无线电通信系统、无线电通信方法、无线电发射机以及无线电接收机

摘要

一种无线电发射机(1)，包括传输数据生成单元(12)、对发射天线(17)之间彼此具有正交关系的导频信号执行正交变换的正交变换单元(13)、以及对导频信号和传输数据进行复用的导频复用单元(14)；以及无线电接收机(2)，包括用于为各接收天线(21)获取定向波束信道估计的信道估计单元(24)、用于对所获取的信道估计执行所述正交变换的逆变换的逆变换单元(244)、以及接收信号处理单元(25)，用于有选择地在第一模式中基于波束信道估计执行第一处理或是第二模式中基于反向变换单元(244)所获取的信道估计执行第二处理。这样使得用于MIMO(第二模式)的公用导频以及用于AAA(第一模式)的专用导频公用化，由此实现MIMO与AAA的共存，而不会导致吞吐量下降。

说明书

技术领域

本发明涉及无线电通信系统、无线电通信方法、无线电发射机以及无线电接收机，更具体地，涉及适用于使用多个天线的(多天线)无线电通信系统的技术。

背景技术

[使用多天线的无线电传输]

近年来产生了对于能够实现低SNR(信噪比)操作和高速数据传输的移动通信系统的需求，并且这种移动通信系统业已处于测试之中。在这种情况下，举例来说，已知的MIMO(多输入多输出)和AAA(自适应阵列天线)都是多天线系统。

前者(MIMO)是这样一种技术，该技术使用具有多个天线的发射机以及具有多个天线的接收机，通过各天线来发射和接收独立数据流，从而提高传输速率，而后者(AAA)则是这样一种技术，其通过使用具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机形成定向波束，之后发射和接收一个数据流，以提高通信质量并抑制干扰。

目前，对在移动通信系统中使用并且局部引入其中的多天线系统的研发是非常盛行的。例如，已经将AAA引入到部分PHS(个人手持电话系统)中并且得到的报告是“提供了更稳定的呼叫环境、可追踪移动电话、将有效频率利用因数提高了两倍或更多”(例如参见后文所述的非专利文献1)。此外，还出现了通过将MIMO技术应用于无线电LAN系统所产生的产品，并且得到的报告是“所实现的吞吐量是常规高速无线电吞吐量的二倍”(例如参见后文所述的非专利文献2)。

因此，已经开始将多天线技术应用于移动通信系统。

其次，在下文中将对未来应用于移动通信系统的多天线收发技术的(系统)研究情况进行描述。

作为不同类型的多天线收发技术，有(A)MIMO复用方法、(B)MIMO分集方法以及(C)AAA收发方法，目前已经对此进行了研究(例如参见下文中提到的非专利文献3)。下表1则是该文献中记载的一个比较表格。

                  表1多天线发射机-接收机结构比较

(A)MIMO复用方法(B)MIMO分集方法  (C)AAA传输方法效果 信息比特率提升(高速数据传输)  分集增益提高(通信质量改善)  平均接收SIR提升(通信质量改善)  所需要的天线间隔 大  大  小  衰落相关性  高 信号解复用能力：低  传输分集增益：低  天线增益：高  低 信号解复用能力：高  传输分集增益：高  天线增益：低  自身小区与其他小区之间的干扰抑制效果无无有  RF电路校准 不需要  不需要  需要

从表1中可以看出，MIMO技术(A)和(B)在天线间的相关性很低(接近于无相关性)时是有优势的，而AAA技术(C)在天线间的相关性很高(接近1)时是有优势的。此外，对MTMO复用方法(A)来说，可以通过增加天线数量来提升信息速率，对MIMO分集方法(B)以及AAA传输方法(C)来说，虽然信息速率不能随发射天线数目的增加而提升，但是分集增益和天线增益却可以提高。

与非专利文献3中的结果相关联的是，下文中的专利文献1(例如权利要求1～3)公开了一种方法，用于在SIR(预期信号与相邻干扰之间的功率比)低于指定阈值的情况下从多个彼此独立的数据流切换到从同一数据流中产生的多个数据流。在这种情况下，可以认为前者(多个数据流)与前述表1中的MIMO复用方法(A)相对应，而后者(同一个流)则对应于MIMO分集方法(B)。

此外，下文的专利文献2(例如权利要求1到4、7)公开了一种信号传输系统，该系统通过使用用于估计发射与接收之间的传播线路的装置、用于估计每一种传输模式的通信容量的装置、用于确定传输模式的装置以及用于计算接收端天线之间的空间相关性值的装置来执行用于从发射天线发送相互独立的信号的传输模式，以及发送互相依赖的信号的模式。关于这些传输模式，在上表1中，前者(独立信号)对应于MIMO复用方法(A)，而后者(非独立信号)对应于与AAA传输方法(C)相似的技术。

专利文献1：日本专利未决公开2004-72624

专利文献2：日本专利未决公开2004-194262

非专利文献1：WILLCOMinc.，“H”Anshinda Phone Adaptive Array Antenna”，[联机]，[检索日期：2005年6月15日]；因特网

<URL：http://WWW.willcom-inc.com//p_s/products/h/antenna.html>

非专利文献2：Buffalo Co.，Ltd.，″Advanced Radio LANTechnology-MIMO-Mounted″Radio Broadband Router″，[联机]、[检索日期：2005年6月15日]，因特网

<URL：http://buffalo.melcoinc.co.jp/products/catalog/network/wzr-g108/index.html>

非专利文献3：Mamoru SAWABASHI及其它五人，″Outline ofBroadband Radio Access System″NTT Technology Journal(2000年7月版)，第20～22页

在具有多天线的无线电通信设备中，要提高扇区(小区)吞吐量，则要考虑在任何指定时刻根据通信状态而进行更高的数据传输。为此目的，可以提供MIMO和AAA两者，以切换方式来有选择地使用。相应地，其目的是提供一种以协作方式来组合MIMO和AAA的方法。

对无线电链路来说，为了补偿传播线路中出现的相位翻转，使用导频信号来充当相位基准。依照MIMO技术，各天线用正交导频被用于估计将从各天线发送的信号用的信道。该导频信号在所有用户之间是公用的，由此将其称为公共导频。

在将MIMO导频信号用于AAA的时候，由于数据单元产生和发送具有方向性的波束，因此在导频信号与数据信号之间将会使用不同的传播路径，因此，在将其用于信道估计时会出现困难。因此需要添加具有不同方向性的导频信号，并进行发送。

然而，这将导致传输速率(吞吐量)下降，并且需要与所添加的导频信号有关的信息以及与之相关的处理。用于AAA的导频信号称为专用导频，因为该导频是各用户所必需的。

发明内容

本发明是为了消除这些问题而开发的，因此，本发明的目的是使用于MIMO的公共导频以及用于AAA的专用导频(迄今为止它们都是分开处理的)在实现MIMO与AAA的共存时是公用的，而不会导致吞吐量下降。

为此目的，本发明的特征在于使用以下无线电通信系统、无线电通信方法、无线电发射机以及无线电接收机。

(1)依照本发明的无线电通信系统包括无线电发射机和无线电接收机，该发射机包括：多个发射天线；传输数据生成装置，用于有选择地产生将以第一模式使用定向多波束从所述发射天线发送的传输数据或将以第二模式从所述发射天线独立发送的传输数据；正交变换装置，用于对所述发射天线之间彼此具有正交关系的多个导频信号执行正交变换，以便形成具有正交关系的所述定向多波束；以及导频复用装置，用于对被所述正交变换装置正交变换过的所述导频信号和所述传输数据生成装置产生的所述传输数据进行复用；所述无线电接收机包括：多个接收天线；信道估计装置，用于针对各所述接收天线将所述接收天线接收的接收信号与各导频信号的副本信号相关，以便获取所述定向多波束的信道估计(估计值)；逆变换装置，用于对所述信道估计装置获取的所述定向多波束的所述信道估计执行所述正交变换的逆变换，以获取所述发射天线的信道估计；以及接收信号处理装置，用于有选择地在第一模式中根据所述信道估计装置获取的所述定向多波束的所述信道估计和所接收的信号执行第一接收信号处理，或在第二模式中根据所述逆变换装置获取的关于发射天线的信道估计以及接收的信号执行第二接收信号处理。

(2)此外，依照本发明，提供了一种用在无线电通信系统中的无线电通信方法，其中该系统包括具有多个发射天线的无线电发射机以及具有多个接收天线的无线电接收机，所述方法包括以下步骤：在无线电发射机中有选择地产生将以第一模式使用多波束从所述发射天线发送的传输数据或是将以第二模式从所述发射天线独立发射的传输数据；对所述发射天线之间彼此具有正交关系的多个导频信号执行正交变换，以便形成具有正交关系的所述定向多波束；以及对经过正交变换的所述导频信号以及所述传输数据进行复用，并且通过所述发射天线来发射该复用数据；在无线电接收机(2)中，针对各所述接收天线，使所述接收天线接收的接收信号与各所述导频信号的副本信号相关，以便获取定向多波束的信道估计；对所获取的所述定向多波束的所述信道估计执行所述正交变换的逆变换，以便获取对于发射天线的信道估计；以及有选择地在所述第一模式中根据所述定向多波束的所述信道估计以及所述接收信号来执行第一接收信号处理，或者在所述第二模式中根据通过所述逆变换获取的所述发射天线的所述信道估计以及所述接收信号来执行第二接收信号处理。

(3)在这种情况下，在无线电发射机中，较为优选的是执行快速傅里叶变换(FFT)，作为正交变换，而在无线电接收机中，较为优选的是执行反向快速傅里叶变换(IFFT)，作为逆变换。

(4)此外，依照本发明，在这里提供了一种无线电发射机，包括：多个发射天线；传输数据生成装置，用于有选择地产生将以第一模式使用定向多波束从所述发射天线发送的传输数据或将以第二模式从所述发射天线独立发送的传输数据；正交变换装置，用于对所述发射天线之间彼此具有正交关系的多个导频信号执行正交变换，以便形成彼此之间具有正交关系的所述定向多波束；以及导频复用装置，用于对被所述正交变换装置正交变换过的所述导频信号和所述传输数据生成装置产生的所述传输数据进行复用。

(5)还应该意识到，在这种结构中，传输数据生成装置包含了波束方向调整单元，用于在第一模式中为每一个发射天线将相位翻转应用于传输数据的传输加权因数，由此调整定向多波束的方向，同时保持定向多波束的正交关系。

(6)此外还应意识到，传输数据生成装置用于在第一模式中为每一个发射天线调整传输数据的传输加权因数，以便使用相同的定向多波束来发送传输数据和导频信号。

(7)此外，传输数据生成装置还用于在第一模式中为各发射天线调整传输数据的传输加权因数，以便使用不同的定向多波束来发送传输数据和导频信号。

(8)此外，依照本发明，提供了一种无线电接收机，包括：多个接收天线，当无线电发射机对多个发射天线之间彼此具有正交关系的多个导频信号执行正交变换、并使所述导频信号和将以第一模式从所述多个发射天线通过定向波束发送的所述传输数据或将以第二模式从所述发射天线独立发送的所述传输数据相复用，以从所述发射天线发送作为信号的复用数据时，这些接收天线接收从所述发射天线发送的所述信号；信道估计装置，用于针对各所述接收天线将所述接收天线接收的接收信号与各导频信号的副本信号相关，以便获取所述定向多波束的信道估计；逆变换装置，用于对所述信道估计装置获取的所述定向多波束的所述信道估计执行所述正交变换的逆变换，以获取所述发射天线的信道估计；以及接收信号处理装置，用于有选择地在第一模式中根据所述信道估计装置获取的所述定向多波束的所述信道估计和接收的信号执行第一接收信号处理，或在第二模式中根据所述逆变换装置获取的发射天线的信道估计以及接收的信号执行第二接收信号处理。

(9)还应该意识到，在这种结构中，信道估计装置包含了选择单元，用于从针对接收天线所获取的定向多波束的信道估计中选择具有最高相关性的定向波束信道估计，并且将选定信道估计输出到接收信号处理装置。

(10)此外还应该意识到，信道估计装置包含加权合成单元，用于通过使用依照所述相关性的权重，对针对各所述接收天线所获取的所述定向多波束的所述信道估计中的具有较高相关性的两个或更多个所述定向波束的信道估计进行组合，并且将其输出到所述接收信号处理装置。

依照本发明，无线电发射机对彼此之间具有正交关系的多个导频信号进行正交变换，并且将其与传输数据进行复用，从而使用具有正交关系的定向多波束来发送这些传输数据，无线电接收机则将接收信号与每一个导频信号的副本信号进行相关，从而获取定向多波束的信道估计。此外，在第一模式中，第一接收信号处理是通过使用定向多波束的信道估计进行的，以获取接收数据，而在第二模式中，对定向多波束的信道估计上执行正交变换的逆变换，以便获取发射天线的信道估计，由此第二接收信号处理是使用所获取的信道估计进行的，以获取接收数据。

也就是说，由于第一和第二模式共用导频信号而没有添加专用于定向波束传输的专用导频，也就是没有导致传输效率(传输速率)下降(同时实现了更高的吞吐量)，因此，在相同天线和设备中可以使第一模式(例如AAA)能与第二模式(例如MIMO)共存。这样一来，系统结构的自由度可以得到提高。此外，无需用于添加专用导频的收发处理，由此可以避免电路复杂化。

附图说明

图1是示出了依照本发明实施例的无线电通信系统的结构的框图；

图2是用于说明本实施例中的信道估计原理的示例图；

图3是用于对已知MIMO导频复用方法中的信道估计原理进行说明，以便与依照本实施例的导频复用方法中的信道估计原理进行比较的示例图；

图4是示出了图1所示的发射机的具体实例的框图；

图5是示出了图1所示的接收机的具体实例的框图；

图6是依照本实施例的不同类型接收机的应用的框图；

图7是依照本实施例的、被设计用于依照应用环境而单独使用MIMO模式和AAA模式的系统结构的示例图；

图8是依照本实施例的、通过使用相同基站而在MTMO与AAA模式之间进行切换的系统结构的图；以及

图9是在借助不同波束而从图1、4所示的发射机发送导频和数据的情况下的定向多波束形成图像的示例图。

具体实施方式

[A]实施例描述

图1是示出了依照本发明一实施例的无线电通信系统的结构的框图。图1所示的无线电通信系统包括：配有多天线系统的无线电发射机(多天线发射机)1以及配有多天线系统的无线电接收机(多天线接收机)2。举例来说，无线电发射机(在下文中将其简称为“发射机”)1包括作为基本结构的：调制单元11、传输流生成单元12、快速傅立叶变换器(FFT)13、导频复用单元14、多个(在本例中是四个)发射天线17、分别为每一个发射天线17提供的数/模转换器(D/A)15、以及分别为每一个发射天线17提供的无线电发送单元(TX)16。另一方面，举例来说，无线电接收机(在下文中将其简称为“接收机”)2包括作为基本结构的：多个(在本例中是4个)接收天线21、分别为每一个接收天线21提供的无线电接收单元(RX)22、分别为每一个接收天线21提供的模/数转换器(A/D)23、分别为每一个接收天线21提供的信道估计单元24、以及多天线解调单元25。

在这种结构中，在发射机1中，调制单元11被用于执行诸如对传输数据进行编码和调制(例如QPSK或QAM)之类的处理，传输流生成单元(传输数据生成装置)12则在AAA模式(第一模式)中将相同的流与发射天线权重相乘，并在MIMO模式(第二模式)中形成多个流，由此有选择地为各发射天线17产生传输数据信号。

在这种情况下，MIMO模式与AAA模式之间的切换(选择)是依照模式切换信号(控制信号)进行的。可以为各发射机1固定设置模式切换信号，也可以自适应地为一个发射机1切换模式切换信号。举例来说，在稍后参考图7描述的系统结构中，该模式切换信号是为用作发射机1的各基站固定设置的，在稍后参考图8描述的系统结构中，则根据用作发射机1的基站1与用作接收机2的移动台之间的距离而自适应地切换该模式切换信号。

FFT(正交变换装置)13对彼此正交的导频信号(正交导频)p1到p4执行FFT处理，以便在天线之间建立正交关系(执行正交变换)，导频复用单元14被用于将经FFT 13进行过FFT处理的正交导频p1到p4添加(复用)到由传输流处理单元12产生的相应发射天线17的传输数据信号中(在已知的MIMO技术中，正交导频p1到p4是直接复用到传输数据信号中的)。

各D/A转换器15用于将导频复用单元14中与正交导频p1到p4相复用的各传输数据信号(数字信号)转换成模拟信号，并且各无线电发送单元16包含了变频器、滤波器、传输放大器以及其他装置，并用于将传输数据信号变换(上变换)到射频，以通过相应发射天线17来发送所述信号。

另一方面，在接收机2中，每一个无线电接收单元22包含了低噪声放大器、变频器、滤波器以及其他装置，并且用于将各接收天线21接收的无线电接收信号频率变换(下变换)为基带信号，并且每一个A/D转换器23用于将来自无线电接收单元22的模拟基带信号转换成数字基带信号。

各信道估计单元(信道估计装置)24是为各个接收天线21提供的，该单元用于根据前述数字基带信号来进行信道估计。相关器241通过使用与发射端导频信号p1到p4相同的副本信号(导频副本)p1到p4而将所接收信号与各导频信号p1到p4相关，从而获取作为正交多波束发送的波束的信道估计(四个)，这些信道估计经反向快速傅立叶变换器(IFFT；逆变换装置)244进行了IFFT处理，由此获取传输部件(transmission element)的信道估计(四个)。也就是说，可以获取针对所有(四个)接收天线21的波束信道估计和传输部件信道估计。

多天线解调单元(接收信号处理装置)25被设计成根据模式切换信号(在下文中将其简称为“切换信号”或“控制信号”)而在MIMO模式与AAA模式之间进行有选择的切换，由此执行接收信号处理(例如天线处理、解调和解码等等)，在AAA模式中，选择IFFT处理之前的传输多波束的信道估计(四个)或执行加权组合，以执行AAA接收信号处理(第一接收信号处理)，该信号处理包括根据所得值以及接收天线信号进行信道补偿，而在MIMO模式中，执行MIMO接收信号处理(第二接收信号处理)，该信号处理包括根据IFFT处理之后的传输部件的信道估计(四个)，即针对所有接收天线21(四个)所获取的信道矩阵(4×4)，以及接收天线信号来进行必要的解码处理。

在下文中将对依照本实施例这样构成的无线电通信系统的操作进行详细描述。

首先，在发射机1中，传输数据会在调制单元11中被进行编码和调制之类的处理。在传输流生成单元12中，当依照模式切换信号而处于MIMO模式时，传输数据将会变成多个流的状态。另一方面，在AAA模式中，用于多天线(各自的发射天线17)的传输数据信号(四个流)是通过将同一个流与发射天线权重相乘而产生的。

各传输数据信号被输入到导频复用器14中，在该处，由FFT处理单元13执行过FFT处理的导频信号p1到p4将会添加(复用)到各传输数据信号中。随后，具有所添加的导频信号p1到p4的各传输数据信号都在相应D/A转换器15中转换成模拟信号，然后在无线电发送单元16中上转换到射频，以便经由相应的发射天线17来进行传输。

另一方面，接收机2通过多天线(接收天线21)来接收从发射机1发送来的无线电信号。每一个无线电信号都在相应的无线电接收单元22中被下变换成模拟基带信号，然后在相应的A/D转换器23中转换成数字基带信号，以输入到相应信道估计单元24中。

在各信道估计单元24中，相关器241通过使用副本导频p1到p4而将接收信号(数字基带信号)与各导频(副本)p1到p4进行相关，由此获取以正交多波束形式发送的波束的信道估计(四个)。此外，这些信道估计将会由IFFT 244进行IFFT处理，以便获取从发射天线17到接收天线21的部件信道估计(四个)。因此，对所有(四个)接收天线21而言，(用于发射天线17的)波束和部件的信道估计都会被获取。

波束和部件的信道估计将会输入到多天线解调单元25，在这个单元中将会依照模式切换信号而在MIMO模式与AAA模式之间进行切换(选择)，并且以选定的模式执行接收信号处理。

也就是说，在AAA模式中，在从发射机1发送固定波束传输的情况下，导频和数据都是用相同波束发送的，并且在接收机2的一端将会选择一个传输导频波束的信道估计，以便可以获取信道估计，由此执行接收信号处理(信道补偿)。至于其他接收天线21，信道估计是以相似方式进行的，并且在接收天线21之间将会进行组合，以便改进接收特性。另一方面，在AAA模式中，导频是通过使用固定波束而从发射机1发送的。在通过单个波束来传输数据的情况下，则选择对于数据波束而言具有最高相关性(具有最高可靠性)的传输导频波束的信道估计，由此执行AAA接收信号处理(第一接收信号处理)，例如信道补偿。另选地，选择两个或更多个具有高相关性(高可靠性)的传输导频波束的信道估计，并在执行与相关性相对应的加权之后对其进行组合，从而改进其特性。附带地，源于接收天线21之间的组合的特性改进与固定波束的情况是相同的。

另一方面，在MIMO模式中，可以通过使用在每一个信道估计单元24中执行了IFFT处理之后的部件信道估计(四个)，即针对所有接收天线21所获取的信道估计(4×4)，以及接收的天线信号(A/D转换器23的输出)来执行MIMO接收信号处理(第二接收信号处理)。

附带地，在发送和接收中还可以颠倒发送端的FFT与接收端的IFFT，例如DFT和IDFT或IFFT和FFT那样。此外，如果获取了正交变换及其反向变换之间的关系，那么在保持正交波束之间的相关性的同时，恰当调整多波束的波束方向同样是可以接受的。

(A)信道估计原理

其次，在下文中将对接收机2(信道估计单元24)中的信道估计原理进行描述。图2是用于对依照本实施例的信道估计原理进行说明的图。而各接收天线21中的处理是相同的，因而在这里仅仅针对接收天线来进行描述。图3是用于对已知的MIMO导频复用方法中的信道估计原理进行说明，以便将其与依照本实施例的导频复用方法中的信道估计原理进行比较的图。

在下文中定义了使用等式的描述中用的参数。

符号编号：n＝1，…，N(N：相关时段)

导频：p₁(n)、p₂(n)、p₃(n)、p₄(n)(彼此之间具有正交关系)

发射天线编号：i＝1，…，4

信道：ξ₁、ξ₂、ξ₃、ξ₄(在N被视为是恒定的)

接收信号：r(n)

部件信道估计：

波束信道估计：

FFT：$$ >>[>FFT>]>=>>1>2>\left(\begin{array}{}>>>1>>>1>>>1>>>1>>>>>1>>>->1>>>j>>>->j>>>>>1>>>1>>>->1>>>->1>>>>>1>>>->1>>>->j>>>j>>>>>>\end{array}\right)$$

IFFT：$$ >>[>IFFT>]>=>>>[>FFT>]>>>->1>\; >=>>1>2>\left(\begin{array}{}>>>1>>>1>>>1>>>1>>>>>1>>>->1>>>1>>>->1>>>>>1>>>j>>>->1>>>->j>>>>>1>>>->j>>>->1>>>j>>>>>>\end{array}\right)$$

在下文中将会通过使用这些参数来对信道估计方法的原理进行描述。

(A1.1)已知的信道估计方法(图3)

如图3所示，传输导频是p₁(n)、p₂(n)、p₃(n)、p₄(n)。

此外，接收(天线)信号是r(n)＝ξ₁p₁(n)+ξ₂p₂(n)+ξ₃p₃(n)+ξ₄p₄(n)。

因此，信道估计(部件)是可以通过接收天线信号与导频副本之间的相关操作来获取的。

也就是说：

$$ >>ver>>\xi >^>>i>>=>>1>N>>>\Sigma >>n>=>1>>N>>r>>(>n>)>>>p>i>>*>>(>n>)>>>(>i>=>1>.>.>4>)>>>$$

(A1.2)依照本实施例的信道估计(图2)

另一方面，如图2所示，来自依照本实施例的发射机1的传输信号是如下表示的，并且正交导频也是使用正交多波束同时发送的。

$$ >\left(\begin{array}{}>>>>q>1>>>(>n>)>>>>>>>q>2>>>(>n>)>>>>>>>q>3>>>(>n>)>>>>>>>q>4>>>(>n>)>>>>>>=>>1>2>>[>FFT>]\left(\begin{array}{}>>>>p>1>>>(>n>)>>>>>>>p>2>>>(>n>)>>>>>>>p>3>>>(>n>)>>>>>>>p>4>>>(>n>)>>>>>>=>>1>2>\left(\begin{array}{}>>>1>>>1>>>1>>>1>>>>>1>>>->1>>>j>>>->j>>>>>1>>>1>>>->1>>>->1>>>>>1>>>->1>>>->j>>>j>>>>\left(\begin{array}{}>>>>p>1>>>(>n>)>>>>>>>p>2>>>(>n>)>>>>>>>p>3>>>(>n>)>>>>>>>p>4>>>(>n>)>>>>>>>\end{array}\right)\end{array}\right)\end{array}\right)\end{array}\right)$$

而接收信号则变成了r(n)＝ξ₁q₁(n)+ξ₂q₂(n)+ξ₃q₃(n)+ξ₄q₄(n)(与常规的接收信号相比较)。

波束的信道估计可以通过在相关器241中在接收天线信号与导频副本之间执行相关操作来获取。

也就是说，

$$ >>ver>>\eta >^>>i>>=>>\Sigma >>n>=>1>>N>>r>>(>n>)>>>p>i>>*>>(>n>)>>>(>i>=>1>.>.>4>)>>>$$

此外，部件信道估计可以通过在IFFT 244中对相关器241的输出(波束信道估计)执行IFFT处理来获取。

也就是说，

$$ >\left(\begin{array}{}>>>ver>>\xi >^>>1>>>>>>ver>>\xi >^>>2>>>>>>ver>>\xi >^>>3>>>>>>ver>>\xi >^>>4>>>>>>=>[>IFFT>]\left(\begin{array}{}>>>ver>>\eta >^>>1>>>>>>ver>>\eta >^>>2>>>>>>ver>>\eta >^>>3>>>>>>ver>>\eta >^>>4>>>>>>=>>1>2>\left(\begin{array}{}>>>1>>>1>>>1>>>1>>>>>1>>>->1>>>1>>>->1>>>>>1>>>j>>>->1>>>->j>>>>>1>>>->j>>>->1>>>j>>>>\left(\begin{array}{}>>>ver>>\eta >^>>1>>>>>>ver>>\eta >^>>2>>>>>>ver>>\eta >^>>3>>>>>>ver>>\eta >^>>4>>>>>>>\end{array}\right)\end{array}\right)\end{array}\right)\end{array}\right)$$

在对其进行改写时，

$$ >>ver>>\xi >^>>i>>=>>\Sigma >>j>=>1>>4>>>>[>IFFT>]>>ij>>ver>>\eta >^>>j>>>(>i>=>1>.>.>4>)>>>$$

如上所述，依照本实施例，正交导频信号是在发射机1中经过了FFT处理，并通过使用正交多波束发送的，而接收信号和各导频副本在接收机2中被彼此相关，由此获取波束信道估计。此外，对AAA模式来说，通过使用一个或多个信道估计来进行AAA接收信号处理，以获取接收数据。此外，对MIMO模式来说，获取所有波束的信道估计，然后则对这些信道估计进行IFFT处理，由此获取来自所有发射天线17的(部件的)信道估计，从而对其实施MIMO接收信号处理，以便获取接收数据。

也就是说，用于MIMO和AAA的导频信号是公用的，这样则可以在不添加专用于定向波束传输的单独导频、也就是不导致通信效率(传输速率)降低的情况下通过同一天线和设备而使MIMO能与AAA共存(同时实现更高的扇区吞吐量)。由此，系统结构的自由度可以得到提高。此外，由于不需要进行添加单独导频所涉及的收发处理，因此可以避免电路复杂化。

[B]具体实例1(MIMO/AAA发射机-接收机结构)

此外，在下文中将会参考图4和5来对能在MIMO模式与AAA模式之间进行切换的发射机-接收机的详细结构进行描述。图4显示的是发射机1的详细结构，图5显示的则是接收机2的详细结构。

(B1)发射机1

如图4更详细显示的那样，上述发射机1包含了作为上述调制单元11的部件的编码器111以及调制器112，并且包含了作为前述传输流生成单元12的部件的波束形成单元(波束形成器)121、串-并转换器122以及切换器123。在图4中，除非以别的方式特别说明，否则用与上文所用的参考数字相同的参考数字来进行标记的其他组件与上述组件相同或是对应于上述组件。

在这个例子中，在发射机1中，构成前述调制单元11的编码器111用于对传输数据执行纠错编码，而调制器112则以PSK或QAM之类的必要数字调制模式来对经过纠错编码的传输数据执行数字调制。

此外，在传输流生成单元12中，波束形成单元121将经历了前述数字调制的传输数据流与传输阵列权重(传输加权因数)相乘，以便产生在AAA模式中用于定向多波束传输的传输数据流，而串-并转换器122则对经过数字调制的传输数据流进行串-并转换，以将其分成与发射天线数目(＝4)个数据流，并用于对这些数据流进行分发，以产生在MIMO模式中传输数据多信息流。切换器123则在MIMO模式与AAA模式之间执行传输数据流切换(选择)。

利用这种结构，在编码器111中对传输数据进行纠错编码，并且在调制器112中以PSK或QAM之类的必要数字调制模式对其进行数字调制，然后，该数据将会输入到波束形成单元121中，并且进一步输入到串-并变换器122。

波束形成单元121通过将来自调制器112的传输数据流与传输阵列权重(传输加权因数)相乘来产生用于在AAA模式中定向多波束传输的传输数据流。串-并转换器122则通过串-并转换而将用于调制器112的传输数据流分成天线数目(＝4)个数据流，由此产生MIMO模式的传输数据多信息流。

波束形成单元121以及串-并转换器122的各输出被输入到切换器123，当控制信号指示MIMO模式时，切换器123将会有选择地输出串-并变换器122的输出，而在控制信号指示AAA模式时，切换器将会有选择地输出波束形成单元121的输出。

此后，如上文中参考图1所述，导频复用单元14将由FFT 13进行了FFT处理的正交导频p1到p4添加(复用)到切换器123的输出(传输数据流)中，并且D/A转换器15会将各传输数据流转换成模拟信号，然后，无线电发送单元16将转换后的模拟信号上变换到射频，所述信号通过各个发射天线17发送。

附带地，在AAA模式中，用于数据传输的波束与导频p1到p4的波束有可能相同，也可能不同。例如，图9示出了通过使用固定波束从发射机1发送导频p1到p4，而通过单个波束发送数据D的波束图像。在图9中，各发射天线17的传输数据流(数据)D会在波束形成单元121中与传输加权因数(权重)W1、W2、W3、W4相乘，然后，导频p1、p2、p3、p4由复用单元14的复用器(MUX)141进行复用，从而形成定向多波束，由此通过使用图9所示的不同波束来发送导频p1到p4以及数据D。

也就是说，在发射机1中，在AAA模式，传输流生成单元12的波束形成单元121将为每一个发射天线17调整传输数据权重。这使得可以通过使用相同的定向多波束来发送传输数据和导频，或使得可以通过使用不同的定向多波束来发送这些数据和导频。

此外，作为对正交导频p1到p4所进行的正交变换，在保持定向多波束的正交关系的同时，如果对定向多波束的波束方向进行恰当调整，那么还可以形成一个多波束，该波束的方向是定向多波束中的波束间的中间方向。

例如，以下等式(A)表示的是这样一种情况，其中为各发射天线17产生了大小为45°的相位差(相位翻转)。

如果将上述等式(A)的相位翻转应用于使用了FFT矩阵的各定向波束权重(传输加权系数)，那么可以得到下式。

然而，FFT矩阵如下所示。

因此，上述波束形成单元121将会使用前述权重(矩阵)，由此使得能够形成这样的多波束，其具有定向波束之间的中间方向，同时保持被形成为FFT矩阵的定向多波束的正交关系。也就是说，在这种情况下，波束形成单元121用作波束方向调整单元，以便在AAA模式中将相位翻转应用于各发射天线17的传输数据的传输权重因数，由此在保持定向多波束的正交关系的同时调整定向多波束的方向。

(B2)接收机2

此外，在以上参考图1所描述的接收机2中，如图5中更详细显示的那样，除了上述相关器241和IFFT 244之外，信道估计单元24还包含了切换器242以及选择/加权组合单元243，并且多天线解调单元25包含了切换器251、AAA接收机252以及MIMO接收机253。此外，在图5中，除非以别的方式特别说明，否则用与上文所用的参考数字相同的参考数字来进行标记的其他组件与上述组件相同或是对应于上述组件。

在这种结构中，在信道估计单元24中，切换器242依照控制信号(切换信号)而将相关器241的输出有选择地输出到选择加权组合单元243和IFFT 244中的一个。在AAA模式中，相关器241的输出(传输多波束的信道估计)将会输出到选择/加权组合单元243，而在MIMO模式中，该输出将会输出到IFFT 244。

$$ >ver>>\eta >^>>>(>i>=>1>.>.>4>)>>>$$表示的是对各接收天线21的AAA信道估计(波束)。

$$ >>ver>>\xi >^>>ij>>>(>i>=>1>.>.>4>)>>>(>j>=>1>.>.>4>)>>>$$表示的是与编号为#j的发射天线相对应的编号为#i的接收天线的信道估计(部件)。

选择/加权组合单元243被用于在AAA模式中，选择切换器242输入的一个或更多个(多个)传输多波束信道估计，并执行加权组合，而IFFT244被用于在MIMO模式中对从切换器242输入的传输多波束信道估计执行IFFT处理，以便获取如上所述的部件信道估计。

此外，在多天线解调单元25中，切换器251被制造为将会依照上述控制信号而将各A/D转换器23的输出(接收天线信号)有选择地输出到AAA接收机252或MIMO接收机253，在AAA模式中将前述接收天线信号输入到AAA接收机252，此外，在MIMO模式中将其输入到MIMO接收机253。

AAA接收机252被用于在AAA模式中通过使用前述波束信道估计对从前述切换器251输入的接收天线信号进行AAA接收信号处理(信道补偿、接收天线21之间的信号补偿以及其他操作)。

MIMO接收机253被用于在MIMO模式中通过使用切换器251所输入的接收天线信号以及由IFFT 244执行了IFFT处理之后的信道估计(部件)并且依照诸如BLAST(贝尔实验室分层时空)方法、PIC(并行干扰对消)方法、MID(最大似然检测)方法之类的方法来执行MIMO接收信号处理，由此获取接收数据。

也就是说，无线电接收单元22、A/D转换器23以及相关器241构成了MIMO模式与AAA模式之间的公共部分，选择加权组合单元243以及AAA接收机252则构成了在AAA模式中起作用的AAA专用部分，而IFFT 244和MIMO接收机253则构成了在MIMO模式中起作用的MIMO专用部分，接收信号处理所需要的部分是依照输入到切换器242和251中的控制信号独立使用的。附带地，虽然在图5中加以省略，但是根据数字调制模式来执行去映射的解调器以及执行错误解码的解码器也可以在MIMO模式与AAA模式之间共有使用。

在以这种方式配置的接收机2中，经由各接收天线21接收的无线电接收信号由无线电接收单元22下变换成模拟基带信号，然后由相应的A/D转换器23转换成数字基带信号，以便输入到信道估计单元24。

在各信道估计单元24中，相关器241通过使用导频副本p1到p4而使接收信号(数字基带信号)与各导频(副本)p1到p4相关，由此获取作为正交定向多波束发送的波束的信道估计(四个)。

依照控制信号通过切换器242将所获取的信道估计有选择地输入到选择/加权组合单元243或IFFT 244。也就是说，在AAA模式中，信道估计将会输入到选择/加权组合单元243，而在MIMO模式中，其被输入到IFFT 244。选择/加权组合单元243从前述波束信道估计中选择一个或更多个(多个)与导频副本p1到p4高度相关的信道估计，然后则执行加权组合，以便获取用于数据解调的信道估计其中所述信道估计将会输入到AAA接收机252。

AAA接收机252根据前述控制信号(AAA模式)以及前述信道估计通过使用经由切换器251输入的接收天线信号来执行AAA接收信号处理(信道补偿、接收天线21之间的信号组合以及其他操作)，由此获取接收数据。

另一方面，在MIMO模式中，相关器241获取的所有波束的信道估计都会经由切换器242输入到IFFT 244，以便进行IFFT处理，由此为每一个接收天线21获取从每一个发射天线17到所述接收天线21的部件信道估计其中部件信道估计将会输入到MIMO接收机253。

依照前述控制信号(MIMO模式)以及前述部件信道估计MIMO接收机253通过使用经由切换器251输入的接收天线信号并且根据诸如BLAST、PIC或MID之类的方法来执行MIMO接收信号处理，由此获取接收数据。

附带地，在AAA模式中，如果将关于前述选择/加权组合单元243选择的定向波束的信道估计的信息或是关于与依照选择/相关值(可靠度)通过加权组合所获取的两个或更多个信道估计相对应的定向波束的信息以及可靠度信息反馈到发射机1，那么发射机1可以使用由反馈信息规定的定向波束或使用依照可靠度通过对两个或更多个定向波束进行加权所获取的定向波束来发送数据。这样进一步提高了AAA模式中的通信质量。

[C]具体实例2(不同类型的接收机的应用)

如上所述，在发射机1能以四天线结构在MIMO与AAA之间进行切换的情况下，很多类型都可应用于例如图6所示的无线电通信系统，作为接收机2。

也就是说，单天线结构的接收机2G、专用于MIMO模式的双天线结构的接收机2D、专用于MIMO模式的四天线结构的接收机2A、专用于AAA模式的双天线结构的接收机2F、专用于AAA模式的四天线结构的接收机2C、能够在MIMO与AAA之间切换的双天线结构的接收机2E、能够在MIMO与AAA之间切换的四天线结构的接收机2B以及其他接收机都是适用的。

在这种情况下，无论天线数目以及接收机2A到2G的电路装置如何，发射机1都能在切换MIMO模式与AAA模式的同时进行传输，并且能与任何一个接收机2A到2G进行更有效的通信。此外，相应的接收机2A到2G都可以具有在任何指定时间满足传输速率、设备大小、耗损功率、成本以及其他因素方面的需求的自由度。具体地，在移动通信系统的情况下，如果将发射机1视为基站并且将接收机2A到2G视为移动终端，那么上述内容是很容易理解的。

虽然依照接收机2A到2G的天线数目的不同内部电路装置很多，但被概括为天线数目＝4的接收机2的结构与上文中参考图1所描述的结构将会是相同的。其在不同环境中在传输速率和通信质量方面显示了最佳特性。而在下表2中则显示了不同类型的接收机结构的特性。

               表2不同类型的接收机结构特性

  接收机结构类型  特征用于MIMO的4天线结构  仅用于高速数据传输的结构仅仅在发射机1附近使用在图1和5所示的多天线解调单元25中不需要AAA专用电路用于MIMO/AAA的4天线结构  具有参考图1和5描述的电路结构在发射机1附近进行高速率数据传输在远离发射机1的位置获取通信质量用于AAA的4天线结构  无论与发射机1的距离怎样变化，都会获取通信质量在图1和5所示的多天线解调单元25中不需要NIMO专用电路用于MIMO的2天线结构  天线数量和内部电路规模减小传输速率减至大约1/2用于MIMO/AAA的2天线结构  与用于MIMO/AAA的4天线结构相比，天线数量和内部电路规模减小最大传输速率和接收灵敏度减至大约1/2用于AAA的2天线结构  与用于AAA的4天线结构相比，天线数量和内部电路规模减小接收灵敏度减至大约1/2单一天线  极大地减小了内部电路规模与4天线结构相比，传输速率和接收灵敏度降低到大约1/4，与2天线结构相比则降低到大约1/2

如上文例示的那样，针对具有不同天线数量和不同内部电路结构的接收机2A到2G的应用都是可行的，这些应用可以实现高自由度的无线电通信系统结构。

[D]具体实例3(针对无线电通信系统的应用模式)

虽然上述具体实例1和2涉及的是发射机1和接收机2(2A到2G)的结构，但在这个具体实例3中将会对无线电通信系统的应用的模式进行描述。图7和图8是无线电通信系统(移动通信系统)的应用实例的图示。在这里将会对下行链路数据传输的情况进行描述。也就是说，基站侧将会用作发射机1，而终端侧则用作接收机2。

(D1)图7示出了被设计成依照应用环境而分别使用MIMO模式以及AAA模式的系统结构。

在图7中，其中通过彼此相邻的三个基站(发射机)1A、1B和1C形成了彼此相邻的三个蜂窝小区100，此外，相对于蜂窝小区100而处于另一领域的隔离小区200则是由远离基站1A、1B和1C的基站1D和1E形成的。

蜂窝小区100专用于AAA模式，而隔离小区200则专用于MIMO模式。也就是说，在本例中，基站(发射机)1A、1B和1C只以AAA模式工作，并且从各发射天线17通过定向多波束来发送传输数据，而基站(发射机)1D和1E则以MIMO模式工作，并且从相应发射天线17发送独立的传输数据。

移动台(接收机2)依照其处于AAA模式蜂窝小区(AAA区域)100还是处于MIMO模式隔离小区(MIMO区域)200而在MIMO模式与AAA模式之间进行切换。至于移动台(在下文中也将其称为“终端”)2所在的区域，举例来说，移动台2可以采用这样一种方式来对其进行辨别；基站1通过公共信道(广播信道)来广播那些用于表示AAA和MIMO的信息(模式识别信息)。

也就是说，在MIMO模式与AAA模式处于同一的无线电通信系统中的状态中，当在相对较小的范围(例如隔离小区环境和微小区环境)中进行通信时，将使用在MIMO模式中工作的基站1，当在相对较大的范围，例如蜂窝(宏小区)环境中进行通信时，这是将会使用在AAA模式中工作的基站1。

因此，可以制备具有用于MIMO以及AAA模式两者的公共结构的基站

(发射机)1，以应对两种模式的服务，这消除了制备那些随不同模式的服务而具有不同结构的基站(发射机)的需要，并且能在降低系统成本的同时构造灵活的系统。

(D2)另一方面，图8示出了使用了同一发射天线17(基站1)的MIMO/AAA模式切换系统的结构。

在图8中，在AAA模式中，三个彼此相邻的基站1中的每一个基站都覆盖了整个区域，由于可以在各基站1附近的区域300(小的同心圆)中获取很强的接收信号以及很大的SIR，因此这个区域将被用作这样一个区域(MIMO/AAA区域)，在所述区域中，除了AAA模式的服务之外，MIMO模式中的高速数据传输同样是可行的。

在这种情况下，基站(发射机)1的结构被设计为上述MIMO/AAA模式切换结构，并且传输是以这样一种方式进行的，其中操作模式是依照数据即将传输到的终端(接收机)2的位置及其接收机结构(参见图6和表2)来进行切换的。例如，对处于基站1附近区域300中的移动台2来说，在MIMO模式中，传输数据是从每一个发射天线17独立发射的，对处于同一基站1附近的区域300以外的远距离区域的移动站2来说，在AAA模式中，传输数据是从各发射天线17经由定向多波束发射的。

附带的，举例来说，终端位置可以根据关于接收信号强度的反馈信号或接收信号质量信息等等来规定，此外也可以将接收机结构制造为将关于自身结构类型的信息从各移动站2通知到基站1。即，可以用与基站1与移动站2之间的现有环路控制相类似的方法来实现。

通过在基站(发射机)1的附近(MIMO/AAA区域300)以MTMO模式执行高速数据传输，并通过在远离基站的位置(小区末端位置)以AAA模式(定向多波束)进行通信，上述系统结构可以提高通信质量(SIR)，由此提高整个系统的SIR以及高扇区(小区)吞吐量(兼容性)。

应该理解，本发明并不限于上述实施例，而是旨在覆盖针对这里所给出的本发明实施例的所有变型和修改，只要所述变型和修改并未背离本发明的实质和范围。

如上所述，依照本发明，用于AAA和MIMO之类的不同模式的导频信号可以公有化，从而使不同模式能在同一天线和设备中共存，而不用添加专用于定向波束传输的单独导频，这样可以提高系统结构的自由度。此外，由于不需要执行专用导频添加所涉及的收发处理，因此可以避免电路复杂化。由此，在无线电通信技术领域中，本发明将是极为有益的。

相关申请的交叉引用

本申请基于2005年7月7日在日本提交的日本申请No.2005-198662并且据此要求其优先权，通过引用并入了该申请的内容。