基站及其mimo-ofdm通信方法

2023-10-08 17:59:09 3

專利名稱：基站及其mimo-ofdm通信方法
技術領域：
本發明涉及基站及其MIMO-OFDM通信方法，特別是涉及使用多個 OFDM發送裝置，採用多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output: MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號與數據一起發送到移動站的基站 及其MIMO-OFDM通信方法。
背景技術：
在許多數字移動通信系統中，為了補償衰落信道中的數據信號的失 真而從發送側將導頻信號復用在數據信號上來進行發送。在接收側接收 從發送側發送的導頻信號，將該接收導頻信號和已知的導頻信號相比較 來進行信道失真的估計(信道估計)，根據該信道估計值對所接收的數據 信號實施信道補償。數據信號和導頻信號的復用方法有各種，以下說明 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交頻分復用)方式的 情況。圖11是OFDM通信系統中的發送裝置的結構圖，數據調製部1將 發送數據(用戶數據和控制數據)進行例如QPSK數據調製，並轉換成 具有同相分量和正交分量的復基帶信號(碼元)。時分復用部2將多個碼 元的導頻時分復用為數據碼元。串行並行轉換部3將輸入數據轉換成M 碼元的並行數據，並輸出M個副載波抽樣S SKM。 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform,快速傅立葉逆變換)部4對並行輸入的副載波抽樣S0 SM-i實施IFFT (傅立葉逆變換)處理來進行合成，作為離散時間信號 (OFDM信號)來輸出。保護間隔插入部5將保護間隔插入到從IFFT部 輸入的M個碼元的OFDM信號內，發送部(TX) 6將插入有保護間隔的 OFDM信號進行DA轉換，然後將OFDM信號的頻率從基帶轉換成無線 頻帶，進行高頻放大而從天線7發送。圖12是串行並行轉換說明圖，示出在1幀的發送數據的前方對公共 導頻P進行時分復用的例子。假定每1幀公共導頻例如是4XM碼元(== 40FDM碼元)，並且發送數據是28XM碼元(-280FDM碼元)，則從 串行並行轉換部3輸出導頻的M碼元作為並行數據直到最初的4次，以 後作為並行數據輸出發送數據的M碼元28次。其結果，可在1幀期間 中將導頻時分復用為所有副載波並傳送4次，可在接收側使用該導頻來 針對各副載波估計信道，進行信道補償(衰落補償)。另外，l個OFDM 碼元由M碼元構成。圖13是保護間隔插入說明圖。保護間隔插入是指，在將與M個副 載波抽樣(-lOFDM碼元)對應的EFFT輸出信號作為1單位時，將末 尾部分複製到其開頭部。通過插入保護間隔GI，可消除多徑引起的碼間 幹擾的影響。圖14是OFDM接收裝置的結構圖。從發送天線7所輸出的信號經 過衰落信道(傳播路徑)由接收裝置的接收天線8接收，接收電路(Rx) 9將從天線所接收的RF信號轉換成基帶信號，並將該基帶信號AD轉換 成數位訊號來輸出。FFT定時同步電路10根據從接收電路9輸出的時域 信號檢測FFT定時，碼元切出部11去除GI並按照該FFT定時切出OFDM 碼元來輸出到FFT部12。 FFT部12對所切出的各OFDM碼元進行FFT 處理，並轉換成頻域的副載波抽樣SQ， SMV。信道估計電路13通過計 算以一定間隔接收的導頻碼元和已知的導頻模式的相關，來進行各副載 波的信道估計，信道補償電路14使用信道估計值來補償數據碼元的信道 變動。通過以上處理，進行分配給各副載波的發送數據的解調。以後， 儘管未作圖示，然而所解調的副載波信號被轉換成串行數據之後進行解 碼。以上是將導頻信號在頻率方向較密配置的情況，而從數據信號的傳 送效率、對信道變動的跟隨性等的觀點看，將導頻信號在時間或頻率方 向較疏配置的分散配置是公知的。圖15是在特定的副載波中，在鄰接的 40FDM碼元的範圍內，導頻信號P被嵌入在數據信號DT內的分散配置 例。按以下進行使用了分散配置的導頻信號的信道估計。接收裝置通過將在FFT後獲得的接收導頻信號乘以已知的導頻信號 的復共軛，計算嵌入有該接收導頻信號的副載波的信道估計值。然後， 通過將該信道估計值在鄰接的多個碼元間進行時間平均，在某種程度上 抑制噪音和幹擾分量。之後，使用嵌入有該導頻信號的副載波的信道估 計值，將未嵌入有導頻信號的副載波的信道估計值在頻率方向進行內插 插值或外插插值來求出。同樣針對未嵌入有導頻信號的OFDM碼元，使 用嵌入有導頻信號的OFDM碼元中的信道估計值在時間方向進行插值來 求出。在上述的插值處理中，假定例如在嵌入有插值使用的導頻信號的 副載波或OFDM碼元間，信道失真線性變動，從而進行線性插值。然而， 實際的信道失真嚴格地說不是線性變動，而是在時間方向由於移動站的 高速移動，並在頻率方向由於多徑信道的延遲分散而複雜變動，因而插 值處理後的信道估計值產生誤差。因此，在分散配置例中，導頻信號的插入間隔越寬，數據信號的傳 送效率就越提高，信道估計難以跟隨由於移動站的高速移動等而產生的 信道的急劇變動，從而導致接收特性劣化。另一方面，導頻信號的插入 間隔越窄，數據信號的傳送效率就越下降，信道估計容易跟隨信道的急 劇變動，因而難以發生接收特性的劣化。因此，導頻信號的配置有必要 考慮運用數字移動通信系統的地理環境和設想的移動站的移動速度來進 行設計。這裡，在圖16所示的多小區環境中，考慮了位於小區A、 B、 C的 邊界附近的移動站MS與小區A的基站BSa迸行通信的狀況。移動站 MS在接收來自小區A的基站BSA的下行鏈路的信號SA時，還接收來自 鄰接小區B、 C的基站BSb、 BSc的幹枕信號Ib、 Ic。在1小區重複系統的情況下，按以下方式抑制這些幹擾信號。艮P， 發送裝置使用擴展碼(信道化碼)進行擴展，或者通過重複(Repetition) 將1碼元的數據信息複製到多個碼元上，之後乘以小區固有的擾碼來發 送。接收裝置在將與發送裝置相同的擾碼乘以接收信號之後，進行基於 擴展碼的解擴或者同相加法運算，來進行解調，從而在某種程度上抑制 來自鄰接小區的幹擾信號。然而，由於導頻信號以比數據信號高的功率來發送，因而即使進行 了上述處理，給鄰接小區帶來的影響也仍然很大。特別是，在基站間同步系統中，如圖17所示各小區A、 B、 C的導頻信號PA、 PB、 Pc的配置 是公共的。因此，各小區的導頻信號總是相互幹擾，使信道估計精度劣 化。並且，即使在基站間非同步系統中，按照在時間上某種程度的比例， 各小區的導頻信號也相互幹擾，使信道估計精度劣化。作為避免上述問題的對策，只要使導頻信號的配置在各小區不重合 即可。在圖18所示的例子中，鄰接的3小區的導頻信號在頻率方向錯開 而配置成不重合。在該情況下，不能使特定的小區中的導頻信號的頻率 方向的間隔比n副載波(n-小區數一1)小。在圖18的例子中11=2。在MIMO (Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)復用傳 送的情況下，由於有必要獲得各發送天線的信道估計值，因而按照各發 送天線發送正交導頻信號。這些導頻信號的配置與單天線發送的情況一 樣，只要在各小區不重合即可。圖19是在各小區A、 B、 C中基站BSa、 BSb、 BSc使用4根天線1 4來進行MIMO復用傳送的多小區環境說明 圖，圖20是各小區A、 B、 C的天線1 4的導頻信號配置例。在該例子 中，各小區A、 B、 C中的4發送天線用的導頻信號PAQ PA3、 PBQ PB3、 PQ PC3在頻率方向錯開而配置成在鄰接的3小區間相互不重合。然而，在圖20的導頻配置例中，不能使任意小區中的任意天線中的 導頻信號的頻率方向的間隔比11 (-3小區X4天線一l)副載波小。因 此，在信道變動大的狀況下，利用插值的信道估計精度劣化。具有這樣的現有技術，即在從多個天線發送OFDM信號的情況下， 阻止導頻信號在傳播路徑上的幹擾(參照專利文獻1)。在該現有技術中， 從一個天線藉助特定的副載波發送導頻信號，從另一個天線不輸出導頻 載波，而且把與一個天線的導頻載波相同頻率的副載波視為空信號。然 而，該現有技術不防止來自其他小區或其他扇區的導頻信號的幹擾。並 且，現有技術不能在防止來自其他小區或其他扇區的導頻信號的幹擾的 同時進行精度高的信道估計。專利文獻l:日本特開2003—304216號公報發明內容根據以上，本發明的目的是能在防止來自移動站不是通信中的其他 小區或其他扇區的導頻信號幹擾的同時進行精度高的信道估計。本發明的另一目的是，在移動站存在於小區邊界或扇區邊界的情況 下，可充分減小導頻信號之間的幹擾，而且可進行能跟隨急劇的信道變 動的信道估計。 第1 MIMO-OFDM通信方法本發明是一種MIMO-OFDM通信方法，使用多個OFDM發送裝置， 採用多輸入多輸出(MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號與數據一起 發送到移動站，該通信方法具有根據移動站的通信環境，採用多數據 流傳送即MIMO通信方式、或者採用單數據流傳送即單輸入多輸出 (Single Input Multiple Output: SIMO)通信方式來發送數據和導頻信號 的步驟；以及將該導頻信號配置成使在規定小區中在單數據流傳送時用 於信道估計的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於信道估計 的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合的步驟。上述本發明的第1 MIMO-OFDM通信方法還具有使在所述單數據流 傳送時從規定天線發送的用於信道估計的導頻信號的功率比從其他天線 發送的導頻信號的功率大的步驟。上述本發明的第1 MIMO-OFDM通信方法還具有在移動站中接收 從基站發送的導頻信號來測定通信環境，並將確定該通信環境的數據反 饋到基站的步驟；以及在基站中根據該通信環境確定數據來決定是進行 多數據流傳送還是進行單數據流傳送的步驟。上述本發明的第1 MIMO-OFDM通信方法還具有在移動站中接收 從基站發送的導頻信號來測定通信環境，並將確定該通信環境的數據反 饋到基站的步驟；以及在基站中根據該通信環境確定數據來控制多數據 流傳送中的數據流數的步驟。 第2 MIMO-OFDM通信方法本發明是一種MIMO-OFDM通信方法，將小區進行扇區化，針對各扇區使用多個OFDM發送裝置，採用多輸入多輸出(MIMO)通信方式 從多個天線將導頻信號與數據一起發送到移動站，該通信方法具有根 據扇區內的移動站的通信環境，採用多數據流傳送即MIMO通信方式、 或者採用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式來發送數據和 導頻信號的步驟；以及將該導頻信號配置成使在規定扇區中在單數據流 傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接扇區中在單數據流傳送時用於 信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合的步驟。上述本發明的第2 MIMO-OFDM通信方法還具有使在所述單數據流 傳送時從規定天線發送的用於信道估計的導頻信號的功率比從其他天線 發送的導頻信號的功率大的步驟。上述本發明的第2MIMOOFDM通信方法還具有通過移動站測定來 自各扇區的扇區天線的接收功率、並根據鄰接扇區之間的該接收功率的 差決定是進行多數據流傳送還是進行單數據流傳送的步驟。上述本發明的第2 MIM0-OFDM通信方法還具有在進行所述多數據 流傳送的情況下，根據扇區內的移動站的通信環境控制多數據流傳送中 的數據流數的步驟。，基站本發明的基站具有執行上述第1 、第2 MIMO-OFDM通信方法的結 構。S卩，本發明的第1基站具有通信方式決定部，其根據移動站的通 信環境，決定是採用多數據流傳送即MIMO通信方式進行通信，還是採 用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式進行通信；以及導頻 位置控制部，其將該導頻信號的位置控制成使在規定小區中在單數據流 傳送時甩於信道估計的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於 信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合。本發明的第2基站具有執行上述第2 MIMO-OFDM通信方法的結 構。g卩，第2基站具有通信方式決定部，其根據扇區內的移動站的通 信環境，決定是採用多數據流傳送即MIMO通信方式進行通信，還是採 用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式進行通信；以及導頻 位置控制部，其將該導頻信號的位置控制成使在規定扇區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接扇區中在單數據流傳送時用於 信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合。


圖l是本發明的概略說明圖。圖2是在根據移動站的通信環境、例如SIR來控制多數據流數的情 況下的接收天線數、數據流數、使用天線的對應表。圖3是本發明的MIMO-OFDM通信系統的結構圖。圖4是基站的詳細結構圖。圖5是移動站的詳細結構圖。圖6是使各小區的導頻P1在頻率方向和時間方向同時不重合的導頻 信號配置例。圖7是扇區結構說明圖。圖8是第2實施例中的導頻信號配置例。圖9是第2實施例的基站的結構圖。圖10是第2實施例的移動站的結構圖。圖11是OFDM通信系統中的發送裝置的結構圖。圖12是串行並行轉換說明圖。圖13是保護間隔插入說明圖。圖14是OFDM接收裝置的結構圖。圖15是在特定的副載波中，在鄰接的40FDM碼元的範圍內，導頻 信號P被嵌入在數據DT內的分散配置例。 圖16是多小區環境說明圖。 圖17是現有的第1導頻信號配置例。 圖18是現有的第2導頻信號配置例。 圖19是MIMO-OFDM通信中的多小區環境說明圖。 圖20是MIMO-OFDM通信中的現有的導頻信號配置例。
具體實施方式
(A)本發明的概略 小區結構和導頻配置圖l是本發明的概略說明圖，如(A)所示，在小區A、 B、 C中基 站BSA、 BSB、 BSc使用4根天線1 4來與移動站進行MIMO-OFDM通 信。各基站A、 B、 C的天線l 4的導頻信號配置如圖l (B)所示，在 頻率軸方向較密配置，而且在時間方向(在幀最初的40FDM碼元中) 重合配置。各基站的天線1 4的導頻信號根據圖案來區別，如圖l (C) 所示，Pl是天線1用的導頻信號，P2是天線2用的導頻信號，P3是天 線3用的導頻信號，P4是天線4用的導頻信號，導頻信號功率被設定為 P1〉P2〉P3>P4。應注意的方面是，從各小區的基站BSa、 BSb、 BSc的 第1天線1發送的導頻P1配置成在頻率方向不重合。 多數據流傳送和單數據流傳送的切換控制在本發明中，當移動站的通信環境不良時，基站從多數據流傳送即 MIMO通信方式切換到單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式。 例如，當移動站MS—邊與基站BSA進行通信一邊移動時，該移動站MS 存在於接近基站BSa的區域AR1內，當SIR (信號對幹擾功率比)大且 通信環境良好時，基站BSa從4根天線1 4將數據和導頻信號發送到移 動站，進行MIMO-OFDM通信(多數據流傳送)。然而，當移動站MS移動到小區邊界區域並受到來自鄰接小區的幹 擾而使SIR減小時，即使進行MIMO-OFDM通信，BER也增大。因此， 在該情況下，基站BSa切換到從1根天線將數據和導頻信號發送到移動 站的單輸入多輸出(SIMO)通信方式(單數據流傳送)。在該單數據流傳送時，各小區的基站BSa、 BSb、 BSc從第l天線l 將數據和導頻信號發送到移動站，而從圖1 (B)可以明白，在各小區A、 B、 C中在單數據流傳送時從天線1發送的導頻P1配置成在頻率方向不 重合。即，該導頻信號被配置成使在各小區中在單數據流傳送時用於信 道估計的導頻信號P1和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於信道估計的 導頻信號Pl在頻率方向相互不重合。其結果，由於在單數據流傳送時各小區的信道估計用導頻信號P1不與鄰接小區的導頻信號P1幹擾，因而即使在小區邊界導頻信號的SIR也 提高，能進行良好的信道估計。並且，在圖l (B)的例子中，由於可以 按3副載波間隔配置從規定天線發送的導頻信號Pi (i=l 4)，因而在 MIMO-OFDM通信時由於插值處理而產生的信道估計誤差減小，可進行 良好的信道估計。另外，儘管在單數據流傳送時各小區的信道估計用導頻信號P1在頻 率方向與鄰接小區的導頻P2 P4重合，然而幹擾影響小。特別是，在圖 1 (B)的配置例中，由於在單數據流傳送時從天線1發送的導頻P1的功 率比從其他天線2 4發送的導頻信號P2 P4的功率大，因而該導頻P1 以外的導頻信號P2 P4在小區邊界充分衰減後到達，因而可使鄰接小區 的導頻P2 P4的幹擾輕微。 多數據流數的控制以上是根據移動站的通信環境、例如SIR進行了多數據流傳送和單 數據流傳送的切換控制的情況。在該切換控制的情況下，只需使導頻信 號Pl的功率大於其他導頻信號P2、 P3、 P4的功率即可，無需對其他導 頻信號功率賦予差。然而，在根據通信環境、例如SIR值控制多數據流 數的情況下，可以對各導頻信號的功率賦予差而得到P1〉P2〉P3〉P4。在MIMO復用傳送中，由於各發送天線的信號點在無線信道中重合 後到達接收機，因而數據流數越多，接收信號點的信號點間距離就越短， 用於達到一定的誤比特率BER的所需接收SNR就越增大。換句話說， 即使數據流數越少，接收SIR就越小，也能達到一定的誤比特率。因此， 在本發明中，根據通信環境、例如SIR值來控制多數據流數。例如，如 圖2所示將通信環境分為4個階段，在最壞的環境(通信環境1)中將數 據流數設定為1，將使用的天線編號設定為1。在通信環境2中將數據流 數設定為2，將使用的天線編號設定為1、 2，在通信環境3中將數據流 數設定為3，將使用的天線編號設定為1、 2、 3，在最好的通信環境4中 將數據流數設定為4，將使用的天線編號設定為1、 2、 3、 4。如上所述，通過根據通信環境來控制多數據流數，能儘可能利用 MIMO-OFDM通信的優點。 另一導頻配置例在圖1 (B)的導頻配置例中，在單數據流傳送時從各小區的天線1 發送的導頻P1被配置成在頻率方向不重合，然而可以配置成在時間軸方 向同時不重合，或者僅在時間軸方向不重合。以上，根據本發明，進行單數據流傳送的移動站在信道估計中使用 的導頻信號在相互鄰接的小區中，可在時間和/或頻率方向不重合，進行 該單數據流傳送的移動站即使在小區邊界，也不受來自鄰接小區的幹擾 信號影響，可接收期望信號。(B)第1實施例(a) MIMO-OFDM通信系統的結構圖3是本發明的MIMO-OFDM通信系統的結構圖，BS是基站，MS 是移動站。基站BS是圖1 (A)所示的小區A C中例如小區A的基站。 各小區A C中的基站具有相同結構。在基站BS中，與發送天線數M相同數的數據流Do Dm-,分別在 OFDM發送裝置llo llM—i中經過規定處理，從各發送天線12 12^h 被發送。作為OFDM發送裝置llo llM-,中的處理，有糾錯、數據調製、 數據/控制信號/導頻復用、加擾、EFFT變換、GI插入等。從配置成相互無相關的天線12。 12m^所發送的信號通過獨立的衰 落信道h。m (m=0 M-1， n==0 N-1)在空間中被復用，之後由N根接 收天線3U 31w-接收。由各接收天線所接收的信號在OFDM接收裝置 32 32^中經過下變頻、AD轉換、FFT定時檢領"GI去除、FFT變換、 解擾、數據/控制信號/導頻分離等處理，生成yo y^i的接收數據流。由 於各接收數據流具有將M個發送數據流復用後的形式，因而數據處理部 33通過對所有接收數據流進行信號處理，來分離並再現發送數據流Do 在從接收信號分離發送數據流D。 Dm-,的信號處理算法中，提出了 各種方法，對MLD (Maximum Likelihood Decoding,最大似然解碼)算 法進行說明。現在，假定發送數據流由M次元的復矩陣表示，並且接收 數據流由N次元的復矩陣表示，則具有下式的關係。[算式l]formula see original document page 15MLD算法根據下式估計發送數據流(發送矢量)D。 [算式2]這裡，把分別輸入到M個天線的調製數據的信號點配置數設定為Q， 則發送矢量D的組合存在QM個。在QPSK中Q-4。在MLD算法中產 生QM個發送矢量的候補(複製品)來進行上式運算，將結果為最小的復 製品估計為輸入數據。(b)基站BS的結構圖4是在M=4的情況下的基站BS的詳細結構圖，是根據通信環境 控制多數據流數的實施例。另外，對與圖3相同的部分附上相同標號。數據流數決定部13如後所述，根據移動站MS的通信環境決定數據 流數，並將其輸入到控制信息映射部14和數據流分割部15。控制信息映 射部14將所輸入的數據流數作為控制信息映射到規定位置，糾錯編碼器 16對控制信息實施糾錯編碼處理，數據調製部17對該控制信息進行數據 調製。數據流分割部15根據數據流數對數據信號進行S/P (串行/並行)轉 換並輸入到OFDM發送裝置nQ ll3。 OFDM發送裝置11。 113根據各 數據流D。 D3生成各發送天線120 123的發送信號，並將其從該發送天線12 123發送。將發送天線12 123的天線編號設定為1 4，則數據 流數和使用的發送天線編號如圖2所示。OFDM發送裝置110 113具有 大致相同的結構，不同點是，OFDM發送裝置llo發送控制信號，而其他 OFDM發送裝置lh ll3不發送控制信號。在OFDM發送裝置llo中，糾錯編碼器21對要輸入的第1數據流的 數據D。實施糾錯編碼處理，數據調製部22對輸入數據實施數據調製。 導頻信號產生部23a產生導頻信號Pl ，增益調整部23b調整該導頻信號 Pl的振幅。導頻信號的振幅調整法在後面描述。然後，數據/導頻/控制信號復用部24將數據信號、控制信號和導頻 信號進行復用，並行輸出N取樣的副載波分量。另外，數據/導頻/控制信 號復用部24將導頻信號Pl如圖1 (B)所示映射到規定OFDM碼元的規 定副載波。加擾部25將N取樣的副載波分量乘以小區固有的擾碼，IFFT 部26對N取樣的副載波分量實施EFFT轉換處理，將頻域的信號轉換成 時域的信號。GI插入部27插入保護間隔(GI)，發送RF部28進行D/A 轉換後，從基帶變頻到無線頻率，進行放大後從發送天線12。發送。與以上並行，接收RF部18通過接收天線19接收從移動站MS發送 來的信號，從無線頻率變頻到基帶，進行AD轉換後輸入到控制信號解 調部20。控制信號解調部20進行解調處理，解調從移動站MS所反饋的 控制信號，提取該控制信號內包含的下行鏈路接收SIR信息。下行鏈路 接收SIR表示移動站MS的通信環境，是移動站MS接收從基站BS發送 的導頻信號並使用該導頻信號而測定的接收SIR。數據流數決定部13根 據下行鏈路接收SIR信息按照圖2的表決定要發送的數據流數，並將其 輸入到控制信息映射部14和數據流分割部15。 (c)數據流數的決定法對MIMO復用傳送的基本性質進行研究。在MIMO復用傳送中，從 各發送天線發送的信號在無線信道中重合後到達移動站MS。因此，數據 流數越多，接收信號的信號點間距離就越短，用於達到一定的誤比特率 BER的所需接收SIR就越增大。換句話說，即使數據流數越少，接收SIR 就越小，也能達到一定的誤比特率BER。並且，接收SIR—般隨著基站、移動站間的距離延長而減少。因此， 為了使數據信號的吞吐量最大，測定接收SIR，並將該接收SIR與規定閾 值進行對照，從而可以控制成，在接收SIR高的情況(移動站在基站附 近的情況)下增加數據流數，並在接收SIR低的情況(移動站在小區邊 界附近的情況)下減少數據流數。因此，數據流數決定部13根據接收SIR值控制多數據流數。例如， 如圖2所示將接收SIR (通信環境)分為4個階段，在最壞的環境(通信 環境1)中將數據流數設定為1，將使用的天線編號設定為1。在通信環 境2中將數據流數設定為2，將使用的天線編號設定為1、 2，在通信環 境3中將數據流數設定為3，將使用的天線編號設定為1、 2、 3，在最好 的通信環境4中將數據流數設定為4，將使用的天線編號設定為1、 2、 3、 4。(d) 導頻信號振幅下面，對數據/導頻/控制信號復用部24中的導頻信號的映射位置和 導頻信號的振幅調整進行說明。在移動站存在於小區邊界附近的情況下，由於數據信號的接收SIR 較低，因而數據流數決定部13以進行單數據流傳送的方式決定數據流數。 因此，從存在於小區邊界的移動站MS的立場來看，只要能以某種程度 的品質僅獲得單數據流傳送用的信道估計值就夠了。因此，充分提高從 單數據流傳送所使用的發送天線12。發送的導頻信號P1的功率來進行發 送。即，在OFDM發送裝置llo的增益調整部23b中增大導頻信號Pl的 振幅來從發送天線12。發送，使從其他發送天線12^ 122、 123發送的導 頻信號P2、 P3、 P4的功率低於導頻信號P1的功率來進行發送。如圖2所 示，在根據通信環境來控制數據流數的情況下，將導頻信號功率設定為 P1〉P2〉P3〉P4。這樣即使賦予功率差，從基站附近的移動站MS的立場來看，由於 無線信道中的導頻信號的衰減量較小，因而對信道估計精度的影響小。(e) 導頻配置法圖1 (B)是3個小區A、 B、 C中的導頻信號配置例，是按幀最初的40FDM碼元來配置導頻信號、而且在頻率軸方向較密配置的例子。在單數據流傳送時各小區的基站BSA、 BSB、 BSc從第1天線120將 數據和導頻信號P1發送到移動站，而根據上述導頻信號配置例，各小區 A、 B、 C的導頻P1在頻率方向不重合。即，該導頻信號被配置成使在各 小區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號P1和在鄰接小區中在 單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號Pl在頻率方向相互不重合。對於小區邊界的移動站MS，由於僅來自其他小區的導頻信號P1的 功率大，因而千擾是支配性的。因此，有必要不產生導頻信號Pl對其他 小區的幹擾。由於對小區邊界的移動站MS進行單數據流傳送，因而只 要在該單數據流傳送中發送的導頻信號Pl不受其他小區的導頻信號Pl 的千擾即可。因此，只要各小區A、 B、 C的導頻信號P1的位置相互不 同即可，即使該導頻信號PI被配置在與其他小區的發送天線12, 123中 的任一方的導頻信號P2 P4相同的位置也沒有故障。根據圖1 (B)的導頻配置，由於在單數據流傳送時各小區A、 B、 C 的信道估計用導頻信號Pl不與鄰接小區的導頻信號Pl幹擾，因而即使 在小區邊界導頻信號的SIR也提高，能進行良好的信道估計。並且，在 圖l (B)的例子中，由於可以按3副載波間隔配置從規定天線發送的導 頻信號Pi (i=l 4)，因而在多數據流傳送即MIMO-OFDM通信時由於 插值處理而產生的信道估計誤差減小，可進行良好的信道估計。即，由 於可將任意小區中的任意天線的導頻信號的副載波間隔保持得小，因而 可提高插值精度，可實現能跟隨急劇的信道變動的信道估計。 (f)移動站的結構圖5是在N=4的情況下的移動站MS的詳細結構圖。對與圖3相同 的部分附上相同標號。各接收天線31。 313的接收信號被輸入到OFDM接收裝置32o 323。各OFDM接收裝置32o 323具有相同結構，接收RF部41將接收 信號的頻率從無線頻率變頻到基帶，進行A/D轉換後輸入到FFT定時檢 測部42和GI去除部43。 FFT定時檢測部42檢測FFT定時，GI去除部 43根據該FFT定時去除GI，作為N取樣的並行數據輸入到FFT部44。FFT部44將時域的N取樣信號轉換為頻域的N個副載波信號分量，解 擾部45將該N個副載波信號分量乘以與基站BS的擾碼相同的碼，提取 從該基站接收的信號並將其輸出。數據/導頻/控制信號分離部46將映射 到規定位置的數據信號、導頻信號、控制信號進行分離，將數據信號輸 入到數據處理裝置33的MIMO解調部51，將導頻信號輸入到信道估計 部52，將控制信號輸入到控制信號解調部53。信道估計部52首先針對嵌入有導頻信號的OFDM碼元的副載波獲 得信道估計值。g卩，進行來自各接收天線31。 313的接收導頻信號和已 知的發送導頻信號的相關運算，而且將所獲得的相關值在4碼元間進行 同相相加，由此獲得在某種程度上抑制了來自鄰接小區的幹擾信號的信 道估計值。然後，信道估計部52針對這些天線各方將信道估計值在時間 或頻率方向進行內插或外插插值，獲得未嵌入有導頻信號的OFDM碼元 在副載波中的信道估計值。之後，信道估計部52針對各天線，將各OFDM 碼元在各副載波中的信道估計值輸入到MIMO解調部51和控制信號解調 部53。控制信號解調部53使用信道估計值來對從1根發送天線12發送且 由4根接收天線31c 3l3接收的控制信號實施信道補償，在接收天線間 進行分集合計來解調控制信息，提取映射到該控制信號的規定位置的數 據流數的信息後輸入到MIMO解調部51。MIMO解調部51根據數據流數，使用各接收天線的接收數據信號和 信道估計值來進行周知的MIMO信道分離，對通過該MIMO信道分離運 算所獲得的各數據流進行P/S轉換後將其輸出，從而恢復數據信號。並且，SIR估計部34使用由信道估計部52所估計的信道估計值來 估計接收SIR。具體地說，將特定的發送天線和接收天線間的信道估計值 (複數)的實數部和虛數部的各自的平方和視為期望信號功率S，將多個 碼元中的分散值視為幹擾信號功率I，將S和I的比用作接收SIR的估計 值。控制信息映射部35將SIR估計值作為控制信息來映射到規定位置， 控制信號調製部36通過糾錯編碼和數據調製等處理來生成控制信號，並 與未作圖示的數據和導頻信號復用後從發送天線37向基站BS發送。(g) 別的導頻配置例在圖1 (B)的導頻信號配置例中，是使各小區的導頻P1在頻率方 向不重合的例子，然而也能使各小區的導頻P1在頻率方向和時間方向同 時不重合。圖6是使各小區的導頻P1在頻率方向和時間方向同時不重合的導頻 信號配置例。在該導頻信號配置例中，在開頭的40FDM碼元和後面的 40FDM碼元中每隔一個配置導頻信號，而且使配置導頻信號的副載波不 同。並且，使各小區A、 B、 C的導頻信號Pl在頻率方向不重合，而且 使小區B的導頻信號Pl與小區A、 C的導頻信號Pl在時間方向也不重合。另外，在基站間同步系統的情況下，也可以採用各小區的導頻P1僅 在時間方向不重合的導頻信號配置。(h) 變形例第1實施例根據移動站的通信環境(接收SIR)將數據流數控制為l 4中的任一個，然而也可以構成為，根據移動站的通信環境(接收SIR) 切換到多數據流傳送即MIMO通信方式和單數據流傳送即單輸入多輸出 (SIMO)通信方式的任一方式來發送數據和導頻信號。 (C)第2實施例在第1實施例中，說明了用於減小小區邊界的移動站MS從鄰接小 區接收的幹擾信號的影響的方法。在1個小區由多個扇區構成的情況下， 也可以使用相同方法減小扇區邊界的移動站從鄰接扇區接收的幹擾信號 的影響。(a)扇區結構和導頻信號配置圖7示出作為前提的扇區結構。將小區分割為中心角分別為120°的 3個子區域，利用具有涵蓋各個子區域的指向性的天線A, A4、 B! B4、 d Q來形成扇區A、 B、 C。在移動站MS位於扇區A的中央附近CAR 的情況下，從基站BS僅接收扇區天線A, A4的信號，而在移動到扇區 A、 B的邊界附近的情況下，將來自扇區天線B, B4的信號作為幹擾信 號來接收。通常，按以下抑制這些幹擾信號。即，在基站BS中，通過擴展碼的 擴展或者重複來將1碼元的信息複製到多個碼元上，之後乘以扇區固有 的擾碼來發送。在移動站MS中，乘以與基站BS相同的擾碼後進行擴展 碼的解擴或者同相加法運算，從而在某種程度上抑制來自鄰接扇區的幹 擾信號。然而，關於導頻信號，由於以較高功率發送，因而即使進行了 上述處理，也仍然對鄰接扇區產生幹擾，給該鄰接扇區帶來的影響大。 特別是，在各扇區的導頻信號的配置是公共的情況下，由於各扇區的導 頻信號相互千擾，因而信道估計精度劣化。在第2實施例中，與第l實施例一樣，在單數據流傳送中使用的發 送天線A。 B。 d的導頻信號Pl以十分高的功率發送，發送天線A2 A4、 B2 B4、 C2 C4的導頻信號P2、 P3、 P4以比發送天線A。 d 的導頻信號低的功率發送。即，導頻信號P1、 P2、 P3、 P4的發送功率被 設定為P1〉P2、 P3〉P4。並且，關於導頻信號配置，與第1實施例一樣， 如圖8所示配置成使扇區A、 B、 C中的發送天線A卜B卜C,的導頻信 號P1的位置相互不同。這樣，只要扇區邊界的移動站進行單數據流傳送，信道估計中的其 他扇區的導頻信號影響就輕微，所以能進行穩定接收。因此，在移動站 MS位於扇區邊界的情況下，只要將傳送的數據流數切換到1,就總是能 進行穩定接收而與扇區內的位置無關。 (b)基站的結構圖9是第2實施例的基站BS的結構圖，與圖4的第1實施例的不同 點是，下行鏈路接收SIR信息和扇區邊界判定比特被映射到從移動站MS 反饋的控制信號，對相同部分附上相同標號。控制信號解調部20解調從移動站MS發送來的控制信息，並將下行 鏈路接收SIR信息和扇區邊界判定比特輸入到數據流數決定部13。當扇 區邊界判定比特是"0"時，表示移動站MS位於扇區中央，當是"1" 時，表示移動站MS位於扇區邊界。數據流數決定部13根據接收SIR信 息和扇區邊界判定比特來決定數據流數。具體地說，首先，當扇區邊界 判定比特是"1"時，將數據流數決定為1。另一方面，當扇區邊界判定比特是"0"時，與第1實施例一樣，通過將接收SIR信息與規定閾值進 行對照來決定數據流數。 (c)移動站的結構圖10是第2實施例的移動站的結構圖，FFT部44以後的處理與第1 實施例不同。並且，OFDM接收部32。 323和數據處理部33的結構不同。 即，OFDM接收部32o 323由接收RF部41、 FFT定時檢測部42、 GI 去除部43以及FFT部44構成。數據處理裝置33具有第1扇區信號處理 部33a、第2扇區信號處理部33b以及第3扇區信號處理部33c。在第l扇區信號處理部33a中，與OFDM接收部32o 323對應的各 解擾部45將從各FFT部44輸出的N個副載波信號分量乘以與扇區A的 擾碼相同的碼，提取從該扇區A接收的信號並將其輸出。然後，各數據/ 導頻/控制信號分離部46將映射到規定位置的數據信號、導頻信號、控制 信號進行分離，分別將數據信號輸入到數據處理裝置33的MIMO解調部 51，將導頻信號輸入到信道估計部52，將控制信號輸入到控制信號解調 部53。以後，與第1實施例一樣，信道估計部52估計移動站MS存在的 扇區A中的信道，控制信號解調部53解調控制信號來將數據流數輸入到 MIMO解調部51， MIMO解調部51解調數據信號後將其輸出。另一方面，第2扇區信號處理部33b將從OFDM接收部32。 323的 FFT部44輸出的N個副載波信號分量乘以與扇區B的擾頻碼相同的碼， 提取從該扇區B接收的信號後將其輸出。然後，第2扇區信號處理部33b 將映射到規定位置的導頻信號進行分離，並與第1實施例一樣估計扇區B 中的信道。同樣，第3扇區信號處理部33c進行扇區C的信道估計。SIR估計部34使用由信道估計部52所估計的信道估計值，採用與 第1實施例相同的方法來估計來自扇區A的下行鏈路接收SIR。扇區邊 界判定部38使用第1 第3扇區信號處理部33a 33c的信道估計值來生 成扇區邊界判定比特。具體地說，將信道估計值(複數)的實數部和虛 數部的各自的平方和視為期望信號功率，在第1、第2扇區信號處理部 33a、 33b之間的期望信號功率差、或者第l、第3扇區信號處理部33a、 33c之間的期望信號功率差低於規定閾值的情況下，判定為移動站位於扇區邊界附近，把扇區邊界判定比特設定為"1"。在其他情況下，把扇區邊界判定比特設定為"0"。控制信息映射部35將SIR估計值和扇區邊界 判定比特作為控制信息來映射，控制信號調製部36通過糾錯編碼和數據 調製等處理來生成控制信號，並與未作圖示的數據和導頻信號復用後從 發送天線37發送。 ，效果根據本發明，由於使在規定小區中在單數據流傳送時用於信道估計 的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號 在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合，因而可在防止來自移動站不是通信中的其他小區的導頻信號幹擾的同時，進行精度高的信道估計。並且，根據本發明，由於使在規定小區中在單數據流傳送時用於信 道估計的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於信道估計的導 頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合，而且使在所述單數據流 傳送時從規定天線發送的用於信道估計的導頻信號的功率比從其他天線 發送的導頻信號的功率大，因而在移動站存在於小區邊界的情況下，可 充分減小導頻信號間的幹擾，而且可進行能跟隨急劇的信道變動的信道 估計。另外，在進行了扇區化的情況下也能產生以上效果。並且，根據本發明，由於可縮短規定天線的導頻插入副載波間隔， 因而在進行MIMO-OFDM通信的情況下，即使發生急劇的信道變動，也 可實現能跟隨該變動的信道估計。
權利要求
1.一種MIMO-OFDM通信方法，其是基站的MIMO-OFDM通信方法，該基站使用多個OFDM發送裝置，採用多輸入多輸出(MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號與數據一起發送到移動站，該通信方法的特徵在於，其具有根據移動站的通信環境，採用多數據流傳送即MIMO通信方式、或者採用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式來發送數據和導頻信號的步驟；以及將該導頻信號配置成使在規定小區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合的步驟。
2. 根據權利要求l所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在於， 該通信方法具有使在所述單數據流傳送時從規定天線發送的用於信道估 計的導頻信號的功率比從其他天線發送的導頻信號的功率大的步驟。
3. 根據權利要求l或2所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在 於，該通信方法具有在移動站中接收從基站發送的導頻信號來測定通信環境，並將確定 該通信環境的數據反饋到基站的步驟；以及在基站中根據該通信環境確定數據來決定是進行多數據流傳送還是 進行單數據流傳送的步驟。
4. 根據權利要求1或2所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在 於，該通信方法具有.-在移動站中接收從基站發送的導頻信號來測定通信環境，並將確定 該通信環境的數據反饋到基站的步驟；以及在基站中根據該通信環境確定數據來控制多數據流傳送中的數據流 數的步驟。
5. 根據權利要求3或4所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在 於，所述通信環境測定數據是信號對幹擾比(SIR)。
6. —種MIMO-OFDM通信方法，其是基站的MIMO-OFDM通信 方法，該基站將小區進行扇區化，針對各扇區使用多個OFDM發送裝置， 採用多輸入多輸出(MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號與數據一起 發送到移動站，該通信方法的特徵在於，其具有-根據扇區內的移動站的通信環境，採用多數據流傳送即MMO通信 方式、或者採用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式來發送 數據和導頻信號的步驟；以及將該導頻信號配置成使在規定扇區中在單數據流傳送時用於信道估 計的導頻信號和在鄰接扇區中在單數據流傳送時用於信道估計的導頻信 號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合的步驟。
7. 根據權利要求6所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在於， 該通信方法具有使在所述單數據流傳送時從規定天線發送的用於信道估 計的導頻信號的功率比從其他天線發送的導頻信號的功率大的步驟。
8. 根據權利要求6或7所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在 於，該通信方法具有通過移動站測定來自各扇區的扇區天線的接收功率、 並根據鄰接扇區之間的該接收功率的差來決定是進行多數據流傳送還是 進行單數據流傳送的步驟。
9. 根據權利要求8所述的MIMO-OFDM通信方法，其特徵在於， 該通信方法具有在進行所述多數據流傳送的情況下，根據扇區內的移動 站的通信環境來控制多數據流傳送中的數據流數的步驟。
10. —種基站，其使用多個OFDM發送裝置，採用多輸入多輸出 (MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號與數據一起發送到移動站，該基站的特徵在於，其具有通信方式決定部，其根據移動站的通信環境，決定是採用多數據流 傳送即MIMO通信方式進行通信，還是採用單數據流傳送即單輸入多輸 出(SIMO)通信方式進行通信；以及導頻位置控制部，其將該導頻信號的位置控制成使在規定小區中在 單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接小區中在單數據流傳 送時用於信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合。
11. 根據權利要求10所述的基站，其特徵在於，該基站具有導頻功率控制部，該導頻功率控制部使在所述單數據流傳送時從規定天線發送 的用於信道估計的導頻信號的功率比從其他天線發送的導頻信號的功率 大。
12. 根據權利要求10或11所述的基站，其特徵在於，所述通信方 式決定部從移動站取得確定該移動站的通信環境的數據，並根據該通信 環境確定數據來決定是進行多數據流傳送還是進行單數據流傳送。
13. 根據權利要求10或11所述的基站，其特徵在於，所述通信方 式決定部從移動站取得確定該移動站的通信環境的數據，並根據該通信 環境確定數據來決定多數據流傳送中的數據流數。
14. 一種基站，其將小區進行扇區化，針對各扇區使用多個OFDM 發送裝置，採用多輸入多輸出(MIMO)通信方式從多個天線將導頻信號 與數據一起發送到移動站，該基站的特徵在於，其具有通信方式決定部，其根據扇區內的移動站的通信環境，決定是採用 多數據流傳送即MIMO通信方式進行通信，還是採用單數據流傳送即單 輸入多輸出(SIMO)通信方式進行通信；以及導頻位置控制部，其將該導頻信號的位置控制成使在規定扇區中在 單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接扇區中在單數據流傳 送時用於信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向相互不重合。
15. 根據權利要求14所述的基站，其特徵在於，該基站具有導頻功 率控制部，該導頻功率控制部使在所述單數據流傳送時從規定天線發送的 用於信道估計的導頻信號的功率比從其他天線發送的導頻信號的功率大。
16. 根據權利要求14或15所述的基站，其特徵在於，所述通信方 式決定部取得移動站所測定的來自各扇區的扇區天線的接收功率，並根 據鄰接扇區的該接收功率差來決定是進行多數據流傳送還是進行單數據 流傳送。
17. 根據權利要求16所述的基站，其特徵在於，在進行所述多數據 流傳送的情況下，根據扇區內的移動站的通信環境來決定多數據流傳送 中的數據流數。
全文摘要
基站在通過MIMO-OFDM通信與移動站進行通信時，在移動站的通信環境良好的情況下，採用多數據流傳送即多輸入多輸出(MIMO)通信方式，並且在移動站的通信環境不良的情況下，採用單數據流傳送即單輸入多輸出(SIMO)通信方式來發送數據和導頻信號。在該MIMO-OFDM通信時，基站進行如下控制使在規定小區的單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號和在鄰接小區的單數據流傳送時用於信道估計的導頻信號在頻率方向和/或時間軸方向不重合。
文檔編號H04J99/00GK101336523SQ200680052160
公開日2008年12月31日 申請日期2006年3月20日 優先權日2006年3月20日
發明者關宏之, 實川大介 申請人:富士通株式會社