專利名稱：接收裝置和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)和在無線通信系統(tǒng)中使用的通信裝置，特別涉及在無線 通信系統(tǒng)中以多輸入多輸出(ΜΙΜΟ :Multi-Input Multi-Output)傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 的發(fā)送裝置和接收裝置。
背景技術(shù)：
近年來在無線通信系統(tǒng)中，通過從多個發(fā)送天線并行發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流而與發(fā)送 天線數(shù)量成比例地增大傳輸容量的空間復(fù)用傳輸技術(shù)受到關(guān)注。此時(shí)多個發(fā)送天線配置于 分離開的位置上以使得彼此無相關(guān)性，從各個天線發(fā)送的數(shù)據(jù)流經(jīng)由各自獨(dú)立的衰落傳輸 路徑被傳送而被接收天線接收。另外，如果利用配置成彼此無相關(guān)性的多個接收天線來構(gòu) 成MIMO系統(tǒng)，則能夠生成高自由度的信道相關(guān)矩陣，并且能夠提高分離被空間復(fù)用的多個 數(shù)據(jù)流時(shí)的 SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)。圖1是表示通常的ΜΙΜΟ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在圖1所示MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送裝置具 有M根發(fā)送天線，而接收裝置具有N根接收天線。發(fā)送裝置對M個數(shù)據(jù)流S1 Sm分別進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制、采樣、D/A轉(zhuǎn)換、正交調(diào)制、上 變頻(up-convert)、頻帶限制濾波等，并經(jīng)由對應(yīng)的發(fā)送天線發(fā)送這些數(shù)據(jù)流。從各個天線 發(fā)送的信號通過彼此獨(dú)立的衰落信道hmn，在空間被復(fù)用后被接收天線接收。另外，“h/’表 示從第i個發(fā)送天線到第j個接收天線的信道的特性。接收裝置對接收到的信號分別進(jìn)行濾波、下變頻、正交檢波、A/D轉(zhuǎn)換，從而生 成N個接收數(shù)據(jù)流X1 xN。對于各個接收數(shù)據(jù)流，由于M個發(fā)送數(shù)據(jù)被復(fù)用，因此通過 對全部接收數(shù)據(jù)流進(jìn)行信號處理，而能夠分離/再現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)流S1 SM。另外，作為在 接收裝置中用于分離發(fā)送數(shù)據(jù)流的信號處理算法，已知有利用信道相關(guān)矩陣的逆矩陣的 ZF (Zero-Forcing，迫零)或者 MMSE (Minimum Mean Square Error，最小均方誤差)。此外 還有作為不進(jìn)行信道相關(guān)矩陣的逆矩陣運(yùn)算的信號處理算法的MLD(Maximum Likelihood Decoding，最大似然譯碼)。作為在無線通信系統(tǒng)中使用多個發(fā)送/接收天線的其它技術(shù)已知有使用發(fā)送天 線陣的波束形成以及使用接收天線陣的自適應(yīng)天線陣。在使用這些技術(shù)的系統(tǒng)中，與MIMO 傳輸方式不同，構(gòu)成天線陣的多個天線元件彼此接近配置，而使得天線間的相關(guān)性高。圖2是表示使用天線陣進(jìn)行發(fā)送波束形成的系統(tǒng)的圖。圖2中，數(shù)據(jù)流S1被復(fù)制 與天線數(shù)相同的份數(shù)，并針對每個天線乘以不同的權(quán)值。由此形成具有指向性的發(fā)送波束， 而在接收裝置中對應(yīng)于指向性天線的增益，接收質(zhì)量提高。另外，在下一代移動通信系統(tǒng)中可能采用5GHz等較高的載波頻率，這種情況下傳輸損失增大而傳輸距離縮短。并且隨著傳輸速率的高速化或者寬帶化，而需要提高發(fā)送信 號功率。因此在下一代移動通信系統(tǒng)中，要求通過使用能夠獲得大的天線增益的天線陣來 增大傳輸距離并抑制發(fā)送功率增大的技術(shù)。另外，MIMO傳輸方式中，傳輸速度與發(fā)送天線 的根數(shù)成比例地提高，頻率利用效率顯著提高，因而被認(rèn)為是下一代移動通信系統(tǒng)中的重 要技術(shù)。這樣，MIMO傳輸和天線陣都是下一代移動通信系統(tǒng)中的重要技術(shù)。因此，如果在 同一基站系統(tǒng)中并用這些技術(shù)，則有望提高通信性能。但是在MIMO傳輸技術(shù)中，期望天線 間的相關(guān)性低。因此，天線間隔多為載波波長的10倍以上。而另一方面，對于天線陣則希 望天線間的相關(guān)性高。因此，例如在通常的蜂窩移動通信的基站中，天線陣的天線間隔為載 波的半波長到一個波長左右是合適的。因此難以在同一基站系統(tǒng)中并用MIMO傳輸技術(shù)和 天線陣技術(shù)而不使裝置的規(guī)模大型化。在專利文獻(xiàn)1中記載了并用MIMO傳輸和天線陣的技術(shù)。圖3是表示專利文獻(xiàn)1 所述的系統(tǒng)的圖。圖3所示系統(tǒng)的發(fā)送裝置具有兩組副天線陣。其中各個副天線陣分別由 多個天線元件構(gòu)成，并且對每個天線元件分別設(shè)定適當(dāng)?shù)臋?quán)值。由此，各個副天線陣形成各 自獨(dú)立的發(fā)送波束。并且，經(jīng)由各個副天線陣發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流，從而能夠進(jìn)行MIMO復(fù)用 傳輸。另外，為了減小從各個副天線陣發(fā)送的指向性波束間的相關(guān)性，這些副天線陣隔 著載波波長的10倍以上的間隔來配置。因此導(dǎo)致用于設(shè)置天線的空間增大。另外，在專利 文獻(xiàn)1所述的發(fā)送裝置中構(gòu)成為“發(fā)送天線的根數(shù)”=“構(gòu)成各個副天線陣的天線元件的 數(shù)量” χ “副天線陣的數(shù)量(ΜΙΜΟ復(fù)用數(shù))”，因此導(dǎo)致裝置規(guī)模增大。在專利文獻(xiàn)2中記載了對每個數(shù)據(jù)流乘以不同的權(quán)值來進(jìn)行MIMO傳輸?shù)募夹g(shù)。但 是在專利文獻(xiàn)2所述的系統(tǒng)中必須的條件是要使用發(fā)送裝置中的發(fā)送天線權(quán)值和接收裝 置中的接收天線權(quán)值這兩者。另外，發(fā)送天線權(quán)值可以利用信道矩陣H和相關(guān)矩陣R來計(jì) 算多個固有矢量而得到。因此，認(rèn)為MIMO的信號分離方法受到限制而降低了設(shè)計(jì)自由度， 并且用于獲得天線權(quán)值的算法變得復(fù)雜(即運(yùn)算量大)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-338781號公報(bào)(圖1，說明書0038 0044段)專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-72566號公報(bào)(圖1、2、5，說明書0010、0046 0047 段)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)通信質(zhì)量良好的高速數(shù)據(jù)傳輸而不會使通信裝置的規(guī)模 增大。本發(fā)明提供一種接收裝置，該接收裝置在對互不相同的多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用 來傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)中使用，其特征在于，該接收裝置具有多個天線；接收波束形成單 元，其通過對上述多個天線乘以接收權(quán)值組而形成多個接收波束；選擇單元，其從上述多個 接收波束中選擇兩個以上的接收波束；以及分離單元，其利用經(jīng)由上述選擇單元選擇出的 兩個以上的接收波束而得到的接收信號來分離上述多個數(shù)據(jù)流。在上述接收裝置中，優(yōu)選上述分離單元根據(jù)預(yù)先通知的表示發(fā)送波束的信息來分 離上述多個數(shù)據(jù)流。
本發(fā)明提供一種用于具有多個天線的接收裝置的接收方法，該接收裝置在對互不 相同的多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用來傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)中使用，其特征在于，該接收方法 具有如下步驟通過對上述多個天線乘以接收權(quán)值組而形成多個接收波束；從上述多個接 收波束中選擇兩個以上的接收波束；以及利用經(jīng)由選擇出的兩個以上的接收波束而得到的 接收信號來分離上述多個數(shù)據(jù)流。


圖1是表示通常的MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示使用天線陣進(jìn)行發(fā)送波束形成的系統(tǒng)的圖。圖3是表示專利文獻(xiàn)1所 述的系統(tǒng)的圖。圖4是說明本發(fā)明的概念的圖。圖5是乘法電路的實(shí)施例。圖6是說明形成指向性波束的方法的圖。圖7是表示第一實(shí)施例的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是表示信道復(fù)用的一例的圖。圖9是表示第一實(shí)施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是表示第二實(shí)施例的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示第二實(shí)施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖12是表示第三實(shí)施例的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示第四實(shí)施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式圖4是說明本發(fā)明的概念的圖。另外，在對無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使小區(qū)(cell) 半徑增大的同時(shí)抑制終端的發(fā)送功率是非常重要的要素。因此，本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)為 了滿足該要素，至少發(fā)送裝置安裝天線陣。此外，本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)引入了能夠進(jìn)行高 速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗IMO復(fù)用傳輸，而不會導(dǎo)致裝置規(guī)模大型化(即不會增加天線和發(fā)送器的數(shù) 量)。另外在以下敘述中，“ΜΙΜΟ復(fù)用傳輸”不限于包含多個發(fā)送天線和多個接收天線的系 統(tǒng)，而廣泛地包含對互不相同的多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用來傳輸?shù)南到y(tǒng)。圖4中，發(fā)送裝置1例如為基站裝置(BS)，接收裝置2例如為移動機(jī)(MS)。但是 本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)，也適用于從移動機(jī)向基站裝置發(fā)送數(shù)據(jù)的情況。另外在圖4所示例 子中，發(fā)送裝置1能夠利用具有4個天線元件的自適應(yīng)天線陣來形成M個發(fā)送波束。發(fā)送裝置1具有輸入端口 11(11-1 11-M)、乘法電路12(12_1 12_M)、加法電 路13(13-1 13-4)、發(fā)送器14(14-1 14-4)和天線15 (15-1 15-4)。各個輸入端口 11 分別向?qū)?yīng)的乘法電路12的各個乘法器分配輸入數(shù)據(jù)流。例如，輸入端口 11-1將輸入數(shù) 據(jù)流分配給乘法電路12-1的各個乘法器。如圖5所示，乘法電路12-1 12-M分別具有四個乘法器21_1 21_4。并且對乘 法電路12-1 12-M分別賦予對應(yīng)的權(quán)值組(或者權(quán)值模式)。其中，權(quán)值組1 M分別由 四個權(quán)值構(gòu)成。例如，賦予給乘法電路12-1的權(quán)值組1由Wll W14構(gòu)成，賦予給乘法電 路12-M的權(quán)值組M由Wml Wm4構(gòu)成。另外，乘法器21_1 21_4分別對輸入信號乘以權(quán)
各個加法電路13分別將對應(yīng)的乘法器的輸出相加。例如，加法電路13-1計(jì)算各 個乘法電路12的乘法器21-1的輸出之和，加法電路13-4計(jì)算各個乘法電路12的乘法器 21-4的輸出之和。發(fā)送器14-1 14-4分別根據(jù)對應(yīng)的加法電路13_1 13_4的輸出而生 成發(fā)送信號。另外，天線15-1 15-4分別發(fā)送由對應(yīng)的發(fā)送器14-1 14-4生成的信號。發(fā)送裝置1對乘法電路12-1 12-M分別恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定不同的權(quán)值組1 M，從而能 夠形成M個希望的發(fā)送波束。各個發(fā)送波束按如下所述形成。例如圖6所示，在以間隔d配置天線15-1 15-4 的線性天線陣中，通過對各個天線乘以對應(yīng)的權(quán)值^(11 = 1 4)，從而能夠獲得式(1)所示 的指向性模式。其中，“y( θ ) ”表示指向性模式。權(quán)值Wn由式(2)表示。導(dǎo)向矢量(steering vector) Vn( θ)由式⑶表示?！?λ ”為載波的波長。這樣，對各個天線乘以權(quán)值Wn，從而能 夠形成在φ方向上具有最大指向性的發(fā)送波束。即，通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定權(quán)值Wn，而能夠形成在 希望的方向上具有最大指向性的發(fā)送波束。[數(shù)式1]= Λ
權(quán)利要求
一種接收裝置，該接收裝置在對互不相同的多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用來傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)中使用，其特征在于，該接收裝置具有多個天線；接收波束形成單元，其通過對上述多個天線乘以接收權(quán)值組而形成多個接收波束；選擇單元，其從上述多個接收波束中選擇兩個以上的接收波束；以及分離單元，其利用經(jīng)由上述選擇單元選擇出的兩個以上的接收波束而得到的接收信號來分離上述多個數(shù)據(jù)流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收裝置，其特征在于，上述分離單元根據(jù)預(yù)先通知的表示發(fā)送波束的信息來分離上述多個數(shù)據(jù)流。
3.一種用于具有多個天線的接收裝置的接收方法，該接收裝置在對互不相同的多個 數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用來傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)中使用，其特征在于，該接收方法具有如下步 驟通過對上述多個天線乘以接收權(quán)值組而形成多個接收波束； 從上述多個接收波束中選擇兩個以上的接收波束；以及利用經(jīng)由選擇出的兩個以上的接收波束而得到的接收信號來分離上述多個數(shù)據(jù)流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接收裝置和接收方法。本發(fā)明的接收裝置在對互不相同的多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間復(fù)用來傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)中使用，該接收裝置具有多個天線；接收波束形成單元，其通過對上述多個天線乘以接收權(quán)值組而形成多個接收波束；選擇單元，其從上述多個接收波束中選擇兩個以上的接收波束；以及分離單元，其利用經(jīng)由上述選擇單元選擇出的兩個以上的接收波束而得到的接收信號來分離上述多個數(shù)據(jù)流。
文檔編號H04L7/08GK101969373SQ20101054744
公開日2011年2月9日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者關(guān)宏之 申請人:富士通株式會社