专利名称：多用户mimo系统、接收装置以及发送装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户MIMO系统、以及该系统中所用的接收装置以及发送装置。
背景技术：
在下一代移动通信中，需要高速的数据传输。为了进行高速的数据传输，需要较宽的频带。但是，在无线通信的传输路径中，产生由许多延迟波(多径)构成的频率选择性衰落(fading)。在这样的通信环境下，进行宽带单载波传输时，接收信号的取样间隔变短，所以由于传输路径的延迟波，产生码元(symbol)间干扰，传输特性大幅恶化。虽然存在通过时域信号处理来抑制码元间干扰的技術，但是具有接收机的电路规模变得庞大的问题。因此，利用配置在正交频率间隔的许多窄带副载波来在频域并行地进行大容量传输的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ;0FDM)、多载波 CDMA (Multi-Carrier Code Division Multiple Access ；MC-CDMA ；多载波码分多址接入) 这样的多载波传输得到关注。对于多载波传输，通过将OFDM码元区间的后方的波形作为保护间隔(Guard Interval ；GI)附加到前方，从而能够维持OFDM码元的周期性。因此，即使在频率选择性衰落环境下，各副载波也不受到多径的影响，能够在维持副载波间的正交性的情况下，进行不依赖于路径数的信号处理。因此,在作为3GPP(3rd Generation Partnership Project)的规范的LTE(Long Term Evolution ；长期演进)中，在下行链路(从基站向移动终端的传输) 中，采用了 0FDM。并且，除此之外，在地面数字广播、无线LAN (Local Area Network)等中也采用了 OFDM。另一方面，在移动通信的上行链路(从移动终端向基站的传输)中，由于移动终端的发送功率放大器的非线性问题，难以采用PAPR(Peak to Average Power Ratio ； 峰均功率比)高的OFDM传输，期望采用单载波传输。因此，在LTE的上行链路中，采用被称为 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access(也被称为 DFT-S-OFDM))的单载波传输。在SC-FDMA中，采用与OFDM相同的观点，对单载波传输附加 GI，并采用在频域利用1次乘法运算对信号的失真进行补偿的均衡(频域均衡)方法，由此能够实现抑制了码元间干扰并且获得了频率分集(diversity)效果的良好的传输特性。如此，在近年来的移动通信中，具有如下现状在上下链路采用不同的传输方式。但是，在采用了频域均衡的单载波传输中，不能完全抑制码元间干扰，所以存在传输特性比多载波传输(例如，0FDM)多少发生恶化的问题。此外，单载波传输不能在频率轴上进行自适应调制，所以与多载波传输相比，吞吐量(频率利用效率)降低。因为存在这样的课题，所以在专利文献1中，提出了能够切换单载波型无线接入方式和多载波型无线接入方式的发送装置、接收装置以及移动通信系统以及发送控制方法。在专利文献1中，发送装置中设置有切换传输方式的切换部。该切换部，在不能进行所需发送功率高且PAI^R高的多载波传输的情况下，选择单载波传输。另一方面，发送功率低、PAI^R不会成为问题的发送装置选择多载波传输。据此，能够提高小区(cell)整体的吞吐量。这样，提出了要使如下那样的移动终端存在，该移动终端不仅在上下链路采用不同的传输方式，而且在上行链路内也采用不同的传输方式，当前在3GPP中正在进行热烈讨论(非专利文献1)。专利文献1日本特开2007-151059号公报非专利文献1R1_082575、NTT DoCoMo在专利文献1中，单载波用户和多载波用户被时分复用或者频分复用。但是，为了进一步实现作为系统整体的高速化，优选应用多用户MIM0(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)，使多个用户在同一时刻以同一频率进行发送，基站分离各用户的信号，由此提高吞吐量。另一方面，因为以往不存在在上行链路采用不同的传输方式的系统，所以作为多用户ΜΙΜ0，讨论了全部用户进行单载波(或者多载波)传输的情况。但是，各用户在同一时刻以同一频率采用了不同的传输方式的、也就是单载波和多载波混合存在的环境下的多用户ΜΙΜ0，对于迄今为止的系统的情况来说，是不存在的概念。即，现有的情况是对于某用户正在进行单载波传输的频带，其他用户即使在能够进行多载波传输的环境，也不得不进行单载波传输。另一方面，对于某用户已经正在进行多载波传输的频带，其他用户不得不进行多载波传输，但是在不是能够进行多载波传输的环境的情况下，不得不放弃在该频带的通信本身。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而作出的，目的是提供一种多用户MIMO系统、接收装置以及发送装置，即使在各发送装置采用了不同的传输方式的情况下，也能够分离各发送装置的信号。(1)为了实现上述目的，本发明采取了如下的手段。S卩，本发明的多用户MIMO系统是一种多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户MIMO系统，其特征在于，所述多用户MIMO系统由以下装置构成多个发送装置，其利用不同的传输方式进行无线发送； 和至少一个接收装置，其从各所述发送装置接收被无线发送的信号，将接收到的所述信号按每个所述发送装置进行分离从而取得数据。如此，多个发送装置采用不同的传输方式进行无线发送，至少一个接收装置接收从各发送装置被无线发送的信号，按每个发送装置分离所接收的信号来取得数据，所以能够提供一种无线通信系统，即使在混合存在利用不同传输方式进行无线发送的发送装置的环境中，接收装置也能分离信号。据此，各发送装置能够与其他发送装置的传输方式无关地决定传输方式。其结果，能够提高小区吞吐量。(2)此外，在本发明的多用户MIMO系统中，其特征在于，所述发送装置仅在系统频带的一部分频带进行复用，所述接收装置进行仅在所述系统频带的一部分频带被复用的信号的分离。如此，发送装置仅在系统频带的一部分频带进行复用，所以能够进行更灵活的频率调度。此外，在多个发送装置的使用频带没有被复用的、或者复用数比接收天线个数少的频带中，能够获得接收天线分集效果，所以能够实现传输特性的提高。
(3)此外，本发明的接收装置是一种应用于多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户MIMO系统中的接收装置，其特征在于，所述接收装置具备接收部，其接收在同一时刻以同一频率通过不同的传输方式发来的信号；MIMO分离部，其按每个所述发送装置分离所接收的所述信号；切换部，其根据被分离后的所述信号的传输方式，切换输出目的地；和信号处理部，其按每个传输方式而设置，并根据传输方式来处理来自所述切换部的输出信号。如此，按每个发送装置分离在同一时刻以同一频率通过不同传输方式所发送的信号，并根据所分离的信号的传输方式来切换输出目的地，进行与传输方式相应的处理，所以能够提供一种无线通信系统，即使在混合存在用不同的传输方式进行无线发送的发送装置的环境下，接收装置也能够分离信号。据此，各发送装置能够与其他发送装置的传输方式无关地决定传输方式。其结果，能够提高小区吞吐量。(4)此外，在本发明的接收装置中，其特征在于，所述MIMO分离部采用匪SE (最小均方误差，Minimum Mean Square Error)权重来分离信号。如此，因为采用MMSE权重，所以能够与各发送装置的传输方式无关地，分离信号。(5)此外，在本发明的接收装置中，其特征在于，所述MIMO分离部采用MMSE权重来进行仅在系统频带的一部分频带被复用的信号的分离。如此，因为采用MMSE权重来进行仅系统频带的一部分频带被复用的信号的分离， 所以发送装置能够仅在系统频带的一部分频带进行复用，能够进行更灵活的频率调度。此外，在多个发送装置的使用频带没有被复用的、或者复用数比接收天线个数少的频带中，能够获得接收天线分集效果，所以能够实现传输特性的提高。(6)此外，本发明的发送装置是一种应用于多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户MIMO系统的发送装置，其特征在于，所述发送装置，与其他发送装置在同一时刻以同一频率通过与所述其他发送装置不同的传输方式，对权利要求3 5中任意一项所述的接收装置发送无线信号。如此，与其他发送装置在同一时刻以同一频率、通过与所述其他发送装置不同的传输方式，来对权利要求3 5中任意一项所述的接收装置发送无线信号，所以能够提供一种无线通信系统，即使在混合存在以不同传输方式进行无线发送的发送装置的环境下，接收装置也能够分离信号。(发明效果)根据本发明，多个发送装置采用不同的传输方式进行无线发送，至少一个接收装置接收从各发送装置被无线发送的信号，并按每个发送装置分离所接收的信号从而取得数据，所以，能够提供一种无线通信系统，即使在混合存在以不同传输方式进行无线发送的发送装置的环境下，接收装置也能够分离信号。据此，各发送装置能够与其他发送装置的传输方式无关地决定传输方式。其结果，能够使小区吞吐量提高。
图1是表示用单载波进行发送的发送装置的概略结构的图。图2是表示用OFDM进行发送的发送装置的概略结构的图。图3是表示在基站中具有凡个接收天线的接收装置的概略结构的图。
图4是表示信号处理部的概略结构的图。图5是表示单载波处理部的概略结构的图。图6是表示多载波处理部的概略结构的图。图7是表示MIMO分离部的概略结构的图。图8是表示对第1实施方式的传输特性进行计算机模拟所得的结果的图。图9是表示用Clustered DFT-S-OFDM进行发送的发送装置的概略结构的图。图10是表示用OFDM进行发送的发送装置的结构的图。图11是表示复用了 Clustered DFT-S-OFDM以及OFDM的频谱的样子的图。图12是表示第2实施方式的MIMO分离部的结构的图。符号说明10纠错编码部11交织部12调制部13 GI 附加部14帧构成部15参考信号生成部16无线发送部17天线部20 IFFT 部30-1 30-p 天线部31-1 31-p无线接收部32-1 32-p参考信号分离部33-1 33-p GI 去除部34-1 34-p FFT 部35信号处理部36传输路径估计部40 MIMO 分离部41切换部42单载波处理部43多载波处理部50 IFFT 部51解调部52解交织部53纠错解码部60 P/S 变换部70权重生成部71权重乘法部90 DFT 部91频谱映射部
92 IFFT 部100 P/S 变换部120 MIMO 分离部121零置换部122发送频谱信息部123权重生成部124权重乘法部125频谱解映射部
具体实施例方式(第1实施方式)下面，参照
本发明的实施方式。在第1实施方式中，假设如下的环境在多个发送装置在同一时刻用同一频率对基站进行接入的多用户MIMO系统中，因为各发送装置进行单载波传输或者多载波传输，所以由接收装置所接收的信号包含单载波和多载波。本发明在于实现在上述环境中也能够分离各用户的信号的通信系统。图1是表示用单载波进行发送的发送装置的概略结构的图。单载波传输中存在各种方式，但是在本说明书中，将单载波传输定义为在时域生成信号的传输方式，将多载波传输定义为在频域生成信号的传输方式。因此，在第1实施方式中，作为单载波传输， 以纯粹的单载波传输为例进行说明，但是对于DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access)、3GPP(3rd Generation Partnership Project)的 LTE(Long Term Evolution)中的在上行链路所采用的 DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM,也称为 SC-FDMA)、由 LTE-A (LTE Advanced)所讨论的 Clustered DFT-S-OFDM 等，其他基于单载波的发送方法，也能够应用。在图1中，信息数据，S卩，数据比特序列输入纠错编码部10。在纠错编码部10中， 对所输入的数据比特序列串，进行卷积码、Turbo码或者LDPC (Low Density Parity Check) 码等的纠错编码，将所得到的编码比特序列输出给交织部11。交织部11进行用于使传输路径的影响随机化的顺序改变，输出给调制部12。调制部12对QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)等的调制码元进行Nm码元生成，输出给GI附加部13。GI附加部13针对所输入的信号，进行将Nfft码元的信号的后部 Ngi码元附加到所输入的信号的前方的处理，输出NFFT+Nei码元的信号序列。在时刻t中GI 附加部13输出的数据信号s (t)输入帧构成部14，进行与参考信号生成部15生成的参考信号的复用从而构成帧，输出给无线发送部16。无线发送部16对所输入的数字信号实施D/ A (Digital to Analog)变换、上变频、带通滤波等的处理之后，从天线部17进行发送。下面，对于用OFDM进行发送的发送装置的结构进行说明。另外，在本实施方式中作为多载波传输以OFDM为例进行说明，但是对于MC-CDMA、VSF-0FCDM(Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)等其他基于多载波的发送方法也能够适用。图2是表示用OFDM进行发送的发送装置的概略结构的图。OFDM的发送装置结构是通过在图1所示的单载波发送装置结构中在调制部12和GI附加部13之间插入h
Nr-Lhn、Uil以及τ χ分别是第1通道(pass)中的第u发送装置和第η接收天线间的复信道增益以及延迟时间，是在时刻t的第u发送装置的发送信号，iln(t)是第η接收天线中的热噪声。由天线部30-1 30-ρ接收的信号r (t)输入到无线接收部31-1 31_p中。在无线接收部31-1 31-p中进行下变频、滤波处理、A/D(Analog to Digital)变换之后，输入到参考信号分离部32-1 32-p。在参考信号分离部32-1 32_p中进行参考信号和数
IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部 20 来构成，其他结构相同。在 IFFT 部 20 中， 进行将调制码元变换为时域的处理。另外，在第1实施方式中，针对各发送装置具备1个发送天线、仅用1个系统发送发送信号的例子进行了说明，但是也可以一个发送装置具备多个天线、利用多个系统来发送多个发送信号。这里，在移动终端具备多载波发送装置和单载波发送装置的双方的情况下，一般， 根据移动终端的位置来决定传输方式。例如，在距基站装置的距离近、移动终端的所需发送功率低的情况下，采用多载波传输能够提高频率利用效率。此外，例如在距基站装置的距离远、移动终端的所需发送功率高的情况下，能够通过进行PAPR高的单载波传输来使通信变为可能。从各发送装置所发送的信号经由传输路径，被基站的接收装置的天线部接收。图 3是表示在基站中具有凡个接收天线的接收装置的概略结构的图。另外，将进行了发送的发送装置数设为U时，在时刻t的接收信号r (t) (NrX 1矢量)用下式表示。这里，参考信号输入传输路径估计部36中，数据信号输入到GI去除部33-1 33_p中。 在GI去除部33-1 33-p中，从NFFT+Nra码元的数据信号去除由发送装置附加的^码元的 GI，输出给FFT部34-1 34-p。在FFT部34_1 34_p中，对所输入的信号应用FFT，进行向频域信号的变换。这些处理分别按每个天线部30-1 30-p独立地进行。对作为FFT部34-1 34_p的输出的用式(3)表示的时域接收信号应用FFT从而得到的第k副载波中的频域接收信号矢量R(k)(凡Xl矢量)用下式给出。数学式3
权利要求
1.一种多用户多输入多输出系统，是多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户多输入多输出系统、即多用户MIMO系统，其特征在于，所述多用户MIMO系统由以下装置构成多个发送装置，利用不同的传输方式进行无线发送；和至少一个接收装置，从各所述发送装置接收被无线发送的信号，将接收到的所述信号按每个所述发送装置进行分离从而取得数据。
2.根据权利要求1所述的多用户多输入多输出系统，其特征在于，所述发送装置仅在系统频带的一部分频带进行复用，所述接收装置进行仅在所述系统频带的一部分频带被复用的信号的分离。
3.一种接收装置，应用于多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户多输入多输出系统、即多用户MIMO系统，其特征在于，所述接收装置具备接收部，其接收在同一时刻以同一频率通过不同的传输方式发来的信号；MIMO分离部，其按每个所述发送装置分离所接收的所述信号；切换部，其根据被分离后的所述信号的传输方式，切换输出目的地；和信号处理部，其按每个传输方式而设置，并根据传输方式来处理来自所述切换部的输出信号。
4.根据权利要求3所述的接收装置，其特征在于，所述MIMO分离部采用最小均方误差权重来分离信号。
5.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，所述MIMO分离部采用最小均方误差权重来进行仅在系统频带的一部分频带被复用的信号的分离。
6.一种发送装置，应用于多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户多输入多输出系统、即多用户MIMO系统，其特征在于，所述发送装置，与其他发送装置在同一时刻以同一频率、通过与所述其他发送装置不同的传输方式，对权利要求3 5中任意一项所述的接收装置发送无线信号。
全文摘要
即使在各发送装置采用了不同传输方式的情况下，也分离各发送装置的信号。接收装置，应用于多个发送装置对至少一个接收装置进行发送的多用户MIMO系统中，在同一时刻以同一频率接收通过不同的传输方式而被发送的信号，具备按每个发送装置分离所接收的信号的MIMO分离部(40)；根据被分离后的信号的传输方式来切换输出目的地的切换部(41)；以及按每个传输方式而设置并根据传输方式来处理来自切换部(41)的输出信号的单载波处理部(42)和多载波处理部(43)。
文档编号H04J99/00GK102204139SQ20098014353
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月20日 优先权日2008年10月29日
发明者中村理, 卜部周二, 后藤淳悟, 横枕一成, 浜口泰弘, 高桥宏树 申请人:夏普株式会社