CN102498675B - 无线通信装置和无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供无线通信装置和无线通信方法，其中利用该装置和方法可以在不新增加天线的情况下提高传送数据的可靠性或者实现高传送速率。一种无线通信装置，具有遵从预定无线标准的MIMO功能并且包括可以与包含MIMO功能的基站进行通信的多个通信终端，该无线通信装置包括主通信终端和从通信终端，主通信终端是多个通信终端中的任意一个，从通信终端经由预定连接装置与主通信终端相连并且是多个通信终端当中除了主通信终端之外的一个或多个通信终端，其中，使用可以从主通信终端控制与一个或多个从通信终端中包含的一个或多个天线的发送和接收有关的部分或全部信号处理功能的配置，实现了可以任意增大天线数目的配置并且仅在基站与主通信终端之间执行呼叫连接协议。

Description

无线通信装置和无线通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信装置和无线通信方法。
背景技术
MIMO(多输入多输出)是这样一种技术：分别从多个天线发送不同数据序列，并且在接收侧可以对从各个天线同时发送的数据序列进行分离。通过该技术，可以在不扩大频带的情况下提高传送速率。MIMO例如被应用于无线LAN(局域网)的IEEE 802.11n标准、正在由3GPP开发的作为下一代移动通信标准的UMTS LTE、或者基于IEEE 802.16e标准的移动WiMAX标准。在以上描述中，IEEE是“电气和电子工程师协会”的缩写。3GPP是“第三代伙伴计划”的缩写。UMTS是“通用移动电信系统”的缩写。LTE是“长期演进”的缩写。WiMAX是“全球微波接入互操作性”的缩写。
图3是用于说明MIMO的操作原理的图。两个天线T-ANT1和T-ANT2分别同时发送数据序列A和数据序列B。两个天线R-ANT1和R-ANT2分别接收其中数据序列A和数据序列B被复用的不同序列。通过在接收侧估计四个信道变动(channel variation)h11(t)、h12(t)、h21(t)和h22(t)，来自两个天线T-ANT1和T-ANT2的数据序列A和数据序列B被彼此分离。为了可以唯一地识别来自各个天线的数据序列并且估计信道变动h11(t)、h12(t)、h21(t)和h22(t)，导频信号被嵌入在各个天线的发送数据序列中。
这里，包括T个发送侧天线和R个接收侧天线的配置用T×R表示。例如，在LTE的规范中，作为T×R的配置，为下行链路(从基站到便携式终端的数据传送)定义了2×2、4×2和4×4。即，当LTE的便携式终端支持MIMO时，必须在便携式终端中安装多个天线。
另一方面，专利文献1描述了由移动电话终端3、可拆卸地附接到移动电话终端3的连接终端4和无线连接到连接终端4的便携式终端5构成的无线系统。在该无线系统中，来自移动电话终端3的信息经由连接终端4被无线发送到便携式终端5，并且该信息被显示在便携式终端5中。另一方面，来自连接终端5的信息被连接终端4接收并被输入到便携式终端3，并且便携式终端3被控制。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开公报第2000-069149号
[非专利文献]
[非专利文献1]LTE规范3GPP TS36.211 V8.5.0 Figure 6.3-1
发明内容
技术问题
如上所述，为了支持MIMO，必须在便携式终端中安装多个天线。然而，在便携式终端的情况下，存在为了保持便携性而不能将便携式终端的尺寸做得很大的限制。因此，存在这样的风险：如果多个天线(具体而言，四个天线)被包含在便携式终端中，则它的尺寸变得很大。
此外，当使用的频率的自由空间波长是λ0时，为了确保期望的性能，天线必须被彼此分开λ0/2以上。因此，例如，当在满足该条件的同时将四个内置天线用于便携式终端时，必须将便携式终端的尺寸做得更大。
此外，一些当前的便携式终端支持多个无线系统，并且在许多情况下，多个天线已经被包含在这些便携式终端中。因此，更加难以另外包含用于支持MIMO的天线。
即使用于支持MIMO的天线可被另外包含，也难以为了升级MIMO规格(例如，从2×2到4×4的改变)而任意增大天线的数目。作为解决方案的一个示例，可以使用将外部天线附接到便携式终端的结构。然而，在这种情况下，存在这样的风险：外观变得无吸引力并且出现了设计问题。
另一方面，即使在移动电话终端3被放在手包等中的时候，在使用专利文献1中所公开的发明时，也可以通过便携式终端5来操作移动电话终端3。然而，专利文献1中描述的技术无法解决上述增加天线的问题。
本发明的目的在于提供一种无线通信装置以及无线通信方法，其中利用该装置和方法可以在不新增加天线的情况下提高传送数据的可靠性并且实现高传送速率。
技术方案
本发明的无线通信装置具有遵从预定无线标准的MIMO(多输入多输出)功能并且包括可以与包含MIMO功能的基站进行通信的多个通信终端，该无线通信装置包括主通信终端和从通信终端，主通信终端是多个通信终端中的任意一个，从通信终端经由预定连接装置与主通信终端相连并且是多个通信终端当中除了主通信终端之外的一个或多个通信终端，其中使用可以从主通信终端控制与一个或多个从通信终端中包含的一个或多个天线的发送和接收有关的部分或全部信号处理功能的配置，实现了可以任意增大天线数目的配置并且仅在基站与主通信终端之间使用呼叫连接协议。
本发明的无线通信方法是一种用于无线通信装置的无线通信方法，该无线通信装置具有遵从预定无线标准的MIMO功能并且包括可以与包含MIMO功能的基站进行通信的多个通信终端。在该无线通信方法中，多个通信终端中的任意一个被指定为主通信终端，多个通信终端当中除了主通信终端之外的通信终端被指定为从通信终端，主通信终端经由预定连接装置与从通信终端相连，并且使用可以从主通信终端控制与一个或多个从通信终端中包含的一个或多个天线的发送和接收有关的部分或全部信号处理功能的配置，实现了可以任意增大天线数目的配置并且仅在基站与主通信终端之间使用呼叫连接协议。
发明的有益效果
通过使用本发明，可以在不增加天线的情况下进一步提高发送和接收数据的可靠性或者可以实现高传送速率。
附图说明
[图1]图1是示出根据本发明第一示例性实施例的无线通信装置的配置示例的框图。
[图2]图2是用于说明在LTE中的MIMO下行链路发送时的基带信号生成过程的图。
[图3]图3是用于说明MIMO的操作原理的图。
具体实施方式
[第一示例性实施例]
下面将参考附图详细描述本发明的第一示例性实施例。该示例性实施例适合以下情况：在使用无线信道的空间分集的多天线技术中，装置中没有空间来安装多个内置天线的情况、难以确保另外安装内置天线的空间的情况等等。在该示例性实施例中，在不增加天线的情况下，通过由主通信终端使用包含在与主通信终端相连的从通信终端中的天线，可以提高发送和接收数据的可靠性或者可以实现高传送速率。在这种情况下，选择从通信终端中的各个终端所包含的多个天线当中的k个天线(k是零或更大，并且k对于每个从通信终端而言是不同的)，并且使用如下配置：与所选天线的发送和接收有关的部分信号处理功能或者全部信号处理功能可由主通信终端来控制。
图1是示出根据该示例性实施例的无线通信装置的配置示例的框图。在图1中，符号“10”表示主便携式终端(通信终端)，符号“40”表示从便携式终端(通信终端)。主便携式终端10的功能与从便携式终端40的功能类似。主便携式终端10和从便携式终端40具有遵从预定无线标准的MIMO功能，并且能够与包含有MIMO功能的基站(图1中未示出)通信。图1示出了每个便携式终端中包含有两个天线的示例。此外，便携式电话机是便携式终端的一个示例。
将描述主便携式终端10和从便携式终端40之间的关系。例如，在朋友或家人持有多个具有类似功能的便携式终端的情况下，这多个便携式终端彼此相连，一个便携式终端被指定为主便携式终端10，并且其余便携式终端被指定为从便携式终端40。
例如，某个人把自己的便携式终端指定为主便携式终端10，借用朋友、家人等的便携式终端，并且将它作为从便携式终端40连接到自己的主便携式终端10。在这种情况下，如稍后所述，建立了主便携式终端10可以控制从便携式终端40的配置，并且主便携式终端10控制从便携式终端40以与从便携式终端40共享用于发送和接收的信号处理。
此外，在该示例性实施例中，仅在基站与主便携式终端10之间执行呼叫连接协议。因此，尽管基站使用从便携式终端40的天线来进行通信，但是基站认识到它仅与主便携式终端10通信，而不会认识到从便携式终端40的存在。
从便携式终端40的功能确认被如下执行。主便携式终端10向基站发送功能提高请求，并且基站赋予主便携式终端10调查其他便携式终端的功能的权限。主便携式终端10基于所赋予的权限来调查从便携式终端40的功能。作为调查的结果，当确定功能可被提高时，主便携式终端10将功能提高信息告知基站。功能提高信息例如包括表明主便携式终端10的功能已被提高至4×4MIMO功能的信息。
在图1中，示出了包括一个主便携式终端10和一个从便携式终端40并且二者彼此相连的示例。然而，配置不限于此。可以使用如下配置：所有便携式终端的数目是n(n是3或更大的整数)，其中一个便携式终端被指定为主便携式终端10，并且其余的两个或更多个便携式终端被指定为从便携式终端。此外，例如，以下各项中的任一者可被用作这多个便携式终端的连接：像一串珠子一样的菊花链连接、一对多连接、以及一起使用菊花链连接和一对多连接这二者的连接。在主便携式终端10控制从便携式终端40时使用的控制数据和基带信号经过便携式终端之间的接口。
主便携式终端10包括CPU(中央处理单元)11(控制装置)、数字基带电路12、RF(射频)电路13和14、天线15和16、I/F(接口)电路17、数据总线18、控制总线19等等。从便携式终端40的配置与主便携式终端10的配置相同。虽然符号彼此不同，但是从便携式终端40包括CPU41(控制装置)、数字基带电路42、RF电路43和44、天线45和46、I/F电路47、数据总线48、控制总线49等等。例如，具有k条线路(k是2或更大的整数)的高速串行接口可被用作I/F电路17和47的接口。USB(通用串行总线)或者PCI(外围部件互连总线)Express是高速串行接口的一个示例。
首先，将描述图1所示的两个便携式终端彼此相连的无线通信装置中的上行链路(从便携式终端到基站的方向)的信号流。在主便携式终端10中，来自上层的有效载荷(用户数据)经由CPU 11被输入并且经由数据总线18被提供到数字基带电路12。数字基带电路12执行诸如信道编码、每个天线的数据分离、调制处理、用于多天线技术的空间复用等的处理。
经过数字基带电路12处理的输出信号被输入到RF电路13和14。RF电路13和14执行诸如滤波、向载波频率的变换、信号放大等的处理。RF电路13和14的输出作为电磁波被从天线15和16发射到空间。
接下来，将描述图1所示的两个便携式终端彼此相连的无线通信装置中的下行链路(从便携式基站到终端的方向)的信号流。基站的天线(未示出)输出的电磁波分别经由天线15和16被输入到RF电路13和14。RF电路13和14执行诸如低噪声放大、同步检测、滤波等的处理。RF电路13和14的输出被输入到数字基带电路12。
数字基带电路12执行诸如使用多天线技术对各个信道进行估计、空间复用信号的分离、解调处理、针对每个天线划分的数据的组合、信道解码等的处理。数字基带电路12的输出被从数据总线18经由CPU 11发送到上层。CPU 11经由控制总线19来控制数字基带电路12、RF电路13和14以及I/F电路17。I/F电路17与数据总线18和数字基带电路12相连。
从便携式终端40在上行链路和下行链路中执行与主便携式终端10所执行的处理类似的处理。主便携式终端10经由I/F电路17和I/F电路47向从便携式终端40发送控制数据和数字基带电路12的各个处理的数据/从从便携式终端40接收控制数据和数字基带电路12的各个处理的数据。
接下来，将描述MIMO中的下行链路发送操作。图2是用于说明在LTE中的MIMO下行链路发送时的基带信号生成过程的图。在下面的描述中，以从四个天线发送信号的情况作为示例。图2示出了在基站侧装置(未示出)中执行的处理并且示出了从信道编码之后的处理到由RF执行的处理之前的处理的处理。此外，该处理由非专利文献1规定。
在信道编码被执行之后，生成的码字0和码字1被分别输入到扰码器61和62并且被随机化。扰码器61和62的各个输出被输入到调制映射器65和66，并且被利用以下调制方案中的任意一种调制：QPSK、16QAM和64QAM。在上面的描述中，QPSK是“正交相移键控”的缩写。QAM是“正交幅度调制”的缩写。作为调制映射器65和66的输出的两个调制符号序列d(0)和d(1)被输入到层映射器69。层映射器69将两个调制符号序列d(0)和d(1)划分成四个调制符号序列x(0)、x(1)、x(2)和x(3)。
四个调制符号序列x(0)、x(1)、x(2)和x(3)被输入到预编码器70。预编码器70对四个调制符号序列x(0)、x(1)、x(2)和x(3)执行预编码(用于至少执行空间复用的处理)，并且输出已被执行了预编码的四个调制符号序列y(0)、y(1)、y(2)和y(3)。例如，通过执行[y(0)y(1)y(2)y(3)]T＝W·[x(0)x(1)x(2)x(3)]T变换，预编码器70获得已被执行了预编码的调制符号序列y(0)、y(1)、y(2)和y(3)。在上面的等式中，W表示具有四行和四列的预编码矩阵，并且T表示矩阵的转置。
已被执行了预编码的四个调制符号序列y(0)、y(1)、y(2)和y(3)被分别输入到资源元素映射器71、72、73和74。在各个资源元素映射器71、72、73和74中，已被执行了预编码的四个调制符号序列y(0)、y(1)、y(2)和y(3)中的每一个被映射到如下的资源元素(子载波)：已预先在频率-时间域中为该资源元素确定了插入位置。资源元素映射器71、72、73和74的各自输出分别通过OFDM(正交频分复用)信号映射器75、76、77和78而被变换成OFDM序列。OFDM信号映射器75、76、77和78的各自输出被发送到相应天线的RF电路。该信号生成是在基站装置(未示出)中执行的，并且信号被各个RF电路变换到相同的期望载波频率并且被利用电磁波从基站的四个天线发送出去。
下面将描述该示例性实施例的无线通信装置的操作。即，将描述如图1所示两个便携式终端通过接口相连的无线通信装置的操作，其中通过这些接口发送和接收控制数据和用户数据。
首先，将描述上述无线通信装置从基站接收下行链路信号的操作。具体地，将描述基站发送的信号被四个天线接收的情况，其中这四个天线是主便携式终端10的两个天线和从便携式终端40的两个天线。
在这种情况下，无线通信装置执行接收处理。因此，在主便携式终端10和从便携式终端40中执行的从RF电路执行的处理之后的处理到信道解码之前的处理的处理流方向与图2所示的处理流方向相反。如上面提及的，从基站的四个天线发送的信号分别被主便携式终端10的天线15和16以及从便携式终端40的天线45和46接收。
主便携式终端10的数字基带电路12对主便携式终端10的天线15和16接收到的两个调制符号序列y(0)和y(1)执行解调处理。
主便携式终端10的CPU 11指示从便携式终端40的CPU 41对从便携式终端40的天线45和46接收到的两个调制符号序列y(2)和y(3)执行解调处理，并且CPU 11提供所需的参数。此外，从主便携式终端10到从便携式终端40的指示和参数发送是经由控制总线19、I/F电路17、I/F电路47和控制总线49执行的。从便携式终端40的CPU 41经由控制总线49指示数字基带电路42和RF电路43和44执行对两个调制符号序列y(2)和y(3)的解调处理。
通过主便携式终端10的数字基带电路12的解调处理，获得两个调制符号序列y(0)和y(1)。另一方面，通过从便携式终端40的数字基带电路42的解调处理，获得两个调制符号序列y(2)和y(3)。
主便携式终端10的CPU 11指示从便携式终端40的CPU 41发送两个调制符号序列y(2)和y(3)。不久，主便携式终端10的数字基带电路12从从便携式终端40获得这两个调制符号序列y(2)和y(3)。
主便携式终端10的数字基带电路12通过利用由主便携式终端10获得的两个调制符号序列y(0)和y(1)以及从从便携式终端40获得的两个调制符号序列y(2)和y(3)来执行MIMO解调，并且获得四个调制符号序列x(0)、x(1)、x(2)和x(3)。此外，数字基带电路12将序列从所获得的四个调制符号序列x(0)、x(1)、x(2)和x(3)的接收信号点星座的序列改变为接收比特序列，并且执行解扰(descrambling)以获得码字0’和码字1’。数字基带电路12对码字0’和码字1’执行信道解码以获得有效载荷(用户数据)。CPU 11经由数据总线18带回所获得的有效载荷(用户数据)并且将其发送到上层。
接下来，将描述上述无线通信装置向基站发送上行链路信号的操作。具体地，将描述通过利用四个天线来执行发送的情况，其中这四个天线是主便携式终端10的两个天线和从便携式终端40的两个天线。
在这种情况下，无线通信装置执行发送处理。因此，在主便携式终端10和从便携式终端40中，从信道编码之后的处理到由RF电路执行的处理之前的处理的处理与图2所示的处理相同。因此，下面将描述除了这些处理之外的处理。主便携式终端10的CPU 11控制从便携式终端40的CPU41利用诸如从便携式终端40的天线45和46、数字基带电路42、RF电路43和44等的硬件来与从便携式终端40共享用于发送的信号处理。在主便携式终端10中收集经过从便携式终端40处理的信号，在主便携式终端10中执行最终处理，并且从主便携式终端10的天线15和16以及从便携式终端40的天线45和46发送信号。
通过利用上述第一示例性实施例，通过将多个类似的便携式终端彼此相连，主便携式终端10可以使用诸如从便携式终端40中包含的天线45和46以及从便携式终端40的数字基带电路42、RF电路43和44之类的硬件。因此，可以扩展多天线技术，并且可以在不新增加天线的情况下提高发送和接收数据的可靠性并且实现高传送速率。
此外，因为可以容易地增大从便携式终端40的数目(换言之，因为可以容易地增大天线的数目)，所以可以灵活地实现MIMO规格的升级(例如，从2×2到4×4的改变)。
此外，在上述描述中，对码字0’和码字1’的信道解码是由主便携式终端10执行的。然而，不限于此。例如，对于可被实现为分布式处理的处理，主便携式终端10和从便携式终端40可以将处理实现为分布式处理，同时主便携式终端10和从便携式终端40彼此执行数据通信。
在与基站的通信期间，或者甚至当不执行通信时，便携式终端可从主便携式终端10改变为从便携式终端40或者从从便携式终端40改变为主便携式终端10。
如图1所示，在上述第一示例性实施例中，说明了两个便携式终端彼此相连的配置。然而，不限于此。即，三个或更多个便携式终端可被连接。这样，天线的数目可被增大，空间复用层的数目增大，从而发送数据的可靠性可以被提高并且高传送速率可被进一步实现。
不必说，在发送侧的天线数目是2并且接收侧的天线数目是2的2×2配置的情况下，可以仅通过主便携式终端10来执行处理。
此外，在2×2配置的情况下，可以通过利用主便携式终端10的天线(天线15和天线16)之一以及从便携式终端40的天线(天线45和天线46)之一来执行处理。这样，可以增加天线间的距离。因此，与通过一个便携式终端执行处理的情况相比可以获得高分集效果，并且可以进一步提高发送数据的可靠性。
[第二示例性实施例]
根据本发明第二示例性实施例的无线通信装置经由接口连接多个具有类似功能的通信终端，将这些通信终端中的任意一个指定为主通信终端，并且将其余的通信终端指定为从通信终端。主通信终端被配置为使得主通信终端可以控制各个从通信终端中包含的多个天线元件以及对与天线元件的发送和接收有关的信号的部分或全部信号处理功能，从而实现可以任意增大天线数目的配置。
通过使用该示例性实施例，可以使用从通信终端中包含的多个天线元件以及与天线元件的发送和接收有关的信号的部分或全部信号处理功能，在不增加天线元件的情况下空间复用层的数目增大，从而可以进一步提高发送和接收数据的可靠性或者可以实现高传送速率。
上述第一和第二示例性实施例可以适用于(尤其适用于)应用了多天线技术的3GPP LTE、移动WiMAX、无线LAN(IEEE 802.11n)等。
虽然参考本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域普通技术人员将会了解，可以在其中作出形式和细节上的各种改变，而不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围。
本申请基于2009年9月9日提交的日本专利申请No.2009-208040并要求其优先权，该申请的公开内容通过引用全部结合于此。
符号说明
10 主便携式终端
11 CPU
12 数字基带电路
13、14 RF电路
15、16 天线
17 I/F电路
18 数据总线
19 控制总线
40 从便携式终端
41 CPU
42 数字基带电路
43、44 RF电路
45、46 天线
47 I/F电路
48 数据总线
49 控制总线
61、62 扰码器(scrambler，扰频器)
65、66 调制映射器
69 层映射器
70 预编码器
71至74 资源元素映射器
75至78 OFDM信号映射器

Claims (8)

1.一种无线通信装置，该无线通信装置具有遵从预定无线标准的MIMO(多输入多输出)功能并且包括能够与包含MIMO功能的基站进行通信的多个通信终端，其特征在于所述无线通信装置包括：
主通信终端，该主通信终端是所述多个通信终端中的任意一个；
从通信终端，该从通信终端经由预定连接单元与所述主通信终端相连，并且是所述多个通信终端当中除了所述主通信终端之外的一个或多个通信终端，其中
从所述主通信终端控制与一个或多个从通信终端中包含的天线的发送和接收有关的部分或全部信号处理功能，使得所述一个或多个从通信终端的天线能够被所述主通信终端使用，并且其中
所述基站与所述主通信终端进行通信，而不会认识到所述一个或多个从通信终端的存在。
2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中：每个通信终端具有用于指示所述信号处理功能来执行与发送和接收有关的处理的控制单元，其中所述主通信终端的控制单元命令所述从通信终端的控制单元执行处理。
3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中：所述连接单元进行以下连接中的任一者：菊花链连接、一对多连接、以及一起使用菊花链连接和一对多连接这二者的连接。
4.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中：在呼叫连接期间或者当呼叫被连接和断开时，所述主通信终端被改变为所述从通信终端或者所述从通信终端被改变为所述主通信终端。
5.一种用于无线通信装置的无线通信方法，该无线通信装置具有遵从预定无线标准的MIMO功能并且包括能够与包含MIMO功能的基站进行通信的多个通信终端，其中：
所述多个通信终端中的任意一个被指定为主通信终端，所述多个通信终端当中除了所述主通信终端之外的通信终端被指定为从通信终端，所述主通信终端经由预定连接单元与所述从通信终端相连，并且从所述主通信终端控制与一个或多个从通信终端中包含的天线的发送和接收有关的部分或全部信号处理功能，使得所述一个或多个从通信终端的天线能够被所述主通信终端使用，
其中，当执行呼叫连接时，所述基站与所述主通信终端进行通信，而不会认识到所述一个或多个从通信终端的存在。
6.根据权利要求5所述的无线通信方法，其中：每个通信终端具有用于指示所述信号处理功能来与发送和接收有关的执行处理的控制单元，并且所述主通信终端的控制单元命令所述从通信终端的控制单元执行处理。
7.根据权利要求5所述的无线通信方法，其中：所述主通信终端利用以下连接中的任意一者与所述从通信终端相连：菊花链连接、一对多连接、以及一起使用菊花链连接和一对多连接这二者的连接。
8.根据权利要求5所述的无线通信方法，其中：在呼叫连接期间或者当呼叫被连接和断开时，所述主通信终端被改变为所述从通信终端或者所述从通信终端被改变为所述主通信终端。
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