CN1951049A - 无线发送装置、无线接收装置及无线通信系统 - Google Patents

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CN1951049A CNA2005800149706A CN200580014970A CN1951049A CN 1951049 A CN1951049 A CN 1951049A CN A2005800149706 A CNA2005800149706 A CN A2005800149706A CN 200580014970 A CN200580014970 A CN 200580014970A CN 1951049 A CN1951049 A CN 1951049A
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Abstract

一种无线通信系统，即使接收质量的分散大也能够可靠地得到分集增益。在该无线通信系统的无线发送装置(100)中，重复/星座图案比例决定单元(113)调节让调制单元(102)使用的星座图案的数量及重复单元(103)的复制数量，以使调制单元(102)使用的星座图案的数量即生成的发送码元的数量与该发送码元由重复单元(103)复制后的数量之积，变为等于由控制信息提取单元(112)通知的由1个发送数据生成的发送码元的数量。

Description

无线发送装置、无线接收装置及无线通信系统
技术领域
本发明涉及一种用于复制将要发送的发送数据(以下有时会称为“重复(repetition)”)的无线通信系统以及在该系统中使用的无线(radio)发送装置和无线接收装置。
背景技术
以往，在多载波通信系统中，使用这种技术：接收端的多载波通信装置将前一次接收的信息包与再次接收的信息包合成并进行解码，由此得到在时域上的分集增益和降低该信息包的误码率。
而且，还使用另一种技术：发送端的多载波通信装置在重新发送信息包时，通过用不同于前一次发送的信息包的星座图案来调制信息包，并且对调前一次发送的信息包的高位比特与低位比特以得到在时域上的分集增益，由此降低信息包的误码率(例如参考专利文献1)。
专利文献1：日本公开专利申请2003-309535号
发明内容
本发明需要解决的问题
但是，用专利文献1所记载的技术，虽然接收端的多载波装置可以得到时域上的分集增益，却得不到源于多载波信号特性的频域上的分集增益，因而还留有改善分集增益的余地。
另外，在专利文献1所记载的技术中，必须将前一次发送的信息包的高位比特与低位比特对调后，再重新发送。在此，分集增益具有以下的特性：在接收信号的质量的变化大时，进行码元合成要比进行比特合成更容易得到分集增益；在接收质量的变化小时，进行比特合成要比进行码元合成更容易得到分集增益。图1将该特性制成表格来表示。因此，专利文献1所记载的技术具有下面的问题，即在接收质量的变化大时，在前一次发送的信息包与将该信息包的高位比特和低位比特对调后的重新接收的信息包上进行比特合成，因而难以得到分集增益。
本发明的目的在于提供一种无线发送装置、无线接收装置及无线通信系统，其在接收信号的接收质量的变化大时，能够可靠地得到分集增益。
解决该问题的方案
本发明的无线发送装置用多种星座图案对发送数据进行调制及复制，以生成多个发送码元，并将生成的多个发送码元用一个多载波信号进行无线发送，无线接收装置将接收到的多载波信号进行码元合成且进行比特合成。
发明的有益效果
根据本发明，即使当多载波信号的接收质量的变化大时，在无线接收装置中，也能够可靠地得到频域上的分集增益。
附图说明
图1是表示分集增益的特性的表；
图2是说明根据本发明的一种实施方式的无线发送装置的结构的方框图；
图3是说明根据本发明的一种实施方式的无线接收装置的结构的方框图；
图4是表示根据本发明的一种实施方式的信号处理的流程的示意图；
图5是表示根据本发明的一种实施方式的调制设定的例子的示意图；
图6A是表示根据本发明的一种实施方式的星座图案的组合的图；
图6B是表示根据本发明的一种实施方式的星座图案的组合的图。
图6C是表示根据本发明的一种实施方式的星座图案的其它组合的图
具体实施方式
以下，就本发明的实施方式参照附图进行详细的说明。在以下的说明中，将多载波信号的发送端称为无线发送装置，该多载波信号的接收端称为无线接收装置。
图2是说明根据本发明的一种实施方式的无线发送装置100的结构的方框图。图3是说明根据本发明的一种实施方式的无线接收装置150的结构的方框图。无线发送装置100例如安装在基站装置上。无线接收装置150例如安装在移动电话等通信终端装置上。另外，无线发送装置100及无线接收装置150是诸如移动通信系统的无线通信系统的构成要素。
图2所示的无线发送装置100包括：纠错编码单元101、调制单元102、重复单元103、串行/并行(S/P)单元104、码元交织单元105、高速逆傅立叶变换单元(IFFT：Inverse Fast Fourier Transform)106、保护间隔(GI)插入单元107、无线射频(RF：Radio Frequency)单元108、天线元件109、接收RF单元111、控制信息提取单元112、重复/星座图案比例决定单元113、星座图案指示单元114及重复次数指示单元115。
纠错编码单元101对从图中未示出的基带单元输入的发送数据以预定的编码率例如R＝1/3进行纠错编码，并将纠错编码后的发送数据输出到调制单元102。
调制单元102对从纠错编码单元101输入的发送数据，用后述的星座图案指示单元114指示的调制方式和星座图案进行调制，由此生成发送码元。例如，如果调制单元102受到来自星座图案指示单元114的使用16QAM中的2种星座图案的指示时，就分别用上述2种星座图案对从纠错编码单元101输入的发送数据进行调制，并生成2个发送码元。接着，调制单元102将生成的发送码元输出到重复单元103。调制单元102能够使用诸如QPSK(Quadrature Phase Shift Keying：正交相位移动键控)、16QAM(QuadratureAmplitude Modulation：正交调幅)、64QAM及256QAM等调制方式中的所有的星座图案。
重复单元103对从调制单元102输入的发送码元进行复制，直到达到后述的重复次数指示单元115指示的复制数量为止，并将复制的发送码元输入到S/P单元104。由此，调制单元102和重复单元103构成调制/复制单元。
S/P单元104，对从重复单元103输入的发送码元进行从串行信号到并行信号的变换，并将该并行信号输入到码元交织单元105。
码元交织单元105对从S/P单元104输入的并行信号按码元单位进行交织，并将交织后的并行信号输入到IFFT单元106。
IFFT单元106对从码元交织单元105输入的并行信号进行高速逆傅立叶变换，由此生成作为多载波信号的OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing：正交频分复用)信号。接着，IFFT单元106将生成的OFDM信号输入到GI插入单元107。
GI插入单元107在从IFFT单元106输入的所生成OFDM信号中插入GI，并将插入GI后的OFDM信号输入到发送RF单元108。
发送RF单元108例如包括数字/模拟转换器、低噪音放大器及带通滤波器等，对从GI插入单元107输入的OFDM信号进行预定的无线发送处理，并将处理后的OFDM信号通过天线109无线发送到无线接收装置150。另外，发送RF单元108将有关要发送的OFDM信号的信息用控制信道通知给无线接收装置150，所述信息为让调制单元102使用的星座图案的数量和重复单元103的复制数量。
接收RF单元111例如包括模拟/数字转换器、低噪音放大器及带通滤波器等，对由天线109接收的来自无线接收装置150的控制信息信号进行预定的接收无线处理。该控制信息信号将在后面说明。接着，接收RF单元111将经过无线接收处理之后的控制信息信号输出到控制信息提取单元112。
控制信息提取单元112从由接收RF单元111输入的控制信息信号中，提取无线接收装置150决定出的调制方式的信息、无线接收装置150决定出的由1个发送数据生成的发送码元的个数的信息及无线接收装置150测定出的接收质量的变化的信息，并将提取的各信息通知给重复/星座图案比例决定单元113。
重复/星座图案比例决定单元113，根据控制信息提取单元112通知的接收质量的变化，来决定让调制单元102使用的星座图案的数量与重复单元103的复制数量的比例。具体来说，重复/星座图案比例决定单元113调节让调制单元102使用的星座图案的数量和重复单元103的复制数量，以使让调制单元102使用的星座图案的数量、即生成的发送码元的数量与该发送码元由重复单元103复制的数量之积，为由控制信息提取单元112通知的由发送数据项生成的发送码元的数量。另外，重复/星座图案比例决定单元113在调节让调制单元102使用的星座图案的数量与重复单元103的复制的数量时进行如下的调节：在由控制信息提取单元112通知的接收质量的变化变大时，减少调制单元102使用的星座图案的数量；在接收质量的变化变小时，增加让调制单元102使用的星座图案的数量。接着，重复/星座图案比例决定单元113将决定出的星座图案的数量与由控制信息提取单元112通知的调制方式，通知给星座图案指示单元114，并将决定出的复制数量通知给重复次数指示单元115。
星座图案指示单元114根据由重复/星座图案比例决定单元113通知的调制方式及星座图案的数量，将与该调制方式及星座图案的数量对应的星座图案的组合中含有的所有的星座图案通知给调制单元102，并指示调制单元120使用所有的星座图案来生成发送码元。
重复次数指示单元115与调制单元102将发送码元输入到重复单元103的时刻同步地将由重复/星座图案比例决定单元113通知的复制数量通知给重复单元103，并指示重复单元103将发送码元复制，以达到该复制数量。
同时，图3所示的无线接收装置150包括：天线元件151、接收RF单元152、GI除去单元153、高速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)单元154、接收质量测量单元155、接收质量变化测量单元156、MCS(Modulation andCoding Scheme：调制和编码方式)决定单元157、码元合成/比特合成指示单元158、合成码元数量指示单元159、星座图案指示单元161、码元解交织单元162、码元合成单元163、比特似然(bit likelihood)计算单元164、纠错解码单元165、控制信息生成单元166及发送RF单元167。
接收RF单元152例如包括模拟/数字转换器、低噪音放大器及带通滤波器等，对由天线元件151接收的来自无线发送装置100的OFDM信号进行预定的接收无线处理，并将经过无线接收处理后的OFDM信号输出到GI除去单元153。另外，接收RF单元152对由天线元件151接收的来自无线发送装置100的控制信道信号进一步进行无线接收处理，并将经过无线接收处理后的控制信道信号输入到码元合成/比特合成指示单元158。
GI除去单元153除去从接收RF单元152输入的OFDM信号中的GI，并将除去GI后的OFDM信号输入到FFT单元154。
FFT单元154对从GI除去单元153输入的OFDM信号实施FFT处理，且生成接收码元(并行信号)。接着，FFT单元154分别将生成的接收码元输入到接收质量测量单元155及码元解交织单元162。
接收质量测量单元155对从FFT单元154输入的接收码元，按OFDM信号的码元单位进行接收质量例如接收SIR(Signal to Interference Rate：信号噪声比)的测量，并将测量结果通知给接收质量变化测量单元156及MCS决定单元157。
接收质量变化测量单元156根据从接收质量测量单元155输入的接收码元的接收质量，测量该接收质量的变化，并将该测量结果通知给控制信息生成单元166。
MCS决定单元157根据由接收质量测量单元155通知的接收质量的测量结果，决定让无线发送装置100使用的调制方式。也就是说，由接收质量测量单元155通知的接收质量越高，MCS决定单元157就让无线发送装置100使用比特率高的调制方式。另外，MCS决定单元157还决定调制单元102及重复单元103中由发送数据项生成的发送码元的数量。另外，MCS决定单元157将决定出的发送码元的数量及调制方式分别通知给码元合成/比特合成指示单元158及控制信息生成单元166。
码元合成/比特合成指示单元158通过从接收RF单元152输入的控制信道信号中获得所接收到的OFDM信号所使用的星座图案的数量及1个星座图案的复制数量，将获得的1个星座图案的复制数量通知给合成码元数量指示单元159，另外将获得的星座图案的数量及由MCS决定单元157通知的调制方式通知给星座图案指示单元161。
合成码元数量指示单元159指示码元合成单元163以基于1个星座图案的复制数量来对接收码元进行码元合成。
星座图案指示单元161根据码元合成/比特合成指示单元158通知的调制方式和星座图案的数量，将与调制方式及星座图案的数量对应的星座图案的组合中含有的所有星座图案通知给比特似然计算单元164，并指示比特似然计算单元164使用通知的所有星座图案来解调接收码元。
码元解交织单元162将从FFT单元154输入的接收码元解交织，并将解交织后的接收码元从并行信号变换成串行信号，再将变换后的接收码元输入到码元合成单元163。
码元合成单元163对从码元解交织单元162输入的接收码元，以由合成码元数量指示单元159通知的1个星座图案的数量为基础来进行码元合成。接着，码元合成单元163将码元合成后的接收码元输入到比特似然计算单元164。
使用由星座图案指示单元161通知的星座图案，比特似然计算单元164对码元合成后的接收码元进行解调。另外，比特似然计算单元164对解调后的接收码元，以由星座图案指示单元161通知的星座图案的数量为基础，进行比特合成。例如，当通知四个星座图案时，比特似然计算单元164就每4个星座图案进行比特合成。接着，比特似然计算单元164对比特合成后的接收码元进行软判断，根据该软判断值计算每比特的似然(比特似然)，并根据算出的比特似然进行硬判断来生成接收数据，再将生成的接收数据输出到纠错解码单元165。
使用与纠错编码单元101所使用的纠错编码方式对应的纠错解码方式，纠错解码单元165对从比特似然计算单元164输入的接收数据进行纠错解码，并将纠错解码后的接收数据输出到图中未示出的例如基带单元等。
控制信息生成单元166生成控制信息信号，其中含有由MCS决定单元157通知的调制方式及由发送数据项生成出的发送码元数量、由接收质量变化测量单元156通知的接收质量的变化的测量结果，并将生成的控制信息信号输出到发送RF单元167。
发送RF单元167例如包括数字/模拟转换器、低噪音放大器及带通滤波器等，对从控制信息生成单元166输入的控制信息信号进行预定的无线发送处理，并将处理后的控制信息信号通过天线元件151发送给无线发送装置100。
接下来，对无线发送装置100及无线接收装置150的操作用图4、图5、图6A～C来说明。
图4表示从无线发送装置100发送的数据在无线接收装置150中作为接收信号被生成的一系列信号处理的例子。在图4所示的例子中，假设调制单元102使用2种星座图案和生成2个发送码元，并且重复单元103将这2个发送码元的每一个复制1次和生成总共4个发送码元。
图4所示的例子中，首先，调制单元102用2种星座图案(a)和(b)对发送数据进行调制，由此生成发送码元(a)和(b)。接下来，重复单元103将发送码元(a)和(b)的每一个复制1次，生成2个发送码元(a)和2个发送码元(b)，即总共4个发送码元。接下来，无线发送装置100的各构成单元生成由该4个发送码元构成的1个OFDM信号，并将该无线OFDM信号向无线接收装置150发送。
接下来，无线接收装置150接收受到传输路径的多径衰落影响的OFDM信号。接下来，无线接收装置150的各构成单元从OFDM信号生成2个接收码元(a)和2个接收码元(b)，即总共4个接收码元。图4中，所生成的4个接收信号的大小各不相同，这是因为在传输路径中受到诸如衰落等影响而造成的。接下来，码元合成单元163在这2个接收码元(a)上进行码元合成，在这2个接收码元(b)上也进行码元合成。接下来，比特似然计算单元164将码元合成后的接收码元(a)和接收码元(b)进行解调，进行比特合成，由此生成接收数据。
图5表示在MCS决定单元157决定让无线发送装置100使用16QAM的调制方式且从发送数据项生成的发送码元的数量是4时，调制单元102使用的星座图案的数量与重复单元103的复制数量(复制后的数量)之间的3种组合(MCS号码1～3)。另外，假设在所有MCS号码1～3中，纠错编码单元101的编码率为R＝1/3。
从图5可以明显的看出，在MCS号码为1时，调制单元102使用1种星座图案，重复单元103将通过该星座图案得到的发送码元复制成4个。同样地，在MCS号码为2时，调制单元102使用2种星座图案，重复单元103将通过所述2种星座图案得到的发送码元分别复制成2个，即总共为4个。同样地，在MCS号码为3时，调制单元102使用4种星座图案，重复单元103不对这些发送码元进行复制。
另外，如上所述，当接收信号的接收质量的变化大时，码元合成要比比特合成更容易得到分集增益，当接收质量的变化小时，比特合成要比码元合成更容易得到分集增益。因此，重复/星座图案比例决定单元113在由控制信息提取单元112通知的接收质量的变化变大的情况下，比起MCS号码3优选地应用MCS号码2和MCS号码1，在接收质量的变化变小的情况下，比起MCS号码1优选地应用MCS号码2和MCS号码3。
图6A～C表示在16QAM调制中可以使用的4种星座图案(a)～(d)分别在I-Q平面上的映射位置。另外，图6A～C还表示由调制单元102及重复单元103生成的总共4个发送码元所使用的星座图案的组合。具体来说，图6A表示在MCS号码为1的情况下，将4种星座图案(a)组合的形态。同样地，图6B表示在MCS号码为2的情况下，将两种星座图案(a)和两种星座图案(b)组合的形态。图6C表示在MCS号码为3的情况下，将星座图案(a)～(d)组合的形态。
在此，针对图6A～C所示的以16QAM进行调制时可以使用的星座图案，以星座图案(a)为例进行详细说明。当发送码元的比特映射顺序为“i1，q1，i2，q2”时，对于其高位2比特“i1，q1”，用图中“i1”的范围的判断阈值对同相分量以及用图中“q1”的范围的判断阈值对正交分量进行软判断。同时，对于低位2比特“i2，q2”，用“i2”的范围的判断阈值对同相分量以及还用“q2”的范围的判断阈值对正交分量进行软判断。由此，从图6A～C可以明显地看出，低位2比特“i2，q2”的判断阈值的范围比高位2比特“i1，q1”的判断阈值的范围小，因此低位2比特比起高位2比特更容易受到衰落等影响，从而容易产生误码。
于是，本发明通过对发送数据使用多个星座图案进行调制及复制，生成高位比特与低位比特对调的多个发送码元。而且，将这些发送码元用1个无线多载波信号发送，由此得到比特合成的分集增益，以补偿低位比特容易出错的特性。
这样，根据本发明，由于使用多个星座图案对发送数据进行调制及复制来生成多个发送码元，并将生成的多个发送码元用1个OFDM信号发送，因而能够在接收端得到频域上的分集增益。
根据本发明，对接收的OFDM信号既进行码元合成也进行比特合成，因此即使当OFDM信号的接收质量的变化大时，也能够可靠地得到分集增益。
另外，根据本发明，使用所有16QAM中可以使用的4种星座图案对发送数据进行调制，使得在接收端当接收质量的变化小时能够有效地改善分集增益。
另外，根据本发明，由于根据接收质量的变化来决定星座图案的数量及复制数量(重复数量)，因此无论接收质量的变化大或小，都能够可靠地得到分集增益。
另外，根据本发明，由于根据接收质量的变化自适应地调节星座图案的数量，因此即使接收质量的变化发生变化时即传输路径条件发生变化时，也能够可靠地得到分集增益。
另外，尽管在上述的实施方式中说明了编码率被固定在R＝1/3的情况，但本发明并不局限于此，例如，MCS决定单元157可以根据接收质量测量单元155的接收质量测量结果，在该接收质量下降时降低编码率来改善误码率，以及在接收质量上升时提高编码率来增加吞吐量。
另外，尽管上述的实施方式说明了在无线发送装置100中发送数据由调制单元102进行调制之后再由重复单元103进行复制的情况，但本发明并不局限于此，例如，调制单元102与重复单元103在配置上可以调换，使得先由重复单元103复制发送数据直至在MCS决定单元157决定的由发送数据项生成的发送码元的数量，再由调制单元102对复制的发送数据，用被指示的星座图案逐个地进行调制。
另外，尽管上述的实施方式说明了重复/星座图案比例决定单元113既决定让调制单元102使用的星座图案的数量也决定重复单元103的复制数量的情况，但本发明并不局限于此，例如，MCS决定单元157可以直接决定上述的数量。这样的话，无线发送装置100就没有必要将上述的数量通知给无线接收装置150，从而能够改善吞吐量。
另外，尽管上述的实施方式说明了在无线发送装置100中重复/星座图案比例决定单元113根据由控制信息提取单元112通知的调制方式和接收质量的变化来调节让调制单元102使用的星座图案的数量与重复单元103的复制数量之间的比例的情况，但本发明并不局限于此，例如，可以将调制单元102使用的星座图案的数量与重复单元103的复制数量之间的比例固定。这样的话，由于可以让无线发送装置100及无线接收装置150中的多个构成单元停止，因而能够消减这些装置中信号处理的负荷和功耗。
另外，尽管上述的实施方式说明了当调制单元102以16AQM方式且使用2种星座图案对发送数据进行调制时，如图6B所示的将星座图案(a)与(b)组合的情况，但本发明并不局限于此，例如，可以将星座图案(a)与(c)、星座图案(a)与(d)、星座图案(b)与(c)、星座图案(b)与(d)或星座图案(c)与(d)分别组合。
另外，尽管上述的实施方式说明了在16QAM中使用4种星座图案的情况，但其还可以是64QAM时使用6种星座图案，256QAM时使用8种星座图案。
另外，本发明不仅适用于诸如OFDM的频分复用，而且也适用于时分复用、空分复用及码分复用。当本发明适用于时分复用时，能够响应由于通信终端装置的高速移动使时域中的接收功率波动而产生的接收质量的变化。另外，当本发明适用于空分复用时，能够响应由于多径信道引起的数据流之间的质量差而产生的接收质量的变化。另外，当本发明适用于码分复用时，能够响应由于码间干扰而产生的接收质量的变化。
另外，在本实施方式中以本发明由硬件构成的情况为例进行了说明，不过本发明也可以由软件来构成。
另外，在上述各实施方式的说明中使用的各功能块，最为典型的是通过集成电路LSI来实现，可以将各功能个别芯片化，也可以将全部或一部分功能芯片化。另外，此处所称的LSI，根据集成度的不同也可称作IC、系统LSI、超级LSI、超大LSI等。
集成电路化的方法并不局限于LSI，也可以通过专用电路或通用处理器来实现。也可以在制造LSI后，使用可编程的FPGA(Field Programmable GateArray)，或LSI内部的电路块的连接或设定可以重新构成的可重构处理器。
再者，根据半导体技术的进步或派生出的其他技术，若有可以替代LSI的集成电路化技术问世的话，当然也可以利用该技术进行功能块的集成化。也有应用生物技术的可能性。
本说明书基于2004年5月11日申请的日本专利申请2004-140968号。其内容全部包含于此。
工业实用性
本发明适于作为多载波通信系统的构成要素的基站装置及通信终端装置。

Claims (9)

1.一种无线发送装置，其特征在于包括：
调制单元，对同一个数据用比特映射顺序互相不同的多个星座图案进行调制，生成多个码元；
重复单元，重复所述的多个码元；
生成单元，生成由被重复的所述多个码元构成的多载波信号；以及
发送单元，发送所述多载波信号。
2.根据权利要求1所述的无线发送装置，其特征在于，
所述调制单元根据在所述多载波信号的接收端测量的接收质量的变化，改变调制所使用的星座图案的数量。
3.根据权利要求1所述的无线发送装置，其特征在于，
所述调制单元在所述变化变大时减少所述星座图案的数量，在所述变化变小时，增加所述星座图案的数量。
4，根据权利要求1所述的无线发送装置，其特征在于，
所述重复单元根据在所述多载波信号的接收端测量的接收质量的变化，改变重复数量。
5.根据权利要求1所述的无线发送装置，其特征在于，
所述重复单元在所述变化变大时，增加所述重复数量，在所述变化变小时，减少所述重复数量。
6.一种无线接收装置，其特征在于包括：
接收单元，接收多载波信号；
生成单元，根据多载波信号生成被重复的多个码元；
第一合成单元，对于在所述多个码元中的相同比特映射顺序的码元进行码元合成；以及
第二合成单元，对码元合成后的多个信号进行比特合成。
7.根据权利要求6所述的无线接收装置，其特征在于还包括：
测量单元，测量所述多个码元的接收质量的变化；以及
发送单元，发送用于通知所述变化的控制信息。
8.一种无线通信系统，其特征在于包括权利要求1所述的无线发送装置。
9.一种无线通信系统，其特征在于包括权利要求6所述的无线接收装置。
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