具体实施方式
下面,参照附图详细说明本发明的实施方式。
下面说明的实施方式1~4的特征在于,由移动台装置选择可用于MIMO通信的相互独立的路径多的小区或扇区的基站装置或天线。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1~4的移动通信系统的结构的一个例子的图。如该图所示,位于基站装置200覆盖的小区200a和基站装置300覆盖的小区300a的边界附近区域(切换区域)的移动台装置100接收从作为通信对方候选的基站装置200和基站300双方发送的公共导频信号。并且,移动台装 置100在例如时隙等较短的每个时间单位,将基站装置200和基站装置300中任意的一方切换为通信对方。
图3是表示本实施方式的移动台装置100的主要结构的方框图。图3所示的移动台装置100包括:RF(Radio Frequency:无线频率)接收单元101、解调单元102、纠错解码单元103、信道估计单元104-1和104-2、奇异值分解处理单元105-1和105-2、信道容量计算单元106-1和106-2、小区选择单元107、复用单元108、纠错编码单元109、调制单元110、以及RF发送单元111。另外,在本实施方式中,由于假设移动台装置100位于小区200a和小区300a的两个小区的边界附近,所以对应于通信对方候选的两个基站装置,从信道估计单元到信道容量计算单元的每个处理单元都各有两个。因此,在假设移动台装置位于三个以上的小区的边界附近时,与通信对方候选的三个以上的基站装置对应地设置上述各个处理单元即可。
RF接收单元101对通过多个天线接收的信号施以无线接收处理(下变频、A/D转换等),对从选择基站装置发送的专用数据信号进行MIMO接收处理(空间分离等)并输出到解调单元102,同时将从基站装置200发送的公共导频信号输出到信道估计单元104-1,并将从基站装置300发送的公共导频信号输出到信道估计单元104-2。
解调单元102解调专用数据信号,将获得的解调信号输出到纠错解码单元103。
纠错解码单元103对解调信号进行纠错解码处理,输出接收数据。
信道估计单元104-1和104-2分别使用从基站装置200和基站装置300发送的公共导频信号,对多个天线之间的每个路径进行信道估计。这里,假设移动台装置100(接收端)的天线数为MR根,基站装置200和基站装置300(发送端)的天线为MT(≥MR)根,则作为信道估计的结果,可获得大小为MR×MT 的信道矩阵A。换言之,假设来自基站装置的发送信号向量为x(t),传播路径的噪声信号向量为n(t),则能够使用信道矩阵A,将移动台装置100的接收信号向量r(t)表示为下面的式(1)。
r(t)=Ax(t)+n(t) …(1)
信道估计单元104-1和104-2分别对与基站装置200和基站装置300对应的小区200a和小区300a求满足上式(1)的信道矩阵A。另外,虽然基站装置200的天线数可以与基站装置300的天线数不同,但是这里为方便说明, 假设任意的基站装置都具有MT个天线。
奇异值分解处理单元105-1和105-2使用对应各自的小区的信道矩阵A,进行分别有关基站装置200和基站装置300的奇异值分解处理。这里,奇异值是表示MIMO通信中独立的各个路径的接收质量的指标。具体地说,奇异值分解处理单元105-1和105-2通过下面的式(2)计算奇异值。
AHA=UΛUH …(2)
其中
在上式(2)中,AH表示信道矩阵A的共轭转置矩阵,U表示排列固有向量获得的酉阵,UH表示酉阵U的共轭转置矩阵。并且,diag()表示对角阵,在上式(2)中矩阵Λ的对角分量出现MR个奇异值λ1~λMR。另外,由于这里假设为MT≥MR,可求出MR个奇异值,若为MT<MR,则可求出MT个奇异值。
信道容量计算单元106-1和106-2对分别由奇异值分解处理单元105-1和105-2求出的奇异值λ1~λMR与规定的阈值进行比较,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为信道容量计算。如上所述,奇异值表示MIMO通信中独立的各个路径的接收质量。而且,在MIMO通信中,接收质量高的路径越多,越能够正确地分离从多个天线同时发送的信号,因此,规定的阈值以上的奇异值的数量越多,吞吐量越高。信道容量计算单元106-1和106-2将计算出的信道容量(即,规定的阈值以上的奇异值的数量)通知给小区选择单元107。
小区选择单元107比较从信道容量计算单元106-1和106-2通知的信道容量的大小,使对应于较大的信道容量的基站装置作为选择基站装置。然后,小区选择单元107将有关选择基站装置的选择信息输出到复用单元108。
复用单元108复用选择信息和发送数据,将获得的复用数据输出到纠错编码单元109。
纠错编码单元109对复用数据进行纠错编码,将获得的纠错编码数据输出到调制单元110。
调制单元110调制纠错编码数据,将获得的调制数据输出到RF发送单元111。
RF发送单元111对调制数据进行MIMO发送处理(空间复用等),施以规定的无线发送处理(D/A转换、上变频等)之后通过天线发送。
接着,参照图4所示的顺序图说明如上构成的移动台装置100进行的基站装置选择动作。
首先,如图4所示,从基站装置200发送公共导频信号401,同样地,从基站装置300发送公共导频信号402。这些公共导频信号401和402通过移动台装置100的天线被RF接收单元101接收。由RF接收单元101对接收到的公共导频信号401和402施以规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)后,公共导频信号401被输出到信道估计单元104-1,公共导频信号402被输出到信道估计单元104-2。
然后,信道估计单元104-1和104-2进行信道估计(403),分别求出与基站装置200和基站装置300对应的小区200a和小区300a的信道矩阵A。求出的小区200a和小区300a各自的信道矩阵A被输出到奇异值分解处理单元105-1和105-2,通过使用上式(2),计算在各自的小区的多个奇异值。如上所述,计算出的奇异值的数量等于发送端(即,基站装置200和基站装置300)的天线数或接收端(即,移动台装置100)的天线数中较少一方的数量。
然后,信道容量计算单元106-1和106-2将多个奇异值分别与规定的阈值比较,规定的阈值以上的奇异值的数量被计算为小区200a和小区300a的信道容量(404)。如上所述,奇异值表示MIMO通信中独立的每个路径的接收质量,数值较大的奇异值越多,越能够在接收端正确地分离在发送端被空间复用的信号。换言之,规定的阈值以上的奇异值的数量多的小区,也就是信道容量大的小区在进行MIMO通信时吞吐量高。
由信道容量计算单元106-1和106-2计算出的小区200a和小区300a的信道容量被输出到小区选择单元107,选择与较大的信道容量对应的小区(405)。由此决定作为移动台装置100的通信对方的选择基站装置。然后,将有关选择基站装置的选择信息输出到复用单元108。
通过上述的奇异值分解和信道容量计算所进行的选择基站装置的决定,例如以时隙等的短时间周期进行。因此,在MIMO通信中也能够相应于传播环境的变化,总是使吞吐量较高的基站装置作为选择基站装置。所以,能够将与可达到作为目标的吞吐量的基站装置之间的距离扩大到最大限度,从而能够扩大小区覆盖。
复用单元108将选择信息与发送数据复用,由纠错编码单元109进行纠错编码,并由调制单元110进行调制。然后,由RF发送单元111对调制后的调制数据进行MIMO发送处理(空间复用等),施以规定的无线发送处理(D/A转换、上变频等)之后进行发送(406)。另外,在图4中,选择信息407被发送 到基站装置200,选择信息408被发送到基站装置300。选择信息407和选择信息408的内容都相同,用于通知是哪一个基站装置成为了选择基站装置。这里,假设基站装置200成为了选择基站装置来进行说明。
通过选择信息407和选择信息408,基站装置200和基站装置300分别能够判定本装置是否为选择基站装置。然后,成为选择基站装置的基站装置200判定要对移动台装置100发送数据(409),进行规定的发送处理之后(411),将专用数据信号412发送到移动台装置。另一方面,没有成为选择基站装置的基站装置300不对移动台装置100进行数据的发送(410)。由移动台装置100的RF接收单元101、解调单元102以及纠错解码单元103对从基站装置200发送的专用数据信号进行接收处理(413),获得接收数据。
另外,基站装置200和基站装置300也可以分别将选择信息407和选择信息408发送到作为高层站的控制站,由控制站对从各个基站装置发送的选择信息进行合成,然后对选择基站装置(这里为基站装置200)指示数据发送。
如上所述,根据本实施方式,以短时间周期使用从多个基站装置发送的公共导频信号进行奇异值分解处理,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。所以,移动台装置能够总是使吞吐量较高的基站装置作为通信对方,从而能够在MIMO通信中可靠地改善切换区域中的吞吐量,并扩大小区覆盖。
(实施方式2)
本发明的实施方式2的特征在于,与实施方式1相比,使用行列式作为信道容量而不是进行奇异值分解处理,并基于行列式的大小选择基站装置。
本实施方式的移动通信系统的结构与图2所示的移动通信系统相同,故省略其说明。
图5是表示本实施方式的移动台装置100的主要结构的方框图。在该图中,对与图3相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。在图5所示的移动台装置100的结构是,从图3所示的移动台装置100删除了奇异值分解处理单元105-1和105-2,并以信道容量计算单元501-1和501-2取代信道容量计算单元106-1和106-2。
信道容量计算单元501-1和501-2使用对应各自的小区的信道矩阵A,通过以下的式(3)计算分别有关基站装置200和基站装置300的信道容量。
其中,γ=CNR(Carrier to Noise Ratio)
在上式(3)中,det()表示行列式,IMR表示MR×MR大小的单位矩阵。通过上式(3)求出的信道容量C是标量,是在MIMO通信中接收质量高的独立路径越多则越大的数值。因此,信道容量C越大,吞吐量越高。信道容量计算单元501-1和502-2将计算出的信道容量C通知给小区选择单元107。
然后,与实施方式1相同,小区选择单元107比较信道容量的大小,使对应于较大的信道容量的基站装置作为选择基站装置。
在本实施方式中,不进行奇异值分解处理等而从信道矩阵A计算标量的信道容量,因此与实施方式1相比能够削减运算量,并减少移动台装置的消耗功率。
如上所述,根据本实施方式,以短时间周期使用从多个基站装置发送的公共导频信号计算标量的信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。因此,移动台装置能够在减少运算量和消耗功率的同时,使吞吐量较高的基站装置作为通信对方。
另外,通过在移动台装置的通信待机时(空闲模式时)比较实施方式2的信道容量,能够不增加处理负荷地预先决定在通信开始时进行通信的选择基站装置。再有,也可以在通信开始后,通过切换成比较实施方式1的信道容量,来提高选择基站装置的决定的精度。
(实施方式3)
本发明的实施方式3的特征在于,使用路径数作为信道容量而不是进行奇异值分解处理,并基于路径数的大小选择基站装置。
本实施方式的移动通信系统的结构与图2所示的移动通信系统相同,故省略其说明。
图6是表示本实施方式的移动台装置100的主要结构的方框图。在该图中,对与图3相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图6所示的移动台装置100包括:RF接收单元101、解调单元102、纠错解码单元103、延迟分布生成单元601-1和601-2、接收质量测定单元602-1和602-2、阈值处理单元603、路径数计数单元604-1和604-2、小区选择单元107、复用单元108、纠错编码单元109、调制单元110、以及RF发送单元111。
延迟分布生成单元601-1和601-2分别使用从基站装置200和基站装置 300发送的公共导频信号,生成每个基站装置的延迟分布。具体地说,例如在进行基于CDMA(Code Division Multiple Access:码分多址连接)方式的通信时,延迟分布生成单元601-1和601-2分别以基站装置200和基站装置300固有的扩频码对接收信号进行解扩,测定直达波和延迟波到移动台装置的到达定时,生成表示与直达波和延迟波对应的路径的定时的延迟分布。
接收质量测定单元602-1和602-2分别测定从基站装置200和基站装置300发送的公共导频信号的接收质量(例如SIR等)。
阈值处理单元603对由接收质量测定单元602-1和602-2测定的接收质量与规定的阈值进行比较,将与规定的阈值以上的接收质量对应的基站装置通知给路径数计数单元604-1和604-2。例如,在仅有从基站装置200发送的公共导频信号的接收质量为规定的阈值以上时,阈值处理单元603将该情况通知给路径数计数单元604-1和604-2。
路径数计数单元604-1和604-2参照延迟分布,对接收质量为规定的阈值以上的基站装置所对应的路径数进行计数。换言之,例如在仅有从基站装置200发送的公共导频信号的接收质量为规定的阈值以上时,仅有路径数计数单元604-1对基站装置200对应的路径数进行计数,路径数计数单元604-2不对与基站装置300对应的路径数进行计数。
在本实施方式中,通过路径数计数单元604-1和604-2计数的路径数成为信道容量。换言之,在MIMO通信中,独立的路径越多,能够分离从多个天线同时发送的信号的可能性越高,所以能够将每个小区的路径数用作表示MIMO通信的信道容量的值。
并且,即使路径数多,如果各个路径的接收质量恶劣,将不能正确地分离信号,因此在本实施方式中,仅对接收质量为规定的阈值以上的基站装置所对应的路径数进行计数。
然后,与实施方式1相同,小区选择单元107比较信道容量(即路径数)的大小,使对应于较大的信道容量的基站装置作为选择基站装置。
接着,参照图7所示的顺序图说明如上构成的移动台装置100进行的基站装置选择动作。另外,在图7中,对与图4相同的部分赋予相同的标号,并省略其详细说明。
首先,如图7所示,分别从基站装置200和基站装置300发送公共导频信号401和402。这些公共导频信号401和402通过移动台装置100的天线 被RF接收单元101接收。由RF接收单元101对接收到的公共导频信号401和402施以规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)后,公共导频信号401被输出到延迟分布生成单元601-1,公共导频信号402被输出到延迟分布生成单元601-2。
然后,由延迟分布生成单元601-1和601-2生成分别与基站装置200和基站装置300对应的小区200a和小区300a的延迟分布(701)。生成的延迟分布分别被输出到路径数计数单元604-1和604-2。
另一方面,在延迟分布生成后,公共导频信号被输出到信号质量测定单元602-1和602-2,对分别与基站装置200和基站装置300对应的接收质量进行测定(702)。测定出的接收质量被输出到阈值处理单元603,与规定的阈值进行比较。其结果,与规定的阈值以上的接收质量对应的基站装置的小区被决定为对路径数进行计数的对象的小区(703)。然后,将接收质量为规定的阈值以上的基站装置通知给路径数计数单元604-1和604-2。
收到该通知后,仅有与接收质量为规定的阈值以上的基站装置对应的路径数计数单元进行动作,由路径数计数单元604-1和604-2参照延迟分布,对接收质量为规定的阈值以上的基站装置所对应的小区的路径数进行计数(704)。例如在仅有从基站装置200发送的公共导频信号的接收质量为规定的阈值以上时,仅有路径数计数单元604-1进行动作,参照由延迟分布生成单元601-1生成的延迟分布,对小区200a的路径数进行计数。
由路径数计数单元604-1和604-2计数的路径数作为各个小区的信道容量被输出到小区选择单元107,选择与较大的信道容量对应的小区(705)。由此决定作为移动台装置100的通信对方的选择基站装置。然后,将有关选择基站装置的选择信息输出到复用单元108。
通过上述的延迟分布生成和路径数计数所进行的选择基站装置的决定,例如以时隙等的短时间周期进行。因此,在MIMO通信中也能够相应于传播环境的变化,总是使吞吐量较高的基站装置作为选择基站装置。再有,在本实施方式中,不进行奇异值分解处理等而使从延迟分布计数的路径数作为信道容量,因此与实施方式1相比能够削减处理量,并减少移动台装置的消耗功率。
下面,与实施方式1同样地,选择信息被发送到基站装置200和基站装置300,仅从信道容量(即路径数)较大的基站装置(在图7为基站装置200)发 送专用数据信号412。
如上所述,根据本实施方式,以短时间周期使用从多个基站装置发送的公共导频信号对每个小区生成延迟分布,对各个小区的路径数进行计数并作为每个小区的信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。因此,移动台装置能够在以简单的处理减少消耗功率的同时,使吞吐量较高的基站装置作为通信对方。
(实施方式4)
本发明的实施方式4的特征在于,基于基站装置是否进行MIMO通信的信息选择信道容量或接收质量,使用所选择的信道容量或接收质量中的任何一个来选择基站装置。
本实施方式的移动通信系统的结构与图2所示的移动通信系统相同,故省略其说明。但是,在本实施方式中,基站装置200和基站装置300分别发送表示是否进行MIMO通信的MIMO适用/不适用信息。基站装置200和基站装置300虽然包括多个天线,但是有时对应传播环境,进行从各个天线同时发送相同信号的分集通信,而不是从各个天线同时发送不同信号的MIMO通信。因此,本实施方式的基站装置200和基站装置300使用通知信道等发送MIMO适用/不适用信息。
图8是表示本实施方式的移动台装置100的主要结构的方框图。在该图中,对与图3和图6相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图8所示的移动台装置100包括:RF接收单元101、解调单元102、MIMO适用/不适用信息提取单元801、纠错解码单元103、信道估计单元104-1和104-2、切换单元802、接收质量测定单元602-1和602-2、奇异值分解处理单元105-1和105-2、信道容量计算单元106-1和106-2、小区选择单元107、复用单元108、纠错编码单元109、调制单元110、以及RF发送单元111。
MIMO适用/不适用信息提取单元801从接收信号提取从基站装置200和基站装置300发送的MIMO适用/不适用信息,该信息表示各个基站装置是否进行MIMO通信。然后,MIMO适用/不适用信息提取单元801向切换单元802通知基站装置200和基站装置300是否分别进行MIMO通信。
切换单元802根据基站装置200和基站装置300是否适用MIMO通信,切换来自信道估计单元104-1和104-2的信号的输出目的地。具体地说,在基站装置200和基站装置300双方都进行MIMO通信时,切换单元802将与各 自的小区对应的信道矩阵输出到奇异值分解处理单元105-1和105-2,另一方面,在基站装置200和基站装置300中有任何一方不进行MIMO通信时,将与各自的小区对应的信道估计后的接收信号输出到接收质量测定单元602-1和602-2。
然后,在基站装置200和基站装置300双方都进行MIMO通信时,小区选择单元107与实施方式1同样地比较信道容量的大小,在基站装置200和基站装置300中有任何一方不进行MIMO通信时,小区选择单元107比较接收质量的大小,使与较大信道容量或接收质量对应的基站装置作为选择基站装置。
接着,参照图9所示的顺序图说明如上构成的移动台装置100进行的基站装置选择动作。另外,在图9中,对与图4相同的部分赋予相同的标号,并省略其详细说明。
首先,如图9所示,分别从基站装置200和基站装置300发送包含MIMO适用/不适用信息的通知信号901和902。这些通知信号901和902通过移动台装置100的天线被RF接收单元101接收。由RF接收单元101对接收到的通知信号901和902施以规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)后输出到解调单元102,同时通知信号901被输出到信道估计单元104-1,通知信号902被输出到信道估计单元104-2。
然后,由解调单元102对通知信号901和902进行解调,由MIMO适用/不适用信息提取单元801将基站装置200和基站装置300各自的MIMO适用/不适用信息提取出(903)。然后,基于提取出的MIMO适用/不适用信息,MIMO适用/不适用信息提取单元801向切换单元802通知基站装置200和基站装置300是否分别进行MIMO通信。
然后,通过切换单元802,往切换单元802的输入信号的输出目的地被切换(904)。换言之,基站装置200和基站装置300双方都进行MIMO通信时,输出目的地成为奇异值分解处理单元105-1和105-2,在基站装置200和基站装置300中有任何一方不进行MIMO通信而进行分集通信等时,输出目的地成为接收质量测定单元602-1和602-2。
由此,只要有一个不进行MIMO通信的基站装置,就对与各个基站装置对应的接收质量进行测定,能够快速地进行不需要奇异值计算时的小区选择。
另一方面,与实施方式1同样地,由信道估计单元104-1和104-2进行 信道估计(403),分别求出小区200a和小区300a的信道矩阵A。求出的小区200a和小区300a各自的信道矩阵A和信道估计后的接收信号被输入到切换单元802。此时,切换单元802的输出目的地为奇异值分解处理单元105-1和105-2以及接收质量测定单元602-1和602-2中的其中一方,于是,从切换单元802向奇异值分解处理单元105-1和105-2输出信道矩阵A,或是向接收质量测定单元602-1和602-2输出信道估计后的接收信号。这里,假设通过切换单元802将输出目的地切换为奇异值分解处理单元105-1和105-2来进行说明。
将小区200a和小区300a各自的信道矩阵A从切换单元802输出到奇异值分解处理单元105-1和105-2,通过适用上式(2),计算在各自的小区的多个奇异值。然后,信道容量计算单元106-1和106-2将规定的阈值以上的奇异值的数量计算为小区200a和小区300a的信道容量(404)。下面,与实施方式1同样地,由小区选择单元107选择信道容量最大的小区,进行选择基站装置的发送处理。
另外,在通过切换单元802将输出目的地切换为接收质量测定单元602-1和602-2时,由接收质量测定单元602-1和602-2测定分别与小区200a和小区300a对应的接收质量,并由小区选择单元107选择接收质量最大的小区。
如上所述,根据本实施方式,基于基站装置是否进行MIMO通信来选择信道容量和接收质量的其中一方,使选择的信道容量或接收质量最大的基站装置作为选择基站装置。因此,即使有不进行MIMO通信的基站,移动台装置也能够可靠且快速地进行小区选择。
另外,在上述实施方式1~4中,虽然说明了选择作为通信对方的基站装置的动作,但在一个基站装置覆盖多个扇区的情况下也能够适用本发明。换言之,在移动台装置位于扇区的边界附近时,将与信道容量最大的扇区对应的天线选择为通信对方即可。
另外,在上述各个实施方式1~4中,虽然说明了以时隙等短时间周期选择作为通信对方的基站装置,但很明显地,本发明也能够适用于一般的切换。
实施方式1~4的第一形态的移动台装置是在适用MIMO通信的移动通信系统中选择通信对方的移动台装置,采用的结构包括:接收单元,接收从多个通信对方候选发送的信号;获得单元,使用接收到的信号获得每个通信对方候选的信道容量,该信道容量表示传播所述信号的路径的接收质量或路 径数;以及选择单元,将所获得的信道容量为最大的通信对方候选选择为通信对方。
根据该结构,由于使用接收信号选择与信道容量最大的小区或扇区对应的基站装置或天线作为通信对方,该信道容量表示路径的接收质量或路径数,而与每个独立的路径的质量或量较大的基站装置或天线进行通信,在移动台装置中能够正确地分离被空间复用的信号。因此,能够在MIMO通信中可靠地改善切换区域中的吞吐量,并扩大小区覆盖。
实施方式1~4的第二形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述获得单元包括:信道估计单元,使用接收信号对每个通信对方候选进行信道估计;奇异值分解处理单元,从信道估计结果计算表示每个路径的接收质量的奇异值;以及信道容量计算单元,在计算出的每个路径的奇异值中,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为每个通信对方候选的信道容量进行计算。
根据该结构,由于从每个通信对方候选的信道估计结果计算出每个路径的奇异值,并将规定的阈值以上的奇异值的数量作为每个通信对方候选的信道容量,所以等于个别求出各个路径的接收质量,并使接收质量高的路径多的基站装置或天线作为通信对方,能够正确地选择可改善吞吐量的基站装置或天线。
实施方式1~4的第三形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述获得单元包括:信道估计单元,使用接收信号对每个通信对方候选进行信道估计;以及信道容量计算单元,将基于通过信道估计获得的信道矩阵的矩阵的行列式作为每个通信对方候选的信道容量进行计算。
根据该结构,使用每个通信对方候选的信道矩阵计算行列式,使计算出的行列式作为每个基站装置或天线的信道容量,因此不需要进行奇异值分解处理而能够削减运算量,并减少移动台装置的消耗功率。
实施方式1~4的第四形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第三形态中,所述获得单元在通信待机时将基于所述信道矩阵的矩阵的行列式作为每个通信对方候选的信道容量进行计算,而在通信开始后,从信道估计结果计算每个路径的奇异值,并将规定的阈值以上的奇异值的数量作为每个通信对方候选的信道容量进行计算。
根据该结构,由于在通信待机时使行列式作为信道容量,而在通信开始 后通过奇异值分解处理计算信道容量,因此能够预先决定选择基站装置或通信对方的天线而不使通信待机时的处理负荷增加,同时在通信开始后能够提高选择基站装置或通信对方的天线的决定的精度。
实施方式1~4的第五形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述获得单元包括:延迟分布生成单元,使用接收信号对每个通信对方候选生成延迟分布;以及路径数计数单元,参照生成的延迟分布,使与各个通信对方候选对应的路径数作为每个通信对方候选的信道容量进行计数。
根据该结构,参照每个通信对方候选的延迟分布,使与各个通信对方候选对应的路径数作为每个通信对方候选的信道容量,因此不需要进行奇异值分解处理而能够以简单的处理决定选择基站装置或通信对方的天线,从而能够减少移动台装置的消耗功率。
实施方式1~4的第六形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第五形态中,所述获得单元还包括:接收质量测定单元,使用接收信号测定每个通信对方候选的接收质量,所述路径数计数单元对仅与测定出的接收质量为规定的阈值以上的通信对方候选对应的路径数进行计数。
根据该结构,对仅与接收质量为规定的阈值以上的通信对方候选对应的路径数进行计数,因此能够排除接收质量恶劣的基站装置或天线,使它们不会成为选择基站装置或通信对方的天线,从而能够更可靠地选择可改善吞吐量的通信对方。
实施方式1~4的第七形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述选择单元以时隙周期选择通信对方。
根据该结构,由于以时隙周期选择通信对方,在移动台位于切换区域时进行FCS,能够总是维持吞吐量高的状态。
实施方式1~4的第八形态的移动台装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述接收单元接收表示多个通信对方候选是否进行MIMO通信的MIMO适用/不适用信息,所述选择单元在所述多个通信对方候选都进行MIMO通信时,将信道容量为最大的通信对方候选选择为通信对方,而在有一个通信对方候选不进行MIMO通信时,将接收质量为最大的通信对方候选选择为通信对方。
根据该结构,从基于通信对方候选是否进行MIMO通信而选择的信道容量和接收质量的任何一方选择通信对方,因此即使有不进行MIMO通信的基 站装置,移动台装置也能够可靠且快速地进行小区选择。
实施方式1~4的第九形态的通信对方选择方法是在适用MIMO通信的移动通信系统中选择通信对方的通信对方选择方法,包括以下步骤:接收从多个通信对方候选发送的信号;使用接收到的信号获得每个通信对方候选的信道容量,该信道容量表示传播所述信号的路径的接收质量或路径数;以及将所获得的信道容量为最大的通信对方候选选择为通信对方。
根据该方法,由于使用接收信号选择与信道容量最大的小区或扇区对应的基站装置或天线作为通信对方,该信道容量表示路径的接收质量或路径数,而与每个独立的路径的质量或量较大的基站装置或天线进行通信,在移动台装置中能够正确地分离被空间复用的信号。因此,能够在MIMO通信中可靠地改善切换区域中的吞吐量,并扩大小区覆盖。
(实施方式5)
下面说明的实施方式5、6的特征在于,从构成多载波信号的所有副载波中选择接收功率大的副载波,仅使用选择出的副载波来选择可用于MIMO通信的相互独立的路径多的小区的基站装置。
图10是表示本发明的实施方式5、6的移动通信系统的结构的一个例子的图。如该图所示,位于基站装置1200覆盖的小区1200a和基站装置1300覆盖的小区1300a的边界附近区域的多载波通信装置1100接收从基站装置1200和基站1300双方发送的公共导频信道的信号(公共导频信号)。并且,多载波通信装置1100在例如时隙等较短的每个时间单位,将基站装置1200和基站装置1300中任意的一方切换为通信对方。
图11是表示本实施方式的多载波通信装置1100的主要结构的方框图。图11所示的多载波通信装置1100包括:RF(Radio Frequency:无线频率)接收单元1101-1和1102-2、GI(Guard Interval:保护区间)除去单元1102-1和1102-2、FFT(Fast Fourier Transform:快速傅立叶变换)单元1103-1和1103-2、小区分离单元1104、连接小区接收处理单元1105、观察小区接收处理单元1106、小区选择单元1107、复用单元1108、纠错编码单元1109、调制单元1110、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:快速傅立叶逆变换)单元1111-1和1111-2、GI插入单元1112-1和1112-2、以及RF发送单元1113-1和1113-2。另外,在本实施方式中虽然是多载波通信装置1100包括两根天线的结构,但在天线为三根以上时,成为与天线对应地设置从RF接收单元到FFT单元的各个处理 单元和从IFFT单元到RF发送单元的各个处理单元的结构。
RF接收单元1101-1和1101-2从各自对应的天线接收信号,对接收信号进行规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)。另外,本实施方式的接收信号是将信号重叠在频率不同的多个副载波的多载波信号。
GI除去单元1102-1和1102-2除去被插入在接收信号的各个码元之间的用于防止码间干扰的保护区间。
FFT单元1103-1和1103-2对保护区间除去后的接收信号进行快速傅立叶变换,提取重叠在多个副载波的信号。
小区分离单元1104将各个副载波的信号分离为每个小区的信号。具体地说,小区分离单元1104将各个副载波的信号分离为:当前为多载波通信装置1100的通信对方的基站装置的小区(下面称为“连接小区”)的信号、以及与连接小区相邻且与连接小区的边界位于多载波通信装置1100的位置附近的小区(下面称为“观察小区”)的信号。另外,在有多个观察小区时,小区分离单元1104将各个副载波的信号分离为各个观察小区的信号。
连接小区接收处理单元1105对连接小区的信号进行接收处理,输出接收数据。并且,连接小区接收处理单元1105从连接小区的信号测定无线质量,将无线质量信息输出到复用单元1108。另外,连接小区接收处理单元1105在对连接小区的信号的接收处理过程中进行奇异值分解处理,同时计算连接小区的信道容量并输出到小区选择单元1107。
这里,奇异值是表示在MIMO通信中传输空间复用的信号的独立的每个路径的接收质量的指标,奇异值分解处理是指在MIMO通信的接收处理过程中,使用信道估计结果计算独立的每个路径的奇异值的处理。另外,信道容量是表示各个小区是否适合进行MIMO通信的指标。在MIMO通信中,没有相互相关且接收质量高的独立路径越多,能够在接收端分离空间复用的信号的可能性越高。因此,奇异值大的路径越多的小区信道容量越大,可说是适合MIMO通信的小区。另外,奇异值、信道容量以及连接小区接收处理单元1105的详细结构将后述。
观察小区接收处理单元1106对观察小区的信号进行接收处理,计算观察小区的信道容量并输出到小区选择单元1107。这里,由于观察小区的基站装置不是多载波通信装置1100的通信对方,所以观察小区接收处理单元1106进行对观察小区的公共导频信号的接收处理。并且,关于观察小区,并不是 对所有的副载波求出信道容量,而是仅对总接收功率大的副载波计算信道容量。因此,能够减轻观察小区接收处理单元1106的信道容量计算的处理负荷。另外,观察小区接收处理单元1106的详细结构将后述。
小区选择单元1107对连接小区的信道容量和观察小区的信道容量进行大小比较,使信道容量大的小区的基站装置作为通信对方的基站装置(选择基站装置)。换言之,小区选择单元1107使信道容量最大的小区作为下一个时间单位的连接小区。然后,小区选择单元1107将有关选择基站装置的小区选择信息输出到复用单元1108。
复用单元1108复用小区选择信息、无线质量信息以及发送数据等,将获得的复用数据输出到纠错编码单元1109。
纠错编码单元1109对复用数据进行纠错编码,将获得的编码数据输出到调制单元1110。
调制单元1110调制编码数据,将获得的调制数据输出到IFFT单元1111-1和1111-2。
IFFT单元1111-1和1111-2对调制数据进行快速傅立叶逆变换,将调制数据重叠在多个副载波,并将获得的多载波信号输出到GI插入单元1112-1和1112-2。
GI插入单元1112-1和1112-2在多载波信号的各个码元之间插入保护区间。
RF发送单元1113-1和1113-2对保护区间插入后的多载波信号进行规定的无线发送处理(D/A转换、上变频等),从各自对应的天线发送。
图12是表示本实施方式的连接小区接收处理单元1105的内部结构的方框图。
信道估计单元11051使用连接小区的公共导频信号对对应于发送/接收端的成对的天线的每个路径进行信道估计。这里,假设多载波通信装置1100(接收端)的天线数为MR根,基站装置1200和基站装置1300(发送端)的天线为MT(≥MR)根,则作为信道估计的结果,可对每个副载波获得大小为MR×MT 的信道矩阵。换言之,关于副载波i,假设来自基站装置的发送信号向量为xi(t),传播路径的噪声信号向量为ni(t),则能够使用信道矩阵Ai,将多载波通信装置1100的接收信号向量ri(t)表示为下面的式(4)。
ri(t)=Aixi(t)+ni(t) …(4)
信道估计单元11051对连接小区求出满足上式(4)的每个副载波的信道矩阵Ai。另外,虽然基站装置1200的天线数可以与基站装置1300的天线数不同,这里为方便说明,假设任意的基站装置都具有MT个天线。
解调单元11052包括奇异值分解处理单元11052a,对连接小区的专用数据信号进行解调。解调单元11052进行与发送端(基站装置1200或基站装置1300)的MIMO复用方式和调制方式对应的空间分离和解调处理,同时将解调后的专用数据信号输出到纠错解码单元11053和无线质量测定单元11055。奇异值分解处理单元11052a在解调的过程中进行使用信道矩阵Ai的奇异值分解处理,对所有的副载波计算连接小区的独立的每个路径的奇异值。具体地说,奇异值分解处理单元11052a通过下面的式(5)计算有关副载波i的连接小区的独立的每个路径的奇异值。
Ai HAi=UiΛiUi H …(5)
其中
在上式(5)中,Ai H表示信道矩阵Ai的共轭转置矩阵,Ui表示排列固有向量获得的酉阵,Ui H表示酉阵Ui的共轭转置矩阵。并且,diag()表示对角阵,在上式(5)中矩阵Λi的对角分量出现MR个奇异值λi,1~λi,MR。另外,由于这里假设为MT≥MR,可求出MR个奇异值,若为MT<MR,则可求出MT个奇异值。
纠错解码单元11053对应发送端(基站装置1200或基站装置1300)的编码率对解调后的专用数据进行纠错解码,将纠错解码后的专用数据信号输出到分离单元11054。
分离单元11054将纠错解码后的专用数据信号分离为接收数据和表示发送端(基站装置1200或基站装置1300)的调制方式和编码率的无线资源分配信息,在输出接收数据的同时将无线资源分配信息输出到解调单元11052和纠错解码单元11053。
无线质量测定单元11055使用连接小区的公共导频信号测定连接小区的无线质量,将无线质量信息输出到复用单元1108。
奇异值加工单元11056对针对每个副载波以及每个独立的路径求出的奇异值进行加工,计算代表各个独立的路径的奇异值。换言之,奇异值加工单元11056对于例如对N个副载波1~N求出的所有奇异值λ1,1~λ1,MR、λ2,1~λ2,MR、...、λi,1~λi,MR、...、λN,1~λN,MR,通过将每个独立的路径j的奇异值λ1,j~ λN,j的和除以总副载波数N来求出平均值,由此计算出代表每个独立的路径的奇异值λ1~λMR。由此,对于一个独立的路径j,有一个奇异值λj与其对应。
信道容量计算单元11057对由奇异值加工单元11056求出的每个独立的路径的奇异值λ1~λMR与规定的阈值进行比较,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为连接小区的信道容量计算。如上所述,奇异值表示MIMO通信中独立的各个路径的接收质量。而且,在MIMO通信中,接收质量高的路径越多,越能够正确地分离从多个天线同时发送的信号,因此,规定的阈值以上的奇异值的数量越多,吞吐量越高。信道容量计算单元11057将计算出的连接小区的信道容量(即,规定的阈值以上的奇异值的数量)通知给小区选择单元1107。
图13是表示本实施方式的观察小区接收处理单元1106的内部结构的方框图。
信道估计单元11061使用观察小区的公共导频信号对对应于发送/接收端的成对的天线的每个路径进行信道估计,并求出观察小区的信道矩阵。
副载波选择单元11062从信道估计单元11061的信道估计结果计算出多载波通信装置1100(接收端)的天线和观察小区的基站装置(发送端)的天线的各个成对的天线的每个副载波的接收功率,将所有成对的天线的总接收功率最大的副载波选择为用于奇异值分解处理的副载波。换言之,副载波选择单元11062对于一个副载波,对在MR根的接收端的天线分别接收到的、来自MT根的发送端的天线的信号的接收功率(即,对于一个副载波的MR×MT种的接收功率)进行相加,计算出每个副载波的总接收功率,并选择总接收功率最大的副载波。
与连接小区的信号不同,作为观察小区的信号,由于仅有公共导频信号被接收,不进行解调,所以不会在观察小区的信号的接收处理的阶段进行奇异值分解处理。因此,对于观察小区,有必要只为了小区选择而进行奇异值分解处理。此时,如上述地选择总接收功率最大的副载波,通过仅对该副载波进行奇异值分解处理,能够减轻奇异值分解处理的处理负荷。
并且,由于对总接收功率最大的副载波求出的信道矩阵最正确,因此可以认为奇异值分解处理的结果为正确。其结果,能够以较少的处理量正确地计算出观察小区的信道容量。
另外,副载波选择单元11062也可以从总接收功率大的开始依序选择规 定数的副载波,或是选择总接收功率大于规定的阈值的副载波,而不是仅选择总接收功率最大的一个副载波。在这些情况下,作为奇异值分解处理的对象的副载波的数量增加,虽然处理负荷大于仅以一个副载波为对象的情况,但用于奇异值分解处理的信息量变多,能够排除奇异值的异常值。
奇异值分解处理单元11063使用观察小区的信道矩阵,与连接小区同样地进行使用式(5)的奇异值分解处理,仅对通过副载波选择单元11062选择的副载波计算观察小区的独立的每个路径的奇异值。
另外,奇异值分解处理单元11063在副载波选择单元11062仅选择一个副载波时,将通过奇异值分解处理获得的独立的每个路径的奇异值原样输出到信道容量计算单元11064,在选择出多个副载波时,与连接小区接收处理单元1105的奇异值加工单元11056同样地,计算代表独立的路径的奇异值,输出到信道容量计算单元11064。
信道容量计算单元11064将从奇异值分解处理单元11063输出的每个独立的路径的奇异值与规定的阈值进行比较,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为观察小区的信道容量计算。
图14是表示本实施方式的基站装置1200的主要结构的方框图。图14所示的基站装置1200包括:RF接收单元1201-1和1201-2、GI除去单元1202-1和1202-2、FFT单元1203-1和1203-2、解调单元1204、纠错解码单元1205、分离单元1206、资源分配单元1207、发送控制单元1208、复用单元1209、纠错编码单元1210、调制单元1211、IFFT单元1212-1和1212-2、GI插入单元1213-1和1213-2、以及RF发送单元1214-1和1214-2。此外,基站装置1300也具有与基站装置1200相同的结构。
RF接收单元1201-1和1201-2从各自对应的天线接收信号,对接收信号进行规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)。
GI除去单元1202-1和1202-2除去插入在接收信号的各个码元之间的保护区间。
FFT单元1203-1和1203-2对保护区间除去后的接收信号进行快速傅立叶变换,提取重叠在多个副载波的信号。
解调单元1204解调各个副载波的信号,将获得的解调信号输出到纠错解码单元1205。
纠错解码单元1205对解调数据进行纠错解码,将纠错解码后的信号输出 到分离单元1206。
分离单元1206将纠错解码后的信号分离为接收数据和小区选择信息以及无线质量信息,输出接收数据的同时将小区选择信息以及无线质量信息输出到资源分配单元1207。
资源分配单元1207参照小区选择信息判定本装置(基站装置1200)是否成为选择基站装置,如果成为了选择基站装置,参照无线质量信息决定分配给发往多载波通信装置1100的发送数据的无线资源。
发送控制单元1208控制对多载波通信装置1100以及其他的多载波通信装置等的发送数据的发送顺序,生成表示与发送数据对应的调制方式以及编码率的无线资源分配信息。
复用单元1209复用发送数据、无线资源分配信息以及未图示的公共导频信号等,将获得的复用数据输出到纠错编码单元1210。
纠错编码单元1210以对应各自的发送目的地的编码率对复用数据进行纠错编码,将获得的编码数据输出到调制单元1211。
调制单元1211以对应各自的发送目的地的调制方式调制编码数据,将获得的调制数据输出到IFFT单元1212-1和1212-2。
IFFT单元1212-1和1212-2对调制数据进行快速傅立叶逆变换,将调制数据重叠在多个副载波,并将获得的多载波信号输出到GI插入单元1213-1和1213-2。
GI插入单元1213-1和1213-2在多载波信号的各个码元之间插入保护区间。
RF发送单元1214-1和1214-2对保护区间插入后的多载波信号进行规定的无线发送处理(D/A转换、上变频等),从各自对应的天线发送。
接着,对于如上构成的多载波通信装置1100进行的小区选择,分成通信开始时以及通信中的动作,参照图15A和图15B所示的顺序图进行说明。
首先,参照图15A说明多载波通信装置1100接通电源时等通信开始时的动作。多载波通信装置1100位于基站装置1200的小区1200a和基站装置1300的小区1300a的边界附近时,多载波通信装置1100的RF接收单元1101-1和1102-2接收来自基站装置1200的公共导频信号1401和专用数据信号1402、以及来自基站装置1300的公共导频信号1403和专用数据信号1404。
对于接收信号,由RF接收单元1101-1和1101-2进行规定的无线接收处 理,由GI除去单元1102-1和1102-2除去保护区间,并通过FFT单元1103-1和1103-2进行快速傅立叶变换,重叠在多个副载波的信号被提取。
各个副载波的信号通过小区分离单元1104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,由于是通信开始时,所以小区1200a和小区1300a双方都是观察小区而不是连接小区。因此,小区1200a和小区1300a双方的信号被输出到观察小区接收处理单元1106的信道估计单元11061。
然后,通过信道估计单元11061分别求出小区1200a的信道矩阵和小区1300a的信道矩阵,并通过副载波选择单元11062选择在各个小区中总接收功率最大的副载波(1405)。
具体地说,例如在基站装置1200包括发送天线#1和发送天线#2的两根天线,多载波通信装置1100包括接收天线#1和接收天线#2的两根天线的情况下,如图16所示,由副载波选择单元11062对成对的各个发送天线和接收天线的每个副载波的接收功率进行相加,求出总接收功率。然后,由副载波选择单元11062选择总接收功率最大的副载波P。同样地,由副载波选择单元11062对基站装置1300的小区1300a选择总接收功率最大的副载波。
对各个小区选择出的副载波被通知给奇异值分解处理单元11063,由奇异值分解处理单元11063使用与所选择的副载波对应的信道矩阵进行使用式(5)的奇异值分解处理,分别对小区1200a和小区1300a求出独立的每个路径的奇异值。
这样,通过选择并限定作为奇异值分解处理的对象的副载波,能够将因奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,并能够在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择。另外,在选择副载波时,通过选择总接收功率最大的副载波,能够进行使用正确的信道矩阵的奇异值分解处理,使求出的奇异值为正确。
然后,信道容量计算单元11064将规定的阈值以上的奇异值的数量分别计算为小区1200a和小区1300a的信道容量(1406)。计算出的信道容量被输出到小区选择单元1107,小区1200a和小区1300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(1407),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元1107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到复用单元1108。这里,假设小区1200a被选择为连接小区,基站装置1200成为选择基站装置来继续进行说明。
在本实施方式中,由于如上述地以总接收功率最大的副载波为对象进行奇异值分解处理,求出的奇异值变得正确,其结果,信道容量的可靠性变高。因此,被选择为连接小区的小区1200a确实比小区1300a更适合于MIMO通信,能够改善吞吐量并扩大小区覆盖。
小区选择信息被输入复用单元1108后,由复用单元1108复用发送数据和小区选择信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元1109对复用数据进行纠错编码,通过调制单元1110进行调制后获得调制数据。
通过由IFFT单元1111-1和1111-2进行快速傅立叶逆变换,调制数据被重叠在多个副载波上,并由GI插入单元1112-1和1112-2插入保护区间,由RF发送单元1113-1和1113-2进行规定的无线发送处理,通过天线对包含发送数据和小区选择信息的多载波信号1408进行发送。另外,在图15A中虽然省略了对没有被选择的基站装置1300的发送,但也可以也对基站装置1300发送小区选择信息。
从多载波通信装置1100发送的多载波信号1408通过天线被基站装置1200的RF接收单元1201-1和1201-2接收。然后,对于接收信号,由RF接收单元1201-1和1201-2进行规定的无线接收处理,由GI除去单元1202-1和1202-2除去保护区间,并通过FFT单元1203-1和1203-2进行快速傅立叶变换,重叠在多个副载波的信号被提取。
对于各个副载波的信号,由解调单元1204进行解调,由纠错解码单元1205进行纠错解码,并由分离单元1206分离为发送数据和小区选择信息。然后,小区选择信息被输出到资源分配单元1207后,通过资源分配单元1207判断本装置(基站装置1200)已成为多载波通信装置1100的选择基站装置,决定对发往多载波通信装置1100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(1409)。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元1208,开始进行发往多载波通信装置1100的信号的发送处理(1410)。
换言之,由发送控制单元1208将发往多载波通信装置1100的发送数据和表示分配给多载波通信装置1100的编码率和调制方式的无线资源信息输出到复用单元1209。
然后,由复用单元1209复用发往多载波通信装置1100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元1210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元1211进行调制后获得调制数据。
通过由IFFT单元1212-1和1212-2进行快速傅立叶逆变换,调制数据被重叠在多个副载波上,并由GI插入单元1213-1和1213-2插入保护区间,由RF发送单元1214-1和1214-2进行规定的无线发送处理,通过天线对包含发送数据和无线资源信息的专用数据信号1411进行发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置1200发送的信号被多载波通信装置1100接收,由连接小区接收处理单元1105进行接收处理而获得接收数据。
接着,参照图15B说明多载波通信装置1100与作为选择基站装置的基站装置1200进行通信(即,小区1200a为连接小区,小区1300a为观察小区)的状态的动作。多载波通信装置1100使小区1200a为连接小区时,多载波通信装置1100的RF接收单元1101-1和1101-2接收来自基站装置1200的公共导频信号1451和专用数据信号1452。
对于接收信号,由RF接收单元1101-1和1101-2进行规定的无线接收处理,由GI除去单元1102-1和1102-2除去保护区间,并通过FFT单元1103-1和1103-2进行快速傅立叶变换,重叠在多个副载波的信号被提取。
各个副载波的信号通过小区分离单元1104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为连接小区的小区1200a的信号被输出到连接小区接收处理单元1105,并被施以连接小区的信号的接收处理(1453)。
换言之,信道估计单元11051求出小区1200a的每个副载波的信道矩阵,由解调单元11052以在基站装置1200分配给多载波通信装置1100的MIMO复用方式和调制方式对接收信号进行解调,在该解调的过程中由奇异值分解处理单元11052a进行奇异值分解处理。通过奇异值分解处理而获得的连接小区的独立的每个路径的奇异值被输出到奇异值加工单元11056,同时解调后的专用数据信号被输出到纠错解码单元11053,公共导频信号被输出到无线质量测定单元11055。
以在基站装置1200分配给多载波通信装置1100的编码率对被输出到纠错解码单元11053的专用数据信号进行纠错解码,并由分离单元11054分离为接收数据和无线资源信息,无线资源信息被输出到解调单元11052和纠错解码单元11053。
此外,对奇异值加工单元11056输出有关所有副载波的每个独立的路径的奇异值,通过由奇异值加工单元11056例如求出每个独立的路径的平均值, 从而计算出代表各个独立的路径的奇异值。
然后,信道容量计算单元11057将规定的阈值以上的奇异值的数量计算为小区1200a的信道容量,并输出到小区选择单元1107。连接小区的信号的接收处理就此结束。
另外,将输出到无线质量测定单元11055的公共导频信号用于作为连接小区的小区1200a的无线质量测定,由无线质量测定单元11055生成无线质量信息。也可以将生成的无线质量信息与接收确认响应等复用,作为接收确认响应信号1454发送到基站装置1200。
另一方面,对于从作为观察小区的小区1300a的基站装置1300发送的公共导频信号1455,由RF接收单元1101-1和1101-2随时接收并进行规定的无线接收处理,由GI除去单元1102-1和1102-2除去保护区间,并通过FFT单元1103-1和1103-2进行快速傅立叶变换,重叠在多个副载波的信号被提取。
各个副载波的信号通过小区分离单元1104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为观察小区的小区1300a的信号被输出到观察小区接收处理单元1106的信道估计单元11061。
然后,通过信道估计单元11061求出小区1300a的信道矩阵,并且如图16所示,通过副载波选择单元11062选择在小区1300a中总接收功率最大的副载波(1456)。
选择出的副载波被通知给奇异值分解处理单元11063,由奇异值分解处理单元11063使用与所选择的副载波对应的信道矩阵进行使用式(5)的奇异值分解处理,对小区1300a求出独立的每个路径的奇异值。
然后,信道容量计算单元11064将规定的阈值以上的奇异值的数量计算为作为观察小区的小区1300a的信道容量(1457)。计算出的小区1300a的信道容量被输出到小区选择单元1107,小区1200a和小区1300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(1458),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元1107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到复用单元1108。这里,假设原本为观察小区的小区1300a被选择为连接小区,基站装置1300成为选择基站装置来继续进行说明。
小区选择信息被输入复用单元1108后,由复用单元1108复用发送数据和小区选择信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元1109对复用数据进行 纠错编码,通过调制单元1110进行调制后获得调制数据。
通过由IFFT单元1111-1和1111-2进行快速傅立叶逆变换,调制数据被重叠在多个副载波上,并由GI插入单元1112-1和1112-2插入保护区间,由RF发送单元1113-1和1113-2进行规定的无线发送处理,通过天线对包含发送数据和小区选择信息的多载波信号1459进行发送。另外,在图15B中虽然不对没有被选择的基站装置1200发送任何信号,但也可以对基站装置1200发送小区选择信息。
从多载波通信装置1100发送的多载波信号1459通过天线被基站装置1300的RF接收单元1201-1和1201-2接收。然后,对于接收信号,由RF接收单元1201-1和1201-2进行规定的无线接收处理,由GI除去单元1202-1和1202-2除去保护区间,并通过FFT单元1203-1和1203-2进行快速傅立叶变换,重叠在多个副载波的信号被提取。
对于各个副载波的信号,由解调单元1204进行解调,由纠错解码单元1205进行纠错解码,并由分离单元1206分离为发送数据和小区选择信息。然后,小区选择信息被输出到资源分配单元1207后,通过资源分配单元1207判断本装置(基站装置1300)已成为多载波通信装置1100的选择基站装置,决定对发往多载波通信装置1100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(1460)。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元1208,开始进行发往多载波通信装置1100的信号的发送处理(1461)。
换言之,由发送控制单元1208将发往多载波通信装置1100的发送数据和表示分配给多载波通信装置1100的编码率和调制方式的无线资源信息输出到复用单元1209。
然后,由复用单元1209复用发往多载波通信装置1100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元1210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元1211进行调制后获得调制数据。
通过由IFFT单元1212-1和1212-2进行快速傅立叶逆变换,调制数据被重叠在多个副载波上,并由GI插入单元1213-1和1213-2插入保护区间,由RF发送单元1214-1和1214-2进行规定的无线发送处理,通过天线对包含发送数据和无线资源信息的专用数据信号1462进行发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置1300发送的信号被多载波通信装置1100接收,由连接小区接收处理单元1105进行接收处理而获得 接收数据。
如上所述,根据本实施方式,以从不是通信对方的基站装置发送的公共导频信号所包含的副载波中总接收功率最大的副载波为对象进行奇异值分解处理,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。由此,能够将用于快速小区选择的奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,在组合MIMO通信和多载波通信时,能够在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择,从而可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
另外,在本实施方式中,虽然使多载波通信装置1100向选择基站装置发送包含小区选择信息的多载波信号(例如图15A的多载波信号1408),但上行线路的信号不限定于多载波信号,也可以是例如CDMA信号等。
(实施方式6)
本实施方式的特征在于,使用行列式作为用于小区选择的信道容量,并基于行列式的大小选择成为通信对方的基站装置。
本实施方式的移动通信系统的结构与图10所示的移动通信系统相同,故省略其说明。并且,本实施方式的多载波通信装置1100和基站装置1200的主要结构与图11和图14所示的多载波通信装置1100和基站装置1200的主要结构相同,故省略其说明。
在本实施方式中,仅有多载波通信装置1100的连接小区接收处理单元1105和观察小区接收处理单元1106的内部结构与实施方式5不同。因此,对连接小区接收处理单元1105和观察小区接收处理单元1106的内部结构进行说明。
图17是表示本实施方式的连接小区接收处理单元1105的内部结构的方框图。在该图中,对与图12相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图17所示的连接小区接收处理单元1105采用的结构为,包括行列式计算单元15001和行列式加工单元15002以取代图12的奇异值加工单元11056和信道容量计算单元11057。
行列式计算单元15001使用有关连接小区的副载波i的信道矩阵Ai,对所有的副载波计算连接小区的独立的每个路径的行列式。具体地说,行列式计算单元15001通过下面的式(6)计算行列式Ci,该行列式Ci为连接小区的独立的每个路径的接收质量的总和的指标。
其中,γ=CNR(Carrier to Noise Ratio:载波噪声比)
在上式(6)中,det()表示行列式,IMR表示MR×MR大小的单位矩阵。通过上式(6)求出的行列式Ci为对每个副载波求出的标量,且为表示MIMO通信中独立的路径的接收质量的总和的数值。因此,在小区内接收质量高的独立的路径越多,行列式Ci越大,而行列式Ci越大的小区,其吞吐量越高。
行列式加工单元15002对每个副载波求出的行列式Ci进行加工,计算代表连接小区的行列式并使其作为连接小区的信道容量。换言之,行列式加工单元15002将对例如N个副载波1~N求出的所有行列式C1~CN的和除以总副载波数N而求出平均值,由此计算出代表连接小区的行列式C。如上所述,由于计算出的行列式C越大,连接小区的独立的路径的接收质量越高且适合于MIMO通信,行列式加工单元15002将行列式C作为连接小区的信道容量输出到小区选择单元1107。
图18是表示本实施方式的观察小区接收处理单元1106的内部结构的方框图。在该图中,对与图13相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图18所示的观察小区接收处理单元1106采用的结构为,包括奇异值分解处理单元11063a和行列式计算单元15003以取代图13的奇异值分解处理单元11063和信道容量计算单元11064,另外并增加了空间复用信息生成单元15004。
行列式计算单元15003使用观察小区的信道矩阵,与连接小区同样地进行式(6)的运算,仅计算有关副载波选择单元11062选择的副载波的行列式作为观察小区的信道容量。
另外,行列式计算单元15003在副载波选择单元11062仅选择一个副载波时,将计算出的行列式直接作为信道容量输出到小区选择单元1107,在选择出多个副载波时,与连接小区接收处理单元1105的行列式加工单元15002同样地,计算代表连接小区的行列式作为信道容量并输出到小区选择单元1107。
仅在由小区选择单元1107比较连接小区和观察小区的信道容量的结果,观察小区被选择为下一个时间单位的连接小区的情况下,奇异值分解处理单元11063a进行使用式(5)的奇异值分解处理,仅对通过副载波选择单元11062选择的副载波计算独立的每个路径的奇异值。换言之,奇异值分解处理单元 11063a参照从小区选择单元1107输出的小区选择信息,仅在观察小区成为连接小区的情况下,为了判定独立的每个路径的接收质量而进行奇异值分解处理。
空间复用信息生成单元15004在由奇异值分解处理单元11063a进行奇异值分解处理时,根据奇异值分解处理的结果生成表示进行MIMO通信或STC(Space Time Coding:空时编码)通信的哪一个的空间复用信息。
这里,相对于MIMO通信是从多个天线同时发送不同的数据序列,STC通信是从多个天线同时发送相同的数据序列。因此,即使在预料通过行列式的比较后,选择出的连接小区的独立的每个路径的接收质量较低而不能进行MIMO通信的情况,通过切换为STC通信能够防止接收质量的恶化,并获得分集增益。
在本实施方式中,在用于小区选择的观察小区的信道容量计算中,进行与奇异值分解处理相比处理负荷大幅减小的行列式的运算。并且,由于仅在观察小区被选择为下一个时间单位的连接小区时进行奇异值分解处理,所以与为了观察小区的信道容量计算而总是需要奇异值分解处理的实施方式5相比,能够减轻处理负荷。
接着,参照图19所示的顺序图说明如上构成的多载波通信装置1100进行的小区的选择。另外,在本实施方式中,说明多载波通信装置1100与作为选择基站装置的基站装置1200进行通信(即,小区1200a为连接小区,小区1300a为观察小区)的状态的动作。在图19中,对与图15B相同的部分赋予相同的标号,并省略其详细说明。多载波通信装置1100使小区1200a为连接小区时,多载波通信装置1100的RF接收单元1101-1和1101-2接收来自基站装置1200的公共导频信号1451和专用数据信号1452。
接收信号经过GI除去单元1102-1和1102-2以及FFT单元1103-1和1103-2,重叠在多个副载波上的信号被提取出来。
各个副载波的信号通过小区分离单元1104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为连接小区的小区1200a的信号被输出到连接小区接收处理单元1105,并被施以连接小区的信号的接收处理(1601)。
换言之,信道估计单元11051求出小区1200a的每个副载波的信道矩阵,由解调单元11052以在基站装置1200分配给多载波通信装置1100的调制方式对接收信号进行解调。对于解调后的专用数据信号,纠错解码单元11053 以在基站装置1200分配给多载波通信装置1100的编码率进行纠错解码,并由分离单元11054分离为接收数据和无线资源信息。
与这些处理并行地,由信道估计单元11051求出的信道矩阵被输出到行列式计算单元15001,并由行列式计算单元15001计算每个副载波的行列式,由行列式加工单元15002对每个副载波的行列式进行加工,计算出例如每个副载波的行列式的平均值等的代表连接小区的行列式。计算出的行列式作为连接小区的信道容量被输出到小区选择单元1107。连接小区的信号的接收处理就此结束。
另外,从解调单元11052输出到无线质量测定单元11055的公共导频信号用于作为连接小区的小区1200a的无线质量测定,由无线质量测定单元11055生成无线质量信息。也可以将生成的无线质量信息与接收确认响应等复用,作为接收确认响应信号1454发送到基站装置1200。
另一方面,对于从作为观察小区的小区1300a的基站装置1300发送的公共导频信号1455,每次由RF接收单元1101-1和1101-2接收,经过GI除去单元1102-1和1102-2和FFT单元1103-1和1103-2,重叠在多个副载波的信号被提取。
各个副载波的信号通过小区分离单元1104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为观察小区的小区1300a的信号被输出到观察小区接收处理单元1106的信道估计单元11061。
然后,与实施方式5同样地,由副载波选择单元11062在小区1300a中选择总接收功率最大的副载波(1456)。
选择出的副载波被通知给行列式计算单元15003,由行列式计算单元15003使用与所选择的副载波对应的信道矩阵进行式(6)的运算,求出小区1300a的行列式(1602)。求出的行列式作为观察小区的信道容量被输出到小区选择单元1107,小区1200a和小区1300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(1458),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元1107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到奇异值分解处理单元11063a和复用单元1108。这里,假设原本为观察小区的小区1300a被选择为连接小区,基站装置1300成为选择基站装置来继续进行说明。
意指原本为观察小区的小区1300a被选择为连接小区的小区选择信息被 输出到奇异值分解处理单元11063a后,奇异值分解处理单元11063a使用与副载波选择单元11062选择的副载波对应的信道矩阵,进行使用式(5)的奇异值分解处理(1603)。另外,在小区1200a被继续选择为连接小区时,不进行奇异值分解处理。
奇异值分解处理的结果,如果大于规定的阈值的奇异值比规定数多,由空间复用信息生成单元15004判断可在小区1300a进行MIMO通信,生成意指进行MIMO通信的空间复用信息。并且,如果大于规定的阈值的奇异值比规定数少,由空间复用信息生成单元15004判断在小区1300a进行STC通信较好,生成意指进行STC通信的空间复用信息。生成的空间复用信息经由小区选择单元1107被输出到复用单元1108。
小区选择信息和空间复用信息被输入复用单元1108后,由复用单元1108复用发送数据、小区选择信息以及空间复用信息,生成复用数据。然后,复用数据从纠错编码单元1109经过RF发送单元1113-1和1113-2后,包含发送数据、小区选择信息以及空间复用信息的多载波信号1604通过天线进行发送。另外,在图19中虽然不对没有被选择的基站装置1200发送任何信号,但也可以对基站装置1200发送小区选择信息。
从多载波通信装置1100发送的多载波信号1604通过天线被基站装置1300的RF接收单元1201-1和1201-2接收。然后,接收信号经过GI除去单元1202-1和1202-2以及FFT单元1203-1和1203-2,重叠在多个副载波上的信号被提取出来。
对于各个副载波的信号,由解调单元1204进行解调,由纠错解码单元1205进行纠错解码,并由分离单元1206分离为发送数据、小区选择信息以及空间复用信息。然后,小区选择信息和空间复用信息被输出到资源分配单元1207后,通过资源分配单元1207判断本装置(基站装置1300)已成为多载波通信装置1100的选择基站装置,决定对发往多载波通信装置1100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(1460)。在本实施方式中,在决定无线资源时参照空间复用信息,考虑进行MIMO通信或STC通信的其中一个。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元1208,开始进行发往多载波通信装置1100的信号的发送处理(1605)。
换言之,由发送控制单元1208将发往多载波通信装置1100的发送数据和表示分配给多载波通信装置1100的编码率和调制方式的无线资源信息输 出到复用单元1209。并且,由发送控制单元1208基于空间复用信息判断进行MIMO通信和STC通信哪一个的空间复用。
然后,由复用单元1209复用发往多载波通信装置1100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元1210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元1211进行调制后获得调制数据。
调制数据通过从IFFT单元1212-1和1212-2经由RF发送单元1214-1和1214-2,作为专用数据信号1462从天线发送。此时,专用数据信号1462根据空间复用信息以MIMO通信或STC通信被发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置1300发送的信号被多载波通信装置1100接收,由连接小区接收处理单元1105进行接收处理而获得接收数据。
如上所述,根据本实施方式,以从不是通信对方的基站装置发送的公共导频信号所包含的副载波中总接收功率最大的副载波为对象求行列式,使该行列式作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。由此,能够将用于快速小区选择的奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,在组合MIMO通信和多载波通信时,能够在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择,从而可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。并且,在小区选择时,与总是进行奇异值分解处理的情况相比能够减轻处理负荷。
另外,在本实施方式中,虽然使多载波通信装置1100向选择基站装置发送包含小区选择信息的多载波信号(即图19的多载波信号1604),但上行线路的信号不限定于多载波信号,也可以是例如CDMA信号等。
另外,在上述实施方式5、6中虽然使用发送/接收端所有成对的天线的总接收功率来选择用于信道容量计算的副载波,但也可以使用限定于发送端或接收端的天线的总接收功率。换言之,也可以例如将发送端的天线固定为其中一个,仅使用来自该天线的接收功率来选择副载波。由此,能够进一步减轻小区选择所需要的处理负荷。
实施方式5、6的第一形态的多载波通信装置采用的结构包括:接收单元,从多个天线接收当前的时间单位的通信对方所覆盖的连接小区的信号以及与所述连接小区相邻的观察小区的信号;第一计算单元,使用所述连接小区的信号计算所述连接小区的信道容量;副载波选择单元,从构成所述观察小区的信号的多个副载波中选择一个以上的副载波;第二计算单元,以选择出的 副载波为对象,计算所述观察小区的信道容量;以及小区选择单元,比较所述连接小区的信道容量以及所述观察小区的信道容量,将信道容量最大的小区选择为下一个时间单位的连接小区。
根据该结构,由于在计算连接小区的信道容量的同时,从构成观察小区的信号的副载波中选择一个以上的副载波来计算观察小区的信道容量,并使信道容量最大的小区作为下一个连接小区,所以能够削减观察小区的信道容量计算所需要的处理量,并且在组合MIMO通信和多载波通信时,能够在防止电路规模的增大的同时执行快速小区选择,从而能够可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
实施方式5、6的第二形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述副载波选择单元在所述多个副载波中选择接收功率最大的副载波。
根据该结构,由于选择接收功率最大的副载波,正确地求出用于信道容量的计算的信道矩阵,能够正确地计算观察小区的信道容量。
实施方式5、6的第三形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述副载波选择单元在所述多个副载波中,从接收功率大的开始依序选择规定数的副载波。
根据该结构,由于从接收功率大的开始依序选择规定数的副载波,成为信道容量计算的对象的副载波数变多,而使信息量增多,能够排除信道容量的异常值。
实施方式5、6的第四形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述副载波选择单元在所述多个副载波中,选择接收功率为规定的阈值以上的副载波。
根据该结构,由于选择接收功率为规定的阈值以上的副载波,所以能够选择接收功率绝对大的副载波,而不是进行接收功率的相对比较,从而能够更正确地计算观察小区的信道容量。
实施方式5、6的第五形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述副载波选择单元根据所述多个天线的其中一个天线的接收功率来选择副载波。
根据该结构,由于根据一个天线的接收功率来选择副载波,所以接收功率的计算等的运算量被削减,能够进一步减轻小区选择所需要的处理负荷。
实施方式5、6的第六形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第一计算单元包括:奇异值分解处理单元,分别以构成所述连接小区的信号的多个副载波为对象进行奇异值分解处理,对每个独立的路径求等同于所述多个副载波数的奇异值,该奇异值表示所述连接小区的所述独立的每个路径的接收质量;奇异值加工单元,对求出的奇异值进行规定的加工,对所述连接小区的每个独立的路径获得一个奇异值;以及信道容量计算单元,在由所述奇异值加工单元获得的所述连接小区的每个独立的路径的奇异值中,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为所述连接小区的信道容量进行计算。
实施方式5、6的第七形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第二计算单元包括:奇异值分解处理单元,以所述选择出的副载波为对象进行奇异值分解处理,对所述观察小区的每个独立的路径求一个奇异值;以及信道容量计算单元,在所述观察小区的每个独立的路径的奇异值中,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为所述观察小区的信道容量进行计算。
根据这些结构,由于从奇异值分解处理结果求每个独立的路径的奇异值,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为小区的信道容量,所以接收质量高的独立的路径越多的小区,其信道容量越大。因此,信道容量越大的小区越适合进行MIMO通信,能够选择能可靠地改善吞吐量的小区。
实施方式5、6的第八形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第一计算单元包括:行列式计算单元,分别以构成所述连接小区的信号的多个副载波为对象进行运算,对每个独立的路径计算等同于所述多个副载波数的行列式,该行列式表示所述连接小区的所述每个独立的路径的接收质量的总和;以及行列式加工单元,对计算出的行列式进行规定的加工,对所述连接小区的每个独立的路径获得一个行列式作为所述连接小区的信道容量。
实施方式5、6的第九形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第二计算单元包括:行列式计算单元,以所述选择出的副载波为对象进行运算,对所述观察小区的每个独立的路径求一个行列式作为所述观察小区的信道容量进行计算。
根据这些结构,由于使表示每个独立的路径的接收质量的总和的行列式 作为小区的信道容量,所以独立的路径的接收质量的总和越大的小区,其信道容量越大。因此,能够选择适合于MIMO通信的小区而不必进行奇异值分解处理,从而能够减轻小区选择所需的处理负荷。
实施方式5、6的第十形态的多载波通信装置所采用的结构为,在上述第九形态中进一步包括:奇异值分解处理单元,在所述小区选择单元将当前的时间单位的观察小区选择为下一个时间单位的连接小区时,以所述副载波选择单元选择的副载波为对象进行奇异值分解处理,对所述观察小区的每个独立的路径求一个奇异值;以及生成单元,在所述观察小区的每个独立的路径的奇异值中,如果规定的阈值以上的奇异值的数量为规定数以上,生成意指进行MIMO通信的空间复用信息,如果规定的阈值以上的奇异值的数量低于规定数,则生成意指进行STC通信的空间复用信息。
根据该结构,由于仅在通过行列式的比较,观察小区成为连接小区的情况下进行奇异值分解处理,基于该结果生成表示进行MIMO通信和STC通信的哪一个的空间复用信息,能够通过仅在需要的时候进行奇异值分解处理来减轻处理负荷,同时在不可能进行MIMO通信的时候也能够防止接收质量的恶化,并获得分集增益。
实施方式5、6的第十一形态的小区选择方法包括以下步骤:从多个天线接收当前的时间单位的通信对方所覆盖的连接小区的信号以及与所述连接小区相邻的观察小区的信号;使用所述连接小区的信号计算所述连接小区的信道容量;从构成所述观察小区的信号的多个副载波中选择一个以上的副载波;以选择出的副载波为对象,计算所述观察小区的信道容量;以及比较所述连接小区的信道容量以及所述观察小区的信道容量,将信道容量最大的小区选择为下一个时间单位的连接小区。
根据该方法,由于在计算连接小区的信道容量的同时,从构成观察小区的信号的副载波中选择一个以上的副载波来计算观察小区的信道容量,并使信道容量最大的小区作为下一个连接小区,所以能够削减观察小区的信道容量计算所需要的处理量,并且在组合MIMO通信和多载波通信时,能够在防止电路规模的增大的同时执行快速小区选择,从而能够可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
(实施方式7)
下面说明的实施方式7~9的特征在于,从接收信号的采样区间选择接收 功率高的样本定时,仅使用选择出的样本定时的信号来选择可用于MIMO通信的相互独立的路径多的小区的基站装置。
图20是表示本发明的实施方式7~9的移动通信系统的结构的一个例子的图。如该图所示,位于基站装置2200覆盖的小区2200a和基站装置2300覆盖的小区2300a的边界附近区域的多天线通信装置2100接收从基站装置2200和基站2300双方的多个天线发送的公共导频信道的信号(公共导频信号)。并且,多天线通信装置2100在例如时隙等较短的每个时间单位,将基站装置2200和基站装置2300中任意的一方切换为通信对方。
图21是表示本实施方式的多天线通信装置2100的主要结构的方框图。图21所示的多天线通信装置2100包括:RF(Radio Frequency:无线频率)接收单元2101-1和2101-2、路径搜索单元2102、解扩单元2103-1和2103-2、小区分离单元2104、连接小区接收处理单元2105、观察小区接收处理单元2106、小区选择单元2107、复用单元2108、纠错编码单元2109、调制单元2110、扩频单元2111-1和2111-2、以及RF发送单元2112-1和2112-2。另外,在本实施方式中虽然是多天线通信装置2100包括两根天线的结构,在天线为三根以上时,成为与天线对应地设置RF接收单元、解扩单元、扩频单元、以及RF发送单元的各个处理单元的结构。
RF接收单元2101-1和2101-2以规定的采样率的样本定时对接收信号进行采样,并对接收信号进行规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)。
路径搜索单元2102进行路径搜索,该路径搜索为对RF接收单元2101-1和2101-2从多个路径接收的信号的到达方向进行估计并分离的处理。
基于路径搜索的结果,解扩单元2103-1和2103-2使用对应于各个小区的扩频码和加扰码对各个路径的信号进行解扩,将获得的解扩信号输出到小区分离单元2104。
小区分离单元2104将解扩信号分离为每个小区的信号。具体地说,小区分离单元2104将解扩信号分离为:当前为多天线通信装置2100的通信对方的基站装置的小区(下面称为“连接小区”)的信号、以及与连接小区相邻且与连接小区的边界位于多天线通信装置2100的位置附近的小区(下面称为“观察小区”)的信号。另外,在有多个观察小区时,小区分离单元2104将解扩信号分离为各个观察小区的信号。
连接小区接收处理单元2105对连接小区的信号进行接收处理,输出接收 数据。并且,连接小区接收处理单元2105从连接小区的信号测定无线质量,将无线质量信息输出到复用单元2108。另外,连接小区接收处理单元2105在对连接小区的信号的接收处理过程中进行奇异值分解处理,同时计算连接小区的信道容量并输出到小区选择单元2107。
这里,奇异值是表示在MIMO通信中传输空间复用的信号的独立的每个路径的接收质量的指标,奇异值分解处理是指在MIMO通信的接收处理过程中,使用信道估计结果计算独立的每个路径的奇异值的处理。另外,信道容量是表示各个小区是否适合进行MIMO通信的指标。在MIMO通信中,没有相互相关且接收质量高的独立路径越多,能够在接收端分离空间复用的信号的可能性越高。因此,奇异值大的路径越多的小区信道容量越大,可说是适合MIMO通信的小区。另外,奇异值、信道容量以及连接小区接收处理单元2105的详细结构将后述。
观察小区接收处理单元2106对观察小区的信号进行接收处理,计算观察小区的信道容量并输出到小区选择单元2107。这里,由于观察小区的基站装置不是多天线通信装置2100的通信对方,所以观察小区接收处理单元2106进行对观察小区的公共导频信号的接收处理。并且,关于观察小区,并不是以采样的公共导频信号的全部区间为对象求出信道容量,而是仅对总接收功率高的样本定时计算信道容量。因此,能够减轻观察小区接收处理单元2106的信道容量计算的处理负荷。另外,观察小区接收处理单元2106的详细结构将后述。
小区选择单元2107对连接小区的信道容量和观察小区的信道容量进行大小比较,使信道容量大的小区的基站装置作为通信对方的基站装置(选择基站装置)。换言之,小区选择单元2107使信道容量最大的小区作为下一个时间单位的连接小区。然后,小区选择单元2107将有关选择基站装置的小区选择信息输出到复用单元2108。
复用单元2108复用小区选择信息、无线质量信息以及发送数据等,将获得的复用数据输出到纠错编码单元2109。
纠错编码单元2109对复用数据进行纠错编码,将获得的编码数据输出到调制单元2110。
调制单元2110调制编码数据,将获得的调制数据输出到扩频单元2111-1和2111-2。
扩频单元2111-1和2111-2扩频调制数据,将获得的扩频信号输出到RF发送单元2112-1和2112-2。
RF发送单元2112-1和2112-2对扩频信号进行规定的无线发送处理(D/A转换、上变频等),从各自对应的天线发送。
图22是表示本实施方式的连接小区接收处理单元2105的内部结构的方框图。
信道估计单元21051使用连接小区的公共导频信号对对应于发送/接收端的成对的天线的每个路径进行信道估计。这里,假设多天线通信装置2100(接收端)的天线数为MR根,基站装置2200和基站装置2300(发送端)的天线为MT(≥MR)根,则作为信道估计的结果,可对RF接收单元2101-1和2101-2的每个样本定时获得大小为MR×MT的信道矩阵。换言之,假设来自与样本定时i对应的基站装置的发送信号向量为xi(t),传播路径的噪声信号向量为ni(t),则能够使用信道矩阵Ai,将多天线通信装置2100的样本定时i的接收信号向量ri(t)表示为下面的式(7)。
ri(t)=Aixi(t)+ni(t) …(7)
信道估计单元21051对连接小区求出满足上式(7)的每个样本定时的信道矩阵Ai。另外,虽然基站装置2200的天线数可以与基站装置2300的天线数不同,这里为方便说明,假设任意的基站装置都具有MT个天线。
解调单元21052包括奇异值分解处理单元21052a,对连接小区的专用数据信号进行解调。解调单元21052进行与发送端(基站装置2200或基站装置2300)的调制方式对应的解调,同时将解调后的专用数据信号输出到纠错解码单元21053和无线质量测定单元21055。奇异值分解处理单元21052a在解调的过程中进行使用信道矩阵Ai的奇异值分解处理,对所有的样本定时的信号计算连接小区的独立的每个路径的奇异值。具体地说,奇异值分解处理单元21052a通过下面的式(8)计算有关样本定时i的连接小区的独立的每个路径的奇异值。
Ai HAi=UiΛiUi H …(8)
其中
在上式(8)中,Ai H表示信道矩阵Ai的共轭转置矩阵,Ui表示排列固有向量获得的酉阵,Ui H表示酉阵Ui的共轭转置矩阵。并且,diag()表示对角阵,在上式(8)中矩阵Λi的对角分量出现MR个奇异值λi,1~λi,MR。另外,由于这里 假设为MT≥MR,可求出MR个奇异值,若为MT<MR,则可求出MT个奇异值。
纠错解码单元21053对应发送端(基站装置2200或基站装置2300)的编码率对解调后的专用数据进行纠错解码,将纠错解码后的专用数据信号输出到分离单元21054。
分离单元21054将纠错解码后的专用数据信号分离为接收数据和表示发送端(基站装置2200或基站装置2300)的调制方式和编码率的无线资源分配信息,在输出接收数据的同时将无线资源分配信息输出到解调单元21052和纠错解码单元21053。
无线质量测定单元21055使用连接小区的公共导频信号测定连接小区的无线质量,将无线质量信息输出到复用单元2108。
奇异值加工单元21056对针对每个样本定时以及每个独立的路径求出的奇异值进行加工,计算代表各个独立的路径的奇异值。换言之,奇异值加工单元21056对于例如对N个样本定时1~N求出的所有奇异值λ1,1~λ1,MR、λ2,1~λ2,MR、...、λi,1~λi,MR、...、λN,1~λN,MR,通过将每个独立的路径j的奇异值λ1,j~λN,j的和除以总样本定时数N来求出平均值,由此计算出代表每个独立的路径的奇异值λ1~λMR。由此,对于一个独立的路径j,有一个奇异值λj 与其对应。
信道容量计算单元21057对由奇异值加工单元21056求出的每个独立的路径的奇异值λ1~λMR与规定的阈值进行比较,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为连接小区的信道容量计算。如上所述,奇异值表示MIMO通信中独立的各个路径的接收质量。而且,在MIMO通信中,接收质量高的路径越多,越能够正确地分离从多个天线同时发送的信号,因此,规定的阈值以上的奇异值的数量越多,吞吐量越高。信道容量计算单元21057将计算出的连接小区的信道容量(即,规定的阈值以上的奇异值的数量)通知给小区选择单元2107。
图23是表示本实施方式的观察小区接收处理单元2106的内部结构的方框图。
信道估计单元21061使用观察小区的公共导频信号对对应于发送/接收端的成对的天线的每个路径进行信道估计,并求出观察小区的信道矩阵。
定时选择单元21062从信道估计单元21061的信道估计结果计算出多天 线通信装置2100(接收端)的天线和观察小区的基站装置(发送端)的天线的各个成对的天线的每个样本定时的接收功率,将所有成对的天线的总接收功率为规定的阈值以上的样本定时选择为用于奇异值分解处理的样本定时。换言之,定时选择单元21062对于一样本定时,对在MR根的接收端的天线分别接收到的、来自MT根的发送端的天线的信号的接收功率(即,对于一样本定时的MR×MT种的接收功率)进行相加,计算出每个样本定时的总接收功率,并选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时。
与连接小区的信号不同,对于观察小区的信号,由于仅有公共导频信号被接收,不进行解调,所以不会在观察小区的信号的接收处理的阶段进行奇异值分解处理。因此,对于观察小区,有必要只为了小区选择而进行奇异值分解处理。此时,如上述地选择规定的阈值以上的样本定时,通过仅对该样本定时进行奇异值分解处理,能够减轻奇异值分解处理的处理负荷。
并且,由于对总接收功率为规定的阈值以上的样本定时正确地求出信道矩阵,因此可以认为奇异值分解处理的结果也将是正确的。其结果,能够以较少的处理量正确地计算出观察小区的信道容量。
另外,定时选择单元21062也可以从总接收功率较高的开始选择规定数的样本定时,而不是选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时。此时,作为奇异值分解处理的对象的样本定时的数量总是为一定,在整体的接收功率低的情况下,也能够可靠地选择作为奇异值分解处理的对象的样本定时。
路径合成单元21063求出将对应于选择的样本定时的路径的信号合成时的信道矩阵,将该信道矩阵输出到奇异值分解处理单元21064。
奇异值分解处理单元21064使用从路径合成单元21063输出的信道矩阵,与连接小区同样地进行使用式(8)的奇异值分解处理,仅对通过定时选择单元21062选择的样本定时计算观察小区的独立的每个路径的奇异值。
信道容量计算单元21065对从奇异值分解处理单元21064输出的每个独立的路径的奇异值与规定的阈值进行比较,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为观察小区的信道容量计算。
图24是表示本实施方式的基站装置2200的主要结构的方框图。图24所示的基站装置2200包括:RF接收单元2201-1和2201-2、路径搜索单元2202、解扩单元2203-1和2203-2、解调单元2204、纠错解码单元2205、分离单元2206、资源分配单元2207、发送控制单元2208、复用单元2209、纠 错编码单元2210、调制单元2211、扩频单元2212-1和2212-2、以及RF发送单元2213-1和2213-2。此外,基站装置2300也具有与基站装置2200相同的结构。
RF接收单元2201-1和2201-2从各自对应的天线接收信号,对接收信号进行规定的无线接收处理(下变频、A/D转换等)。
路径搜索单元2202进行路径搜索,该路径搜索为对RF接收单元2201-1和2201-2从多个路径接收的信号的到达方向进行估计并分离的处理。
基于路径搜索的结果,解扩单元2203-1和2203-2对各个路径的信号进行解扩,将获得的解扩信号输出到解调单元2204。
解调单元2204解调解扩信号,将获得的解调信号输出到纠错解码单元2205。
纠错解码单元2205对解调数据进行纠错解码,将纠错解码后的信号输出到分离单元2206。
分离单元2206将纠错解码后的信号分离为接收数据和小区选择信息以及无线质量信息,输出接收数据的同时将小区选择信息以及无线质量信息输出到资源分配单元2207。
资源分配单元2207参照小区选择信息判定本装置(基站装置2200)是否已成为选择基站装置,如果成为了选择基站装置,参照无线质量信息决定分配给发往多天线通信装置2100的发送数据的无线资源。
发送控制单元2208控制对多天线通信装置2100以及其他的通信装置等的发送数据的发送顺序,生成表示与发送数据对应的调制方式以及编码率的无线资源分配信息。
复用单元2209复用发送数据、无线资源分配信息以及未图示的公共导频信号等,将获得的复用数据输出到纠错编码单元2210。
纠错编码单元2210以对应各自的发送目的地的编码率对复用数据进行纠错编码,将获得的编码数据输出到调制单元2211。
调制单元2211以对应各自的发送目的地的调制方式调制编码数据,将获得的调制数据输出到扩频单元2212-1和2212-2。
扩频单元2212-1和2212-2扩频调制数据,将获得的扩频信号输出到RF发送单元2213-1和2213-2。
RF发送单元2213-1和2213-2对扩频信号进行规定的无线发送处理(D/A 转换、上变频等),从各自对应的天线发送。
接着,对于如上构成的多天线通信装置2100进行的小区选择,分成通信开始时以及通信中的动作,参照图25A和图25B所示的顺序图进行说明。
首先,参照图25A说明多天线通信装置2100接通电源时等通信开始时的动作。多天线通信装置2100位于基站装置2200的小区2200a和基站装置2300的小区2300a的边界附近时,多天线通信装置2100的RF接收单元2101-1和2101-2接收来自基站装置2200的公共导频信号2401和专用数据信号2402、以及来自基站装置2300的公共导频信号2403和专用数据信号2404。
对于经采样获得接收信号,通过由RF接收单元2101-1和2101-2进行规定的无线接收处理,由路径搜索单元2102进行路径搜索,并由解扩单元2103-1和2103-2进行解扩,由此提取发往本装置(多天线通信装置2100)的解扩信号。
解扩信号通过小区分离单元2104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,由于是通信开始时,小区2200a和小区2300a双方都是观察小区而不是连接小区。因此,小区2200a和小区2300a双方的信号被输出到观察小区接收处理单元2106的信道估计单元21061。
然后,通过信道估计单元21061分别求出小区2200a的信道矩阵和小区2300a的信道矩阵,并通过定时选择单元21062选择在各个小区中总接收功率为规定的阈值以上的样本定时(2405)。
具体地说,例如在基站装置2200包括发送天线#1和发送天线#2的两根天线,多天线通信装置2100包括接收天线#1和接收天线#2的两根天线的情况下,如图26所示,由定时选择单元21062对成对的各个发送天线和接收天线的每个样本定时的接收功率进行相加,求出总接收功率。然后,由定时选择单元21062选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时P以及样本定时Q。同样地,由副载波选择单元21062对基站装置2300的小区2300a选择总接收功率在规定的阈值以上的样本定时。
对各个小区选择的样本定时被通知给路径合成单元21063,并由路径合成单元21063求出对与选择的样本定时对应的路径的信号进行合成时的信道矩阵。换言之,通过路径合成单元21063求出假设总接收功率大的样本定时的信号为一个信号的情况时的信道矩阵。求出的信道矩阵被输出到奇异值分解处理单元21064。
然后,由奇异值分解处理单元21064使用从路径合成单元21063输出的 信道矩阵进行使用式(8)的奇异值分解处理,分别对小区2200a和小区2300a求出独立的每个路径的奇异值。
这样,通过选择并限定作为奇异值分解处理的对象的样本定时,能够将因奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,并能够在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择。另外,在选择样本定时时,通过选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时,能够进行使用正确的信道矩阵的奇异值分解处理,使求出的奇异值为正确。
然后,信道容量计算单元21065将规定的阈值以上的奇异值的数量分别计算为小区2200a和小区2300a的信道容量(2406)。计算出的信道容量被输出到小区选择单元2107,小区2200a和小区2300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(2407),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元2107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到复用单元2108。这里,假设小区2200a被选择为连接小区,基站装置2200成为选择基站装置来继续进行说明。
在本实施方式中,由于如上述地以总接收功率在规定的阈值以上的样本定时为对象进行奇异值分解处理,求出的奇异值变得正确,其结果,信道容量的可靠性变高。因此,被选择为连接小区的小区2200a确实比小区2300a更适合于MIMO通信,能够改善吞吐量并扩大小区覆盖。
小区选择信息被输入复用单元2108后,由复用单元2108复用发送数据和小区选择信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元2109对复用数据进行纠错编码,通过调制单元2110进行调制后获得调制数据。
对于调制数据,由扩频单元2111-1和2111-2进行扩频,由RF发送单元2112-1和2112-2进行规定的无线发送处理,包含发送数据和小区选择信息的扩频信号2408通过天线被发送。另外,在图25A中虽然不对没有被选择的基站装置2300发送任何信号,但也可以对基站装置2300发送小区选择信息。
从多天线通信装置2100发送的扩频信号2408通过天线被基站装置2200的RF接收单元2201-1和2201-2接收。然后,对于接收信号,通过由RF接收单元2201-1和2201-2进行规定的无线接收处理,由路径搜索单元2202进行路径搜索,并由解扩单元2203-1和2203-2进行解扩,由此提取发往本装置(基站装置2200)的解扩信号。
对于解扩信号,由解调单元2204进行解调,由纠错解码单元2205进行 纠错解码,并由分离单元2206分离为发送数据和小区选择信息。然后,小区选择信息被输出到资源分配单元2207后,通过资源分配单元2207判断本装置(基站装置2200)成为多天线通信装置2100的选择基站装置,决定对发往多天线通信装置2100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(2409)。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元2208,开始进行发往多天线通信装置2100的信号的发送处理(2410)。
换言之,由发送控制单元2208将发往多天线通信装置2100的发送数据和表示分配给多天线通信装置2100的编码率和调制方式的无线资源信息输出到复用单元2209。
然后,由复用单元2209复用发往多天线通信装置2100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元2210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元2211进行调制后获得调制数据。
对于调制数据,由扩频单元2212-1和2212-2进行扩频,由RF发送单元2213-1和2213-2进行规定的无线发送处理,包含发送数据和无线资源信息的专用数据信号2411通过天线被发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置2200发送的信号被多天线通信装置2100接收,由连接小区接收处理单元2105进行接收处理而获得接收数据。
接着,参照图25B说明多天线通信装置2100与作为选择基站装置的基站装置2200进行通信(即,小区2200a为连接小区,小区2300a为观察小区)的状态的动作。多天线通信装置2100使小区2200a为连接小区时,多天线通信装置2100的RF接收单元2101-1和2101-2以规定的样本定时对来自基站装置2200的公共导频信号2451和专用数据信号2452进行采样。
对于经采样获得接收信号,通过由RF接收单元2101-1和2101-2进行规定的无线接收处理,由路径搜索单元2102进行路径搜索,并由解扩单元2103-1和2103-2进行解扩,由此提取发往本装置(多天线通信装置2100)的解扩信号。
解扩信号通过小区分离单元2104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为连接小区的小区2200a的信号被输出到连接小区接收处理单元2105,并被施以连接小区的信号的接收处理(2453)。
换言之,信道估计单元21051求出小区2200a的每个样本定时的信道矩阵,由解调单元21052以在基站装置2200分配给多天线通信装置2100的调 制方式对接收信号进行解调,在该解调的过程中由奇异值分解处理单元21052a进行奇异值分解处理。通过奇异值分解处理而获得的连接小区的独立的每个路径的奇异值被输出到奇异值加工单元21056,同时解调后的专用数据信号被输出到纠错解码单元21053,公共导频信号被输出到无线质量测定单元21055。
以在基站装置2200分配给多天线通信装置2100的编码率对被输出到纠错解码单元21053的专用数据信号进行纠错解码,并由分离单元21054分离为接收数据和无线资源信息,无线资源信息被输出到解调单元21052和纠错解码单元21053。
此外,对奇异值加工单元21056输出有关所有样本定时的每个独立的路径的奇异值,通过由奇异值加工单元21056例如求出每个独立的路径的平均值,从而计算出代表各个独立的路径的奇异值。
然后,信道容量计算单元21057将规定的阈值以上的奇异值的数量计算为小区2200a的信道容量,并输出到小区选择单元2107。连接小区的信号的接收处理就此结束。
另外,将输出到无线质量测定单元21055的公共导频信号用于作为连接小区的小区2200a的无线质量测定,由无线质量测定单元21055生成无线质量信息。也可以将生成的无线质量信息与接收确认响应等复用,作为接收确认响应信号2454发送到基站装置2200。
另一方面,对于从作为观察小区的小区2300a的基站装置2300发送的公共导频信号2455,通过由RF接收单元2101-1和2101-2随时进行采样并进行规定的无线接收处理,由路径搜索单元2102进行路径搜索,并由解扩单元2103-1和2103-2进行解扩,由此提取发往本装置(多天线通信装置2100)的解扩信号。
解扩信号通过小区分离单元2104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为观察小区的小区2300a的信号被输出到观察小区接收处理单元2106的信道估计单元21061。
然后,通过信道估计单元21061求出小区2300a的信道矩阵,并且如图26所示,通过定时选择单元21062选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时(2456)。
选择的样本定时被通知给路径合成单元21063,并由路径合成单元21063 求出对与选择的样本定时对应的路径的信号进行合成时的信道矩阵。求出的信道矩阵被输出到奇异值分解处理单元21064。
然后,由奇异值分解处理单元21064使用从路径合成单元21063输出的信道矩阵进行使用式(8)的奇异值分解处理,对小区2300a求出独立的每个路径的奇异值。
然后,信道容量计算单元21065将规定的阈值以上的奇异值的数量计算为作为观察小区的小区2300a的信道容量(2457)。计算出的小区2300a的信道容量被输出到小区选择单元2107,小区2200a和小区2300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(2458),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元2107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到复用单元2108。这里,假设原本为观察小区的小区2300a被选择为连接小区,基站装置2300成为选择基站装置来继续进行说明。
小区选择信息被输入复用单元2108后,由复用单元2108复用发送数据和小区选择信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元2109对复用数据进行纠错编码,通过调制单元2110进行调制后获得调制数据。
对于调制数据,由扩频单元2111-1和2111-2进行扩频,由RF发送单元2112-1和2112-2进行规定的无线发送处理,包含发送数据和小区选择信息的扩频信号2459通过天线被发送。另外,在图25B中虽然不对没有被选择的基站装置2200发送任何信号,但也可以对基站装置2200发送小区选择信息。
从多天线通信装置2100发送的扩频信号2459通过天线被基站装置2300的RF接收单元2201-1和2201-2接收。然后,对于接收信号,通过由RF接收单元2201-1和2201-2进行规定的无线接收处理,由路径搜索单元2202进行路径搜索,并由解扩单元2203-1和2203-2进行解扩,由此提取发往本装置(基站装置2300)的解扩信号。
对于解扩信号,由解调单元2204进行解调,由纠错解码单元2205进行纠错解码,并由分离单元2206分离为发送数据和小区选择信息。然后,小区选择信息被输出到资源分配单元2207后,通过资源分配单元2207判断本装置(基站装置2300)已成为多天线通信装置2100的选择基站装置,决定对发往多天线通信装置2100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(2460)。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元2208,开始进行发往 多天线通信装置2100的信号的发送处理(2461)。
换言之,由发送控制单元2208将发往多天线通信装置2100的发送数据和表示分配给多天线通信装置2100的编码率和调制方式的无线资源信息输出到复用单元2209。
然后,由复用单元2209复用发往多天线通信装置2100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元2210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元2211进行调制后获得调制数据。
对于调制数据,由扩频单元2212-1和2212-2进行扩频,由RF发送单元2213-1和2213-2进行规定的无线发送处理,包含发送数据和无线资源信息的专用数据信号2462通过天线被发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置2300发送的信号被多天线通信装置2100接收,由连接小区接收处理单元2105进行接收处理而获得接收数据。
如上所述,根据本实施方式,以从不是通信对方的基站装置发送的公共导频信号的样本定时中总接收功率在规定的阈值以上的样本定时为对象进行奇异值分解处理,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。由此,能够将用于快速小区选择的奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择,从而能够可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
(实施方式8)
本实施方式的特征在于,从接收信号的采样区间选择接收功率最大的样本定时,仅以选择出的样本定时为对象进行奇异值分解处理。
本实施方式的移动通信系统的结构与图20所示的移动通信系统相同,故省略其说明。并且,本实施方式的多天线通信装置2100和基站装置2200的主要结构与图21和图24所示的多天线通信装置2100和基站装置2200的主要结构相同,故省略其说明。
在本实施方式中,仅有多天线通信装置2100的观察小区接收处理单元2106的内部结构与实施方式7不同。因此,对观察小区接收处理单元2106的内部结构进行说明。
图27是表示本实施方式的观察小区接收处理单元2106的内部结构的方 框图。在该图中,对与图23相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图27所示的观察小区接收处理单元2106采用的结构为,包括功率最大定时选择单元25001以取代图23的定时选择单元21062和路径合成单元21063。
功率最大定时选择单元25001从信道估计单元21061的信道估计结果计算出多天线通信装置2100(接收端)的天线和观察小区的基站装置(发送端)的天线的各个成对的天线的每个样本定时的接收功率,将所有成对的天线的总接收功率最大的样本定时选择为用于奇异值分解处理的样本定时。
具体地说,例如在观察小区的基站装置包括发送天线#1和发送天线#2的两根天线,多天线通信装置2100包括接收天线#1和接收天线#2的两根天线的情况下,如图28所示,由功率最大定时选择单元25001对成对的各个发送天线和接收天线的每个样本定时的接收功率进行相加,求出总接收功率。然后,功率最大定时选择单元25001选择总接收功率最大的样本定时R。
在本实施方式中,由于功率最大定时选择单元25001仅将总接收功率最大的样本定时选择为用于奇异值分解处理的样本定时,总是仅选择一个样本定时,没有必要如实施方式7那样对与多个样本定时对应的路径的信号进行合成。因此,能够进一步减轻有关观察小区的奇异值分解处理时的处理负荷。
如上所述,根据本实施方式,以从不是通信对方的基站装置发送的公共导频信号样本定时中总接收功率最高的样本定时为对象进行奇异值分解处理,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。由此,能够将用于快速小区选择的奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择,从而能够可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。并且,由于选择的样本定时总是为一个,所以能够进一步减轻奇异值分解处理时的处理负荷。
(实施方式9)
本实施方式的特征在于,使用行列式作为用于小区选择的信道容量,并基于行列式的大小选择成为通信对方的基站装置。
本实施方式的移动通信系统的结构与图20所示的移动通信系统相同,故省略其说明。并且,本实施方式的多天线通信装置2100和基站装置2200的主要结构与图21和图24所示的多天线通信装置2100和基站装置2200的主要结构相同,故省略其说明。
在本实施方式中,仅有多天线通信装置2100的连接小区接收处理单元2105和观察小区接收处理单元2106的内部结构与实施方式7不同。因此,对连接小区接收处理单元2105和观察小区接收处理单元2106的内部结构进行说明。
图29是表示本实施方式的连接小区接收处理单元2105的内部结构的方框图。在该图中,对与图22相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图29所示的连接小区接收处理单元2105采用的结构为,包括行列式计算单元26001和行列式加工单元26002以取代图22的奇异值加工单元21056和信道容量计算单元21057。
行列式计算单元26001使用连接小区的样本定时i的信道矩阵Ai,对所有的样本定时计算连接小区的独立的每个路径的行列式。具体地说,行列式计算单元26001通过下面的式(9)计算行列式Ci,该行列式Ci为连接小区的独立的每个路径的接收质量的指标。
其中,γ=CNR(Carrier to Noise Ratio:载波噪声比)
在上式(9)中,det()表示行列式,IMR表示MR×MR大小的单位矩阵。通过上式(9)求出的行列式Ci为对每个样本定时求出的标量,且为表示MIMO通信中独立的路径的接收质量的总和的数值。因此,在小区内接收质量高的独立的路径越多,行列式Ci越大,而行列式Ci越大的小区,其吞吐量越高。
行列式加工单元26002对每个样本定时求出的行列式Ci进行加工,计算代表连接小区的行列式并使其作为连接小区的信道容量。换言之,行列式加工单元26002将对例如N个样本定时1~N求出的所有行列式C1~CN的和除以总样本定时数N而求出平均值,由此计算出代表连接小区的行列式C。如上所述,由于计算出的行列式C越大,连接小区的独立的路径的接收质量越高且适合于MIMO通信,行列式加工单元26002将行列式C作为连接小区的信道容量输出到小区选择单元2107。
图30是表示本实施方式的观察小区接收处理单元2106的内部结构的方框图。在该图中,对与图23相同的部分赋予相同的标号,并省略其说明。图30所示的观察小区接收处理单元2106采用的结构为,包括奇异值分解处理单元11064a和行列式计算单元26003以取代图23的奇异值分解处理单元21064和信道容量计算单元21065,另外并增加了空间复用信息生成单元 26004。
行列式计算单元26003使用从路径合成单元21063输出的信道矩阵,与连接小区同样地进行式(9)的运算,仅计算有关定时选择单元21062选择的样本定时的行列式并使其作为观察小区的信道容量。
仅在由小区选择单元2107比较连接小区和观察小区的信道容量的结果,观察小区被选择为下一个时间单位的连接小区的情况下,奇异值分解处理单元21064a进行使用式(8)的奇异值分解处理,仅对通过定时选择单元21062选择的样本定时的独立的每个路径的奇异值进行计算。换言之,奇异值分解处理单元21064a参照从小区选择单元2107输出的小区选择信息,仅在观察小区成为连接小区的情况下,为了判定独立的每个路径的接收质量而进行奇异值分解处理。
空间复用信息生成单元26004在由奇异值分解处理单元21064a进行奇异值分解处理时,根据奇异值分解处理的结果生成表示进行MIMO通信或STC(Space Time Coding:空时编码)通信的哪一个的空间复用信息。
这里,相对于MIMO通信是从多个天线同时发送不同的数据序列,STC通信是从多个天线同时发送相同的数据序列。因此,即使在考虑通过行列式的比较后,选择出的连接小区的独立的每个路径的接收质量较低而不能进行MIMO通信的情况下,通过切换为STC通信也能够防止接收质量的恶化,并获得分集增益。
在本实施方式中,在用于小区选择的观察小区的信道容量计算中,进行与奇异值分解处理相比处理负荷大幅减小的行列式的运算。并且,由于仅在观察小区被选择为下一个时间单位的连接小区时进行奇异值分解处理,因此与为了观察小区的信道容量计算而总是需要奇异值分解处理的实施方式7相比,能够减轻处理负荷。
接着,参照图31所示的顺序图说明如上构成的多天线通信装置2100进行的小区的选择。另外,在本实施方式中,说明多天线通信装置2100与作为选择基站装置的基站装置2200进行通信(即,小区2200a为连接小区,小区2300a为观察小区)的状态的动作。在图31中,对与图25B相同的部分赋予相同的标号,并省略其详细说明。多天线通信装置2100使小区2200a为连接小区时,多天线通信装置2100的RF接收单元2101-1和2101-2以规定的样本定时对来自基站装置2200的公共导频信号2451和专用数据信号2452进行采 样。
经采样获得的接收信号经过解扩单元2103-1和2103-2,发往本装置(多天线通信装置2100)的解扩信号被提取。
解扩信号通过小区分离单元2104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为连接小区的小区2200a的信号被输出到连接小区接收处理单元2105,并进行连接小区的信号的接收处理(2701)。
换言之,信道估计单元21051求出每个样本定时的信道矩阵,由解调单元21052以在基站装置2200分配给多天线通信装置2100的调制方式对接收信号进行解调。对于解调后的专用数据信号,纠错解码单元21053以在基站装置2200分配给多天线通信装置2100的编码率进行纠错解码,并由分离单元21054分离为接收数据和无线资源信息。
与这些处理并行地,由信道估计单元21051求出的信道矩阵被输出到行列式计算单元26001,并由行列式计算单元26001计算每个样本定时的行列式,由行列式加工单元26002对每个样本定时的行列式进行加工,计算出例如每个样本定时的行列式的平均值等的代表连接小区的行列式。计算出的行列式作为连接小区的信道容量被输出到小区选择单元2107。连接小区的信号的接收处理就此结束。
另外,从解调单元21052输出到无线质量测定单元21055的公共导频信号用于作为连接小区的小区2200a的无线质量测定,由无线质量测定单元21055生成无线质量信息。也可以将生成的无线质量信息与接收确认响应等复用,作为接收确认响应信号2454发送到基站装置2200。
另一方面,对于从作为观察小区的小区2300a的基站装置2300发送的公共导频信号2455,通过由RF接收单元2101-1和2101-2每次进行采样,并在经过解扩单元2103-1和2103-2后,提取发往本装置(多天线通信装置2100)的解扩信号。
解扩信号通过小区分离单元2104被分离为连接小区的信号和观察小区的信号,但在此,作为观察小区的小区2300a的信号被输出到观察小区接收处理单元2106的信道估计单元21061。
然后,与实施方式7同样地,由副载波选择单元21062选择总接收功率为规定的阈值以上的样本定时(2456)。
选择的样本定时被通知给路径合成单元21063,并由路径合成单元21063 求出对与选择的样本定时对应的路径的信号进行合成时的信道矩阵。求出的信道矩阵被输出到行列式计算单元26003和奇异值分解处理单元21064a。
然后,由行列式计算单元26003使用从路径合成单元21063输出的信道矩阵进行式(9)的运算,求出小区2300a的行列式(2702)。求出的行列式作为观察小区的信道容量被输出到小区选择单元2107,小区2200a和小区2300a中信道容量较大的一方被选择为下一个时间单位的连接小区(2458),与连接小区对应的基站装置成为选择基站装置。然后,小区选择单元2107将有关被选择为连接小区的小区的小区选择信息输出到奇异值分解处理单元21064a和复用单元2108。这里,假设原本为观察小区的小区2300a被选择为连接小区,基站装置2300成为选择基站装置来继续进行说明。
意指原本为观察小区的小区2300a被选择为连接小区的小区选择信息被输出到奇异值分解处理单元21064a后,奇异值分解处理单元21064a使用从路径合成单元21063输出的信道矩阵,进行使用式(8)的奇异值分解处理(2703)。另外,在小区2200a被继续选择为连接小区时,不进行奇异值分解处理。
奇异值分解处理的结果,如果大于规定的阈值的奇异值比规定数多,由空间复用信息生成单元26004判断可在小区2300a进行MIMO通信,生成意指进行MIMO通信的空间复用信息。并且,如果大于规定的阈值的奇异值比规定数少,由空间复用信息生成单元26004判断在小区2300a进行STC通信较好,生成意指进行STC通信的空间复用信息。生成的空间复用信息经由小区选择单元2107被输出到复用单元2108。
小区选择信息和空间复用信息被输入复用单元2108后,由复用单元2108复用发送数据、小区选择信息以及空间复用信息,生成复用数据。然后,复用数据经过纠错编码单元2109到RF发送单元2112-1和2112-2后,对包含发送数据、小区选择信息以及空间复用信息的扩频信号2704通过天线进行发送。另外,在图31中虽然不对没有被选择的基站装置2200发送任何信号,但也可以对基站装置2200发送小区选择信息。
从多天线通信装置2100发送的扩频信号2704通过天线被基站装置2300的RF接收单元2201-1和2201-2接收。接收信号经过解扩单元2203-1和2203-2,发往本装置(基站装置2300)的解扩信号被提取。
对于解扩信号,由解调单元2204进行解调,由纠错解码单元2205进行 纠错解码,并由分离单元2206分离为发送数据、小区选择信息以及空间复用信息。然后,小区选择信息和空间复用信息被输出到资源分配单元2207后,通过资源分配单元2207判断本装置(基站装置2300)成为多天线通信装置2100的选择基站装置,决定对发往多天线通信装置2100的发送数据分配的调制方式和编码率等的无线资源(2460)。在本实施方式中,在决定无线资源时参照空间复用信息,考虑进行MIMO通信或STC通信的其中一个。决定的无线资源的信息被输出到发送控制单元2208,开始进行发往多天线通信装置2100的信号的发送处理(2705)。
换言之,由发送控制单元2208将发往多天线通信装置2100的发送数据和表示分配给多天线通信装置2100的编码率和调制方式的无线资源信息输出到复用单元2209。并且,由发送控制单元2208基于空间复用信息判断进行MIMO通信和STC通信哪一个的空间复用。
然后,由复用单元2209复用发往多天线通信装置2100的发送数据和无线资源信息,生成复用数据。然后,纠错编码单元2210对复用数据进行纠错编码,通过调制单元2211进行调制后获得调制数据。
调制数据通过从扩频单元2212-1和2212-2到RF发送单元2213-1和2213-2,作为专用数据信号2462从天线发送。此时,专用数据信号2462根据空间复用信息以MIMO通信或STC通信被发送。
通过上述方式从作为选择基站装置的基站装置2300发送的信号被多天线通信装置2100接收,由连接小区接收处理单元2105进行接收而获得接收数据。
如上所述,根据本实施方式,以从不是通信对方的基站装置发送的公共导频信号的样本定时中总接收功率为规定的阈值以上的样本定时为对象求行列式,使该行列式作为信道容量,并使信道容量最大的基站装置作为选择基站装置。由此,能够将用于快速小区选择的奇异值分解处理所造成的处理负荷的增加抑制在最低限度,在防止电路规模增大的同时执行快速小区选择,从而能够可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。并且,在小区选择时,与总是进行奇异值分解处理的情况相比能够减轻处理负荷。
另外,在上述实施方式7~9中虽然使用发送/接收端所有成对的天线的总接收功率来选择用于信道容量计算的样本定时,但也可以使用限定于发送端或接收端的天线的总接收功率。换言之,也可以例如将发送端的天线固定 为其中一个,仅使用来自该天线的接收功率来选择样本定时。由此,能够进一步减轻因小区选择所产生的处理负荷。
实施方式7~9的第一形态的多天线通信装置采用的结构包括:接收单元,以规定的样本定时通过多个天线对当前的时间单位的通信对方所覆盖的连接小区的信号以及与所述连接小区相邻的观察小区的信号进行采样;第一计算单元,使用所述连接小区的信号计算所述连接小区的信道容量;定时选择单元,从对所述观察小区的信号进行采样的多个样本定时中选择一个以上的样本定时;第二计算单元,以选择出的样本定时为对象,计算所述观察小区的信道容量;以及小区选择单元,比较所述连接小区的信道容量以及所述观察小区的信道容量,将信道容量最大的小区选择为下一个时间单位的连接小区。
根据该结构,由于在计算连接小区的信道容量的同时,从观察小区的信号的样本定时中选择一个以上的样本定时来计算观察小区的信道容量,并使信道容量最大的小区作为下一个连接小区,所以能够削减观察小区的信道容量计算所需要的处理量,并且能够在防止电路规模的增大的同时执行快速小区选择,从而可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
实施方式7~9的第二形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述定时选择单元在所述多个样本定时中,选择接收功率为规定的阈值以上的样本定时。
根据该结构,由于选择接收功率为规定的阈值以上的样本定时,所以能够选择接收功率绝对大的样本定时,而不是进行接收功率的相对比较,从而能够更正确地计算观察小区的信道容量。
实施方式7~9的第三形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述定时选择单元在所述多个样本定时中,选择接收功率最大的样本定时。
根据该结构,由于选择接收功率最大的样本定时,正确地求出用于信道容量的计算的信道矩阵,能够正确地计算观察小区的信道容量。
实施方式7~9的第四形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述定时选择单元在所述多个样本定时中,从接收功率较大的开始选择规定数的样本定时。
根据该结构,由于从接收功率较大的开始选择规定数的样本定时,作为 信道容量计算的对象的样本定时的数量总是为一定,在整体的接收功率低的情况下,也能够可靠地选择样本定时。
实施方式7~9的第五形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述定时选择单元根据所述多个天线的其中一个天线的接收功率来选择样本定时。
根据该结构,由于根据一个天线的接收功率来选择样本定时,接收功率的计算等的运算量被削减,能够进一步减轻小区选择所需要的处理负荷。
实施方式7~9的第六形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第一计算单元包括:奇异值分解处理单元,分别以对所述连接小区的信号进行采样的多个样本定时为对象进行奇异值分解处理,对独立的每个路径求等同于所述多个样本定时数的奇异值,该奇异值表示所述连接小区的所述独立的每个路径的接收质量;奇异值加工单元,对求出的奇异值进行规定的加工,对所述连接小区的每个独立的路径获得一个奇异值;以及信道容量计算单元,在由所述奇异值加工单元获得的所述连接小区的独立的每个路径的奇异值中,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为所述连接小区的信道容量进行计算。
实施方式7~9的第七形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第二计算单元包括:奇异值分解处理单元,以所述选择出的样本定时为对象进行奇异值分解处理,对所述观察小区的每个独立的路径求一个奇异值;以及信道容量计算单元,在所述观察小区的每个独立的路径的奇异值中,将规定的阈值以上的奇异值的数量作为所述观察小区的信道容量进行计算。
根据这些结构,由于从奇异值分解处理结果求每个独立的路径的奇异值,使规定的阈值以上的奇异值的数量作为小区的信道容量,所以接收质量高的独立的路径越多的小区,其信道容量越大。因此,信道容量越大的小区越适合进行MIMO通信,能够选择能可靠地改善吞吐量的小区。
实施方式7~9的第八形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第一计算单元包括:行列式计算单元,分别以对所述连接小区的信号进行采样的多个样本定时为对象进行运算,对每个独立的路径计算等同于所述多个样本定时数的行列式,该行列式表示所述连接小区的所述每个独立的路径的接收质量的总和;以及行列式加工单元,对计算出的行列式 进行规定的加工,对所述连接小区的每个独立的路径获得一个行列式作为所述连接小区的信道容量。
实施方式7~6的第九形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第一形态中,所述第二计算单元包括:行列式计算单元,以所述选择出的样本定时为对象进行运算,对所述观察小区的每个独立的路径求一个行列式作为所述观察小区的信道容量进行计算。
根据这些结构,由于使表示每个独立的路径的接收质量的总和的行列式作为小区的信道容量,所以独立的路径的接收质量的总和越大的小区,其信道容量越大。因此,能够选择适合于MIMO通信的小区而不必进行奇异值分解处理,从而能够减轻小区选择所需的处理负荷。
实施方式7~9的第十形态的多天线通信装置所采用的结构为,在上述第九形态中进一步包括:奇异值分解处理单元,在所述小区选择单元将当前的时间单位的观察小区选择为下一个时间单位的连接小区时,以所述定时选择单元选择的样本定时为对象进行奇异值分解处理,对所述观察小区的每个独立的路径求一个奇异值;以及生成单元,在所述观察小区的每个独立的路径的奇异值中,如果规定的阈值以上的奇异值的数量为规定数以上,生成意指进行MIMO通信的空间复用信息,如果规定的阈值以上的奇异值的数量低于规定数,则生成意指进行STC通信的空间复用信息。
根据该结构,由于仅在通过行列式的比较,观察小区成为连接小区的情况下进行奇异值分解处理,基于该结果生成表示进行MIMO通信和STC通信的哪一个的空间复用信息,能够通过仅在需要的时候进行奇异值分解处理来减轻处理负荷,同时在不可能进行MIMO通信的时候也能够防止接收质量的恶化,并获得分集增益。
实施方式7~9的第十一形态的小区选择方法包括以下步骤:以规定的样本定时通过多个天线对当前的时间单位的通信对方所覆盖的连接小区的信号以及与所述连接小区相邻的观察小区的信号进行采样;使用所述连接小区的信号计算所述连接小区的信道容量;从对所述观察小区的信号进行采样的多个样本定时中选择一个以上的样本定时;以选择出的样本定时为对象,计算所述观察小区的信道容量;以及比较所述连接小区的信道容量以及所述观察小区的信道容量,将信道容量最大的小区选择为下一个时间单位的连接小区。
根据该方法,由于在计算连接小区的信道容量的同时,从观察小区的信 号的样本定时中选择一个以上的样本定时来计算观察小区的信道容量,并使信道容量最大的小区作为下一个连接小区,所以能够削减观察小区的信道容量计算所需要的处理量,并且能够在防止电路规模的增大的同时执行快速小区选择,从而可靠地改善吞吐量并扩大小区覆盖。
本说明书基于2004年11月2日提交的日本专利申请第2004-319478号、2004年11月9日提交的日本专利申请第2004-325230号、2004年11月9日提交的日本专利申请第2004-325231号、以及2005年1月17日提交的日本专利申请第2005-8652号。其内容都包含于此。