CN1732643A - 无线通信装置和无线发送方法 - Google Patents

Abstract

在多载波CDMA系统中，为了在减少接收装置的运算量的同时提高接收性能，除了对每个副载波进行加权以外，还对每个副载波包含的各个扩频码(码片)进行不同的加权。

Description

无线通信装置和无线发送方法

技术领域

本发明涉及一种多载波传输方式的无线通信装置和无线发送方法。

背景技术

以往，在多载波CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)系统中是设置成发送装置在频率轴方向扩频发送数据，进行码复用后发送数据。发送的数据因为在受到频率选择性衰落的影响后被接收装置接收，在接收装置会失去扩频码之间的正交性，使得接收性能恶化。为了使扩频码之间的正交性的破坏减少并提高接收性能，进行适用MMSE(Minimum Mean SquareError，最小均方误差)等演算法的解扩以提高接收性能的方法已被广泛应用(例如，参照文献1“使用基于SIR估计的MMSE合成的下行链路宽带OFCDM分组传输的特性，电子信息通信学会技术报告无线通信系统研究会RCS2001-1662001年10月”)。

另外，如果在接收装置使各个副载波的功率相等，在接收装置就不会产生扩频码之间的正交性的破坏，因此可以想到事先在发送装置调整副载波的发送功率进行发送以使得在接收装置的各个副载波的接收功率相等的方法(例如，参照文献2“Performance of predistortion techniques for uplinkMC-CDMA systems with TDD and FDD modes，国际学会The FifthInternational Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications(WPMC’02)2002年10月”)。

然而，在上述文献1所表示的采用MMSE的演算法的接收方法中，因为必须在接收装置测定噪声的功率，从而使得接收装置的结构变得复杂。而且根据传播环境的状态的不同，难以完全恢复扩频码之间的正交性的损失，因而产生不一定能够获得最佳接收性能的问题。

另外，在上述文献2所表示的方法中，接收装置被设置成进行EGC(等增益)合成，因此会产生和进行MRC合成时相比接收性能恶化的问题。

图1是表示传统的发送装置10的结构方框图。在发送装置10，发送到各接收装置的发送数据分别被输入到被设置得和码复用数(接收装置数)相同数量的扩频部11以及串/并行(S/P)变换部12。

扩频部11以预定的扩频码对发送数据进行扩频处理后，将扩频后的信号提供给S/P变换部12。S/P变换部12通过将扩频后的串行信号变换为并行信号，例如可以生成四个副载波，并将该四个副载波分别提供给对应的加法器13-1至13-4。

加法器13-1对从被设置得和码复用数(接收装置数)相同数量的扩频部11以及串/并行(S/P)变换部12的组合中的第一组输出的第一副载波和扩频部11以及串/并行(S/P)变换部12的组合中的第二组输出的第一副载波进行相加。由此，发往第一个用户(接收装置)的以第一扩频码扩频的信号和发往第二个用户(接收装置)的以第二扩频码扩频的信号在第一副载波相加，并构成第一副载波。这个第一副载波被提供给乘法器14-1。

而且，其他的加法器13-2至13-4也是同样地，分别将从对应每个用户(接收装置)的扩频部11和S/P变换部12的各个组输出的第二副载波、第三副载波和第四副载波彼此相加，并将该结果提供给乘法器14-2至14-4。乘法器14-1至14-4将在加权系数计算部23对应各个副载波计算出的加权系数乘以各个副载波。

乘法器14-1至14-4的输出被提供给IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅立叶逆变换)处理部15。IFFT处理部15通过重叠各个副载波生成OFDM信号(多载波信号)并提供给GI(Guard Interval，保护区间)附加部16。GI附加部16对OFDM信号附加保护区间后提供给发送RF(RadioFrequency，射频)部17。发送RF部17对插入保护区间后的信号进行预定的无线发送处理(例如，D/A变换和上变频等)，使该无线发送处理后的信号作为无线电信号从天线18发送出去。

发送装置10发送的信号在接收装置被接收。图2是表示接收装置30的结构方框图。在接收装置30，通过天线31被接收RF部32接收的接收信号被施以预定的无线接收处理(例如，下变频和A/D变换等)。接收RF部32将该无线接收处理后的信号提供给GI除去部33。

GI除去部33除去插入在无线接收处理后的信号的保护区间，将该保护区间除去后的信号提供给FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)处理部34。FFT处理部34对保护区间除去后的信号进行串/并行(S/P)变换，对S/P变换后的信号进行FFT处理后变换为每个副载波的信息，并将该FFT处理后的信号中作为已知信号的导频码元按每个副载波提供给信道估计部35。

信道估计部35使用每个副载波的导频码元按每个副载波进行信道估计，将获得的每个副载波的信道估计值分别提供给EGC系数计算部36和控制信道发送部39。

EGC(Equal Gain Combining，等增益合成)系数计算部36计算为了对每个副载波的信道估计值进行等增益合成的EGC系数，将该EGC系数提供给乘法器37-1至37-4。乘法器37-1至37-4对从FFT处理部34输出的FFT处理后的各个副载波乘以从EGC系数计算部36提供的系数，通过将该乘法结果提供给解扩部38来进行EGC解扩处理。

另外，控制信道发送部39是用来以控制信道发送信道估计部35提供的各个副载波的信道估计值，将各个信道估计值提供给发送RF部40。发送RF部40对各个信道估计值信息进行预定的无线发送处理(例如，D/A变换和上变频等)，使该无线发送处理后的信号作为无线电信号通过天线41发送出去。

在接收到从该接收装置30发送出的信号的发送装置10(图1)，接收RF部20对该接收信号进行预定的无线接收处理(例如，下变频和A/D变换等)，将该无线接收处理后的信号提供给控制信道接收部21。控制信道接收部21从接收信号提取出控制信道，将该提取出的控制信道的数据提供给信道信息检测部22。

信道信息检测部22检测从接收装置以控制信道发送的作为反馈信息的各副载波的信道估计值，并将该信道估计值提供给加权系数计算部23。加权系数计算部23按各个副载波从信道估计值计算出加权系数，将计算出的加权系数提供给乘法器14-1至14-4。例如可以如图3所示，按各个副载波使用信道估计值的倒数作为该加权系数。由此，对于接收装置30中的接收功率小的副载波，在发送装置10增大发送功率后进行发送，对于接收装置30中的接收功率大的副载波，在发送装置10减小发送功率后进行发送，于是接收装置30能够接收功率为一定地接收各个副载波。如果接收功率为一定，则接收装置30只要恢复相位的变化进行解扩(等增益合成型解扩)，即使有频率选择性衰落也能够恢复扩频码之间的正交性。

如上述结构的传统的发送装置10是如图4所示，各个副载波(#1至#4)因加权使得发送功率不同，但副载波内的各个扩频码(各个用户)的发送功率为一定。

如上所述，使用EGC(等增益合成)的传统的多载波CDMA系统只是对各个副载波进行加权使在接收装置端的接收信号的功率相等，虽然能够在接收装置使扩频码之间的正交性恢复，却难以使SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)最佳化佳化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在多载波CDMA系统中减少在接收装置的运算量的同时能够提高接收性能的无线发送装置和无线发送方法。

为达成上述目的，本发明在多载波CDMA系统对每个副载波进行加权，并对包含在各个副载波的每个扩频码(码片)进行不同的加权。

附图说明

图1是表示传统的发送装置的结构方框图；

图2是表示传统的接收装置的结构方框图；

图3是表示传统的加权系数的示意图；

图4是表示传统的加权结果的示意图；

图5是表示本发明实施方式的无线通信系统的结构方框图；

图6是表示本发明实施方式的发送装置的结构方框图；

图7是表示本发明实施方式的接收装置的结构方框图；

图8是表示本发明实施方式的加权系数的示意图；以及

图9是表示本发明实施方式的加权结果的示意图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。

图5是表示使用本发明的无线通信装置100的多载波CDMA方式的无线通信系统的结构方框图。在这个无线通信系统中，发送装置100和多个接收装置200、300、...之间是以多载波CDMA方式进行无线通信。

图6是表示发送装置100的结构方框图。在发送装置100，发送到各接收装置的发送数据分别被输入到被设置得和码复用数(接收装置数)相同数量的扩频部111、串/并行(S/P)变换部112以及乘法器114-1至114-4的扩频处理部110-1、110-2、...。

扩频部111以预定的扩频码对发送数据进行扩频处理后，将扩频后的信号提供给S/P变换部112。S/P变换部112通过将扩频后的串行信号变换为并行信号，例如可以生成四个副载波，并将该四个副载波分别提供给对应的乘法器114-1至114-4。乘法器114-1至114-4分别将在加权系数计算部123计算出的对应各个副载波和各个扩频码(码片)的加权系数和各个副载波相乘。

将和各个加权系数相乘后的结果分别提供给对应各个副载波的加法器113-1至113-4。加法器113-1将从被设置得和码复用数(接收装置数)相同数量的扩频处理部110-1、110-2、...中的第一扩频处理部110-1输出的第一副载波和第二扩频处理部110-2输出的第一副载波相加。由此，发往第一个用户(接收装置)的以第一扩频码扩频的信号和发往第二个用户(接收装置)的以第二扩频码扩频的信号在第一副载波相加。这个第一副载波被提供给IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅立叶逆变换)处理部115。

而且，其他的加法器113-2至113-4也是同样，分别将从对应每个用户(接收装置)的扩频处理部110-1、110-2...输出的第二副载波、第三副载波和第四副载波彼此相加，并将该结果提供给IFFT处理部115。

IFFT处理部115通过重叠各个副载波生成OFDM信号(多载波信号)并提供给GI(Guard Interval，保护区间)附加部116。GI附加部116对OFDM信号附加保护区间后提供给发送RF(Radio Frequency，射频)部117。发送RF部117对插入保护区间后的信号进行预定的无线发送处理(例如，D/A变换和上变频等)，使该无线发送处理后的信号作为无线电信号从天线118发送出去。

从发送装置100发送的信号在接收装置被接收。图7是表示接收装置200的结构方框图。在接收装置200，通过天线231被接收RF部232接收的接收信号被施以预定的无线接收处理(例如，下变频和A/D变换等)。接收RF部232将该无线接收处理后的信号提供给GI除去部233。

GI除去部233除去插入在无线接收处理后的信号的保护区间，将该保护区间除去后的信号提供给FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)处理部234。FFT处理部234对保护区间除去后的信号进行串/并行(S/P)变换，对S/P变换后的信号进行FFT处理后变换为每个副载波的信息，并将该FFT处理后的信号中作为已知信号的导频码元按每个副载波提供给信道估计部235。

信道估计部235使用每个副载波的导频码元按每个副载波进行信道估计，将获得的每个副载波的信道估计值分别提供给MRC系数计算部236和控制信道发送部239。

MRC(Maximal Ratio Combining，最大比值合并)系数计算部236计算为了对每个副载波的信道估计值进行最大比值合并的MRC系数，将该MRC系数(系数的大小对应于接收电平)提供给乘法器237-1至237-4。乘法器237-1至237-4对从FFT处理部234输出的FFT处理后的各个副载波乘以MRC系数计算部236提供的系数，通过将该乘法结果提供给解扩部238来进行MRC解扩处理。

另外，控制信道发送部239是用来以控制信道发送信道估计部235提供的各个副载波的信道估计值，将各个信道估计值提供给发送RF部240。发送RF部240对各个信道估计值信息进行预定的无线发送处理(例如，D/A变换和上变频等)，使该无线发送处理后的信号作为无线电信号通过天线231发送出去。

在接收了从该接收装置200发送出的信号的发送装置100(图6)中，接收RF部120对该接收信号进行预定的无线接收处理(例如，下变频和A/D变换等)，将该无线接收处理后的信号提供给控制信道接收部121-1、121-2、...。控制信道接收部121-1、121-2、...从接收信号提取出控制信道，将该提取出的控制信道的数据提供给信道信息检测部122。

信道信息检测部122检测从接收装置以控制信道发送的作为反馈信息的各副载波的信道估计值，并将该信道估计值提供给加权系数计算部123。加权系数计算部123按各个副载波以及各个扩频码(各个码片)从信道估计值计算出加权系数，将计算出的加权系数提供给乘法器114-1至114-4。这个加权系数是在接收装置端进行接收信号的MRC解扩时能够确保各个扩频码之间的正交性的加权系数。

例如，可以如图8所示，按各个副载波以及各个扩频码(各个码片)计算该加权系数。通过在各个扩频处理部110-1、110-2...的各个乘法器114-1至114-4使上述计算出的加权系数和副载波相乘，按各个副载波以及该每一个副载波的各个扩频码(各个码片)进行加权。

现在说明在加权系数计算部123的加权系数计算方法。使用户(接收装置)数为K，在以本发明的权重向量w_k发送K个用户分量的发送流S_k(t)时，该权重向量w_k以下述方式决定。

首先，计算出相对于从传播路径矩阵A获得的矩阵B＝A^HA的固有向量e_k。该固有向量e_k是满足下式的向量。

e_i ^HA^HAe_i＝λ_i(λ_k是第k个固有值)

e_i ^HA^HAe_j＝0(i≠j)

然后，使固有向量e_k作为发送权重向量w_k，在加权系数计算部123进行计算，以该计算出的系数对各个副载波进行加权后发送出去。使用如上述般的加权系数发送的信号x(t)以下式(1)表示。

$x\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{s}_k\left(t\right)...\left(1\right)$

这个时候的接收装置的接收信号向量r(t)以下式(2)表示。

$r\left(t\right)=A\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{s}_k\left(t\right)+n\left(t\right)...\left(2\right)$

其中，式(2)中的n(t)表示噪声。

接着，假设在接收装置的接收时的加权系数为(Ae_k)^H，则MRC处理后的信号y(t)以下式(3)表示。

$y\left(t\right)=w_k^H{A}^{H}A\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m{s}_m\left(t\right)+w_k^H{A}^{H}n\left(t\right)$

$={\mathrm{\λ}}_k{s}_k\left(t\right)+w_k^H{A}^{H}n\left(t\right)...\left(3\right)$

其中，w_k ^HA^Hn(t)表示噪声。该式(3)的λ_kS_k(t)则是目标的发送流。

另外，此时使用下述关系展开算式。

e_i ^HA^HAe_i＝λ_i(λk是第k固有值)

e_i ^HA^HAe_j＝0(i≠j)

由此能够完全除去来自其他用户的干扰，并能够进行接收SNR为最大的接收。

如上述结构的发送装置100是如图9所示，各个副载波(#1至#4)因加权使得发送功率不同，并且，副载波内的各个扩频码(各个用户)的发送功率也因为加权而使得发送功率不同。而且，上述的各个扩频码的加权系数被设定成在接收装置200进行MRC(对于接收电平大的信号乘以大的加权系数，对于接收电平小的信号则乘以小的加权系数)时能够确保正交性的数值，也就是能够事先补偿在传播路径的正交性的破坏的数值。换言之，即使在接收装置200执行MRC，所使用的加权系数能维持接收信号的大小关系，因此，通过在发送装置100事先将补偿正交性的加权系数乘以发送信号能够确保在接收装置200的正交性。

在接收装置200、300、...接收如上述般进行加权的发送数据，通过对该接收信号进行MRC解扩，使确保扩频码之间的正交性成为可能。而且，作为MRC解扩原本的特性，SNR也最佳化佳化。

如上所述，根据本实施方式的发送装置100，通过对解扩后的信号按每个扩频码以码片为单位进行不同的加权后发送，在接收装置端进行MRC解扩时能够在确保扩频码之间的正交性的同时获得SNR为最佳的接收信号。也就是说，在接收装置能够兼顾到接收信号的SNR的最佳化和确保扩频码之间的正交性，从而提高接收性能。

然而，虽然在上述实施方式以进行一对多通信的情况进行说明，但本发明不限于此，也可适用于一对一通信的情况。

另外，本实施方式的发送装置和接收装置适合配备在于移动通信系统中使用的无线通信终端装置和无线通信基站装置。

如上所述，根据本发明，在多载波CDMA系统中，除了按各个副载波进行加权，也对每个副载波包含的各个扩频码进行不同的加权，由此能够提高接收装置的接收性能。

本说明书是基于2002年12月25日申请的第2002-375265号日本专利，其全部内容包含于此。

工业实用性

本发明适用于在移动通信系统中使用的无线通信终端装置和无线通信基站装置。

Claims (6)

1、一种在多个副载波扩频信号后发送的多载波CDMA系统的无线发送装置，包括：

加权器，对解扩后信号按各个扩频码以码片为单位进行不同的加权，以及

发送器，对上述加权后的信号进行复用后发送。

2、如权利要求1所述的无线发送装置，其中，上述加权器将在接收装置以能够获得最大比值合并的系数进行解扩时确保扩频码的正交性的加权系数用作上述加权中使用的加权系数。

3、如权利要求1所述的无线发送装置，其中，上述加权器在上述加权使用的加权系数，是在接收装置根据各个副载波的信道估计值信息而对以扩频率作为矩阵大小的矩阵进行固有值分解并解扩时提取成为最大固有值的信号的加权系数。

4、一种无线通信终端装置，具备如权利要求1所述的无线发送装置。

5、一种无线通信基站装置，具备如权利要求1所述的无线发送装置。

6、一种在多个副载波扩频信号后发送的多载波CDMA系统的无线发送方法，包括：

对解扩后信号按各个扩频码以码片为单位进行不同的加权；以及

对上述加权后的信号进行复用后发送。

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