CN1692593A - 无线通信系统、无线通信方法及无线通信装置 - Google Patents

Abstract

具有多个天线，可以自适应地改变指向性的基站(1)，在与空分复用传输对应的空分复用对应移动站(2)、和与空分复用传输未对应的空分复用未对应移动站(3)混在通信区域(5)内的环境下，使用规定的空分复用传输评价基准以及空分多址评价基准，进行同时进行空分复用传输(SDM)和空分多址(SDMA)的移动站的分配。提供一种根据该无线通信方法，最大限度地利用空间的自由度、改善通信容量的无线通信系统。

Description

无线通信系统、无线通信方法及无线通信装置

技术领域

本发明涉及使用空分多址及空分复用传输的无线通信系统，特别涉及在对应空分复用传输的移动站和未对应的移动站混在通信区域内时，根据传输环境或通信量状态等，对空分多址及空分复用传输的同时或者哪一方的适用可能性进行判定和适用的无线通信系统、无线通信方法及其装置。

背景技术

近年来，对无线通信的大容量化、高速化的要求提高，对提高有限频率资源有效利用率的方法的研究较广泛，作为其中的一个方法，利用空间区域的方法受到关注。空间区域利用技术之一是自适应阵列天线(自适应天线)，通过根据乘算接收信号的加权系数(以下称“权重”)调整振幅和相位，可以加强接收从所希望方向到来的信号，抑制干扰波方向，由此可以改善系统的通信容量。

另外，作为利用空间区域的其他技术，有通过利用在传输路中的空间的正交性，使用同一时刻、同一频率、同一编码的物理信道，将不同的数据系列，(1)传输给不同的移动站的空分多址(以下称“SDMA”。但是，SDAM是Space Division Multiple Access的略称)技术，(2)有传输给相同的移动站的空分复用(以下称“SDM”。但是，SDM是Space DivisionMultiplex的略称)技术。SDMA技术，在特开2002-261670号公报或文献T.Ohgane et al，“A study on a channel allocation scheme with an adaptive arrayin SDMA，”(IEEE 47 th VTC，Page(s)：725-729 vol.2 1997)已信息公开，如果移动站间的空间相关系数比规定值低，那么SDMA是可能的，可以改善无线通信系统的效率、同时用户收容数。

另一方面，SDM技术，在特表2001-505723号公报或文献G.J.Foschini，“Layered space-time architecture for wireless communication in afading environment when using multi-element antennas，”(Bell Labs Tech.J，pp.41-59，Autumn 1996)中已信息公开，发射机及接收机都具有多个天线元件，在天线间的接收信号的相关性低的传输环境下可以实现SDM传输。这时候，从发射机具有的多个天线，对每个天线元件，使用同一时刻、同一频率、同一编码的物理信息发送不同数据系列，在接收机一侧，从接收机具有的多个天线的接收信号中，根据不同的数据系列分离接收。由此，通过使用多个空分复用信道，可以不用多值调制达到高速化。当进行SDM传输时，在充分的S/N(信噪比)条件下的收发机间存在多数散乱体的环境下，在发射机和接收机具有同数的天线的基础上，可以与天线数成比例地扩大通信容量。

但是，在现有的SDM技术中，因为最大的空分复用数在发送一侧及接收一侧的天线数少的一方受限制，所以当收发的天线数存在偏差时，有时不能根据传输环境有效利用空分复用。特别是在基站一侧，因为可以比移动站多设置天线元件数，所以在从基站向移动站发送时，发生基站一侧的空间自由度产生余力的情况。另外，为了使SDM与移动站对应，需要多个天线、多个发送系或接收系、用于分离空分复用的信号的信号处理部，从而导致高成本。为此，考虑到与SDM未对应的移动站也混在通信区域内的情况，需要在空分复用对应的移动站与未对应的移动站混在情况下的空分多址方法。另外，当进行SDMA时，通常使用基于指向性波束的空分。进而在此基础上当进行SDM时，因为波束间的空间相关性变高，所以一般情况下成为不适合SDM的传输条件。

发明内容

本发明的无线通信系统，其特征在于，在具有多个天线能够自适应地改变指向性的基站、与空分复用传输对应的空分复用对应移动站、和未对应空分复用传输的空分复用未对应移动站混在通信区域内的环境下，使用规定的空分复用传输评价基准及空分多址评价基准，同时进行空分复用传输和空分多址。

另外，本发明涉及的无线通信系统，具有：与空分复用传输对应的空分复用对应移动站；与空分复用传输未对应的空分复用未对应移动站；和基站，该基站包括：对于向分配给通信区域内的空分复用传输的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高进行所述空分复用传输的传输路的正交性的权重处理的部分空间正交化单元；对于对分配给通信区域内的空分多址的空分多址移动站的发送数据系列和所述部分空间正交化单元的输出，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束的波束形成部；和发送所述发送波束的多个天线。

另外，本发明涉及的无线通信系统中的基站装置的所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的空分多址移动站的所述发送数据系列或所述部分空间正交化单元的输出，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

由此，因为可以同时进行空分复用传输和空分多址，可以选择能够使用空间区域的复用的移动站，所以具有可以有效活用空分复用的作用。

本发明涉及的无线通信方法，具有如下步骤：基站装置根据对空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站的信道估算矩阵和接收品质，算出空分复用传输评价基准及空分多址评价基准的步骤；所述基站装置根据所述空分复用传输评价基准将所述空分复用对应移动站分配给空分复用传输，对于向该分配的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的步骤；所述基站装置根据所述空分多址评价基准将所述空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站分配给空分多址，对于对该分配的所述空分多址移动站的发送数据系列、和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束，并从所述基站天线发送的步骤。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，还具有如下步骤：基站装置从N个天线对每个天线发送已知信号的步骤；空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站，对具有的总数M个天线的每一个，使用N个所述已知信号的接收结果，来测定由N×M个信道估算值构成的信道估算矩阵，进而测定接收品质的步骤；所述空分复用对应移动站及所述空分复用未对应移动站，经由通信线路将所述信道估算矩阵及所述接收品质传输给所述基站装置的步骤，所述基站装置进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的所述空分多址移动站的发送数据系列和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

由此，根据信道估算值及接收品质信息，可以进行空分复用传输和空分多址的适用的判定。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，已知信号从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用进行发送，具有可以在移动站测定每个基站天线的信道估算值的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，已知信号从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过码分复用进行发送，具有可以在移动站测定每个基站天线的信道估算值的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，已知信号从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用与码分复用的组合进行发送，具有可以在移动站测定每个基站天线的信道估算值的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，具有如下步骤：空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站对M个天线的每一个将已知信号发送给基站的步骤；所述基站在多个N个基站天线的每一个接收所述已知信号，根据接收到的所述已知信号来测定由N×M个信道估算值构成的信道估算矩阵，进而测定接收品质的步骤；基站根据所述信道估算矩阵及所述接收品质，算出空分复用传输评价基准及空分多址评价基准的步骤；所述基站根据所述空分复用传输评价基准将所述空分复用对应移动站分配给空分复用传输，对于向该分配的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的步骤；所述基站根据所述空分多址评价基准将所述空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站分配给空分多址，对于对该分配的所述空分多址移动站的发送数据系列、和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束，并从所述基站天线发送的步骤。由此，根据信道估算值及接收品质信息，可以进行空分复用传输和空分多址的适用的判定。

另外，本发明涉及的无线通信方法中的基站进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，其特征在于，根据对所分配的所述空分多址移动站的发送数据系列和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

另外，本发明涉及的无线通信方法，作为接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、接收信号功率对干扰功率比、以及接收功率中的任意一个。由此，具有可以把握移动站中的接收品质的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，作为接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、以及移动站的移动速度和衰减频率估算值中任意一个；根据移动站的移动状况，可以进行空分复用传输和空分多址的适用的判定。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，算出空分复用传输评价基准的步骤由以下步骤构成：选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站的步骤；和在所选择的所述空分复用对应移动站之内，根据在所述空分复用对应移动站的不同的天线间所得到的N个信道估算值间的空间相关系数，来决定空分复用传输数的步骤，根据移动站中的传输环境，可以进行空分复用传输和空分多址的适用的判定。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，基站在用向空分多址的空分复用对应移动站或空分复用未对应移动站的发送波束发送的数据系列中，预先插入已知的已知信号，空分多址的空分复用对应移动站根据已知信号算出信道估算值，根据所述信道估算值分离接收空分复用传输的信号，具有在移动站分离接收空分复用传输的多个空分复用传输的信号的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于算出空分多址评价基准的步骤由以下步骤构成：通过规定的调度单元优先分配移动站的步骤；从所述优先分配的移动站之外选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站或空分复用未对应移动站的步骤；在所选择的所述空分复用对应移动站或所述空分复用未对应移动站之中，选择具有与用所述优先分配的移动站中的天线所得到的信道估算矩阵的空间相关系数为最小的天线的移动站的步骤，具有可以选择用规定的通信品质能够进行空分多址的移动站的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，功率控制空分多址或空分复用传输的所述发送波束，以达到规定的通信品质。由此，具有可以用规定的品质进行基站与移动站间的通信的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，把对于来自所述基站装置的所述空分复用未对应移动站的通信品质，设定成比对于来自所述基站装置的所述空分复用对应移动站的通信品质高的功率控制。由此，具有通过优先提高干扰除去性能低的空分复用未对应移动站的接收品质可以来补偿其的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，所述空分多址评价基准，当呼损比规定值大时，使所述空分复用未对应移动站彼此之间的多址连接优先。由此，通过使空分多址优先能够增加可以同时连接的移动站数，具有抑制呼损的作用。

另外，本发明涉及的无线通信方法，具有：对于向分配给通信区域内的空分复用传输的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的部分空间正交化单元；对于对分配给通信区域内的空分多址的空分多址移动站的发送数据系列、和所述部分空间正交化单元的输出，向移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束的波束形成部；和发送所述发送波束的多个天线。

另外，本发明涉及的无线通信方法，其特征在于，所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的所述空分多址移动站的所述发送数据系列、或所述部分空间正交化单元的输出，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。由此，具有可以形成能够同时适用空分复用传输和空分多址的发送波束的作用。

另外，本发明涉及的基站装置的波束形成部中的加权处理，其特征在于，当空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站被同时空分多址分配时，对于空分复用未对应移动站，将最大比合成波束作为向空分复用未对应移动站的发送波束，向空分复用对应移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他空分复用未对应移动站及空分复用对应移动站的干扰的波束。由此，比空分多址的空分复用移动站，可以进行优先提高不具有空间干扰除去能力的空分复用未对应移动站的接收品质的发送成为可能。

另外，本发明涉及的基站装置的所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，其特征在于，形成与同时连接的其他所述空分复用未对应移动站及空分复用对应移动站的信道估算矩阵正交的所述发送波束。

另外，本发明涉及的基站装置，其特征在于，还具有对向空分复用对应移动站的发送数据系列进行时间空间编码处理的时间空间编码单元；将该被时间空间编码过的发送数据系列输出给部分空间正交化单元。由此，降低了传输速度，但是由于附加了增加发送分集效应的错误订正能力，所以可以改善接收品质。

另外，本发明涉及的基站装置，还具有使用规定的空分复用传输评价基准及空分多址评价基准来分配空分多址移动站和空分复用对应移动站的判定部。由此，可以进行空分多址和空分复用传输的适用的判定。

另外，本发明涉及的基站装置，其特征在于，所述空分复用传输评价基准及所述空分多址评价基准根据从通信区域内的移动站接收的信道估算值及接收品质来算出。由此，根据信道估算值及接收品质，可以判定空分多址和空分复用传输的适用。

另外，本发明涉及的基站装置，其特征在于，当所述空分多址移动站包含空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站双方时，使用对所述空分复用未对应移动站的信道估算矩阵复数共轭转置的矩阵，形成向所述空分复用未对应移动站的发送波束，向所述空分复用对应移动站，形成发送波束，以使与同时连接的其他所述空分多址移动站的信道估算矩阵正交波束。由此，空分复用未对应移动站，可以得到对来自基站的多个天线的多个发送信号进行最大比合成的接收信号。

如上所述，根据本发明，在拥有具备多个天线的基站的无线通信系统中，通过提供在与特定的移动站进行空分复用传输的同时可以与其他的移动站进行空分多址的无线通信系统，可以有效利用基站中的空间的自由度，改善无线通信系统的通信容量。

另外，通过提供根据通信区域内的通信量状况等来自适应地变化空分复用方法(SDM、SDMA)的控制方法，可以有效地活用基于SDM或SDMA的空分复用技术以及用户分集效应，改善无线通信系统的通信容量。

附图说明

图1是表示本发明实施例1中的无线通信系统的结构图。

图2是表示本发明实施例1中的基站以及移动站的结构图。

图3A是表示本发的实施例1中的基站的移动站分配处理顺序的流程图。

图3B是表示本发明实施例1中的移动站侧的分配处理顺序的流程图。

图4A是表示本发明实施例1中的天线个别导频信号以时分发送的帧结构图。

图4B是表示本发明实施例1中的天线个别导频信号以码分发送的帧结构图。

图4C是表示本发明实施例1中的天线个别导频信号以时·码分发送的帧结构图。

图5A是表示本发明实施例1中的空分复用信道个别导频信号以时分发送的帧结构图。

图5B是表示本发明实施例1中的空分复用信道个别导频信号以码分发送的帧结构图。

图6是表示本发明实施例2中的基站的结构图。

图7是表示本发明实施例3中的基站和移动站的结构图。

图8是表示本发明实施例3中的基站的其他结构图。

具体实施方式

下面，使用图1至图8对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图1是表示本发明涉及实施例子1的无线通信系统的概略的图。下面，对使用从基站向移动站的发送(以下称为“下行链路”)中的空分复用的通信方法进行说明。

在图1中，基站是具有多个天线元件，可以自适应地改变天线指向性的基站，SDM对应移动站2-1～2是与空分复用对应的多个移动站，SDM未对应移动站3-1～3是与SDM未对应的多个移动站，发送波束4-1～4是对进行来自基站1的通信的移动站的多个波束，通信区域5是基站1可以与SDM对应移动站2或SDM未对应移动站3通信的区域。另外，SDM对应移动站2的数目以及SDM未对应移动站3的数目不局限于此。

本发明的无线通信系统，在可以通信的多个SDM对应移动站2及SDM未对应移动站3混在通信区域5内时，可以向不同的移动站间进行空分多址、可以与对同一移动站的空分复用的任意一方或同时进行连接。而且，可以进行空分复用度的有效利用。另外，在下面，将包含SDM对应移动站2或SDM未对应移动站3并进行编号的移动站表示为移动站MSm。另外，m取得通信区域5内的移动站数Nms或Nms以下的自然数。基站1从多个SDM对应移动站2及SDM未对应移动站3中判定SDM、SDMA同时或哪一方可能，由基站天线形成多个发送波束。由此，基站1实现判定为可能的空分复用化、空分多址。

图2表示本实施例中的无线通信系统的基站BS及移动站MS的详细构成。另外，在图2中，虽然表示个别用户发送数据系列211使用2个空分复用信道(SCH1、SCH2)向SDM对应移动站MS1传输，个别用户发送数据系列212使用1个空分复用信道(SCH3)向SDM未对应移动站MS2传输的情形，但并不局限于此。

在图2的基站BS中，空分复用传输评价基准算出单元201是算出用于判定是否适合空分复用传输的评价基准的装置，空分多址评价基准算出单元202是算出用于判定是否适合空分多址的评价基准的装置，判定单元203使用这些评价基准值，来判断进行SDM、SDMA的移动站的分配。另外，加权生成单元204是根据判定单元203的输出，生成用于适应传输路的指向性形成的加权的装置，多址连接控制单元205是根据判定单元203的输出进行用于规定的移动站的发送数据系列的输出控制的装置。在此，作为一个例子，进行向移动站MS1的发送数据系列211、向移动站MS2的发送数据系列212的输出控制。空分复用传输控制单元16根据判定单元203的输出进行用于对所希望的移动站的空分复用传输的控制。在此，作为一个例子，对于向SDM对应移动站MS1的发送数据系列211，进行用于空分复用的控制。另外，空分复用传输控制单元206，由对于1个发送数据系列，生成对应空分复用数的串并行转换单元209、和用于空间正交并发送所串并行转换的发送数据系列(在图中表示2个空分复用信道(SCH1、SCH2)的时候)的部分空间正交化单元210构成。

另外，波束形成部207对各空分复用信道SCH1～SCH3分别乘算发送加权W₁～W₃的形成部，基站天线208由多个Nt(式中，Nt＞1)个天线元件构成。另外，发送加权Wj由具有天线元件数Nt个要素(复数值)的列矢量构成。

下面，对SDM对应移动站MS1的构成进行说明。

天线221是接收由基站BS所发送的高频信号的移动站MS₁所具有的多个Ns⁽¹⁾个天线，接收部222是将高频信号转换为基带信号的接收部，空分复用分离单元223是从基带信号分离接收空分复用的信号的单元，数据混合单元224混合分离发送的信号并复原为所发送的原数据系列的单元，接收数据系列225由数据混合单元224输出。

下面，对SDM未对应移动站MS2的构成进行说明。

移动站天线231是接收由基站BS所发送的高频信号的移动站MS₂所具有的天线，接收部232从高频信号输出MS₂的接收数据系列233。

下面，说明本实施例中的基站1和移动站MS_m的通信的操作。图3是表示用于基站1及移动站MS_m的通信分配的处理顺序的流程图。帧同步以及码同步确立后，具有Nt个天线元件以及发送系的基站1，首先，从每个发送系发送由规定码数Np构成的已知信号系列(以下称为“天线个别导频信号Ap_k(t)”)  (步骤S301)。式中，k是基站1中的发送系的号码，k＝1、2、…、Nt。另外，t＝1、…、Np。另外，当基站1的天线元件数Nt充分多时，或当SDM中的空分复用数限制为比基站1的天线元件数Nt小时，可以不必使用Nt个所有的发送系，而只使用一部分来发送天线个别导频信号。

在此，图4(a)～(c)是表示天线个别导频信号的发送定时(帧结构)的图。图4(a)表示对每个天线错开作为天线个别导频信号的已知信号系列A(401)的发送定时，并以时分发送的情形。另外，表示天线个别导频信号使用相同的模式、或基于PN信号等的相互正交的编码系列的情形。图4(b)表示使用从不同的天线相互正交的已知编码系列B_k(402)，以码分复用发送的情形。图4(c)表示组合时分发送和码分发送的方式。即，在某天线的组合中，共有同一时刻的时分缝隙，每个天线个别导频信号A1(403)、A2(404)使用相互正交的编码系列，以码分复用发送。由此，可以降低基站1中的天线数多时的时分发送的开销，另外可以缓和符合分割复用时的传输路中的正交性的降低。

另一方面，存在于通信区域5内的移动站MS_m，分离接收对每个基站天线所传输的天线个别导频信号Ap_k(t)，算出信道估算值(步骤S321)。进而测定接收品质(步骤S322)。

下面，说明这些步骤S321和步骤S322的操作。存在于通信区域5内的第m号移动站MS_m，具有Ns(m)个天线和Ns(m)个接收系，将最大Ns(m)个空分复用信道作为SDM接收可能。另外，m是通信区域5内的移动站数N_ms或N_ms以下的自然数。在此，SDM未对应移动站3为Ns(m)＝1，SDM对应移动站2为Ns(m)＞1。移动站MS_m，对在第j个天线以及接收系接收到第k个天线个别导频信号AP_k(t)的结果即r_j、k ^(m)(t)(式中，j＝1、…、Ns(m))，进行与在移动站MS_m的内部生成的AP_k(t)的相关运算，算出如(式1)所示的传输路的信道估算值h^m(j、k)。另外，*是进行复数共轭的算子。另外，该相关运算可以保存多数次的天线个别导频信号AP_k(t)的接收结果，并进行平均化处理。其结果，如果移动站的移动速度充分小，则可以降低噪音的影响，可以提高信道估算品质。最终，算出基于第m个移动站MS_m的信道估算值为合计(天线个别导频信号数Nt)×(移动站的天线数Ns(m))个。

接着，对每个天线个别导频信号算出每个移动站的天线的接收品质P^m(j、k)。接收品质可以适用接收信号功率、SIR(信号功率对干扰功率比)、SNR(信号功率对噪音功率比)等。下面表示使用SNR时的例子。当使用天线个别导频信号AP_k(t)来评价SNR时，将信号功率作为S^m(j、k)＝｜h^m(j、k)｜²/Np，可以使用(式2)所示的噪音功率N^m(j、k)来评价接收品质P^m(j、k)，即SNR评价(＝S^m(j、k)/N^m(j、k))。

$N^m(j,k)=\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{t=1}{\overset{\mathrm{Np}}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{j,k}^{\left(m\right)}\left(t\right)-S^m(j,k)|}^2---\left(2\right)$

以上是步骤S321和步骤S322的操作。

接着，移动站MS_m通过通信信道将所算出的信道估算值h^m(j、k)以及接收品质P^m(j、k)向基站反馈(步骤S323)。另外，关于接收品质，为了减少反馈信息，可以取代反馈所有(天线个别导频信号数Nt)×(移动站的天线数Ns(m))个，将把(式3)所示的Ps(m)平均到基站天线数Nt以及移动站的天线数Ns(m)的结果，通过通信信道向基站1反馈。

下面，作为接收品质，对传输Ps(m)的方式进行说明。另外，在此，虽然如(式3)所示算出了接收品质P^m(j、k)的平均值，但是，也可以使用中心值或最大值等。另外，为了进一步减少反馈信息量，可以在基站、移动站一侧共用以规定间隔量化信道估算值h^m(j、k)以及接收品质p^m(j、k)的表，并转交该表号码。

$P_s\left(m\right)=\frac{1}{N_t{N}_s\left(m\right)}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{Nt}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Ns}\left(m\right)}{\mathrm{\Σ}}}{P}^m(j,k)---\left(3\right)$

一方面，在基站1，检查空分复用传输评价基准算出单元201以及空分多址评价基准算出单元202是否接收到关于信道估算值h^m(j、k)以及接收品质信息P_s(m)的反馈信息(步骤S302)，当为接收到时，判定单元203根据由这些算出的输出结果来决定优先分配移动站(步骤S303)。作为优先分配该移动站的调度方法，有作为基于SIR的数据包调度的MaximumCIR法或Proportional Fairness法等，在文献A.Jalali et al，“DataThroughputput of CDMA-HDR a High Efficeincy-High Data Rate PersonalCommnunication Wireless System，”IEEE VTC2000-Spring，pp.1854-1858中已信息公开。在此，假设第A个移动站S_A被优先分配，开始移动站个别(用户个别)的通信。

接着，基站1的判定单元203，根据通过空分复用传输评价基准算出单元201算出的评价值，判定所优先分配的移动站MS_A是否可以SDM传输(步骤S304)。判定单元203如果判定是SDM未对应移动站3，则搜索可以SDMA的移动站(步骤S306)。

另一方面，如果是SDM对应移动站2，则使用所反馈的传输路的信道估算值h^A(j、k)，进行SDM对应处理(步骤S305)，继续搜索可以SDMA的移动站(步骤S306)。式中，k＝1、…、Nt，j＝1、…、Ns(A)。判定的结果，Nc个空分复用信道数被使用。但是，是满足1≤Nc＜Ns(A)的自然数。在此，SDM对应处理，可以如(式4)那样矩阵表记关于移动站MS_A的信道估算值h^A(j、k)，算出通过奇值分解H(A)所得到的Ns(A)个奇值λj，根据超出规定值的奇值的数来判定复用信道数。在此，j＝1、…、Ns(A)。另外，作为其他方法，也可算出H(A)的(Ns(A)-1)个的行矢量间的相关系数(以下称为空间相关系数)，将规定值或规定值以下的个数作为空分复用信道数。

$H\left(A\right)=\left[\begin{array}{cccc}{h}^A\left(\mathrm{1,1}\right)& h^A(1,2)& ...& h^A(1,N_t)\\ h^A\left(\mathrm{2,1}\right)& h^A\left(\mathrm{2,2}\right)& ...& h^A(2,N_t)\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ h^A(N_s\left(A\right),1)& h^A(N_s\left(A\right),2)& ...& h^A(N_s\left(A\right),N_t)\end{array}\right]---\left(4\right)$

另外，可以SDMA的移动站的搜索(步骤S306)，根据反馈给基站1的信道估算值或接收品质信息进行。首先，使用除去第A个移动站MS_A的接收品质信息Ps(A)的接收品质信息Ps(m)，将超过规定水平的品质的移动站选择为第1阶段。作为规定水平的设定，可以像使用规定的界限值C的Ps(m)＞Ps(A)+C那样设定(式中，m表示A以外的通信区域5内的移动站号码)。

这时候，可以选择接收品质比第A个移动站MS_A高的移动站。当进行基站1的发送功率控制时，来自基站1的发送功率可以设定得比第A个移动站MS_A低，能够降低对移动站MS_A的与干扰。

接着，使用(式5)或(式6)，算出在已经分配的移动站MS_A的信道估算值h^A(j、k)和在第1阶段所选择的移动站的信道估算值h^m(j、k)的空间相关系数SC(m、A)。在此，*表示复数共轭。在此，m表示在第1阶段所选择的移动站的号码。

$\mathrm{SC}(m,A)=\frac{1}{N_s\left(m\right)N_s\left(A\right)N_t}\underset{j_A=1}{\overset{\mathrm{Ns}\left(A\right)}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j_m=1}{\overset{\mathrm{Ns}\left(m\right)}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{Nt}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{[h^m(j_m,k){]}^{*}{h}^A(j_A,k)}{\sqrt{h^m(j_m,k)}\sqrt{h^A(j_A,k)}}---\left(5\right)$

$\mathrm{SC}(m,A)=\underset{j_A\∈\mathrm{Ns}\left(A\right),f_m\∈\mathrm{Ns}\left(m\right)}{\max }\frac{1}{N_t}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{Nt}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left[h^m(j_m,k)\right]}^{*}{h}^A(j_A,k)}{\sqrt{h^m(j_m,k)}\sqrt{h^A(j_A,k)}}---\left(6\right)$

对于在第1阶段所选择的所有对象移动站MS_m，在空分多址评价基准算出单元202进行基于(式5)或(式6)的空间相关系数的运算，对于第A个移动站MS_A，判定空间相关SC(m、A)最低的移动站MS_m是否低于规定的空间相关系数值(步骤S307)。当低于规定的空间相关系数值时，作为空分多址移动站(第B个移动站)进行选择，进而判定空分多址移动站是否是SDM移动站2(步骤S308)。如果是SDM未对应移动站3，则再次搜索可以SDMA的移动站MS_m(步骤S306)。如果是SDM对应移动站2，则使用所反馈的传输路的信道估算值h^B(j、k)，采用与步骤S305相同的方法进行SDM处理(步骤S309)。式中，k＝1、…、Nt，j＝1、…、Ns(B)。判定的结果，NC^(B)个空分复用信道数被使用。式中，是满足1＜NC^(B)＜Ns(B)的自然数。判定后，再次搜索可以SDMA的移动站MS_m(步骤S306)。

另外，在步骤S306，当多个移动站MSm已被分配时，在搜索可以SDMA的移动站MSm时，取代SC(m、A)，使用(式7)所示的MSC(m)。MSC(m)给与已经分配的移动站A，B，C，…最大的SC(m、k)。式中，k给与已经分配的移动站MSA，MSB，MSC，…的号码。

$\mathrm{MSC}\left(m\right)=\underset{k=A,B,C,...}{\max }\mathrm{SC}(m,k)---\left(7\right)$

接着，在步骤S307，当判定为可以SDMA的移动站MS_m不存在时，不进行其以上的空分多址，对所分配的规定的移动站MS_m进行包含是否进行SDM的通信(通知空分复用数)的通信开始通知(步骤S310)。

接着，基站开始对移动站MS_m的个别用户信道发送(步骤S311)。一方面，规定的移动站MS_m，一接收到来自基站1的通信开始通知，就进行用于个别用户信道接收的处理(步骤S324)，对其后所发送来的信号开始个别用户信道的接收(步骤S325)。另外，向SDMA所分配的各移动站MS_m的发送功率，为了得到规定的接收品质而进行发送功率控制。

另外，在SDM对应移动站2与SDM未对应移动站3间，当进行SDMA时，SDM未对应移动站3不能进行在空间区域的干扰抑制。因此，SDM未对应移动站3由于将作为目标的接收品质设定得比SDM对应移动站2高，所以可以确保在SDMA时的接收品质。

如上所述，在SDM对应移动站2和SDM未对应移动站3混在通信区域5内的情况下，由于移动站使用天线个别导频信号，将信道估算值以及接收品质信息反馈给基站1，所以基站1可以选择使用组合SDM与SDMA的同时或任意一方的空间区域的可以复用的移动站MS_m，可以有效活用空分复用。

下面，对进行上述通信分配处理后的移动站MS以及基站BS中的指向性控制操作进行说明。

将向第n个移动站MS_n的第K个空分复用信道中的发送数据系列作为S_k ⁿ(t)(式中，t表示时刻)。在此，n是进行空分多址的移动站数Nd或Nd以下的自然数，k是对第n个移动站MS_n的空分复用数N_C ⁽ⁿ⁾或N_C ⁽ⁿ⁾以下的自然数。另外，1≦N_C ⁽ⁿ⁾＜N_s ⁽¹⁾。将用第n个移动站MS_n中的第p个天线接收到的信道估算值作为hⁿ(p、m)。该信道估算值hⁿ(p、m)，是对来自从移动站MS_n反馈给基站BS的第m个基站天线的天线个别导频信号AP_m(t)的值。另外，m是基站天线数Nt或Nt以下的自然数，p是第n个移动站MS_n中的天线数Ns⁽ⁿ⁾或Ns⁽ⁿ⁾以下的自然数。在此，如(式8)那样定义对第n个移动站MS_n的信道估算矩阵Hⁿ。

$H^n=\left[\begin{array}{cccc}{h}^n\left(\mathrm{1,1}\right)& h^n(1,2)& ...& h^n(1,N_t)\\ h^n\left(\mathrm{2,1}\right)& h^n\left(\mathrm{2,2}\right)& ...& h^n(2,N_t)\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ h^n({N_s}^{\left(n\right)},1)& h^n({N_s}^{\left(n\right)},2)& ...& h^n({N_s}^{\left(n\right)},N_t)\end{array}\right]---\left(8\right)$

在图2中，加权生成单元204，使用(式8)所示的信道估算矩阵Hⁿ生成发送加权。在此，对第j个空分复用信道的发送加权矢量W_j，如(式9)所示，对于第j以外的被SDM的其他用户n，进行不产生干扰的波束形成。N是进行除去第j个的SDMA的移动站的总数Nd或Nd以下的自然数。另外，当只分配第n个移动站MS_n不进行SDMA时，当其移动站的空分复用数是N_C ⁽ⁿ⁾时，从基站天线208之中选择N_C ⁽ⁿ⁾个天线进行发送。

HⁿW_j＝0，(j≠n)           (9)

另外，(式9)虽然使用了移动站间的发送信号不相干扰的正交条件，但是，除此之外，也可以使用(式10)所示那样的基于最小平方误差规范(MMSE：Minimum Mean Squere Error)的加权生成方法。在此，ynj是向第j个移动站MSj的发送信号在第n个移动站MSn所接收的信号成分。

$W_j=\arg \underset{W}{\min }{\left|\right|y_{\mathrm{nj}}-H^{n}W\left|\right|}^2,(j\≠n)---\left(10\right)$

波束形成部207，使用通过加权生成单元所生成的、与用于SDM以及SDMA的空分复用信道的总数Tc等数的发送加权矢量W_j＝[W_j1、W_j2、…W_jNt]^T，(式中，j是空分复用信道的总数Tc或Tc以下的自然数，T表示矢量转置)，将第j个空分复用信道的发送数据系列SCH^(j)只复制基站天线数分，乘算发送加权矢量的各要素，从基站天线发送。

如上所述，通过生成满足(式9)的发送加权Wj，当向空分复用信道数为N_C ^(A)＝1的第A个移动站MS_A的发送加权为Wj时，用(式11)那样表示的信道估算值C_A来接收。另外，当向空分复用信道数为N_C ^(B)＞1的第B个移动站MS_B的发送加权为W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1时，用(式12)那样表示的(Ns^(B)×Nc^(B))下面的信道估算值C_B来接收。

部分空间正交化单元210，当向第B个移动站MS_B进行SDM传输时，如果向空分复用信道数为N_C ^(B)＞1的第B个移动站MS_B的发送加权为W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1时，则用(式12)那样表示的(Ns^(B)×Nc^(B)下面的信道估算值C_B来接收。另外，如(式13)所示那样奇值分解C_B，对每个所得到的奇值大的顺序选择N_C ^(B)个。之后，使用由与这些奇值λ_k对应的右奇值矢量构成的右奇值矩阵Vs＝[V₁V₂、…V_Nc(B)]，如(式14)所示，从左边向空分复用信道的数据系列S(t)＝[S₁ ^B(t)S₂ ^B(t)…S_Nc(B) ^B(t)]^T乘算右奇值矩阵Vs，算出信号系列S₂(t)。在此，k＝1～N_C ^(B)。波束形成部207向S₂(t)的N_C ^(B)个要素分别乘算发送加权W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1。在此，在(式13)中，U是由信道估算矩阵C_B的左奇值矢量所构成的单式矩阵，V是由信道估算矩阵C_B的右奇值矢量所构成的单式矩阵，Q是将对角成分作为奇值的对角矩阵。

另外，接收部222也可以是省略部分空间正交化单元210的构成，那时，(式14)中的Vs为Nc次单位矩阵。

H^AW_j＝C_A               (11)

H^A[W_jW_j+1…W_j+Nc(n)-1)＝C_B        (12)

$C_B=U\stackrel{..}{E}{V}^H=U\left[\begin{array}{cc}Q& 0\\ 0& 0\end{array}\right]V^H---\left(13\right)$

S₂(t)＝V_sS(t)       (14)

以上是基站1的操作说明。

接着，在SDM对应移动站MS_n中，为了分离接收N_C ⁽ⁿ⁾个空分复用信道，还有在SDM未对应移动站MS_n中，为了同步检波接收，对每个空分复用信道插入已知信号系列(以下称为空分复用信道个别导频信号)CP_k(t)进行发送。在此，k是空分复用信道的总数Tc或Tc以下的自然数。但是，当发送信号被差动编码，并适用延迟检波时，不需要发送这样的空分复用信道个别导频信号。

图5(a)、(b)表示空分复用信道个别导频信号CP_k(t)的发送方法(帧结构)。图5(a)表示以错开时分进行发送空分复用信道个别导频信号系列A_k(501)的发送定时的方法。天线个别导频信号使用同一图案或基于PN(模拟随机信号)信号等的相互正交的编码系列。图5(b)表示使用不同的、作为从空分复用信道相互正交的编码系列的空分复用信道个别导频信号系列B_k(502)，以码分复用进行发送的方法。另外，也可以是如在图4(c)中所说明的组合时分发送和码分发送的方法。

下面，对第n个SDM对应移动站MS_n在移动站MS中的接收操作进行说明。

首先，Ns⁽ⁿ⁾个移动站天线221接收空分复用的高频信号。

Ns⁽ⁿ⁾个接收部222，对接收到的Ns⁽ⁿ⁾个的每个高频信号，频率转换后，通过正交检波，输出Ns⁽ⁿ⁾个由I信号、Q信号构成的复数基带信号r_j ⁽ⁿ⁾(t)(式中，j是Ns⁽ⁿ⁾或Ns⁽ⁿ⁾以下的自然数)。接着，空分复用分离单元223分离对SDM对应移动站MS_n的Nc⁽ⁿ⁾个空分复用信道。

该空分复用信道的分离方法，可以适用(1)利用信道估算矩阵的逆矩阵的方法(零衰减方法)、(2)最佳估算(综合估算)、(3)V-BLAST等方法。下面，对使用方法(1)时的操作进行说明。

首先，通过使用个别插入空分复用信道的空分复用信道个别导频信号CP_k(t)，如(式15)所示，对每个空分复用信道算出信道估算值hⁿ(j、k)。在此，k是向SDM对应移动站MS_n所发送的空分复用信道数N_C ⁽ⁿ⁾个或N_C ⁽ⁿ⁾个以下的自然数。另外，*是复数共轭算子，将空分复用信道个别导频信号CP_k(t)的码数作为Nq。对每个得到的空分复用信道，生成将信道估算值hⁿ(j、k)作为构成要素的(式16)所示的信道估算矩阵Hⁿ，通过从左侧将其一般逆矩阵(Hⁿ)^-1与接收信号矢量R＝[r₁ ⁽ⁿ⁾(t)、r₂ ⁽ⁿ⁾(t)…r_1Ns(n) ⁽ⁿ⁾(t)]^T进行乘算，分离接收每个空分复用信道。另外，关于向移动站MS_n的空分复用数以及空分复用信道个别导频信号的类别，通过控制信道等预先从基站BS向移动站MS_n进行通知。

$h^n(j,k)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nq}}{\mathrm{\Σ}}}C{P}_k^{*}\left(t\right)r_j^{\left(n\right)}\left(t\right)---\left(15\right)$

$H^n=\left[\begin{array}{cccc}{h}^n\left(\mathrm{1,1}\right)& h^n(1,2)& ...& h^n(1,N_C^{\left(n\right)})\\ h^n\left(\mathrm{2,1}\right)& h^{n\″}\left(\mathrm{2,2}\right)& ...& h^n(2,N_C^{\left(n\right)})\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ h^n({N_s}^{\left(n\right)},1)& h^n({N_s}^{\left(n\right)},2)& ...& h^n({N_s}^{\left(n\right)},N_C^{\left(n\right)})\end{array}\right]---\left(16\right)$

另外，作为空分复用分离的其他方法，有当向第B个移动站MS_B进行SDM传输时，在使用部分空间正交化单元210时，如(式13)所示，从通过C_B的奇值分解所得到的奇值中按从大到小的顺序选择个Nc个，使用由与这些奇值对应的左奇值矢量构成的右奇值矩阵Us＝[U₁U₂、…U_Nc(B)]，从左侧将其复数共轭转置的矩阵(Us)^H与接收信号矢量R＝[r₁ ^(B)(t)、r₂ ^(B)(t)…r_1Ns(n) ^(B)(t)]^T进行乘算的方法。由此，可以分离接收每个空分复用信道。这时候，通过通信线路预先将右奇值矩阵Us通知给移动站MS_B。另外，当使用该方法时，因为传输信道变动补偿也同时进行，所以具有不需要发送空分复用信道个别导频信号的优点。再者，关于向移动站MS_n的空分复用数以及空分复用信道个别导频信号的类别，通过控制信道等预先从基站BS向移动站MS_n进行通知。

下面，对SDM未对应移动站MS₁的接收操作进行说明。

接收部222，适宜频率转换由天线所接收的高频信号，使用延迟检波、准同步检波、或同步检波进行接收操作。接收信号通过未示的解码部进行编码判定、解码，复原用户发送数据。另外，SDM未对应移动站MS₁，为了空分复用访问，虽然预想到相同干扰波成分变高的情况，但是，为了除去干扰，通过安装桶口他、电子信息学会技术报告RCS2000-134(2000)所公开的文献等所记载的多径干扰消除器，可以除去相同干扰成分。之后，对除去干扰后的接收信号，通过由解码部进行编码判定、解码，复原用户发送数据，可以得到高品质的接收性能。

如上所述，在本实施例中，在基站BS，进行组合SDM和SDMA并进行发送的移动站的分配，其移动站进行发送指向性控制方法以及移动站中的空间分离接收方法。由此，基站在与特定的移动站进行空分复用传输的同时，可以根据传输环境向其他的移动站进行空分多址，可以有效利用基站中的空间上的自由度，可以有效活用基于SDM或SDMA的空分复用技术以及用户分集效应，从而可以改善无线通信系统的通信容量。

另外，同样可以将本实施方式适用于多载波传输方式的无线通信系统。这时候，可以是(1)使用多个副载波之内的1个(例如，中心频率附近的副载波等)，进行与实施例1相同的操作，形成副载波共通的1个发送波束的方法，(2)使用多个副载波的一部分或全部，进行与实施例1相同的操作，即对每个副载波进行信道估算值算出、接收品质估算，将这些信息反馈给基站1，根据空间相关系数的算出，进行进行SDM、SDMA的移动站MS_m的分配的方法。另外，在空间相关系数算出时，与实施例1一样，对每个副载波算出空间相关系数，将这些的平均或中心值、或最大值、最小值等的代表值作为最终的空间相关系数，分配移动站MS_m。另外，根据对每个副载波形成发送波束的发送波束形成方法，可以同样适用本实施例。

另外，在本实施例中，对SDM或SDMA，可以根据通信量状况，自适应地变化移动站MS_m的分配处理。当多数移动站MS_m存在于通信区域5内，发生呼损比规定水平多时，通过省略图3中的SDM对应处理(步骤S305、S309)的处理，比起SDM，可以优先可以SDMA的移动站分配。这时，可以得到能够增大可以同时通信的移动站数的效果。

另外，根据通信区域5的大小(或者单元半径)，可以自适应地变化移动站MS_m的分配处理。这时，像宏单元那样，当一般情况下基站天线高比周边建筑物高时，可以确保收发问推测的通信区域5内的场所率变得比较高，比起SDM，为适应SDMA的传输环境。为此，通过省略图3中的SDM对应处理(步骤S305、S309)的处理，比起SDM，可以优先可以SDMA的移动站分配。

另外，在本实施例中，虽然对使用从基站1向移动站MS_m的发送(下行链路)中的空分复用的通信方法进行了说明，但是，在从移动站MS_m向基站1的发送(上行链路)时，也可以同样适用。这时，对每个移动站MS_m所具有的天线，时分或码分天线个别导频信号，并发送给基站1，在基站1，算出每个天线个别导频信号的信道估算值和接收品质。由此，可以不必使用来自移动站MS_m的那些反馈信息，通过与使用图3说明的相同的操作，进行移动站MS_m的SDM或SDMA的分配。

另外，在本实施例中，从基站1向移动站MS_m的发送(下行链路)中的信道估算值以及接收品质信息，通过通信线路反馈给基站1，在使用TDD(Time Division Duplex)的无线通信系统中，因为将相同频率作为传输媒体使用，由于传输路的相反性，对每个移动站MS_m所具有的天线，时分或码分天线个别导频信号，并发送给基站1，在基站1，算出每个天线个别导频信号的信道估算值和接收品质。由此，可以不必使用来自移动站MS_m的那些反馈信息，通过与使用图3说明的通信分配处理相同的操作，进行移动站MS_m的SDM或SDMA的分配。另外，也可以向TDD中的上行链路适用本

实施例。

另外，作为接收品质信息，除在本实施例进行说明的SNR等接收品质之外，也可以组合与移动站MS_m的估算移动速度、多普勒频率估算值等移动站MS_m的流动性的评价值。这时，虽然由于接收品质的反馈、或SDMA或SDM分配处理而产生延迟，但是，规定流动性以上的移动站，通过在图3中的步骤S306增加不进行SDMA或SDM分配处理的判定操作，可以进行操作。

实施例2

图6是表示本发明涉及的实施例2的基站装置的结构图。在本实施例中，对在SDM对应移动站和SDM未对应移动站混在区域内的无线通信系统中，优先SDM未对应移动站并进行通信时的空间上的信道的形成方法进行说明。

图6所示的基站BS的构成，在取代在实施例1所使用的图2中的加权生成部204，设置有SDM未对应移动站加权生成单元601以及SDM对应移动站加权生成单元这一点上不同，据此的发送波束生成方法不同。下面，主要说明与实施例2不同的部分，对与实施例1相同的部分省略其说明。另外，对实施例1同样，在下行链路中的进行使用空分复用的移动站MS的通信分配处理后的移动站MS以及基站BS中的指向性控制方法进行说明。

将向第n个移动站MS_n的第K个空分复用信道中的发送数据系列作为S_k ⁿ(t)(式中，t表示时刻)。在此，n是进行空分多址的移动站数Nd或Nd以下的自然数，k是对第n个移动站MS_n的空分复用数N_C ⁽ⁿ⁾或N_C ⁽ⁿ⁾以下的自然数。另外，1≦N_C ⁽ⁿ⁾＜N_s ⁽¹⁾。将用第n个移动站MS_n中的第p个天线接收到时的信道估算值作为hⁿ(p、m)。该信道估算值hⁿ(p、m)，是对来自从移动站MS_n反馈给基站BS的第m个基站天线的天线208个别导频信号AP_m(t)的值。另外，m是基站天线数Nt或Nt以下的自然数，p是第n个移动站MS_n中的天线数Ns⁽ⁿ⁾或Ns⁽ⁿ⁾以下的自然数。在此，如(式8)那样定义对第n个移动站MS_n的信道估算矩阵Hⁿ。

SDM未对应移动站用加权生成单元601生成对第s个SDM未对应移动站MS_s的发送加权矢量Ws＝(H^(s))^H，输出给SDM对应移动站用加权生成单元602。式中，^H表示复数共轭转置。根据该发送加权矢量Ws，在第s个SDM未对应移动站MS_s中，可以得到最大比合成来自基站BS的多个天线的多个发送信号的接收信号。

SDM对应移动站用加权生成单元602，对SDM对应移动站MS_j的第j个空分复用信道的发送加权矢量W_j，如(式9)所示，向第j个以外的所SDMA的其他用户进行不产生干扰的波束形成。n是进行SDMA的移动站的总数Nd或Nd以下的自然数。由此，当向作为空分复用信道数Nc^(A)＝1的第A个移动站MS_A的发送加权为Wj时，用如(式10)所表示的信道估算值C_A进行接收。另外，当向作为空分复用信道数Nc^(B)＞1的第B个移动站MS_B的发送加权为W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1时，用如(式12)所表示的(Ns^(B)×Nc^(B))下面的信道估算矩阵C_B进行接收。在此，部分空间正交化单元210，当向第B个移动站MS_B进行SDM传输时，当向空分复用信道数为N_C ^(B)＞1的第B个移动站MS_B的发送加权为W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1时，用(式12)那样表示的(Ns^(B)×Nc^(B))下面的信道估算值C_B来接收。如(式13)所示那样预先奇值分解C_B，按所得到的奇值大的顺序选择N_C ^(B)个，使用由与这些奇值λ_k对应的右奇值矢量构成的右奇值矩阵Vs＝[V₁V₂、…V_Nc(B)]，如(式14)所示那样，从左边向空分复用信道的数据系列S(t)＝[S₁ ^B(t)S₂ ^B(t)…S_Nc(B) ^B(t)]^T乘算右奇值矩阵Vs，算出信号系列S₂(t)。在此，k＝1～N_C ^(B)。

接着，波束形成部207向S₂(t)的N_C ^(B)个要素分别乘算发送加权W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1。在此，在(式13)中，U是由信道估算矩阵C_B的左奇值矢量所构成的单式矩阵，V是由信道估算矩阵C_B的右奇值矢量所构成的单式矩阵，Q是将对角成分作为奇值的对角矩阵。另外，也可以是省略部分空间正交化单元210的构成，那时，(式14)中的Vs为Nc次单位矩阵。

在移动站MS_n中的操作与实施例1相同。

如上所述，对在基站BS组合SDM和SDMA并进行发送的情况，对使用向与实施例1不同的SDM未对应移动站的波束形成方法的无线通信系统进行了说明。根据本实施例，基站对SDM未对应移动站，使用最大比合成来自多个天线的多个发送信号的接收信号所得到的发送波束。由此，在确保向SDM未对应移动站的接收品质在某水平上的状态下，可以进行SDMA。另一方面，虽然向SDM对应移动站的干扰度增加，但是，因为可以通过SDM对应移动站所具有的多个天线除去使用空间区域的干扰，所以对干扰的耐性比SDM未对应移动站高。由此，可以在小范围内得到作为无线通信系统的通信量的减少。

另外，同样可以将本实施方式适用于多载波传输方式的无线通信系统。这时候，通过(1)使用多个副载波之内的1个(例如，中心频率附近的副载波等)，进行与实施例1相同的操作，形成副载波共通的1个发送波束的方法，(2)使用多个副载波的一部分或全部，根据对按每个副载波的天线个别导频信号的信道估算值，对每个副载波形成发送波束的发送波束形成方法，可以同样适用本实施例。

实施例3

图7是表示本发明涉及的实施例3的基站装置的构成的图示。在本实施例中，在空分复用传输控制单元701设置有在所空分复用传输的信道间施行时间空间编码的时间空间编码单元702这一点与实施例1不同。

下面，主要说明与实施例1不同的空分复用控制装置701的部分。另外，使用图7，对与实施例1相同，在下行链路中进行使用空分复用的移动站MS的通信分配处理后的移动站MS以及基站BS中的指向性控制方法进行说明。

下面，使用图7，对与实施例1相同，在下行链路中进行使用空分复用的移动站MS的通信分配处理后的移动站MS以及基站BS中的指向性控制方法进行说明。

将向第n个移动站MS_n的第K个空分复用信道中的发送数据系列作为S_k ⁿ(t)(式中，t表示时刻)。在此，n是进行空分多址的移动站数Nd或Nd以下的自然数，k是对第n个移动站MS_n的空分复用数N_C ⁽ⁿ⁾或N_C ⁽ⁿ⁾以下的自然数。另外，1≦N_C ⁽ⁿ⁾＜N_s ⁽¹⁾。将用第n个移动站MS_n中的第p个天线接收到时的信道估算值作为hⁿ(p、m)。该信道估算值hⁿ(p、m)，是对来自从移动站MS_n反馈给基站BS的第m个基站天线的天线208个别导频信号AP_m(t)的值。另外，m是基站天线数Nt或Nt以下的自然数，p是第n个移动站MS_n中的天线数Ns⁽ⁿ⁾或Ns⁽ⁿ⁾以下的自然数。在此，如(式8)那样定义对第n个移动站MS_n的信道估算矩阵Hⁿ。

时间空间编码单元702，向实施图未示的规定的错误订正编码处理、隔行扫描处理、向调制相位平面上的编码映像处理后的、对进行空分复用的移动站Msl的发送数据系列211，输出实施了时间空间编码处理的空分复用信道的数据系列S(t)＝[S₁ ^B(t)S₂ ^B(t)…S_Nc(B) ^B(t)]。关于时间空间编码及其解码，在B.Vucetic，j.Yuan，“Space-Time Coding”，J.Wiley & SonsLtd(2003)中已信息公开了STBC(Space-Time Block Coding)、STTC(Space-Time Trellis coding)、ST Turbo TC(Space-Time Turbo Trellis Codes)等方法，在此省略详细说明。通过实施时间空间编码，虽然降低了传输速度，便是由于分集效应可以得到改善接收品质的效果。

部分空间正交化单元210，当向第B个移动站MS_B进行SDM传输时，当向空分复用信道数为N_C ^(B)＞1的第B个移动站MS_B的发送加权为W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1时，用(式12)那样表示的(Ns^(B)×Nc^(B))下面的信道估算值C_B来接收。但是，如(式13)所示那样预先奇值分解C_B，按所得到的奇值大的顺序选择N_C ^(B)个，使用由与这些奇值λk对应的右奇值矢量构成的右奇值矩阵Vs＝[V₁V₂、…V_Nc(B)]，如(式14)所示那样，从左边向空分复用信道的数据系列S(t)＝[S₁ ^B(t)S₂ ^B(t)…S_Nc(B) ^B(t)]^T乘算右奇值矩阵Vs，算出信号系列S₂(t)。在此，k＝1～N_C ^(B)。

另外，也可以是省略部分空间正交化单元210的构成，那时，因为(式14)中的Vs为Nc次单位矩阵，所以这时为图8所示那样的空分复用传输控制单元801的构成。

接着，波束形成部207向S₂(t)的N_C ^(B)个要素乘算通过在加权生成单元204中与实施例1相同的操作所得到的发送加权W_j、W_j+1、W_j+Nc(B)-1。在此，在(式13)中，U是由信道估算矩阵C_B的左奇值矢量所构成的单式矩阵，V是由信道估算矩阵C_B的右奇值矢量所构成的单式矩阵，Q是将对角成分作为奇值的对角矩阵。

另一方面，在SDM对应移动站MS_n，为了分离接收N_C ⁽ⁿ⁾个空分复用信道，或在SDM对应移动站MS_n，为了同步检波接收，按空分复用信道插入和发送已知信号系列(下面称空分复用信道个别导频信号)CP_k(t)。在此，k是空分复用的总数Tc或Tc以下的自然数。但是，当差动编码发送信号，适用延迟检波时，不需要发送这样的导频信号。另外，空分复用信道个别导频信号CP_k(t)的发送方法(帧结构)与实施例1中用图5说明的一样。

下面，对移动站MS中的接收操作进行说明。

首先，空分复用分离单元721分离对SDM对应移动站MS_n的N_C ⁽ⁿ⁾个空分复用信道。空分复用分离单元721，通过使用个别插入空分复用信道的空分复用信道个别导频信号CP_k(t)，如(式15)所示，按每个空分复用信道算出信道估算值hⁿ(j、k)，进而，使用与在时间空间编码单元702中使用的时间空间编码方法对应的解码方法来解码发送信号，输出接收数据系列722。在此，k是向SDM对应移动站MS_n所发送的空分复用信道数N_C ⁽ⁿ⁾个或N_C ⁽ⁿ⁾个以下的自然数。另外，*是复数共轭算子，将空分复用信道个别导频信号CP_k(t)的码数作为Nq。

另外，作为空分复用分离的其他方法，有如下方法。即，当向第B个移动站MS_B进行SDM传输时，在使用部分空间正交化单元210时，如(式13)所示，从通过C_B的奇值分解所得到的奇值中按大的顺序选择个Nc个，使用由与这些奇值对应的左奇值矢量构成的右奇值矩阵Us＝[U₁U₂、…U_Nc(B)]，从左侧将其复数共轭转置的矩阵(Us)^H与接收信号矢量R＝[r₁ ^(B)(t)、r₂ ^(B)(t)…r_1Ns(n) ^(B)(t)]^T进行乘算的方法。根据此方法，可以分离接收每个空分复用信道。这时候，通过通信线路预先将右奇值矩阵Us通知给移动站MS_B。再者，关于向移动站MS_n的空分复用数以及空分复用信道个别导频信号的类别，通过控制信道等预先从基站BS向移动站MS_n进行通知。

对SDM未对应移动站MS₁的操作与实施例1相同。

如上所述，在本实施例中，在实施例1的效果的基础上，通过在对SDm移动站的空分复用发送时施行时间空间编码，因为在空间上多路地发送同一数据，所以对SDM对应移动站的传输速度降低。但是，通过附加增加了发送分集效应的错误订正能力，接收品质得到改善。由此，当为了得到所需要的接收品质而进行发送控制时，得到发送功率降低的效果。或者，另外当发送功率为恒定时，可以得到扩大得到所需要的接收品质的通信区域。

另外，在本实施例中，可以根据传输环境变化时间空间编码单元中的编码方法、编码率，由此可以根据多样的传输环境提高通信量。

另外，在本实施例中，虽然示出了在对下行链路中的SDM对应移动站的空分复用发送时施行时间空间编码的例子，但是，在上行链路中也可以同样适用。这时，在SDM对应移动站中，对空分复用发送信号施行时间空间编码，在基站一侧适用与时间空间编码对应的解码处理。

如上所述，本发明对与空分复用传输对应的移动站、和未对应的移动站混在通信区域内的无线通信系统有用，适用于有效利用基站中的空间上的自由度，改善无线通信系统的通信容量。

Claims (43)

1.一种无线通信系统，具有：

与空分复用传输对应的空分复用对应移动站；

与空分复用传输对应的空分复用未对应移动站；和

基站装置，该基站装置具有：对于向分配给通信区域内的空分复用传输的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的部分空间正交化单元；对于对分配给通信区域内的空分多址的空分多址移动站的发送数据系列或所述部分空间正交装置的输出，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束的波束形成部；和发送所述发送波束的多个天线。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，

所述基站装置的所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的空分多址移动站的所述发送数据系列或所述部分空间正交化单元的输出，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

3.一种无线通信方法，其特征在于，具有如下步骤：

基站装置根据对空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站的信道估算矩阵和接收品质，算出空分复用传输评价基准及空分多址评价基准的步骤；

所述基站装置根据所述空分复用传输评价基准将所述空分复用对应移动站分配给空分复用传输，对于向该分配的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的步骤；和

所述基站装置根据所述空分多址评价基准将所述空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站分配给空分多址，对于对该分配的所述空分多址移动站的发送数据系列、和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束，并从所述基站天线发送的步骤。

4.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

还具有：基站装置从N个天线对每个天线发送已知信号的步骤；

空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站，对具有的总数M个天线的每一个，使用N个所述已知信号的接收结果，来测定由N×M个信道估算值构成的信道估算矩阵，进而测定接收品质的步骤；和

所述空分复用对应移动站及所述空分复用未对应移动站，经由通信线路将所述信道估算矩阵及所述接收品质传输给所述基站装置的步骤；

所述基站装置进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的所述空分多址移动站的所述发送数据系列和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

5.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用进行发送。

6.根据权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用进行发送。

7.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过码分复用进行发送。

8.根据权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过码分复用进行发送。

9.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用与码分复用的组合进行发送。

10.根据权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于，

所述已知信号，从N个基站天线，使用不同的编码系列，对每个天线通过时分复用与码分复用的组合进行发送。

11.一种无线通信方法，具有如下步骤：

空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站，对具有的总数M个天线的每一个将已知信号发送给基站的步骤；

所述基站装置，对多个N个基站天线的每一个接收所述已知信号，根据接收到的所述已知信号，测定由N×M个信道估算值构成的信道估算矩阵，进而测定接收品质的步骤；

所述基站装置，根据所述信道估算矩阵及所述接收品质，算出空分复用传输评价基准及空分多址评价基准的步骤；

所述基站装置，根据所述空分复用传输评价基准，将所述空分复用对应移动站分配给空分复用传输，对于向该分配的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的步骤；

所述基站装置，根据所述空分多址评价基准，将所述空分复用对应移动站及空分复用未对应移动站分配给空分多址，对于对该分配的所述空分多址移动站的发送数据系列、和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，向所述空分复用对应移动站或所述空分多址移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束，并从所述基站天线发送的步骤。

12.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，

所述基站进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的所述空分多址移动站的发送数据系列和进行所述加权处理的空分复用传输的发送数据系列，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

13.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

作为所述接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、接收信号功率对干扰功率比、以及接收功率中任意一个。

14.根据权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，

作为所述接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、接收信号功率对干扰功率比、以及接收功率中任意一个。

15.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

作为所述接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、以及移动站的移动速度和衰减频率估算值中任意一个。

16.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，

作为所述接收品质，使用接收信号功率对噪音功率比、以及移动站的移动速度和衰减频率估算值中任意一个。

17.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，算出所述空分复用传输评价基准的步骤由以下步骤构成：

选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站的步骤；和

在所选择的所述空分复用对应移动站之内，根据在所述空分复用对应移动站的不同的天线间所得到的N个信道估算值间的空间相关系数，决定空分复用传输数的步骤。

18.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，算出所述空分复用传输评价基准的步骤由以下步骤构成：

选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站的步骤；和

在所选择的所述空分复用对应移动站之内，根据在所述空分复用对应移动站的不同的天线间所得到的N个信道估算值间的空间相关系数，决定空分复用传输数的步骤。

19.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

所述基站装置，在用向空分多址的所述空分复用对应移动站或所述空分复用未对应移动站的发送波束发送的数据系列中，预先插入已知的已知信号，

空分多址的所述空分复用对应移动站，根据所述已知信号算出信道估算值，根据所述信道估算值分离接收空分复用传输的信号。

20.根据权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于，

所述基站装置，在用向空分多址的所述空分复用对应移动站或所述空分复用未对应移动站的发送波束发送的数据系列中，预先插入已知的已知信号，

空分多址的所述空分复用对应移动站，根据所述已知信号算出信道估算值，根据所述信道估算值分离接收空分复用传输的信号。

21.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，算出所述空分多址评价基准的步骤由以下步骤构成：

通过规定的调度单元优先分配移动站的步骤；

从所述优先分配的移动站之外选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站或空分复用未对应移动站的步骤；

在所选择的所述空分复用对应移动站或所述空分复用未对应移动站之中，选择具有与通过所述优先分配的移动站中的天线所得到的信道估算矩阵的空间相关系数为最小的天线的移动站的步骤。

22.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，算出所述空分多址评价基准的步骤由以下步骤构成：

通过规定的调度单元优先分配移动站的步骤；

从所述优先分配的移动站之外选择满足规定的接收品质的空分复用对应移动站或空分复用未对应移动站的步骤；

在所选择的所述空分复用对应移动站或所述空分复用未对应移动站之中，选择具有与通过所述优先分配的移动站中的天线所得到的信道估算矩阵的空间相关系数为最小的天线的移动站的步骤。

23.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

功率控制空分多址或空分复用传输的所述发送波束，以达到规定的通信品质。

24.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，

功率控制空分多址或空分复用传输的所述发送波束，以达到规定的通信品质。

25.根据权利要求23所述的无线通信方法，其特征在于，

把对于来自所述基站装置的所述空分复用未对应移动站的通信品质，设定成比对于来自所述基站装置的所述空分复用对应移动站的通信品质高的功率控制。

26.根据权利要求24所述的无线通信方法，其特征在于，

把对于来自所述基站装置的所述空分复用未对应移动站的通信品质，设定成比对于来自所述基站装置的所述空分复用对应移动站的通信品质高的功率控制。

27.根据权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，

所述空分多址评价基准，当呼损比规定值大时，使所述空分复用未对应移动站彼此之间的多址连接优先。

28.根据权利要求11所述的无线通信方法，其特征在于，

所述空分多址评价基准，当呼损比规定值大时，使所述空分复用未对应移动站彼此之间的多址连接优先。

29.一种基站装置，具有：

对于向分配给通信区域内的空分复用传输的空分复用对应移动站进行空分复用传输的发送数据系列，进行提高在进行所述空分复用传输的传输路中的正交性的加权处理的部分空间正交化单元；

对于分配给通信区域内的空分多址的空分多址移动站的发送数据系列、和所述部分空间正交化单元的输出，向移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他移动站的干扰的所述发送波束的波束形成部；和

发送所述发送波束的多个天线。

30.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，根据对所分配的所述空分多址移动站的所述发送数据系列、或所述部分空间正交化单元的输出，形成所述发送波束，以使正交同时连接的其他移动站的信道估算矩阵波束。

31.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

当空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站被同时空分多址分配时，波束形成部，对于空分复用未对应移动站，将最大比合成波束作为向空分复用未对应移动站的发送波束，向空分复用对应移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他空分复用未对应移动站及空分复用对应移动站的干扰的波束。

32.根据权利要求30所述的基站装置，其特征在于，

当空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站被同时空分多址分配时，波束形成部，对于空分复用未对应移动站，将最大比合成波束作为向空分复用未对应移动站的发送波束，向空分复用对应移动站的发送波束，形成降低向同时连接的其他空分复用未对应移动站及空分复用对应移动站的干扰的波束。

33.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

所述波束形成部进行的、降低干扰的所述发送波束的形成，形成与同时连接的其他所述空分复用未对应移动站及空分复用对应移动站的信道估算矩阵正交的所述发送波束。

34.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

还具有对向所述空分复用对应移动站的发送数据系列进行时间空间编码处理的时间空间编码单元；

该时间空间编码的发送数据系列输出给所述部分空间正交化单元。

35.根据权利要求30所述的基站装置，其特征在于，

还具有对向所述空分复用对应移动站的发送数据系列进行时间空间编码处理的时间空间编码单元；

该时间空间编码的发送数据系列输出给部分空间正交化单元。

36.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

还具有使用规定的空分复用传输评价基准及空分多址评价基准，分配所述空分多址移动站和所述空分复用对应移动站的判定部。

37.根据权利要求30所述的基站装置，其特征在于，

还具有使用规定的空分复用传输评价基准及空分多址评价基准，分配所述空分多址移动站和所述空分复用对应移动站的判定部。

38.根据权利要求33所述的基站装置，其特征在于，

还具有使用规定的空分复用传输评价基准及空分多址评价基准，分配所述空分多址移动站和所述空分复用对应移动站的判定部。

39.根据权利要求36所述的基站装置，其特征在于，

所述空分复用传输评价基准及所述空分多址评价基准，根据从通信区域内的移动站接收的信道估算值及接收品质来算出。

40.根据权利要求37所述的基站装置，其特征在于，

所述空分复用传输评价基准及所述空分多址评价基准，根据从通信区域内的移动站接收的信道估算值及接收品质来算出。

41.根据权利要求38所述的基站装置，其特征在于，

所述空分复用传输评价基准及所述空分多址评价基准，根据从通信区域内的移动站接收的信道估算值及接收品质来算出。

42.根据权利要求29所述的基站装置，其特征在于，

当所述空分多址移动站包含空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站双方时，使用对所述空分复用未对应移动站的信道估算矩阵复数共轭转置的矩阵，形成向所述空分复用未对应移动站的发送波束；向所述空分复用对应移动站，形成发送波束，以使与同时连接的其他所述空分多址移动站的信道估算矩阵正交波束。

43.根据权利要求30所述的基站装置，其特征在于，

当所述空分多址移动站包含空分复用对应移动站和空分复用未对应移动站双方时，使用对所述空分复用未对应移动站的信道估算矩阵复数共轭转置的矩阵，形成向所述空分复用未对应移动站的发送波束；向所述空分复用对应移动站，形成发送波束，以使与同时连接的其他所述空分多址移动站的信道估算矩阵正交波束。

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