应满足的信道容量 为3[bits/s/Hz]时，基于计算和统计信息等导出满足该信道容量的信道行列式 的纟色对值，例如，假设为0.4。此时，例如，假设未乘以发送加权时的信道行 列式的绝对值为0.2，通过乘以发送加权进行相位旋转，例如旋转兀/6[rad]。 结果，乘以发送加权后的信道行列式的绝对值在0.4以上，例如，为0.5,通
过乘以发送加权，能够满足系统要求条件。于是，即使在给出系统要求条件时，也能够用式(26)来表示发送加权W的才目^立e 。图15是表示本发明实施例1的移动台的结构的方框图。在图15中，移 动台1400包括两个天线222-1和222-2、两个接收RF单元1401-1和1401-2、 信道估计单元1402、信号分离单元1403、两个解调单元1404-1和1404-2、 P/S变换单元1405、 S/P变换单元1406、两个调制单元1407-1和1407-2、两 个发送RF单元1408-1和1408-2以及导频控制单元1409。接收RF单元1401-1和1401-2分别具有带通滤波器、模拟/数字变换器以 及低噪声放大器等，对从天线222-1和222-2输入的信号进行下变频，并将其 输入到信号分离单元1403。此外，此时，提取导频信号和导频控制信号，并 分别输入到信道估计单元1402和导频控制单元1409。信道估计单元1402根据从接收RF单元1401-1和1401-2输入的导频信 号计算信道估计值，并将计算出的信道估计值输入到信号分离单元1403。信号分离单元1403基于从信道估计单元1402输入的信道估计值，将从 接收RF单元1401-1和1401-2分别输入的信号按预定的方式进行分离，并将 分离后的信号输入到解调单元1404-1和1404-2。。解调单元1404-1和1404-2分别对在信号分离单元1403分离的接收信号 进行解调，并将其输入到P/S变换单元1405。P/S变换单元1405将从解调单元1404-1和1404-2输入的相当于空分复 用数的接收数据变换为串行数据，并将其作为接收数据输出。S/P变换单元1406将所输入的发送数据变换为相当于空分复用数的并4亍 数据，并将其分别输入到调制单元1407-1和1407-2。调制单元1407-1和1407-2对从S/P变换单元1406输入的发送数据分别 进行调制，并将其输入到发送RF单元1408-1和1408-2。发送RF单元1408-1和1408-2分别具有带通滤波器、数字/模拟变换器以 及低噪声放大器等，对所输入的信号进行上变频，并通过天线222-1和222-2 对移动台进行无线发送。在从基站接收到导频控制信号时，导频控制单元1409将导频控制信号输 入到发送RF单元1408-1和1408-2。这样，根据实施方式l,在利用MIMO技术的无线通信系统中，设有第
一无线通信装置的基站400具有比设有第二无线通信装置的移动台1400多的 天线，在暂时出现或存在剩余天线时，使用该剩余天线，同时进行空分复用 发送和分集发送。进而，对进行分集发送的信号乘以发送加权后，进行发送。此外，其装置结构为，决定空间相关值和行列式的绝对值，以能够进一 步增加信道容量，并基于这些空间相关值和行列式的绝对值来决定发送加权。 由此，即使在空间相关较高的环境中，也能够降低传播路径信道的空间相关， 所以能够实现高的信道容量，改善接收特性。另外，设有第一无线通信装置的基站400所具有的天线数并不限于本发 明实施方式1所示的情况。设有第一无线通信装置的基站400具有三个以上 的天线，设有第二无线通信装置的移动台1400具有二个以上的天线即可。此 外，基站400具有的天线数在三个以上，空分复用数在两个以上而进行分集 发送的信号为两个以上时，能够生成两个以上的发送加权。例如，设有第一无线通信装置的基站400具有四个天线，设有第二无线 通信装置的移动台1400具有两个天线，从四个天线发送两个不同的信号和两 个分集发送信号时，该基站400能够生成两个发送加权。此外，在移动台1400 具有比基站400多的天线数时，也能够对移动台1400作为发送端、基站400 作为接收端的上行线^各适用本实施方式。具体而言，移动台1400具有三个天线，而且在基站400中对该移动台 1400分配了两个天线时，能够同时使用空分复用发送和分集发送。此时，移 动台1400根据从基站400反馈的信道矩阵生成发送加权。将进行分集发送的 信号乘以该发送加权。这样，即使在从移动台1400向基站400进行通信的上 行线路中，在移动台1400具有比基站400多的天线数时，也能够适用本实施 方式。(实施方式2)用图16~ 17说明本发明实施方式2的无线通信装置的结构以及动作。由 于移动台的结构以及动作与实施方式1相同，所以在此仅说明基站的结构以 及动作。此外为了避免重复说明，仅说明与实施方式1不同之处。主要的不 同方面在于，在本实施方式中，控制从各天线发送的信号的功率。因此，最 适合的发送加^l的生成方法与实施方式1不同。图16是表示本发明实施方式2的基站1500的结构的方框图。与实施方 式1的第一无线通信装置400不同是，使用发送功率和加权控制单元1511来代替功率控制单元405和发送加权生成单元411，并具有乘法器1512-1-1512-3来代替乘法器412。发送功率和加权控制单元1511根据从发送分集信号选择单元410输入的 选择信号信息和从信道监视单元415输入的信道信息，对从各天线发送的信 号进行最适合的功率控制和发送加权生成，并对乘法器1512-1和1512-2输出 发送功率信息，对乘法器1512-3输出发送加权信息。另外，将在后面论述用 于发送功率控制和发送加权生成的信号处理的形态。在乘法器1512-1和1512-2中，对从调制单元402-1和402-2输入的各发 送信号分别乘以从发送功率和加权控制单元1511输出的发送功率信息。在乘 法器1512-3中，将从发送功率和加权控制单元1511输出的发送加权信息与 从发送分集信号选择单元410输出的发送分集信号相乘。图17是表示发送功率和加权控制单元1511的详细结构的方框图。与本 发明实施方式1的发送加权生成单元411不同之处在于，具有发送功率计算 单元1641来代替加权振幅计算单元641。在发送功率计算单元1641中，基于从信道行列式计算单元621输入的信 道行列式信息，计算发送加权的振幅和未乘以发送加权的信号的功率(振幅)， 并分别作为加权振幅信息输出到加权生成单元651,以及作为发送功率信息 输出到乘法器1512-1和1512-2。在加权生成单元651中，从加权相位计算单 元631输入的发送加斥又的相位信息和发送功率计算单元1641输入的发送加权 振幅信息来生成并输出发送加权。这里，说明在发送功率计算单元1641中所生成的发送功率信息的生成过 程。 一般，在无线通信系统中，规定了可发送的最大功率。因此，天线数为 多个时，功率被分配给各天线，并且控制从各天线发送的信号的发送功率， 以使其不超过可发送的最大功率。在本实施方式，采用以下结构，在发送功 率计算单元1641中计算发送功率，并将功率分配给各个天线。这里，假设可发送的最大功率即总发送功率为P,并且从三个天线201-1 ~ 201-3发送的信号的发送功率分别为式(29)、式(30)以及式(31),则可以用式(32) 表示式(29)、式(30)以及式(31)和P的关系。将发送功率信息即发送功率分配 系数式(33)和式(34)分别输入到乘法器1512-1和1512-2，并将式(35)输入到加 权生成单元651。<formula>formula see original document page 25</formula>式(2 9 )<formula>formula see original document page 25</formula> -式(3 0 )<formula>formula see original document page 25</formula>式(3 1 ) <formula>formula see original document page 25</formula> ...式(32)<formula>formula see original document page 25</formula>-式(3 3 ) <formula>formula see original document page 25</formula> 式(3 4 ) <formula>formula see original document page 25</formula>式(3 5 )将式(32)作为限制条件，并基于从信道监视单元415输入的信道信息，决 定了分配给天线201-1 ~ 201-3的发送功率，以使信道行列式式(28)的绝对值 成为最大。在一定的限制条件下，作为使某个变量为最大的方法中的一个方 法有拉格朗日(Lagrange)的不定乘数法。在本实施方式中，使用Lagrange的 不定乘数法来决定分配给基站天线201-1 ~ 201-3的发送功率。另外，这里，作为发送功率的分配方法列举了 Lagrange的不定乘数法，此外，例如也能够使用以注水定理(Water Filling Theorem)和线性规划法(Linear Programming)为代表的各种数学方法来决定发送功率分配。假设Lagrange的不定乘数法中的评价函数为g后，则可以用式(36)表示g。 gCPi'i^'pjEldetC^Ol + Afp,2+p22+p32 _尸) ■ , ■式(3 6 )在对从基站天线201-3发送的信号乘以发送加权时，对导频信号也乘以 发送加权。进而，在本实施方式中，在各天线中进行功率分配。如果在^妻收 端所估计的信道矩阵为式(37),则如式(38)那样表示式(37)。式(3 7 )<formula>formula see original document page 25</formula>式(3 8 )此外，基于式(38)如式(39)那样计算信道行列式式(37)。 <formula>formula see original document page 25</formula> ….式(3 9 )此外，假设发送加权w的相位为e后，用式(40)表示发送加权w。<formula>formula see original document page 26</formula>(4 0 )在式(39)中，设定了式(21)和式(22)后，如式(41)那样表示式(39)。<formula>formula see original document page 26</formula> 式(4 1 )为了易于理解式(41)所示的意思应从几何学的观点考察它，图18表示通 过几个向量元素的旋转和合成而将式(41)以向量表示在复数平面上的过程的 图。横轴表示复数的实部，纵轴表示虚部。在图18的(a)中，向量1701为乘以加权w之前的信号向量X,向量1702 为将信号向量Y乘以功率分配系数式(33)所得的向量plY,向量1703为将向 量1701乘以加权w后，往向量1702方向进行6的相位旋转后所得的向量wX, 所述信号向量Y为乘以功率分配系数之前的向量。这里，向量wX与向量plY 力对目同7NH立。在图18的(b)中，向量1704为向量plY与向量wX的合成向量wX+plY。 在图18的(c)中，向量1705为将合成向量wX+plY乘以功率分配系数式(34) 所得的向量p2(wX+p 1 Y)。在图18中，因为Pl和P2是振幅值所以不具有相位分量。因此，如图 18的(a) (c)所示，从式(41)'可以认为式(37)的行列式的向量的大小与将合 成向量乘以式(34)所得的向量的大小相等，所述合成向量为将向量Y乘以式 (33)所得的向量与将向量X乘以加权w所得的向量(即对向量X施加相位旋转 6和振幅变动式(35)所得的向量)的合成向量。由此，可知如果通过乘以发送 加权w而能够使信道行列式的绝对值式(42)大于乘以发送加权之前的信道行 列式的绝对值，则能够增加信道容量。在本发明实施方式2中，以进行发送功率的最适合的分配为目的，并考 虑使用Lagrange的不定乘数法，所以假定了信道行列式的绝对值式(42)为最 大的情况。如图18的(b)所示，两个复^:向量plY和wX为相同相位时，信 道行列式的绝对值式(42)为最大。此时，可以用式(43)表示式(42)。 ldeD| .…式(4 2 )<formula>formula see original document page 26</formula>(4 3 )通过将式(43)代入式(36)，如式(44)那样表示Lagrange的不定乘数法中的 评价函数g。 <formula>formula see original document page 27</formula>式(4 4 )在总发送功率一定的条件下，式(44)为最大时，满足式(45)的关系<formula>formula see original document page 27</formula>式(4 5 )从式(45),对四个未知数的式(33)、式(34)、式(35)以及A,导出式(46)所示的连立方程式。 <formula>formula see original document page 27</formula>式(4 6 )通过求解式(46),用式(47)给出发送功率计算单元1641中的发送功率信 息式(33)、式(34)以及式(35)。<formula>formula see original document page 27</formula>式(4 7 )将式(33)和式(34)作为发送功率信息输出，并在乘法器1512-1和1512-2 中分别与发送信号相乘。此外，式(35)作为加权振幅信息^C输入到加权生成单 元651。与实施方式1 一样，i殳定发送加权w的相位6 ，以4吏信道行列式的绝对 值式(42)大于乘以发送加权之前的信道行列式的绝对值。在本实施方式中，假 定向量式(48)与wX为相同相位，并且信道行列式的绝对值式(42)为最大的情 况来进行说明。但是，与实施方式l一样，如果向量式(48)与wX的夹角比乘 以发送加4又之前小，则与乘以发送加才又之前相比，信道容量增加了。通过式 (11)可用式(49)表示发送加权w的相位6 。另外，在式(49)的第二行以后， 式(33)只具有振幅信息，并且是与求相位无关的值，所以省略式(33)的表记。
■式(4 8 )argdarg(X)} = "{argfe/^ — Z^/^)—argfe^, -2/z21)}式(49 )这里，与实施方式l一样，cc表示行列式的改善程度，而且是0〈as 1,在(1=1时，决定使行列式为最大的相位。由系统要求条件等决定a的 范围和值。a可以是确定了的固定值，或者是根据传播环境而变动的变动值。 根据式(40)、式(47)以及式(49),如式(50)那样表示发送加权w。这样，根据实施方式2，在利用MIMO技术的无线通信系统中，设有第 一无线通信装置的基站1500具有比设有第二无线通信装置的移动台1400多 的天线，在它们当中暂时出现或存在剩余天线时，新使用该剩余天线，同时 进行空分复用发送和分集发送，并将进行分集发送的信号乘以发送加权后， 进行发送。此外，预先决定空间相关值和行列式的绝对值，以能够进一步增加信道 容量，并基于空间相关值和行列式的绝对值来决定发送加权。进而，即使某 路径已成为相当恶劣的环境时，事先根据传播状态，对应从各天线发射的信 号决定功率分配，并对处于恶劣环境的路径的信号分配很少的功率，以使其 对通过其他路径的信号的传输(通信)几乎不存在造成不良影响的可能性。也就是说，在均等分配传输时，在某路径已成为相当恶劣的环境的情况 下，由于存在其影响波及到系统整体的可能性，所以进行以降低该可能性为 条件的功率分配。由此，除了实施方式1的效果以外，即-使某^各径已成为相 当恶劣的环境时，也能够使其影响几乎不波及到系统整体。结果，能够容易 地预测重发处理次数的降低效果，由此实现进一步的信道容量的提高和接收 特性的改善。另外，实施方式2的无线通信装置所具有的天线数并不限于本实施方式 所示的情况。设有第一无线通信装置的基站1500具有三个以上的天线，设有…式(50)
第二无线通信装置的移动台1400具有二个以上的天线即可。此外，天线数在 三个以上，并且空分复用数在两个以上而进行分集发送的信号为两个以上时， 能够生成两个以上的发送加4又。例如，基站1500具有四个天线，移动台1400具有两个天线，/人四个天 线发送两个不同的信号和两个分集发送信号时，该基站1500能够生成两个发 送加权。此外，在移动台1400具有比基站1500多的天线数时，也能够对移 动台1400作为发送端、基站1500作为4姿收端的上行线^各适用本实施方式。具体而言，移动台1400具有三个天线，而且在基站1500中对该移动台 1400分配了两个天线时，能够同时使用空分复用发送和分集发送。此时，移 动台1400根据从基站1500反馈的信道矩阵生成发送加权。将进行分集发送 的信号乘以该发送加权。这样，即使在从移动台1400向基站1500进行通信 的上行线路中，在移动台1400具有比基站1500多的天线数时，也能够适用 本实施方式。(实施方式3)在本实施方式中，假定多载波调制，对各副载波进行发送加权控制以及 发送功率控制。以下，关于本实施方式，为了避免重复，仅说明与实施方式 2不同之处。图19是表示本发明实施方式3的基站1800的结构的方框图。与实施 方式2的第一无线通信装置1500不同之处在于，使用分集副载波选择单元 1810来代替发送分集信号选择单元410，还具有IFFT单元1803-1和1803-2， 以及FFT单元1815-1和1815-2。在IFFT单元1803-1和1803-2中，通过对来自调制单元402-1和402-2 的输入信号进行快速傅立叶逆变换(以下称为"IFFT，，)处理，来进行OFDM调 制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。 jt匕夕卜，在FFT单元1815-1禾口 1815-2中，通过对来自信号分离单元414的输入信号进行快速傅立叶变换(以 下称为"FFT")的处理，来进行OFDM解调。在分集副载波选择单元1810中，对从IFFT单元1803-1和1803-2这两 个发送序列输出的信号，按各副载波选择并输出应进行分集发送的信号。在 导频接收SNR测量单元409中，测量输入到各天线的各副载波的导频信号的 接收SNR，并将各副载波的接收SNR输入到分集副载波选择单元1810。以下，使用图20~21，详细说明分集副载波选择单元1810中的各副载
波的分集发送信号的选择过程。图20是用于说明对各副载波选择发送分集信号的方法的图。
一般，在OFDM调制中使用多个副载波，但是这里为了简化说明，假设以天线201-1 和201-2接收的信号由三个副载波构成。图20A表示天线201-1中的导频接 收SNR特性，图20B表示天线201-2中的导频接收SNR特性。横轴表示频 率，纵轴表示导频4姿收SNR。在图20A中，频率轴上的点Al ~ A3分别表示副载波频率fl ~ f3，在点 Al - A3上具有峰值电平LAI ~LA3的各抛物线1910-1 ~ 1910-3表示各副载 波分量的SNR即SNRl(fl)、 SNRl(f2)以及SNRl(f3)。天线201-1中的导频接 收SNR即SNRl(f)由SNRl(fl)1910-l ~ SNRl(f3)1910-3构成。此外，在图20B中，频率轴上的点Bl、 B2以及B3分别表示副载波频率 fl ~f3，在点Bl ~B3上具有峰值电平LB1 ~LB3的各抛物线1920-1 ~ 1920-3 表示各副载波分量的SNR即SNR2(fl)、 SNR2(f2)以及SNR2(f3)。天线201-2 中的导频接收SNR即SNR2(f)由SNR2(fl)1920-1 ~ SNR2(f3) 1920-3构成。在图20A和图20B中，存在LA1〉LB1、 LA2>LB2以及LA3〈LB3的关系。图20C表示作为对各副载波选择的发送分集信号的结果而从天线201-3 输出的分集副载波信号的分配的图。横轴表示频率，纵轴为了简便而表示信 号电平。但是，由于这里是以表示信号分配的关系为目的，所以不考虑信号 电平值的大小关系。频率轴上的点C1、 C2以及C3分别表示副载波频率fl、 G以及f3，由各副载波频率fl f3发送的信号分别为第一发送信号1930-1、 第二发送信号1930-2以及第三发送信号1930-3。假设从天线201-1发送了发送信号XI ，从天线201-2发送了发送信号X2。在图20A和图20B中，存在SNRl(fl)〉SNR2(fl)以及SNRl(f2)〉SNR2(f2) 的关系。也就是说，在副载波fl和f2，天线201-2中的接收SNR2(f)是比天 线101-1中的接收SNRl(f)差的值。在分集副载波选4奪单元1810中，将导频 接收SNR差的一方进行分集发送，所以在副载波频率fl和f2,选择发送信 号X2作为分集发送信号。另一方面，对于副载波频率fi,由于为SNRl(f3)<SNR2(f3),所以选择 发送信号XI作为分集发送信号。也就是说，在图20C中，将发送信号X2 分配给第一以及第二发送信号1930-1和1930-2,将发送信号XI分配给第三
发送信号1930-3。图21是表示分集副载波选择单元1810中的信号选择的流程图。假设从 IFFT单元1803-1输出的信号为Xl(f)，从IFFT单元1803-2输出的信号为 X2(f)。首先，在步骤S2010，接受从导频接收SNR测量单元409输入的各副 载波的接收SNR信息。然后，为了对每个副载波反复进行常规(routine)处理，将指定对象副载波 的值n设为l(步骤S2015)。这里，n为指定对象副载波的变量，n = 1时， 表示对象副载波为fl。此外，假设总副载波数为N。接着，在步骤S2020中，比较天线201-1和201-2中的各副载波的导频 接收SNR，并对各副载波判断哪一方的路径更加恶劣。因为可预测在恶劣的 路径中比特差错率恶化，所以其目的在于通过分集发送来改善该比特差错率 的恶化。在步骤S2020中，接收SNRl(fn)大于接收SNR2(fn)时，判断至天线201-2 的路径较恶劣，执行步骤S2030-1 。另 一方面，在步骤S2020中，接收SNR2(fh) 大于接收SNRl(fn)时，判断至天线201-1的路径较恶劣，执行步骤S2030-2。 在步骤S2030-1,选择X2(fn)作为发送分集信号，在步骤S2030-2，选择Xl(fn) 作为发送分集信号。由于对所有的副载波都进行上述处理，所以判定当前的变量n是否等于 总副载波数N(步骤S2035)，在为n〈N时，使n-n+l(步骤S2040),直至n =N时为止，对下一个对象副载波反复进行步骤S2020以后的动作。另外，在分集副载波选^^单元1810以外的功能块中，对各副载波进行与 实施方式2相同的处理。图22是表示本发明实施方式3的移动台2100的结构的方框图。与实施方式1不同之处在于，在移动台1400的结构上，还具有FFT单 元2110-1和2110-2，以及IFFT单元2111-1和2111-2。在FFT单元2110-1和2110-2，通过对来自天线222-1和222-2的输入信 号进行FFT处理，来进行OFDM解调。此外，在IFFT单元2111-1和2111-2， 通过对输入信号进行IFFT处理，来进行OFDM调制。这样，根据实施方式3，在利用MIMO技术的无线通信系统中，设有第 一无线通信装置的基站1800具有比设有第二无线通信装置的移动台2100多 的天线。然后，在它们当中暂时出现或存在剩余天线时，新使用该剩余天线，同时进行空分复用发送和分集发送，并对进行分集发送的信号乘以发送加权 后，进行发送。此外，预先决定空间相关值和行列式的绝对值，并基于空间相关值和行 列式的绝对值来决定发送加权，以能够进一步增加信道容量。由此，由于传 播路径信道的空间相关降低，信道容量增加，所以能够改善接收特性。进而，在OFDM等的多载波发送中，对各副载波选择进行分集发送的信号，从而能 够减轻频率选择性衰落的影响。另外，本发明实施方式3的设有第一无线通信装置的基站1800具有的天 线数并不限于本实施方式所示的情况。基站1800具有三个以上的天线，设有 第二无线通信装置的移动台2100具有二个以上的天线即可。此外，天线数在 三个以上，并且空分复用数在两个以上而进行分集发送的信号为两个以上时， 能够生成两个以上的发送加沐又。例如，基站1800具有四个天线，移动台2100具有两个天线，从四个天 线发送两个不同的信号和两个分集发送信号时，该基站能够生成两个发送加 权。此外，在移动台2100具有比基站1800多的天线数时，也能够对移动台 2100作为发送端、基站1800作为接收端的上行线路适用本实施方式。具体而言，移动台具有三个天线，而且在基站1800中对该移动台2100 分配了两个天线时，能够同时使用空分复用发送和分集发送。此时，移动台 2100根据从基站1800反馈的信道矩阵生成发送加权。将该进行分集发送的 信号乘以该发送加权。这样，即使在从移动台2100向基站1800进行通信的 上行线路中，在移动台2100具有比基站1800多的天线数时，也能够适用本 实施方式。在上述各实施方式中，以由硬件构成本发明的情况为例进行了说明，但 本发明也可以由软件实现。另外，在上述各实施方式的说明中使用的各功能块典型地通过集成电路 的LSI来实现。它们可单独地一芯片化，也可一部分或是包括全部那样一芯 片化。这里为LSI，而根据集成度的不同，有时也称为IC、系统LSI、超级 LSI、超大LSI。在集成电路化的方法不局限于LSI，也可用专用电路或通用处理器实现。 也可以利用能在LSI制造后编程的FPGA ( Field Programable Gate Array,现 场可编程门阵列)，或将LSI内部的电路单元连接或设定重新配置的可重配置
处理器。电路化的技术，当然也可以使用该技术进行功能块的集成化。也有适用生物 技术等的可能性。本说明书基于2005年3月30日申请的特愿2005-097399。其内容全部包 含于此。产业上的可利用性如上所述，本发明的无线通信方法、无线通信系统以及无线通信装置具 有，即使在空间相关较强的环境中，通过降低空间相关而增加信道容量，从 而能够改善接收特性的效果，并且在利用MIMO技术的无线通信系统等中极 为有用。
权利要求
1、一种无线通信方法，其为通过具有多个第一天线的第一无线通信装置和具有多个第二天线的第二无线通信装置而实行的无线通信方法，所述无线通信方法包括检测步骤，检测与所述第二无线通信装置之间未进行通信的、所述第一无线通信装置中所出现或存在的剩余天线；接收质量测量步骤，测量从所述第二无线通信装置发送的导频信号的接收质量；发送分集选择步骤，基于所述接收质量，选择从多个所述第一天线同时发送的不同的信号中的某个信号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信号；以及发送步骤，从所述第一无线通信装置的各天线将发送信号发送到所述第二无线通信装置。
2、 如权利要求1所述的无线通信方法，其中，还包括 信道估计步骤，基于从所述第二无线通信装置发送的导频信号，对在多个所述第一天线和多个所述第二天线之间形成的MIMO信道，计算信道估计 值；以及发送加权生成步骤，使用所述信道估计值和发送分集选择结果，生成基 于发送加权计算基准的发送加权。
3、 如权利要求1所述的无线通信方法，其中，所述接收质量测量步骤中 的所述接收质量为所述信道估计值的接收功率与噪声功率之比。
4、 如权利要求2所述的无线通信方法，其中，所述发送加权生成步骤中 的所述发送加权计算基准为所述MIMO信道的行列式的绝对值。
5、 如权利要求1所述的无线通信方法，其中，所述发送步骤包括自适应 地决定从多个所述第一天线发送的所述发送信号的功率的功率控制步骤。
6、 如权利要求1所述的无线通信方法，其中，在所述发送信号为多载波 信号时，在所述发送分集选择步骤对各个副载波比较接收质量，并选择发送 分集信号。
7、 一种无线通信系统，其包括具有多个第一天线的第一无线通信装置和 具有多个第二天线的第二无线通信装置， 所述第 一无线通信装置具有检测单元，检测所出现或存在的与所述第二无线通信装置之间未进行通信的剩余天线；接收质量测量单元，测量从所述第二无线通信装置发送的导频信号的接 收质量；发送分集选择单元，基于所述接收质量，选择从多个所述第一天线同时 发送的不同的信号中的某个信号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信 号；以及发送单元，从所述第 一无线通信装置的各天线将发送信号发送到所述第 二无线通信装置，所述第二无线通信装置具有接收单元，接收从所述第一无线通信装置发送的发送信号； 信道估计单元，基于接收到的信号中的导频信号，对在多个所述第一天 线和多个所述第二天线之间形成的MIMO信道，计算信道估计值；以及 信号分离单元，基于所述信道估计值，分离接收信号。
8、 一种无线通信装置，包括多个第一天线，接收第一MIMO信道的无线信号，同时以第二MIMO信 道发送无线信号；检测单元，检测在多个所述第 一天线中所存在或出现的未进行通信的剩 余天线；接收质量测量单元，测量从通信对方发送的导频信号的接收质量； 发送分集选择单元，基于所述接收质量，选择从多个所述第一天线同时发送的不同的信号中的某个信号作为使用所述剩余天线而适用发送分集的信号；以及发送单元，将发送信号从多个所述第一天线发送。
9、 如权利要求8所述的无线通信装置，其中，还包括 信道估计单元，基于从所述通信对方发送的导频信号，对所述第一 MIMO信道，计算信道估计值；发送加权生成单元，使用所述信道估计值和发送分集选择结果，生成发 送加权，以使所述第一 MIMO信道的行列式的绝对值为更大；以及乘法单元，将从所述剩余天线发送的信号乘以所述发送加权。
10、 如权利要求9所述的无线通信装置，其中，还包括 功率控制单元，在总发送功率一定的条件下，自适应地控制从各个天线发送的发送信号的功率，所述发送加权生成单元从所述信道估计值和所述发送分集选择结果生成 发送力口权。
11、 一种无线通信装置，包括 接收单元，接收第二MIMO信道的无线信号；信道估计单元，基于接收到的信号中的导频信号，对所述第二MIMO信 道，计算第二信道估计值；以及信号分离单元，基于所述第二信道估计值，分离接收信号。
全文摘要
公开了即使在空间相关较强的环境中也能够实现较高的信道容量，并改善接收特性的无线通信方法、无线通信系统以及无线通信装置。在基站(200)的天线(201-1和201-2)与移动台的天线(222-1和222-2)之间，将信号X1和X2以空分复用(SDM)发送，进而，在基站(200)一端，已知由信道估计单元(204)估计的信道信息时，在加权计算单元(205)中计算加权，并将发送信号乘以加权后通过基站(200)的天线(201-3)进行分集发送。在移动台(220)一端，通过接收从基站(200)发送的信号，以及在信号分离处理单元(203)对接收信号Y1和Y2进行信号分离处理，从而将发送信号X1和X2复原。
文档编号H04B7/04GK101156329SQ20068001109
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者今井友裕, 汤田泰明 申请人:松下电器产业株式会社