CN101510799B - 无线通信装置和无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线通信装置和无线通信方法，使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送，该无线通信装置(10)具有：相位方向图控制部(12)，其选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图；相位旋转部(13)，其使用在相位方向图控制部(12)中所选择的相位方向图来对调制信号进行相位旋转；控制信号生成部(15)，其根据在相位方向图控制部(12)中所选择的相位方向图来生成控制信号；以及预编码部(14)，其对来自相位旋转部(13)和控制信号生成部(15)的输出信号进行线性预编码处理。

Description

无线通信装置和无线通信方法

技术领域

本发明涉及使用线性预编码的MIMO传送方式中的无线通信装置和无线通信方法。

背景技术

在移动通信中高速且高可靠性的MIMO－OFDM传送方式受到关注。OFDM信号由多个副载波构成，具有能很好地抵抗频率选择性衰落的性质，然而具有峰值对平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio（PAPR））大的问题。并且，在CDMA方式中也是，在将扩展后的多个信号序列进行码复用来发送的情况下，OFDM信号同样具有PAPR增大的问题。而且，不限于OFDM方式和CDMA方式，即使在使用单载波方式等的情况下，在进行使用了多个发送天线的MIMO传送的情况下，当进行并行复用的信号流数增加时，也具有PAPR增大的问题。

这样，在PAPR大的发送信号波形中，由于发送功率放大器而产生非线性失真，传送特性劣化，并产生频带外辐射功率。为了避免这一点，当取得很大的发送功率放大器的输入补偿时，发送功率效率大幅下降。因此，一种同时实现MIMO－OFDM中的传送特性改善和PAPR降低的副载波跳相选择映射（Subcarrier Phase Hopping-Selected Mapping（SPH－SLM）在以下文献中作了记载，即：「S.Suyama，N.Nomura，H.Suzuki，and K.Fukawa，“Subcarrier phase hopping MIMO－OFDM transmissionemploying enhanced selected mapping for PAPR reduction,”Annual IEEEInter.Symposium on Personal Indoor Mobile Radio Communication.(PIMRC)，pp.1-5，Sept.2006」（以下称为文献1）。在该文献1的方法中，通过从使各副载波的调制信号相位旋转的多个酉矩阵即随机相位矩阵候补中选择最抑制峰值的相位方向图（Phase pattern），可降低PAPR。

然而，在将上述现有技术即乘以随机相位矩阵的方法应用于使用MIMO固有模式传送等的线性预编码的MIMO传送方式的情况下，具有不能保持由线性预编码获得的效果的问题。即，作为线性预编码处理，具有这样的问题：通过使各发送信号流乘以发送天线权重所形成的波束特性由于上述现有技术的应用而变形。例如，在作为线性预编码处理使用MIMO固有模式传送的情况下，所形成的多个波束具有正交的特征，而在将上述现有技术即乘以随机相位矩阵的方法应用于该MIMO固有模式传送的情况下，所形成的正交波束变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在使用MIMO固有模式传送等的线性预编码的MIMO传送方式中，在保持线性预编码的效果的状态下，能够通过相位旋转来降低PAPR的无线通信装置和无线通信方法。

为了解决上述问题，本发明的无线通信装置是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号的发送的无线通信装置，其特征在于，该无线通信装置具有：相位方向图控制部，其选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图；第1相位旋转部，其使用在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来对调制信号进行相位旋转；第1控制信号生成部，其根据在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来生成控制信号；以及第1预编码部，其对来自所述第1相位旋转部和所述第1控制信号生成部的输出信号进行线性预编码处理，所述相位方向图控制部具有多个峰值计算部和相位方向图选择部，各所述峰值计算部具备：第2相位旋转部，其对调制信号进行相位旋转；第2控制信号生成部，其生成控制信号；第2预编码部，其对来自所述第2相位旋转部和所述第2控制信号生成部的输出信号进行线性预编码处理；以及峰值检测部，其计算由所述第2预编码部预编码后的信号的所削波的阈值功率以上的总功率并输出，所述相位方向图选择部根据来自多个所述峰值检测部的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

根据上述结构，在相位旋转部中，通过在向发送信号赋予相位旋转后进行预编码，可保持线性预编码的效果。并且，在相位方向图控制部中，通过根据PAPR的峰值从多个相位方向图候补中选择最佳的相位方向图，可降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信装置中，期望的是，所述无线通信装置还具有MIMO－OFDM调制部和MIMO－OFDM发送部，并构成为：将在所述MIMO－OFDM调制部中所生成的各副载波的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中，将来自所述第1预编码部的输出输入到所述MIMO－OFDM发送部中。即，在对MIMO－OFDM系统中的调制后的各副载波信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在MIMO－OFDM系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信装置中，期望的是，所述无线通信装置还具有MIMO－CDMA调制部和MIMO－CDMA发送部，并构成为：将在所述MIMO－CDMA调制部中使用各扩展码所生成的扩展后的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中，将来自所述第1预编码部的输出输入到所述MIMO－CDMA发送部中。即，在MIMO－CDMA系统中，在对使用各扩展码扩展后的信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在MIMO－CDMA系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信装置中，期望的是，所述无线通信装置还具有单载波MIMO调制部，并构成为：将在所述单载波MIMO调制部中为了进行并行传送所生成的各发送流的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中。即，在对单载波MIMO系统中的调制后的信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在单载波MIMO系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的MIMO－OFDM传送中的无线通信装置中，该装置是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置具有：MIMO-OFDM调制部；预编码部，其对在MIMO-OFDM调制部中生成的各子载波信号进行线性预编码处理；块控制部，其被输入来自所述预编码部的输出；傅立叶反变换部，其被输入在所述块控制部中被分割成多个块的信号；并行串行变换部，其被输入所述傅立叶反变换部的输出；以及相位方向图控制部，其使用所述并行串行变换部的输出即时间信号波形来选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，所述相位方向图控制部具有多个峰值计算部和相位方向图选择部，各所述峰值计算部具有相位旋转部、控制信号生成部以及峰值检测部，所述相位旋转部使用在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图对从所述并行串行变换部输入的信号进行相位旋转，所述控制信号生成部根据在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来生成控制信号，所述峰值检测部计算并输出所述相位旋转部和所述控制信号生成部输出的信号的所削波的阈值功率以上的总功率，所述相位方向图选择部根据来自多个所述峰值检测部的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

为了解决上述问题，本发明的无线通信方法是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号的发送的无线通信方法，其特征在于，该无线通信方法具有：相位方向图控制步骤，其选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图；第1相位旋转步骤，使用在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来对调制信号进行相位旋转；第1控制信号生成步骤，根据在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来生成控制信号；以及第1预编码步骤，对来自所述第1相位旋转步骤和所述第1控制信号生成步骤的输出信号进行线性预编码处理，所述相位方向图控制步骤包括峰值计算步骤和相位方向图选择步骤，所述峰值计算步骤包括：第2相位旋转步骤，对调制信号进行相位旋转；第2控制信号生成步骤，生成控制信号；第2预编码步骤，对来自所述第2相位旋转步骤和所述第2控制信号生成步骤的输出信号进行线性预编码处理；以及峰值检测步骤，计算通过所述第2预编码步骤预编码后的信号的所削波的阈值功率以上的总功率并输出，所述相位方向图选择步骤中，根据来自所述峰值检测步骤的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

根据上述结构，在相位旋转步骤中，通过在向发送信号赋予相位旋转后进行预编码，可保持线性预编码的效果。并且，在相位方向图控制步骤中，通过根据PAPR的峰值从多个相位方向图候补中选择最佳的相位方向图，可降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信方法中，期望的是，所述无线通信方法还具有MIMO－OFDM调制步骤和MIMO－OFDM发送步骤，并构成为：将在所述MIMO－OFDM调制步骤中所生成的各副载波信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中，将来自所述第1预编码步骤的输出输入到所述MIMO－OFDM发送步骤中。即，在对MIMO－OFDM系统中的调制后的各副载波信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在MIMO－OFDM系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信方法中，期望的是，所述无线通信方法还具有MIMO－CDMA调制步骤和MIMO－CDMA发送步骤，并构成为：将在所述MIMO－CDMA调制步骤中使用各扩展码所生成的扩展后的信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中，将来自所述第1预编码步骤的输出输入到所述MIMO－CDMA发送步骤。即，在MIMO－CDMA系统中，在对使用各扩展码扩展后的信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在MIMO－CDMA系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的无线通信方法中，期望的是，所述无线通信方法还具有单载波MIMO调制步骤，并构成为：将在所述单载波MIMO调制步骤中为了进行并行传送所生成的各发送流的信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中。即，在对单载波MIMO系统中的调制后的信号进行相位旋转后，进行预编码处理。由此，可在单载波MIMO系统中保持线性预编码的效果的状态下降低PAPR。

并且，在本发明的MIMO－OFDM传送中的无线通信方法中，该方法是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法具有如下步骤：MIMO-OFDM调制步骤；预编码步骤，对在MIMO-OFDM调制步骤中生成的各子载波信号进行线性预编码处理；块控制步骤，被输入来自所述预编码步骤的输出；傅立叶反变换步骤，被输入在所述块控制步骤中被分割成多个块的信号；并行串行变换步骤，被输入所述傅立叶反变换步骤的输出；以及相位方向图控制步骤，使用所述并行串行变换步骤的输出即时间信号波形来选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，所述相位方向图控制步骤包括峰值计算步骤和相位方向图选择步骤，所述峰值计算步骤包括相位旋转步骤、控制信号生成步骤以及峰值检测步骤，所述相位旋转步骤，使用在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图对从所述并行串行变换步骤输入的信号进行相位旋转，所述控制信号生成步骤，根据在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来生成控制信号，所述峰值检测步骤，计算并输出所述相位旋转步骤和所述控制信号生成步骤输出的信号的所削波的阈值功率以上的总功率，所述相位方向图选择步骤根据所述峰值检测步骤的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

根据本发明的无线通信装置和无线通信方法，可在使用MIMO固有模式传送等的线性预编码的MIMO传送方式中，在保持线性预编码的效果的状态下，通过相位旋转来降低PAPR。

附图说明

图1是第1实施方式的MIMO－OFDM传送系统的无线通信装置的结构图。

图2是第1实施方式的MIMO－OFDM传送系统的无线通信装置的相位方向图控制部的结构图。

图3是第1实施方式的MIMO－CDMA传送系统的无线通信装置的结构图。

图4是第1实施方式的MIMO－CDMA传送系统的无线通信装置中的相位方向图控制部的结构图。

图5是第1实施方式的单载波MIMO传送系统的无线通信装置的结构图。

图6是第1实施方式的单载波MIMO传送系统的无线通信装置中的相位方向图控制部的结构图。

图7是第2实施方式的无线通信装置的结构图。

图8是第2实施方式的无线通信装置的相位方向图控制部的结构图。

图9是表示示出本发明的应用效果的PAPR特性的图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式的无线通信装置。

［第1实施方式］

首先，对本发明的第1实施方式的MIMO－OFDM传送系统的无线通信装置的结构进行说明。图1是MIMO－OFDM传送系统的该无线通信装置10的硬件结构图。无线通信装置10在物理上如图1所示构成为包含：MIMO－OFDM调制部11、相位方向图控制部12、相位旋转部13、预编码部14、控制信号生成部15以及MIMO－OFDM发送部16。这里，MIMO－OFDM调制部11构成为包含：串行并行变换部11A、信道编码部11B、交织器部11C以及信号调制部11D，MIMO－OFDM发送部16构成为包含：傅立叶反变换部16A、并行串行变换部16B以及保护间隔插入部16C。

图2示出本实施方式中的MIMO－OFDM传送系统的相位方向图控制部12的结构图。相位方向图控制部12构成为包含相位方向图选择部22和相位方向图的候补数（U）的峰值计算部21。与各相位方向图对应的峰值计算部21构成为包含：相位旋转部21A、预编码部21B、控制信号生成部21C、傅立叶反变换部21D以及峰值检测部21E。

接下来，对本实施方式的无线通信装置10的动作和无线通信方法进行说明。以下，对在使用副载波数N、发送天线数N_T、接收天线数N_R、进行空间复用的发送信号流数M（M≦N_T）的MIMO－OFDM传送中使用固有模式传送作为线性预编码处理的情况进行说明。

首先，在图1所示的MIMO－OFDM调制部11中，把要发送的信息信号序列在串行并行变换部11A中分配给要复用的各发送流，在信道编码部11B中实施信道编码，在交织器部11C中实施交织，在串行并行变换部11A中分配给各副载波，之后在信号调制部11D中进行调制，产生发送信号z_n。这里，z_n表示第n（0≦n≦N－1）副载波中的发送信号，以下，对第n（0≦n≦N－1）副载波中的处理进行描述。

在信号调制部11D中产生发送信号z_n后，在相位旋转部13中使发送信号z_n乘以实施相位旋转的矩阵之后在预编码部14中乘以酉矩阵V_n，从而生成与第

相位方向图对应的发送信号矢量

这里，实施相位旋转的矩阵表示在后述的相位方向图控制部12所选择的第

相位方向图中的矩阵。并且，酉矩阵V_n是通过对由以下的式（1）表示的N_T×N_R MIMO信道的信道矩阵H_n进行奇异值分解（SVD）所得到的矩阵，可由以下的式（2）的形式表示。

$H_n=U_n{D}_n{V}_n^H---\left(2\right)$

这里，^H表示复共轭转置，矩阵D_n可由以下的式表示。

另外，

是H_n ^HH_n的第n_T个固有值，且

在预编码部14所生成的发送信号矢量

可使用上述的酉矩阵V_n和实施相位旋转的矩阵

由以下的式表示。

$s_{\hat{u},n}={(s_{\hat{u},1,n}{s}_{\hat{u},2,n}...s_{\hat{u},N_T,n})}^T=V_n{Q}_{\hat{u},n}{z}_n---\left(4\right)$

这里，^T表示转置，所生成的发送信号矢量中的各要素被输入到对应的发送天线中的傅立叶反变换部16A。

另一方面，在控制信号生成部15中，生成用于将在相位方向图控制部12中所选择的相位方向图信息

通知给接收侧的控制信号，所生成的控制信号被输入到预编码部14。在预编码部14中，通过将使用发送控制信号的副载波中的信道矩阵来进行式（2）所示的奇异值分解所得到的酉矩阵乘以控制信号，对控制信号进行预编码处理。

在傅立叶反变换部16A中，通过对从预编码部14所输入的预编码处理后的发送信号矢量

和控制信号进行傅立叶反变换来生成时域信号，将其输入到并行串行变换部16B。并行串行变换部16B将并行输入的信号序列变换成串行的信号序列，将其输入到保护间隔插入部16C。在保护间隔插入部16C中，对所输入的信号插入保护间隔，生成各天线中的发送信号。

接下来，对图2所示的相位方向图控制部12的动作进行说明。在构成为包含相位方向图选择部22和相位方向图的候补数（U）的峰值计算部21的相位方向图控制部12中，在与第u（1≦u≦U）相位方向图对应的峰值计算部21中，通过使所输入的发送信号z_n在相位旋转部21A中乘以由以下的式定义的矩阵Q_u,n来实施相位旋转。

之后，从相位旋转部21A所输出的信号被输入到预编码部21B，在预编码部21B中通过乘以酉矩阵V_n来进行预编码处理。此时，与预编码后的第u相位方向图对应的发送信号矢量s_u,n为以下。

$s_{u,n}={(s_{u,1n}{s}_{u,2,n}...s_{u,N_T,n})}^T=V_n{Q}_{u,n}{z}_n---\left(6\right)$

在预编码部21B中所生成的发送信号矢量s_u,n的各要素被输入到对应的各发送天线中的傅立叶反变换部21D。并且，在控制信号生成部21C中生成与第u相位方向图对应的控制信号，所生成的控制信号被输入到预编码部21B。在预编码部21B中，通过将使用发送控制信号的副载波中的信道矩阵来进行奇异值分解所得到的酉矩阵乘以控制信号，对控制信号进行预编码处理。

在傅立叶反变换部21D中，通过对从预编码部21B所输入的预编码处理后的发送信号矢量s_u,n和控制信号进行傅立叶反变换来生成时间信号波形。与各发送天线对应的从傅立叶反变换部21D所输出的时间信号波形被输入到峰值检测部21E。在峰值检测部21E中，根据各发送天线的时间信号波形输出值最大的峰值。从各峰值计算部21中的峰值检测部21E所输出的最大峰值被输入到相位方向图选择部22，在相位方向图选择部22中选择可使最大峰值最小的相位方向图。这里，把所选择的相位方向图设定为则

根据以下的式来选择。

$\hat{u}=\arg \underset{u}{\min }\left[\underset{k,n_t}{\max }{\left|s_{u,n_t}\left(k\right)\right|}^2\right]---\left(7\right)$

这里，

表示应用相位方向图u的第n_t天线在第k（0≦k≦N－1）取样中的时间信号波形。所选择的相位方向图从相位方向图选择部22输出，被输入到图1中的相位旋转部13和控制信号生成部15。

接下来，对本实施方式的无线通信装置10的作用和效果进行说明。在本实施方式的无线通信装置10中，通过使用根据式（7）所选择的第

相位方向图来使各副载波的相位旋转，可降低PAPR。并且，通过在预编码部14前进行相位旋转，在接收侧与现有的固有波束传送一样，通过使接收信号矢量r_n乘以酉矩阵U^H，可进行信道的正交化。这里，N_R维的接收信号矢量r_n由下式表示。

r_n=H_ns_n十n_n          (8)

式中，n_n是N_R维的噪声矢量。将该接收信号矢量r_n在接收侧乘以酉矩阵U^H，则相乘后的接收信号矢量

可通过使用式（2）的关系由以下的式表示。

${\tilde{r}}_n=U_n^H{r}_n=U_n^H{H}_n{s}_{\hat{u},n}+{\tilde{n}}_n=U_n^H{H}_n{V}_n{Q}_{\hat{u},n}{z}_n+{\tilde{n}}_n=D_n{Q}_{\hat{u},n}{z}_n+{\tilde{n}}_n---\left(9\right)$

${\tilde{n}}_n=U_n^H{n}_n---\left(10\right)$

这里，由于式（9）中的矩阵D_n和

是对角矩阵，因而可维持信道的正交性。即，由于可降低PAPR，因而使用矩阵

实施相位旋转后的发送信号矢量

可保持基于酉矩阵V_n的相乘的线性预编码效果。另外，通过在接收侧使用由控制信号所通知的相位方向图信息

来对接收信号矢量

赋予与利用矩阵所旋转的相位相反的相位旋转，可检测原始的信息信号。

这里，在现有的固有模式传送中，在实施预编码后，对各天线实施了不同的相位旋转时，由于通过预编码所形成的正交波束变形，因而传送特性劣化。与此相对，在本发明中的上述相位方向图控制部12中，其特征在于，在实施预编码前对发送信号z_n实施相位旋转，之后进行预编码。由此，由于不对预编码后的信号施加特别操作而可对发送信号实施相位旋转，因而可在维持通过预编码所形成的正交波束的状态下降低PAPR。

另外，在本实施方式中的上述说明中示出针对MIMO－OFDM传送系统的应用例，然而还能应用于多载波（MC）－CDMA和OFDMA等的基于OFDM的任何方式。即，在使用OFDM的副载波来发送扩展后的信号的MC－CDMA、将OFDM的副载波分配给多个用户的OFDMA等的基于OFDM的方法中进行使用了线性预编码处理的MIMO传送的情况下，可应用本发明。

以下，说明上述的无线通信装置的结构的变形例。在上述的例子中示出在将本发明应用于MIMO－OFDM传送系统的情况下的装置和方法，然而还能应用于MIMO－CDMA传送系统。图3是MIMO－CDMA传送系统的该无线通信装置30的硬件结构图。无线通信装置30在物理上如图3所示构成为包含：MIMO－CDMA调制部31、相位方向图控制部32、相位旋转部33、预编码部34、控制信号生成部35以及MIMO－CDMA发送部36。这里，MIMO－CDMA调制部31构成为包含：串行并行变换部31A、信道编码部31B、交织器部31C、信号调制部31D以及扩展部31E，MIMO－CDMA发送部36由码复用部36A构成。

图4示出本实施方式中的MIMO－CDMA传送系统的相位方向图控制部32的结构图。相位方向图控制部32构成为包含相位方向图选择部42和相位方向图的候补数的峰值计算部41。与各相位方向图对应的峰值计算部41构成为包含：相位旋转部41A、预编码部41B、控制信号生成部41C以及峰值检测部41D。

接下来，对MIMO－CDMA传送系统中的无线通信装置30的动作和无线通信方法进行说明。首先，在MIMO－CDMA调制部31中的串行并行变换部31A中，将信息信号分配给各发送流，在信道编码部31B中实施信道编码，在交织器部31C中实施交织，在信号调制部31D中进行调制，在扩展部31E中使用（进行码复用的）各扩展码来将信号扩展，产生发送信号。

接下来，在相位方向图控制部32中降低PAPR并选择最佳的相位方向图，在相位旋转部33中将利用各扩展码所生成的发送信号和所选择的相位方向图相乘，输入到预编码部34。另一方面，在控制信号生成部35中，根据在相位方向图控制部32中所选择的相位方向图生成控制信号，使用控制信号用的扩展码来进行扩展，之后输入到预编码部34。预编码部34对从相位旋转部33所输入的信号和从控制信号生成部35所输入的信号实施预编码处理，之后预编码处理后的信号被输入到MIMO－CDMA发送部36中的码复用部36A。在码复用部36A中，通过进行所输入的信号的码复用来生成各发送天线中的发送信号。另外，关于MIMO－CDMA传送系统中的相位方向图控制部32的动作，除了没有MIMO－OFDM传送系统中的相位方向图控制部12（图2）的傅立叶反变换部21D中的傅立叶反变换动作以外，与MIMO－OFDM传送系统中的相位方向图控制部12的动作相同。

如上所述，作为无线通信装置的结构的变形例，示出了针对MIMO－CDMA传送系统的应用例，然而以下作为另一变形例，说明针对单载波MIMO传送系统的应用例。图5是单载波MIMO传送系统的该无线通信装置50的硬件结构图。无线通信装置50在物理上如图5所示构成为包含：单载波MIMO调制部51、相位方向图控制部52、相位旋转部53、预编码部54以及控制信号生成部55。这里，单载波MIMO调制部51构成为包含：串行并行变换部51A、信道编码部51B、交织器部51C以及信号调制部51D。

图6示出本实施方式中的单载波MIMO传送系统的相位方向图控制部52的结构图。相位方向图控制部52构成为包含相位方向图选择部62和相位方向图的候补数的峰值计算部61。与各相位方向图对应的峰值计算部61构成为包含：相位旋转部61A、预编码部61B、控制信号生成部61C以及峰值检测部61D。

接下来，对单载波MIMO传送系统中的无线通信装置50的动作和无线通信方法进行说明。首先，在单载波MIMO调制部51中的串行并行变换部51A中，将信息信号分配给进行复用的各发送流，在信道编码部51B中实施信道编码，在交织器部51C中实施交织，在信号调制部51D中进行调制，产生发送信号。接下来，在相位方向图控制部52中降低PAPR并选择最佳的相位方向图，根据该相位方向图在相位旋转部53中将发送信号和所选择的相位方向图相乘，输入到预编码部54。另一方面，在控制信号生成部55中，根据在相位方向图控制部52中所选择的相位方向图生成控制信号，输入到预编码部54。预编码部54对从相位旋转部53所输入的信号和从控制信号生成部55所输入的信号实施预编码处理，之后预编码处理后的信号从各发送天线被发送。

这里，如上所述，说明了将从相位旋转部53和控制信号生成部55所输出的信号在预编码部54中进行空间复用的情况的例子，然而可以将从相位旋转部53和控制信号生成部55所输出的信号进行时间复用。

另外，关于单载波MIMO传送系统中的相位方向图控制部52的动作，除了没有MIMO－OFDM传送系统中的相位方向图控制部12（图2）的傅立叶反变换部21D中的傅立叶反变换动作以外，与MIMO－OFDM传送系统中的相位方向图控制部12的动作相同。

接下来，说明本实施方式中的峰值检测部21E、41D、61D的变形例。对在上述的峰值检测部21E、41D、61D中将时间信号波形中的信号功率的最大值作为峰值来输出的结构进行了说明，然而考虑到在发送功率放大器中进行削波，可以采用在峰值检测部21E、41D、61D中计算所削波的阈值功率以上的总功率的结构。此时，在相位方向图选择部22、42、62中选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的最佳相位方向图。

另外，在本实施方式的上述说明中，示出在使用固有模式传送作为线性预编码处理的情况下的装置和方法，然而即使在使用其他的发送预编码方法的情况下，也能利用上述方法，在保持线性预编码效果的状态下降低PAPR。

［第2实施方式］

接下来，说明本发明的第2实施方式的无线通信装置的结构。本实施方式的无线通信装置与第1实施方式的MIMO－OFDM传送系统中的无线通信装置相比较，由于可减少相位方向图控制部中的傅立叶反变换部的数量，因而可降低相位方向图控制部中的运算量。图7是该无线通信装置70的硬件结构图。本实施方式的无线通信装置70构成为包含：MIMO－OFDM调制部71、预编码部72、块控制部73、傅立叶反变换部74、并行串行变换部75、相位方向图控制部76、相位旋转部77、控制信号生成部78、加法部79以及保护间隔插入部7A。这里，MIMO－OFDM调制部71与第1实施方式中的结构相同。

图8示出本实施方式中的相位方向图控制部76的结构图。相位方向图控制部76构成为包含相位方向图选择部82和相位方向图的候补数的峰值计算部81。与各相位方向图对应的峰值计算部81构成为包含：相位旋转部81A、加法部81B、控制信号生成部81C以及峰值检测部81D。

接下来，对本实施方式的无线通信装置70的动作和无线通信方法进行说明。本实施方式的MIMO－OFDM调制部71中的信号生成方法与第1实施方式相同。在本实施方式中与第1实施方式不同的是，将由MIMO－OFDM调制部71所生成的发送信号z_n在预编码部72中先乘以酉矩阵V_n。从预编码部72所输出的信号在块控制部73中被分割成多个块，按各块在傅立叶反变换部74中变换成时间信号波形。从傅立叶反变换部74所输出的信号在并行串行变换部75中被变换成串行的时间信号序列。从并行串行变换部75所输出的信号被输入到后述的相位方向图控制部76，进行PAPR降低并选择最佳相位方向图。在相位方向图控制部76中所选择的相位方向图信息被输入到相位旋转部77和控制信号生成部78。在相位旋转部77中，使用从相位方向图控制部76所输入的相位方向图信息，对从并行串行变换部75所输入的信号进行相位旋转，相位旋转后的信号被输入到加法部79。另一方面，控制信号生成部78使用从相位方向图控制部76所输入的相位方向图信息，生成用于向接收侧通知相位方向图信息的控制信号，所生成的控制信号被输入到与各发送天线对应的加法部79。这里，关于控制信号生成部78中的控制信号的生成，可将与各相位方向图候补对应的时间信号波形预先保存在存储器内，将与所选择的相位方向图对应的时间信号波形作为控制信号来输出。并且，还可在频域内生成与在相位方向图控制部76中所选择的相位方向图对应的控制信号，将对生成后的信号进行傅立叶反变换后的时间信号波形用作来自控制信号生成部78的输出信号。

在加法部79中，将从相位旋转部77输出的多个块的信号和控制信号相加，将相加后的信号输入到保护间隔插入部7A。在保护间隔插入部7A中，对从加法部79所输入的信号插入保护间隔，生成各天线中的发送信号。

接下来，说明图8所示的相位方向图控制部76的动作。在构成为包含相位方向图选择部82和相位方向图的候补数（U）的峰值计算部81的相位方向图控制部76中，在与第u（1≦u≦U）相位方向图对应的峰值计算部81中，通过将从并行串行变换部75输入的信号在相位旋转部81A中乘以由以下的式定义的矩阵Q'_u,n来实施相位旋转。

这里，如式（11）所示，在本实施方式中与式（5）所示的第1实施方式的情况不同，其特征在于，对所形成的各波束赋予同一相位旋转量。

另一方面，在控制信号生成部81C中，生成与第u（1≦u≦U）相位方向图对应的控制信号。这里，关于控制信号生成部81C中的控制信号的生成，通过如上所述将与该相位方向图对应的控制信号的时间信号波形预先保存在存储器内，或者在频域内生成与该相位方向图对应的控制信号后实施傅立叶反变换，可生成控制信号。从控制信号生成部81C所输出的控制信号和从相位旋转部81A所输出的信号被输入到加法部81B，生成相加后的时间信号波形。从加法部81B所输出的信号被输入到峰值检测部81D，在峰值检测部81D中将与各发送天线对应的时间信号波形进行比较，将值最大的峰值进行输出。从各峰值计算部81的峰值检测部81D所输出的峰值被输入到相位方向图选择部82。在相位方向图选择部82中，选择可使所输入的最大峰值最小的相位方向图，输出所选择的相位方向图

所选择的相位方向图被输入到图7中的相位旋转部77和控制信号生成部78。

接下来，对本实施方式的无线通信装置70的作用和效果进行说明。在本实施方式的无线通信装置70中，使用根据式（11）定义的矩阵来进行相位旋转。其结果，在第1实施方式中由式（6）的形式表示的发送信号矢量s_u,n在本实施方式中由以下的式表示。

$s_{u,n}=Q_{u,n}{V}_n{z}_n=e^{j{\mathrm{\φ}}_{u,n}}{V}_n{z}_n=e^{j{\mathrm{\φ}}_{u,n}}{s}_n---\left(12\right)$

这里，s_n是从预编码部72输出的信号，且s_n＝V_nz_n。

在块控制部73中，假定分割成使副载波编号{b,B＋b,…,(N/B－1)B＋b}的信号属于第b（0≦b≦B－1）块，将同一块内的各副载波中的相位旋转量φ_u,n设定为φ_u,n＝φ_u,B+b＝…＝φ_{u,(N/B－1)B+b}，赋予同一相位旋转量。此时，发送信号矢量s_u,n中的第n_t发送天线中的时间信号波形

可由以下的式表示。

$\begin{array}{c}{s}_{u,n_t}\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,n}}{s}_{n_t,n}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{n}{N}k}\\ =\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,0}}\underset{n_b=0}{\overset{N/B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_1,n_{b}B}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{n_{b}B}{N}k}\\ +\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,1}}\underset{n_b=0}{\overset{N/B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+1}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{(n_{b}B+1)}{N}k}\\ +...+\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,B-1}}\underset{n_b=0}{\overset{N/B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+B-1}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{(n_{b}B+B-1)}{N}k}\\ =\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{b=0}{\overset{B-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,b}}\underset{n_b=0}{\overset{N/B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+b}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{(n_{b}B+b)}{N}k}\end{array}---\left(13\right)$

这里，式（13）中的

$\underset{n_b=0}{\overset{N/B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+b}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{(n_{b}B+b)}{N}k}$

是由属于第b块的副载波的调制信号构成的、对由以下的式（14）表示的长度N的信号序列进行傅立叶反变换后的时间信号波形。

$[0,...,0,s_{n_t,b},0,...,0,s_{n_{t}B+b},...,s_{n_t,(N/B-1)B+b},0,...,0]---\left(14\right)$

因此，式（13）具有这样的形式：将对分割成各块的信号进行傅立叶反变换后的时间信号波形乘以

使全部块相加。由此，可针对将在块控制部73中被分割成各块的信号作了傅立叶反变换后的信号，在图7和图8中的相位旋转部77、81A中进行相位旋转。其结果，在图8所示的相位方向图控制部76中的各峰值计算部81中，可省略在图2所示的第1实施方式的峰值计算部21中使用的傅立叶反变换部21D，因而可降低运算量。即，在本实施方式中，在块控制部73中以式（14）所示的形式分割各副载波信号，在同一块内的各副载波中赋予同一相位旋转量，从而可在实现相位方向图控制部76中的运算量降低的同时，在MIMO－OFDM系统中保持线性预编码效果的状态下降低PAPR。

而且，关于式（13），通过设定N_B＝N/B，式（13）可为以下的式（15）。

$\begin{array}{c}\frac{1}{N}\underset{b=0}{\overset{B-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,b}}\underset{n_b=0}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+b}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{(n_{b}B+b)}{N}k}=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{b=0}{\overset{B-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,b}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{b}{N}k}\underset{n_b=0}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{n_t,n_{b}B+b}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{n_b}{N_B}k}\\ =\sqrt{\frac{N_B}{N}}\underset{b=0}{\overset{B-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_{u,b}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{b}{N}k}{s}_{b,n_t}\left(k\mathrm{mod}{N}_B\right)\end{array}---\left(15\right)$

这里，

是将由以下的式（16）表示的长度N_B的信号序列进行傅立叶反变换后的时间信号波形。

$[s_{n_t,b},s_{n_t,B+b},...,s_{n_t,(N/B-1)B+b}---\left(16\right)$

因此，可将傅立叶反变换中的点数从N降低到N_B。由此，可进一步降低图7中的傅立叶反变换部74的傅立叶反变换的运算量。即，在图7中的块控制部73中，按各块生成由式（16）所示的信号序列，通过把傅立叶反变换部74的傅立叶反变换中的点数设定为N_B，可在实现傅立叶反变换的运算量降低的同时，在MIMO－OFDM系统中保持线性预编码效果的状态下降低PAPR。

另外，在本实施方式中的上述说明中，示出针对MIMO－OFDM传送系统的应用例，然而与第1实施方式的情况一样，还能将本发明应用于多载波（MC）－CDMA和OFDMA等的基于OFDM的任何方式。这里，在将本发明应用于OFDMA的情况下，通过将在块控制部73所分割的各块的信号分配给不同的用户，可降低应作为控制信号而发送的信息量，或者可省略控制信号生成部78。这是因为，由于在本实施方式中对同一块内的信号应用同一相位旋转量，因而向各用户发送的全部副载波受到同一相位旋转的影响。

并且，在本实施方式中的上述说明中，对峰值检测部81D输出最大峰值的情况作了说明，然而如在第1实施方式的峰值检测部的变形例中所说明的那样，可以采用输出所削波的阈值功率以上的总功率的结构。

参照附图来说明本发明的第1实施方式的实施例。为了确认本发明的有效性，以下示出在将本发明的第1实施方式应用于使用固有模式传送作为线性预编码的MIMO－OFDM方式的情况下的计算机仿真结果。发送和接收天线数分别采用2，对2个流进行空间复用。并且，OFDM的参数依据5GHz频带无线LAN，FFT点数采用64。调制方式采用QPSK，本发明中的相位方向图数U采用16。

图9示出现有的固有模式传送和本发明中的PAPR的CCDF（Complementary Cumulative Distribution Function，互补累积分布函数）特性。并且，为了比较还一并示出在不进行固有模式传送的情况下的CCDF特性。在该图中，EM表示现有的固有模式传送中的CCDF特性，EM－SLM表示应用本发明的第1实施方式的固有模式传送的CCDF特性。并且，SDM表示不进行固有模式传送的MIMO－OFDM方式的CCDF特性，SDM－SLM表示在不进行固有模式传送的MIMO－OFDM方式中应用上述的文献1的方法的情况下的CCDF特性。

从图9可知，不使用PAPR降低处理的EM和SDM具有大致同等的CCDF特性，应用本发明的第1实施方式的U＝16的EM－SLM的CCDF特性可针对EM的CCDF特性将CCDF＝10^-3时的PAPR降低约3.6dB。并且可知，EM－SLM可实现与不使用固有模式传送的SDM－SLM大致同等的PAPR特性。

Claims (10)

1.一种无线通信装置，该装置是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号的发送的无线通信装置，其特征在于，该无线通信装置具有：

相位方向图控制部，其选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，

第1相位旋转部，其使用在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来对调制信号进行相位旋转；

第1控制信号生成部，其根据在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来生成控制信号；以及

第1预编码部，其对来自所述第1相位旋转部和所述第1控制信号生成部的输出信号进行线性预编码处理，

所述相位方向图控制部具有多个峰值计算部和相位方向图选择部，

各所述峰值计算部具备：

第2相位旋转部，其对调制信号进行相位旋转；

第2控制信号生成部，其生成控制信号；

第2预编码部，其对来自所述第2相位旋转部和所述第2控制信号生成部的输出信号进行线性预编码处理；以及

峰值检测部，其计算由所述第2预编码部预编码后的信号的所削波的阈值功率以上的总功率并输出，

所述相位方向图选择部根据来自多个所述峰值检测部的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置还具有MIMO－OFDM调制部和MIMO－OFDM发送部，并构成为：

将在所述MIMO－OFDM调制部中所生成的各副载波的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中，

将来自所述第1预编码部的输出输入到所述MIMO－OFDM发送部中。

3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置还具有MIMO－CDMA调制部和MIMO－CDMA发送部，并构成为：

将在所述MIMO－CDMA调制部中使用各扩展码所生成的扩展后的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中，

将来自所述第1预编码部的输出输入到所述MIMO－CDMA发送部中。

4.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置还具有单载波MIMO调制部，并构成为：

将在所述单载波MIMO调制部中为了进行并行传送所生成的各发送流的信号输入到所述第1相位旋转部和所述相位方向图控制部中。

5.一种无线通信装置，该装置是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置具有：

MIMO-OFDM调制部；

预编码部，其对在MIMO-OFDM调制部中生成的各子载波信号进行线性预编码处理；

块控制部，其被输入来自所述预编码部的输出；

傅立叶反变换部，其被输入在所述块控制部中被分割成多个块的信号；

并行串行变换部，其被输入所述傅立叶反变换部的输出；以及

相位方向图控制部，其使用所述并行串行变换部的输出即时间信号波形来选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，

所述相位方向图控制部具有多个峰值计算部和相位方向图选择部，

各所述峰值计算部具有相位旋转部、控制信号生成部以及峰值检测部，

所述相位旋转部使用在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图对从所述并行串行变换部输入的信号进行相位旋转，

所述控制信号生成部根据在所述相位方向图控制部中所选择的所述相位方向图来生成控制信号，

所述峰值检测部计算并输出所述相位旋转部和所述控制信号生成部输出的信号的所削波的阈值功率以上的总功率，

所述相位方向图选择部根据来自多个所述峰值检测部的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

6.一种无线通信方法，该方法是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送的无线通信方法，其特征在于，该无线通信方法具有：

相位方向图控制步骤，其选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，

第1相位旋转步骤，使用在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来对调制信号进行相位旋转；

第1控制信号生成步骤，根据在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来生成控制信号；以及

第1预编码步骤，对来自所述第1相位旋转步骤和所述第1控制信号生成步骤的输出信号进行线性预编码处理，

所述相位方向图控制步骤包括峰值计算步骤和相位方向图选择步骤，

所述峰值计算步骤包括：

第2相位旋转步骤，对调制信号进行相位旋转；

第2控制信号生成步骤，生成控制信号；

第2预编码步骤，对来自所述第2相位旋转步骤和所述第2控制信号生成步骤的输出信号进行线性预编码处理；以及

峰值检测步骤，计算通过所述第2预编码步骤预编码后的信号的所削波的阈值功率以上的总功率并输出，

所述相位方向图选择步骤中，根据来自所述峰值检测步骤的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

7.根据权利要求6所述的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法还具有MIMO－OFDM调制步骤和MIMO－OFDM发送步骤，并构成为：

将在所述MIMO－OFDM调制步骤中所生成的各副载波的信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中，

将来自所述第1预编码步骤的输出输入到所述MIMO－OFDM发送步骤中。

8.根据权利要求6所述的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法还具有MIMO－CDMA调制步骤和MIMO－CDMA发送步骤，并构成为：

将在所述MIMO－CDMA调制步骤中使用各扩展码所生成的扩展后的信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中，

将来自所述第1预编码步骤的输出输入到所述MIMO－CDMA发送步骤中。

9.根据权利要求6所述的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法还具有单载波MIMO调制步骤，并构成为：

将在所述单载波MIMO调制步骤中为了进行并行传送所生成的各发送流的信号输入到所述第1相位旋转步骤和所述相位方向图控制步骤中。

10.一种无线通信方法，该方法是使用多个发送天线来进行线性预编码处理并进行无线信号发送的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法具有如下步骤：

MIMO-OFDM调制步骤；

预编码步骤，对在MIMO-OFDM调制步骤中生成的各子载波信号进行线性预编码处理；

块控制步骤，被输入来自所述预编码步骤的输出；

傅立叶反变换步骤，被输入在所述块控制步骤中被分割成多个块的信号；

并行串行变换步骤，被输入所述傅立叶反变换步骤的输出；以及

相位方向图控制步骤，使用所述并行串行变换步骤的输出即时间信号波形来选择使峰值对平均功率比降低的相位方向图，

所述相位方向图控制步骤包括峰值计算步骤和相位方向图选择步骤，

所述峰值计算步骤包括相位旋转步骤、控制信号生成步骤以及峰值检测步骤，

所述相位旋转步骤，使用在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图对从所述并行串行变换步骤输入的信号进行相位旋转，

所述控制信号生成步骤，根据在所述相位方向图控制步骤中所选择的所述相位方向图来生成控制信号，

所述峰值检测步骤，计算并输出所述相位旋转步骤和所述控制信号生成步骤输出的信号的所削波的阈值功率以上的总功率，

所述相位方向图选择步骤根据所述峰值检测步骤的输出，选择使所削波的阈值功率以上的总功率最小的相位方向图。

Images