CN1930789A - 无线通信设备 - Google Patents

Abstract

在使用多个天线执行发送/接收的时分双工系统的无线通信设备中，使用通信信号来确定在发送和接收电路之间发生的振幅和相位偏差，并对其进行校正。信道估计装置(105)基于与多个天线(101－1至101－N)的各个天线关联提供的接收电路(104－1至104－N)的接收输出，来检测信道信息。校正值确定装置(110)根据该信道信息来确定用于校正在发送电路(103－1至103－N)和接收电路(104－1至104－N)之间发生的偏差的校正值。无线通信设备(100)发送已知信号(训练信号)到另一通信端，即基站。该基站根据已知信号执行信道估计，以产生并发送校正信号(探测信号)。无线通信设备(100)的校正值确定装置(110)使用该校正信号(探测信号)来确定校正值。

Description

无线通信设备

技术领域

本发明涉及用于使用多个天线来进行无线通信的无线通信设备。

背景技术

最近几年，随着多媒体通信的迅速发展，在无线通信中对高速、大容量数据传输的需求也已经在增长。相应地，需要用于有效地使用有限频带中的频率来执行高速、大容量数据传输的通信方法。然后，注意力都集中到在发送和接收方使用多个天线来进行通信的通信方法。由于多个天线用于发送和接收二者，所以，如果同时以相同频率发送不同的信号，则要在接收侧或发送和接收双方对信号执行适当处理，才可以将已发送信号分离以便接收。因此，可以在不扩大频带的情况下增加传输容量，并且可以实现高速、大容量的数据传输。

作为如上所述的通信方法而提出的是以下一种技术，其中在发送和接收方根据所谓权重的系数对多个天线的信号进行加权，由此如果同时发送多个信号，则可以分离这些信号以便接收(例如，参考专利文献1)。作为一种确定发送和接收中的权重的方法，在接收侧检测表示通信信道状况的信道估计值，根据该信道估计值计算特征向量，并将该特征向量用作权重。由于信道估计值在发送侧未知，所以使用反向通信链路而反馈在接收侧检测的信道估计值或在接收侧计算的权重，从而确定发送侧的权重。在时分双工(TDD)系统中，发送侧可使用反向通信链路上的接收信道估计值。由于在正向和反向链路之间共享相同频率，所以可以将通信信道状况假设为等同。

这样，为了在正向和反向链路之间共享信道估计值，该无线通信设备的发送和接收电路最好在振幅和相位上相等；然而，在实际的设备中，由于功率放大器的射频电路之间的个体差异、转接链路、和环境温度改变导致的电路特性偏差等，在发送和接收电路之间发生振幅和相位的偏差。

下面所示的表达式(1)和(2)示出了当如上所述在无线通信设备的发送和接收电路之间存在振幅、相位偏差时在正向和反向接收方检测到的信道估计值。这里，假设正向信道估计值为H_FL，反向信道估计值为H_RL，并且无线通信信号在从正向发送天线到接收天线的传播中接收的信道响应矩阵为H。假设正向方向中的发送电路的振幅、相位偏差和接收电路的振幅、相位偏差分别为Z_{FL_TX}和Z_{FL_RX}，反向方向中的发送电路的振幅、相位偏差和接收电路的振幅、相位偏差分别为Z_{RL_TX}和Z_{RL_RX}。假设正向发送天线的数目为M，并且接收天线数目为N。T表示矩阵的转置。相应地，H_FL和H_RL表示如下：

[表达式1]

$H_{\mathrm{FL}}=Z_{\mathrm{FL}\_\mathrm{Rx}}\·H\·Z_{\mathrm{FL}\_\mathrm{Tx}}$

[表达式2]

$H_{\mathrm{RL}}=Z_{\mathrm{RL}\_\mathrm{Rx}}\·H\·Z_{\mathrm{RL}\_\mathrm{Tx}}$

这样，如果在无线通信设备的发送和接收电路中发生振幅、相位偏差，则正向和反向信道估计值不同。这样，如果在正向接收方检测的正向信道估计值被用于产生接收权重，则没有问题出现；然而，如果正向信道估计值被用于产生反向发送权重，则发送和接收电路之间的振幅、相位偏差产生影响，并且降低了特性。

图8示出了当在无线通信设备的发送和接收电路中出现振幅、相位偏差时通过计算机仿真得到接收特性(误差率)的示例。仿真条件如下：调制系统是QPSK；发送天线的数目为二；接收天线的数目为二；信道估计值的特征向量被用作发送和接收权重；使用正向信道估计值来产生接收权重；并且使用反向信道估计值产生发送权重。振幅偏差5％和相位偏差(漂移)±30、60、和90度被生成为无线通信设备的发送和接收电路之间的偏差。根据图8可以知道，当相位偏差(漂移)增长时，接收特性降低。

另一方面，提出了一种检测无线通信设备中的发送和接收电路之间发生的振幅和相位偏差、并对其进行校正的技术(例如，参考专利文献2)。配置该无线设备，以便使用由无线通信设备产生的用于发送的通信信号、和没有用作通信信号的参考信号来检测发送和接收电路之间发生的偏差，并且该无线设备具有天线和共享该天线的发送电路和接收电路。在校准时，将发送电路的输出连接到接收电路的输入，并计算经过所述发送和接收电路的信号的相位旋转量和/或振幅偏差量。接下来，将参考信号连接到接收电路的输入，并计算传输经过接收电路的信号的相位旋转量和/或振幅偏差量。将这些信息相减，从而计算经过发送电路的信号的相位旋转量和/或振幅偏差量。基于该信息，计算用于校正发送和接收电路之间的相位旋转量和/或振幅偏差量差值的校正值。使用该校正值，校正了发送和接收电路之间的相位旋转量和/或振幅偏差量差值。

专利文献1：JP-A-2001-237751

专利文献2：国际专利公开No.00/60757。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，如在上述相关技术示例中，可以检测并校正(校准)发送和接收电路之间发生的振幅和相位偏差的无线通信设备需要在无线通信设备中添加校准硬件。也就是说，除了通信信号之外要产生偏差检测信号(参考信号)，并且，在校准时，用于将发送电路的输出或者参考信号连接到接收电路的输入的切换电路成为必须。这样，无线通信设备的复杂度增加，并且设备规模变大。因此，该配置可以实现为象基站设备一样的大无线通信设备，但是难以将该配置实现为象移动终端一样的小无线通信设备。

因此，本发明的一个目的是提供一种能够根据简单配置校正发送电路和接收电路的传输线特性的无线通信设备，而没有在无线通信设备中产生偏差检测信号，并且不需要增加用于切换接收电路的输入连接的切换电路。

用于解决问题的手段

根据本发明，首先，提供了一种用于根据时分双工(TDD)系统进行无线通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：多个天线；发送电路，用于传输发送信号到多个天线；接收电路，用于传输来自多个天线的接收信号；信道估计装置，用于使用来自接收电路的接收信号检测信道信息；以及校正值检测装置，用于使用来自信道估计装置的信道信息而检测用于校正发送电路和接收电路之间发生的偏差的校正值，其中该校正值检测装置使用从与所述无线通信设备进行通信的无线通信设备发送的校正信号来检测校正值。

因此，可以根据简单配置校正无线通信设备中的发送和接收电路中出现的偏差，而没有增加除通信信号之外的用于产生校正信号(参考信号等)的电路或者切换电路。

其次，上面首先描述的无线通信设备包括：接收权重产生装置，用于使用来自信道估计装置的信道信息而产生接收权重；接收信号加权和组合装置，用于使用接收权重来对来自接收电路的多个接收信号进行加权，并组合所述信号；发送权重产生装置，用于使用接收权重和来自校正值检测装置的校正值而产生发送权重；以及发送信号加权装置，用于使用发送权重而对发送数据进行加权。

因此，校正了发送权重，从而可以校正偏差。

第三，在上面首先或其次描述的无线通信设备包括已知信号发送装置，用于将已知信号发送到与所述无线通信设备进行通信的无线通信设备，其中该校正值检测装置从与所述无线通信设备进行通信的无线通信设备发送的、并由所述无线通信设备接收的校正信号中，检测用于校正在连接到每个天线的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值。

因此，使用与关联方的无线通信设备之间的通信信号，可以检测和校正发送和接收电路之间发生的偏差。

第四，根据本发明，提供了一种用于与如权利要求3所述的无线通信设备进行无线通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：多个天线；发送电路，用于传输发送信号到多个天线；以及接收电路，用于传输来自多个天线的接收信号；信道估计装置，用于根据已接收的已知信号来估计信道估计值；校正信号产生装置，用于根据信道估计值来产生校正信号；以及校正信号发送装置，用于发送已产生的校正信号。

因此，相关方的无线通信设备根据所收到的已知信号估计信道估计值，并且基于该信道估计值产生校正信号并发送该校正信号，从而可以使用所述校正信号来校正发送和接收电路之间发生的偏差。

第五，在上面第四所述的无线通信设备中，校正信号产生装置产生校正信号，使得它成为信道估计值的倒数。

第六，在上面第四所述的无线通信设备中，校正信号产生装置将信道估计值分解为奇异值(singular values)，并使用该结果产生校正信号。

这样，使用信道估计值的倒数、或者将信道估计值分解为奇异值的结果，可以产生校正信号，并可以进行校正。

第七，上面第三所述的无线通信设备包括：分发装置，用于分发来自发送装置的发送信号的一部分；切换装置，用于进行连接，以便将分发装置所分发的发送信号传输到接收电路；以及振幅偏差校正值检测装置，用于检测振幅偏差校正值，该振幅偏差校正值用于校正当传输通过发送电路之前的信号和传输通过接收电路之后的信号被输入、并被传输通过发送电路或接收电路时改变的振幅偏差。

因此，检测用于校正振幅偏差的振幅偏差校正值，并且可以校正发送和接收电路之间发生的偏差。

第八，在上面第七所述的无线通信设备中，切换装置进行切换，以便在时分双工系统的发送定时处将分发装置所分发的发送信号的一部分传输到接收电路，并以便不在时分双工系统的接收定时处将分发装置所分发的发送信号的一部分传输到接收电路。

这样，响应发送或接收定时而切换信号，从而可以检测用于校正振幅偏差的振幅偏差校正值。

第九，在上面第四所述的无线通信设备中，该校正信号产生装置产生校正信号，以便校正信道估计值的相位旋转。

这样，产生了校正信号以便校正信道估计值的相位旋转，并且可以使用该校正信号来校正发送和接收电路中发生的偏差。

本发明的优点

根据本发明，可以提供以下一种无线通信设备，其能够根据甚至小无线通信设备的简单配置校正发送电路和接收电路的传输线特性，而不在无线通信设备中产生校正信号。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的无线通信设备的框图。

图2是根据本发明第一实施例的用于与无线通信设备进行通信的基站设备的框图。

图3是示出在第一实施例中为每个天线分别发送训练信号的方法的具体示例的图。

图4是示出第一实施例中的校正值检测过程的图。

图5是示出第一实施例的基站设备中的发送和接收权重产生过程的图。

图6是示出第一实施例的无线通信设备中的发送和接收权重产生过程的图。

图7是根据本发明第二实施例的无线通信设备的框图。

图8是示出当在无线通信设备的发送和接收电路之间发生振幅、相位偏差时的接收特性的计算机仿真结果示例的图。

附图标记说明

100、700无线通信设备

101、201、701天线

102、202、702切换装置

103、203、703发送电路

104、204、704接收电路

105、205、705信道估计装置

106、206、706接收信号加权和组合装置

107、207、707接收权重产生装置

108、208、708发送权重产生装置

109、209、709发送信号加权装置

110、710校正值检测装置

111、711校正值存储器

200基站设备

212探测信号产生装置

713分发装置

714振幅校正值检测装置

具体实施方式

(第一实施例)

图1是根据本发明第一实施例的无线通信设备的框图。该无线通信设备100包括多个(N个)天线101-1至101-N、多个(N个)发送-接收切换装置(SW)102-1至102-N、多个(N个)发送电路103-1至103-N、多个(N个)接收电路104-1至104-N、信道估计装置105、接收信号加权和组合装置106、接收权重产生装置107、发送权重产生装置108、发送信号加权装置109、校正值检测装置110、以及校正值存储器111。

这里，考虑图1所示的无线通信设备100是移动终端，例如，基站设备是用于同无线通信设备100进行通信一方的无线通信设备

图2是用于与图1所示的无线通信设备进行通信的基站设备的框图。基站设备200包括多个(M个)天线201-1至201-M、多个(M个)发送-接收切换装置(SW)202-1至202-M、多个(M个)发送电路203-1至203-M、多个(M个)接收电路204-1至204-M、信道估计装置205、接收信号加权和组合装置206、接收权重产生装置207、发送权重产生装置208、发送信号加权装置209、和校正信号(探测信号)产生装置212。

图1所示的无线通信设备100的天线数目(N)可以相同于或者可以不同于图2所示的基站设备200的天线数目(M)。

将使用相同频带、并根据时间划分上行和下行链路的TDD系统作为无线通信中的链路连接系统来处理。多路接入系统不受限。例如，可以使用用于根据时间划分连接信道的时分多路接入(TDMA)、用于根据每个连接信道的离散码来执行划分多路复用的码分多路接入(CDMA)等等。调制系统也不受限。例如，可以使用数字调相(相移键控(PSK))系统、数字正交调幅(QAM)系统等等。

接下来，将论述图1所示的无线通信设备100的部件。发送信号加权装置109输入发送数据，并根据发送权重产生装置108为每个天线产生的发送权重来加权发送数据。例如，发送权重是包括振幅和相位信息的复数系数，并且发送数据与发送权重相乘并被加权。将每个天线的已加权发送信号输入到发送电路103-1至103-N中的每一个。发送电路103-1至103-N中的每一个执行从数字信号到模拟信号的转换、从基带频率到射频的频率转换、发送功率放大等处理。发送电路103-1至103-N中的每一个包含利用模拟器件进行的处理。在利用模拟器件进行的处理中，由于模拟器件的特性，而在振幅和相位中发生偏差。接下来，每一个发送电路103-1至103-N的输出信号被输入到发送-接收切换装置102-1至102-N中的每一个，并且在时分双工系统中的发送定时处将该发送信号馈送到天线101-1至101-N中的每一个，从而将该信号发送到基站设备200。

在天线101-1至101-N的每一个处接收来自基站设备200的信号。在天线101-1至101-N处接收的接收信号被提供给发送-接收切换装置(SW)102-1至102-N，并在接收定时处被提供给接收电路104-1至104-N。接收电路104-1至104-N的每一个执行接收信号的功率放大、射频到基带频率或者中频的频率转换、模拟信号到数字信号的转换等处理。接收电路104-1至104-N的每一个包含利用模拟器件进行的处理。在利用模拟器件进行的处理中，由于模拟器件的特性而在振幅和相位中发生偏差。

接收信号加权装置106根据接收权重产生装置107为每个天线产生的接收权重，而对从接收电路104-1至104-N的每一个提供的接收数字信号进行加权。像发送权重一样，接收权重例如为复数系数。信道估计装置105输入来自接收电路104-1至104-N的接收数字信号，并执行表明传播路径状况的信道估计。接收权重产生装置107根据信道估计装置105所检测的信道估计值来产生接收权重。校正值检测装置110使用信道估计装置105的检测结果，来检测用于校正在无线通信设备100的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值。将校正值检测装置100所检测的校正值存储在校正值存储器111中。发送权重产生装置108使用存储在校正值存储器111中的、用于接收权重产生装置107所产生的接收权重的校正值，而校正在无线通信设备100的发送和接收之间发生的偏差，由此产生发送权重。

接下来，将论述图2所示的基站设备200的部件。与图1所示的无线通信设备100的那些部件相同的部件以与上述无线通信设备100的部件相同的方式工作。然而，对于发送电路203-1至203-M的每一个和接收电路204-1至204-M的每一个中的振幅、相位偏差，由于该设备是基站设备，所以可根据背景技术中描述的专利文献2中所述的方法等来校正在发送和接收电路之间发生的振幅、相位偏差。校正信号(探测信号)产生装置212使用信道估计装置205所检测的上行链路信道估计值，而产生探测信号作为校正信号。

图1中的无线通信设备100的信道估计装置105检测信道估计值作为下行链路传播路径状况，并且图2中的基站设备200的信道估计装置205检测信道估计值作为上行链路传播路径状况。这里，将论述下行链路上的信道估计值的检测方法，作为信道估计值检测方法的示例。

基站设备200从天线201-1至201-M的每一个发送其信号序列在无线通信设备100中为已知的信号。这里，该已知信号是所谓的训练信号。由于需要发送天线201-1至201-M的每一个和接收天线101-1至101-N的每一个之间的所有信道响应，所以使用为每个天线分别发送训练信号的方法作为训练信号发送方法。

图3是示出分别为每个天线发送训练信号的方法的具体示例的图。图3(a)示出用于在时间序列上依次切换训练信号发送天线、从而从基站设备200的天线201-1至201-M发送独立的训练信号的时分多路复用(TDM)系统。图3(b)示出用于根据每个天线预定的代码序列扩展训练信号、并从所有天线同时发送该训练信号的码分多路复用(CDM)系统。

在无线通信设备100中，从基站设备200发送的训练信号在天线101-1至101-N处被接收，并被发送-接收切换装置102-1至102-N传输到接收电路104-1至104-N，并经受接收处理。信道估计装置105使用来自接收电路104-1至104-N的每一个的输出信号，来执行每个训练信号与所述信号序列等的相关处理，从而检测表示下行链路传播路径状况的信道估计值。例如，该信道估计值是包括振幅和相位信息的复数。对分配到基站设备200的天线201-1至201-M的每一个训练信号执行该处理。所检测的信道估计值包含：当从基站设备200的天线发送的信号进行传播直到其在无线通信设备100的天线处被接收时所收到的信道响应、以及当该信号被传输通过无线通信设备100的接收电路104-1至104-N的每一个时所收到的偏差。

假设具有当信号在天线之间传播时所收到的信道响应作为每个元素的信道矩阵为H、并且当该信号被传输通过无线通信设备100的接收电路104-1至104-N的每一个时所收到的偏差为Z_RX，则无线通信设备100的信道估计装置105所检测的下行链路信道估计值H_DL变成如下的表达式：

[表达式3]

$H_{\mathrm{DL}}=Z_{\mathrm{Rx}}\·H$

$=\left[\begin{array}{cccc}{z}_{\mathrm{Rx},1}\·h_{\mathrm{1,1}}& z_{\mathrm{Rx},1}\·h_{\mathrm{1,2}}& \·\·\·& z_{\mathrm{Rx},1}\·h_{1,M}\\ \·& & & \·\\ \·& & z_{\mathrm{Rx},i}{h}_{i,j}& \·\\ \·& & & \·\\ z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,1}& z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,2}& \·\·\·& z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,M}\end{array}\right]---\left(3\right)$

对于上行链路，也以类似方式执行信道估计。从无线通信设备100发送基站设备200中已知的训练信号，并且在基站设备200中检测信道估计值。所检测的信道估计值包括当信号传输通过无线通信设备100的发送电路103-1至103-N的每一个时所收到的偏差、以及当从无线通信设备100的天线发送的信号进行传播直到其在基站设备200的天线处被接收时所收到的信道响应。

假设当信号传输通过无线通信设备100的发送电路103-1至103-N的每一个时所收到的偏差为Z_TX，则基站设备200的信道估计装置205所检测的上行链路信道估计值H_UL变成如下的表达式：

[表达式4]

$H_{\mathrm{UL}}=H^T\·Z_{\mathrm{Tx}}$

$=\left[\begin{array}{ccc}{z}_{\mathrm{Tx},1}\·h_{\mathrm{1,1}}& \·\·\·& z_{\mathrm{Tx},N}\·h_{N,1}\\ z_{\mathrm{Tx},1}\·h_{\mathrm{1,2}}& & z_{\mathrm{Tx},N}\·h_{N,2}\\ \·& & \·\\ \·& z_{\mathrm{Tx},j}{h}_{j,i}& \·\\ \·& & \·\\ z_{\mathrm{Tx},1}\·h_{1,M}& \·\·\·& z_{\mathrm{Tx},N}\·h_{N,M}\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中T表示矩阵的转置。

图4示出检测用于校正在如图1和2配置的无线通信设备100和基站设备200中的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值的过程。接下来，将根据图4论述校正值检测过程。

在无线通信设备100中，在步骤401开始校正值检测过程。在步骤402中，根据如上所述的训练信号发送方法从无线通信设备100发送训练信号。在步骤403中，已发送的训练信号在基站设备200处被接收，并且信道估计装置205检测上行链路的信道估计值H_UL。在步骤404，使用所检测的信道估计值H_UL，校正信号(探测信号)产生装置212产生探测信号Scal作为用于在无线通信设备100中检测校正值的校正信号，并从天线发送该探测信号。使用从无线通信设备100的第j个天线到基站设备200的每个天线的信道响应，以如下的表达式(5)产生用于无线通信设备100的第j个天线的探测信号Scal_j：

[表达式5]

${\mathrm{Scal}}_j=\left[\begin{array}{c}1/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,1})\\ 1/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,2})\\ \·\\ \·\\ \·\\ 1/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,M})\end{array}\right]---\left(5\right)$

这个探测信号Scal_j是使用时分多路复用或码分多路复用而从基站设备200的天线201-1至201-M的每一个发送的。例如，当来自第j个天线的用于信道估计的训练信号的时间序列信号乘以探测信号Scal_j时，可发送探测信号。在步骤405中，当从基站设备200发送的探测信号在天线之间传播、并在无线通信设备100的第j个天线处被接收时，其经受了信道偏差。该接收信号被传输通过第j个接收电路，并被输入到信道估计装置105。当信道估计装置105以与用训练信号执行信道估计的方式类似的方式检测接收信号的探测信号的振幅和相位时，结果变成如下所示的表达式(6)。该结果使用了如下性质：由于反向链路中的信道偏差的前一检测结果是用于发送的，所以，如果信道偏差足够小，则取消该信道偏差分量并可以检测天线201和发送电路203的偏差。

[表达式6]

$S_{\mathrm{DL}\_\mathrm{Rx},j}=\frac{\mathrm{\Σ}{z}_{\mathrm{Rx},j}}{z_{\mathrm{Tx},j}}---\left(6\right)$

作为另一种探测信号，可代替表达式(5)而使用表达式(7)。由于天线之间的校准仅需要能够校正相对的振幅和相位关系的偏差，所以，如果因此采用乘以所有Scal_j共用的复数系数值A的结果作为探测信号，则可以以类似方式执行校准。使用这个性质，可以在无线电定律(Radio Law)等所规定的发送功率范围中实现探测信号的发送功率控制，并发送具有足够信噪功率比的探测信号，使得可以增强校准精度。

[表达式7]

${\mathrm{Scal}}_j=\left[\begin{array}{c}A/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,1})\\ A/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,2})\\ \·\\ \·\\ \·\\ A/(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,M})\end{array}\right]---\left(7\right)$

校正值检测装置110使用该结果，以检测接下来的校正值C_j：

[表达式8]

$C_j=\frac{1}{M}{S}_{\mathrm{DL}\_\mathrm{Rx},j}\≈\frac{z_{\mathrm{Rx},j}}{z_{\mathrm{Tx},j}}---\left(8\right)$

作为另一个校正值，可以代替表达式(8)而使用表达式(9)。由于天线之间的校准仅需要能够校正相对的振幅和相位关系的偏差，所以，以特定C_j(此后，写作C₀)作为参考的相对值可以被用作校正值。因此，被选择为参考天线的天线消除了对相乘处理的需要。此外，可以将适当的系数设置为C₀。

[表达式9]

$C_j=\frac{z_{\mathrm{Rx},j}}{z_{\mathrm{Tx},j}}\frac{1}{C_0}---\left(9\right)$

在步骤406，将校正值检测装置110所检测的校正值C_j存储在校正值存储器111中。

对无线通信设备100的每个天线执行从基站设备200的探测信号的产生到无线通信设备100中的校正值的存储的处理顺序，使得对于无线通信设备100的发送和接收电路之间发生的每个偏差，都可以检测校正值并存储该校正值。作为对无线通信设备100的每个天线分别执行的方法，例如，可以用时分或码分多路复用方法等，这同上述训练信号一样。

如上所述，检测用于校正无线通信设备100的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值，从而可以将通过接收获得的信道估计值用于无线通信设备100和基站设备200中的发送权重产生。

接下来，将论述发送和接收权重产生方法。作为发送和接收权重产生方法，例如，将信道估计值分解为奇异值并采用结果的奇异向量作为发送和接收权重的方法是可用的。如在背景技术中的专利文献1中所描述的，采用信道估计值的特征向量作为发送和接收权重的方法也是可用的。

首先，将论述基站设备200中的发送和接收权重的确定方法。图5示出了在如图2配置的基站设备200中的发送和接收权重产生过程。在步骤501中，在无线通信设备100中，通过用表达式(8)中的校正值C_j进行校正来产生训练信号。也就是说，从已知用于通常的信道估计的第j发送信道发送的训练信号的时间序列信号与复数校正值C_j相乘，以便产生时间序列信号作为新训练信号，其中j是1至M的任何自然数。

在步骤502中，用发送权重来加权将与训练信号一起发送的数据信号。后面描述无线通信设备100中的发送权重确定方法。在步骤503中，如图3所示形成在步骤501产生的训练信号和在步骤502产生的数据信号，并发送作为结果生成的信号。在步骤504中，在基站设备200处接收从无线通信设备100发送的信号。在步骤505中，使用已发送的训练信号，基站设备200的信道估计装置205执行上行链路的信道估计。假设上行链路的信道估计值为H_{UL_CAL}，则它变成下面所示的表达式(10)。因此，对于上行链路的信道估计值H_{UL_CAL}，消除了发送电路203-1至203-M中的电路偏差Z_TX，从而实现校准。

[表达式10]

$H_{\mathrm{UL}\_\mathrm{CAL}}=H^T\·Z_{\mathrm{Tx}}\·C$

$=\left[\begin{array}{ccc}{z}_{\mathrm{Rx},1}\·h_{\mathrm{1,1}}& \·\·\·& z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,1}\\ z_{\mathrm{Rx},1}\·h_{\mathrm{1,2}}& & z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,2}\\ \·& & \·\\ \·& z_{\mathrm{Rx},j}\·h_{j,i}& \·\\ \·& & \·\\ z_{\mathrm{Rx},1}\·h_{1,M}& \·\·\·& z_{\mathrm{Rx},N}\·h_{N,M}\end{array}\right]---\left(10\right)$

在步骤506，使用表达式(10)中的信道估计值产生接收权重。基站设备200的接收权重产生装置207可以使用上行链路的信道估计值H_{UL_CAL}来执行如下计算：

[表达式11]

H_{UL_CAL}＝U_{UL_CAL}·D_{UL_CAL}·V_{UL_CAL} ^H                    (11)

其中U_{UL_CAL}是左奇异向量，V_{UL_CAL}是右奇异向量，而D_{UL_CAL}是具有奇异值为元素的对角矩阵。接收权重产生装置207采用左奇异向量U_{UL_CAL}作为接收权重。

在步骤507，产生发送权重。发送权重产生装置208使用接收权重产生装置207所产生的接收权重来产生发送权重。因此，确定了基站设备200中的发送和接收权重。

在步骤508中，使用所产生的发送权重，作为使用下行链路发送的数据信号在定向发送(directional transmission)中的权重。

在步骤509中，用在步骤506产生的接收权重来加权在步骤503中产生的数据信号，以便形成接收数据。

接下来，将论述无线通信设备100中的发送和接收权重的确定方法。图6示出在如图1配置的无线通信设备100中的发送和接收权重产生过程。在步骤601，在基站设备200中，产生训练信号。在步骤602，用发送权重加权将要与训练信号一起发送的数据信号。根据上述的过程确定基站设备200中的发送权重。在步骤603中，如图3所示形成在步骤601产生的训练信号和在步骤602产生的数据信号，并发送作为结果生成的信号。在步骤604，在无线通信设备100处接收从基站设备200发送的信号。在步骤605，使用已发送的训练信号，无线通信设备100的信道估计装置105执行下行链路的信道估计。在步骤606，无线通信设备100的接收权重产生装置107可以使用下行链路的信道估计值H_DL，来执行下面的计算：

[表达式12]

H_DL＝U_DL·D_DL·V_DL ^H                        (12)

其中U_DL是左奇异向量，V_DL是右奇异向量，而D_DL是具有奇异值为元素的对角矩阵。接收权重产生装置107采用右奇异向量V_DL作为接收权重。

在步骤607，发送权重产生装置108通过用表达式(8)中的校正值C_j对接收权重进行校正而产生发送权重。因此，确定了无线通信设备100中的发送和接收权重。

在步骤608中，使用所产生的发送权重，作为使用上行链路发送的数据信号在定向发送中的权重。

在步骤609中，用在步骤606产生的接收权重来加权在步骤603中产生的数据信号，以便形成接收数据。

接下来，示出了用于检测校正值的另一方法，该校正值用于校正在如图1和2配置的无线通信设备100和基站设备200中的发送和接收电路之间发生的偏差。其与图4所示的过程相同，并也根据图4给出描述。

在基站设备中，在如上所述过程中，在步骤401、402、和403中检测由信道估计装置205所检测的上行链路的信道估计值H_UL。在步骤404中，使用所检测的信道估计值H_UL，校正信号(探测信号)产生装置212产生用于检测无线通信设备100中的校正值的探测信号Scal。首先，使用上行链路的信道估计值H_UL，可以执行如下的计算：

[表达式13]

H_UL＝U_UL·D_UL·V_UL ^H                        (13)

其中，U_UL是左奇异向量，V_UL是右奇异向量，而D_UL是具有奇异值为元素的对角矩阵。使用奇异向量U_UL和V_UL以及奇异值L_UL，以如下的表达式(14)产生探测信号Scal：

[表达式14]

${\mathrm{Scal}=U}_{\mathrm{UL}}^{*}\·{(V_{\mathrm{UL}}^{*}\·D_{\mathrm{UL}}^T)}^{-1}$ $---$ $\left(14\right)$

其中*表示复数共轭。

从基站设备200的每个天线201发送探测信号Scal。该探测信号Scal包括具有M行N列的矩阵。产生通过使用与M个信道一样多的用于信道估计的第j列向量dj复制来自第j个天线的训练信号PLj(t)的时间序列信号而提供的信号PLj(t，m)，并且从第m个天线发送作为每个信号乘以dj的第m个元素的结果而产生的值dj(m)·PLj(t，m)，其中t表示时间，并且j＝1至N和m＝1至M。

使用时分多路复用或者码分多路复用来发送训练信号PLj(t)，使得无线通信设备101可以分离信号并接收该信号。在发送了所有探测信号之后，在步骤405，当已发送探测信号在天线之间传播并在无线通信设备的每个天线101处被接收时，其经受信道偏差。接收信号被传输通过每个接收电路104，并被输入到信道估计装置105。当信道估计装置105以与用训练信号执行信道估计的方式类似的方式检测到接收信号的探测信号的振幅和相位时，结果成为下面所示的表达式(15)。该结果使用了以下性质：由于反向链路中的信道偏差的前一检测结果用于发送，所以，如果信道偏差足够小，则取消信道偏差分量，并可以检测天线201和发送电路203的偏差。

[表达式15]

S_{DL_Rx}＝Z_Rx·(Z_Tx)^-1                   (15)

作为另一个探测信号，可代替表达式(14)而使用表达式(16)。由于天线之间的校准仅需要能够校正相对的振幅和相位关系的偏差，所以，如果采用乘以所有Scal_j共用的复数系数值A而得到的结果作为探测信号，则可以以类似方式执行校准。使用这个性质，可以在无线电定律等所规定的发送功率范围中实现探测信号的发送功率控制，并发送具有足够的信噪功率比的探测信号，从而可以提高校准精度。

[表达式16]

${\mathrm{Scal}=A\·U}_{\mathrm{UL}}^{*}{(V_{\mathrm{UL}}^{*}\·D_{\mathrm{UL}}^T)}^{-1}---\left(16\right)$

校正值检测装置110使用该结果来检测下面的表达式(17)所示的、包括具有N行和N列的对角矩阵的校正值C：

[表达式17]

C＝Z_Rx·(Z_Tx)^-1                    (17)

作为另一个校正值，可代替表达式(17)而使用表达式(18)。由于天线之间的校准仅需要能够校正相对振幅和相位关系的偏差，所以，以校正值C的特定第j个对角元素C_j(此后，写作C₀)作为参考的相对值可以被用作校正值。因此，被选择为参考天线的天线消除了对相乘处理的需要。此外，可以将适当的系数设置为C₀。

[表达式18]

C＝(1/c₀)Z_Rx·(Z_Tx)^-1                (18)

在步骤406，将校正值检测装置110所检测的校正值C存储在校正值存储器111中。

首先，将论述基站设备200中的发送和接收权重的确定方法。基站设备200的接收权重产生装置207将如表达式(13)所表示的上行链路的信道估计值分解为奇异值，并采用左奇异向量U_UL作为接收权重。发送权重产生装置208采用接收权重产生装置207所提供的接收权重，没有改变原封未动地作为发送权重。因此，确定了基站设备200中的发送和接收权重。

另一方面，无线通信设备100使用表达式(3)中的下行链路的信道估计值H_DL和表达式(17)中的校正值C。接收权重产生装置107可计算如下：

[表达式19]

$C^{-1}\·H_{\mathrm{DL}}=U_{\mathrm{DL}\_\mathrm{CAL}}\·D_{\mathrm{DL}\_\mathrm{CAL}}\·V_{\mathrm{DL}\_\mathrm{CAL}}^H---\left(19\right)$

其中U_{DL_CAL}是左奇异向量，V_{DL_CAL}是右奇异向量，而D_{DL_CAL}是具有奇异值作为元素的对角矩阵。使用右奇异向量V_{DL_CAL}和校正值C，接收权重W_RX可以计算如下：

[表达式20]

$w_{\mathrm{Rx}}=V_{\mathrm{DL}\_\mathrm{CAL}}^T\·C^{-1}---\left(20\right)$

发送权重产生装置108使用右奇异向量V_{DL_CAL}，没有改变原封未动地作为发送权重，从而确定了发送权重。

如上所述，假设使用能够根据在背景技术所描述的专利文献2中描述的方法等校正发送和接收电路之间发生的振幅、相位偏差的校准配置，基站设备200使用通信信号来检测在不具有该校准配置的无线通信设备100的发送和接收电路之间发生的偏差，并校正该偏差，从而消除了为了校准而增加参考信号产生电路、切换电路等硬件的需要，并且无线通信设备100可小型化并可具有低功耗。

在实施例中，由于校正值检测技术，而在通信开始时至少执行一次检测等等，从而如果传播路径状况改变，则可以使用校正值，并且可以保持低的校正值更新频率。

另一方面，为了使用反馈信道估计信息或者发送权重信息的技术，如果传播路径状况改变，则需要再次发出信息；从增加传输效率的角度看，该实施例的技术也是有效的。

校正值检测可以在通信开始时执行，可以在通信期间规则地执行或者在通信停止时执行，或者可以在无线通信设备100的拥有者请求时执行。它可以在无线通信设备100中的检测器等确定需要校正时执行。例如，为了改变发送功率，发送电路的振幅相位特性可改变的可能性高，这可用作对检测校正值的触发。如果无线通信设备中的温度改变超过预定值，则存在振幅相位特性可能由于发送电路或者接收电路的温度特性的原因而改变的可能性，并且这可以用作对检测校正值的触发。在转换时和非转换时，天线受附近物体(诸如人体)的影响，并且天线定向特性可能出现偏差，这样的情况可用作对检测校正值的触发。

(第二实施例)

图7是根据本发明第二实施例的无线通信设备的框图。图7所示的无线通信设备包括多个(N个)天线701-1至701-N、多个(N个)发送-接收切换装置(SW)702-1至702-N、多个(N个)发送电路703-1至703-N、多个(N个)接收电路704-1至704-N、信道估计装置705、接收信号加权和组合装置706、接收权重产生装置707、发送权重产生装置708、发送信号加权装置709、校正值检测装置(相位校正值检测装置)710、校正值存储器711、多个(N个)信号分发装置713-1至713-N、以及振幅校正值检测装置714。

通过增加信号分发装置713-1至713-N和振幅校正值检测装置714到如图1所示根据第一实施例的无线通信设备100，而提供了无线通信设备700，并且无线通信设备700的基本操作与根据第一实施例的无线通信设备100的操作相同。无线通信设备700进行与图2所示的基站设备200的通信。基站设备200的基本操作与第一实施例的基站设备的操作相同。

下面将论述无线通信设备700的操作与第一实施例的无线通信设备的操作的差异：在发送电路703-1至703-N中，部分发送信号被输入到振幅校正值检测装置714。

作为取出部分发送信号的方法，为了在经受D/A转换之后取出模拟发送信号，使用第一方法来通过分发器分发该部分信号并取出该部分信号；为了在经受D/A转换之前取出数字发送信号，使用第二方法来复制数字信号并取出该信号。

在第一方法中，为了除了在发送电路之前取出该信号之外、还在经受D/A转换之后取出模拟发送信号，如果在形成发送电路的输入附近的电路信道之间的偏差足够小，则可以取出来自电路的输出的信号。

在接收电路704-1至704-N中，将所述部分传输信号输入到振幅校正值检测装置714。

作为取出部分接收信号的方法，为了在经受A/D转换之前取出模拟接收信号，使用第一方法来通过分发器分发该部分信号并取出该部分信号；为了在经受A/D转换之后取出数字接收信号，使用第二方法来复制数字信号并取出该信号。

在第一方法中，为了除了在接收电路之后取出该信号之外、还在经受A/D转换之后取出模拟发送信号，如果在形成接收电路的输出附近的电路信道之间的偏差足够小，则可以取出来自该电路的输入的信号。

使用所述输入信号，振幅校正值检测装置714检测用于校正在无线通信设备700的发送和接收电路之间发生的振幅偏差的校正值。使用信道估计装置705的信道估计结果，校正值检测装置(相位校正值检测装置)710检测用于校正在无线通信设备700的发送和接收电路之间发生的相位偏差的校正值。

信号分发装置713-1至713-N的每一个分发来自从发送电路703-1至703-N的每一个供应的发送信号的部分功率信号。该部分功率是在不影响发送功率范围内的功率；例如，分发功率大概在-15dB到-20dB的范围内。

将发送信号和所分发的信号供应到发送-接收切换装置(SW)702-1至702-N。如第一实施例中的操作一样，发送-接收切换装置(SW)702-1至702-N执行切换操作，以便在发送定时处将发送信号供应到天线701-1至701-N、并且在接收定时处从天线701-1至701-N供应接收信号。此外，发送-接收切换装置(SW)702-1至702-N执行切换操作，以便在发送定时处将信号分发装置713-1至713-N所分发的部分发送信号供应到接收电路704-1至704-N，并且在接收定时处不供应信号分发装置713-1至713-N所分发的部分发送信号。

将论述检测用于校正在如上所述配置的无线通信设备700和基站设备200中、在无线通信设备700的发送和接收之间发生的偏差的校正值的过程。在第二实施例中，根据不同的过程来检测用于校正在无线通信设备的发送和接收之间发生的偏差的振幅偏差和相位偏差。

首先，将论述振幅偏差检测过程。在无线通信设备的发送定时处，通过无线通信设备700的发送电路703-1至703-N来传输发送信号，并通过接收电路704-1至704-N来传输信号分发装置713-1至713-N所分发的发送信号。在发送定时处，振幅偏差检测装置714输入被传输通过发送电路703-1至703-N的发送信号、和传输通过接收电路704-1至704-N的信号，并相对于振幅或功率比较这些信号，从而检测在信号传输通过发送电路703-1至703-N和接收电路704-1至704-N时所收到的振幅偏差。计算用于校正所检测的振幅偏差的校正值，并将其存储在校正值存储器711中。

此时，从发送电路703-1至703-N取出的信号可以是输入到发送电路的数字信号、或者可以是经受数模转换后的模拟信号。同样，从接收电路704-1至704-N取出的信号可以是从接收电路输出的数字信号、或者可以是经受模数转换之前的模拟信号。

接下来，将论述相位偏差检测过程。如在第一实施例中一样使用训练信号执行信道检测。因此，在无线通信设备700中，信道估计装置705检测表达式(3)中所表示的下行链路信道估计值，而在基站设备200中，信道估计装置205检测表达式(4)所表示的上行链路信道估计值。

在图2的基站设备200中，使用信道估计装置205所检测的上行链路的信道估计值H_UL，该校正信号(探测信号)产生装置212产生用于检测无线通信设备700中的校正值的探测信号Scal。

使用从无线通信设备700的第j个天线到基站设备200的每个天线的信道响应，如在下面的表达式(21)所示产生无线通信设备的第j个天线的探测信号Scal_j：

[表达式21]

${\mathrm{Scal}}_j=\left[\begin{array}{c}{(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,1})}^{*}\\ {(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,2})}^{*}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {(z_{\mathrm{Tx},j}\·h_{j,M})}^{*}\end{array}\right]---\left(21\right)$

其中*表示复数共轭。

这个探测信号Scal_j是从基站设备200的天线201-1至201-M的每一个发送的。当所发送的探测信号在天线之间传播、并在无线通信设备700的第j个天线处被接收时，该探测信号经受了信道偏差。该接收信号被传输通过第j个接收电路704-j，并被输入到信道估计装置705。当信道估计装置705以与用训练信号执行信道估计的方式类似的方式检测接收信号的探测信号的振幅和相位时，结果变成如下所示的表达式(22)。

[表达式22]

$S_{\mathrm{DL}\_\mathrm{Rx},j}=(z_{\mathrm{Tx},j}^{*}\·z_{\mathrm{Rx},j})\·\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{j,i}---\left(22\right)$

校正值检测装置(相位校正值检测装置)710使用该结果，以检测在下面的表达式(23)中所示的相位校正值C_phase，j：

[表达式23]

$C_{\mathrm{phase},j}=\frac{S_{\mathrm{DL}\_\mathrm{Rx},j}}{\left|S_{\mathrm{DL}\_\mathrm{Rx},j}\right|}$ $---\left(23\right)$

将校正值检测装置(相位校正值检测装置)710所检测的校正值C_phase，j存储在校正值存储器711中。

对无线通信设备的每个天线执行从基站设备中的探测信号的产生到无线通信设备中的校正值的存储的处理顺序，使得可以对于在无线通信设备的发送和接收电路之间发生的每个差别，检测该校正值，并存储该校正值。作为对无线通信设备的每个天线分别执行的方法，例如，可以用时分或码分多路复用方法等，这同上述训练信号一样。

如上所述，可以对振幅偏差和相位偏差分别检测用于校正在无线通信设备700的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值。可根据用于仅仅比较无线通信设备中的振幅值或功率值的简单配置而检测该振幅偏差。对于使用校正值的发送和接收权重产生方法以及权重校正方法，可以使用第一实施例中描述的方法。

如上所述，根据该实施例，通信信号可用于检测在发送和接收电路之间发生的振幅偏差和相位偏差，并校正该振幅偏差和相位偏差。因此，可根据简单配置校正发送电路和接收电路的传输链路特性，而没有在无线通信设备中产生校正信号(参考信号)，并且不需要增加用于在校准时切换发送和接收电路的输入和输出的切换电路，使得无线通信设备的配置可以小型化。因此，即使是使用小无线通信设备也可以完成发送和接收电路之间发生的偏差校正，用于对发送和接收中的信号都进行加权并使用多个天线进行通信。

尽管已经结合具体实施例详细描述了本发明，但对本领域的技术人员明显的是，可以进行各种变化和改变，而不脱离本发明的精神和范围。

本申请基于2004年8月9日提交的日本专利申请(No.2004-231930)和2005年7月26日提交的日本专利申请(No.2005-215321)，这里通过参考将其合并于此。

工业应用性

本发明具有如下优点：它使得即使在小无线通信设备中也有可能根据简单配置校正发送电路和接收电路的传输链路特性，而无需在无线通信设备中产生校正信号，并且其作为无线通信设备等用于使用多个天线进行无线通信也是有利的。

Claims (9)

1.一种用于根据时分双工(TDD)系统进行无线通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

多个天线；

发送电路，用于传输发送信号到多个天线；

接收电路，用于传输来自多个天线的接收信号；

信道估计装置，用于使用来自接收电路的接收信号而检测信道信息；以及

校正值检测装置，用于使用来自信道估计装置的信道信息来检测用于校正发送电路和接收电路之间发生的偏差的校正值，

其中所述校正值检测装置使用从与所述无线通信设备进行通信的无线通信设备发送的校正信号来检测该校正值。

2.根据权利要求1的无线通信设备，还包括：

接收权重产生装置，用于使用来自信道估计装置的信道信息而产生接收权重；

接收信号加权和组合装置，用于使用该接收权重对来自该接收电路的多个接收信号进行加权，并组合该信号；

发送权重产生装置，用于使用接收权重和来自校正值检测装置的校正值，而产生发送权重；以及

发送信号加权装置，用于使用发送权重来对发送数据进行加权。

3.根据权利要求1或2的无线通信设备，还包括：

已知信号发送装置，用于发送已知信号到与所述无线通信设备进行通信的无线通信设备，

其中该校正值检测装置从与所述无线通信设备进行通信的该无线通信设备发送的、并由所述无线通信设备接收的校正信号中，检测用于校正在连接到每个天线的发送和接收电路之间发生的偏差的校正值。

4.一种用于与根据权利要求3的无线通信设备进行无线通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

多个天线；

发送电路，用于传输发送信号到所述多个天线；

接收电路，用于传输来自所述多个天线的接收信号；

信道估计装置，用于根据已接收的已知信号来估计信道估计值；

校正信号产生装置，用于根据所述信道估计值来产生校正信号；以及

校正信号发送装置，用于发送所产生的校正信号。

5.根据权利要求4的无线通信设备，

其中所述校正信号产生装置产生成为该信道估计值的倒数的校正信号。

6.根据权利要求4的无线通信设备，

其中该校正信号产生装置将该信道估计值分解为奇异值，并使用该结果产生校正信号。

7.根据权利要求3的无线通信设备，还包括：

分发装置，用于分发来自发送装置的发送信号的一部分；

切换装置，用于进行连接，以便将分发装置所分发的发送信号传输到接收电路；以及

振幅偏差校正值检测装置，用于检测振幅偏差校正值，该振幅偏差校正值用于校正当传输通过发送电路之前的信号和传输通过接收电路之后的信号被输入、并被传输通过发送电路或接收电路时改变的振幅偏差。

8.根据权利要求7的无线通信设备，

其中该切换装置进行切换，以便在时分双工系统的发送定时处将该分发装置所分发的发送信号的一部分传输到接收电路，并以便不在时分双工系统的接收定时处将该分发装置所分发的发送信号的一部分传输到接收电路。

9.根据权利要求4的无线通信设备，

其中该校正信号产生装置产生校正信号，以便校正信道估计值的相位旋转。

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