CN1830168A - 无线传送控制方法和无线接收装置以及无线发送装置 - Google Patents

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Abstract

现在，如果发送天线数比接收天线数多，则无法在接收侧分离从各发送天线同时发送的不同的信号，接收信号质量有很大恶化。本发明的发送机和接收机分别具备多个天线，发送机发送导频信号，接收机接收导频信号，计算出与该导频信号对应的传送关联信息，根据该计算信息，选择在发送机中利用的发送信号并通知发送机，发送机根据所利用的发送信号选择发送天线，通过该发送天线发送信息信号，由此容易地在接收侧进行信号分离。

Description

无线传送控制方法和无线接收装置以及无线发送装置
技术领域
本发明涉及无线接收装置和无线发送装置分别使用多个天线进行SDM传送的MIMO系统中的无线传送控制方法、无线接收装置和无线发送装置。
背景技术
近年来，无线通信由于其方便性而正在明显被普及。因此，急需针对利用频率的紧迫的对策。作为有效利用该频率的技术之一，近年正在广泛进行在发送接收机中使用多个天线进行高速信号传送的MIMO(Multi-Input Multi-Output：多输入多输出)系统的研究。已知在MIMO系统中，通过在发送接收机中使用多个天线，与发送接收机具有一个天线情况相比能够达到更高容量。
在MIMO系统中，正在广泛研究从多个发送天线分别个别地发送信号，在接收侧使用信号处理而抽出各信号的SDM(SpaceDivision Multiplexing：空间分割多路复用)传送。因此，以下根据SDM传送的代表性文献说明现有技术(例如参考非专利文献1和2)。
图32和图33表示进行SDM传送的发送接收机的结构。在SDM传送中，从发送机的各天线分别地发送时间序列的信号，如图33所示，在接收机中，使用与各个发送信号对应的波束形成进行信号接收。以下，说明该信号处理结构。另外，设发送天线为N个，接收天线为M个，从发送天线n到接收天线m的传输系数为hmn，发送接收机之间的传输特性为矩阵H＝[hmn]，进行说明。
如图32所示，在发送机的终端A1中，从N个发送天线3发送时间序列的发送信号sn(p)(n＝1，......n)。发送信号通过传输路径5由M个接收天线4接收。在接收机的终端B2中，在接收加权乘法部件131、132、133中对接收信号乘以加权vm，进行信号合成。
以下，使用数学公式表示该一连串的过程。如果设接收天线4中的接收信号为xm(p)，则通过下式给出接收向量x(p)＝[x1(p)，......xM(p)]T(T是转置)。
x(p)＝∑n＝1Nhnsn(p)+z(p)
在此，s1(p)，......sN(p)是发送信号，hn＝[h1n，......hMn]T表示从发送天线3向M个接收天线4的传输向量，z(p)＝[z1(p)，......zM(p)]T表示噪声向量，zm(p)表示天线4中的噪声成分。
另外，在接收侧的终端B2中，决定为了接收来自发送天线3的信号sn(p)而适用的加权vn＝[vn1，......vnM]T。通过下式给出信号合成后的输出yn(p)。
yn(p)＝vn Tx(p)＝∑n0＝1N(vn Thn0)sn0(p)+vn Tz(p)
对于接收加权vn有各种各样的决定方法，但决定各信号加权vn使得输出yn(p)接近信号sn(p)。例如，在基于ZF(ZeroForcing)基准的加权决定中，决定加权vn使得满足下式。
vn Thn0＝1        其中n0＝n
vn Thn0＝0        其中n0是n以外的值        公式(1)
式(1)表示接收强的希望信号sn(p)并抑制其他信号sn0(p)(n0是n以外的整数)的条件。因此，能够良好地只接收希望信号。另外，对于不同的n，通过使用不同的加权vn进行信号接收，能够分离多个信号而取出，能够在空间上进行多路传送。另外，在此，作为一个例子说明了基于ZF基准的加权决定法，但其他还有MMSE合成法等类似的加权计算法。任意的加权计算法都基本与式(1)一样，其目的在于抑制希望信号以外的信号。
通过这样在接收侧的终端B2中，从多个信号中抑制希望信号以外的信号，能够实现空间多路复用传送方式(SDM：Space DivisionMultiplexing)。在SDM传送中，由于同时传送多个信号，所以与发送接收机使用单一天线的现有的传送方式相比，有能够进行高速信号传送的优点。
但是，在现实中，式(1)在信号多路复用数N小于等于接收天线数M的情况下(N≤M)能够实现，但在N＞M的情况下不能实现。为了理解该内容，进行更详细的说明。在式(1)中，向量vn和hn0分别可以表示为M维空间上的一个向量。另外，vn Thn0是向量的内积，vn Thn0为0时，相当于vn和hn0在M维空间上处于正交关系的状态。但是，在M维空间上，可以设置与M-1个独立向量hn0正交的一个向量vn，但不能设置与大于等于M个独立向量hn0正交的向量vn。因此，理论上不能使大于等于M个的独立向量hn0满足vn Thn0＝0的关系，在N＞M的情况下不能实现式(1)。
其结果是在信号多路复用数N大于接收天线数M的情况下，在接收侧即使使用任意的加权vn，都无法充分抑制其他信号。因此，接收信号质量急速恶化。为了避免这种状况，在发送天线数比接收天线数多的环境中，需要一种灵活地进行空间多路复用传送的方法，但到现在为止还没有出现其解决方案。
非专利文献1：A.V.Zelst，R.V.Nee，and G.A.Awater，“SpaceDivision Multiplexing(SDM)for OFDM systems”IEEE Proc.ofVTC2000Spring，pp.1070～1074，2000
非专利文献2：黑崎、浅井、杉山、梅比良，“通过MIMO信道实现100Mbit/s的宽频带移动通信用SDM-COFDM方式的提案”信学技报，RCS2001-135，Oct.2001
在现有方法的波束形成法中，在发送天线数比接收天线数少的情况下，能够灵活地进行空间多路复用传送。但是，在现实的无线通信中，存在很多发送天线数比接收天线数多的环境。在该情况下，如果使用现有的传送方法同时从各发送天线发送不同的信号，则在接收侧无法分离相互的信号，接收信号质量有很大恶化。因此，在发送天线数多于接收天线数的许多环境中，需要一种能够相互分离信号进行高质量信号传送的方法。
另外，在发送天线数比接收天线数少的情况下，使用全部发送天线发送信号的方法的传送效率也不一定好。例如，在2个传输向量hn0和hn1相互类似的情况下，也有由于抑制一个信号hn1也抑制了希望信号hn0的情况。在这样的情况下，也可以认为有与发送2个信号相比，停止一个信号的方法更能够进行良好的信号传送的情况。
这样，通过控制信号的发送方法，有可能能够进行更高效率的信号传送。需要一种在MIMO系统中能够进行更高效率的信号传送的发送接收间的控制方法和通信方式。
发明内容
本发明的无线传送控制方法是在具备具有多个天线的无线发送装置、具有多个天线的无线接收装置，并且相互通过SDM传送多个信号的MIMO系统中，包含：上述无线发送装置发送导频(pilot)信号的步骤；上述无线接收装置接收上述导频信号，推测与上述导频信号对应的传送关联信息的步骤；根据推测出的上述传送关联信息，选择在上述无线发送装置中利用的发送信号的步骤；向上述无线发送装置通知记述了上述利用的发送信号的控制信号的步骤；上述无线发送装置根据所通知的上述控制信号选择所利用的天线，从选择出的天线向上述无线接收装置发送信息信号的步骤。
另外，本发明的无线接收装置是在与无线发送装置之间通过SDM传送信号的无线接收装置，具备：接收从上述无线发送装置发送的导频信号的多个天线；推测与通过上述多个天线接收到的上述导频信号对应的传送关联信息的导频信号检测部件；根据由上述导频信号检测部件推测出的上述传送关联信息，选择在上述无线发送装置中利用的发送信号的发送信号判断部件；向上述无线发送装置通知记述了由上述发送信号判断部件选择出的上述利用的发送信号的控制信号的控制信息传送部件。
进而，本发明的无线发送装置是在与无线接收装置之间通过SDM传送信号的无线发送装置，具备：从多个天线向上述无线接收装置发送导频信号的信号发送部件；从上述无线接收装置接收控制信号的控制信息接收部件，该控制信号是记述了根据与上述导频信号对应的传送关联信息由上述无线接收装置选择出的所利用的发送信号的控制信号；根据由上述控制信息接收部件接收到的上述控制信号，选择所利用的天线的发送信号决定部件，其中上述信号发送部件从由上述发送信号决定部件选择出的天线向上述无线接收装置发送信息信号。
本发明的无线传送控制方法通过来自无线发送装置的导频信号，由无线接收装置选择所利用的发送信号并通知无线发送装置，无线发送装置根据该利用的发送信号，向无线接收装置发送信息信号，因此在无线接收装置中，能够接收到能够灵活地进行信号分离的信息信号，能够提高传送效率。
另外，本发明的无线接收装置检测与从无线发送装置发送的导频信号对应的传送关联信息，根据该检测信息选择所利用的发送信号并通知无线发送装置，因此能够接收到能够与传输环境、发送接收天线数等状况对应地灵活地进行信号分离的信息信号，能够提高传送效率。
进而，本发明的无线发送装置从多个天线发送导频信号，并接收根据与该导频信号对应的传送关联信息在接收机中选择出的所利用的发送信号，通过该利用的发送信号来发送信息信号，因此，在无线接收装置侧，能够发送可以与传输环境、发送接收天线数等状况对应地灵活地进行信号分离的信息信号，能够提高传送效率。
附图文字
图1是本发明的实施例1的MIMO系统用发送接收机的基本结构图。
图2是表示实施例1的传送控制方法的流程图。
图3是表示在实施例1中从终端B向终端A传送控制信号的状况的图。
图4是表示在实施例1中从终端A向终端B传送信息信号的状况的图。
图5是在实施例1中使用的导频信号和控制信号的格式图。
图6是实施例1中的终端B的导频信号检测部件的结构图。
图7是表示实施例2中的发送信号判断部件的概要的图。
图8是表示实施例2中的发送信号判断部件中的处理步骤的流程图。
图9是表示实施例3中的发送信号判断部件的概要的图。
图10是表示实施例3中的发送信号判断部件中的处理步骤的流程图。
图11是表示实施例4中的发送信号判断部件的结构的图。
图12是表示实施例4中的发送信号判断部件中的处理步骤的流程图。
图13是表示实施例4中的SINR预测法的图。
图14是表示实施例4中的输出SINR和评价值的关系的表的图。
图15是表示实施例4中的信号的组合和评价值的对应的表的图。
图16是表示实施例4中的发送信号判断部件中的控制步骤的流程图。
图17是表示实施例5中的输出SINR与传送格式和评价值的关系的表的图。
图18是表示实施例5中的输出SINR和评价值的关系的表的图。
图19是表示在实施例5中使用的控制信号的格式的一个例子的图。
图20是多载波通信系统的基本结构图。
图21是实施例6中的多载波SDM传送的发送接收机的结构图。
图22是表示实施例7中的发送信号判断部件的结构的图。
图23是表示实施例7中的发送信号判断部件中的处理步骤的流程图。
图24是表示实施例7中的平均输出SINR的计算方法的图。
图25是实施例8中的MIMO系统用发送接收机的基本结构图。
图26是表示实施例8中的传送控制方法的流程图。
图27是实施例9中的MIMO系统用发送接收机的概念图。
图28是表示实施例9中的传送控制方法的流程图。
图29是表示实施例10中的信号功率的组合和评价值的对应的表的图。
图30是表示实施例10中的发送信号判断部件中的处理步骤的流程图。
图31是表示实施例10中使用的控制信号的格式的一个例子的图。
图32是现有技术的SDMA传送时的发送接收机结构图。
图33是表示现有技术的SDMA传送时的发送接收机结构和接收波束形成的概念图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的各实施例。
实施例1
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的信号传送方法和通信方式。以下，在说明中，将信息信号的发送侧称为终端A，将接收侧称为终端B。
图1是表示本实施例的最基本的发送接收结构图。图2是表示本实施例的控制步骤的流程图。图3表示从终端B向终端A通知控制信号(控制信息)的情况。图4表示从终端A向终端B传送信息信号时的情况。图5(a)表示从终端A发送的导频信号，(b)表示从终端B向终端A传送的控制信号。图6表示终端B中的导频信号检测部件的结构。以下，使用图1～6说明本实施例。
本实施例是能够适用于具有任意发送接收天线数的MIMO系统的高效的信号传送方法。
依照图2，说明本实施例的基本控制步骤。首先，在本实施例中，终端A在发送信息信号之前，从各天线3发送导频信号(S101)。终端B如果接收到导频信号，则作为传送关联信息推测各导频信号的传输向量(S102)。具体的传输向量的推测方法有各种各样的方法，将在后面说明其具体例子。终端B根据推测传输向量，决定在信息信号的发送中利用的发送信号(发送信道)(S103)，通过控制信号向终端A通知所利用的发送信号(S104)。接收到控制信号的终端A根据利用的发送信号选择利用的天线3，向终端B发送信息信号(S105)。
通过基于这样的步骤进行控制，能够与传输环境对应地选择发送天线，能够进行高效的信号传送。本实施例能够适用于任意的发送接收天线数，但特别在发送天线数N多于接收天线数M的情况下，通过减少用于发送的发送天线数，能够灵活地进行终端B中的信息信号的分离接收。
图1表示了本控制中的发送接收机结构。在图中，终端A1(无线发送装置)具备信号发送部件6、控制信息接收部件7、发送信号决定部件8。另一方面，终端B2(无线接收装置)具备导频信号检测部件9、发送信号判断部件10、控制信息传送部件11、信息信号接收部件12。
另外，终端A1具备N个天线3，终端B2具备M个天线4，将发送接收间的传输路径5的传输特性表示为矩阵H＝[hmn]。
根据图1、图2更详细地说明本实施例的动作。终端A1的信号发送部件6在发送信息信号之前，从各天线3发送导频信号(S101)。在终端B的导频信号检测部件9中，通过天线4检测来自终端A的导频信号，即进行接收，推测各导频信号的传输向量(S102)。具体的传输向量的推测方法有各种各样的方法，将在后面说明其具体例子。在发送信号判断部件10中，根据推测传输向量，判断在信息信号的发送中利用的发送信号，即进行决定。在本实施例中，决定在信息信号的发送中利用的发送信号的组合(S103)。在控制信息传送部件11中，通过控制信号从天线4向终端A通知决定了的发送信号的组合(S104)。图3表示了从终端B2向终端A1发送控制信号。终端A1在控制信息接收部件7中，通过天线3从终端B2接收控制信号，在发送信号决定部件8中，根据该控制信号决定所利用的发送信号，即选择所利用的天线3。然后，如图4所示，终端A1的信号发送部件6从选择出的天线3发送信息信号(S105)，终端B在信息信号接收部件12中接收信息信号。
图5(a)是本控制的导频信号20，(b)是控制信号21的各个格式的一个例子。终端A从各天线3分别发送各自不同的导频信号sn(p)。另外，对于从终端B向终端A发送的控制信号，在向天线编号(#1～#N)进行发送的情况下通知“1”，在不进行发送的情况下通知“0”。另外，对于信号格式可以考虑各种各样的形式，本格式只不过是其一个例子。如果是能够通知可以用于传输向量的推测的导频信号、所利用的发送信号的控制信号，则任意的信号格式都可以。
图6表示在终端B的导频信号检测部件9中进行传输向量的推测的结构。可以通过针对每个天线求出接收到的导频信号和预先保存在导频信号检测部件9中的已知导频信号sn(p)的相关性，来进行传输向量的推测。
即，可以通过下式，对接收向量x(p)＝[x1(p)，......xM(p)]T推测传输向量hn＝[h11，h21，......，hM1]T。
hn＝モn-1 Nx(p)sn(p)*
在此，*是复数共轭。通常，使用匹配过滤器(MF：MatchedFilter)来实现该操作。在图6中表示了进行传输向量的推测的一个例子，但除此以外，如果能够从接收信号中检测出与导频信号有关的作为传送关联信息的传输信息，则任意的结构都可以。另外，除了传输向量以外，也可以是与导频信号有关的有效传输信息的任意的参数。
如果在导频信号检测部件9中计算出传输信息(传输向量的推测)，则在发送信号判断部件10中使用该信息进行发送信号的选择。作为发送信号的选择方法可以考虑各种各样的方法。以后，在实施例2～实施例5中，表示与该发送信号的选择方法有关的几个实施例。但是，本发明并不只限于实施例2～实施例5所述的选择方法的例子，可以是使用作为传送关联信息的传输信息控制信息信号的发送并进行传送的高效化的任意的选择方法。
实施例2
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的传送控制方法和通信方式。特别表示了与实施例1中的终端B中的发送信号选择方法有关的一个具体方法。
图7表示了本实施例中的发送信号判断部件10，图8是表示发送信号判断部件10中的控制步骤的流程图。以下，使用图7、图8说明本实施例的发送信号的选择方法。
如图7所示，发送信号判断部件10从多个发送信号中选择R个功率尽量大的信号。具体地说，如果终端B的发送信号判断部件10从导频信号检测部件9接收到传输向量hn，则以模方(norm)‖hn‖大的顺序选择R个信号(S201)。接着，向控制信息传送部件11通知选择出的信号的编号n(S202)。
可以通过该选择而选择出传输环境好的信道并利用。另外，通过将选择的信号数R减少为小于接收天线数M，还能够在终端B中分离接收各信息信号。
因此，依照本实施例，能够选择传输环境好的发送信号(发送信道)进行信号传送。另外，还能够灵活地进行接收机中的各信息信号的分离接收。
实施例3
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的传送控制方法和通信方式。特别表示了与实施例1中的终端B中的发送信号选择方法有关的方法，表示了与实施例2不同的一个方法。
图9表示了本实施例中的发送信号判断部件10，图10是表示发送信号判断部件10中的控制步骤的流程图。以下，使用图9、图10说明本实施例的发送信号的选择方法。
如图9所示，发送信号判断部件10从多个发送信号中选择R个信号使得相互的空间相关性尽量小。在此，空间相关性是指用以下式子定义的参数，
|hn1 Hhn2|/(‖hn1‖‖hn2‖)或者|hn1 Hhn2|
可以说该参数越小，则信号n1、n2在空间上越处于接近正交关系的状态。相互的信号越接近正交关系，则在终端B中越容易进行2个信号的分离。因此，通过该选择，能够在容易相互抑制信号的环境中进行信号传送。其结果是在终端B中，容易进行各信息信号的分离。
作为具体的控制步骤，如果由终端B的导频信号检测部件9推测出传输向量hn，则首先由发送信号判断部件10选择模方‖hn‖最大的信号n(S301)。接着，将选择出的信号n加入到变量n1的组中(S302)。另外，在初始状态下，n1的组不具有要素。在变量n1的要素少于R个的情况下(S303)，从变量n1的组以外新选择属于组n1的信号和信号n的空间相关性的和(下式)最小的信号n(S305)，
∑n1|hn Hhn1|/(‖hn‖‖hn1‖)
并作为要素加入到组n1(S302)。另外，在步骤S302结束时n1的要素大于等于R个的情况下(S303)，向控制信息传送部件11通知作为组n1选择出的编号(S304)，结束处理。
通过这样的一连串处理，能够选择空间相关性相互小的信号的组合，能够在终端B中灵活地进行各信息信号的分离接收。其结果是能够进行高效的信号传送。另外，在发送天线数N多于接收天线数M的情况下，通过使选择的信号数R小于接收天线数M，能够在终端B中分离接收各信息信号。
实施例4
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的传送控制方法和通信方式。特别表示了与实施例1中的终端B中的发送信号选择方法有关的方法，表示了与实施例2、实施例3不同的一个方法。
图11表示本实施例中的发送信号判断部件10的结构，图12是表示发送信号判断部件10中的控制步骤的流程图。图13是在本实施例中使用的SINR预测法的一个例子，图14是用于在发送信号判断部件10中决定评价值的SINR和评价值的对应表。图15表示对各种各样的信号组合计算出评价值的结果。以下，使用图11～图15说明本实施例的发送信号选择方法。
如图11所示，发送信号判断部件10由信号候补选择部件31、输出信号对干扰噪声功率比(SINR：Signal to interference-plus-noise)计算部件(以下称为输出SINR计算部件)32、传送评价部件33、利用信号决定部件34构成。
在发送信号判断部件10中，首先由信号候补选择部件31选择出发送信号的组合的候补(S401)。在输出SINR计算部件32中，预测在发送了该发送信号的组合的情况下能够得到的终端B中的输出SINR(S402)。将在后面说明具体的预测方法的一个例子。在传送评价部件33中，根据预测出的输出SINR的结果，决定与发送信号的组合的候补对应的评价值(S403)。对发送信号的各种各样的组合的全部候补进行该评价(S404)，由利用信号决定部件34最终选择出评价值最高的发送信号的组合，并通知控制信息传送部件11(S405)。
图13表示了在输出SINR计算部件32中在步骤S402中进行的各信号的输出SINR的预测方法。
在进行预测SINR的计算时，首先使用推测传输向量hn进行接收加权vn的计算。
例如，在ZF基准和MMSE合成基准的情况下，通过下式给出接收加权Vn。
Vn＝(∑n0hn0hn0 H)-1hn0       (ZF基准的情况)
Vn＝(∑n0hn0hn0 H+PNI)-1hn0   (MMSE合成基准的情况)
通过针对计算出的接收加权，计算出希望信号和干扰噪声成分的功率，能够通过下式的式2求出输出SINR。
Γn＝|hn HVn(p)|2/{Vn H(∑n0hn0hn0 H+PNI)vn-|hn HVn(p)|2}
                                             (式2)
在此，PN是噪声功率，是预先推测出的值。
另外，接收加权vn也可以通过ZF基准、MMSE合成基准以外的加权计算得出。可以对任意的加权vn适用(式2)的SINR预测式。
如果这样求出了输出SINR，则在传送评价部件33中根据SINR决定传送评价值。在此，作为具体的一个例子，说明与SINR对应地将评价值设置为0和1的方法。但是，本实施例并不只限于基于SINR的传送评价方法，可以基于各种各样的评价基准选择信号的组合。
另外，本发明也可以适用于设想信号的组合候补而进行传送评价并使用其结果进行传送控制的任意的MIMO系统中。
传送评价部件33具有针对图14所示那样的SINR决定评价值的表。在此，在SINR大于等于4dB的情况下将评价值设置为1，除此以外设置为0。分别对各信号的输出SINR执行该评价。
图15表示了对各种各样的信号的组合51进行了该评价的结果。在本实施例中，将通过3个天线进行发送的各种组合作为信号的组合。在此，总结了进行了输出SINR52的预测、各信号的评价值53的计算、评价值的合计54(综合评价值)的计算的结果。这样，对各信号的组合计算出评价值的合计54，在利用信号决定部件34中选择评价值的合计54最大的信号的组合55。
在图15的例子中，在使用#1、#2的天线而不使用#3的天线的情况下，评价值的合计为最大，选择出该组合55。另外，在存在多个达到最大评价值的组合的情况下，选择其中任意的一个。选择出的信号的组合通过控制信息传送部件11通知终端A。
基于这样的控制方法，能够根据各种各样的发送环境评价传送效率，并选择出其中具有最优越的传送效率的信号的组合。其结果是与不进行传送控制的现有的MIMO系统相比，能够构筑传送效率高的通信系统。
本实施例也能够用于针对任意的发送接收天线数提高传送效率。特别在发送天线数N多于接收天线数M的情况下，由于在终端B中达到能够信号分离的状态并同时能够改善传送速度，所以适用效果大。
实施例5
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的传送控制方法和通信方式。本实施例具有与实施例1相同的发送接收机的结构，但从终端B向终端A通知的控制信号不同，在本实施例中，通知各发送信号的传送格式编号。
图16表示本实施例中的发送信号判断部件10中的控制步骤的流程图。图17是用于在发送信号判断部件10中决定评价值的输出SINR和评价值的对应表。图18表示针对各种各样的信号的组合计算评价值的结果。图19是从终端B向终端A传送的控制信号的格式的一个例子。以下，使用图16～图19说明本实施例。
本实施例的发送信号判断部件10与实施例4一样具有图11的结构，由信号候补选择部件31、输出SINR计算部件32、传送评价部件33、利用信号决定部件34构成。作为控制步骤，首先，信号候补选择部件31选择发送信号的组合的候补(S501)，在输出SINR计算部件32中预测与该组合对应的信号的输出SINR(S502)。在传送评价部件33中，根据该输出SINR的结果决定评价值(S503)。针对信号的各种组合的全部候补计算该评价值(S504)，最终由利用信号决定部件34选择出评价值最高的发送信号的组合。这时，利用信号决定部件34决定适合于发送该信号的组合的传送格式，并向控制信息传送部件11通知该传送格式编号(S505)。
图17是用于针对输出SINR预测值决定评价值的表。本表表示针对输出SINR预测值实现规定的通信质量的传送格式和传送速度。在此，规定的通信质量是与比特错误率(BER：Bit Error Rate)或分组错误率(PER：Packet Error Rate)等有关的要求基准。即，设置编码方法(编码率、约束长度等)、调制方式等格式，使得在满足要求基准的BER或PER的范围内传送速度尽量高。
在图17中，记载了在某SINR62下应该使用的调制方式63、编码率64等。一般，SINR越高，则比特错误越强，因此可以增大设置编码率。另外，也可以使用多值调制。其结果是在SINR提高的同时增大了传送速度65。
如果使用本表，则能够基于某SINR来决定用于达到规定的要求质量的传送格式及其传送速度。另外，如果作为评价值来处理传送速度，则能够针对各种各样的信号的组合计算出评价值。
图18是针对各种各样的信号的组合71使用传送速度作为各信号的评价值73而计算出该评价值的合计74的结果。在利用信号决定部件34中，选择在图18中评价值的合计74最大的信号的组合。在本实施例中，选择评价值的合计为10.5的信号的组合(1，1，0)。
通过选择评价值的合计最大的组合，能够在MIMO系统中满足要求质量基准的同时提高传送速度。
如果这样选择出信号的组合，则参考图17决定其传送格式编号，并通过控制信息传送部件11通知终端A。图19是表示该控制信号81的结构的一个例子，针对每个信号指定传送格式编号。在本图中，表示出“0”不作为发送信号使用。另外，表示出在将“8”、“15”、“6”作为发送信号使用时的传送格式编号，如图17所示，在本实施例中，与选择出的组合的各信号的SINR对应地选择出传送规格编号“1”～“31”。
如上所述，终端B选择出与发送信号的组合对应的传送格式编号，并通知终端A。接收到通知的终端A依照与通知的传送格式编号对应的传送格式和传送速度，进行信息信号的传送。
如果依照本方法，则与现有的不进行传送控制的MIMO系统和上述的实施例1～4相比，能够在满足要求通信质量的同时，进行传送速度更高的通信。这样，通过使传送格式具有自由度，能够进行更缜密的系统设计，能够提高传送速度。
另外，在以上的说明中，将传送速度作为评价值使用，但也可以将传送速度以外的参数作为评价值使用。
实施例6
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统中的高效的传送控制方法和通信方式。特别表示了进行多载波传送的SDM传送。
图20是用于说明一般的多载波传送的基本结构图。图21是在多载波传送中适用MIMO系统的情况下的发送接收的结构图。以下，使用图20、图21说明本实施例。
最近，在无线通信中，对能够更高速传送、高速移动的系统产生更高的要求，需要进行宽频带的无线传送。对于宽频带信号的传送，同时使用多个载波进行信号的并行传送的多载波方式特别引人注目。在多载波传送方式中，在频率上并列配置低速的数据，使用不同的载波同时进行发送。通过进行信号的并列传送，来提高传送速度。
图20表示多载波通信系统的基本结构图。如图所示，在多载波信号发送部件91中，将多个信号多路复用为不同的多个频率(93～96)，进行信号传送。另外，在接收侧的多载波信号接收部件92中，对多路复用(93～96)为不同的多个频率的信号进行分离，成为各载波的接收信号。如本图所示，将在多路复用信号发送部件91中多路复用了的信号多路复用为多个频率(93～96)进行传送。这时，能够对通过各载波传送的信号独立进行处理。即，与单载波传送的情况一样，能够对每个载波个别地进行信号处理。因此，在实施例1～5中，以单载波传送的情况为对象进行了说明，但同样的访问控制方法也可以适用于多载波传送方式。
图21表示在多载波传送系统中适用了本发明的MIMO系统的信号处理的结构。如本图所示，通过对每个载波构成实施例1～5所示的MIMO系统，能够对多载波传送方式也适用本发明的MIMO系统。即，终端A具备多载波信号发送部件101～103，终端B2具备多载波信号接收部件104～106。
实施例7
本实施例特别针对进行多载波传送的SDM传送表示了与实施例6不同的传送控制方法和通信方式。
通过如实施例6所示那样对各子载波(各载波)独立地进行传送控制，能够进行与单载波的情况一样的控制。但是，如果对全部子载波进行独立控制，则有控制量大的问题。因此，在本实施例中，说明在降低控制量的同时，能够进行MIMO系统中的高效的信号传送的方法。
图22是发送信号判断部件10的结构图，图23是表示在发送信号判断部件10中进行的控制的流程图。图24表示在发送信号判断部件10中使用的平均SINR计算方法。以下，使用图22～图24说明本实施例。
在实施例6中，对每个子载波进行评价和信号的选择，但在本实施例中，针对全部子载波进行一个传送评价和信号的选择。即，设置与全部子载波对应的评价值，依照该评价值进行全部子载波的发送信号的选择。作为评价值，可以使用平均信号功率、平均空间相关性、平均SINR等各种参数。在此，对使用作为其中之一的平均SINR的情况进行说明。
图22是对全部子载波进行一个传送评价和信号选择的情况的发送信号判断部件10的结构。在本方法中，首先由信号候补选择部件31选择发送信号的组合的候补(S601)，在平均输出SINR计算部件35中预测平均输出SINR(S602)。将在后面说明平均输出SINR的预测计算方法。在传送评价部件33中，根据平均输出SINR的预测结果，决定与发送信号的组合的候补对应的评价值(S603)。对发送信号的全部各种组合进行该评价(S604)，最终由利用信号决定部件34选择出评价值最高的发送信号的组合，并向控制信息传送部件11通知(S605)。
本方法除了使用平均输出SINR来代替输出SINR以外，其他与实施例4一样。另外，对于实施例2、3、5，通过使用平均信号功率、平均空间相关性、平均SINR，能够扩展为多载波传送时的本实施例的控制方法。
图24表示了平均SINR的计算方法。在此，针对信号的候补，与实施例4一样，计算出作为各子载波的SINR的Гn，1(n：发送天线编号，1：子载波编号)。然后，通过在子载波之间对SINR进行平均化，而通过下式计算出与全部子载波对应的作为平均SINR的Гn。
Гn＝E1[テn，1]
在此，E1[·]表示进行与1有关的平均。
在多载波传送中，通常对多个子载波进行编码、解码的情况很多。在该情况下，多载波接收特性很大程度上依存于SINR，根据平均SINR能够大致掌握传送特性。因此，在多载波传送中，通过使用与全部子载波对应的平均化参数，能够以少的控制量进行有效的信号选择。
在本实施例中，使用平均SINR选择所利用的信号的组合，通过控制信号将该组合通知终端A。这时，控制信号对全部子载波是共通的，与每个子载波都需要控制方法的实施例6相比，能够大幅度减轻控制量。
实施例8
本实施例表示在SDM传送中与实施例1～7不同的终端A中的信号发送方法。
在实施例1～7的SDM传送中，终端A从各天线3发送导频信号和信息信号。但是，也可以不必须构成为从各天线3分别地发送信号。在本实施例中，说明终端A使用发送波束进行导频信号和信息信号的传送的情况。
图25是本实施例的发送接收机的结构图，终端A1具备发送加权乘法器111、112、113，终端B2具备接收加权乘法器114、115、116，形成发送波束117、118、119。图26是表示本实施例的控制步骤的流程图。以下，使用图25、图26说明本实施例。
在本实施例中，终端A将发送信号sn(p)乘以加权wn＝[wn1，wn2，......，wnN]T而成为各天线3的信号。在有多个发送信号的情况下，分别乘以不同的加权wn，分别生成各天线3的信号，并同时发送多个信号。在该情况下，终端A的发送信号具有方向性，形成发送波束117～119。这样，终端A也可以不从各天线3发送信号，而从各发送波束117～119发送。
以下，参照图26说明使用发送波束形成的MIMO系统的传送控制的步骤。终端A首先从各发送波束117～119发送导频信号(S701)。终端B如果接收到导频信号，则推测各信号的传输向量(S702)。另外，终端B根据推测传输向量，决定所利用的发送波束(S703)，通过控制信号向终端A通知所利用的发送波束(S704)。接收到控制信号的终端A选择所利用的发送波束，向终端B发送信息信号(S705)。
这样，在终端A使用发送波束进行信号发送的情况下，通过终端A、终端B之间的传送控制，也能够进行高效的SDM传送。同样，实施例1～7的全部方法可以扩展到使用发送波束的情况。
另外，发送波束的个数不必须与发送天线数一样。发送波束数由加权乘法器的个数决定，可以比发送天线数多，也可以比发送天线数少。例如，具有2个天线3的终端A也可以使用4个发送波束发送4个信号。
实施例9
本实施例针对SDM传送进一步扩展实施例1和8的传送控制方法的适用范围。
在实施例8和实施例1中，分别以下述为前提说明了传送控制方法。
(1)终端A从各发送波束传送导频信号，
(2)终端A从各天线3传送导频信号。
但是，实际上，终端B即使不识别是(1)或(2)的状态的哪一个，也能够进行传送控制。
图27表示传送控制方法的概念，图28表示实施例的流程图的一个例子。终端A1在(1)或(2)的任意一个状态下发送导频信号121、122(S801)。这时，终端B2即使不识别(1)或(2)的任意一个，也能够推测与导频信号对应的传输向量(S802)。另外，如果只知道导频信号的系列，则终端B也能够推测信号功率、空间相关性、输出SINR的任意一个。根据其结果还能够选择与导频信号对应的适当的信号(S803)。另外，终端B通过向终端A通知所利用的发送信号的编号(S804)，还能够通知所利用的信号。接收到控制信号的终端A从天线或发送波束向终端B发送信息信号(S805)。
因此，终端B如果只知道导频信号的系列，则即使不识别是终端A处于(1)或(2)的哪一个状态，也能够灵活地进行全部的传送控制。其结果是，终端A与终端B无关地，能够使用任意的发送波束等完全没有问题地进行传送控制。
根据以上的结果，作为规格在终端之间只决定导频信号的系列，通过进行各终端的自由判断，就能够进行发送波束的利用。其结果是，不必在终端之间进行与波束的有无有关的识别和通知，终端A就能够以少的控制量利用发送波束形成。
实施例10
本实施例涉及通过空间多路复用(SDM)传送多个信号的MIMO系统的高效的信号传送方法和通信方式。
本实施例的特征在于：与在实施例5中从终端B向终端A发送的控制信号不同地，特别由终端B决定各信号的发送功率，在传送格式编号的基础上，还向终端A通知发送功率。
图29表示在发送信号判断部件10中针对各种信号的组合计算出评价值的结果。图30表示在发送信号判断部件10中使用的本实施例的流程图的一个例子。图31是从终端B向终端A传送的控制信号82的帧格式的一个例子。以下，使用图29～图31，进行本实施例的说明。
本实施例的发送信号判断部件10具有与图11一样的结构，由信号候补选择部件31、输出SINR计算部件32、传送评价部件33、利用信号决定部件34构成。但是，在传送格式编号的基础上还从终端B向终端A传送发送功率这一点与上述的实施例5不同。
作为控制步骤，首先由信号候补选择部件31选择各信号的发送功率大小的组合75(S901)，在输出SINR计算部件32中，预测终端B中的输出SINR72(S902)。在传送评价部件33中，根据各输出SINR72的预测结果，计算出与各信号对应的评价值(传送速度)73，对与各信号对应的评价值计算合计值，决定传送评价值的合计74(S903)。针对信号的发送功率大小的各种组合来进行该评价(S904)，最终在利用信号决定部件34中选择出评价值的合计最高的发送功率的组合，并通知控制信息传送部件11(S905)。
图29是针对各种信号功率大小的组合75预测输出SINR72计算出评价值的结果。在此，设想了针对导频信号的功率变更了信息信号的功率的情况，来预测输出SINR72。可以使用与式(2)一样的计算方法来进行该SINR预测。另外，使用预测出的SINR决定评价值。这样，针对各种功率大小的组合计算评价值，选择出评价值的合计最高的组合，由此能够进行发送功率的最优化。其中，在作成功率大小的组合时，作成功率的组合使得发送信号的总功率收敛在规定的范围内。
如果这样选择出各信号的功率大小的组合，则与实施例5一样，参照图17决定该组合的传送格式编号，并与发送功率一起通过控制信息传送部件11通知终端A。图31是表示该控制信号82的结构的一个例子，作为与现在的导频信号的比，在左栏中记载与各信号对应的发送功率，右栏的数字表示传送格式编号。另外，在本控制信号的功率项中，作为用于发送信号时的发送功率的规模而规定“0”～“3”，“0”表示不作为发送信号使用的情况。另外，对于传送格式编号，“0”表示不作为发送信号使用的情况，作为发送信号使用的编号与实施例5一样，选择传送规格编号“1”～“31”。
如上所述，终端B选择发送功率的组合，并通知终端A。接收到通知的终端A依照所通知的发送功率和传送格式编号，进行信息信号的传送。
在实施例1～9中，没有考虑信号的发送功率的变更，但在本实施例中，能够进行各发送信号的功率的最优化。其结果是在也考虑到发送功率的基础上，能够更高效地在MIMO系统中进行信号传送。
另外，在本实施例中，说明了对实施例5适用功率的组合的情况，但同样也可以对实施例1～9适用同样的方法。即，使用本实施例中说明了的SINR的功率选择方法只不过是发明的一个具体例子，也可以是由终端B根据传输信息决定功率而进行传送控制的各种MIMO系统的结构。
实施例11
本实施例表示了组合使用MIMO系统和CDMA系统的情况。
在组合使用DS？CDMA方式和多载波CDMA方式、MIMO系统的情况下，可以在终端B中对被符号扩展了的导频信号进行逆扩展后，适用与实施例1～10一样的方法。因此，实施例1～10的传送控制方法也可以与DS？CDMA方式、多载波CDMA方式等CDMA方式组合使用。
由于接收机根据来自发送机的导频信号选择来自上述发送机的信号的发送方法并通知发送机，发送机根据该信号发送方法向上述接收机发送信息信号，所以接收机能够灵活地进行信号的分离，能够适用于谋求提高传送效率的无线通信装置。

Claims (20)

1.一种无线传送控制方法，其特征在于：在具备具有多个天线的无线发送装置、具有多个天线的无线接收装置并且相互通过SDM传送多个信号的MIMO系统中，包含：
上述无线发送装置发送导频信号的步骤；
上述无线接收装置接收上述导频信号，推测与上述导频信号对应的传送关联信息的步骤；
根据推测出的上述传送关联信息，选择在上述无线发送装置中利用的发送信号的步骤；
向上述无线发送装置通知记述了上述利用的发送信号的控制信号的步骤；
上述无线发送装置根据所通知的上述控制信号选择所利用的天线，从选择出的天线向上述无线接收装置发送信息信号的步骤。
2.根据权利要求1所述的无线传送控制方法，其特征在于：
由上述无线接收装置推测的上述传送关联信息是求出了接收到的上述导频信号和已知导频信号的相关性的传输向量。
3.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
由上述无线接收装置选择的上述利用的发送信号是以上述传输向量的模方大的顺序选择出的规定数的发送信号。
4.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
由上述无线接收装置选择的上述利用的发送信号是从多个发送信号中选择出的规定数的发送信号，使得基于上述传输向量的相互空间相关性小。
5.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
上述选择所利用的发送信号的步骤包含：
选择多个发送信号的全部组合的步骤；
预测在发送了发送信号的规定组合的情况下所能够得到的上述无线接收装置中的基于上述传输向量的输出SINR的步骤；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的步骤；
在与发送信号的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送信号的组合的步骤。
6.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
上述选择所利用的发送信号的步骤包含：
选择多个发送信号的全部组合的步骤；
预测在发送了发送信号的规定组合的情况下所能够得到的上述无线接收装置中的基于上述传输向量的输出SINR的步骤；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的步骤；
在与发送信号的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送信号的组合，参照记述了传送格式编号、输出SINR、传送格式和传送速度的对应关系的表，将根据选择出的组合的各发送信号的输出SINR决定的传送格式编号选择为上述利用的发送信号的步骤。
7.根据权利要求1所述的无线传送控制方法，其特征在于：
在上述无线发送装置和上述无线接收装置间的SDM传送中适用多载波传送方式，对每个载波分别进行上述各信号处理。
8.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
在上述无线发送装置和上述无线接收装置间的SDM传送中适用多载波传送方式，对全部子载波进行以下的各信号处理的无线功率传送装置中，
上述选择所利用的发送信号的步骤包含：
选择多个发送信号的全部组合的步骤；
预测在发送了发送信号的规定组合的情况下所能够得到的上述无线接收装置中的基于上述传输向量的平均输出SINR的步骤；
根据预测出的上述平均输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的步骤；
在与发送信号的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送信号的组合的步骤。
9.根据权利要求1所述的无线传送控制方法，其特征在于：
上述发送导频信号的步骤从各发送波束发送上述导频信号，
上述选择所利用的发送信号的步骤选择所利用的发送波束，
上述通知步骤通过控制信号向上述无线发送装置通知上述所利用的发送波束，
上述发送信息信号的步骤根据通知的上述控制信号选择所利用的发送波束，并从选择出的发送波束向上述无线接收装置发送信息信号。
10.根据权利要求1所述的无线传送控制方法，其特征在于：
作为上述无线发送装置发送的导频信号，使用在上述无线发送装置和上述无线接收装置之间预先确定的导频信号的序列。
11.根据权利要求2所述的无线传送控制方法，其特征在于：
上述选择所利用的发送信号的步骤包含：
选择多个发送信号的发送功率的全部组合的步骤；
预测在发送了发送功率的规定组合的情况下所能够得到的上述无线接收装置中的基于上述传输向量的输出SINR的步骤；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的步骤；
在与发送信号的发送功率的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送功率的组合，参照记述了传送格式编号、输出SINR、传送格式和传送速度的对应关系的表，将根据选择出的组合的各发送功率的发送信号的输出SINR决定的传送格式编号和发送功率选择为上述所利用的发送信号的步骤。
12.根据权利要求1所述的无线传送控制方法，其特征在于：
将上述无线发送装置和上述无线接收装置之间的SDM传送、CDMA方式组合起来。
13.一种无线接收装置，在与无线发送装置之间通过SDM传送信号，其特征在于包括：
接收从上述无线发送装置发送的导频信号的多个天线；
推测与通过上述多个天线接收到的上述导频信号对应的传送关联信息的导频信号检测部件；
根据由上述导频信号检测部件推测出的上述传送关联信息，选择在上述无线发送装置中利用的发送信号的发送信号判断部件；
向上述无线发送装置通知记述了由上述发送信号判断部件选择出的上述利用的发送信号的控制信号的控制信息传送部件。
14.根据权利要求13所述的无线接收装置，其特征在于：
作为上述传送关联信息，上述导频信号检测部件推测求出了接收到的上述导频信号和已知导频信号的相关性的传输向量。
15.根据权利要求14所述的无线接收装置，其特征在于：
作为上述所利用的发送信号，上述发送信号判断部件以上述传输向量的模方大的顺序选择规定数的发送信号。
16.根据权利要求14所述的无线接收装置，其特征在于：
作为上述所利用的发送信号，上述发送信号判断装置从多个发送信号中选择出规定数的发送信号，使得基于上述传输向量的相互空间相关性小。
17.根据权利要求14所述的无线接收装置，其特征在于：
上述发送信号判断部件具备：
选择多个发送信号的全部组合的信号候补选择部件；
预测在发送了发送信号的规定组合的情况下所能够得到的基于上述传输向量的输出SINR的输出SINR计算部件；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的传送评价部件；
在与发送信号的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送信号的组合的利用信号决定部件。
18.根据权利要求14所述的无线接收装置，其特征在于：
上述发送信号判断部件包含：
选择多个发送信号的全部组合的信号候补选择部件；
预测在发送了发送信号的规定组合的情况下所能够得到的基于上述传输向量的输出SINR的输出SINR计算部件；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的传送评价部件；
在与发送信号的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送信号的组合，参照记述了传送格式编号、输出SINR、传送格式和传送速度的对应关系的表，将根据选择出的组合的各发送信号的输出SINR决定的传送格式编号选择为上述利用的发送信号的利用信号决定部件。
19.根据权利要求14所述的无线接收装置，其特征在于：
上述发送信号判断部件包含：
选择多个发送信号的发送功率的全部组合的信号候补选择部件；
预测在发送了发送功率的规定组合的情况下所能够得到的上述无线接收装置中的基于上述传输向量的输出SINR的SINR计算部件；
根据预测出的上述输出SINR，决定与发送信号的规定组合对应的评价值的传送评价部件；
在与发送信号的发送功率的全部组合对应的评价值中，选择评价值最大的发送功率的组合，参照记述了传送格式编号、输出SINR、传送格式和传送速度的对应关系的表，将根据选择出的组合的各发送功率的发送信号的输出SINR决定的传送格式编号和发送功率选择为上述利用的发送信号的利用信号决定部件。
20.一种无线发送装置，在与无线接收装置之间通过SDM传送信号，其特征在于包括：
从多个天线向上述无线接收装置发送导频信号的信号发送部件；
从上述无线接收装置接收记述了根据与上述导频信号对应的传送关联信息在上述无线接收装置中选择出的利用的发送信号的控制信号的控制信息接收部件；
根据由上述控制信息接收部件接收到的上述控制信号，选择所利用的天线的发送信号决定部件，其中
上述信号发送部件从由上述发送信号决定部件选择出的天线向上述无线接收装置发送信息信号。
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