CN1714519A - 无线接收装置和无线接收方法 - Google Patents

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Abstract

接收部(102)对通过接收天线(101)接收的信号进行无线接收处理并输出到传播路径补偿部(103)和干扰补偿部(104)。传播路径补偿部(103)根据传播路径估计结果对接收信号进行传播路径补偿。另一方面，干扰补偿部(104)进行传播路径估计，将其结果输出到控制部(105)的同时进行MIMO分离处理，将分离出的接收信号输出。选择部(106)在控制部(105)的控制之下选择从传播路径补偿部(103)和干扰补偿部(104)输出的信号的任何一个后输出。控制部(105)基于传播路径估计结果而控制选择部(106)。解调部(107)和解码部(108)进行接收信号的解调和解码。由此，在MIMO通信，即使是在干扰补偿误差会变大的环境下也能够提高在接收端的差错率特性。

Description

无线接收装置和无线接收方法
技术领域
本发明涉及一种利用多个接收天线接收从多个发送天线并行发送的数据的无线接收装置和在该装置使用的无线接收方法。
背景技术
近年来，一种使图像等大容量的数据通信成为可能的MIMO(Multi-Input/Multi-Output，多入多出)通信技术备受瞩目。在MIMO通信，从发送端的多个天线发送互不相同的发送数据(子位流)，在接收端使用传播路径估计值将在传播路径上彼此混合的多个发送数据分离为原本的发送数据(例如，参见特开2002-44051号公报(图4))
MIMO通信实际上是以大于或等于发送装置数量的天线接收从发送装置发送出的信号，基于该各个天线接收的信号中分别插入的导频信号对天线间的传播路径特性进行估计。这个估计出的传播路径特性H例如在发送端天线有两个、接收天线有两个时是表示为2×2的矩阵。在MIMO通信，是根据获得的传播路径特性H的逆矩阵和各个接收天线得到的接收信号来获得从各发送天线发送出的发送信号(子位流)。
现使用图1A说明在发送机10和接收机20的天线数分别为2个的情况的MIMO通信原理。这里，从发送机10的天线11、12发送出的信号分别是TX1、TX2，而接收机20的天线21、22接收的信号分别是RXI、RX2。
这个时候，接收信号(RX1、RX2)能够以图1B的(式1)来表示。但，A是发送天线11和接收天线21之间传播路径特性，B是发送天线12和接收天线21之间的传播路径特性，C是发送天线11和接收天线22之间的传播路径特性，D是发送天线12和接收天线22之间的传播路径特性。
因此，在接收机22的天线21、22是如(式1)所表示地，TX1、TX2在彼此混合的状态下被接收。为将TX1、TX2彼此分离，例如可以使TX1或TX2的任何一方为期望信号分量，另一方为干扰信号分量，并有必要补偿干扰信号分量。
为了从接收信号中除去(补偿)上述干扰信号分量并获得发送信号(TX1、TX2)如(式2)所示，求出由四个传播路径特性A、B、C、D构成的矩阵的逆矩阵。因此在发送机10对在发送信号中插入传播路径估计用的已知信号(例如导频信号)的信号进行发送，在接收机20根据这个已知信号进行传播路径估计获得传播路径特性A、B、C、D，并获得上述逆矩阵。
实际上是使用仅根据(式2)所表示的逆矩阵运算来分离子位流(各数据)的ZF(Zero-Forcing，迫零)算法和进行使误差变得最小的分离的MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)算法等作为从接收信号(RX1、RX2)获得发送信号(TX1、TX2)的处理顺序。
因此，在MIMO通信，理论上能够在接收机分别分离在同一时间以同一频率发送的多个信号，从而使高速大容量的通信成为可能。
然而，因为实际的装置存在起因于噪声和多径的码间干扰等的影响，而且在实际的电路存有量化误差等等，在从发送信号补偿干扰信号分量的过程当中会产生干扰补偿误差，而该误差大时就会产生在接收端的差错率特性大幅恶化的问题。而且，有的传播路径的环境会使得图1B的(式2)所表示的逆矩阵的行列式|AD-BC|的值接近零，而传统的装置在这样的情况下也会对干扰信号分量尝试补偿，因此会产生分离出的期望信号的干扰补偿误差变得极大，同样地使接收端的差错率大幅恶化的问题。
发明内容
本发明的目的在于：在如MIMO通信一样在多个发送天线和接收天线之间传输互不相同的数据时，即使是干扰补偿误差在接收端会变大的环境之下也能够提高接收端的差错率特性。
这个目的以下面方法达成：在利用多个接收天线接收从多个发送天线无线发送的不同数据的无线接收装置中设置对接收信号进行传播路径补偿(线路变动补偿)的传播路径补偿部，以及对干扰信号分量进行补偿(分离除去)的干扰补偿部，并根据状况切换使用。
附图说明
图1A是说明MIMO通信原理的图；
图1B是表示发送信号和接收信号的关系的算式；
图2是表示本发明实施方式1的无线接收装置的结构方框图；
图3是表示本发明实施方式1的控制部的内部构造的方框图；
图4是表示本发明实施方式1的控制部的动作的流程图；
图5是具体说明本发明实施方式1的无线接收装置达成的效果的图；
图6是表示本发明实施方式1的无线接收装置的变化的图；以及
图7是表示本发明实施方式2的无线接收装置的控制部的结构方框图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。虽然这里是以发送/接收端都是使用两个天线进行MIMO通信的情况为例进行说明，但本发明适用于天线数为任意的情况。
(实施方式1)
图2是表示本发明实施方式1的无线接收装置的结构方框图。
图2表示的无线接收装置包括接收天线101、接收部102、传播路径补偿部103、干扰补偿部104、控制部105、选择部106、解调部107以及解码部108。
在图2，接收部102-1对通过接收天线101-1接收的信号进行下变频等预定的无线接收处理，并输出到传播路径补偿部103以及干扰补偿部104。同样地，接收部102-2对通过天线101-2接收的信号进行下变频等预定的无线接收处理，并输出到传播路径补偿部103以及干扰补偿部104。
传播路径补偿部103对从接收部102-1、102-2输出的信号进行传播路径估计(信道估计)，根据该结果进行传播路径补偿(线路变动补偿)，并输出到选择部106。这里，所谓传播路径估计是指在无线信号从发送端发送出去后到达接收端的接收天线为止的传播路径对受到衰落等影响的传播路径变动(线路变动)的大小进行估计。而传播路径补偿是指为了根据传播路径估计的结果(信道估计值)除去(补偿)传播路径变动的影响，例如以预定的向量对原来的信号进行复数乘法。
干扰补偿部104对从接收部102-1、102-2输出的信号进行和传播路径补偿部103同样的传播路径估计，在将该结果输出到控制部105的同时进行上述的MIMO分离处理，并将分离的接收信号输出到选择部106。
选择部106在控制部105的控制之下，选择从传播路径补偿部103或干扰补偿部104输出的信号的任何一个并输出到解调部107。控制部105的详细控制将后述。
解调部107对从选择部106输出的信号执行对应于在发送端使用的QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相移相键控)、16QAM(QuadratureAmplitude Modulation，正交振幅调制)等调制方式的预定的解调处理，并输出到解码部108。
解码部108对从解调部107输出的解调后的信号执行对应于在发送端使用的编码方式的预定的解码处理并获得接收信号。
图3是表示控制部105的内部构造的方框图。控制部105包括绝对值计算部111、减法部112以及比较判定部113。
如上所述，从干扰补偿部104输出的传播路径估计结果存在期望信号分量和干扰信号分量。绝对值计算部111-1计算从干扰补偿部104输出的传播路径估计结果中的期望信号分量的绝对值并输出到减法部112。同样地，绝对值计算部111-2计算从干扰补偿计算部104输出的传播路径估计结果中的干扰信号分量的绝对值并输出到减法部112。
减法部112从期望信号分量的绝对值(绝对值计算部111-1的输出)中减去干扰信号分量的绝对值(绝对值计算部111-2的输出)，并将该差值输出到比较判定部113。
比较判定部113对从减法部112输出的差和预定的阈值进行比较，该差小于阈值时，指示选择部106选择干扰补偿部104的输出(输出控制信号C1)。而当差大于等于阈值时，对选择部106输出控制信号C1使其选择传播路径补偿部103的输出。
接下来使用图4表示的流程图说明具备上述结构的控制部105的动作。
从干扰补偿部104输出的传播路径估计结果的期望信号分量被输入到绝对值计算部111-1(ST1010)。绝对值计算部111-1计算该传播路径估计结果的绝对值(ST1020)。同样地，从干扰补偿部104输出的传播路径估计结果的干扰信号分量被输入到绝对值计算部111-2(ST1030)。绝对值计算部111-2计算该传播路径估计结果的绝对值(ST1040)。
减法部112求出期望信号分量的绝对值和干扰信号分量的绝对值的差(ST1050)。另外，这个计算出的差表示在期望信号分量产生的传播路径变动与在干扰信号分量产生的传播路径变动比较之下的相对程度大小。因此，差值大就表示在期望信号分量产生的传播路径变动大于在干扰信号分量产生的传播路径变动。
比较判定部113进行下面的动作：对从减法部112输出的差和预定的阈值进行比较(ST1060)，该差小于阈值时，对选择部106输出指示(控制信号)使其选择干扰补偿部104的输出(ST1070)。另外，在差大于等于阈值时，对选择部106输出指示(控制信号)使其选择传播路径补偿部103的输出(ST1080)。也就是说，在期望信号分量产生的传播路径变动和在干扰信号分量产生的传播路径变动为相同水平时，选择以MIMO技术进行分离处理的信号，在干扰信号分量产生的传播路径变动与在期望信号分量产生的传播路径变动相比之下相对地小很多时，选择进行简单的传播路径补偿的信号。
虽然这里为了简化说明而使控制部105的输入为两个，但如上所述，实际上每个接收天线都存在传播路径估计结果的期望信号分量和干扰信号分量，因此控制部105的输入有四个。这个时候，例如以时分对对应于各接收天线的每两个输入进行处理就可以获得两个阈值判定的结果。在这种情况下，不论是哪一个判定结果，只要仅在减法部112计算出的差大于等于阈值时选择传播路径补偿部103的输出即可。并且，也可以按各个接收天线反映各个判定结果。也就是进行下面的操作：选择经过传播路径补偿处理的信号作为由接收天线101-1接收的信号，并选择经过干扰补偿处理的信号作为由接收天线101-2接收的信号。
另外，这里虽然是以计算期望信号和干扰信号的传播路径补偿值的绝对值的差并对该差值和阈值进行比较的情况为例进行说明，但也可以计算期望信号和干扰信号的传播路径估计值的绝对值的比、也就是(期望信号的传播路径估计值的绝对值)/(干扰信号的传路径估计值的绝对值)，并将该比值和阈值进行比较。但是，使用差值的方法具有能使硬件规模减小的优点。
另外，控制部105选择传播路径补偿部103时，对干扰补偿部104输出控制信号C2以停止干扰补偿处理中传播路径估计处理之外的其他处理。由此，因为干扰补偿部104消耗的功率特别大，所以能够期待减少消耗功率的效果。然而，不用说，在选择干扰补偿部104时，也可以实际设置对传播路径补偿部103指示停止的功能。
接着使用图5具体说明具备上述结构的无线接收装置达成的效果。
在图5中，本实施方式的无线接收装置100通过接收天线101-1、101-2对从具有两个发送天线151-1、151-2的无线发送装置150发送的无线信号进行接收。
但如图中实线所表示的，从发送天线151-1发送的无线信号因为在途中的传播路径没有障碍物，所以是直接到达接收天线101-1、101-2。另一方面，如图中虚线所表示的，从发送天线151-2发送的无线信号因为在途中的传播路径上有建筑物160存在，所以无法直接到达接收天线101-1、101-2，或是在信号强度被极度削弱后到达。一般说来，即使考虑无线信号会经过多径传输，但可以轻易想象到从发送天线151-1发送的无线信号在接收端会比从发送天线151-2发送的无线信号以更强的强度被接收。
在这种状况下，例如在MIMO通信有时候每个发送天线分别负责不同的用户(发送对象)。以图5为例，就是从发送天线151-1发送的信号是发送到无线接收装置100的信号，而从发送天线151-2发送的信号不是发送到无线接收装置100的信号的情况。这种时候，在传统的MIMO接收机中，从发送天线151-2发送的信号也被视为对象(将除了期望信号以外的信号视为干扰分量)，求出表示传播路径特性的矩阵的逆矩阵，并通过乘以这个逆矩阵来除去干扰分量，分离(MIMO分离)从两个发送天线发送的信号。但因为从发送天线151-2发送的信号的接收强度极度降低，所以逆矩阵运算的可靠性也降低。
因此，本实施方式的无线接收装置切换两个电路，不进行MIMO分离处理，仅对从发送天线151-1发送的信号进行传播路径补偿的处理来获得接收信号。如果以别的角度来看，这个处理相当于将从发送天线151-2发送的信号仅视为噪声而不是干扰分量来加以处理。
虽然上述例子是受到相当限制的情况，但一般说来，在比较接收天线接收的信号的期望信号分量和干扰信号分量时，干扰信号分量和期望信号分量相比之下接受强度相对地低很多的情况很容易发生。而本实施方式的无线接收装置在这种情况下能够发挥效果。
因此，根据本实施方式，在如MIMO通信一样在多个发送天线和接收天线之间传输互不相同的数据时，因为在接收端将传播路径补偿部和干扰补偿部切换使用，从而即使在干扰补偿误差变大的环境下也能够提高在接收端的差错率特性。
然而，虽然说明了计算逆矩阵的方法作为干扰补偿处理的方法，但干扰补偿算法也有其他的算法(例如，最大似然序列估计)，不用说其它的干扰补偿算法也能够适用。
另外，如图6所示，也可以通过向控制部105通知发送端的发送方法来进行传播路径补偿部103和干扰补偿部104的切换。例如在发送端没有进行MIMO通信而仅使用一个发送天线进行数据的发送，所以接收信号不是复用信号时，或者虽然发送端具备多个发送天线，但是从所有的发送天线发送相同的无线信号的时候，在接收端进行上述干扰补偿处理的实际利益很少。因此，通过将这个事实(发送方法)通知到控制部105，控制部105就能够向选择部106输出指示使其选择传播路径补偿部103。然而，这个发送方法可以由发送端进行通知，也可以设置成由接收端从接收的信号进行发送方法的分析。
(实施方式2)
图7是表示本发明实施方式2的无线接收装置的控制部的结构方框图。然而，这个控制部105a和图2所表示的控制部105具有同样的基本结构，对于相同的构成要素附上相同的标号并省略其说明。
本实施方式的特征在于，控制部具备阈值设定部201。发送信号所使用的调制阶数、编码率、扩频率、以及码复用数被通知到阈值设定部201，阈值设定部201根据这些来设定在比较判定部113使用的阈值。
例如，QPSK调制方式在和16QAM调制方式相比之下，在传播路径的环境恶化时的容错性较强。因此，比起16QAM，使用QPSK作为调制方式时，通过对接收的信号进行传播路径补偿而获得没有错误的数据的可能性变高。也就是说，根据发送信号的调制方式(调制阶数)来变更传播路径补偿部103和干扰补偿部104的选择标准(阈值)较为理想。由此，因为选择传播路径补偿部103而停止干扰补偿部104的动作的情况增加，无线接收装置的消耗功率被削减。另外，不限于调制阶数，关于发送信号使用的编码率、扩频率或是码复用数也适用同样的道理。
因此，阈值设定部201根据发送信号使用的调制阶数等使在比较判定部113使用的阈值自适应地变化并加以设定。然而，上述的调制阶数等可以由发送端进行通知，也可以由接收端从接收的信号来分析调制阶数等。
如上所述，根据本实施方式，在接收端对传播路径补偿部和干扰补偿部进行切换使用时，根据发送信号使用的调制阶数等变更切换的标准，因此选择传播路径补偿部的情况增多，从而能够削减无线接收装置的消耗功率。
本发明的无线接收装置能够设置在移动通信系统中的通信终端装置和基站装置，并由此提供具有和上述同样的操作效果的通信终端装置和基站装置。
另外，本发明的无线接收装置也适用于使用OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplex，正交频分复用)等多载波方式的移动通信系统，并由此能够提供具有和上述同样的操作效果的移动通信系统。使用多载波的传输方式因为码元率被设定得较低(码长较长)，因此在多径环境下有减少起因于多径的码间干扰的效果。另外，通过插入保护区间也能够除去起因于多径的码间干扰。
如上所述，根据本发明，和MIMO通信一样在多个发送天线和接收天线之间传输互不相同的数据时，即使是在接收端干扰补偿误差会变大的环境之下也能够提高在接收端的差错率特性。
本说明书基于2002年11月26日申请的日本专利第2002-341741号公报。其内容全部包含于此。
工业实用性
本发明适用于利用多个接收天线接收从多个发送天线并行发送的数据的无线接收装置和在该装置使用的无线接收方法。

Claims (10)

1、一种无线接收装置，包括：
多个接收部件，接收经过不同的传播路径的多个无线信号；
传播路径补偿部件，对上述多个接收部件接收的各个无线信号补偿上述无线信号在上述传播路径受到的振幅和相位的变动；
干扰补偿部件，根据上述传播路径的环境分别对由上述多个接收部件接收的无线信号的干扰分量进行补偿；以及
选择部件，选择上述传播路径补偿部件或上述干扰补偿部件的任何一个。
2、如权利要求1所述的无线接收装置，其中，上述选择部件根据上述不同的传播路径的环境进行上述选择。
3、如权利要求1所述的无线接收装置，其中，上述选择部件在上述接收部件接收的无线信号不是复用信号、或者是复用了相同信号的信号时，选择上述传播路径补偿部件。
4、如权利要求1所述的无线接收装置，还包括：
传播路径估计部件，关于期望信号和干扰信号估计包含在上述无线信号的上述期望信号和上述干扰信号在传播路径受到的振幅和相位的变动值；
其中，上述选择部件基于估计出的有关上述期望信号和上述干扰信号的变动值的差或是比来进行上述选择。
5、如权利要求4所述的无线接收装置，其中，上述选择部件包括将上述差或比与预定的阈值进行比较的比较部件；以及根据上述无线信号的调制阶数、编码率、扩频率或是码复用数来设定上述阈值的设定部件；并且，根据上述比较部件的比较结果进行上述选择。
6、如权利要求1所述的无线接收装置，其中，上述无线信号是多载波信号。
7、一种通信终端装置，包括如权利要求1所述的无线接收装置。
8、一种基站装置，包括如权利要求1所述的无线接收装置。
9、一种无线接收装置，包括：
多个接收部件，接收经过不同的传播路径的多个无线信号；
第1补偿部件，在上述多个接收部件接收的无线信号中，将期望信号以外的信号视为干扰分量进行补偿；
第2补偿部件，在上述多个接收部件接收的无线信号中，将期望信号以外的信号作为噪声分量进行补偿；以及
选择部件，选择上述第1补偿部件或上述第2补偿部件的某一个。
10、一种无线接收方法，包括：
接受步骤，通过多个天线接收复用不同信号的无线信号；
传播路径补偿步骤，对接收的信号分别补偿上述无线信号在传播路径受到的振幅和相位的变动；
干扰补偿步骤，根据上述无线信号经过的传播路径的环境对接收的各个无线信号的干扰分量进行补偿；以及
选择步骤，选择上述传播路径的环境选择上述传播路径补偿步骤或上述干扰补偿步骤的某一个。
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