專利名稱：無線中繼裝置和無線中繼方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及進行無線中繼的移動通信技術領域，特別涉及無線中繼系統(tǒng)中的無線中繼裝置和無線中繼方法。
背景技術：
在移動通信技術領域中，重要的是確保盡可能寬的覆蓋范圍。因此，關于下一代無線通信系統(tǒng)，對利用無線中繼技術進行了探討。在無線中繼技術中，例如在下行鏈路中，來自基站的發(fā)送信號由中繼站接收，進行信號放大后由中繼站向移動站進行再發(fā)送。由此，可增大移動站中的接收信號功率，能擴展覆蓋范圍。
另一方面，實現(xiàn)頻率利用效率的提高也是重要的。因此，對將多輸
入多輸出(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output)技術應用于上述的無線中繼技術進行了探討。非專利文獻1公開了應用MIMO的無線中繼系統(tǒng)，在該無線中繼系統(tǒng)中，對用于抑制天線間干擾和用戶間干擾的權重矩陣進行了優(yōu)化，以使比特差錯率最小。
中繼站針對下行鏈路接收來自基站的信號，并向移動站發(fā)送信號，另一方面，針對上行鏈路接收來自移動站的信號，并向基站發(fā)送信號。在該情況下，與下行鏈路和上行鏈路無關，在同時進行信號發(fā)送和信號接收的情況下，擔心從中繼站發(fā)送的信號由該中繼站接收，導致電路振蕩。這被稱為環(huán)路干擾或自干擾(self-interference)，在該干擾強的情況下，不能正確地中繼信號。專利文獻1記載的發(fā)明估計該環(huán)路信道，準備好用于去除環(huán)路干擾的反饋型的權重矩陣(消去矩陣)，在去除環(huán)路干擾的同時，抑制天線間干擾和用戶間干擾。在該發(fā)明中，前饋型的權重矩陣(Precoding/Weighting (預編碼/加權)矩陣)例如使用迫零(ZF:Zero—Forcing)法來設定，抑制天線間干擾和用戶間干擾。專利文獻1國際公開第2008/004916號小冊子
非專利文獻1N. Lee, H. Park, and J. Chun, "Linear precoder and
decoder for two—way AF MIMO relaying system," Proc. of VTC-2008
Spring, May 2008
非專利文獻1記載的發(fā)明對用于抑制天線間干擾和用戶間干擾的權重矩陣進行優(yōu)化，然而未考慮環(huán)路干擾。因此，在擔心環(huán)路干擾的情況下，擔心不能獲得充分的接收信號質量。
專利文獻1記載的發(fā)明決定權重矩陣，以便不僅抑制環(huán)路干擾，而且還抑制天線間干擾和用戶間干擾。此時，去除環(huán)路干擾、天線間干擾以及用戶間干擾的處理分別是單獨獨立進行的。因此，即使在各個干擾去除處理中采取任何對策，從系統(tǒng)整體來看，反而擔心差錯率特性和容量劣化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題是，在包含發(fā)送裝置、中繼裝置以及接收裝置且使用MIMO方式傳送信號的無線中繼系統(tǒng)中，改善系統(tǒng)整體的差錯率和/或容量。
在本發(fā)明中，使用了一種無線中繼裝置，該無線中繼裝置經由多個接收天線接收來自發(fā)送裝置的信號，并將從該信號導出的中繼信號從多個發(fā)送天線發(fā)送到接收裝置。該無線中繼裝置具有
信道估計部，其至少估計前方信道矩陣&和環(huán)路信道矩陣G，該前方信道矩陣表示所述發(fā)送裝置和該無線中繼裝置之間的無線信道特性，該環(huán)路信道矩陣G表示由于該無線中繼裝置自身的發(fā)送和接收而對所述中繼信號產生的干擾；
權重優(yōu)化部，其利用后方信道矩陣H2、所述前方信道矩陣以及所述環(huán)路信道矩陣G來進行反復處理，至少導出消去矩陣C，該后方信道矩陣H2表示該無線中繼裝置和所述接收裝置之間的無線信道特性；以及
反饋補償部，其將在反饋路徑中根據所述消去矩陣C進行了加權的信號與主信號路徑的中繼信號相加，修改該中繼信號。
根據本發(fā)明，在包含發(fā)送裝置、中繼裝置以及接收裝置且使用MIMO
方式傳送信號的無線中繼系統(tǒng)中，可改善系統(tǒng)整體的差錯率。
為了達到上述目的，根據本發(fā)明的第l特征，本發(fā)明涉及的具有多
個收發(fā)天線且具有無線中繼功能的無線通信裝置具有信道估計部26，其估計具有無線基站功能的無線通信裝置一具有無線中繼功能的無線通
信裝置間的信道H"以及環(huán)路信道G;消去部23，其從由接收天線接收到的信號中減去根據反饋型的(Cancelling,消去)權重矩陣(消去矩陣)C生成的信號；以及最佳權重矩陣計算部251，其使用在所述信道估計部中估計出的信道H,和環(huán)路信道G、以及具有無線中繼功能的無線通信裝置一移動終端的無線通信裝置間的信道H2，進行具有無線中繼功能的無線通信裝置的反饋型的消去矩陣C的優(yōu)化。
用于抑制環(huán)路干擾、天線間干擾以及用戶間干擾的權重矩陣的生成是考慮到這些干擾的相互作用來綜合進行的，從而可改善系統(tǒng)的差錯率特性和/或容量。
根據本發(fā)明的第2特征，在上述本發(fā)明的第1特征中的具有無線中繼功能的無線通信裝置中還具有加權部24，該加權部24將前饋型的權重矩陣W與在消去部23中進行了處理后的信號相乘。最佳權重矩陣計算部252使用在信道估計部26中估計出的信道H,和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的與移動終端之間的信道H2，進行具有無線中繼功能的無線通信裝置的反饋型的消去矩陣C和前饋型的權重矩陣W的優(yōu)化。
通過不僅適當更新消去矩陣C，而且還適當更新權重矩陣W，可進一步改善系統(tǒng)整體的差錯率特性和/或容量。
根據本發(fā)明的第3特征，在上述本發(fā)明的第1特征中的具有無線中繼功能的無線通信裝置中還具有權重矩陣通知部28，該權重矩陣通知部28將在最佳權重矩陣計算部中計算出的預編碼權重矩陣(預編碼矩陣)F通知給具有無線基站功能的無線通信裝置BS。最佳權重矩陣計算部253使用在信道估計部26中估計出的信道Hi和環(huán)路信道G、以及被通知給
10所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的與移動終端之間的信道H2，進 行具有無線中繼功能的無線通信裝置的反饋型的消去矩陣C和具有無線 基站功能的無線通信裝置的前饋型的預編碼矩陣F的優(yōu)化。
通過不僅適當更新消去矩陣C，而且還適當更新預編碼矩陣F，可進
一步改善系統(tǒng)整體的差錯率特性和/或容量。
根據本發(fā)明的第4特征，在上述本發(fā)明的第l特征中的具有無線 中繼功能的無線通信裝置中還具有加權部24，該加權部24將前饋型 的權重矩陣W與在消去部23中進行了處理后的信號相乘，而且在該 無線通信裝置中還具有權重矩陣通知部28，該權重矩陣通知部28將 在最佳權重矩陣計算部254中計算出的預編碼矩陣F通知給具有無線 基站功能的無線通信裝置BS。最佳權重矩陣計算部254使用在信道估 計部26中估計出的信道^和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無 線中繼功能的無線通信裝置的與移動終端之間的信道H2，進行具有無 線中繼功能的無線通信裝置的反饋型的消去矩陣C、前饋型的權重矩 陣W以及具有無線基站功能的無線通信裝置的前饋型的預編碼矩陣F 的優(yōu)化。
消去矩陣C、權重矩陣W以及預編碼矩陣F全部是考慮到彼此的相 互作用來進行適當更新的，從而可進一步改善系統(tǒng)的差錯率特性和/或容
根據本發(fā)明的第5特征，在具有上述本發(fā)明的第1特征至第4特征 且具有無線中繼功能的無線通信裝置中具有發(fā)送功率控制部，該發(fā)送功 率控制部對具有無線中繼功能的無線通信裝置的總發(fā)送功率進行控制。 由此，可將根據上述優(yōu)化后的矩陣進行了修改后的中繼信號以適當的總 發(fā)送功率進行發(fā)送，可有助于系統(tǒng)整體的差錯率特性的改善等。
根據本發(fā)明的第6特征，使用了一種具有多個收發(fā)天線且具有無線 中繼功能的無線通信裝置的無線發(fā)送方法。本方法具有以下步驟執(zhí)行 如下處理的步驟使用由接收天線接收到的信號來估計具有無線基站功 能的無線通信裝置一具有無線中繼功能的無線通信裝置間的信道H、、以 及環(huán)路信道G;最佳權重矩陣計算步驟，使用所述估計出的信道H,和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的與移 動終端的無線通信裝置間的信道H2，根據反復處理進行具有無線中繼功
能的無線通信裝置的反饋型的消去矩陣C的優(yōu)化；以及從由接收天線接
收到的信號中減去所述計算出的根據反饋型的消去矩陣c所生成的信號
的步驟。
根據本發(fā)明的第7特征，在上述本發(fā)明的第6特征中的無線發(fā)送方 法中，所述最佳權重矩陣計算步驟使用在信道估計部中估計出的信道K 和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的 與移動終端間的信道H2，根據反復處理進行具有無線中繼功能的無線通 信裝置的反饋型的消去矩陣C和前饋型的權重矩陣W的優(yōu)化。將計算出 的前饋型的權重矩陣W與在消去部進行了處理后的信號相乘。
根據本發(fā)明的第8特征，在上述本發(fā)明的第6特征中的無線發(fā)送方 法中，所述最佳權重矩陣計算步驟使用在信道估計部中估計出的信道H, 和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的 與移動終端間的信道H2，根據反復處理進行具有無線中繼功能的無線通 信裝置的反饋型的消去矩陣C和具有無線基站功能的無線通信裝置的前 饋型的預編碼矩陣F的優(yōu)化。將計算出的預編碼矩陣F通知給具有無線 基站功能的無線通信裝置。
根據本發(fā)明的第9特征，在上述本發(fā)明的第6特征中的無線發(fā)送方 法中，所述最佳權重矩陣計算步驟使用在信道估計部中估計出的信道H, 和環(huán)路信道G、以及被通知給所述具有無線中繼功能的無線通信裝置的 與移動終端間的信道H2，根據反復處理進行具有無線中繼功能的無線通 信裝置的反饋型的消去矩陣C、前饋型的權重矩陣W以及具有無線基站 功能的無線通信裝置的前饋型的預編碼矩陣F的優(yōu)化。將所述計算出的 前饋型的權重矩陣W與在消去部進行了處理后的信號相乘。將計算出的 預編碼矩陣F通知給具有無線基站功能的無線通信裝置。
根據本發(fā)明的第IO特征，在上述本發(fā)明的第6特征至第9特征中的 無線發(fā)送方法中，還控制無線通信裝置的總發(fā)送功率。


圖1是示出無線中繼系統(tǒng)的結構的圖。 圖2是示出無線中繼系統(tǒng)的模型塊的圖。
圖3是示出第1實施例涉及的無線通信裝置RS20的功能結構的圖。 圖4是示出在第1實施例涉及的無線通信裝置RS20中計算最佳權重
矩陣的方法例的流程圖。
圖5是示出第2實施例涉及的無線通信裝置RS20的功能結構的圖。 圖6是示出在第2實施例涉及的無線通信裝置RS20中計算最佳權重
矩陣的方法例的流程圖。
圖7是示出第3實施例涉及的無線通信裝置RS20的功能結構的圖。 圖8是示出在第3實施例涉及的無線通信裝置RS20中計算最佳權重
矩陣的方法例的流程圖。
圖9是示出第4實施例涉及的無線通信裝置RS20的功能結構的圖。 圖10是示出在第4實施例涉及的無線通信裝置RS20中計算最佳權
重矩陣的方法例的流程圖。
圖11是示出上行鏈路相關的系統(tǒng)結構的圖。
圖12是示出針對圖11的系統(tǒng)結構能使用的計算模型的圖。
圖13是示出在圖11的系統(tǒng)結構中能使用的無線通信裝置RS的圖。
標號說明
10/20/30:無線通信裝置；BS:無線基站；RS:無線中繼裝置；MS: 移動終端；21:接收天線；22:發(fā)送天線；23:消去部；24:加權部； 251/252/253/254:最佳權重矩陣計算部；26:信道估計部；27:發(fā)送功率 控制部；28:權重矩陣通知部。
具體實施例方式
參照

本發(fā)明的實施例。圖中，對相同或類似的部分附上相 同或類似的標號。不過應注意，圖面是示意圖，未打算示出實際的尺寸 和嚴密的裝置結構。
從以下的觀點來說明本發(fā)明的實施例。1. 第1實施例(F^I， W=I) 1.1無線通信系統(tǒng)的結構 1.2無線通信裝置的模型塊 1.3無線中繼裝置
1.4矩陣的優(yōu)化
1.5總發(fā)送功率的控制
1.6作用和效果
2. 第2實施例(F^I， W#I) 2.1無線中繼裝置
2.2矩陣的優(yōu)化
2.3總發(fā)送功率的控制
2,4作用和效果
3. 第3實施例(一般的F， W=I) 3.1無線中繼裝置
3.2矩陣的優(yōu)化
3.3總發(fā)送功率的控制
3.4作用和效果
4. 第4實施例(一般的F， W#) 4.1無線中繼裝置
4.2矩陣的優(yōu)化
4.3總發(fā)送功率的控制
4.4作用和效果
5. 第5實施例實施例l
以下說明本發(fā)明的第1實施例(F =I， W=I)。 (1.1無線通信系統(tǒng)的結構)
在本發(fā)明中由于強調了某個量是矢量或矩陣，因而表示其的字符有 時由粗體字表現(xiàn)。然而需要注意的是，在沒有可能造成混亂的情況下， 不是粗體字的字符有時還表示矢量或矩陣。圖1示出無線中繼系統(tǒng)的結構。在以下圖中，主要說明與本發(fā)明特 別有關聯(lián)的部分。在本實施例中對將本發(fā)明應用于下行鏈路的情況的例 子進行說明。然而這對本發(fā)明不是必須的，本發(fā)明也能同樣應用于上行 鏈路(對此在圖11等中作了進一步提及)。如圖1所示，無線中繼系統(tǒng) 包含具有無線基站功能的無線通信裝置BS10;具有無線中繼功能的無
線通信裝置RS20;以及與具有所述無線基站功能的無線通信裝置BS10 不能直接通信的多個移動終端的通信裝置MS30。在說明下行鏈路的例子 時，具有無線基站功能的無線通信裝置BS10被稱為"發(fā)送裝置"，具有無 線中繼功能的無線通信裝置RS20被稱為"中繼裝置"，移動終端的通信裝 置MS30被稱為"接收裝置"。在說明上行鏈路時，移動終端的通信裝置 MS30被稱為"發(fā)送裝置"，具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20被稱 為"中繼裝置"，具有無線基站功能的無線通信裝置BS10被稱為"接收裝 置"。另外，假定具有無線基站功能的無線通信裝置BS10和具有無線中 繼功能的無線通信裝置RS20具有多個天線，移動終端的通信裝置MS30 各方具有單一天線。然而，這不過是為了便于說明，.本發(fā)明也能應用于
移動終端具有多個天線的情況。
假定具有基站功能的無線通信裝置BS10和具有無線中繼功能的無 線通信裝置RS20之間的無線鏈路40具有由H,表示的信道特性。 一般， H,由具有M^sxMt,Bs維數的矩陣表現(xiàn)，為了便于說明，將該矩陣稱為"前 方信道矩陣"。Mr. Rs表示無線通信裝置RS20的接收天線數。Mt,郎表示 無線通信裝置BS10的發(fā)送天線數。因此，前方信道矩陣H,由以下形式
、… A
(式l)
在上述式(1)中，!表示無線通信裝置BS10中的發(fā)送天線11, 與無線通信裝置RS20中的接收天線21,之間的信道特性。同樣，HMpBS.
Mt.RS表示無線通信裝置BS10中的發(fā)送天線llMt.BS與無線通信裝置RS20 中的接收天線2lM^s之間的信道特性。另外，在以下說明中為了實現(xiàn)簡 化，如圖1所示，假定Mr, RS=Mt, BS=M。然而，在收發(fā)天線數不同的
15情況下，當然也能應用本發(fā)明。
同樣，假定具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20與移動終端的無 線通信裝置MS30之間的無線鏈路50具有由H2表示的信道特性。 一般， H2由具有MMsxMt, M維數的矩陣表現(xiàn)，為了便于說明，將該矩陣稱為"后 方信道矩陣"。MMs表示移動終端的無線通信裝置MS30的數。Mt.Rs表 示無線通信裝置RS20的發(fā)送天線數。再次在以下說明中為了實現(xiàn)簡化， 如圖1所示，假定MP RS=Mt. BS=M。然而，在收發(fā)天線數不同的情況 下，當然也能應用本發(fā)明。
并且，假定從無線通信裝置RS20的發(fā)送天線22到無線通信裝置 RS20的接收天線21之間的無線鏈路60具有由G表示的信道特性。由于 該無線鏈路60，來自無線通信裝置RS20的發(fā)送信號由該無線中繼裝置 RS20再次接收，對由無線中繼裝置RS20進行中繼的信號產生干擾。該 干擾被稱為"環(huán)路干擾"。G由具有Mt.RsxMr.Rs維數的矩陣表現(xiàn)，為了便 于說明，將該矩陣稱為"環(huán)路信道矩陣"。Mt. RS表示無線通信裝置RS20 的發(fā)送天線數。M^s表示無線通信裝置RS20的接收天線數。再次在以 下說明中為了實現(xiàn)簡化，如圖1所示，假定Mt. RS=MP RS=M。然而， 在收發(fā)天線數不同的情況下，當然也能應用本發(fā)明。 (1.2無線通信裝置的模型塊)
圖2是示出本發(fā)明的實施例涉及的無線通信裝置的模型塊的圖。無 線通信裝置BS10將作為數據流的M維數的發(fā)送信號矢量x在預編碼部 12中乘以預編碼矩陣F后進行發(fā)送。這里，x由成分數或元素數為M的 矢量表現(xiàn)，各元素表示向MSi MSM發(fā)送的發(fā)送符號。從無線通信裝置 BS10發(fā)送的信號經由具有Hi的信道特性的無線鏈路40由無線通信裝置 RS20接收。此時，通過具有由G表示的信道特性的無線鏈路60還接收 干擾信號(環(huán)路干擾信號)。
無線通信裝置RS20利用多個接收天線接收這些信號，對利用各接收 天線接收到的信號加上熱噪聲m。這里，熱噪聲m由元素數M的矢量表 現(xiàn)，各元素表示在接收天線21, 2lM中相加的熱噪聲成分。包含熱噪聲 m的接收信號在消去部23進行了修改后，根據前饋型的權重矩陣W進行加權，并被發(fā)送(中繼)到無線通信裝置MS30。消去部23從主信號 中減去根據反饋型的消去矩陣C所生成的信號。因此在該情況下的"反饋" 與從傳送中繼信號的主信號路徑的輸出側朝向輸入側的路徑上的加權處 理相關聯(lián)。然后，"前饋"與主信號路徑上的加權處理相關聯(lián)。本發(fā)明并 未排除根據任何反饋信號或通知自適應控制權重矩陣W。這也適用于預 編碼矩陣F。 g卩，本發(fā)明也并未排除根據任何反饋信號或通知自適應控制
如上所述，消去矩陣C和權重矩陣W的維數是MxM。消去部23 的輸出信號被稱為元素數M的矢量v。從無線通信裝置RS20發(fā)送的信號 經由具有H2的信道特性的無線鏈路50由各無線通信裝置MS30, MS30m接收，在各個無線通信裝置MS30, MS30M中將熱噪聲相加。假 定該情況下的表示熱噪聲的矢量n2是元素數M，各元素表示在MS30, MS30m中相加的熱噪聲成分。并且，假定接收信號矢量y也是元素數M， 各元素表示在熟噪聲相加后的MS3(^ MS30m中的各接收信號成分。
以下示出主信號的式表現(xiàn)。消去部23中的環(huán)路干擾消去后的信號v
可如下式(2)表示。<formula>formula see original document page 17</formula>
式中，I是矩陣尺寸MxM的單位矩陣(IdentityMatrix)。 由下行鏈路中的最終的接收裝置即無線通信裝置MS30接收到的信 號y可如下式(3)表示。
y = H2Wv + n2 ...(式3)
通過將上述式(2)表示的信號v代入式(3)，信號y可由以下的式 表不。
<formula>formula see original document page 17</formula>
(1.3無線中繼裝置)
參照圖3，對本實施例涉及的一個無線中繼系統(tǒng)中的具有無線中繼 功能的無線通信裝置RS20的功能結構進行說明。圖3示出接收天線 21，發(fā)送天線22，以去除環(huán)路干擾并抑制天線間干擾和用戶間干擾為目 的的消去部23，最佳權重矩陣計算部251,信道估計部26，以及發(fā)送功率控制部27。
接收天線21具有接收從作為基站的無線通信裝置BS10發(fā)送的信號 的功能。
消去部23具有這樣功能使用反饋型的消去矩陣C生成用于抑制環(huán) 路干擾、天線間干擾以及用戶間干擾的信號，將所生成的信號從由接收 天線24接收到的信號中減去。
最佳權重矩陣計算部251具有這樣的功能使用信道矩陣H,、 H2、 G進行反復計算，至少進行消去矩陣C的優(yōu)化。在第1實施例中主要進 行消去矩陣C的優(yōu)化，而在后述的其他實施例中，不僅進行消去矩陣C 的優(yōu)化，而且還進行預編碼矩陣F和/或權重矩陣W的優(yōu)化。在系統(tǒng)中使 用頻分雙工方式(FDD: Frequency Division Duplex)的情況下，由于上 行鏈路和下行鏈路頻率不同，因而如圖所示，針對信道矩陣H,、 G，在 信道估計部26中進行自估計，而針對后方信道矩陣H2，優(yōu)選的是從移動 站接收通知。另一方面，在系統(tǒng)中使用時分雙工方式(TDD: Time Division Duplex)的情況下，由于上下行鏈路頻率相同，因而不僅前方信道矩陣 可以在無線中繼裝置RS20中進行估計，而且后方信道矩陣Hb也可以 在無線中繼裝置RS20中進行估計。
信道估計部26具有使用接收信號來估計信道特性的功能。該估計可 以通過調查例如接收信號中的導頻信道來進行。
發(fā)送功率控制部27具有控制無線通信裝置RS20中的發(fā)送功率的功 能。例如，可以將發(fā)送功率控制成使總發(fā)送功率為額定的預定值以下。 并且，可以針對各個發(fā)送天線控制發(fā)送功率。
發(fā)送天線22具有將信號發(fā)送(中繼)到無線通信裝置MS30的功能。 (1.4矩陣的優(yōu)化)
下面，對在本發(fā)明的第1實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通 信裝置RS20中使反饋型的消去矩陣C優(yōu)化的方法進行說明。在第1實 施例中，假定具有無線基站功能的無線通信裝置BS10不進行使用預編碼 矩陣F的前饋型的預編碼。即，將無線通信裝置BS10中的預編碼矩陣F 設定為V^i萬J。其中，P。是具有無線基站功能的無線通信裝置BS10中的總發(fā)送功率。I是單位矩陣。此時，圖2所示的具有基站功能的無線 通信裝置BS10將發(fā)送信號矢量x的各元素從各發(fā)送天線進行發(fā)送。
并且，在第1實施例中，不進行作為中繼站的無線通信裝置RS20 中的前饋型的加權。即，將無線通信裝置RS20中的權重矩陣W設定為 I。因此，在本實施例中，圖2所示的具有中繼站功能的無線通信裝置20 將在消去部23中進行了處理后的信號v的各元素從各發(fā)送天線進行發(fā) 送。然而，在以下說明中，首先導出一般的式，之后代入F、 W的具體 形式。
第1實施例的具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中的反饋型的 消去矩陣C的計算方法是以使接收差錯率最小為目的，可以如下式(5) 所示表示。
<formula>formula see original document page 19</formula>
式中，tr是取對角成分之和的算符(trace,對角和)，Pr是具有無線 中繼功能的無線通信裝置RS20的總發(fā)送功率。E表示取平均值或期待值。 上標字符H表示取復共軛轉置。式(5)的第1行表示以使發(fā)送信號x和 接收信號y的均方差為最小的方式計算消去矩陣C。式(5)的第2行表
不<formula>formula see original document page 19</formula>
并且是表示要求使具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20的總發(fā) 送功率為&的約束條件。
為了導出消去矩陣C的最佳解，式(5)可置換為式(6)所示的拉 格朗日對偶問題(Lagrangian Dual Problem)。
<formula>formula see original document page 19</formula>式中，^是拉格朗日乘數(Lagrange Multiplier)。然后，式(6)所 示的拉格朗日對偶問題的最佳解可通過使用下式(7)所示的卡魯什一庫
恩一塔克(KKT: Karush-Kuhn-Tucker)條件來計算。
<formula>formula see original document page 20</formula> (式7)
式中，V表示微分算符，為了進行式(7)的第l行的計算，應用以 下的式(8) 式(12)所示的矩陣微分公式。 1 ...(式8)
<formula>formula see original document page 20</formula>(式11) ...(式12)
式中，上標字符H表示復共軛轉置，*表示復共軛，T表示轉置。通
過應用以上的式(8) 式(12)所示的矩陣微分公式，式(7)的最佳
解可如式(13)所示表示。
C =廿H,FFHh" +<712iIh，F(xiàn)Hh"]"1[H^H2 +//i]+G }w_i _tr{u}尸.
U = H2H [I - H2 W(I + C — GW )-1H,F][W(I + C — GW )-1H,F
(式13)
cr,2H，HH，
W(I + C - GW )-1 ][W(I + C - GW ]h
式中，c^是無線通信裝置RS20中的熱噪聲功率。
參照式(13)，無線通信裝置RS20中的消去矩陣C的最佳解不是以
閉形式來表現(xiàn)的。因此，最佳解是根據反復的數值計算算法進行逐次近
似來導出的。
圖4示出這樣的算法的概略。在第1實施例中，預編碼矩陣F是 V^i萬.1，權重矩陣W是I，將它們代入上述式。
在步驟S1中，設定消去矩陣C和拉格朗日乘數^的初始值。下標括號內的數字[n]表示反復的更新次數。
在步驟s2中，通過使用上次的拉格朗日乘數^w]來進行式(13)的 第1行的計算，更新消去矩陣c。
在步驟S3中，通過使用更新后的消去矩陣C[n]來進行式(13)的第 3行和第2行的計算，更新拉格朗日乘數a。
在步驟s4中，檢查消去矩陣Cw的值是否收斂。具體地說，計算本 次導出的消去矩陣的值Cw與在上次的反復處理中導出的消去矩陣的值 C^]的差的范數。在該范數小于s的情況下，判斷為已收斂，算法結束。 在不是這樣的情況下，再次執(zhí)行步驟s2、 s3。另外，為了避免進入無限 循環(huán)，可以按規(guī)定的反復次數強制停止算法。收斂條件的判定法不限于 上述，可以使用任何適當的判定基準。 (1.5總發(fā)送功率的控制)
消去部23使用根據圖4的算法計算出的權重矩陣c來修改中繼信 號。將修改后的信號v乘以
V^^T ….(式14)
的值。通過乘以式(14)的值，可將具有無線中繼功能的無線通信裝置 rs20的總發(fā)送功率限制為pr。不過，p^。是進行發(fā)送功率控制前的功率， 可由下式(15)表示。
C。 = tr{(w(i + c - gw)—' H!f)(w(I + c - gw)—1 H,f)" }
(1.6作用和效果) 如以上說明那樣，在具有無線中繼功能的無線通信裝置rs20中，由 于假定了信道矩陣Hp H2、 G相互關聯(lián)的模型塊(圖2)，因而通過在反 復更新消去矩陣c的同時進行優(yōu)化，可改善系統(tǒng)整體的比特差錯率特性。 并且，通過在具有無線中繼功能的無線通信裝置rs20中進行總發(fā)送功率 的控制，能以在無線通信裝置rs20中所容許的最大發(fā)送功率發(fā)送信號， 因而可期待比特差錯率特性的進一步改善。實施例2以下說明本發(fā)明的第2實施例(Foci， w弁)。省略關于與上述的第1實施例公共部分的重復說明。在上述的第1實施例中，在具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中，對反饋型的消去矩陣C進行了優(yōu)化，然而在第2實施例中，不僅使消去矩陣C優(yōu)化，而且還使權重矩陣W優(yōu)化。不過，在第2實施例中，與第l實施例一樣，不進行在具有無線基站功能的無線通信裝置BS10中的預編碼。即，假定預編碼矩陣F-V^-I。
(2.1無線中繼裝置)
圖5示出本實施例涉及的具有中繼功能的無線通信裝置RS20的功能結構。與第l實施例一樣，無線通信裝置RS20具有接收天線21，發(fā)送天線22，以去除環(huán)路干擾為目的的消去部23，最佳權重矩陣計算部252，信道估計部26,以及發(fā)送功率控制部27。與第l實施例不同，無線通信裝置RS20還具有以抑制天線間干擾和用戶間干擾為主要目的的加權部24 (這樣的目的不具有嚴格意義，實際上使用矩陣C、 W的雙方進行干擾抑制。)。關于接收天線21、發(fā)送天線22、消去部23、信道估計部26以及發(fā)送功率控制部27，與上述的第l實施例相同，省略說明。
加權部24具有乘以前饋型的權重矩陣W的功能。如上所述，"前饋"意味著在主信號路徑上的加權處理。
最佳權重矩陣計算部252通過根據信道矩陣H,、 H2、 G進行反復計算，使無線通信裝置RS20中的消去矩陣C和權重矩陣W優(yōu)化。(2.2矩陣的優(yōu)化)
下面，對在本發(fā)明的第2實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中使消去矩陣C和權重矩陣W全都優(yōu)化的方法進行說明。如上所述，在本實施例中，也不進行在作為基站的無線通信裝置BS10中的預編碼。即，無線通信裝置BS10中的預編碼矩陣F是VW丄然而，在以下說明中，首先導出一般的式，之后代入預編碼矩陣F的具體表現(xiàn)。
本發(fā)明的第2實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中的消去矩陣C和權重矩陣W的結合的計算方法是以使接收差錯率最小為目的，可以如式(16)所示表示。<formula>formula see original document page 23</formula>...(式16)
其中，式(16)的第1行表示以使接收信號矢量y和發(fā)送信號矢量x的均方差為最小的方式計算消去矩陣C和權重矩陣W。式(16)的第2行如針對式(5)所說明那樣，表示要求使無線通信裝置RS20的總發(fā)送
功率為Pr的約束條件。
為了導出消去矩陣C和權重矩陣W的最佳解，式(16)可置換為式(17)所示的拉格朗日對偶問題(LagrangianDual Problem)。
<formula>formula see original document page 23</formula>
...(式17)
式中，p是拉格朗日乘數(Lagrange Multiplier)。
式(17)所示的拉格朗日對偶問題的最佳解可通過使用式(18)所
示的卡魯什一庫恩一塔克(KKT: Karush-Kuhn-Tucker)條件來計算。
<formula>formula see original document page 23</formula>
...(式18)
然后，通過應用式(8) 式(12)所示的矩陣微分公式，式(18)
的最佳解可如式(19)所示表示。
<formula>formula see original document page 23</formula>(式19)
<formula>formula see original document page 23</formula>參照式(19)，無線通信裝置RS20中的消去矩陣C和權重矩陣W 的最佳解不是以閉形式來表現(xiàn)的。因此，最佳解是根據反復的數值計算 算法進行逐次近似來導出的。
圖6示出這樣的算法的概略。在第2實施例中，預編碼矩陣F是 V^i7.1，將其代入上述式。
在步驟Sl中，設定消去矩陣C、權重矩陣W以及拉格朗日乘數, 的初始值。下標括號內的數字表示反復的更新次數。
在步驟S2中，通過使用上次的拉格朗日乘數/^一和權重矩陣W[n_u 來進行式(19)的第l行的計算，更新消去矩陣C。
在步驟S3中，通過使用更新后的消去矩陣Cw和上次的權重矩陣 W["]來進行式(19)的第3行和第4行的計算，更新拉格朗日乘數//。
在步驟S4中，通過使用更新后的消去矩陣C^和拉格朗日乘數;uw 來進行式(19)的第2行的計算，更新權重矩陣W。
在步驟S5中，檢查消去矩陣C[n和權重矩陣W[n]的值是否收斂。具 體地說，準備好本次導出的消去矩陣的值C^與在上次的反復處理中導出 的消去矩陣的值C[^的差的第1范數。并且，還準備好本次導出的權重 矩陣的值W[n與在上次的反復處理中導出的權重矩陣的值W[^的差的第 2范數。在第1和第2范數中的偏大一方小于e的情況下，判斷為已收斂， 算法結束。在不是這樣的情況下，再次執(zhí)行步驟S2、 S3、 S4。另外，為 了避免進入無限循環(huán)，可以按規(guī)定的反復次數強制停止算法。收斂條件 的判定法不限于上述，可以使用任何適當的判定基準。 (2.3總發(fā)送功率的控制)
消去部23使用根據圖6的算法計算出的權重矩陣C來修改中繼信 號。在加權部24中對該修改后的信號v進行使用權重矩陣W的加權。 來自加權部24的輸出是在發(fā)送功率控制部27的發(fā)送功率控制下發(fā)送的。 關于發(fā)送功率控制，與上述的第l實施例相同，省略說明。 (2.4作用和效果)
如以上說明那樣，在無線通信裝置RS20中，假定了信道矩陣H,、 H2、 G相互關聯(lián)的模型塊(圖2)，不僅消去矩陣C而且權重矩陣W也相互關聯(lián)地進行優(yōu)化，因而可進一步改善系統(tǒng)整體的比特差錯率特性。并
且，通過在具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中進行總發(fā)送功率的 控制，能以在無線通信裝置RS20中所容許的最大發(fā)送功率發(fā)送信號，因
而可期待比特差錯率特性的進一步改善。實施例3
以下說明本發(fā)明的第3實施例(一般的F， W=I)。省略關于與上述 的第1、第2實施例公共部分的重復說明。在上述的第1實施例中，在具 有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中，對反饋型的消去矩陣C進行 了優(yōu)化，然而在第3實施例中，不僅使消去矩陣C優(yōu)化，而且還使預編 碼矩陣F優(yōu)化。不過，在第3實施例中，與第l實施例一樣，不進行使 用前饋型的權重矩陣W的加權。W=I。 (3.1無線中繼裝置)
圖7示出本實施例涉及的具有中繼功能的無線通信裝置RS20的功能 結構。與第l實施例一樣，無線通信裝置RS20具有接收天線21,發(fā) 送天線22，以去除環(huán)路干擾以及抑制天線間干擾和用戶間干擾為目的的 消去部23，最佳權重矩陣計算部253，信道估計部26，以及發(fā)送功率控 制部27。與第l實施例不同，無線通信裝置RS20具有權重矩陣通知部 28。關于接收天線21、發(fā)送天線22、消去部23、信道估計部26以及發(fā) 送功率控制部27，由于與上述的第l實施例相同，因而省略說明。
最佳權重矩陣計算部253通過根據信道矩陣H^ H2、 G進行反復處 理，使無線通信裝置RS20中的消去矩陣C以及無線通信裝置BSIO中的 預編碼矩陣F優(yōu)化。
權重矩陣通知部28具有將在最佳權重矩陣計算部253中計算出的預 編碼矩陣F通知給具有無線基站功能的無線通信裝置BS10的功能。無線 通信裝置BS10接收該通知，更新預編碼矩陣F，將更新后的預編碼矩陣 用于下次的信號發(fā)送。 (3.2矩陣的優(yōu)化)
下面，對在本發(fā)明的第3實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通 信裝置RS20中使消去矩陣C和預編碼矩陣F全都優(yōu)化的方法進行說明。
25消去矩陣C和預編碼矩陣F的結合的計算方法是以使接收差錯率最小為 目的，可以如式(20)所示表示。
i^n tr(E[(y— x)'(y— x)H_} s丄tr{E[F'FH]}=jp。
(W(I + C - GW)-1 (H,Fx + ii,)). (W(I + C — GW)-1 (H,Fx + n,))" ]}=《
tr E
...(式20)
式中，P。是具有無線基站功能的無線通信裝置BS10中的總發(fā)送功 率。式(20)的第1行表示以使接收信號矢量y和發(fā)送信號矢量x的均 方差為最小的方式計算消去矩陣C和預編碼矩陣F。式(20)的第2行 表示要求使具有無線基站功能的無線通信裝置BS10的總發(fā)送功率為Po 的約束條件。式(20)的第3行表示要求使具有無線中繼功能的無線通 信裝置RS20的總發(fā)送功率為Pr的約束條件。
為了導出消去矩陣C和預編碼矩陣F的最佳解，式(20)可置換為 式(21)所示的拉格朗日對偶問題(Lagmngian Dual Problem)。
丄(C,F,A， = tr(E[(y - x). (y - x)h ]}+A(tr(E[F. FH ]}—尸o
:W(I + C — GW)-1 (H,Fx + )) (W(I + C - GW)-1 (H,Fx + n, )f
尺
...(式21)
式中，戶i、 ^2是拉格朗日乘數(Lagrange Multiplier)。
式(21)所示的拉格朗日對偶問題的最佳解可通過使用式(22)所
示的卡魯什一庫恩—塔克(KKT: Karush-Kuhn-Tucker)條件來計算。
▽c丄(C,F，〃,，化)-0
▽F Z(C,F,/^2) = 0 4沖列}-尸。)=0
//2 (tr (E —(I + C — GW)-1 (H,Fx + ))'(W(I + C _ GW)-' (H,Fx + n,))"]}— Pr )= 0
...(式22)
然后，通過應用式(8) 式(12)所示的矩陣微分公式，式(22) 的最佳解可如式(23)所示表示。
26c4[H^FF"Kf +oflIl^Hf r[執(zhí)+All+G JW-I
f"[^i+c-gWhJh[睹H2 +ai]w(i+c—g外'h, + W ,[h^i+c-gv^
剩
廠o
一^[w(i+c—gv^'h,h[w(i+c一g，'hJff"
A - '、 《
U2 =聘[I—H^I+C—GVfH,F)[W(l+C-GV^-1 H才 -of取+C-G\^"1][W(I十C-G外1 jH ...(式23)
參照式(23)，消去矩陣C和預編碼矩陣F的最佳解不是以閉形式來 表現(xiàn)的。因此，最佳解是根據反復的數值計算算法進行逐次近似來導出 的。
圖6示出這樣的算法的概略。在第3實施例中，權重矩陣W是I， 將其代入上述式。
在步驟S1中，設定消去矩陣C、預編碼矩陣F以及第1、第2拉格
朗曰乘數A、 A2的初始值。圖中，下標括號內的數字表示反復的更新次 數。
在步驟S2中，通過使用上次的第1、第2拉格朗日乘數/^—u、 mm 以及預編碼矩陣F^u來進行式(23)的第1行的計算，更新消去矩陣C。
在步驟S3中，通過使用更新后的消去矩陣Cw和上次的預編碼矩陣 F[n—u以及第l拉格朗日乘數/^^]來進行式(23)的第5行和第6行的計 算，更新第2拉格朗日乘數^。
在步驟S4中，通過使用更新后的消去矩陣Cw和上次的預編碼矩陣 F[n—u以及更新后的第2拉格朗日乘數^w來進行式(23)的第3行和第4 行的計算，更新第1拉格朗日乘數A。
在步驟S5中，通過使用更新后的消去矩陣Cw以及第1、第2拉格 朗日乘數AW、 A[n]來進行式(23)的第2行的計算，更新預編碼矩陣F。
在步驟S6中，檢查消去矩陣C^和預編碼矩陣Fw的值是否收斂。具體地說，準備好本次導出的消去矩陣的值C[n]與在上次的反復處理中導 出的消去矩陣的值C^"的差的第1范數。并且，還準備好本次導出的預 編碼矩陣的值Fw與在上次的反復處理中導出的預編碼矩陣的值F[n-u的
差的第2范數。在第1和第2范數中的偏大一方小于s的情況下，判斷 為已收斂，算法結束。在不是這樣的情況下，再次執(zhí)行步驟S2、 S3、 S4、 S5。另外，為了避免進入無限循環(huán)，可以按規(guī)定的反復次數強制停止算 法。收斂條件的判定法不限于上述，可以使用任何適當的判定基準。 (3.3總發(fā)送功率的控制)
消去部23使用根據圖8的算法計算出的權重矩陣C來修改中繼信 號。修改后的信號是在發(fā)送功率控制部27的功率控制下發(fā)送的。關于發(fā) 送功率控制，與第l實施例相同，省略說明。
在本實施例中，最佳權重矩陣計算部還更新預編碼矩陣F。更新后 的預編碼矩陣F由權重矩陣通知部28通知給具有無線基站功能的無線通 信裝置BSIO。無線通信裝置BS10將總發(fā)送功率限制為Po。因此，在將 下式(24)的值乘以無線通信裝置BS10中的預編碼部12的輸出之后進 行信號發(fā)送。
V^7^...(式24)
式中，Po,pr。是進行綜合發(fā)送功率控制前的功率，可由式(25)表示。 ...(式25)
(3.4作用和效果) 如以上說明那樣，在無線通信裝置RS20中，假定了信道矩陣H,、 H2、 G相互關聯(lián)的模型塊(圖2)，不僅消去矩陣C而且預編碼矩陣F也 相互關聯(lián)地進行優(yōu)化，因而可進一步改善系統(tǒng)整體的比特差錯率特性。 并且，通過在無線通信裝置BS10和RS20中進行總發(fā)送功率的控制，能 以在無線通信裝置BS10和RS20各方中所容許的最大發(fā)送功率發(fā)送信 號，因而可期待比特差錯率特性的進一步改善。
實施例4
以下說明本發(fā)明的第4實施例(一般的F， W對)。在第4實施例中， 不僅使消去矩陣C優(yōu)化，而且還使預編碼矩陣F和權重矩陣W優(yōu)化。(4.1無線中繼裝置)
圖9示出本實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20 的結構。與第l實施例一樣，無線通信裝置RS20具有接收天線21， 發(fā)送天線22，以去除環(huán)路干擾為目的的消去部23，最佳權重矩陣計算部 254，信道估計部26，以及發(fā)送功率控制部27。與第1實施例不同，無 線通信裝置RS20具有以抑制天線間干擾和用戶間干擾為目的的加權部 24以及權重矩陣通知部28。
關于接收天線21、發(fā)送天線22、消去部23、信道估計部26以及發(fā) 送功率控制部27，與上述的第1實施例相同，省略說明。關于加權部24， 與上述的第2實施例相同，省略說明。然后，關于權重矩陣通知部28， 與上述的第3實施例相同，省略說明。
最佳權重矩陣計算部254通過根據信道矩陣H,、 H2、 G進行反復處 理，使無線通信裝置RS20中的消去矩陣C和權重矩陣W以及無線通信 裝置BS10中的預編碼矩陣F優(yōu)化。 (4.2矩陣的優(yōu)化)
下面，對在本發(fā)明的第4實施例涉及的具有無線中繼功能的無線通 信裝置RS20中使消去矩陣C、權重矩陣W以及預編碼矩陣F全都優(yōu)化 的方法進行說明。與第1實施例一樣，優(yōu)化的方法是以使接收差錯率最 小為目的，可以如式(26)所示表示。
rmn
C，W，F(xiàn)
tr{E[(y-X).(y-X)H: s丄tr{E[F-FH]}=P。
;(W(I + C — GW)-1 (HJx + !!,)). (W(I + C - GW)-' (H,Fx + n,))" j}= Pr
tr^E
...(式26)
式中，式(26)的第l行表示以使接收信號矢量y和發(fā)送信號矢量 x的均方差為最小的方式計算消去矩陣C、權重矩陣W以及預編碼矩陣F。 式(26)的第2行表示要求使具有無線基站功能的無線通信裝置BS10的 總發(fā)送功率為Po的約束條件。式(26)的第3行表示要求使具有無線中 繼功能的無線通信裝置RS20的總發(fā)送功率為h的約束條件。為了導出消去矩陣C、權重矩陣W以及預編碼矩陣F的最佳解，式 (26)可置換為式(27)所示的拉格朗日對偶問題(Lagrangian Dual Problem )。
￡(C, W, F, a ,a ) = tr(e[(y - x). (y - x)h ]}+/4r{e[F. FH ]}—尸o
:W(i + C - GW)-1 (H,Fx + ii,)). (W(i + C - GW)-1 (H,Fx + n, ))H
一尸,
...(式27)
式中，a、 a是第l、第2拉格朗日乘數(Lagrange Multiplier^
式(27)所示的拉格朗日對偶問題的最佳解可通過使用式(28)所
示的卡魯什一庫恩一塔克(KKT: Karush-Kuhn-Tucker)條件來計算。
▽c Z(c，w,f,^，〃2) = 0 ▽w丄(c,w,f，〃^)" ▽F Z(c,w,f,^，//2) = 0 "tr{E[f.fh]}—尸。)=0
//2 (tr(E (W(I + C - GW)-1 (H,Fx + n,)). (W(I + C — GW廣(H,Fx +
...(式28)
然后，通過應用式(8) 式(12)所示的矩陣微分公式，式(28) 的最佳解可如式(29)所示表示。
C= ([H,FF"Hf +of I!聘FX 1"'[聘h2 +/^+G )w-I
W"[H,FF"Hf +0^1^X^112 '(i+C)
f"[w(i+c-gvs)-'hJh[h^H2 +^i]w(i+c-g"-'h' +^1 j"' .[h^i+c—gWh,]h
廠o
u, = +c—g，1 hJh睹[i -h^i+c-g\^-1 h'f]fh -化[^i+c-gv^hJh[w(i+c-g，'h,Jfi"
剩 《
-of e^h2—I+c-g外'][w(l+c-gv^h …(式29)
參照式(29)，消去矩陣C、權重矩陣W以及預編碼矩陣F的最佳解不是以閉形式來表現(xiàn)的。因此，最佳解是根據反復的數值計算算法進 行逐次近似來導出的。
圖IO示出這樣的算法的概略。在步驟S1中，設定消去矩陣c、權 重矩陣W、預編碼矩陣F以及第1、第2拉格朗日乘數^、 ^的初始值。 圖中，下標括號內的數字表示反復的更新次數。
在步驟S2中，通過使用上次的權重矩陣W["]、預編碼矩陣F[n一j 以及第l、第2拉格朗日乘數Ahu、 z^^]來進行式(29)的第l行的計 算，更新消去矩陣C。
在步驟S3中，通過使用更新后的消去矩陣C[n、上次的權重矩陣 W[n^、預編碼矩陣F["以及第1拉格朗日乘數A^u來進行式(29)的 第6行和第7行的計算，更新第2拉格朗日乘數^。
在步驟S4中，通過使用更新后的消去矩陣C[nI、上次的權重矩陣 W[n—u、預編碼矩陣F[w]以及更新后的第2拉格朗日乘數A^來進行式 (29)的第4行和第5行的計算，更新第1拉格朗日乘數a。
在步驟S5中，通過使用更新后的消去矩陣C[n、上次的權重矩陣 W[n—u以及更新后的第l、第2拉格朗日乘數/z咖、化[n]來進行式(29)的 第3行的計算，更新預編碼矩陣F。
在步驟S6中，通過使用更新后的消去矩陣Cln]、預編碼矩陣F^以 及第l、第2拉格朗日乘數p則、w[n]來進行式(29)的第2行的計算， 更新權重矩陣W。
在步驟S7中，檢査消去矩陣C[n、權重矩陣W[w以及預編碼矩陣F[n]
的值是否收斂。具體地說，準備好本次導出的消去矩陣的值Cfn]與在上次
的反復處理中導出的消去矩陣的值C[^]的差的第1范數。還準備好本次 導出的權重矩陣的值W^與在上次的反復處理中導出的權重矩陣的值 W[n^的差的第2范數。并且，還準備好本次導出的預編碼矩陣的值F[n] 與在上次的反復處理中導出的預編碼矩陣的值F[^]的差的第3范數。在 第l、第2以及第3范數中的最大一方小于s的情況下，判斷為已收斂， 算法結束。在不是這樣的情況下，再次執(zhí)行步驟S2、 S3、 S4、 S5、 S6。 另外，為了避免進入無限循環(huán)，可以按規(guī)定的反復次數強制停止算法。收斂條件的判定法不限于上述，可以使用任何適當的判定基準。
(4.3總發(fā)送功率的控制) 采用已說明的方法，使用根據圖10的算法計算出的矩陣C、 F、 W 來修改在無線通信裝置RS20進行中繼的信號，并以由發(fā)送功率控制部 27控制的功率(總發(fā)送功率)發(fā)送該信號。還針對無線通信裝置BS10 中的預編碼部12的輸出，控制總發(fā)送功率。關于無線通信裝置RS20中 的總發(fā)送功率的控制，與上述的第1實施例相同，省略說明。并且，關 于無線通信裝置BS10中的總發(fā)送功率的控制，與上述的第3實施例相同，
省略說明。
(4.4作用和效果) 如以上說明那樣，在具有無線中繼功能的無線通信裝置RS20中，假 定了信道矩陣H,、 H2、 G相互關聯(lián)的模型塊(圖2)，不僅消去矩陣C而 且權重矩陣W和預編碼矩陣F也都相互關聯(lián)地進行優(yōu)化，因而顯著改善 了系統(tǒng)整體的比特差錯率特性。并且，通過在無線通信裝置BS10和RS20 中進行總發(fā)送功率的控制，能使用在無線通信裝置BS10和RS20各方中 所容許的最大發(fā)送功率來發(fā)送信號，可進一步改善比特差錯率特性。實施例5
在上述的實施例中，為了便于說明，以下行鏈路通信為例作了說明， 然而本發(fā)明不限于下行鏈路，可以應用于上行鏈路通信。
圖11示出在本發(fā)明應用于上行鏈路的情況下的系統(tǒng)結構。與圖1在 本質上相同，然而與圖1的情況不同的是，前方信道H,'表示從移動終端 的無線通信裝置MS1 MSM到具有無線中繼功能的無線通信裝置RS的 無線鏈路的信道特性。后方信道H2'表示從具有無線中繼功能的無線通信
裝置RS到具有無線基站功能的無線通信裝置BS的無線鏈路的信道特 性。環(huán)路信道G'表示從具有無線中繼功能的無線通信裝置RS在上行鏈 路中的發(fā)送天線到接收天線的無線鏈路的信道特性。
圖12示出針對圖11的系統(tǒng)結構的模型塊圖。將圖2和圖12進行比 較可知，無線通信裝置RS中的信號處理方法對于下行鏈路和上行鏈路實 質上是相同的。因此如圖13所示，具有無線中繼功能的無線通信裝置RS的功能框圖與圖3的功能框圖實質上是相同的。另外，通知預編碼矩 陣F、 F，的目的地在上下鏈路任一方的情況下都是無線通信裝置BS，然 而不同點是，該無線通信裝置BS在下行鏈路的情況下位于上游側，在上 行鏈路的情況下位于下游側。
在上述的實施例中，無線中繼系統(tǒng)是以含有多臺具有單一天線的移 動終端(無線通信裝置)MS的方式來構成的，然而本發(fā)明不限于此。例 如，具有多個天線的單一或多個移動終端的無線通信裝置MS30可以包 含在無線中繼系統(tǒng)內。
在上述的實施例中，對以使接收差錯率最小為目的來抑制環(huán)路干擾、 天線間干擾以及用戶間干擾的方法作了說明，然而本發(fā)明不限于此。例 如，可以以使接收容量最大為目的來抑制環(huán)路干擾、天線間干擾以及用 戶間干擾。
本發(fā)明可以應用于通過以MIMO方式中繼無線信號來擴展覆蓋范圍 的任何適當的系統(tǒng)。例如本發(fā)明可以應用于HSDPA/HSUPA方式的 W-CDMA系統(tǒng)、LTE方式的系統(tǒng)、IMT-Advanced系統(tǒng)、WiMAX、 Wi-Fi 方式的系統(tǒng)等。
以上，參照特定的實施例對本發(fā)明作了說明，然而構成本公開內容 的一部分的描述、公式和圖面等不應被解釋為對本發(fā)明加以限定。所說 明的實施例只不過是例示，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本行業(yè)人 員對各種變形例、修改例、替代例、置換例等是能理解的。為了促進對 發(fā)明的理解，使用具體的數值例進行了說明，然而只要沒有特別的預先 說明，這些數值就只不過是一例，可以使用任何適當的值。為了促進對 發(fā)明的理解，使用具體的公式進行了說明，然而只要沒有特別的預先說 明，這些公式就只不過是一例，可以使用任何適當的替代公式。實施例 或項目的劃分對本發(fā)明不是必需的，可以根據需要將2個以上的實施例 或項目中記載的事項迸行組合來使用。為了便于說明，本發(fā)明的實施例 涉及的裝置使用功能框圖作了說明，然而這樣的裝置可以使用硬件、軟 件或者它們的組合來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種無線中繼裝置，該無線中繼裝置用于經由多個接收天線接收來自發(fā)送裝置的信號，并將從該接收信號導出的中繼信號經由多個發(fā)送天線發(fā)送到接收裝置，該無線中繼裝置具有信道估計部，其配置成估計前方信道矩陣(H1)和環(huán)路信道矩陣(G)，該前方信道矩陣(H1)表示所述發(fā)送裝置和所述無線中繼裝置之間的無線信道特性，該環(huán)路信道矩陣(G)表示由于在該無線中繼裝置中同時發(fā)送和接收信號而在中繼信號中發(fā)生的干擾；權重優(yōu)化部，其配置成利用所述前方信道矩陣(H1)、所述環(huán)路信道矩陣(G)以及后方信道矩陣(H2)來進行反復操作，導出消去矩陣(C)，該后方信道矩陣(H2)表示所述無線中繼裝置和所述接收裝置之間的無線信道特性；以及反饋補償部，其配置成從主信號路徑中的中繼信號中減去在反饋路徑中根據所述消去矩陣(C)進行了加權的信號來調整所述中繼信號。
2. 根據權利要求1所述的無線中繼裝置，其中，所述權重優(yōu)化部配 置成通過反復更新所述消去矩陣(C)來進行所述反復操作，以便在要求 使針對所述接收裝置的平均總發(fā)送功率等于預定值(P》的約束條件下， 使從所述發(fā)送裝置發(fā)送的信號(y)與在所述接收裝置接收到的信號(x) 的平均誤差最小。
3. 根據權利要求2所述的無線中繼裝置，其中， 使用更新前的拉格朗日乘數(w)，根據更新所述消去矩陣(C)， 使用所述更新后的消去矩陣(C)，根據<formula>formula see original document page 2</formula>更新所述拉格朗日乘數(A)，式中，H,表示所述前方信道矩陣，H2表示所述后方信道矩陣，G表示所述環(huán)路信道矩陣，c表示所述消去矩陣，f表示與單位矩陣成正比的 預編碼矩陣，w表示用于所述主信號路徑中的加權的加權矩陣，i表示單 位矩陣，a表示所述拉格朗日乘數，Pr表示針對所述總發(fā)送功率的所述預定值，以及C7,表示熱噪聲功率。
4. 根據權利要求1所述的無線中繼裝置，該無線中繼裝置還具有前 饋補償部，該前饋補償部配置成根據加權矩陣(w)對所述主信號路徑 中的中繼信號進行加權，以調整所述中繼信號， 所述權重優(yōu)化部配置成利用所述前方信道矩陣(h,)、所述后方信道 矩陣(h2)以及所述環(huán)路信道矩陣(g)來進行反復操作，以導出所述消 去矩陣(c)和所述加權矩陣(w)。
5. 根據權利要求4所述的無線中繼裝置，其中，所述權重優(yōu)化部配 置成通過反復更新所述消去矩陣(c)和所述加權矩陣(w)來進行所述 反復操作，以便在要求使針對所述接收裝置的平均總發(fā)送功率等于預定 值(P》的約束條件下，使從所述發(fā)送裝置發(fā)送的信號(y)與在所述接 收裝置接收到的信號(x)的平均誤差最小。
6. 根據權利要求5所述的無線中繼裝置，其中， 使用更新前的拉格朗日乘數(a)和所述加權矩陣(w)，根據更新所述消去矩陣(c)，使用所述更新后的消去矩陣(c)和更新前的加權矩陣(w)，根據C7 = //f [/ - //2『(/ + C - G盯'//, F][『(/ + C - G盯1 , Ff -of/f 2" //2 [『(/ + C — G『)—1〗[『(/ + C — G『)—1 f更新所述拉格朗日乘數(a)，使用所述更新后的消去矩陣(c)和所述更新后的拉格朗日乘數(//)，根據『=([/^iTFHif,十of/][/ff i^i/fr1[/^/^ + /z/] + G)隱'(/ + C), 更新所述加權矩陣(w),式中，h,表示所述前方信道矩陣，H2表示所述后方信道矩陣，g表 示所述環(huán)路信道矩陣，c表示所述消去矩陣，f表示與單位矩陣成正比的預編碼矩陣，W表示用于所述主信號路徑中的加權的加權矩陣，I表示單位矩陣，p表示所述拉格朗日乘數，Pr表示針對所述總發(fā)送功率的所述預定值，以及a 表示熱噪聲功率。
7. 根據權利要求1所述的無線中繼裝置，該無線中繼裝置還具有發(fā) 送部，該發(fā)送部配置成將用于所述發(fā)送裝置中的預編碼的預編碼矩陣(F) 發(fā)送到所述發(fā)送裝置，所述權重優(yōu)化部配置成利用所述前方信道矩陣(H,)、所述后方信道 矩陣(H2)以及所述環(huán)路信道矩陣(G)來進行反復操作，以導出所述消 去矩陣(C)和所述預編碼矩陣(F)。
8. 根據權利要求7所述的無線中繼裝置，其中，所述權重優(yōu)化部配 置成通過反復更新所述消去矩陣(C)和所述預編碼矩陣(F)來進行所 述反復操作，以便在要求使來自所述發(fā)送裝置的平均總發(fā)送功率等于預 定值(Po)、并使針對所述接收裝置的平均總發(fā)送功率等于預定值(P》 的約束條件下，使從所述發(fā)送裝置發(fā)送的信號(y)與在所述接收裝置接 收到的信號(x)的平均誤差最小。
9. 根據權利要求8所述的無線中繼裝置，其中， 使用更新前的第l拉格朗日乘數(A)、更新前的第2拉格朗日乘數(A)以及所述預編碼矩陣(F)，根據<formula>formula see original document page 4</formula>更新所述消去矩陣(C),使用所述更新后的消去矩陣(C)、更新前的預編碼矩陣(F)以及更 新前的第l拉格朗日乘數(A)，根據<formula>formula see original document page 4</formula>更新所述第2拉格朗日乘數(a)，使用所述更新后的消去矩陣(C)、所述更新前的預編碼矩陣(F)以 及所述更新后的第2拉格朗日乘數(a),根據<formula>formula see original document page 5</formula>更新所述第1拉格朗日乘數(A)，使用所述更新后的消去矩陣(C)以及所述更新后的第1和第2拉格朗曰乘數(A、 根據<formula>formula see original document page 5</formula>更新所述預編碼矩陣(F)，式中，H,表示所述前方信道矩陣，H2表示所述后方信道矩陣，G表 示所述環(huán)路信道矩陣，C表示所述消去矩陣，F(xiàn)表示與單位矩陣成正比的 預編碼矩陣，W表示用于所述主信號路徑中的加權的加權矩陣，I表示單 位矩陣，^、化表示所述第1和第2拉格朗日乘數，P。表示針對所述發(fā)送 裝置的平均總發(fā)送功率，Pr表示針對所述總發(fā)送功率的所述預定值，以 及cy 表示熱噪聲功率。
10. 根據權利要求1所述的無線中繼裝置，該無線中繼裝置還具有 前饋補償部，其配置成根據加權矩陣(W)對所述主信號路徑中的中繼信號進行加權，以調整所述中繼信號；以及發(fā)送部，其配置成將用于所述發(fā)送裝置中的預編碼的預編碼矩陣(F)發(fā)送到所述發(fā)送裝置，所述權重優(yōu)化部配置成利用所述前方信道矩陣(H,)、所述后方信道 矩陣(H2)以及所述環(huán)路信道矩陣(G)來進行反復操作，以導出所述消 去矩陣(C)、所述加權矩陣(W)以及所述預編碼矩陣(F)。
11. 根據權利要求10所述的無線中繼裝置，其中，所述權重優(yōu)化部配 置成通過反復更新所述消去矩陣(C)、所述加權矩陣(W)以及所述預 編碼矩陣(F)來進行所述反復操作，以便在要求使來自所述發(fā)送裝置的 平均總發(fā)送功率等于預定值(PQ)、并使針對所述接收裝置的平均總發(fā)送 功率等于預定值(P》的約束條件下，使從所述發(fā)送裝置發(fā)送的信號(y) 與在所述接收裝置接收到的信號(x)的平均誤差最小。
12. 根據權利要求11所述的無線中繼裝置，其中，使用更新前的第l拉格朗日乘數(A)、更新前的第2拉格朗日乘數 (A)、所述加權矩陣(W)以及所述預編碼矩陣(F)，根據更新所述消去矩陣(C)，使用所述更新后的消去矩陣(C)、更新前的加權矩陣(W)、更新前 的預編碼矩陣(F)以及更新前的第l拉格朗日乘數(A)，根據-//2 + C - G盯1+ C - G盯1 f 更新所述第2拉格朗日乘數(A)，使用所述更新后的消去矩陣(C)、所述更新前的加權矩陣(W)、所 述更新前的預編碼矩陣(F)以及所述更新后的第2拉格朗日乘數(a), 根據K - [『(/ + C — G,)—1]w //2ff [/ - //2『(/ + C - G『)-'w —〃2 + C - C 『)-1 &〗"+ C - G『)-'if,更新所述第1拉格朗日乘數(A)，使用所述更新后的消去矩陣(C)、所述更新后的第1和第2拉格朗日乘數(^、 //2)以及所述更新前的加權矩陣(W)，根據f - {[『(/ + c — g『)-1 [//2w//2 + ^2/]『(/ + c - g『)-1 //, + a /]}-1 [//2『(/+c—G『r'^]"更新所述預編碼矩陣(F)，使用所述更新后的消去矩陣(C)、所述更新后的預編碼矩陣(F)以 及所述更新后的第1和第2拉格朗日乘數(a、 a)，根據『={[仏FF " + /〗[//f F w[//f //2 + ^ /〗+ G}(/ + C), 更新所述加權矩陣(W)，式中，H,表示所述前方信道矩陣，H2表示所述后方信道矩陣，G表 示所述環(huán)路信道矩陣，C表示所述消去矩陣，F(xiàn)表示與單位矩陣成正比的 預編碼矩陣，W表示用于所述主信號路徑中的加權的加權矩陣，I表示單 位矩陣，^、 ^表示所述第1和第2拉格朗日乘數，Po表示針對所述發(fā)送 裝置的平均總發(fā)送功率，Pr表示針對所述總發(fā)送功率的所述預定值，以及C7 表示熱噪聲功率。
13.根據權利要求1所述的無線中繼裝置，該無線中繼裝置還具有發(fā) 送功率控制部，該發(fā)送功率控制部配置成控制用于向所述接收裝置發(fā)送 中繼信號的發(fā)送功率。
14.一種無線中繼方法，該無線中繼方法經由多個接收天線接收來自發(fā)送裝置的信號，并將從該接收信號導出的中繼信號經由多個發(fā)送天線 發(fā)送到接收裝置，該無線中繼方法具有執(zhí)行以下處理的步驟-估計前方信道矩陣(H,)和環(huán)路信道矩陣(G)，該前方信道矩陣(H,) 表示所述發(fā)送裝置和所述無線中繼裝置之間的無線信道特性，該環(huán)路信 道矩陣(G)表示由于在該無線中繼裝置中同時發(fā)送和接收信號而在中繼 信號中發(fā)生的干擾；利用所述前方信道矩陣(H,)、所述環(huán)路信道矩陣(G)以及后方信 道矩陣(H2)來進行反復操作，導出消去矩陣(C)，該后方信道矩陣(H2) 表示所述無線中繼裝置和所述接收裝置之間的無線信道特性；以及^^主信號路徑中的中繼信號中減去在反饋路徑中根據所述消去矩陣 (C)進行了加權的信號來調整所述中繼信號。
全文摘要
本發(fā)明提供無線中繼裝置和無線中繼方法。在包含發(fā)送裝置、中繼裝置以及接收裝置且使用MIMO方式傳送信號的無線中繼系統(tǒng)中，改善系統(tǒng)整體的差錯率和/或容量。無線中繼裝置利用多個天線，將來自發(fā)送裝置的信號中繼到接收裝置。無線中繼裝置具有信道估計部(26)，其估計前方信道矩陣(H₁)和環(huán)路信道矩陣(G)，前方信道矩陣(H₁)表示與發(fā)送裝置之間的無線信道特性，環(huán)路信道矩陣(G)表示由該無線中繼裝置自身的發(fā)送和接收引起的環(huán)路信道矩陣(G)；權重優(yōu)化部(251)，其利用后方信道矩陣(H₂)、前方信道矩陣(H₁)以及環(huán)路信道矩陣(G)來進行反復處理，導出消去矩陣(C)，后方信道矩陣(H₂)表示與接收裝置之間的無線信道特性；以及反饋補償部(23)，其將在反饋路徑中根據消去矩陣(C)進行了加權的信號與主信號路徑的中繼信號相加，修改該中繼信號。
文檔編號H04W88/08GK101674131SQ20091000228
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者亞圖容·沙嚴翁, 淺井孝浩 申請人:株式會社Ntt都科摩