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CN101411239B - 无线通信系统、无线基站装置和无线终端装置 - Google Patents

无线通信系统、无线基站装置和无线终端装置 Download PDF

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CN101411239B CN2006800540395A CN200680054039A CN101411239B CN 101411239 B CN101411239 B CN 101411239B CN 2006800540395 A CN2006800540395 A CN 2006800540395A CN 200680054039 A CN200680054039 A CN 200680054039A CN 101411239 B CN101411239 B CN 101411239B
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Abstract

本发明的无线通信系统具备：先行发送用于预测对在无线基站装置之间统一的时间后的空间信号处理后的下行通信质量的预测用导频的无线基站装置；接收上述预测用导频并测定下行通信质量，经由上行线路，向上述无线基站装置报告该下行通信质量的无线终端装置，其中对于上述预测用导频，以在上述无线基站装置之间统一的时间和频率进行发送，并且用与用于发送上述统一时间后的数据的方向性射束相同的方向性射束进行发送。

Description

无线通信系统、无线基站装置和无线终端装置
技术领域
本发明涉及在利用了智能天线(smart antenna)技术的基站装置中，通过基于下行通信质量的反馈而进行适应性调制通信来提高频率利用效率的技术。
背景技术
近年来，针对便携电话、无线LAN等无线通信系统的基站、接入点(以下总称为无线基站装置)，使用了阵列天线(array antenna)的智能天线技术被实用化。例如，在B.Widrow，et al.：“AdaptiveAntenna Systems”，Proc.IEEE，vol.55，No.12，pp.2143～2159，Dec.1967中，揭示了智能天线技术的动作原理。例如在专利第3167682号公报中，揭示了以下的装置，即根据智能天线技术，多个终端共有同一时间和频率，进行空间多路复用通信的无线基站装置。
另外，对无线通信系统中的数据通信的要求提高了，作为IMT-2000的分组传送方式，对以下行的峰值传送速度的高速化、高通信量化等为目的的cdma2000EV-DO(Evolution Data Only)方式进行了标准化(例如，3GPP2C.S0024-A“cdma2000High Rate Packet DataAir Interface Specification”13-42～13-78页，2004年3月31日)。在该高速分组通信系统中，为了有效地利用有限的频率和时间，而进行分组调度(packet schedule)。
在EV-DO方式的分组调度中，是无线基站装置在每个1.67毫秒的时间片(slot)中选择作为下行数据的发送目的地的无线终端装置的技术。无线终端装置的选择对具有优先度高的数据的通信装置、下行通信质量高的无线通信装置优先。在此，下行是指由无线基站装置发送并由无线终端装置接收的无线通信的方向。在A.J alali et al，“DataThroughput of CDMA-HDR a High Efficiency-High Data RatePersonal Communication Wireless System”，IEEE51stVTC2000-Spring，Volume.3，pp.1854～1858，May2000.中，报告了通过在EV-DO方式中适用被称为Proportional Fairness的分组调度方式，而提高小区(cell)的频率利用效率。
作为分组调度的代表，有以下的3种：(1)Maximum CIR方式，(2)Round Robin方式，以及(3)Proportional Fairness方式。在(1)的Maximum CIR方式中，越是下行通信质量好的无线终端装置，越优先地分配发送机会。无线基站装置近旁的无线终端装置的通信机会增加，而远方的无线终端装置的通信机会减少，因此是无线终端装置之间的服务差别增大的调度方式。在(2)的Round Robin方式中，对全部无线终端装置均等地分配通信机会。在Round Robin方式中，相对于Maximum CIR方式，无线基站装置的通信量降低了远方无线终端装置的通信机会增加的量。在(3)的Proportional Fairness方式中，使用瞬时下行通信质量/平均下行通信质量作为评价值，越是评价值大的无线终端装置，越优先地分配发送机会。因此，在ProportionalFairness方式中，通信机会是均等的，并且频率利用效率比RoundRobin方式更优越。但是，无线基站装置必须正确地知道每个无线终端装置的瞬时下行通信质量。
在EV-DO方式中，无线终端装置根据接收导频信号推测下行通信质量(SINR：Signal to Interference plus Noise Ratio)，参照表来指定在SINR中能够以1％以下的分组错误率进行通信的调制方式和编码率(MCS：Modulation and Coding Scheme)，将与该调制方式和编码率对应的索引(DRC：Data Rate Control)反馈到无线基站装置。根据该方法，无线基站装置能够知道每个无线终端装置的瞬时下行通信质量。
由于该动作是选择与所反馈的DRC对应的MCS的适应性调制，所以如果无线终端装置能够正确地推测出下行通信质量，则能够进行接近通信容量限界的无线通信。但是，在瞬时下行通信质量的反馈后执行分组调度，因此由于朝向(facing)等时间变化原因，在SINR推测时和分组调度结束后的SINR之间会产生误差。
发明内容
在本发明中，提供一种在由利用了智能天线技术的无线基站装置(以下称为智能天线基站)构成的无线通信网络中，基于下行通信质量信息(CQI：Channel Quality Information)的正确反馈来执行分组调度的无线基站装置和无线终端装置。
在无线基站装置依照从无线终端装置反馈的CQI，进行适应性调制的情况下，由于CQI的误差，小区的频率利用效率降低。例如，如果无线终端装置比实际高地推测了下行通信质量，则无线基站装置采用高度的调制方式和高的编码率，但由于分组错误的发生频度增加，所以频率利用效率降低。相反，如果无线终端装置比实际低地推测了下行通信质量，则无线基站装置采用简易的调制方式和低的编码率，分组错误的发生频度降低。但是，无线基站装置和无线终端装置在能够进行高效率的通信的状态下进行低效率的通信，因此结果是频率利用效率降低。为了防止这样的频率利用效率的降低，无线终端装置中的正确的CQI推测成为重要的课题。
在智能天线基站中，与具备扇形天线(sector antenna)的无线基站装置相比，容易产生CQI误差。以下，说明该点。
图1表示EV-DO方式的无线基站装置-无线终端装置之间的时序图。但是，为了简化说明，无视了往返延迟。首先，无线基站装置(Base Station)在时间片N-1的先头，向无线终端装置(MobileStation)发送数据和导频。向特定的无线终端装置发送数据。通过在1个时间片之前执行的分组调度来决定其发送目的地。在无线终端装置中，在接收信号的检波用和接收SINR推测用的双方使用导频。接收到导频的无线终端装置在步骤S101中，测定SINR，推测适当的MCS，向无线基站装置反馈与MCS相当的索引(DRC)。
在此，一般将反馈到无线基站装置的信息称为CQI。在EV—DO中，DRC相当于CQI，但本质上，只要是表示出作为基于分组调度的无线终端装置的选择基准的瞬时下行通信质量，则也可以是其他的控制信号，例如可以是由无线终端装置推测出的SINR自身。
接收到CQI的反馈的无线基站装置在步骤S102中进行分组调度，选择在时间片N中成为数据发送目的地的无线终端装置。在每个时间片中循环进行以上动作。
在智能天线基站中，通过控制最大强度的射束和朝向空(NULL)的方向，能够进行空间多路复用通信，因此通过分组调度，在每个时间片中使多个无线终端装置同时成为数据发送目的地。通过选择出的多个无线终端装置的组合，方向性射束的形状发生变化，因此可以认为从无线基站装置输出的方向性射束的形状在每个时间片中都变化。这是与扇形天线基站的决定性的不同。
因此，由于在时间片N中发送的导频和数据的方向性射束与在时间片N-1中发送的不同，所以用时间片N-1的导频推测出的SINR在时间片N中是不正确的。防止因该SINR推测误差造成的频率利用效率降低成为本申请发明的课题。
在特开2004-165834号公报中，有限地解决了本课题。在特开2004-165834号公报中，揭示了以下的技术：无线基站装置通过方向性射束发送导频，无线终端装置根据接收导频判断下行通信质量并反馈到无线基站装置，无线基站装置针对该无线终端装置，维持同一方向性射束模式，一边适应性地对数据进行调制，一边进行发送。
但是，在该技术中，在无线基站装置之间，无法保障方向性射束模式的切换定时的同步。即，在SINR推测时和分组调度结束时，除了无线终端装置正在通信的无线基站装置(以下称为希望基站)以外的无线基站装置(以下称为干扰无线基站)所输出的方向性射束的形状并一定是相同的，因此无法正确地推测小区间干扰功率。该问题所造成的影响在小区间干扰占下行接收质量的支配率高的小区边缘变得显著，造成存在于小区边缘的无线终端装置的频率利用效率降低。
在特开2003-304577号公报中，以切换射束(switched beam)以前提，解决了本课题。在特开2003-304577号公报中，揭示了以下的技术：使用由无线基站装置提供的全方向性射束同时发送导频，无线终端装置与希望基站、干扰基站无关地，推测各接收导频的接收功率，并反馈到希望基站，希望基站从干扰基站接收用于数据发送的射束编号的通知，与来自无线终端装置的反馈信息对照地，预测无线终端装置的SINR。
该技术是以切换射束为前提的，因此在由无线基站装置提供的方向性射束中，存在不发送数据的方向性射束。由于在推测SINR时在调度结束时刻用哪个方向性射束发送数据是不确定的，所以会产生SINR推测误差。但是，该技术为了排除因SINR推测误差造成的不确定性，通过由无线基站装置接收导频各自的接收功率反馈、以及来自干扰基站的射束编号的通知，来解决课题。但是，用于排除这些不确定性的处理对无线终端装置和无线基站装置产生负荷。另外，如果与导频同时发送时和数据发送时的方向性射束形状不同，则无法适用。
考虑到以上，总结本发明要解决的课题。
本发明的目的是：提供一种在由智能天线基站构成的无线通信网络中，在无线终端装置中进行SINR推测的时刻，事前确认调度后的全部基站装置的发送方向性射束，而排除上述不确定性，另外在进行上述SINR推测的时刻，通过上述发送方向性射束由全部无线基站同时发送导频，包含小区间干扰地推测出调度后的正确的SINR的无线基站装置和无线终端装置。
在无线终端装置推测SINR的时刻调度后的干扰功率不确定的问题通过以下方法解决：具备：先行发送用于预测对在无线基站装置之间统一的时间后的空间信号进行处理后的下行通信质量的预测用导频的无线基站装置；接收上述预测用导频并测定下行通信质量，经由上行线路，向上述无线基站装置报告该下行通信质量的无线终端装置，其中对于上述预测用导频，在上述无线基站装置之间以统一的时间和频率进行发送，并且用与用于上述统一时间后的数据发送的方向性射束相同的方向性射束进行发送。
图2B表示时间片N+M时刻的无线基站装置的输出。
2001-1、2001-2分别表示由相邻的无线基站装置覆盖的小区。通过方向性射束2002输出检波用导频和数据，通过方向性射束2003输出预测用导频。在方向性射束2002中，适应性地调制数据，但为了活用该方法，必须考虑到时间片N+M时刻的方向性射束输出，正确地推测下行通信质量。但是，如果使用不同的方向性射束输出进行推测，则不满足因果规律，无法进行正确的推测。
因此，如图2A所示那样，为了满足因果规律，在时间片N的时刻，确定时间片M+N的方向性射束输出，在该射束2002中输出预测导频，由无线终端装置推测下行通信质量并反馈到无线基站装置。由此，能够在时间片N的时刻预测时间片M+N的传输路径质量，因此解决了课题。但是，为了提高通信质量的预测精度，理想的是在时间片内对图2B的方向性射束2002的信号和方向性射束2003的信号进行多路复用(例如时间多路复用、频率多路复用)，使其不相互干扰。
进而，通过同一无线通信系统，也解决了包含小区间干扰地推测出调度后的正确的SNIR的问题。这是因为：各无线基站装置相互同步，通过用与时间片M+N时刻的数据发送用方向性射束一致的方向性射束来发送时间片M的预测用导频，由此能够也考虑到时间片M+N时刻的小区间干扰地进行预测。
另外，如下这样解决因无线基站装置之间的传输时间差而无法适当地评价小区间干扰的问题。
在图3A中，表示从无线基站装置11、12向无线终端装置13发送预测用导频的概念图。将各个传输时间设为T1、T2。图3B表示在无线基站装置之间在时刻T0同时发送这些预测用导频的情况下的终端装置的接收定时。
如果考虑图3A的传输时间，则各预测用导频的接收时间为T0+T1、T0+T2。在相对于该接收定时的不同(T2-T1)，预测用导频短的情况下，无线基站装置之间的预测用导频不重合，因此无法根据预测用导频正确地推测小区间干扰。通过以下方法解决该问题：使无线基站装置之间同步，并且使预测用导频的长度比在有可能产生干扰的无线基站装置之间可能产生的传输延迟时间差充分长。
作为例子，图3C表示在频率方向扩展的时间片的导频配置的一个例子。如上所述，预测用导频PP103必须吸收小区之间的接收定时的偏差，因此与该不必要的检波用导频DP101相比，可以分配在时间轴方向上长的时间。在此，对预测用导频和检波用导频进行频率多路复用。用频率与检波用导频相同的时间片的剩余部分，发送数据信号。
根据本发明，由于包含小区间干扰地正确地推测下行通信质量，所以下行通信的适应性调制的精度高地动作，提高了频率利用效率。特别地，由于能够正确地推测小区间干扰功率，所以提高了存在于小区边缘的无线终端装置的频率利用效率。
进而，根据本发明，针对根据智能天线技术生成的任意的方向性射束模式，都能够正确地推测下行通信质量。因此，能够最大限度地利用基于智能天线技术的空间多路复用的优点、基于正确的通信质量推测的高精度的适应性调制的优点，因此通过相互相乘的效果，提高了频率利用效率。
附图说明
图1是EV-DO方式中的无线基站装置-无线终端装置之间的处理时序图。
图2A和图2B是方向性射束控制的概念图。
图3A～图3C是表示基站间同步和使预测用导频加长的必要性的图。
图4是本发明的实施例的无线基站装置的框图。
图5是本发明的实施例的时间片格式的说明图。
图6A和图6B是本发明的实施例的方向性射束的时序上的控制的说明图。
图7A～图7C是本发明的实施例的存储在各种缓存器中的数据的说明图。
图8是实施例1的决定方向性射束的结构的框图。
图9是实施例2的决定方向性射束的结构的框图的变形例子。
图10是本发明的实施例的无线终端装置的框图。
具体实施方式
图4是表示本发明的实施例的无线基站装置的结构的框图。
由存储器1001实现以下的部件：存储有发送到无线终端装置的等待发送数据的队列缓存器(Queue Buffer)1001a；记录有与从无线终端装置发送的下行信道信息(CQI)有关的反馈信息的反馈信息缓存器(Feedback Buffer)1001b；记录有从无线基站装置看到的无线终端装置的方位的终端方位缓存器(DOA(direction of arrival)Buffer)1001c。图7表示存储到各存储器中的数据存储例子。
图7A表示队列缓存器的例子。
第1列是终端识别编号MS-ID。第2列表示优先度(Priority)，优先度越高，则分组调度器1002越容易选择该终端。第3列用时间片单位表示数据的发送间隔(Interval)，设想了在QoS控制下使用。如果分组调度器动作1个时间片，则对全部行一律加1，对被选择为数据发送目的地终端的终端，复位为0。第4列(Bit Length)是在队列缓存器中剩余的未发送比特数。第5列(Bit Stream)是实际的未发送比特序列。
图7B表示反馈信息缓存器的例子。
第1列是终端识别编号，第2列是射束识别编号Beam-ID，第3列是反馈信息(CQI)。如果反馈信息是Invalid，则表示没有反馈信息，无法由分组调度将该终端分配给该射束。
图7C是终端方位缓存器的例子。第1列是终端识别编号，第2列是从无线基站装置看到的无线终端装置的方位。用以预定的方向为基准的角度来表示方位。在通过空间多路复用同时进行发送时，如果角度差不是某程度地变大，则相互的干扰变大，因此为了避免向角度小的方向同时进行发送而被参照。
分组调度器1002每个周期(以下为被确定为时间片的一定时间)地参照存储器1001内的队列缓存器(图7A)和反馈信息缓存器(图7B)，进而根据需要参照终端方位缓存器(图7C)，决定每个发送方向性射束的数据发送目的地的无线终端装置。在决定了发送目的地后，分组调度器1002向数据符号序列生成部件1003通知每个发送方向性射束的射束识别编号、终端识别编号、调制方式、编码率和能够发送的最大比特数(相当于物理分组的MAC有效负荷)。
数据符号序列生成部件(Forward Link Data Generator)1003根据上述通知信息，从队列缓存器1001a中读出每个终端识别编号的比特序列，进行指定编码率的编码、以及指定的调制方式的调制，生成数据符号序列。所生成的数据符号序列与射束识别编号相关联地被发送到第一多路复用部件(Time Division Multiplexer)1005。
检波用导频生成部件(Detection Pilot Generator)1004针对无线终端装置已知的符号序列，对正交符号进行积分，生成每个射束识别编号都不同的正交符号的检波用导频，发送到第一多路复用部件1005。
第一多路复用部件1005在同一射束识别编号之间对从数据符号序列生成部件1003发送的数据符号序列和从检波用导频生成部件1004发送的检波用导频进行时间多路复用，将同一输出与射束识别编号相关联地发送到第一射束生成部件(Beam Former)1006。
图5表示时间多路复用信号的例子。在图5中，DP101表示检波用导频，DATA102表示数据符号序列。PP103是由第二多路复用部件多路复用的预测用导频。将在后面说明第二多路复用部件1012。另外，CP104是共通导频信号，COMMON_DATA105是共通控制信号。
在此，DP101、DATA102和DP103在相互被时间多路复用的基础上，与用其他方向性射束发送的信号进行空间多路复用，CP104和COMMON_DATA105以全部(omni)方向性同时进行发送。另外，在本实施例中，采用时间多路复用作为各导频信号和数据信号的多路复用方法，但只要是能够在接收侧的无线终端装置复原发送信号，则也可以是符号多路复用、频率多路复用。
第一射束生成部件1006在每个时间片，将第一多路复用部件1005的输出向各个发送天线分配并输出，对每个天线元件，进行相当于由检波用方向性射束决定部件1007提供的方向性射束的振幅相位控制。对每个射束识别编号进行以上控制，具有以下的选择分支：通过时间分割，针对每个射束识别编号顺序地进行处理；具备多个第一射束生成部件1006，对每个射束识别编号进行并行处理。但是，哪个方法对本发明的效果都是一样的。对每个天线元件将与全部射束识别编号有关的处理结果进行相加，发送到第二多路复用部件1012。
检波用方向性射束决定部件(Detection Beam Generator)1007在每个时间片向第一射束生成部件1006通知与每个射束识别编号的检波用方向性射束相当的振幅相位控制量，从方向性射束缓存器(Beam Buffer)1008读出与每个射束识别编号的新的方向性射束相当的振幅相位控制量。
方向性射束缓存器1008是FIFO缓存器，在每个时间片由检波用方向性射束决定部件1007读出与最旧的方向性射束相当的振幅相位控制量，由预测用方向性射束决定部件(Estimation Beam Generator)1009写入与最新的方向性射束相当的振幅相位控制量。将方向性射束缓存器1008的容量设为图2所示的无线基站装置的M时间片量。由此，吸收与来自无线终端装置的反馈相关联的往返延迟。
预测用方向性射束决定部件(Estimation Beam Generator)1009对每个时间片决定每个射束识别编号的预测用方向性射束，将与所决定的预测用方向性射束相当的振幅相位控制量与射束识别编号相关联地，写入到预测用方向性射束缓存器1008，并向第二射束形成部件1011通知预测用方向性射束。将在后面详细说明该处理。
预测用导频生成部件(Estimation Pilot Generator)1010针对无线终端装置已知的符号序列对正交符号进行积分，生成对每个射束识别编号都不同的正交符号的预测用导频，并发送到第二多路复用部件1011。
第二射束形成部件1011对每个时间片将预测用导频生成部件1010的输出分配给各发送天线而输出，对每个天线元件进行与由预测用方向性射束决定部件1009提供的方向性射束相当的振幅相位控制。对每个射束识别编号进行以上的控制。对每个天线元件将与全部射束识别编号有关的处理结果相加，发送到第二多路复用部件1012。
第二多路复用部件1012针对每个天线元件对第一射束生成部件1006的输出和第二射束形成部件1011的输出进行时间多路复用，在每个时间片发送到前端(front end)部件1013。
图5表示时间多路复用信号的例子。在图5中，DP101表示检波用导频，DATA102表示数据符号序列，PP103表示预测用导频。本发明的效果不根据导频和数据的时间配置而改变。另外，本实施例是以时间多路复用为前提进行了记述，但只要检波导频和数据与预测导频不产生相互干扰，则也可以是符号多路复用。
前端部件1013针对每个天线元件(1014-1、2、3和1020)，对基带信号和RF信号进行变换。前端部件1013具备DAC(DigitalAnalog Converter)、ADC(Analog Digital Converter)、滤波器、放大器和频率振荡器。例如，在特开2004-104040号公报中，揭示了前端部件的结构例子。
接收信号处理部件(Received Signal Processor)1015针对每个无线终端装置，分离从无线终端装置接收的上行信号。在上行信号是CDMA信号的情况下，提供根据无线终端装置固有的扩散符号进行逆扩散，能够对每个无线终端装置分离信号。
发送信号复原部件(Reverse Link Data Restoration Unit)1016对由接收信号处理部件1015输出的每个无线终端装置的上行信号进行解调和解码，生成由无线终端装置发送的数据比特序列。
信号分割部件(Divider)1017从发送信号复原部件1016输出的每个无线终端装置的发送数据比特序列中抽出CQI反馈信息，写入到反馈信息缓存器1001b中。
向终端方位推测部件(DOA Estimator)1018输入由前端部件1013变换为基带信号的上行信号。已知以下的MUSIC法：计算每个无线终端装置的导频信号的相关矩阵，基于其固有值分析，推测上行信号的到来方向。将推测每个无线终端装置的到来方向的结果与终端识别编号相关联地写入到终端方位缓存器1001c。在由预测用方向性射束决定部件1009决定方向性射束时参照终端方位1001c，将在后面详细说明。
在以上的结构中，理想的是分组调度器1002、第一射束生成部件1006、检波用方向性射束决定部件1007、预测用方向性射束决定部件1009、第二射束形成部件1011和第二多路复用部件1012在每个时间片都动作。在本发明中，由于在无线基站装置之间必须使时间片同步，所以与EV-DO方式一样，根据GPS信号使各基站之间的时间同步。
共通信号生成部件(Common Signal Generator)1019从分组调度器1002取得射束识别编号和终端识别编号，生成表示向哪个方向性射束分配了哪个无线终端装置的射束分配控制信息。射束分配控制信息依照在与无线通信终端之间决定的协议，进行数据的排序、编码和调制。另外，为了由小区内的全部无线终端装置在同步、共通控制信号的检波时使用，共通信号生成部件1019生成共通导频信号。共通导频信号由于与该预测用导频和该检波用导频同时发送，所以对与它们不同的正交符号进行积分。该射束分配控制信息和该共通导频信号被时间多路复用，通过方向性射束与所发送的其他信号同时进行发送。在无线终端侧，在控制数据复原部件3005中对射束分配控制信息进行解码，判断是否有向本站的数据发送，决定是否对数据进行解码。
在以上实施例中，可以由DSP、FPGA(Field Programmable GateArray)等实现除了前端部件和天线以外的数字信号处理。
图6A和图6B是在时间轴上说明本发明的方向性射束控制的图。另外，由于始终输出在全部方向性上发送的共通控制信号，所以在以下的说明中省略。
着眼于图6A所示的第1时间片。在第1时间片中，由预测用方向性射束决定部件1009生成适用于预测用导频的方向性射束(BPG#1(BPG是Beam Pattern Group的简称，是同时输出的发送方向性射束的组))。这时，无线基站装置什么都不输出，因此如图6B的第1时间片那样，向小区2001也什么都不输出。
接着，着眼于图6A的第2时间片。第2时间片将在第1时间片中生成的预测用方向性射束(BPG#1)写入到方向性射束缓存器1008中(图6A的虚线)。在第二射束形成部件1011中，对预测用导频进行与上述预测用方向性射束(BPG#1)相当的振幅相位控制(图6A实线)。另一方面，在预测用方向性射束决定部件1009中，生成下一个预测用方向性射束(BPG#2)。以下，由于与BPG#1一样，所以省略BPG#2以后的说明。
接着，着眼于图6A的第3时间片。如图6A用实线所示那样，第3时间片将第2时间片的由第二射束形成部件1011进行了方向性射束的处理后的预测用导频输入到第二多路复用部件1012。同样，如图6A用虚线所示那样，将存储在方向性射束缓存器1008中的方向性射束的振幅相位控制量读出到检波用方向性射束决定部件1007。如图6B的第3时间片所示那样，向小区2001什么都不输出。
接着，着眼于图6A的第4时间片。第4时间片输出第3时间片的由第二多路复用部件1012进行了时间多路复用的BPG#1的预测用导频。另一方面，由第一射束形成部件1006读出存储在方向性射束缓存器1008中的方向性射束(BPG#1)的振幅相位控制量，对检波用导频和数据符号序列进行振幅相位控制。如图6B的第4时间片所示那样，输出BPG#1的方向性射束(2004a、2004b)，如上述那样输出预测用导频。
着眼于图6A的第5时间片。在第5时间片中，由第二多路复用部件1012将第4时间片的第一射束生成部件1006的输出(BPG#1的施加了方向性增益的检波导频和数据符号序列)，与第二射束形成部件1011的输出(BPG#3的施加了方向性增益的预测导频)进行时间多路复用。这时的输出如图6B的第5时间片所示那样，通过BPG#2的方向性射束(2005a、2005b)输出预测用导频。
在第6时间片中，输出在第5时间片中由第二多路复用部件进行了多路复用的信号。如图6B所示那样，输出BPG#1的方向性射束(2004a、2004b)和BPG#3的方向性射束(2006a、2006b)。通过BPG#1的方向性射束输出检波用导频和数据符号序列，通过BPG#3的方向性射束输出预测用导频。
以上是本发明的方向性射束控制的要点。与该方向性射束控制配合地，在通过第一射束形成器进行相当于BPG#1的振幅相位控制之前，具有基于通过BPG#1发送的预测用导频的反馈，并且对依照该反馈信息的调度、以及检波导频进行多路复用并发送。即，用于得到本发明的效果的特征是输入到第一射束生成部件1006的方向性射束与成为生成数据符号序列的源的预测用方向性射束的匹配(同一BPG)。
为了取得该匹配，对存储到方向性射束缓存器1008的存储量进行调整，并对从写入到该缓存器到读出为止的延迟时间片进行调整。进而，在包含小区间干扰的正确的SINR推测时需要在全部无线基站装置中统一该调整量。
图8表示与本发明的预测用方向性射束决定有关的实施例1。
实施例1说明在无线基站装置是切换射束基站的情况下的预测用方向性射束决定。
固定射束选择部件(Beam Selector)1101从由无线基站装置保存在固定方向性射束缓存器(Fixed Beam Buffer)1103中的固定方向性射束中，选择利用为预测用方向性模式以及几个时间片后的检波用方向性模式的射束，并将其射束识别编号通知方向性射束通知部件(Beam notification unit)1102。
为了选择射束方向，而读出保存在无线基站装置中的信息。具体地说，从队列缓存器1001a、反馈信息缓存器1001b以及终端方位缓存器1001c读出信息。但是，读出这些信息并不是必须的，例如也可以顺序地选择固定射束，或者随机地选择。
由于根据上述的固定射束选择方法，能够容易地组合相互干扰少的方向性射束而作为BPG，所以能够进一步提高频率利用效率。
因此，由于可以考虑参照最佳效果要求、保障性要求等对系统要求不同的信息，所以设想各种固定射束选择方法，使得从队列缓存器1001a、反馈信息缓存器1001b以及终端方位缓存器1001c读出信息。
方向性射束通知部件1102依照从固定射束选择部件1101通知的射束识别编号，从固定射束记录部件1103中读出对应的振幅相位控制量，并发送到方向性射束缓存器1008和第二射束形成部件1011。
在固定射束记录部件1103中，与射束识别编号相关联地记录有每个天线元件的振幅相位控制量。
图9表示与本发明的预测用方向性射束决定有关的实施例2。
实施例2说明在无线基站装置是输出任意的方向性射束模式的基站的情况下的预测用方向性射束的决定。
方向决定部件(Direction Decision Unit)1104针对每个射束识别编号决定由方向性射束生成部件(Beam Generator)1105生成的方向性射束的射束方向和空方向，并通知方向性射束生成部件1105。为了决定射束方向，而读出保存在无线基站装置中的信息。具体地说，从队列缓存器1001a、反馈信息缓存器1001b和终端方位缓存器1001c读出信息。
与实施例1一样，可以认为是出现了因方向决定方法而产生的频率利用效率的不同，但任意的方法都能够得到本发明的效果。因此，设想各种方向决定方法，从队列缓存器1001a、反馈信息缓存器1001b和终端方位缓存器1001c读出信息。
方向性射束生成部件1105根据从方向决定部件1104指示的每个射束识别编号的射束方向和空方向以及发送天线配置，生成每个射束识别编号的发送方向性模式。在此，表示通过单纯的空导引(NULLSTEERING)而产生方向性射束的例子。
如下这样定义射束方向的阵列响应向量。
Bi(φi)＝[bl，i(φi)…bN，i(φi)]···         (1)
其中，i是射束方向计数器，
Figure G2006800540395D00151
是第i个射束方向，bn，i(
Figure G2006800540395D00152
)是第i个射束方向、第n个发送天线的从基准点的相位差。
也可以同样地定义空方向的阵列响应向量。
Figure G2006800540395D00161
其中，j是射束方向计数器，
Figure G2006800540395D00162
是第j个射束方向，cn，j(
Figure G2006800540395D00163
)是第j个射束方向、第n个发送天线的从基准点的相位差。
定义用于导引空方向的每个天线元件的振幅相位控制量的向量，即等待向量(wait vector)。
w＝[wl…wN]r···(3)
其中，wn是对天线元件的振幅相位控制量，T表示转置。
根据以上，如下式那样计算用于进行空导引的等待向量。
其中，Nb是射束方向的个数，Nc是空方向的个数。
相互关联地将通过以上计算出的等待向量和射束识别编号发送导方向性射束通知部件1102。
方向性射束通知部件1102将等待向量和射束识别编号关联地发送到方向性射束缓存器1008和第二射束形成部件1011。
图10是表示本发明的实施例的无线终端装置的结构的框图。
本实施例的无线通信终端装置具备发送接收天线3001、进行基带和RF频带的变换的前端部件3002。前端部件3002具备DAC、ADC、滤波器、放大器和频率振荡器。
终端同步部件(Slot Sync Unit)3003为了找到下行信号的时间片的先头，而通过共通导频的相关性计算，找到导频的接收定时，根据相对于时间片先头的导频的偏移量和导频接收定时，能够判断时间片的先头定时。由该部件3003找到的时间片的先头定时被通知接收信号分割部件(Divider)3004。
接收信号分割部件3004根据从终端同步部件3003通知的时间片先头定时和已知的时间片格式(参考图5)，对接收信号进行分割。具体地说，将共通导频和共通控制信号(图5的CP104和COMMON_DATA105)发送到控制信号复原部件(Common SignalRestoration Unit)3005，将检波用导频和数据符号序列的组(图5的DP101和DATA102)发送到数据复原部件(FL Data Restoration Unit)3006，将预测用导频(图5的PP103)发送到质量信息生成部件(CQEstimator)3007。
然后，控制数据复原部件3005根据共通导频对共通控制信号进行检波，然后，通过进行解调和解码，取得无线基站装置发送的控制数据。根据控制数据内的该射束分配控制信息，知道针对每个射束识别符对时间片分配的终端识别符。该无线终端装置对本站的终端识别符和对时间片分配的终端识别符进行比较，知道是否分配了方向性射束。
如果没有分配时间片，控制数据复原部件3005将该信息通知数据符号复原部件3006，数据符号复原部件3006不进行通过该检波用方向性射束发送的数据符号序列的复原动作。另一方面，如果分配了时间片，则控制数据复原部件3005将所分配的射束识别符通知数据符号复原部件3006，数据符号复原部件3006进行处理而对通过该射束识别符的检波用方向性射束发送的数据符号序列进行复原。复原处理是指检波、解调、解码。
质量信息生成部件3007针对该预测用方向性射束的每个射束识别符，推测将各射束的导频作为希望信号的SINR，并变换为CQI。在EV-DO方式的情况下，DRC相当于CQI。每个射束识别符的CQI被通知发送数据生成部件3008，但只通知SINR最高的CQI的情况也属于本发明的范围。
发送数据生成部件(RL Data Generator)3008依照在无线基站装置之间规定的协议，对从质量信息生成部件3007输出的每个射束识别符的CQI进行数据的排列、编码和调制。在前端部件3002中，将调制后的信号变换为基带-RF频带，并发送到无线基站装置。
本发明可以适用于分组交换型的无线通信系统中的下行通信的全部，但由于以小区间干扰的正确推测为目标，所以要求基站间同步。在现存的系统中支持了基站间同步的分组交换型无线通信系统只有cdma20001xEV-DO，但如果确保基站之间的同步手段，则也可以适用于其他分组交换型无线通信系统。

Claims (17)

1.一种无线通信系统，具备：多个无线终端装置；从上述无线终端装置接受下行通信质量信息的反馈，参照周期性地接受了上述反馈的下行通信质量信息，选择数据发送目的地的无线终端装置，使用方向性射束向上述选择出的无线终端装置发送数据的多个无线基站装置，该无线通信系统的特征在于：
上述各无线基站装置先行发送用于预测对在无线基站装置之间统一的规定时间后的空间信号处理后的下行通信质量的预测用导频，
上述各无线终端装置接收上述预测用导频并测定下行通信质量，经由上行线路，向上述无线基站装置报告所测定的下行通信质量，
对于上述预测用导频，以在上述多个无线基站装置之间统一的时间和频率进行发送，并且用与用于上述统一的时间后的数据发送的方向性射束相同的方向性射束进行发送。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于：
在与在相邻的上述无线基站装置之间产生的向无线终端装置发送的发送信号的传输延迟时间差相比充分长的期间，发送上述预测用导频。
3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于：
将上述预测用导频与用于上述各无线终端装置的传送数据以及用于上述传送数据的接收处理中的检波用导频进行多路复用而发送。
4.根据权利要求3所述的无线通信系统，其特征在于：
在比上述检波用导频长的期间，发送上述预测用导频。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于：
通过与在上述规定时间后用于向上述各无线终端装置发送传送数据的方向性射束相同的方向性射束，发送上述预测用导频。
6.一种无线基站装置，是无线通信系统中的无线基站装置，该无线通信系统具备：多个无线终端装置；从上述无线终端装置接受下行通信质量信息的反馈，参照周期性地接受了上述反馈的下行通信质量信息，选择数据发送目的地的无线终端装置，使用方向性射束向上述选择出的无线终端装置发送数据的多个无线基站装置，该无线基站装置的特征在于包括：
先行发送用于预测对在各无线基站装置之间统一的规定时间后的空间信号处理后的下行通信质量的预测用导频的发送部件；
从接收上述预测用导频并测定下行通信质量的上述各无线终端装置，接收经由上行线路发送的下行通信质量的报告的接收部件，其中
对于上述预测用导频，上述发送部件以在上述多个无线基站装置之间统一的时间和频率进行发送，并且用与用于上述统一的时间后的数据发送的方向性射束相同的方向性射束进行发送。
7.根据权利要求6所述的无线基站装置，其特征在于：
上述发送部件在与在相邻的上述无线基站装置之间产生的向无线终端装置发送的发送信号的传输延迟时间差相比充分长的期间，发送上述预测用导频。
8.根据权利要求6所述的无线基站装置，其特征在于：
上述发送部件将上述预测用导频与用于上述各无线终端装置的传送数据以及用于上述传送数据的接收处理中的检波用导频进行多路复用而发送。
9.根据权利要求8所述的无线基站装置，其特征在于：
上述发送部件在比上述检波用导频长的期间，发送上述预测用导频。
10.根据权利要求6所述的无线基站装置，其特征在于：
上述发送部件通过与在上述规定时间后用于向上述各无线终端装置发送传送数据的方向性射束相同的方向性射束，发送上述预测用导频。
11.根据权利要求6所述的无线基站装置，其特征在于：
上述发送部件具备：
选择数据发送目的地的无线终端装置，对向上述无线终端装置发送信号的发送定时进行调度的调度部件；
生成向上述选择出的无线终端装置发送的数据符号序列的发送数据生成部件；
将上述调度的结果报告上述无线终端装置的分配信息报告部件；
生成为了由上述无线终端装置进行检波所使用的导频的检波导频生成部件；
对上述生成的数据符号序列和上述生成的检波导频进行多路复用的第一多路复用部件；
决定适用于从上述第一多路复用部件的输出的方向性射束的检波用方向性射束决定部件；
将从上述第一多路复用部件的输出复制到各发送天线元件，进行与上述检波用方向性射束相当的振幅相位控制的第一射束生成部件；
为了由上述无线终端装置预测下行通信质量，生成相对于无线基站装置之间的传输延迟时间差充分长的预测导频的预测导频生成部件；
决定适用于上述生成的预测导频的方向性射束的预测用方向性射束决定部件；
将上述生成的预测导频复制到各发送天线，进行与上述预测用方向性射束相当的振幅相位控制的第二射束形成部件；
记录与在过去决定的上述预测用方向性射束相当的振幅相位控制量的方向性射束缓存器；
对每个发送天线元件多路复用上述第一射束形成部件的输出和上述第二射束形成部件的输出的第二多路复用部件；
用于在上述无线基站装置之间使上述第二多路复用部件的输出同步的同步部件，其中
上述检波用方向性射束决定部件根据在无线基站装置之间统一的时间前决定的上述预测用方向性射束，决定上述检波用方向性射束。
12.根据权利要求11所述的无线基站装置，其特征在于还包括：
根据由上述无线终端装置发送的上行信号，推测上述无线终端装置的方位的终端方位推测部件；
记录上述无线终端装置的方位的终端方位缓存器。
13.根据权利要求11或12所述的无线基站装置，其特征在于：
上述预测用方向性射束决定部件具备：
存储与不根据时间而变化的方向性射束相当的每个发送天线的振幅相位控制量的固定射束记录部件；
向上述第二射束形成部件和上述方向性射束缓存器通知上述振幅相位控制量的方向性射束通知部件；
选择1个或多个由上述方向性射束通知部件通知的时间不变方向性射束的固定射束选择部件。
14.根据权利要求11或12所述的无线基站装置，其特征在于：
上述预测用方向性射束决定部件具备：
决定所生成的方向性射束的射束方向和空方向的方向决定部件；
依照上述决定的方向，生成方向性射束的方向性射束生成部件；
向上述第二射束形成部件和上述方向性射束缓存器通知与上述生成的方向性射束相当的振幅相位控制量的方向性射束通知部件。
15.一种无线终端装置，是无线通信系统中的无线终端装置，该无线通信系统具备：多个无线终端装置；从上述无线终端装置接受下行通信质量信息的反馈，参照周期性地接受了上述反馈的下行通信质量信息，选择数据发送目的地的无线终端装置，使用方向性射束向上述选择出的无线终端装置发送数据的多个无线基站装置，该无线终端装置的特征在于包括：
为了预测对在各无线基站装置之间统一的规定时间后的空间信号处理后的下行通信质量，接收以在上述多个无线基站装置中统一的时间和频率进行发送并用与用于上述统一的时间后的数据发送中的方向性射束相同的方向性射束先行发送的预测用导频，预测下行通信质量的接收部件；
经由上行线路向上述无线基站装置报告上述预测的下行通信质量的发送部件。
16.根据权利要求15所述的无线终端装置，其特征在于：
上述接收部件具备：
接收由上述无线基站装置发送的下行信号，分离预测导频、检波用导频和数据符号序列的组、调度结果的报告信息的接收信号分离部件；
参照上述报告信息，从检波用导频和数据符号序列，复原发送数据的数据符号复原部件，其中
上述发送部件具备：
生成根据上述接收到的预测导频推测的下行通信质量信息的质量信息生成部件；
向上述无线基站装置发送上述下行通信质量信息的发送数据生成部件。
17.根据权利要求16所述的无线终端装置，其特征在于还包括：
选择上述下行通信质量最优的预测用方向性射束的选择部件，其中
不向上述无线基站装置报告与选择出的以外的上述预测用方向性射束有关的下行通信质量信息。
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