CN1993953A - 无线发送装置、无线接收装置、无线发送方法以及无线接收方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种无线发送装置，能够提高接收装置的接收差错率特性。在该装置中，FFT(Fast Fourier Transform)单元(102)对发送信号进行将时域信号变换成频域信号的FFT处理。控制单元(103)在频域对经FFT处理的发送信号的发送功率进行控制。IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)单元(104)对经发送功率控制的发送信号进行将频域信号逆变换成时域信号的IFFT处理。发送RF单元(106)使用单载波发送经IFFT处理的发送信号。

Description

无线发送装置、无线接收装置、无线发送方法以及无线接收方法
技术领域
本发明涉及无线发送装置、无线接收装置、无线发送方法以及无线接收方法，尤其是用于频率均衡单载波传输系统中的无线发送装置、无线接收装置、无线发送方法以及无线接收方法。
背景技术
近年来，有不少有关面向下一代移动通信系统的频率均衡单载波传输系统的开发和研究。频率均衡单载波传输系统中，使用单载波传输配置在时域的数据码元。接收装置进行频率均衡处理，以使传输路径中的信号失真在频域中得到均衡。该失真通过频率均衡处理得到校正。更具体来讲，对每个频率在频域计算信道估计值，并对每个频率进行使传输路径失真均衡的加权处理。然后，对接收到的数据进行解调(例如，参见非专利文献1)。
非专利文献1：″Frequency Domain Equalization for single-CarrierBroadband Wireless Systems″，IEEE Communications Magazine，April 2002，pp.58-66
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述以往的频率均衡单载波传输系统中，因受由每个频率不同的特性而产生的传输路径的影响，与发送功率相比，使用频带内的某个频率的接收功率有时会大幅降低。此时，在分配给所发送的信号的发送功率中，与该降低相应的那部分就会浪费掉。因此，在接收装置的接收差错率特性的提高方面存在一定的限界。
本发明旨在提供一种无线发送装置、无线接收装置、无线发送方法以及无线接收方法，能够提高接收装置的接收差错率特性。
解决问题的方案
本发明的无线发送装置的结构包括：变换单元，将时域信号变换成频域信号；控制单元，在频域对经变换的信号的发送功率进行控制；逆变换单元，将经发送功率控制的信号逆变换成时域信号；以及发送单元，使用单载波发送经逆变换的信号。
本发明的无线接收装置的结构包括：变换单元，将使用单载波发送的时域信号变换成频域信号；决定单元，决定对经变换的信号实施的频率均衡处理的算法；生成单元，生成表示决定出的算法的频率均衡算法信息；以及发送单元，将生成出的频率均衡算法信息发送给通信对象装置。
本发明的无线发送方法包括：变换步骤，将时域信号变换成频域信号；控制步骤，在频域对经变换的信号的发送功率进行控制；逆变换步骤，将经发送功率控制的信号逆变换成时域信号；以及发送步骤，使用单载波发送经逆变换的信号。
本发明的无线接收方法包括：变换步骤，将使用单载波发送的时域信号变换成频域信号；决定步骤，决定对经变换的信号实施的频率均衡处理的算法；生成步骤，生成表示决定出的算法的频率均衡算法信息；以及发送步骤，将生成出的频率均衡算法信息发送给通信对象装置。
发明效果
根据本发明，能够提高接收装置的接收差错率特性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的无线发送装置的结构的方框图；
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的无线接收装置的结构的方框图；
图3是用来说明本发明的实施方式1所涉及的无线发送装置中的控制单元的操作的流程图；
图4是用来说明本发明的实施方式1所涉及的系数计算处理的图；
图5A是表示本发明的实施方式1所涉及的发送功率控制中的加权处理的一个例子的图；
图5B是表示本发明的实施方式1所涉及的发送功率控制中的加权处理的另一个例子的图；
图5C是表示本发明的实施方式1所涉及的发送功率控制中的加权处理的另一个例子的图；以及
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的无线发送装置的结构的方框图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的无线发送装置的结构的方框图。图2是表示与图1的无线发送装置100进行无线通信的无线接收装置的结构的方框图。
另外，本发明虽然可以适用于所使用的单载波的频带中含有多个频率的移动通信系统，但是为了说明方便，在本实施方式以及后续的实施方式中假设包含在频带中的频率数目为4。此外，在本实施方式以及后续的实施方式中，可以将所使用的单载波的频带内的每个频率(或每个频带)，作为在通信频带中的虚拟副载波而处理。此外，也可以作为将通信频带细分的子频带而处理。
无线发送装置100包括：调制单元101，对发送信号进行调制；FFT单元102，对经调制的信号进行将时域信号变换成频域信号的FFT(Fast FourierTransform，快速傅立叶变换)处理；控制单元103，在频域对经FFT处理的发送信号的发送功率进行控制；IFFT单元104，对经发送功率控制的发送信号进行将频域信号逆变换成时域信号的IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立叶变换)处理；CP处理单元105，对经IFFT处理的发送信号的规定位置附加CP(Cyclic Prefix，循环前缀)；发送RF单元106，对附加了CP的发送信号进行包括D/A变换和上变频等的规定的发送无线处理，并经由天线107使用单载波发送经发送无线处理的发送信号；以及接收RF单元108，经由天线107接收无线信号，并对接收到的无线信号进行包括下变频和A/D变换等的规定的接收无线处理。
另外，控制单元103包括：乘法单元111、112；发送功率控制单元113；加权系数控制单元114；以及加权系数导出单元115。加权系数导出单元115包括：传输路径信息提取单元116；算法信息提取单元117；以及差错率特性预测单元118。
在加权系数导出单元115，算法信息提取单元117从经接收无线处理的信号(以下称为“接收信号”)中提取后述的频率均衡算法信息。传输路径信息提取单元116从接收信号中提取后述的传输路径信息。差错率特性预测单元118基于所提取的频率均衡算法信息和传输路径信息，预测发送经发送功率控制的信号时的无线接收装置150的接收差错率特性，并使用该预测结果导出用于进行发送功率控制的加权处理的加权系数。
所提取的传输路径信息和所导出的加权系数分别由发送功率控制单元113和加权系数控制单元114进行控制，并由乘法单元112相乘。乘法单元111对经FFT处理的发送信号的发送功率按每个频率进行校正，以使其成为作为乘法单元112的乘法结果而得到的值。
图2所示的无线接收装置150包括：天线151；接收RF单元152；CP除去单元153；FFT单元154；信道估计单元155；频率均衡单元156；IFFT单元157；解调单元158；算法决定单元159；算法信息生成单元160；发送RF单元161；以及传输路径信息生成单元162。
接收RF单元152经由天线151接收无线信号，并对该信号进行进行包括下变频和A/D变换等的规定的接收无线处理。CP除去单元153将附加在接收信号的规定位置的CP除去。FFT单元154对除去了CP的信号进行将时域信号变换成频域信号的FFT处理。信道估计单元155使用经FFT处理的接收信号中的导频信号进行信道估计。
算法决定单元159根据由上位层的指令决定用于频率均衡处理的算法，并将决定出的算法通知给频率均衡单元156和算法信息生成单元160。作为频率均衡处理的算法，例如有MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方差)法、MRC(Maximal Ratio Combining，最大比合并)法、ORC(Orthogonality Restoring Combining，正交恢复合并)法、以及EGC(EqualGain Combining，等增益合并)法等。
频率均衡单元156根据所通知的算法并且使用信道估计的结果，对经FFT处理的接收信号进行频率均衡处理。
IFFT单元157对经频率均衡处理的接收信号进行将频域信号逆变换成时域信号的IFFT处理。解调单元158解码经IFFT处理的信号。
算法信息生成单元160生成表示决定出的算法的频率均衡算法信息，以便将决定出的算法报告给无线发送装置100。传输路径信息生成单元162根据除去了CP的接收信号生成传输路径信息，用来将传输路径中的每个频率的功率增益报告给无线发送装置100。
发送RF单元161对生成出的频率均衡算法信息和传输路径信息进行包括D/A变换和上变频等的规定的发送无线处理，并经由天线151发送经发送无线处理的发频率均衡算法信息和传输路径信息。
接下来，对无线发送装置100的控制单元103中的发送功率控制操作进行说明。图3是用来说明控制单元103的操作的流程图。
首先，在步骤S1，通过传输路径信息提取单元116从接收信号中提取传输路径信息。在此，传输路径信息作为标量值表示为Hk(k为频率序号)。此外，通过算法信息提取单元117从接收信号中提取频率均衡算法信息。
然后，在步骤S2，通过差错率特性预测单元118预测在发送经发送功率控制的发送信号时在无线接收装置150中的差错率特性。作为该预测的结果，取得表示预测出的接收差错率ER的函数。也就是说，使用标量值由W表示加权系数时，预测出的接收差错率ER由下式(1)表示。
ER＝f(W)  ...(1)
这样，根据由无线接收装置150发送的频率均衡算法信息来取得作为所使用的加权系数W的导出依据的函数f(W)，因此能使用最优函数来导出加权系数W，该最优函数对应于频率均衡算法信息所示的算法。
然后，在步骤S3，通过差错率特性预测单元118使用上式(1)计算用于发送功率控制的加权系数W。也就是说，对式(1)的函数f(W)适用规定的最优化方法，由此计算使接收差错率ER最优的加权系数WMIN_ER。更具体来讲，如图4所示计算使接收差错率ER成为最小的值MIN_ER的加权系数WMIN_ER。也就是说，此时通过W＝argmin(f(W))的运算而计算出加权系数WMIN_ER。
在此，图4表示函数f(W)的一个例子。图中所示的函数f(W)中，例如在将加权系数W设为W＝0时，如图5A所示发送信号的发送功率在频域上完全没有受到控制。此外，例如将加权系数W设为0＜W＜1的范围内的适当的值时，如图5B所示，发送信号的发送功率控制为小于传输路径中的信号增益的值，由此，与不进行发送功率控制时相比，预测出的接收差错率ER会减少。此外，例如在将加权系数W设为W＝1时，如图5C所示发送信号的发送功率控制为与传输路径中的信号增益相同的值。也就是说，进行最大比发送。与将加权系数W设为0＜W＜1的范围内的适当的值时相比，此时预测出的接收差错率ER会上升。
然后，预测出的加权系数WMIN_ER通知给加权系数控制单元114。加权系数控制单元114对所通知的加权系数WMIN_ER进行控制，并输出给乘法单元112。而且，在步骤S1提取出的传输路径信息Hk通知给发送功率控制单元113。发送功率控制单元113对传输路径信息Hk进行控制，并输出给乘法单元112。
然后，在步骤S4，通过乘法单元112将传输路径信息Hk乘以加权系数WMIN_ER。通过该乘法运算，相当于发送功率控制得到加权。此外，作为乘法的结果，得到如下式(2)所示与使用频带内的各频率相对应的发送功率Pk。
Pk＝WMIN_ER×Hk    ...(2)
然后，在步骤S5，通过乘法单元112使用发送功率Pk校正发送信号在频域上的发送功率。
如上所述，根据本实施方式，由于在无线发送装置100中将使用单载波发送的时域信号变换成频域信号，并在频域控制其发送功率，所以，能够有效地利用分配给使用单载波发送的信号的发送功率，由此能够提高无线接收装置150的接收差错率。
另外，根据本实施方式，在无线接收装置150中生成表示决定出的频率均衡算法的信息并将其发送，由此能够将频率均衡算法通知给无线发送装置100，根据函数f(W)导出加权系数W的无线发送装置100由此能够取得与该算法相应的最优函数f(W)，结果能够提高接收差错率特性。也就是说，无需对无线接收装置150中的接收系统(接收RF单元152、CP除去单元153、FFT单元154、信道估计单元155、频率均衡单元156、IFFT单元157以及解调单元158)本身增加特别的结构而仅增加用于将频率均衡算法报告给无线发送装置100的简单结构，就能够提高接收差错率特性。
另外，根据本实施方式，由于使用函数F(W)导出系数W，所以，能考虑源于发送功率控制的信号失真而进行最优的发送功率控制，所述函数F(W)表示发送经发送功率控制的信号到无线接收装置150时所预测的接收差错率ER。
也就是说，在本实施方式中，预测接收差错率ER的变动，而且搜索对发送功率控制进行加权的加权系数。由此，能够防止对发送功率进行过剩的校正。
顺便提及，例如在用于多载波传输的发送功率控制技术的一个例子中，总是以与传输路径的变动相同的电平进行频域的发送功率控制，也就是进行最大比发送。此时，在接收装置端，每个频率的接收功率上出现传输路径变动的2次幂的变动。这样在频域功率偏差的显著增加，在单载波传输中有可能成为反而使接收差错率恶化的原因。换而言之，有可能出现源于发送功率控制的差错率恶化超过最大比发送所产生的差错率改善效果的情况。然而，在本实施方式中，通过预测源于发送功率控制所产生的差错率恶化，能够导出使源于发送功率控制所产生的差错率恶化小于差错率改善效果的最优加权系数W，结果能够切实地改善无线接收装置150的接收差错率ER。
另外，在本实施方式中，能够使用使所预测的接收差错率ER为最小的加权系数WMIN_ER对发送功率进行控制，由此能够使无线接收装置150的接收差错率最小。
另外，在本实施方式中，能够根据在包含于单载波频带中的频率间共同设定的加权系数W和传输路径信息Hk得到最优的发送功率，由此能够对发送功率控制进行最优的加权处理。
另外，虽然在本实施方式中如上所述将加权系数W设定为在频率间的共同的值，但是也可以对每个频率分别设定加权系数(也就是，导出与每个频率相对应的加权系数Wk)。
另外，在本实施方式中使用有关接收差错率ER的函数来导出加权系数W。但是，导出加权系数W的方法并不限于此，也可以基于其它适当的参数。其它适当的参数，可以是由无线接收装置150发送的现有的或者新的信息，或者由无线发送装置100测定、计算或设定的现有的或者新的信息。
另外，在本实施方式中，作为将时域信号变换成频域信号的处理采用FFT处理，而作为将频域信号逆变换成时域信号的处理采用IFFT处理。但是，可以采用的变换处理并不限于FFT处理，也可以采用其它适当的处理，例如DCT(Discrete Cosine Transform，离散余弦变换)处理或Wavelet(小波)变换处理等。而且，可以采用的逆变换处理并不限于IFFT处理，也可以采用其它适当的处理，例如逆DCT(Discrete Cosine Transform)处理或逆Wavelet变换处理等。
另外，在用于适用了单载波频率均衡技术的移动通信系统的基站装置和移动站装置中，都可以适用本实施方式所述的无线发送装置100和无线接收装置150。
(实施方式2)
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的无线发送装置的结构的方框图。另外，图6所示的无线发送装置200具有与实施方式1中所述的无线发送装置100相同的基本结构，对相同的结构部件附上相同的标记，并省略其详细说明。而且，实施方式1中所述的无线接收装置150可以与无线发送装置200进行无线通信。
无线发送装置200的结构中，除了包括控制单元201来代替实施方式1中所述的控制单元103之外，还包括：缓冲器202，暂时存储经IFFT处理的发送信号；以及开关单元203，根据所输入的指令信号进行接通/断开的切换，由此将存储于缓冲器202中的发送信号输出给CP处理单元105。
另外，控制单元201除了包括实施方式1中所述的乘法单元111、112、发送功率控制单元113、加权系数控制单元114以及传输路径信息提取单元116之外，还包括加权系数导出单元211，根据表示经IFFT处理的发送信号的PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰均功率比)和加权系数W之间的关系的函数g(W)，导出加权系数W的最大值，该加权系数W是使PAPR成为小于或等于由无线单元设定的预定值(PAPR设定值，例如为10dB)的系数。加权系数导出单元211包括：峰值功率检测单元212，检测经IFFT处理的发送信号的峰值功率；以及加权系数计算单元213，在输入来自峰值功率检测单元212的通知信号时，根据所述PAPR设定值计算用于发送功率控制的加权系数W。
以下对具有上述结构的无线发送装置200中的发送功率控制操作进行说明。
首先，通过加权系数计算单元213将加权系数W临时设为最大值也就是W＝1，并输出给加权系数控制单元114。然后，按照实施方式1中所述的发送功率控制操作，对发送信号的发送功率进行控制。经发送功率控制的发送信号通过IFFT单元104进行IFFT处理之后，存储于缓冲器202。此外，此时通过峰值功率检测单元212检测经IFFT处理的发送信号的峰值功率。此外，通过峰值功率检测单元212计算PAPR。
然后，将计算出的PAPR与PAPR设定值比较。作为该比较的结果，在PAPR为小于或等于PAPR设定值的情况下，峰值功率检测单元212将指令信号输入给开关单元203。开关单元203由此切换成接通状态，存储于缓冲器202中的发送信号提供给CP处理单元105。而且，对加权系数计算单元213输入表示PAPR小于或等于PAPR设定值的通知信号，由此加权系数计算单元213中所设定的值复原为初始值。另一方面，在作为比较的结果PAPR超过PAPR设定值的情况下，峰值功率检测单元212对开关单元203输入使开关单元203切换成断开状态的指令信号。开关单元203由此切换成断开状态。而且，对加权系数计算单元213输入表示PAPR超过PAPR设定值的通知信号。
然后，加权系数计算单元213根据所输入的通知信号，计算小于临时设定为作为使用的加权系数W的候补的值(在本说明中为“1”。然后，作为使用的加权系数的下一个候补，将计算出的值输出给加权系数控制单元114。
也就是说，在包括峰值功率检测单元212和加权系数计算单元213的加权系数导出单元211中，与加权系数W的候补相对应地计算PAPR。而且，在与作为候补设定的第一值相对应地计算出的PAPR小于或等于PAPR设定值的情况下，将第一值设定为加权系数W；而在与第一值相对应地计算出的PAPR大于PAPR设定值的情况下，重新设定小于第一值的第二值来作为新的候补。
重复进行上述操作，直到由峰值功率检测单元212检测的峰值功率成为规定的值。由此，通过循环处理能够导出最优加权系数W。而且，能够检测使峰值功率成为所期望的值的最大加权系数W，由此能够控制峰值功率的值。而且，将加权系数W的最大值(W＝1)设定为候补的初始值，由此能够在循环处理中高效率地导出最优加权系数W。
如上所述，根据本实施方式，能够抑制源于发送功率控制所产生的PAPR的增加，由此能够提高无线单元的发送放大器的效率。
另外，虽然在本实施方式中将加权系数W设定为在频率间的共同的值，但是也可以对每个频率分别设定加权系数(也就是，导出与每个频率相对应的加权系数Wk)。
另外，在本实施方式中，作为将时域信号变换成频域信号的处理采用FFT处理，而作为将频域信号逆变换成时域信号的处理采用IFFT处理。但是，可以采用的变换处理并不限于FFT处理，也可以采用其它适当的处理，例如DCT处理或Wavelet变换处理等。而且，可以采用的逆变换处理并不限于IFFT处理，也可以采用其它适当的处理，例如逆DCT处理或逆Wavelet变换处理等。
另外，在用于适用了单载波频率均衡技术的移动通信系统的基站装置和移动站装置中，都可以适用本实施方式的无线发送装置200。
另外，在本实施方式中所述的加权系数导出单元211，缓冲器202以及开关单元203，也可以与实施方式1中所述的无线发送装置100的结构组合。
另外，有时将上述各实施方式中的基站装置称为Node B，将移动站装置称为UE，而将副载波称为调项(tone)。
另外，用于上述各实施方式的说明中的各功能模块，典型地由集成电路LSI来实现。这些既可以分别作成一个芯片，也可以包括其中一部分或者是全部而作成一个芯片。
另外，虽然在此称作LSI，但根据集成度的不同也可以称为IC、系统LSI、超LSI以及极大LSI等。
另外，集成电路化的技术并不限于LSI，也可以使用专用电路或通用处理器来实现。也可以利用LSI制造后可编程的FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)，也可以利用可以将LSI内部的电路块连接或设定重新配置的可重配置处理器(Reconfigurable Processor)。
再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了替换LSI的集成电路技术，当然，也可以利用该技术来实现功能模块的集成化。也有应用生物工程学技术等的可能性。
本说明书基于2004年8月5日申请的日本专利申请特愿2004-229733号。其内容全部包括在此作为参考。
工业实用性
本发明的无线发送装置及无线发送方法可以适用于在频率均衡单载波传输系统中使用的基站装置和移动站装置等。

Claims (15)

1、一种无线发送装置，包括：
变换单元，将时域信号变换成频域信号；
控制单元，在频域对经变换的信号的发送功率进行控制；
逆变换单元，将经发送功率控制的信号逆变换成时域信号；以及
发送单元，使用单载波发送经逆变换的信号。
2、如权利要求1所述的无线发送装置，其中，
所述控制单元包括导出单元，根据所述系数的函数导出用于发送功率控制的系数。
3、如权利要求2所述的无线发送装置，其中，
所述控制单元还包括取得单元，取得表示通信对象装置的接收差错率的所述函数，该接收差错率是在经发送功率控制的信号发送给所述通信对象装置时所预测的接收差错率。
4、如权利要求3所述的无线发送装置，还包括：
提取单元，提取由所述通信对象装置发送的频率均衡算法信息；其中，
所述取得单元根据所述频率均衡算法信息取得所述函数。
5、如权利要求3所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元使用所述函数得到使所述接收差错率最小的所述系数。
6、如权利要求2所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元根据所述函数导出所述系数，所述函数表示所述系数与经逆变换的信号的峰值功率对平均功率之比之间的关系。
7、如权利要求6所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元根据所述函数得到使所述峰值功率对平均功率之比成为小于或等于规定值的所述系数。
8、如权利要求6所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元根据所述函数得到使所述峰值功率对平均功率之比成为规定值以下的所述系数的最大值。
9、如权利要求6所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元，
与所述系数的候补相对应地计算所述峰值功率对平均功率之比；
在与作为所述候补设定的第一值相对应地计算出的所述峰值功率对平均功率之比小于或等于所述规定值的情况下，将所述第一值设定为所述系数；
而且，在与所述第一值相对应地计算出的所述峰值功率对平均功率之比大于所述规定值的情况下，设定小于所述第一值的第二值作为所述候补。
10、如权利要求9所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元将所述系数的规定的最大值作为所述候补的初始值。
11、如权利要求6所述的无线发送装置，其中，
所述导出单元取得所述系数，该系数将经逆变换的信号的峰值功率作为规定值。
12、如权利要求1所述的无线发送装置，其中，
所述单载波具有包含多个频率的频带；并且还包括：
提取单元，提取由通信对象装置发送的传输路径信息；其中，
所述控制单元在所述多个频率之间共同设定所述系数并与所述传输路径信息相乘，由此得到经变换的信号的发送功率。
13、一种无线接收装置，包括：
变换单元，将使用单载波发送的时域信号变换成频域信号；
决定单元，决定对经变换的信号实施的频率均衡处理的算法；
生成单元，生成表示决定出的算法的频率均衡算法信息；以及
发送单元，将生成出的频率均衡算法信息发送给通信对象装置。
14、一种无线发送方法，包括：
变换步骤，将时域信号变换成频域信号；
控制步骤，在频域对经变换的信号的发送功率进行控制；
逆变换步骤，对经发送功率控制的信号逆变换成时域信号；以及
发送步骤，使用单载波发送经逆变换的信号。
15、一种无线接收方法，包括：
变换步骤，将使用单载波发送的时域信号变换成频域信号；
决定步骤，决定对经变换的信号实施的频率均衡处理的算法；
生成步骤，生成表示决定出的算法的频率均衡算法信息；以及
发送步骤，将生成出的频率均衡算法信息发送给通信对象装置。
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