CN1747351A - 频率共享型发射机 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是在使用同一频带的多个无线通信系统的发射机和接收机共存的网络环境中，有效地去除多个系统间的干扰，大幅提高频率利用效率。作为解决手段，提供了一种在使用相同频率的多个无线通信系统的发射机和接收机共存的网络环境中使用的频率共享型发射机。该频率共享型发射机包括：通信单元，其被配置为检测周边区域中存在的周边发射机，并与检测到的周边发射机交换信息；以及信号生成单元，其被配置为根据通过所述信息交换得到的信息应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

Description

频率共享型发射机

技术领域

本发明涉及多个无线通信系统共存的网络环境下使用的频率共享型发射机。

背景技术

随着近年来无线通信需求的爆炸性的增长，无线通信形态变得多样化，无线通信经营商的数量也在增长。另外，同时也在推进无线通信系统的宽带化，可用于无线通信的频段正在枯竭。

根据这些倾向，近年来采用了由多个系统共享同一频段的方案。作为一个示例，有称为ISM(Industrial Scientific Medical，工业、科学、医疗)频段的频段。该频段不需要无线电许可证，无线LAN(Local AreaNetwork，局域网)等的众多无线通信经营商使用该频段来提供通信服务。这样的系统间频率共享在今后还有增加的可能性。

图1是表示多个系统的频率共享方式的示例的图。在图1中，例1是把上述的多个系统定义为使用同一无线接口“IEEE.11a”的不同无线LAN经营商“提供商A”、“提供商B”。同样地，例2也是把多个系统定义为使用“W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)作为同一无线接口的2个经营商“运营商A”、“运营商B”。例3是把多个系统定义为同一经营商“运营商A”间的不同无线接口“W-CDMA”、“PHS(Personal Handyphone System，个人手持电话系统)。例4是把无线接口为不同的“W-CDMA”、“IEEE.11a”、运营商为不同的“运营商A”、“提供商B”的情况定义为多个系统。这样，可以考虑各种情况作为多个系统。

不过，多个系统共享频率时产生的问题是系统间的干扰。为了使各系统确保一定的通信质量，需要避免干扰的技术(干扰消除技术)。

这里，作为一个示例，使用图2对现有的无线LAN系统所使用的干扰回避技术进行说明。

图2是现有的多个系统共存下的发射机和接收机的结构图，系统1，2～N分别表示不同的无线LAN经营商所提供的无线通信系统，各个无线通信系统具有包含信号发生部102、时隙分配部103和天线104的发射机101、以及与该发射机101相对的、包含天线106和信号解码部107的接收机105。另外，各系统1，2～N的发射机101与因特网等有线系统的网络NW连接。

这些系统1，2～N使用同一频段，不过使用以下的方法来避免系统间的干扰。即，在开始发射之前各个发射机101使用CSMA-CA(CarrierSense Multiple Access-Collision Avoidance，载波侦听多址访问-冲突回避)等协议，检测其它系统的发射机101是否在进行发射。如果其它的发射机101不在进行发射，则该发射机101向对应的接收机105发送数据。这样，可以在系统之间进行通信的时间分割，可以避免系统之间的干扰。

以上的现有技术采用CSMA-CA等协议来避免系统之间的干扰，但存在如下的问题：由于在系统之间进行通信的时间分割，所以与该频段中只存在一个系统的情况相比，每个系统的频率利用效率降低到1/N。图3是表示各系统相对于时间轴的频率利用状况的图，在同一时间内只有一个系统能利用频段。

从而，考虑到今后无线通信经营商的数目(＝系统数N)进一步增大，需要提供改善该频率利用效率降低的技术。

发明内容

本发明就是鉴于上述的问题而提出的，其目的是提供一种频率共享型发射机，其能够在使用同一频段的多个系统的发射机和接收机共存的网络环境下，有效地消除多个系统之间的干扰，大幅提高频率利用效率。

为了解决上述课题，在本发明的第1个方面中，在使用同一频段的多个系统的发射机和接收机共存的网络环境下使用的频率共享型发射机具有：周边发射机通讯单元，其具有检测存在于周边的发射机的功能以及与所检测到的周边发射机进行通讯从而进行信息交换的功能；信号生成单元，其根据通过上述信息交换得到的信息来应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

另外，在本发明的第2个方面中，上述周边发射机通讯单元可以通过无线通信介质与周边发射机进行通讯。

另外，在本发明的第3个方面中，上述周边发射机通讯单元可以通过有线通信介质与周边发射机进行通讯。

另外，在本发明的第4个方面中，上述周边发射机通讯单元可以利用网络上设置的数据集约装置集中地与周边发射机进行通讯。

另外，在本发明的第5个方面中，上述周边发射机通讯单元可以仅与多个系统中的一组发射机进行通讯。

另外，在本发明的第6个方面中，作为上述信息交换的对象，可以包括信息比特串、传输路径信息、导频信号、同步信息、信息生成方法信息、信号生成所需参数中的至少一种。

另外，在本发明的第7个方面中，作为上述信息交换的对象，可以包括无线调制方式信息、无线带宽信息、中心频率信息中的至少一种。

另外，在本发明的第8个方面中，上述发送信号的生成所需的参数可以由网络上的一个或一个以上的发射机来计算。

另外，在本发明的第9个方面中，上述发送信号的生成所需的参数可以由网络上存在的数据集约装置来计算。

另外，在本发明的第10个方面中，具有：把各系统的导频信号包含到上述信息交换对象中的单元；根据该导频信号来估计以自己的发射机为一端的直接传输路径信息的单元；从其它的系统取得不在一端包含自己的发射机的间接传输路径信息的单元，可以根据所述直接传输路径信息和间接传输路径信息来应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

在本发明的频率共享型发射机中，可以在多个系统的发射机之间进行信息交换，根据所取得的信息而在发送侧采用各种干扰消除技术，从而可以有效地消除多个系统之间的干扰，大幅提高频率利用效率。

附图说明

图1是表示多个系统的频率共享方式的图。

图2是现有的多个系统共存下的发射机和接收机的结构图。

图3是表示各系统相对于时间轴的频率利用状况的图。

图4是根据本发明第一实施方式的多个系统共存下的发射机和接收机的结构图。

图5是表示发射机内的周边发射机通讯部的结构例的图。

图6是表示系统间的交换信息和用于干扰消除的发送接收技术的示例的图。

图7是表示第一实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况的图。

图8是为了说明通过取得传输路径信息进行干扰消除的情况而简化的结构图。

图9示出了通过取得传输路径信息而进行干扰消除的情况下的周边发射机通讯部的结构例。

图10是表示通过取得传输路径信息而进行干扰消除的情况下的处理的流程图。

图11是表示本发明第二实施方式的结构图。

图12是表示本发明第三实施方式的结构图。

图13是表示本发明第四实施方式的结构图。

图14是表示本发明第五实施方式的结构图。

图15是表示第五实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况的图。

图16是表示本发明第六实施方式的结构图。

图17是表示第六实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况的图。

图18是表示频率利用效率的示例的图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施方式进行说明。

图4是根据本发明第一实施方式的多个系统共存下的发射机和接收机的结构图。在图4中，系统1，2～N分别表示不同通信运营商所提供的无线通信系统，使用同一频段。各系统1，2～N中设置有与因特网等有线系统的网络NW连接的发射机110，210～N10、与它们相对的接收机120，220～N20。在发射机110，210～N10中设置有：周边发射机通讯部111，211～N11，其具有检测存在于周边的发射机的功能和与检测到的周边发射机进行通讯从而进行信息交换的功能；信号生成部112，212～N12，其根据通过该信息交换所得到的信息来采用干扰消除技术，从而生成发送信号；天线113，213～N13。在接收机120，220～N20中设置有：天线121，221～N21；对接收信号进行解码(解调)的信号解码部122，222～N22。另外，在各系统1，2～N内也设有从接收机120，220～N20侧向发射机110，210～N10侧发送信号的功能。

图5示出了发射机110，210～N10内的周边发射机通讯部111，211～N11的结构例，具有：周边发射机检测部11，其检测存在于周边的其它系统的发射机；信息交换部12，其与该周边发射机检测部11所检测到的其它系统的发射机进行信息交换；交换信息提供部13，其保持或者根据需要生成待进行信息交换的自己侧的交换信息，并提供给信息交换部12；信号生成信息提供部14，其根据信息交换部12从其它系统取得的交换信息、以及需要时根据自己侧的交换信息，向信号生成部112，212～N12(图4)提供在信号生成时进行干扰消除所需的信息。另外，交换信息提供部13和信号生成信息提供部14也可以设置在周边发射机通讯部111，211～N11以外的部分。

图6示出了系统间的交换信息和用于干扰消除的发送接收技术的示例。如图1的例1、例2那样，在具有同一无线接口的系统间的情况下，如图6的例1所示，作为共有的交换信息，可以考虑从发射机向接收机发送的信息比特串(信息码元)、各发射机/接收机间的传输路径信息、作为基准的导频信号、同步信息、信号生成方法信息(表示公共导频信号生成方法等发送侧的信号生成方法的信息)、信号生成所需的参数等。在这种情况下，作为发送侧的用于信号生成的技术，可以考虑MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)预编码所使用的例如发送ZF(Zero Forcing，迫零)、TH(Tomlinson-Harashima)预编码等，作为接收侧的用于解调的技术，除了特殊的不进行任何动作的情况以外，还可以考虑同步检波或其它的干扰消除技术。另外，在对上行/下行通信进行时间分割的TDD(Time Division Duplex，时分双工)的情况下，各接收机向发射机发送导频信号，由此发射机侧可以得到传输路径信息，在通过频率对上行/下行进行区分的FDD(Frequency DivisionDuplex，频分双工)的情况下，从接收机向发射机反馈传输路径信息，由此可以得到传输路径信息。另外，如图1的例3、例4那样，在使用不同无线接口的多个系统的情况下，作为共有的交换信息，可以考虑追加无线调制方式信息、无线带宽信息、中心频率信息等。

另一方面，在不能共有上述信息的情况下，如图6的例2所示，可以考虑：只将交换信息作为导频信号，在发送侧采用插入用于此目的的公共导频的技术，在接收侧例如采用ML(Maximum Likelihood，最大似然)、MMSE(Minimum Mean Squared Error，最小均方误差)作为利用其它系统信道的干扰消除技术。

图4和图5所示的第一实施方式如下所述进行工作。即，各系统1，2～N的发射机110，210～N10通过周边发射机通讯部111，211～N11的周边发射机检测部11检测周边的其它系统的发射机，由信息交换部12与所检测到的其它系统的发射机进行信息交换。此时，待从自己侧提供的信息由交换信息提供部13提供。从而，根据所取得的信息，信号生成信息提供部14根据需要进行信息的加工，在信号生成部112，212～N12中，生成使用了主要基于传输路径信息的干扰消除技术的发送信号，并从天线113，213～N13发射信号。

当各系统1，2～N的接收机120，220～N20通过天线121，221～N21接收到信号时，通过信号解码部122，222～N22进行信号的解码。此时，由于在发送侧使用了基于多个系统间的交换信息的干扰消除技术，所以可以仅分离出从自己的系统所对应的发射机向自己发送来的信号来进行接收。

这样，本发明在多个系统的发射机之间进行信息交换，可以根据所取得的信息在发送侧采用各种干扰消除技术，因此，与前面所述的现有技术(图1)的情况相比，可以大幅改善频率利用效率。图7示出了第一实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况，多个系统不进行时间分割也可以同时进行通信，可以大幅改善频率利用效率。

图18示出了4个系统共享时的每个系统的频率利用效率的示例，假设各系统同为一个发射天线一个接收天线，发射功率是一定的。横轴PNR为信噪比(dB)，纵轴为频率利用效率Capacity(bps/Hz/System)。

曲线a是应用了本发明的情况下的频率利用效率，是各系统的发射机交换传输路径信息和信息码元，利用TH预编码生成发送信号的情况下的示例。为了比较，曲线b示出了各系统通过时间分割进行通信的情况下的频率利用效率。如图所示，通过在各系统的发射机之间进行信息交换，在发送侧进行干扰消除处理，可以提高频率利用效率。

接下来，说明采用前述的发送FZ作为干扰消除技术的示例。

图8是为了说明通过取得传输路径信息进行干扰消除的情况而简化的结构图，仅示出了系统1和系统2。另外，系统数为N时同样可以适用。

在图8中，系统1和系统2的结构与图4所示的相同，不过作为表示传输路径状态的传输路径值，将系统1的发射机110和接收机120之间设为h11，将系统1的发射机110和系统2的接收机220之间设为h12，将系统2的发射机210和系统1的接收机120之间设为h21，将系统2的发射机210和接收机220之间设为h22。另外，这些传输路径值h11、h12、h21和h22是复数。

图9示出了通过取得传输路径信息而进行干扰消除的情况下的周边发射机通讯部111、211的结构例。即，在周边发射机检测部11中，设置了检测信号发送部11a，其向周边的发射机发送检测信号，以及确认信号接收部11b，其从周边的发射机接收作为对检测信号的应答的确认信号。在信息交换部12中，设置了导频信号发送部12a，其向周边的发射机发送导频信号作为交换信息；导频信号接收部12b，其从周边的发射机接收导频信号；传输路径信息发送部12c，其向周边的发射机发送传输路径信息；以及传输路径信息接收部12d，其从周边的发射机接收传输路径信息。

在交换信息提供部13中，设置了导频信号保持部13a，其向信息交换部12的导频信号发送部12a提供导频信号；以及传输路径信息估计部13b，其根据信息交换部12的导频信号接收部12b所接收到的导频信号估计传输路径信息，并提供给信息交换部12的传输路径信息发送部12c作为交换信息。在信号生成信息提供部14中，设置了发送滤波器计算部14a，其根据信息交换部12的传输路径信息接收部12d所接收到的不在一端包含自己的传输路径信息(间接传输路径信息)和交换信息提供部13所估计的以自己作为一端的传输路径信息(直接传输路径信息)，计算用于干扰消除的发送滤波器的滤波器阶数(filter tap)。

图10是表示通过取得传输路径信息而进行干扰消除的情况下的处理的流程图，以下，顺着这个流程图对动作进行说明。

在图10中，首先，通过检测信号建立发射机之间的通信(步骤ST1～ST4)。

此后，在发射机之间交换导频信号(步骤ST5～ST8)，并估计传输路径值(步骤ST9、ST10)。即，系统1根据自己系统的导频信号估计传输路径值h11，同时根据系统2的导频信号估计传输路径值h12，系统2根据系统1的导频信号估计传输路径值h21，同时根据自己系统的导频信号估计传输路径值h22。此后，从系统2向系统1发送所估计的传输路径值作为交换信息(步骤ST11)，系统1接收该传输路径值(步骤ST12)。

然后，系统1使用从系统2接收到的传输路径值(间接传输路径信息)和系统1自己估计的传输路径值(直接传输路径信息)，使用下式(1)计算ZF滤波器阶数w11～w22(步骤ST13)。

$\left[\begin{array}{cc}w11& w12\\ w21& w22\end{array}\right]={\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^H...\left(1\right)$

在此，传输路径矩阵H是使用上述传输路径值h11、h12、h21和h22如下式(2)那样定义的。

$H=\left[\begin{array}{cc}h11& h12\\ h21& h22\end{array}\right]...\left(2\right)$

然后，在计算出的ZF滤波器阶数中，把系统2所使用的w21、w22发送给系统2(步骤ST14)，系统2接收w21、w22(步骤ST15)。

此后，系统1和系统2之间进行待发送的信息码元s1、s2的交换(步骤ST16～ST19)。

然后，各系统1、2用各自的ZF滤波器阶数对信息码元s1、s2进行加权，从而生成发送信号，并发送出去(步骤ST20、ST21)。

在此，设系统1的发送信号是x1，系统2的发送信号是x2，则x1、x2可以由下式(3)表达。

$\left[\begin{array}{c}x1\\ x2\end{array}\right]={\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^H\left[\begin{array}{c}s1\\ s2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}w11\·s1+w12\·s2\\ w21\·s1+w22\·s2\end{array}\right]...\left(3\right)$

然后，各个接收机接收从各系统1、2发送的信号(步骤ST22、ST23)。

在此，设系统1的接收机所接收的信号是r1，系统2的接收机所接收的信号是r2，则r1、r2可以由下式(4)表达。另外，n1、n2的项是由天线所引进的噪声。

$\left[\begin{array}{c}r1\\ r2\end{array}\right]=H\left[\begin{array}{c}x1\\ x2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}n1\\ n2\end{array}\right]$

$=H\·H^H\·{(H\·H^H)}^{-1}\left[\begin{array}{c}s1\\ s2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}n1\\ n2\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}s1\\ s2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}n1\\ n2\end{array}\right]...\left(4\right)$

即，如以上式(4)所示，通过使用ZF滤波器阶数w11～w22，可以使系统1的接收机所接收到的信号中不包含系统2的信息码元s2，系统2的接收机所接收到的信号中不包含系统1的信息码元s1，通过发送侧的处理，除去接收侧的干扰。

另外，在上述的说明中，在系统1侧进行发送滤波器的计算，但是也可以在系统2侧进行。并且，还可以由系统1和系统2分担进行发送滤波器的计算。另外，作为发送的干扰消除技术，不限于上述的发送ZF，也可以通过前述的TH预编码等来进行。

接下来，图11是表示本发明的第二实施方式的结构图，作为系统1，2…的发射机110，210…中的周边发射机通讯部111，211…的通讯功能，采用蓝牙(Bluetooth)通信等无线通信。另外，省略了接收机侧的结构，但其它部分的结构与图4所示的相同。

该第二实施方式在系统1，2…的发射机110，210…相互近距离地设置的情况下有效。另外，也可以使用蓝牙通信之外的红外线通信。

图12是表示本发明的第三实施方式的结构图，作为系统1，2…的发射机110，210…中的周边发射机通讯部111，211…的通讯功能，采用经由路由器R的有线通信。另外，省略了接收机侧的结构，但其它部分的结构与图4所示的相同。

在该第三实施方式中，系统1，2…的发射机110，210…通过有线通信的分组通信进行通讯，从而在不是相互近距离地设置的情况下也可适用。

图13是表示本发明的第四实施方式的结构图，在系统1，2…的发射机110，210…和网络NW之间设置了数据集约装置D，利用该数据集约装置D，通过有线通信来进行周边发射机通讯部111，211…的通讯功能。另外，省略了接收机侧的结构，但其它部分的结构与图4所示的相同。

在该第四实施方式中，在数据集约装置D中对各系统1，2…所具有的信息进行集中，通过在系统间共享来实现数据的通讯。这种情况下的系统间的通讯通过数据集约装置D来进行，各系统1，2…的发射机110，210…把导频信号、所估计的传输路径信息、信息码元等发送给数据集约装置D，在数据集约装置D中进行ZF滤波器等的计算，把计算结果发送给各系统1，2…的发射机110，210…。这样，可以减轻各系统1，2…所附加的处理量。

接下来，图14是表示本发明的第五实施方式的结构图，将多个系统分成2个组，在各个组中进行通过本发明的信息交换而实现的干扰消除，在组与组之间与以往一样利用时间分割进行通信。即，虽然这里示出了4个系统，但通过在系统1的发射机110的周边发射机通讯部111和系统2的发射机210的周边发射机通讯部211之间进行通讯，避免了系统1和系统2之间的干扰，同样，通过在系统3的发射机310的周边发射机通讯部311和系统4的发射机410的周边发射机通讯部411之间进行通讯，避免了系统3和系统4之间的干扰。然后，在系统1、2的组和系统3、4的组之间，通过系统1、2的发射机110、210的时隙分配部114、214和系统3、4的发射机310、410的时隙分配部314、414，采用CSMA-CA等协议通过时间分割进行发送。另外，省略了接收机侧的结构，但其它部分的结构与图4所示的相同。

图15是示出了第五实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况，系统1、2的组和系统3、4的组之间通过时间分割进行发送，但在各个组中，2个系统可以在没有干扰的情况下同时利用频段。

图16是表示本发明第六实施方式的结构图，适用于各系统1～4的发射机110～410具有2个天线113a、113b…的情况。这样，即使在各系统使用多个天线的情况下，也可以通过系统间的协调来采用发送ZF等干扰消除技术，可以进一步增大通信容量。另外，其它部分的结构与图14所示的相同。另外，图17示出了第六实施方式的各系统相对于时间轴的频率利用状况。

以上，利用本发明的优选实施方式对本发明进行了说明。虽然在此示出了特定的具体例来说明本发明，但是可以理解为在不脱离权利要求书所限定的本发明的广泛的主旨和范围的情况下，可以对这些具体例进行各种修正和变更。即，不应将具体例的细节和附图解释为对本发明的限定。

Claims (11)

1.一种在使用相同频率的多个无线通信系统的发射机和接收机共存的网络环境中使用的频率共享型发射机，其特征在于，具有：

通信单元，其被配置为检测周边区域中存在的周边发射机，并与检测到的周边发射机交换信息；以及

信号生成单元，其被配置为根据通过所述信息交换得到的信息来应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

2.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，所述通信单元通过无线通信介质与所述周边发射机交换信息。

3.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，所述通信单元通过有线通信介质与所述周边发射机交换信息。

4.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，所述通信单元利用网络上设置的被配置为对待交换的信息进行集中的数据集约装置，集中地与所述周边发射机交换信息。

5.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，系统将各个发射机划分成多个组，所述通信单元与所述多个组的发射机中的特定组的发射机交换信息。

6.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，待交换的信息包括信息比特串、传输路径信息、导频信号、同步信息、信号生成方法信息和生成发送信号所需的参数中的至少一种。

7.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，待交换的信息包括调制方案信息、无线带宽信息和中心频率信息中的至少一种。

8.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，生成发送信号所需的参数是由网络上的一个或多个发射机计算的。

9.如权利要求1所述的频率共享型发射机，其中，生成发送信号所需的参数是由网络上设置的数据集约装置计算的。

10.如权利要求1所述的频率共享型发射机，还包括：

把各系统的导频信号包含到待交换的信息中的装置；

根据导频信号来估计与一端包含自己的发射机的传输路径相关的直接传输路径信息的装置；以及

从其它的系统取得与一端不包含自己的发射机的传输路径相关的间接传输路径信息的装置，

其中，根据所述直接传输路径信息和间接传输路径信息来应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

11.一种在使用相同频率的多个无线通信系统的发射机和接收机共存的网络环境中使用共享频率进行传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测周边区域中存在的周边发射机；

与检测到的周边发射机交换预定的信息；以及

根据通过所述交换步骤得到的信息来应用干扰消除技术，从而生成发送信号。

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