CN109302856A - 发送装置、通信系统和预编码运算方法 - Google Patents

发送装置、通信系统和预编码运算方法 Download PDF

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Abstract

应用于进行多用户MIMO下行链路通信的通信系统的发送装置具有：预编码器，其实施发送预编码处理；非线性处理器，其进行逐次干扰去除；波束成形控制器，其执行多个波束的形成和波束照射方向的控制；以及用户排序处理器，其根据各波束的照射方向信息估计多个用户终端的位置关系，从特定用户起按照从近到远的顺序进行顺序排列，决定发送对象用户与干扰容许用户的配对，预编码器根据配对结果，按照各个用户决定发送对象用户和干扰容许用户这2个用户，对2个用户以外的用户进行零控，由此执行发送预编码处理。

Description

发送装置、通信系统和预编码运算方法
技术领域
本发明涉及多用户MIMO下行链路通信中的发送装置、通信系统和预编码运算方法。
背景技术
近年来，作为以有限的频带实现高速传输的无线通信系统，正在积极地研究如下的多用户MIMO(MU-MIMO)系统：对在发送接收机双方设置有多个天线的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output：多输入多输出)系统进行扩张，在MIMO系统中应用空分复用接入(SDMA：Space Division Multiple Access)方式。
MU-MIMO是如下的系统形式：相对于具有多个天线的基站，存在具有多个天线的多个用户终端，在同一无线频带对多个终端进行同时传输。
在本发明中，将从基站朝向各用户终端传输信号的MU-MIMO下行线路(下行链路)作为对象。图1是示出在本发明中作为对象的MU-MIMO下行链路的说明图。
这里，设接收用户终端数为Nusr(Nusr≧2)，设用户#u(u＝1,2,…,Nusr)的天线数为Nr,u(Nr,u≧1)，设发送基站的天线数为Nt(Nt≧1)。因此，全部用户的总接收天线数为
Nr,total＝Nr,1+Nr,2+…+Nr,Nusr。
并且，设从发送基站朝向用户#u的Nr,u×Nt传输路径矩阵为Hu。在MU-MIMO下行链路中，从基站朝向各用户终端同时发送信号。因此，一般而言，在用户终端的接收信号中，除了期望信号以外，还包含面向其他用户的信号。即，产生用户间干扰(IUI：Inter-UserInterference)。
优选尽可能在与处理量和天线数有关的制约比用户终端少的基站侧进行IUI对策。因此，在MU-MIMO下行链路中，作为IUI对策，在基站侧实施的发送预编码不可或缺。
作为实现MU-MIMO下行链路的代表性预编码，正在广泛研究块对角化(BD：BlockDiagonalization)(例如参照非专利文献1、2)。该BD法是如下的预编码方法：通过使零朝向期望用户以外的用户，以仅向期望用户传递信号的方式形成波束空间。
通过对全部用户进行该操作，能够实现完全不产生IUI的MU-MIMO环境，能够简化终端中的接收机结构。另一方面，BD法在IUI去除(零点)中消耗天线自由度，因此，具有期望功能大幅降低的问题。
与此相对，已提出容许一部分用户的IUI来确保分集增益的块复用对角化法(BMD：block multi-diagonalization)、以及组合通过预抵消来抑制残留的IUI的方法而成的非线性块复用对角化法(NL-BMD：nonlinear-BMD)(例如参照非专利文献3～5)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：M.Rim,"Multi-user downlink beamforming with multipletransmit and receive antennas,"Electron.Lett.,vol.38,no.25,pp.1725-1726,Dec.2002.
非专利文献2：L.U.Choi and R.D.Murch,"A transmit preprocessingtechnique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach,"IEEETrans.Wireless Commun.,vol.3,no.1,pp.20-24,Jan.2004.
非专利文献3：西本浩、平明徳、井浦裕貴、内田繁、岡崎彰浩、岡村敦“5Gにおける高SHF帯·広帯域Massive MIMOの実現に向けた非線形ブロック多重対角化プリコーディングの検討,”信学技報、vol.115,no.472,RCS2015-377,pp.255-260,March 2016.
非专利文献4：H.Harashima and H.Miyakawa,"Matched-transmissiontechnique for channels with intersymbol interference,"IEEE Trans.Commun.,vol.20,Aug.1972.
非专利文献5：B.M.Hochwald,C.B.Peel,and A.L.Swindlehurst,"A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiusercommunication-Part II：Perturbation,"IEEE Trans.Commun.,vol.53,no.3,pp.537-544,March 2005.
发明内容
发明要解决的课题
但是，在现有技术中存在以下这种课题。
公知在以BD法为代表的线性预编码方式中，在应该分开的用户即进行IUI抑制的用户接近的情况下，期望功率大幅降低，接收信号对噪声功率比(SNR：Signal-to-Noisepower Ratio)劣化。BMD法也是一种线性预编码，当应该分开的用户接近时，SNR降低。
另一方面，基于预抵消的IUI抑制(IUI-PC)是发送侧的非线性操作，与应该进行IUI抑制的用户的位置几乎没有关系，可得到稳定的传输特性。但是，用户配置不是事前决定的，而是随着时间而变动。因此，不一定指定接近用户作为IUI容许用户。其结果是，接近用户通过BMD法指定成进行IUI抑制的对象，与BD法同样，存在SNR降低的问题。
本发明正是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于，得到能够提供与现有的BD法相比得到发送分集增益的发送预编码的发送装置、通信系统和预编码运算方法。
用于解决课题的手段
本发明的发送装置应用于通信系统，该通信系统相对于具有多个发送天线的发送装置存在具有一个或多个接收天线的多个用户终端，进行多用户MIMO下行链路通信，其中，发送装置具有：预编码器，其对分别针对多个用户终端的发送信号实施发送预编码处理；非线性处理器，其对被实施了发送预编码处理后的发送信号进行逐次干扰去除；以及波束成形控制器，其根据被进行了逐次干扰去除后的发送信号，形成比多个发送天线的数量少的多个波束，并且，对与多个发送天线连接的移相器或数字信号处理器进行控制，由此对波束照射方向进行控制，发送装置还具有用户排序处理器，该用户排序处理器根据波束成形控制器具有的各波束的照射方向信息估计多个用户终端的位置关系，从特定用户起按照从近到远的顺序进行顺序排列，决定发送对象用户与干扰容许用户的配对，向预编码器发送决定结果，预编码器根据从用户排序处理器接收到的决定结果，按照各个用户决定发送对象用户和干扰容许用户这2个用户，对2个用户以外的用户进行零控(null-steering)，由此执行发送预编码处理。
并且，本发明的通信系统存在有多个本发明的发送装置，具有对多个发送装置进行统一控制的控制站，其中，控制站生成各个发送装置的波束方向信息和顺序排列信息并发送给各个发送装置，使得波束的照射区域在多个发送装置之间不会重复，多个发送装置分别根据波束方向信息对波束照射方向进行控制，根据顺序排列信息执行发送预编码处理。
并且，本发明的预编码运算方法是在应用于通信系统的发送装置中执行的，该通信系统相对于具有多个发送天线的发送装置存在具有一个或多个接收天线的多个用户终端，进行多用户MIMO下行链路通信，其中，预编码运算方法具有以下步骤：第1步骤，对分别针对多个用户终端的发送信号实施发送预编码处理；第2步骤，对被实施了发送预编码处理后的发送信号进行逐次干扰去除；以及第3步骤，根据被进行了逐次干扰去除后的发送信号，形成比多个发送天线的数量少的多个波束，并且，对与多个发送天线连接的移相器或数字信号处理器进行控制，由此对波束照射方向进行控制，预编码运算方法还具有如下的第4步骤：根据通过第3步骤控制的波束照射方向估计多个用户终端的位置关系，从特定用户起按照从近到远的顺序进行顺序排列，决定发送对象用户与干扰容许用户的配对，在第1步骤中，根据通过第4步骤决定的配对，按照各个用户决定发送对象用户和干扰容许用户这2个用户，对2个用户以外的用户进行零控，由此执行发送预编码处理。
发明效果
根据本发明，具有如下结构：在MU-MIMO下行链路中，进行容许对象用户的下一个用户作为IUI用户的预编码，能够对多用户空间进行分层。其结果是，能够得到可提供与现有的BD法相比得到发送分集增益的发送预编码的发送装置、通信系统和预编码运算方法。
附图说明
图1是示出在本发明中作为对象的MU-MIMO下行链路的说明图。
图2是本发明中的阵列天线的混合结构的一例，是示出全阵列型混合结构的图。
图3是本发明中的阵列天线的混合结构的一例，是示出子阵列型混合结构的图。
图4是示出本发明中的阵列天线的全数字型的结构的图。
图5是示出本发明中的汇集有波束形成部的阵列天线结构的说明图。
图6是示出本发明的实施方式1中的通信系统的结构图。
图7是示出本发明的实施方式1中的发送装置的结构的图。
图8是示出本发明的实施方式1中的接收装置的结构的图。
图9是本发明的实施方式2中的移动通信统的结构图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的发送装置、通信系统和预编码运算方法的优选实施方式进行说明。下面，将物理上的发送天线或接收天线称作“天线”，将在对发送阵列或接收阵列乘以权重的情况下观测到的实效的阵列元件称作“分支”。
在各实施方式1、2中，为了简化说明，设各用户终端的接收天线数为Nr根而不依赖于用户终端。并且，在接收阵列中对接收信号乘以Nw(Nw≦Nr)个权重，设从发送基站观测到的每个用户的接收分支数为Nw根而不依赖于用户终端。由此，全部用户的总接收分支数成为
Nw,total＝Nusr×Nw。
这里，应用于接收阵列的权重是在预编码矩阵计算中假设的权重，能够应用任意的权重。并且，在Nw＝Nr的情况下，可以是单位矩阵，或者也可以是传输路径矩阵的固有向量矩阵，在本发明中没有限制。
另外，以下说明的各实施方式1、2能够应用于任意的接收分支数。因此，如之前的图1所示，也可以是按照每个用户而不同的天线数或分支数。
并且，设发送天线数和接收分支数满足以下关系。
Nt≧Nw,total-Nw＝(Nusr-1)×Nw
阵列天线的构成方法可考虑多种方法，但是，在天线数非常多的Massive MIMO等中，使用组合模拟波束形成和MIMO信号处理的混合结构。图2是本发明中的阵列天线的混合结构的一例，是示出全阵列型混合结构的图。在该图2的结构中，准备波束数即Nb个与各天线连接的移相器的组。
Nb个DAC输出从各波束发送的信号。通过设置移相器，使用全部天线形成发送波束。一般而言，波束数远远小于天线数。因此，必要的数字元件数即DAC和ADC的元件数得到抑制，能够简化构造。
图3是本发明中的阵列天线的混合结构的一例，是示出子阵列型混合结构的图。在该图3的结构中，天线被分割成子阵列，按照每个子阵列，通过移相器形成波束。
子阵列结构与全阵列结构相比，1个波束能够利用的天线数减少，但是，仅准备天线数的移相器即可。因此，模拟部被简化。但是，子阵列结构中的数字元件数与全阵列结构相同，需要波束数的量。
图2、图3的结构大多用于模拟-数字混合的情况，但是，有时也用于数字Massive-MIMO。并且，图4是示出本发明中的阵列天线的全数字型的结构的图。在该图4的结构中，需要与天线数相同数量的数字元件数。
在全数字结构中，通过波束形成部(Beam Forming)中的数字信号处理来进行与移相器负责的波束形成等效的处理。
本结构无法减少数字元件数，但是，在MIMO Processing的运算中，不是以天线数Nt而是以波束数Nb的空间自由度进行处理即可。因此，能够削减运算处理量。波束形成部还能够应对全阵列/子阵列的任意处理。
本发明还能够应用于图2～图4中的任何阵列天线的结构和波束形成法。因此，使用汇集有波束形成部的图5的结构进行说明。图5是示出本发明中的汇集有波束形成部的阵列天线结构的说明图。
在本实施方式1中，设进行从基站朝向用户终端的下行链路通信，设基站为发送装置，设用户终端为接收装置。另外，作为二次调制方式，可以应用OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplex：正交频分复用)等多载波方式，也可以应用单载波块传输等单载波方式。
在以下的说明中，将以OFDM或单载波块传输为代表的通过离散傅里叶变换处理和CP(Cyclic Prefix：循环前缀)附加而使信号成块的方式称作块传输。另外，本发明不由以下说明的各实施方式1、2限定。
在对具体的实施方式进行说明之前，通过数学式对进行预编码的MU-MIMO下行链路系统进行模型化。设针对用户#i(i＝1,2,…,Nusr)的发送信号向量为si(t)，设发送功率分配矩阵为Pi，设发送预编码矩阵为Bi，设发送波束形成用的权重为Fi，设真的Nr×Nt传输路径矩阵为
【数学式1】
设Nw×Nr接收权重矩阵为Wi，设接收权重相乘前的真的接收信号向量为yi(t)，设接收权重相乘后的接收信号向量为ri(t)，设真的接收热噪声向量为
【数学式2】
时，能够如下定义系统模型。
【数学式3】
另外，从图5的数字MIMO处理部观察时，无法观测到各个天线的传输路径，能观测到特定方向上形成的波束单位的传输路径。
设将接收权重矩阵、真的传输路径矩阵、发送波束成形用权重F相乘而得到的Nw×Nb矩阵为新的传输路径矩阵Hi。进而，设对真的接收热噪声向量乘以接收权重矩阵而得到的Nw次向量为新的接收热噪声向量ni。此时，系统模型如下。
【数学式4】
上式(1)能够如下式(2)那样表现。
【数学式5】
这里，在上式(2)中，
【数学式6】
定义成包含接收权重的Nw,total×Nb系统传输路径矩阵，
【数学式7】
定义成Nb×Nst系统预编码矩阵(其中，Nst是针对全部用户的总流数)，
【数学式8】
定义成确定针对用户的发送功率分配的系统发送功率矩阵，
【数学式9】
定义成Nst次系统发送向量，
【数学式10】
定义成接收权重相乘后的Nw,total次系统噪声向量。
【数学式11】
与
【数学式12】
之积能够捕捉成基于发送分支形成的实效的系统传输路径矩阵
【数学式13】
，成为下式(3)。
【数学式14】
在上式(3)所示的实效系统传输路径矩阵中，仅保留块对角项即HiBi(i＝1,2,…,Nusr)成分而设除此以外的非块对角项为零矩阵O的发送预编码方法是非专利文献1、2中公开的现有的BD法。并且，下式(4)所示的实效系统传输路径矩阵是非专利文献3中公开的BBD(block bi-diagonalization：块对角化)。
【数学式15】
在BMD法中，设IUI容许用户数为1的是BBD法。在上式(4)中，示出设Nusr＝8的情况下的例子。可知第1用户容许针对第2用户的干扰，得到分集次数2。针对IUI残留的用户对，通过发送信号生成时的IUI-PC抑制干扰。
下面，在这些技术内容的基础上，进行本实施方式1、2的详细说明。
实施方式1
图6是示出本发明的实施方式1中的通信系统的结构图。本实施方式1中的通信系统由具有Nt根发送天线101的基站即发送装置100、具有Nr根接收天线201的多个用户终端即Nusr台接收装置200(1)、…、200(Nusr)构成。
另外，各接收装置200(1)～200(Nusr)的结构和信号处理相同。因此，在与接收装置有关的以下的说明中，关注某一台接收装置，将其设为接收装置200进行说明。
图7是示出本发明的实施方式1中的发送装置100的结构的图。发送装置100构成为具有一次调制器110(1)～110(Nusr)、预编码器120、用户排序处理器121、非线性处理器130、波束成形处理器140和波束成形控制器141。
Nusr台一次调制器110对面向各个用户的数据进行一次调制。预编码器120进行MU-MIMO预编码和IUI-PC。此时，用户排序处理器121针对预编码器120指示预编码应用中的用户的顺序排列和功率分配。
非线性处理器130对预编码器120处理后的数据进行非线性处理。波束成形处理器140使用多个天线101形成波束。此时，波束成形控制器141指示各波束的照射方向。
作为其他结构，在发送装置100内，作为功能部存在进行二次调制、数字/模拟(D/A)转换、从基带到RF(无线频率)的转换等的发送波形整形器。但是，如之前的图2～图5所示，可考虑各种构成方法，因此，设发送波形整形器包含在波束成形处理器140中。
这里，波束成形处理器140每次进行一次调制时，进行信道编码、向QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交振幅调制)等一次调制符号的映射。并且，波束成形处理器140在使用单载波块传输方式时，还包含与离散傅里叶变换处理有关的功能部。
并且，波束成形处理器140内的发送波形整形器在使用块传输方式时，在D/A转换前进行离散傅里叶逆变换和CP附加处理。而且，发送波形整形器中的信号处理手段可以是数字处理，也可以是模拟处理。
另外，在设从一次调制器110朝向预编码器120的输入信号为s110时，s110对应于上式(2)中的
【数学式16】
并且，在设从非线性处理器130朝向波束成形处理器140的输出信号为s130时，s130对应于上式(2)中的
【数学式17】
的部分。
图8是示出本发明的实施方式1中的接收装置200的结构的图。接收装置200构成为具有接收波形整形器210(1)～210(Nr)、解码器220和解调器230。
Nr台接收波形整形器210(1)～210(Nr)对各接收天线201中的接收信号进行从RF到基带的转换、模拟/数字(A/D)转换、信号滤波处理等。解码器220进行用于提取期望信号的MU-MIMO解码处理。进而，解调器230对MU-MIMO解码后的信号进行解映射和信道解码处理。
这里，接收波形整形器210在使用块传输方式时，在输入到解码器220之前进行CP去除和离散傅里叶变换。而且，接收波形整形器210中的信号处理手段可以是数字处理，也可以是模拟处理。
并且，解调器230在使用单载波块传输方式时，还包含对频率失真进行补偿的均衡处理和离散傅里叶逆变换处理。
接着，对本实施方式1中的预编码器120中应用的MU-MIMO预编码矩阵的计算方法进行说明。本发明能够在BMD法中应对任意的IUI容许用户。但是，在本实施方式1中，对设IUI容许用户数为1的情况下的例子(BBD法)进行说明。
在以下的说明中，为了简化讨论，省略波束成形处理器140内包含的发送波形整形器和接收波形整形器210的处理，发送装置100的预编码器120的输出与针对接收装置200的解码器220的输入之间利用等效低通系统表现。
并且，在以下的计算过程中，在预编码器120中需要传输路径矩阵的信息。在下行链路和上行链路由频分双工(FDD：Frequency Division Duplex)构成的情况下，能够通过向发送装置100反馈由接收装置200估计出的传输路径信息，实现该传输路径矩阵的信息。并且，在下行链路和上行链路由时分双工(TDD：Time Division Duplex)构成的情况下，通过发送接收的可逆性在发送装置100中估计传输路径，由此能够得到传输路径信息。
为了求出针对用户#i的预编码矩阵，在期望用户#i的基础上，选定容许IUI的一个用户。在以后的说明中，将选定的1个用户称作IUI用户。但是，一次被选定为IUI用户的用户在面向其他用户#p(p≠i)的预编码矩阵计算时不能被选定为IUI用户。
即，无法将同一用户重复选定为IUI用户。作为补充，在设IUI容许用户数为M的情况下，能够选定同一用户作为IUI用户到M次为止。
作为例子，叙述相对于用户#i设下一个索引的用户(#i+1)为IUI用户的情况下的具体的预编码矩阵的运算方法。定义从系统传输路径矩阵
【数学式18】
中去除期望用户#i和IUI用户#i+1的传输路径矩阵成分而得到的(Nw,total-2Nw)×Nb矩阵
【数学式19】
能够如下式(5)所示进行奇异值分解(SVD：Singular Value Decomposition)。
【数学式20】
其中，Ui是
【数学式21】
的左奇异向量矩阵，Vi是右奇异向量矩阵，Σi是对角项具有奇异值的奇异值矩阵。
在奇异值矩阵Σi中，设对角项的奇异值根据大小而成为降序时，如上式(4)所示，能够分开表现成由(Nw,total-2Nw)个非零奇异值构成的部分对角矩阵Σi (s)以及与(Nt-(Nw,total-2Nw))的零奇异值对应的零矩阵。
并且，对应于分开表现的各个矩阵，存在右奇异向量Vi (s)、Vi (n)。当Vi (n)为用户#i的预编码矩阵时，针对用户#i的实效传输路径矩阵如下式(6)所示，对用户#i和用户#i+1以外的用户进行零控。
【数学式22】
进而，根据上式(6)中的用户#i的期望成分HiVi (n)，形成适合于用户#i的波束空间。即，在HiVi (n)中应用SVD，或者在非负值厄米矩阵(HiVi (n))HHiVi (n)中应用固有值分解，求出与较大的固有值对应的固有向量矩阵Vi (e)。
通过在基于Vi (n)的零控后乘以Vi (e)，仅对用户#i和用户#i+1形成信号空间，而且，能够实现提高用户#i的接收增益的波束形成。如上所述，本发明中的针对用户#i的预编码矩阵通过下式(7)得到。
【数学式23】
Bi＝Vi (n)Vi (e) (7)
针对最终用户无法设定IUI用户。因此，与通常的BD同样，求出实现针对其他用户的完全零控而不容许干扰的预编码矩阵。具体而言，针对用户#Nusr，定义从系统传输路径矩阵中除去期望传输路径成分而得到的(Nw,total-Nw)×Nb矩阵
【数学式24】
如下式(8)所示，能够进行奇异值分解。
【数学式25】
其中，UNusr是
【数学式26】
的左奇异向量矩阵，VNusr是右奇异向量矩阵，ΣNusr是对角项具有奇异值的奇异值矩阵。在ΣNusr中，设对角项的奇异值根据大小而成为降序时，如上式(8)所示，能够分开表现成由(Nw,total-Nw)个非零奇异值构成的部分对角矩阵ΣNusr (s)以及与(Nb-(Nw,total-Nw))的零奇异值对应的零矩阵。
并且，存在分别对应的右奇异向量VNusr (s)、VNusr (n)。当VNusr (n)为用户#Nusr的预编码矩阵BNusr时，针对用户#Nusr的实效传输路径矩阵如下式(9)所示，对用户#Nusr以外的用户进行零控。
【数学式27】
如上所述，求出从用户#1到用户#(Nusr-1)容许针对下一个用户的干扰，关于用户#Nusr实现针对其他全部用户的零控的预编码矩阵，将其应用于系统传输路径时，观测到下式(10)这样的实效系统传输路径矩阵。
【数学式28】
根据上式(10)可知，实效系统传输路径矩阵实现块双重对角化。即，实现干扰容许用户数1的分层。由此，如下所述，能够应用在发送侧进行逐次干扰去除的非线性MU-MIMO处理。
非线性处理器130能够活用上述块双重对角化，在发送侧预先去除在接收侧成为IUI的成分。通过上式(10)所示的实效系统传输路径矩阵，在预编码时在用户#i(i≧2)中观测到的接收信号能够通过下式(11)表示。
【数学式29】
当设已决定针对用户#(i-1)的发送信号si-1(t)时，通过设Si(t)为由下式(12)给出的信号，能够去除接收点处的干扰。
【数学式30】
用户#1的接收信号不存在IUI。因此，不需要实施上述处理。从用户#2起依次通过上述处理决定发送信号，由此能够预先去除各接收用户中的IUI。
并且，跟发送干扰抵消数与用户数成比例地增大的一般的非线性MU-MIMO不同，通过应用本实施方式1的预编码矩阵，干扰抵消数能够仅限定于一个用户。因此，能够实现运算量的削减，并且抑制SNR的降低。
但是，通过由上式(12)给出的发送处理，实际发送的信号产生膨胀或缩小，变得不稳定。因此，非线性处理器130也可以通过非专利文献4中公开的取模运算或非专利文献5中公开的摄动处理实施使发送信号波形稳定的处理。
如上所述，根据实施方式1，具有在MU-MIMO下行链路中进行容许对象用户的下一个用户作为IUI用户的预编码的结构。其结果是，能够实现如下的非线性MU-MIMO方式：能够对多用户空间进行分层，实现运算量的削减，并且能够抑制SNR的降低。
在上述预编码矩阵运算的施加干扰用户决定步骤中，用户的排列顺序是极为重要的。决定该用户顺序和功率分配的是之前的图7所示的用户排序处理器121。用户排序处理器121发挥决定用户顺序并对预编码器120指示顺序和功率分配的功能。在顺序排列中，用户的顺序与施加干扰/被干扰的IUI用户的配对是重要的。
根据线性预编码的性质，在对传输路径相关性较高的接近用户彼此进行配对的情况下，接收SNR的改善效果较大。作为顺序排列的基准的一例，举出以下例子。
(基准1)设为各用户的传输路径增益(传输路径矩阵的Frobenius范数的平方)的顺序。
(基准2)设为各用户的最大固有值的顺序。
(基准3)按照相邻用户彼此的传输路径矩阵的相关性从高到低进行顺序排列。
但是，按照每个预编码权重计算进行这些计算时，在运算量方面存在问题。因此，本实施方式1中的用户排序处理器121利用波束成形控制器141的波束照射方向的信息进行排序。
在图2～图5所示的波束成形型的MU-MIMO系统中，进行2个阶段的分支形成。即，作为第1阶段，对阵列天线进行控制，朝向用户所在的方向形成波束。然后，作为第2阶段，通过MIMO信号处理进行波束合成(预编码)以抑制流间干扰。
这里，在第1阶段的波束形成中生成的波束是由模拟元件形成的粗略的波束。因此，在第1阶段形成的波束中，仅主瓣朝向各用户，波束的旁瓣对于其他用户来说成为干扰。
另一方面，在同时传输多个流的情况下，必须消除该干扰。因此，严格消除该流间干扰的处理是第2阶段的流间干扰抑制。
特别是在图2、图3的结构中，第1阶段通过模拟移相器的控制来实现，第2阶段通过数字信号处理来实现。进而，用户的位置与调度速度相比，变动是非常低速的。因此，多数情况下，第1阶段的波束成形处理器140的动作频度比第2阶段的预编码器120的动作频度低。
利用该性质，用户排序处理器121利用波束照射方向的信息，以低运算量进行有效排序。下面对具体步骤进行说明。
用户排序处理器121从波束成形控制器141接受波束照射方向的信息，估计用户的位置关系。在统计上，用户位置越近，则传输路径的相关性越大。由此，用户排序处理器121通过以下步骤执行用户的排序。
(步骤1)选择任意用户作为用户#1。设定为i＝1。
(步骤2)从未被选择的用户中选择位于与用户#i最近距离的位置处的用户，设为用户#i+1。
(步骤3)在全部用户的排序完成后结束。在存在未选择的用户的情况下，设为i←i+1，返回(步骤2)。
作为其他排序方法，可考虑利用各用户的接收功率。各波束的主波束朝向用户所在的方向，因此，可认为来自该用户的信号功率是支配性的。因此，用户排序处理器121根据由波束成形控制器141观测到的各波束的接收功率进行排序，由此，能够使位于附近的用户成对。
作为排序，可考虑按照接收功率从高到低的顺序或从低到高的顺序进行排列。也可以从上位层等其他功能块取得每个波束或每个用户的接收功率强度信息。
关于流间的功率分配，可举出根据各用户的传输路径增益而通过注水定理来决定、或进行分配以使全部用户的接收品质均匀等方法。在本实施方式1中，功率分配的方法没有特别规定。
另外，在上述实施方式1中，使用设为1个IUI容许用户的BBD的例子进行了说明。但是，IUI容许用户的数量可以是任意的。该情况下，针对期望用户和IUI容许用户以外的用户形成零的线性预编码器进行动作，然后，应用IUI-PC以抑制来自全部IUI用户的干扰。
进而，IUI容许用户的数量也可以按照每个流而不同。该情况下，能够采用非专利文献3中记载的块三角化法(BT：block triangulation)。
实施方式2
为了构筑大规模的移动通信系统，需要多个基站进行协作动作。因此，在本实施方式2中，说明具有在存在多个基站的环境下对这些多个基站进行统一控制的控制站300的结构。
图9是本发明的实施方式2中的移动通信统的结构图。在图9中示出如下结构：构成Nbs台之前的实施方式1中记载的基站100，通过控制站300对Nbs台基站100(1)～100(Nbs)进行控制。
在该图9这样的结构中，重要的是考虑波束的照射区域或分支的照射区域在多个基站100之间不会重复。因此，控制站300构成为具有波束成形控制器301、用户排序处理器302和预编码器计算器303，进行各基站100的波束控制和预编码权重的计算。
接着，对本实施方式2中的控制站300的具体动作进行说明。
控制站300内的波束成形控制器301对各基站100的波束成形控制器141发出指示，进行要照射的波束方向的控制。控制站300内的用户排序处理器302从波束成形控制器301接受用户的位置信息，针对每个基站100，按照从近到远的顺序进行用户的排序。
进而，控制站300内的预编码器计算器303根据用户排序信息计算预编码权重，并通知给各基站100。各基站100(1)～100(Nbs)根据被通知的预编码权重信息和用户排序信息，通过与之前的实施方式1相同的处理形成分支，发送信号。
如上所述，根据实施方式2，在多个基站协作动作的状况下，也在控制站中进行用户排序，从而能够改善MU-MIMO的传输性能。
另外，在本实施方式2中，也可以从控制站300向基站100仅通知用户排序信息，在各基站100中计算预编码权重。

Claims (8)

1.一种发送装置，其应用于通信系统，该通信系统相对于具有多个发送天线的发送装置存在具有一个或多个接收天线的多个用户终端，进行多用户MIMO下行链路通信，其中，所述发送装置具有：
预编码器，其对分别针对多个用户终端的发送信号实施发送预编码处理；
非线性处理器，其对被实施了所述发送预编码处理后的发送信号进行逐次干扰去除；以及
波束成形控制器，其根据被进行了所述逐次干扰去除后的发送信号，形成比所述多个发送天线的数量少的多个波束，并且，对与所述多个发送天线连接的移相器或数字信号处理器进行控制，由此对波束照射方向进行控制，
所述发送装置还具有用户排序处理器，该用户排序处理器根据所述波束成形控制器具有的各波束的照射方向信息估计所述多个用户终端的位置关系，从特定用户起按照从近到远的顺序进行顺序排列，决定发送对象用户与干扰容许用户的配对，向所述预编码器发送决定结果，
所述预编码器根据从所述用户排序处理器接收到的所述决定结果，按照各个用户决定发送对象用户和干扰容许用户这2个用户，对所述2个用户以外的用户进行零控，由此执行所述发送预编码处理。
2.根据权利要求1所述的发送装置，其中，
所述预编码器在对所述2个用户以外的用户进行了零控后，进行针对所述发送对象用户的固有波束形成。
3.根据权利要求1或2所述的发送装置，其中，
所述用户排序处理器通过反复进行以下处理来进行所述顺序排列：
(步骤1)选择任意用户作为用户#1，设定为i＝1，
(步骤2)从未被选择的用户中选择位于与用户#i最近距离的位置处的用户，设为用户#i+1，
(步骤3)在全部用户的排序完成之前存在未选择的用户的情况下，设为i←i+1，返回(步骤2)。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的发送装置，其中，
所述波束成形控制器具有对所形成的各波束的接收功率强度进行观测的功能，
所述用户排序处理器根据所述接收功率强度，按照接收功率从小到大的顺序或接收功率从大到小的顺序进行所述顺序排列。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的发送装置，其中，
所述预编码器按照每个用户以1以上的值来设定用户间干扰的容许用户数，决定所述容许用户数的用户作为所述干扰容许用户，对所述发送对象用户和所述干扰容许用户以外的用户进行零控，由此执行所述发送预编码处理。
6.一种通信系统，其存在多个权利要求1～5中的任意一项所述的发送装置，具有对多个发送装置进行统一控制的控制站，其中，
所述控制站生成各个发送装置的波束方向信息和顺序排列信息并发送给各个发送装置，使得波束的照射区域在所述多个发送装置之间不会重复，
所述多个发送装置分别根据所述波束方向信息对所述波束照射方向进行控制，根据所述顺序排列信息执行所述发送预编码处理。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其中，
所述控制站还根据所述顺序排列信息生成预编码权重并发送给各个发送装置，
所述多个发送装置分别根据所述顺序排列信息和所述预编码权重执行所述发送预编码处理。
8.一种预编码运算方法，该预编码运算方法是在应用于通信系统的发送装置中执行的，该通信系统相对于具有多个发送天线的发送装置存在具有一个或多个接收天线的多个用户终端，进行多用户MIMO下行链路通信，其中，所述预编码运算方法具有以下步骤：
第1步骤，对分别针对多个用户终端的发送信号实施发送预编码处理；
第2步骤，对被实施了所述发送预编码处理后的发送信号进行逐次干扰去除；以及
第3步骤，根据被进行了所述逐次干扰去除后的发送信号，形成比所述多个发送天线的数量少的多个波束，并且，对与所述多个发送天线连接的移相器或数字信号处理器进行控制，由此对波束照射方向进行控制，
所述预编码运算方法还具有如下的第4步骤：根据通过所述第3步骤控制的所述波束照射方向估计所述多个用户终端的位置关系，从特定用户起按照从近到远的顺序进行顺序排列，决定发送对象用户与干扰容许用户的配对，
在所述第1步骤中，根据通过所述第4步骤决定的所述配对，按照各个用户决定发送对象用户和干扰容许用户这2个用户，对所述2个用户以外的用户进行零控，由此执行所述发送预编码处理。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112243241A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 中国电信股份有限公司 波束管理方法、装置和计算机可读存储介质

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10763940B2 (en) * 2018-03-16 2020-09-01 Blue Danube Systems, Inc. Digital port expansion for hybrid massive MIMO systems
WO2019234478A1 (en) * 2018-06-08 2019-12-12 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Sdma carrier sharing
US10523287B1 (en) * 2018-11-28 2019-12-31 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Transmission parameter assignment for MU-MIMO wireless devices
CN111371478B (zh) * 2018-12-26 2021-10-15 华为技术有限公司 预编码方法和装置及信息传输方法和装置
US20230268975A1 (en) * 2020-07-10 2023-08-24 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Multi-user physical layer packet for sensing
US20240088960A1 (en) * 2021-02-02 2024-03-14 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Wireless communication apparatus and wireless communication method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103597754A (zh) * 2011-06-08 2014-02-19 高通股份有限公司 用于多群通信的通信设备
US20150271721A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for an improved acquisition mechanism
CN105207704A (zh) * 2015-10-16 2015-12-30 哈尔滨工程大学 基于预编码方案的多用户多输入多输出系统下行链路预编码方法
CN105227226A (zh) * 2015-08-24 2016-01-06 西安电子科技大学 基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法
CN105306185A (zh) * 2014-07-31 2016-02-03 上海贝尔股份有限公司 一种基于协同调度传输下行数据的方法与设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010028737A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 無線通信方法及び無線通信システム
WO2010105683A1 (en) * 2009-03-19 2010-09-23 Nokia Siemens Networks Oy Interference avoidance in mobile communication network employing distributed antenna system
JP5830478B2 (ja) * 2013-02-06 2015-12-09 株式会社Ｎｔｔドコモ 無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法
JP6242643B2 (ja) * 2013-09-26 2017-12-06 京セラ株式会社 通信制御方法、基地局、及びユーザ端末
WO2017006642A1 (ja) 2015-07-09 2017-01-12 三菱電機株式会社 送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プレコーディング方法
CN107852207B (zh) 2015-07-09 2019-04-26 三菱电机株式会社 发送装置、接收装置、控制站、通信系统和发送预编码方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103597754A (zh) * 2011-06-08 2014-02-19 高通股份有限公司 用于多群通信的通信设备
US20150271721A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for an improved acquisition mechanism
CN105306185A (zh) * 2014-07-31 2016-02-03 上海贝尔股份有限公司 一种基于协同调度传输下行数据的方法与设备
CN105227226A (zh) * 2015-08-24 2016-01-06 西安电子科技大学 基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法
CN105207704A (zh) * 2015-10-16 2015-12-30 哈尔滨工程大学 基于预编码方案的多用户多输入多输出系统下行链路预编码方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112243241A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 中国电信股份有限公司 波束管理方法、装置和计算机可读存储介质
CN112243241B (zh) * 2019-07-17 2022-08-19 中国电信股份有限公司 波束管理方法、装置和计算机可读存储介质

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