專利名稱：無線通信裝置和無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信與發(fā)送方向性。
技術(shù)背景對于利用多個天線對數(shù)據(jù)進行發(fā)送與接收，采用了波束形成(beamforming)技術(shù)。波束形成技術(shù)經(jīng)由多個天線發(fā)送單個數(shù)據(jù)，在發(fā) 送時通過使相位交錯而通過多個天線賦予一方向性。圖9是示出常規(guī)無線通信裝置的示意圖。圖9示出在移動通信系統(tǒng) 的基站側(cè)中的無線通信裝置的局部結(jié)構(gòu)。來自多個信道(圖中示出四個 信道)的數(shù)據(jù)被輸入到預編碼器901，每個信道被給予固定的相位差以形 成多個波束。發(fā)送單元卯2包括用于各信道的發(fā)送電路902a至卯2d，并 經(jīng)由天線903發(fā)送數(shù)據(jù)。盡管圖9中所示的結(jié)構(gòu)是使用多個天線903而獲得給定方向性的波 束形成器的結(jié)構(gòu)，但還存在通過賦予各信道相位差來發(fā)送數(shù)據(jù)的類似技 術(shù)，多入多出(MMO)技術(shù)，在該技術(shù)中通過各信道發(fā)送不同的數(shù)據(jù)(例 如，PCT申請No. 2005-522086的公布的日文譯文)。然而，在圖9所示的結(jié)構(gòu)中，在發(fā)送單元902的針對各信道的發(fā)送 電路902a至902d中存在相位變化。相位變化的存在使得在預編碼器901 處形成的波束在發(fā)送單元902處出現(xiàn)失真，從而無法獲得期望的方向性。圖IO例示了多波束發(fā)送的增益降低。如圖的左側(cè)所示，在不存在相 位變化的條件下，通過多波束方法的作用，獲得期望的方向性并以提高 的增益(高至6分貝(dB))進行發(fā)送。相反，如果在發(fā)送單元902的發(fā) 送電路卯2a至卯2d中存在相位變化，則方向性變得不確切，例如，變 寬，各波束的增益降低(低至4dB)。因此，為了消除相位變化，需要先前通過使用外部校準器比較發(fā)送 單元902的發(fā)送電路卯2a至902d的輸出與基準信號來進行相位調(diào)整， 以使得不發(fā)生相位變化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是至少解決常規(guī)技術(shù)中的上述問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在基站側(cè)的無線通信裝置，該 無線通信裝置使用多個天線來執(zhí)行波束形成并發(fā)送數(shù)據(jù)到移動站，該無 線通信裝置包括碼本，其用于存儲波束形成信息；預編碼器，其用于 讀取所述碼本并執(zhí)行處理以形成數(shù)據(jù)的多波束圖(beampattern);以及控 制單元，其基于針對補償在多個發(fā)送電路中的每一個發(fā)送電路中的相位 變化的反饋信息，來控制對用于補償所述相位變化的波束形成信息的檢 索，其中所述每一個發(fā)送電路各自分別對應于一信道。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在移動站側(cè)的無線通信裝置， 該無線通信裝置使用多個天線接收來自基站的多個波束的數(shù)據(jù)，該無線 通信裝置包括碼本，其用于存儲與在所述基站的碼本中存儲的波束形 成信息相同的波束形成信息；和控制單元，當被通知所述基站要求進行 相位變化補償時，該控制單元基于各波束的信號狀況來對所述波束形成 信息進行搜索以搜尋能夠進行最優(yōu)波束形成的波束形成信息，并將所選 擇的波束形成信息作為反饋信息發(fā)送到所述基站。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在基站側(cè)的無線通信方法，該 無線通信方法使用多個天線來執(zhí)行波束形成并發(fā)送數(shù)據(jù)到移動站，該無 線通信方法包括以下步驟讀取存儲在碼本中的波束形成信息；形成數(shù) 據(jù)的多波束圖；并且基于針對補償在多個發(fā)送電路中的每一個發(fā)送電路 中的相位變化的反饋信息，來檢索用于補償所述相位變化的波束形成信 息，其中所述每一個發(fā)送電路各自分別對應于一f言道。根據(jù)本方面的又一方面，提供了一種在移動站側(cè)的無線通信裝置的 無線通信方法，所述無線通信裝置使用多個天線接收來自基站的多個波 束的數(shù)據(jù)，所述無線通信方法包括以下步驟基于當被通知所述 基站要 求進行相位變化補償時所述多個波束中的每一個的信號狀況，來對碼本 能夠進行最優(yōu)波束形成的波束形成信息，所述碼本存儲 有與在設(shè)置于所述基站的碼本中存儲的波束形成信息相同的波束形成信 息；并且將所述能夠進行最優(yōu)波束形成的波束形成信息作為反饋信息發(fā) 送到所述基站。本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點在下面結(jié)合附圖閱讀的本發(fā)明的詳 細說明中得以具體闡述，或者將根據(jù)下面的詳細說明而變得清楚。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的無線通信裝置的構(gòu)成的示意圖；圖2是示出圖1中所示的波束測量單元的詳細構(gòu)成的示意圖；圖3是示出涉及相位變化補償?shù)奶幚淼牧鞒虉D；圖4是示出在搜索過程中碼本的狀態(tài)的示意圖；圖5是示出在局部搜索過程中碼本的狀態(tài)的示意圖；圖6是示出搜索狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的時序圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的無線通信裝置的示意圖； 圖8是示出搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時序圖； 圖9是示出常規(guī)無線通信裝置的示意圖；以及 圖IO例示了多波束發(fā)送的增益降低。
具體實施方式
下面參照附圖，詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式。 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的無線通信裝置的構(gòu)成的示意 圖。分別示出了移動通信系統(tǒng)的基站(發(fā)送器)的無線通信裝置10和移 動站(接收器)的無線通信裝置50?，F(xiàn)在來說明基站側(cè)的無線通信裝置10。多個信道(圖中示出為4個 信道)的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)流)被輸入到預編碼器11，并向各信道分配給定的 相位差以形成多個波束。碼 通過加法單元12將正交分量的導頻信號(正交導頻)分別加到預編 碼器11的各信道的輸出數(shù)據(jù)。發(fā)送單元13包括各信道的發(fā)送電路13a 至13d，并以振蕩器14 (14a至14d)的振蕩頻率(RF)來調(diào)制數(shù)據(jù)，且 經(jīng)由多個天線15輸出數(shù)據(jù)。控制單元22基于移動站的無線通信裝置50輸入的數(shù)據(jù)來補償相位 變化，并從碼本21選擇補償值，且將該值輸入到預編碼器11以補償相 位變化。下面來說明移動站側(cè)的無線通信裝置50。通過多個信道(圖中示出 為兩個信道)經(jīng)由天線51接收的數(shù)據(jù)被輸入到信道估計單元52，該信道 估計單元52使用發(fā)送數(shù)據(jù)中包括的正交導頻分量來估計信道，解調(diào)器53 對數(shù)據(jù)流進行解調(diào)并輸出經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)。盡管圖1中示出的系統(tǒng)是單入 多出(SIMO)結(jié)構(gòu)的實施例，但是它類似地可以應用于MIMO系統(tǒng)。移動站側(cè)的無線通信裝置50還配備有碼本61 ，該碼本61包括與基 站側(cè)的碼本的內(nèi)容相同的內(nèi)容。波束測量單元62基于信道估計單元52 估計的信道值和碼本61的內(nèi)容，來改變?yōu)檠a償接收波束中的變化所必需 的估計信道值。此時，測量表示最大信號對干擾加噪聲比(SINR)(信號 干擾比(SIR))的波束，選擇單元63選擇最優(yōu)發(fā)送波束和流數(shù)，并將信 息反饋到基站的無線通信裝置10。反饋信息只包括發(fā)送波束和流數(shù)，因 此可容易地在不壓縮上游發(fā)送路徑的頻帶的情況下將其發(fā)送到基站側(cè)。 波束測量單元62和選擇單元63構(gòu)成了移動站側(cè)的無線通信裝置50中的 控制單元。圖2是示出圖1中所示的波束測量單元的詳細構(gòu)成的示意圖。波束 測量單元包括信道值估計單元62A和SINR估計單元62B。信道值估計 單元62A基于由信道估計單元52輸出的估計信道值H和在碼本61中設(shè) 置的權(quán)重W，來計算各波束的估計信道值HW。 SINR估計單元62B使用 各波束的信道值HW來估計各波束的電平(例如SINR)。不僅可以利用 SINR而且可以利用信號功率來進行估計。選擇單元63將各波束的電平與閾值進行比較，并按照電平的升序來 對波束進行排序。將分配給各高次序波束的發(fā)送波束識別符(ID)和確 定的流數(shù)作為反饋信息發(fā)送給基站側(cè)的無線通信裝置io。碼本21和61包括用以形成多個波束的波束圖并用以補償相位變化的權(quán)重。用于產(chǎn)生多波束的權(quán)重W由下式1來表示(j和-j是虛數(shù))。<formula>formula see original document page 8</formula>作為用于預編碼的碼本信息，根據(jù)下標數(shù)的組合按以下16路來從W (0， 0)到W (3， 3)定義W: W (0， 0)、 W (0， 1)、 W (0， 2)、 W (0， 3)、 W (1， 0)、 W (1， 1)、 W (1， 2)、 W (1， 3)、 W (2， 0)、W (2， 1)、 W (2， 2) W (2， 3)、 W (3， 0)、 W (3， 1)、 W (3， 2)、W (3， 3)。通過對發(fā)送單元13的發(fā)送電路13a至13d的信道中存在的相位變化進行補償來準備用以獲得高增益的碼本。在上述四個下標的情況下，當 將4X4對角矩陣描述為D (m3， m4)且相位差是90度時，將矩陣表示為 式2。通過將從左上到右下對角地排列的四個矩陣排列中的兩個指配為1 和1，生成以相差90。的角度定位的虛擬直線。用于接近虛擬直線的項為》 (m3)禾口 4> (m4)。<formula>formula see original document page 8</formula> 0 0 0 ，4)-通過在離散傅立葉變換(DFT)和Hermitian轉(zhuǎn)置之后對對角矩陣進 行歸一化來運算式(3)。<formula>formula see original document page 8</formula> (3)H: Hermitian轉(zhuǎn)置結(jié)果，獲得了用于預編碼的酉矩陣，并將該酉矩陣存儲在碼本21和 61中。結(jié)果，接收側(cè)的無線通信裝置50中的波束測量單元62使用碼本61 來運算下式4，其中將用于補償相位變化的相位項加到發(fā)送用天線15中 的第三天線和第四天線。 1111i 一y 一i /1—(m3) -1.0o3)l-^(m3) -1^(ot3)*:復共軛獲得最大SINR的波束號wi和其相位號(矩陣號)rii3與m4，并將 它們作為反饋信息發(fā)送給基站側(cè)的無線通信裝置10。圖3是示出涉及相位變化補償?shù)奶幚淼牧鞒虉D。示出了基站的無線 通信裝置和移動站的無線通信裝置兩者進行的處理。如果沒有完成針對相位變化補償?shù)男剩瑒t基站向移動站通知或告 知校準未完成(步驟Sl)。接收到通知或告知后，移動站搜索整個碼本 61 (步驟Sll)。圖4是示出在搜索過程中碼本的狀態(tài)的示意圖。搜索到 整個16路碼本。接著，移動站基于波束測量單元62的波束測量結(jié)果，將作為針對相 位變化補償?shù)乃阉鹘Y(jié)果的矩陣號和波束號作為反饋信息告知基站。圖4 示出了這樣的實施例，其中報告了矩陣號9和波束號2。基站基于該反饋信息完成校準(步驟S2)。此時，從碼本21讀取由 反饋信息指示的矩陣號和波束號，并將它們輸入到預編碼器11，由此可 以執(zhí)行最優(yōu)波束形成?；鞠蛞苿诱就ㄖ蚋嬷释瓿伞Ｔ谕瓿闪诵手?，移動站執(zhí)行對碼本61的局部搜索(步驟S12)。 圖5是示出在局部搜索過程中碼本的狀態(tài)的示意圖，"局部"表示在通過 在搜索整個碼本而獲得的矩陣號9內(nèi)針對波束號的搜索。 一旦補償了相 位變化，只需搜索恒定地表示最大SINR的最優(yōu)波束號即可，而不用搜索 全部碼本。圖5示出了這樣的實施例，其中將波束號3 (搜索結(jié)果)報告 給基站。隨后，基站發(fā)送數(shù)據(jù)(步驟S3)。此時，使用由移動站報告的矩陣 號和波束號來執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送，并由此完成了一個循環(huán)的處理。圖6是示出搜索狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的時序圖。在搜索整個碼本6K步驟S11) 之后，只需要按照固定的時間間隔來執(zhí)行局部搜索(步驟S21)。不必在 每一個校準處理中都搜索整個碼本61，因此可以增加用于局部搜索的時 間。這樣，可以簡化對移動站側(cè)的無線通信裝置50中的碼本61的搜索 處理，并可以減少搜索所涉及的處理負荷。根據(jù)第一實施方式，利用移動站的無線通信裝置50基于接收狀況輸 出的反饋信息，在基站側(cè)對基站的無線通信裝置10中的發(fā)送單元13的 各發(fā)送電路13a至13d的相位變化進行補償。無需任何專用的校準電路 就可以簡單地執(zhí)行對相位變化的補償。圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的無線通信裝置的示意圖。該無線 通信裝置與根據(jù)第一實施方式的圖1中的無線通信裝置的不同之處在于， 單個振蕩器(即，振蕩器14)連接到發(fā)送單元13的多個信道。振蕩器 14提供對于發(fā)送單元13的各發(fā)送電路公共的本地(local)信號。因此， 在發(fā)送電路13a至13d中不產(chǎn)生相位變化。圖8是示出搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時序圖。根據(jù)第二實施方式，如圖3中 示出的相同處理也由移動站側(cè)的無線通信裝置50來執(zhí)行。類似的是，在 移動站處搜索了整個碼本61 (步驟Sll)之后，執(zhí)行局部搜索(步驟S21 )。根據(jù)第二實施方式，由于振蕩器14向發(fā)送單元13提供公共本地信 號并因而沒有導致多個信道之間的相位變化，所以在校準處理中對整個 碼本61的單次搜索就足夠了。在執(zhí)行了對整個碼本61的單次搜索之后， 與第一實施方式相比，局部搜索的持續(xù)時間可以更長(可以增加局部搜 索時間的相對比例)?？梢曰跍囟茸兓凑展潭〞r間間隔(例如，三十 分鐘的周期)對整個碼本61進行搜索，并且可以基于溫度變化按照固定 時間間隔對在發(fā)送單元13處造成的相位變化進行補償。移動站側(cè)的無線 通信裝置50利用從基站側(cè)發(fā)送的信息來識別，基站側(cè)的無線通信裝置10 的發(fā)送單元13具有采用了公共本地信號的結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二實施方式，單個振蕩器(即，振蕩器14)向基站的無線通 信裝置10中的發(fā)送單元13的各發(fā)送電路13a至13d提供公共本地信號， 并且利用移動站的無線通信裝置50基于接收狀況輸出的反饋信息，在基 站側(cè)對相位變化進行補償。由于可以無需任何專用校準電路而簡單地執(zhí) 行對相位變化的補償，所以可以增大對整個碼本的搜索周期，并可以相 對地增加局部搜索時間。此外，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡化和對移動站處理負 荷的降低。盡管上述各實施方式是利用SIMO結(jié)構(gòu)(其接收由單個用戶輸入的 數(shù)據(jù)作為單個流，執(zhí)行波束形成來以多個波束發(fā)送數(shù)據(jù))為例來說明的。 但是這些實施方式還可應用于MIMO結(jié)構(gòu)(其接收由多個用戶輸入的多 流數(shù)據(jù)，并通過多個波束來發(fā)送數(shù)據(jù))。在本實施方式中說明的涉及無線通信的方法可以通過在諸如個人計 算機或工作站等的計算機上執(zhí)行預備的程序來實現(xiàn)。該程序被記錄在諸如硬盤、軟盤、光盤只讀存儲器(CD-ROM)、磁光盤(MO)或數(shù)字多 用途盤(DVD)等的計算機可讀記錄介質(zhì)上，并由計算機來讀取和執(zhí)行。 該程序可以是可經(jīng)由諸如互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的可傳送介質(zhì)。根據(jù)這些實施方式的無線通信裝置無需任何專用校準器，通過利用 簡單結(jié)構(gòu)僅控制對基站側(cè)的最優(yōu)碼本的讀取來補償相位變化，從而實現(xiàn) 了移動站側(cè)增益的提高并獲得了期望的多波束方向性。盡管為了本公開的清楚和完整而關(guān)于具體的實施方式描述了本發(fā) 明，但是所附權(quán)利要求并不因此而受限，而是應被解釋為包括本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以想到的完全落入本文闡述的基本教導之內(nèi)的所有的修改和另 選構(gòu)造。本申請基于2006年8月23日提交的在先日本專利申請No. 2006-226653，并要求其優(yōu)先權(quán)，在此通過引用并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種在基站側(cè)的無線通信裝置，該無線通信裝置使用多個天線執(zhí)行波束形成并發(fā)送數(shù)據(jù)到移動站，該無線通信裝置包括碼本，其用于存儲波束形成信息；預編碼器，其用于讀取所述碼本，并執(zhí)行處理以形成數(shù)據(jù)的多波束圖；以及控制單元，其基于針對補償在多個發(fā)送電路的每一個發(fā)送電路中的相位變化的反饋信息，來控制對用于補償所述相位變化的波束形成信息的檢索，其中所述每一個發(fā)送電路各自分別對應于一信道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其中， 所述反饋信息包括所述碼本的矩陣號和波束號，并且 所述控制單元從所述碼本檢索所述矩陣號和所述波束號。 .
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線通信裝置，其中， 所述多個發(fā)送電路使用多個振蕩器來對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，所述多個振蕩器中的每一個振蕩器分別針對各信道而設(shè)置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其中， 所述多個發(fā)送電路使用單個振蕩器來對數(shù)據(jù)進行調(diào)制。
5、 一種在移動站側(cè)的無線通信裝置，該無線通信裝置使用多個天線 接收來自基站的多個波束的數(shù)據(jù)，該無線通信裝置包括碼本，其用于存儲與在所述基站的碼本中存儲的波束形成信息相同 的波束形成信息；和控制單元，當被通知所述基站要求進行相位變化補償時，該控制單 元基于各波束的信號狀況對所述波束形成信息進行搜索以搜尋能夠進行 最優(yōu)波束形成的波束形成信息，并將所選擇的波束形成信息作為反饋信 息發(fā)送到所述基站。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線通信裝置，其中， 所述反饋信息是波束號和矩陣號，所述波束號對應于接收到的多個波束中具有高的信號對干擾加噪聲比或高的信號功率的波束。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線通信裝置，其中， 所述控制單元整體地對所述碼本執(zhí)行完全搜索以搜尋波束號和矩陣號，并將所述波束號和所述矩陣號作為所述反饋信息發(fā)送到所述基站， 以及在執(zhí)行了所述完全搜索之后，所述控制單元執(zhí)行對所述碼本的一部 分的局部搜索，并發(fā)送由所述矩陣號表示的矩陣中的最優(yōu)波束號作為所 述反饋信息。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線通信裝置，其中，當設(shè)置在所述基站中的多個發(fā)送電路被構(gòu)造為使用單個振蕩器來對 數(shù)據(jù)進行調(diào)制時，所述控制單元將與所述多個發(fā)送電路受溫度變化影響 的時段相對應的完全搜索的周期設(shè)定為，相對于當所述多個發(fā)送電路使 用多個振蕩器來對數(shù)據(jù)進行調(diào)制時的完全搜索的周期而言更長。
9、 一種在基站側(cè)的無線通信方法，該無線通信方法使用多個天線來 執(zhí)行波束形成并發(fā)送數(shù)據(jù)到移動站，該無線通信方法包括以下步驟-讀取存儲在碼本中的波束形成信息； 形成數(shù)據(jù)的多波束圖；并且基于針對補償在多個發(fā)送電路的每一個發(fā)送電路中的相位變化的反 饋信息，來檢索用于補償所述相位變化的波束形成信息，其中所述每一 個發(fā)送電路各自分別對應于一信道。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線通信方法，其中，所述檢索步驟包括從所述碼本中檢索矩陣號和波束號作為所述反饋〈曰息。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線通信方法，該無線通信方法還包括如下步驟使用多個振蕩器來對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，所述多個振蕩器中的每一個振 蕩器分別針對各信道而設(shè)置。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線通信方法，該無線通信方法還包括如下步驟使用單個振蕩器來對數(shù)據(jù)進行調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明提供無線通信裝置和無線通信方法。基站中的無線通信裝置使用多個天線向在移動站側(cè)的無線通信裝置發(fā)送經(jīng)波束形成的多波束數(shù)據(jù)。為了在發(fā)送電路中存在相位變化的情況下獲得期望的方向性而不降低增益，所述基站中的無線通信裝置配備有碼本，其用于存儲波束形成信息；預編碼器，其用于讀取所述碼本并執(zhí)行處理以形成數(shù)據(jù)的多波束圖；以及控制單元，其基于反饋信息來控制對用于補償相位變化的來自所述碼本的波束形成信息的讀取。
文檔編號H04B7/04GK101162930SQ20071014661
公開日2008年4月16日 申請日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者筒井正文 申請人:富士通株式會社