CN103281169B - 通信方法、基站、移动站以及无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信方法、基站、移动站以及无线通信系统。基站在通过MIMO-OFDM通信与移动站进行通信时，在移动站的通信环境良好的情况下，采用多数据流传送即多输入多输出（MIMO）通信方式，并且在移动站的通信环境不良的情况下，采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式来发送数据和导频信号。在该MIMO-OFDM通信时，基站进行如下控制：使在规定小区的单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接小区的单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向不重合。

Description

通信方法、基站、移动站以及无线通信系统

本申请是原案申请号为No.200680052160.4的发明专利申请（国际申请号：PCT/JP2006/305488，申请日：2006年3月20日，发明名称：基站及其MIMO-OFDM通信方法）的分案申请。

技术领域

本发明涉及基站及其MIMO-OFDM通信方法，特别是涉及使用多个OFDM发送装置，采用多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput：MIMO）通信方式从多个天线将导频信号与数据一起发送到移动站的基站及其MIMO-OFDM通信方法。

背景技术

在许多数字移动通信系统中，为了补偿衰落信道中的数据信号的失真而从发送侧将导频信号复用在数据信号上来进行发送。在接收侧接收从发送侧发送的导频信号，将该接收导频信号和已知的导频信号相比较来进行信道失真的估计（信道估计），根据该信道估计值对所接收的数据信号实施信道补偿。数据信号和导频信号的复用方法有各种，以下说明OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex，正交频分复用）方式的情况。

图11是OFDM通信系统中的发送装置的结构图，数据调制部1将发送数据（用户数据和控制数据）进行例如QPSK数据调制，并转换成具有同相分量和正交分量的复基带信号（码元）。时分复用部2将多个码元的导频时分复用为数据码元。串行并行转换部3将输入数据转换成M码元的并行数据，并输出M个副载波抽样S₀～S_M-1。IFFT（InverseFastFourierTransform，快速傅立叶逆变换）部4对并行输入的副载波抽样S₀～S_M-1实施IFFT（傅立叶逆变换）处理来进行合成，作为离散时间信号（OFDM信号）来输出。保护间隔插入部5将保护间隔插入到从IFFT部输入的M个码元的OFDM信号内，发送部（TX）6将插入有保护间隔的OFDM信号进行DA转换，然后将OFDM信号的频率从基带转换成无线频带，进行高频放大而从天线7发送。

图12是串行并行转换说明图，示出在1帧的发送数据的前方对公共导频P进行时分复用的例子。假定每1帧公共导频例如是4×M码元（＝4OFDM码元），并且发送数据是28×M码元（＝28OFDM码元），则从串行并行转换部3输出导频的M码元作为并行数据直到最初的4次，以后作为并行数据输出发送数据的M码元28次。其结果，可在1帧期间中将导频时分复用为所有副载波并传送4次，可在接收侧使用该导频来针对各副载波估计信道，进行信道补偿（衰落补偿）。另外，1个OFDM码元由M码元构成。

图13是保护间隔插入说明图。保护间隔插入是指，在将与M个副载波抽样（＝1OFDM码元）对应的IFFT输出信号作为1单位时，将末尾部分复制到其开头部。通过插入保护间隔GI，可消除多径引起的码间干扰的影响。

图14是OFDM接收装置的结构图。从发送天线7所输出的信号经过衰落信道（传播路径）由接收装置的接收天线8接收，接收电路（Rx）9将从天线所接收的RF信号转换成基带信号，并将该基带信号AD转换成数字信号来输出。FFT定时同步电路10根据从接收电路9输出的时域信号检测FFT定时，码元切出部11去除GI并按照该FFT定时切出OFDM码元来输出到FFT部12。FFT部12对所切出的各OFDM码元进行FFT处理，并转换成频域的副载波抽样S₀’～S_M-1’。信道估计电路13通过计算以一定间隔接收的导频码元和已知的导频模式的相关，来进行各副载波的信道估计，信道补偿电路14使用信道估计值来补偿数据码元的信道变动。通过以上处理，进行分配给各副载波的发送数据的解调。以后，尽管未作图示，然而所解调的副载波信号被转换成串行数据之后进行解码。

以上是将导频信号在频率方向较密配置的情况，而从数据信号的传送效率、对信道变动的跟随性等的观点看，将导频信号在时间或频率方向较疏配置的分散配置是公知的。图15是在特定的副载波中，在邻接的4OFDM码元的范围内，导频信号P被嵌入在数据信号DT内的分散配置例。按以下进行使用了分散配置的导频信号的信道估计。

接收装置通过将在FFT后获得的接收导频信号乘以已知的导频信号的复共轭，计算嵌入有该接收导频信号的副载波的信道估计值。然后，通过将该信道估计值在邻接的多个码元间进行时间平均，在某种程度上抑制噪音和干扰分量。之后，使用嵌入有该导频信号的副载波的信道估计值，将未嵌入有导频信号的副载波的信道估计值在频率方向进行内插插值或外插插值来求出。同样针对未嵌入有导频信号的OFDM码元，使用嵌入有导频信号的OFDM码元中的信道估计值在时间方向进行插值来求出。在上述的插值处理中，假定例如在嵌入有插值使用的导频信号的副载波或OFDM码元间，信道失真线性变动，从而进行线性插值。然而，实际的信道失真严格地说不是线性变动，而是在时间方向由于移动站的高速移动，并在频率方向由于多径信道的延迟分散而复杂变动，因而插值处理后的信道估计值产生误差。

因此，在分散配置例中，导频信号的插入间隔越宽，数据信号的传送效率就越提高，信道估计难以跟随由于移动站的高速移动等而产生的信道的急剧变动，从而导致接收特性劣化。另一方面，导频信号的插入间隔越窄，数据信号的传送效率就越下降，信道估计容易跟随信道的急剧变动，因而难以发生接收特性的劣化。因此，导频信号的配置有必要考虑运用数字移动通信系统的地理环境和设想的移动站的移动速度来进行设计。

这里，在图16所示的多小区环境中，考虑了位于小区A、B、C的边界附近的移动站MS与小区A的基站BS_A进行通信的状况。移动站MS在接收来自小区A的基站BS_A的下行链路的信号S_A时，还接收来自邻接小区B、C的基站BS_B、BS_C的干扰信号I_B、I_C。

在1小区重复系统的情况下，按以下方式抑制这些干扰信号。即，发送装置使用扩展码（信道化码）进行扩展，或者通过重复（Repetition）将1码元的数据信息复制到多个码元上，之后乘以小区固有的扰码来发送。接收装置在将与发送装置相同的扰码乘以接收信号之后，进行基于扩展码的解扩或者同相加法运算，来进行解调，从而在某种程度上抑制来自邻接小区的干扰信号。

然而，由于导频信号以比数据信号高的功率来发送，因而即使进行了上述处理，给邻接小区带来的影响也仍然很大。特别是，在基站间同步系统中，如图17所示各小区A、B、C的导频信号P_A、P_B、P_C的配置是公共的。因此，各小区的导频信号总是相互干扰，使信道估计精度劣化。并且，即使在基站间非同步系统中，按照在时间上某种程度的比例，各小区的导频信号也相互干扰，使信道估计精度劣化。

作为避免上述问题的对策，只要使导频信号的配置在各小区不重合即可。在图18所示的例子中，邻接的3小区的导频信号在频率方向错开而配置成不重合。在该情况下，不能使特定的小区中的导频信号的频率方向的间隔比n副载波（n＝小区数－1）小。在图18的例子中n＝2。

在MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）复用传送的情况下，由于有必要获得各发送天线的信道估计值，因而按照各发送天线发送正交导频信号。这些导频信号的配置与单天线发送的情况一样，只要在各小区不重合即可。图19是在各小区A、B、C中基站BS_A、BS_B、BS_C使用4根天线1～4来进行MIMO复用传送的多小区环境说明图，图20是各小区A、B、C的天线1～4的导频信号配置例。在该例子中，各小区A、B、C中的4发送天线用的导频信号PA₀～PA₃、PB₀～PB₃、PC₀～PC₃在频率方向错开而配置成在邻接的3小区间相互不重合。

然而，在图20的导频配置例中，不能使任意小区中的任意天线中的导频信号的频率方向的间隔比11（＝3小区×4天线－1）副载波小。因此，在信道变动大的状况下，利用插值的信道估计精度劣化。

具有这样的现有技术，即：在从多个天线发送OFDM信号的情况下，阻止导频信号在传播路径上的干扰（参照专利文献1）。在该现有技术中，从一个天线借助特定的副载波发送导频信号，从另一个天线不输出导频载波，而且把与一个天线的导频载波相同频率的副载波视为空信号。然而，该现有技术不防止来自其他小区或其他扇区的导频信号的干扰。并且，现有技术不能在防止来自其他小区或其他扇区的导频信号的干扰的同时进行精度高的信道估计。

专利文献1：日本特开2003－304216号公报

发明内容

根据以上，本发明的目的是能在防止来自移动站不是通信中的其他小区或其他扇区的导频信号干扰的同时进行精度高的信道估计。

本发明的另一目的是，在移动站存在于小区边界或扇区边界的情况下，可充分减小导频信号之间的干扰，而且可进行能跟随急剧的信道变动的信道估计。

·第1MIMO-OFDM通信方法

本发明是一种MIMO-OFDM通信方法，使用多个OFDM发送装置，采用多输入多输出（MIMO）通信方式从多个天线将导频信号与数据一起发送到移动站，该通信方法具有：根据移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出（SingleInputMultipleOutput：SIMO）通信方式来发送数据和导频信号的步骤；以及将该导频信号配置成使在规定小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合的步骤。

上述本发明的第1MIMO-OFDM通信方法还具有使在所述单数据流传送时从规定天线发送的用于信道估计的导频信号的功率比从其他天线发送的导频信号的功率大的步骤。

上述本发明的第1MIMO-OFDM通信方法还具有：在移动站中接收从基站发送的导频信号来测定通信环境，并将确定该通信环境的数据反馈到基站的步骤；以及在基站中根据该通信环境确定数据来决定是进行多数据流传送还是进行单数据流传送的步骤。

上述本发明的第1MIMO-OFDM通信方法还具有：在移动站中接收从基站发送的导频信号来测定通信环境，并将确定该通信环境的数据反馈到基站的步骤；以及在基站中根据该通信环境确定数据来控制多数据流传送中的数据流数的步骤。

·第2MIMO-OFDM通信方法

本发明是一种MIMO-OFDM通信方法，将小区进行扇区化，针对各扇区使用多个OFDM发送装置，采用多输入多输出（MIMO）通信方式从多个天线将导频信号与数据一起发送到移动站，该通信方法具有：根据扇区内的移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式来发送数据和导频信号的步骤；以及将该导频信号配置成使在规定扇区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接扇区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合的步骤。

上述本发明的第2MIMO-OFDM通信方法还具有使在所述单数据流传送时从规定天线发送的用于信道估计的导频信号的功率比从其他天线发送的导频信号的功率大的步骤。

上述本发明的第2MIMO-OFDM通信方法还具有通过移动站测定来自各扇区的扇区天线的接收功率、并根据邻接扇区之间的该接收功率的差决定是进行多数据流传送还是进行单数据流传送的步骤。

上述本发明的第2MIMO-OFDM通信方法还具有在进行所述多数据流传送的情况下，根据扇区内的移动站的通信环境控制多数据流传送中的数据流数的步骤。

·基站

本发明的基站具有执行上述第1、第2MIMO-OFDM通信方法的结构。即，本发明的第1基站具有：通信方式决定部，其根据移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信，还是采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信；以及导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合。

本发明的第2基站具有执行上述第2MIMO-OFDM通信方法的结构。即，第2基站具有：通信方式决定部，其根据扇区内的移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信，还是采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信；以及导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定扇区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接扇区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合。

本发明提供一种基站中的通信方法，其中，该基站使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该通信方法的特征在于，其具有：

根据移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信的步骤；以及

按照在规定小区中基站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中和所述基站不同的其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合的方式来配置该导频信号的步骤。

本发明提供一种基站中的通信方法，该基站将小区进行扇区化，针对各扇区使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该通信方法的特征在于，其具有：

根据扇区内的移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式来进行通信的步骤；以及

按照在规定扇区中基站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于该规定扇区的邻接扇区中和所述基站不同的其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合的方式来配置该导频信号的步骤。

本发明提供一种基站，其使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该基站的特征在于，具有：

通信方式决定部，其根据移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定小区中基站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中和所述基站不同的其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合。

本发明提供一种基站，其将小区进行扇区化，针对各扇区使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该基站的特征在于，其具有：

通信方式决定部，其根据扇区内的移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定扇区中基站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于该规定扇区的邻接扇区中和所述基站不同的其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合。

本发明提供一种移动站，其接收由基站使用OFDM发送装置与数据一起发送来的导频信号，该移动站的特征在于，具有：

接收部，其接收根据移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式从基站发送来的数据和导频信号；以及

分离部，其将所述接收部接收到的数据和导频信号分离；

所述接收部接收如下配置的该导频信号：在规定小区中所述基站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中和所述基站不同的其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合。

本发明提供一种无线通信系统，其中，使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起从基站发送给移动站，该无线通信系统的特征在于：

所述基站具有：

通信方式决定部，其根据移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定小区中本站在单数据流传送时发送的导频信号、与在邻接于所述规定小区的邻接小区中其他基站在单数据流传送时发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合，

所述移动站具有：

接收部，其在所述规定小区中接收从所述基站发送的导频信号。

附图说明

图1是本发明的概略说明图。

图2是在根据移动站的通信环境、例如SIR来控制多数据流数的情况下的接收天线数、数据流数、使用天线的对应表。

图3是本发明的MIMO-OFDM通信系统的结构图。

图4是基站的详细结构图。

图5是移动站的详细结构图。

图6是使各小区的导频P1在频率方向和时间方向同时不重合的导频信号配置例。

图7是扇区结构说明图。

图8是第2实施例中的导频信号配置例。

图9是第2实施例的基站的结构图。

图10是第2实施例的移动站的结构图。

图11是OFDM通信系统中的发送装置的结构图。

图12是串行并行转换说明图。

图13是保护间隔插入说明图。

图14是OFDM接收装置的结构图。

图15是在特定的副载波中，在邻接的4OFDM码元的范围内，导频信号P被嵌入在数据DT内的分散配置例。

图16是多小区环境说明图。

图17是现有的第1导频信号配置例。

图18是现有的第2导频信号配置例。

图19是MIMO-OFDM通信中的多小区环境说明图。

图20是MIMO-OFDM通信中的现有的导频信号配置例。

具体实施方式

（A）本发明的概略

·小区结构和导频配置

图1是本发明的概略说明图，如（A）所示，在小区A、B、C中基站BS_A、BS_B、BS_C使用4根天线1～4来与移动站进行MIMO-OFDM通信。各基站A、B、C的天线1～4的导频信号配置如图1（B）所示，在频率轴方向较密配置，而且在时间方向（在帧最初的4OFDM码元中）重合配置。各基站的天线1～4的导频信号根据图案来区别，如图1（C）所示，P1是天线1用的导频信号，P2是天线2用的导频信号，P3是天线3用的导频信号，P4是天线4用的导频信号，导频信号功率被设定为P1＞P2＞P3＞P4。应注意的方面是，从各小区的基站BS_A、BS_B、BS_C的第1天线1发送的导频P1配置成在频率方向不重合。

·多数据流传送和单数据流传送的切换控制

在本发明中，当移动站的通信环境不良时，基站从多数据流传送即MIMO通信方式切换到单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式。例如，当移动站MS一边与基站BS_A进行通信一边移动时，该移动站MS存在于接近基站BS_A的区域AR1内，当SIR（信号对干扰功率比）大且通信环境良好时，基站BS_A从4根天线1～4将数据和导频信号发送到移动站，进行MIMO-OFDM通信（多数据流传送）。

然而，当移动站MS移动到小区边界区域并受到来自邻接小区的干扰而使SIR减小时，即使进行MIMO-OFDM通信，BER也增大。因此，在该情况下，基站BS_A切换到从1根天线将数据和导频信号发送到移动站的单输入多输出（SIMO）通信方式（单数据流传送）。

在该单数据流传送时，各小区的基站BS_A、BS_B、BS_C从第1天线1将数据和导频信号发送到移动站，而从图1（B）可以明白，在各小区A、B、C中在单数据流传送时从天线1发送的导频P1配置成在频率方向不重合。即，该导频信号被配置成使在各小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号P1和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号P1在频率方向相互不重合。

其结果，由于在单数据流传送时各小区的信道估计用导频信号P1不与邻接小区的导频信号P1干扰，因而即使在小区边界导频信号的SIR也提高，能进行良好的信道估计。并且，在图1（B）的例子中，由于可以按3副载波间隔配置从规定天线发送的导频信号Pi（i＝1～4），因而在MIMO-OFDM通信时由于插值处理而产生的信道估计误差减小，可进行良好的信道估计。

另外，尽管在单数据流传送时各小区的信道估计用导频信号P1在频率方向与邻接小区的导频P2～P4重合，然而干扰影响小。特别是，在图1（B）的配置例中，由于在单数据流传送时从天线1发送的导频P1的功率比从其他天线2～4发送的导频信号P2～P4的功率大，因而该导频P1以外的导频信号P2～P4在小区边界充分衰减后到达，因而可使邻接小区的导频P2～P4的干扰轻微。

·多数据流数的控制

以上是根据移动站的通信环境、例如SIR进行了多数据流传送和单数据流传送的切换控制的情况。在该切换控制的情况下，只需使导频信号P1的功率大于其他导频信号P2、P3、P4的功率即可，无需对其他导频信号功率赋予差。然而，在根据通信环境、例如SIR值控制多数据流数的情况下，可以对各导频信号的功率赋予差而得到P1＞P2＞P3＞P4。

在MIMO复用传送中，由于各发送天线的信号点在无线信道中重合后到达接收机，因而数据流数越多，接收信号点的信号点间距离就越短，用于达到一定的误比特率BER的所需接收SNR就越增大。换句话说，即使数据流数越少，接收SIR就越小，也能达到一定的误比特率。因此，在本发明中，根据通信环境、例如SIR值来控制多数据流数。例如，如图2所示将通信环境分为4个阶段，在最坏的环境（通信环境1）中将数据流数设定为1，将使用的天线编号设定为1。在通信环境2中将数据流数设定为2，将使用的天线编号设定为1、2，在通信环境3中将数据流数设定为3，将使用的天线编号设定为1、2、3，在最好的通信环境4中将数据流数设定为4，将使用的天线编号设定为1、2、3、4。

如上所述，通过根据通信环境来控制多数据流数，能尽可能利用MIMO-OFDM通信的优点。

·另一导频配置例

在图1（B）的导频配置例中，在单数据流传送时从各小区的天线1发送的导频P1被配置成在频率方向不重合，然而可以配置成在时间轴方向同时不重合，或者仅在时间轴方向不重合。

以上，根据本发明，进行单数据流传送的移动站在信道估计中使用的导频信号在相互邻接的小区中，可在时间和/或频率方向不重合，进行该单数据流传送的移动站即使在小区边界，也不受来自邻接小区的干扰信号影响，可接收期望信号。

（B）第1实施例

（a）MIMO-OFDM通信系统的结构

图3是本发明的MIMO-OFDM通信系统的结构图，BS是基站，MS是移动站。基站BS是图1（A）所示的小区A～C中例如小区A的基站。各小区A～C中的基站具有相同结构。

在基站BS中，与发送天线数M相同数的数据流D₀～D_M-1分别在OFDM发送装置11₀～11_M-1中经过规定处理，从各发送天线12₀～12_M-1被发送。作为OFDM发送装置11₀～11_M-1中的处理，有纠错、数据调制、数据/控制信号/导频复用、加扰、IFFT变换、GI插入等。

从配置成相互无相关的天线12₀～12_M-1所发送的信号通过独立的衰落信道h_nm（m＝0～M-1，n＝0～N-1）在空间中被复用，之后由N根接收天线31₀～31_N-1接收。由各接收天线所接收的信号在OFDM接收装置32₀～32_N-1中经过下变频、AD转换、FFT定时检测、GI去除、FFT变换、解扰、数据/控制信号/导频分离等处理，生成y₀～y_N-1的接收数据流。由于各接收数据流具有将M个发送数据流复用后的形式，因而数据处理部33通过对所有接收数据流进行信号处理，来分离并再现发送数据流D₀～D_M-1。

在从接收信号分离发送数据流D₀～D_M-1的信号处理算法中，提出了各种方法，对MLD（MaximumLikelihoodDecoding，最大似然解码）算法进行说明。现在，假定发送数据流由M次元的复矩阵表示，并且接收数据流由N次元的复矩阵表示，则具有下式的关系。

［算式1］

Y=H·D

$H=\left[\begin{array}{c}{h}_{00}\·h_{01}\·\·\·\·\·\·\·h_{0M-1}\\ h_{10}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·h_{1M-1}\\ \·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\\ h_{N-10}\·\·\·\·\·\·\·\·\·h_{N-1M-1}\end{array}\right]$

D=[D₀·D₁……D_M-1]^T

Y=[y₀·y₁……y_N-1]^T

MLD算法根据下式估计发送数据流（发送矢量）D。

［算式2］

$\hat{D}=\arg \min {\left|\right|Y-H\·D\left|\right|}^2$

这里，把分别输入到M个天线的调制数据的信号点配置数设定为Q，则发送矢量D的组合存在Q^M个。在QPSK中Q＝4。在MLD算法中产生Q^M个发送矢量的候补（复制品）来进行上式运算，将结果为最小的复制品估计为输入数据。

（b）基站BS的结构

图4是在M＝4的情况下的基站BS的详细结构图，是根据通信环境控制多数据流数的实施例。另外，对与图3相同的部分附上相同标号。

数据流数决定部13如后所述，根据移动站MS的通信环境决定数据流数，并将其输入到控制信息映射部14和数据流分割部15。控制信息映射部14将所输入的数据流数作为控制信息映射到规定位置，纠错编码器16对控制信息实施纠错编码处理，数据调制部17对该控制信息进行数据调制。

数据流分割部15根据数据流数对数据信号进行S/P（串行/并行）转换并输入到OFDM发送装置11₀～11₃。OFDM发送装置11₀～11₃根据各数据流D₀～D₃生成各发送天线12₀～12₃的发送信号，并将其从该发送天线12₀～12₃发送。将发送天线12₀～12₃的天线编号设定为1～4，则数据流数和使用的发送天线编号如图2所示。OFDM发送装置11₀～11₃具有大致相同的结构，不同点是，OFDM发送装置11₀发送控制信号，而其他OFDM发送装置11₁～11₃不发送控制信号。

在OFDM发送装置11₀中，纠错编码器21对要输入的第1数据流的数据D₀实施纠错编码处理，数据调制部22对输入数据实施数据调制。导频信号产生部23a产生导频信号P1，增益调整部23b调整该导频信号P1的振幅。导频信号的振幅调整法在后面描述。

然后，数据/导频/控制信号复用部24将数据信号、控制信号和导频信号进行复用，并行输出N取样的副载波分量。另外，数据/导频/控制信号复用部24将导频信号P1如图1（B）所示映射到规定OFDM码元的规定副载波。加扰部25将N取样的副载波分量乘以小区固有的扰码，IFFT部26对N取样的副载波分量实施IFFT转换处理，将频域的信号转换成时域的信号。GI插入部27插入保护间隔（GI），发送RF部28进行D/A转换后，从基带变频到无线频率，进行放大后从发送天线12₀发送。

与以上并行，接收RF部18通过接收天线19接收从移动站MS发送来的信号，从无线频率变频到基带，进行AD转换后输入到控制信号解调部20。控制信号解调部20进行解调处理，解调从移动站MS所反馈的控制信号，提取该控制信号内包含的下行链路接收SIR信息。下行链路接收SIR表示移动站MS的通信环境，是移动站MS接收从基站BS发送的导频信号并使用该导频信号而测定的接收SIR。数据流数决定部13根据下行链路接收SIR信息按照图2的表决定要发送的数据流数，并将其输入到控制信息映射部14和数据流分割部15。

（c）数据流数的决定法

对MIMO复用传送的基本性质进行研究。在MIMO复用传送中，从各发送天线发送的信号在无线信道中重合后到达移动站MS。因此，数据流数越多，接收信号的信号点间距离就越短，用于达到一定的误比特率BER的所需接收SIR就越增大。换句话说，即使数据流数越少，接收SIR就越小，也能达到一定的误比特率BER。

并且，接收SIR一般随着基站、移动站间的距离延长而减少。因此，为了使数据信号的吞吐量最大，测定接收SIR，并将该接收SIR与规定阈值进行对照，从而可以控制成，在接收SIR高的情况（移动站在基站附近的情况）下增加数据流数，并在接收SIR低的情况（移动站在小区边界附近的情况）下减少数据流数。

因此，数据流数决定部13根据接收SIR值控制多数据流数。例如，如图2所示将接收SIR（通信环境）分为4个阶段，在最坏的环境（通信环境1）中将数据流数设定为1，将使用的天线编号设定为1。在通信环境2中将数据流数设定为2，将使用的天线编号设定为1、2，在通信环境3中将数据流数设定为3，将使用的天线编号设定为1、2、3，在最好的通信环境4中将数据流数设定为4，将使用的天线编号设定为1、2、3、4。

（d）导频信号振幅

下面，对数据/导频/控制信号复用部24中的导频信号的映射位置和导频信号的振幅调整进行说明。

在移动站存在于小区边界附近的情况下，由于数据信号的接收SIR较低，因而数据流数决定部13以进行单数据流传送的方式决定数据流数。因此，从存在于小区边界的移动站MS的立场来看，只要能以某种程度的品质仅获得单数据流传送用的信道估计值就够了。因此，充分提高从单数据流传送所使用的发送天线12₀发送的导频信号P1的功率来进行发送。即，在OFDM发送装置11₀的增益调整部23b中增大导频信号P1的振幅来从发送天线12₀发送，使从其他发送天线12₁、12₂、12₃发送的导频信号P₂、P₃、P₄的功率低于导频信号P1的功率来进行发送。如图2所示，在根据通信环境来控制数据流数的情况下，将导频信号功率设定为P1＞P2＞P3＞P4。

这样即使赋予功率差，从基站附近的移动站MS的立场来看，由于无线信道中的导频信号的衰减量较小，因而对信道估计精度的影响小。

（e）导频配置法

图1（B）是3个小区A、B、C中的导频信号配置例，是按帧最初的4OFDM码元来配置导频信号、而且在频率轴方向较密配置的例子。

在单数据流传送时各小区的基站BS_A、BS_B、BS_C从第1天线12₀将数据和导频信号P1发送到移动站，而根据上述导频信号配置例，各小区A、B、C的导频P1在频率方向不重合。即，该导频信号被配置成使在各小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号P1和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号P1在频率方向相互不重合。

对于小区边界的移动站MS，由于仅来自其他小区的导频信号P1的功率大，因而干扰是支配性的。因此，有必要不产生导频信号P1对其他小区的干扰。由于对小区边界的移动站MS进行单数据流传送，因而只要在该单数据流传送中发送的导频信号P1不受其他小区的导频信号P1的干扰即可。因此，只要各小区A、B、C的导频信号P1的位置相互不同即可，即使该导频信号P1被配置在与其他小区的发送天线12₁～12₃中的任一方的导频信号P2～P4相同的位置也没有故障。

根据图1（B）的导频配置，由于在单数据流传送时各小区A、B、C的信道估计用导频信号P1不与邻接小区的导频信号P1干扰，因而即使在小区边界导频信号的SIR也提高，能进行良好的信道估计。并且，在图1（B）的例子中，由于可以按3副载波间隔配置从规定天线发送的导频信号Pi（i＝1～4），因而在多数据流传送即MIMO-OFDM通信时由于插值处理而产生的信道估计误差减小，可进行良好的信道估计。即，由于可将任意小区中的任意天线的导频信号的副载波间隔保持得小，因而可提高插值精度，可实现能跟随急剧的信道变动的信道估计。

（f）移动站的结构

图5是在N＝4的情况下的移动站MS的详细结构图。对与图3相同的部分附上相同标号。

各接收天线31₀～31₃的接收信号被输入到OFDM接收装置32₀～32₃。各OFDM接收装置32₀～32₃具有相同结构，接收RF部41将接收信号的频率从无线频率变频到基带，进行A/D转换后输入到FFT定时检测部42和GI去除部43。FFT定时检测部42检测FFT定时，GI去除部43根据该FFT定时去除GI，作为N取样的并行数据输入到FFT部44。FFT部44将时域的N取样信号转换为频域的N个副载波信号分量，解扰部45将该N个副载波信号分量乘以与基站BS的扰码相同的码，提取从该基站接收的信号并将其输出。数据/导频/控制信号分离部46将映射到规定位置的数据信号、导频信号、控制信号进行分离，将数据信号输入到数据处理装置33的MIMO解调部51，将导频信号输入到信道估计部52，将控制信号输入到控制信号解调部53。

信道估计部52首先针对嵌入有导频信号的OFDM码元的副载波获得信道估计值。即，进行来自各接收天线31₀～31₃的接收导频信号和已知的发送导频信号的相关运算，而且将所获得的相关值在4码元间进行同相相加，由此获得在某种程度上抑制了来自邻接小区的干扰信号的信道估计值。然后，信道估计部52针对这些天线各方将信道估计值在时间或频率方向进行内插或外插插值，获得未嵌入有导频信号的OFDM码元在副载波中的信道估计值。之后，信道估计部52针对各天线，将各OFDM码元在各副载波中的信道估计值输入到MIMO解调部51和控制信号解调部53。

控制信号解调部53使用信道估计值来对从1根发送天线12₀发送且由4根接收天线31₀～31₃接收的控制信号实施信道补偿，在接收天线间进行分集合计来解调控制信息，提取映射到该控制信号的规定位置的数据流数的信息后输入到MIMO解调部51。

MIMO解调部51根据数据流数，使用各接收天线的接收数据信号和信道估计值来进行周知的MIMO信道分离，对通过该MIMO信道分离运算所获得的各数据流进行P/S转换后将其输出，从而恢复数据信号。

并且，SIR估计部34使用由信道估计部52所估计的信道估计值来估计接收SIR。具体地说，将特定的发送天线和接收天线间的信道估计值（复数）的实数部和虚数部的各自的平方和视为期望信号功率S，将多个码元中的分散值视为干扰信号功率I，将S和I的比用作接收SIR的估计值。控制信息映射部35将SIR估计值作为控制信息来映射到规定位置，控制信号调制部36通过纠错编码和数据调制等处理来生成控制信号，并与未作图示的数据和导频信号复用后从发送天线37向基站BS发送。

（g）别的导频配置例

在图1（B）的导频信号配置例中，是使各小区的导频P1在频率方向不重合的例子，然而也能使各小区的导频P1在频率方向和时间方向同时不重合。

图6是使各小区的导频P1在频率方向和时间方向同时不重合的导频信号配置例。在该导频信号配置例中，在开头的4OFDM码元和后面的4OFDM码元中每隔一个配置导频信号，而且使配置导频信号的副载波不同。并且，使各小区A、B、C的导频信号P1在频率方向不重合，而且使小区B的导频信号P1与小区A、C的导频信号P1在时间方向也不重合。

另外，在基站间同步系统的情况下，也可以采用各小区的导频P1仅在时间方向不重合的导频信号配置。

（h）变形例

第1实施例根据移动站的通信环境（接收SIR）将数据流数控制为1～4中的任一个，然而也可以构成为，根据移动站的通信环境（接收SIR）切换到多数据流传送即MIMO通信方式和单数据流传送即单输入多输出（SIMO）通信方式的任一方式来发送数据和导频信号。

（C）第2实施例

在第1实施例中，说明了用于减小小区边界的移动站MS从邻接小区接收的干扰信号的影响的方法。在1个小区由多个扇区构成的情况下，也可以使用相同方法减小扇区边界的移动站从邻接扇区接收的干扰信号的影响。

（a）扇区结构和导频信号配置

图7示出作为前提的扇区结构。将小区分割为中心角分别为120°的3个子区域，利用具有涵盖各个子区域的指向性的天线A₁～A₄、B₁～B₄、C₁～C₄来形成扇区A、B、C。在移动站MS位于扇区A的中央附近CAR的情况下，从基站BS仅接收扇区天线A₁～A₄的信号，而在移动到扇区A、B的边界附近的情况下，将来自扇区天线B₁～B₄的信号作为干扰信号来接收。

通常，按以下抑制这些干扰信号。即，在基站BS中，通过扩展码的扩展或者重复来将1码元的信息复制到多个码元上，之后乘以扇区固有的扰码来发送。在移动站MS中，乘以与基站BS相同的扰码后进行扩展码的解扩或者同相加法运算，从而在某种程度上抑制来自邻接扇区的干扰信号。然而，关于导频信号，由于以较高功率发送，因而即使进行了上述处理，也仍然对邻接扇区产生干扰，给该邻接扇区带来的影响大。特别是，在各扇区的导频信号的配置是公共的情况下，由于各扇区的导频信号相互干扰，因而信道估计精度劣化。

在第2实施例中，与第1实施例一样，在单数据流传送中使用的发送天线A₁、B₁、C₁的导频信号P1以十分高的功率发送，发送天线A₂～A₄、B₂～B₄、C₂～C₄的导频信号P2、P3、P4以比发送天线A₁、B₁、C₁的导频信号低的功率发送。即，导频信号P1、P2、P3、P4的发送功率被设定为P1＞P2、P3＞P4。并且，关于导频信号配置，与第1实施例一样，如图8所示配置成使扇区A、B、C中的发送天线A₁、B₁、C₁的导频信号P1的位置相互不同。

这样，只要扇区边界的移动站进行单数据流传送，信道估计中的其他扇区的导频信号影响就轻微，所以能进行稳定接收。因此，在移动站MS位于扇区边界的情况下，只要将传送的数据流数切换到1，就总是能进行稳定接收而与扇区内的位置无关。

（b）基站的结构

图9是第2实施例的基站BS的结构图，与图4的第1实施例的不同点是，下行链路接收SIR信息和扇区边界判定比特被映射到从移动站MS反馈的控制信号，对相同部分附上相同标号。

控制信号解调部20解调从移动站MS发送来的控制信息，并将下行链路接收SIR信息和扇区边界判定比特输入到数据流数决定部13。当扇区边界判定比特是“0”时，表示移动站MS位于扇区中央，当是“1”时，表示移动站MS位于扇区边界。数据流数决定部13根据接收SIR信息和扇区边界判定比特来决定数据流数。具体地说，首先，当扇区边界判定比特是“1”时，将数据流数决定为1。另一方面，当扇区边界判定比特是“0”时，与第1实施例一样，通过将接收SIR信息与规定阈值进行对照来决定数据流数。

（c）移动站的结构

图10是第2实施例的移动站的结构图，FFT部44以后的处理与第1实施例不同。并且，OFDM接收部32₀～32₃和数据处理部33的结构不同。即，OFDM接收部32₀～32₃由接收RF部41、FFT定时检测部42、GI去除部43以及FFT部44构成。数据处理装置33具有第1扇区信号处理部33a、第2扇区信号处理部33b以及第3扇区信号处理部33c。

在第1扇区信号处理部33a中，与OFDM接收部32₀～32₃对应的各解扰部45将从各FFT部44输出的N个副载波信号分量乘以与扇区A的扰码相同的码，提取从该扇区A接收的信号并将其输出。然后，各数据/导频/控制信号分离部46将映射到规定位置的数据信号、导频信号、控制信号进行分离，分别将数据信号输入到数据处理装置33的MIMO解调部51，将导频信号输入到信道估计部52，将控制信号输入到控制信号解调部53。以后，与第1实施例一样，信道估计部52估计移动站MS存在的扇区A中的信道，控制信号解调部53解调控制信号来将数据流数输入到MIMO解调部51，MIMO解调部51解调数据信号后将其输出。

另一方面，第2扇区信号处理部33b将从OFDM接收部32₀～32₃的FFT部44输出的N个副载波信号分量乘以与扇区B的扰频码相同的码，提取从该扇区B接收的信号后将其输出。然后，第2扇区信号处理部33b将映射到规定位置的导频信号进行分离，并与第1实施例一样估计扇区B中的信道。同样，第3扇区信号处理部33c进行扇区C的信道估计。

SIR估计部34使用由信道估计部52所估计的信道估计值，采用与第1实施例相同的方法来估计来自扇区A的下行链路接收SIR。扇区边界判定部38使用第1～第3扇区信号处理部33a～33c的信道估计值来生成扇区边界判定比特。具体地说，将信道估计值（复数）的实数部和虚数部的各自的平方和视为期望信号功率，在第1、第2扇区信号处理部33a、33b之间的期望信号功率差、或者第1、第3扇区信号处理部33a、33c之间的期望信号功率差低于规定阈值的情况下，判定为移动站位于扇区边界附近，把扇区边界判定比特设定为“1”。在其他情况下，把扇区边界判定比特设定为“0”。控制信息映射部35将SIR估计值和扇区边界判定比特作为控制信息来映射，控制信号调制部36通过纠错编码和数据调制等处理来生成控制信号，并与未作图示的数据和导频信号复用后从发送天线37发送。

·效果

根据本发明，由于使在规定小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合，因而可在防止来自移动站不是通信中的其他小区的导频信号干扰的同时，进行精度高的信道估计。

并且，根据本发明，由于使在规定小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号和在邻接小区中在单数据流传送时用于信道估计的导频信号在频率方向和/或时间轴方向相互不重合，而且使在所述单数据流传送时从规定天线发送的用于信道估计的导频信号的功率比从其他天线发送的导频信号的功率大，因而在移动站存在于小区边界的情况下，可充分减小导频信号间的干扰，而且可进行能跟随急剧的信道变动的信道估计。另外，在进行了扇区化的情况下也能产生以上效果。

并且，根据本发明，由于可缩短规定天线的导频插入副载波间隔，因而在进行MIMO-OFDM通信的情况下，即使发生急剧的信道变动，也可实现能跟随该变动的信道估计。

Claims (10)

1.一种基站中的通信方法，其中，该基站使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该通信方法的特征在于，其具有：

根据移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式进行通信的步骤；以及

如下步骤：按照在规定小区中基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合的方式来配置该导频信号，并且配置为，在各小区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，该通信方法具有使在所述单数据流传送时从规定天线发送的导频信号的功率比从其他天线发送的导频信号的功率大的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的通信方法，其特征在于，该通信方法具有：

在移动站中接收从基站发送的导频信号而测定通信环境，并将确定该通信环境的数据反馈给基站的步骤；以及

在基站中根据该通信环境确定数据来决定是进行多数据流传送还是进行单数据流传送的步骤。

4.根据权利要求1或2所述的通信方法，其特征在于，该通信方法具有：

在移动站中接收从基站发送的导频信号而测定通信环境，并将确定该通信环境的数据反馈给基站的步骤；以及

在基站中根据该通信环境确定数据来控制多数据流传送中的数据流数的步骤。

5.一种基站中的通信方法，该基站将小区进行扇区化，针对各扇区使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该通信方法的特征在于，其具有：

根据扇区内的移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式来进行通信的步骤；以及

如下步骤：按照在规定扇区中基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于该规定扇区的邻接扇区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合的方式来配置该导频信号，并且配置为，在各扇区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合。

6.一种基站，其使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该基站的特征在于，具有：

通信方式决定部，其根据移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定小区中基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合，并且控制为，在各小区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合。

7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述基站具有导频功率控制部，该导频功率控制部使在所述单数据流传送时从规定天线发送的导频信号的功率比从其他天线发送的导频信号的功率大。

8.一种基站，其将小区进行扇区化，针对各扇区使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起发送给移动站，该基站的特征在于，其具有：

通信方式决定部，其根据扇区内的移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定扇区中基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于该规定扇区的邻接扇区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合，并且控制为，在各扇区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合。

9.一种移动站，其接收由基站使用OFDM发送装置与数据一起发送来的导频信号，该移动站的特征在于，具有：

接收部，其接收根据移动站的通信环境，采用多数据流传送即MIMO通信方式、或者采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式从基站发送来的数据和导频信号；以及

分离部，其将所述接收部接收到的数据和导频信号分离；

所述接收部接收如下配置的该导频信号：在规定小区中所述基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于该规定小区的邻接小区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合，并且在各小区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合。

10.一种无线通信系统，其中，使用OFDM发送装置将导频信号与数据一起从基站发送给移动站，该无线通信系统的特征在于：

所述基站具有：

通信方式决定部，其根据移动站的通信环境，决定是采用多数据流传送即MIMO通信方式进行通信、还是采用单数据流传送即单输入多输出(SIMO)通信方式进行通信；以及

导频位置控制部，其将该导频信号的位置控制成使在规定小区中本站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号、与在邻接于所述规定小区的邻接小区中其他基站从多个天线发送的多个导频信号中的在单数据流传送时从规定天线发送的导频信号在频率方向和/或时间轴方向上相互不重合，并且控制为，在各小区中所述从多个天线发送的多个导频信号在频率方向上相互不重合，

所述移动站具有：

接收部，其在所述规定小区中接收从所述基站发送的导频信号。