CN1291017A

CN1291017A - 发送接收装置

Info

Publication number: CN1291017A
Application number: CN00119928A
Authority: CN
Inventors: 须藤浩章
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Yingweite Spe LLC
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2001-04-11
Anticipated expiration: 2020-07-03
Also published as: EP1065804A2; KR20010015127A; JP2001024618A; JP3678944B2; US6839335B1; EP1065804A3; KR100371112B1; CN1233119C

Abstract

分集控制部111计算来自全部分支的全部副载波的接收振幅值,对每个副载波选择得到最大振幅值的分支,选择器104根据上述选择结果进行切换,使得从选择出的分支来发送各副载波,选择器112根据上述选择结果进行切换,使得从选择出的分支来接收各副载波。

Description

发送接收装置

本发明涉及发送接收装置，特别涉及一种发送接收装置及其发送分集方法，在移动通信中将扩频后的发送信号按每个扩频信号分配给副载波进行频分复用，从而进行在OFDM／TDD上组合了CDMA的无线通信。

在CDMA通信中，在多径环境下发生扩频码间干扰，差错率特性恶化。另一方面，对码间干扰抵抗能力强的通信方式已知有使用保护区间的OFDM通信。因此，将CDMA通信多载波化、向各码片(チップ)分配副载波进行频分复用发送的OFDM-CDMA方式的无线通信作为下一代的方式而被注目。

在OFDM-CDMA通信中，分别用不相关的扩频码对多个信号进行扩频，向一个副载波分配一个扩频信号。如果扩频码完全正交，则不管怎样对信号进行复用，所需信号以外的信号也能够通过接收时的解扩处理而完全除去。

以下，用图1及图2来说明现有的OFDM-CDMA发送接收装置。图1是现有发送接收装置的概略结构方框图，图2是现有OFDM-CDMA通信中副载波配置的示例图。

在图1的发送系统中，扩频部1将发送信号1～n分别乘以扩频码1～n，进行扩频处理。这里，设扩频率为k。

加法部2将扩频处理过的发送信号相加，串行／并行(Serial-Parallel；S／P)变换器3将一个序列的信号变换为多个序列，这里，将相加过的扩频处理后的发送信号分为每个扩频信号，将扩频处理后的发送信号1～n分解为每个扩频信号(码片)、即第1码片～第k码片。

IFFT处理部4对多个序列的信号进行逆付立叶变换处理，这里，向一个码片数据信号列分配一个副载波，进行频分复用处理。

即，副载波数与扩频率一致，这里为k个。在副载波1上配置发送信号1～n的第1码片，而在副载波k上配置发送信号1～n的第k码片。即，对码片数据列进行频分复用。其状况示于图2。天线5进行无线信号的发送接收。

在接收系统中，FFT处理部6对接收信号进行付立叶变换处理，取出各副载波信号(码片数据信号列)。补偿部7对每个副载波设一个，对各副载波接收信号进行相位补偿等补偿处理。

并行／串行(Parallel-Serial；P／S)变换器8将多个序列的信号变换为一个序列的信号，这里，将各副载波的信号逐个码片地排序，在时刻t1，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第1码片，在时刻t2，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第2码片，以下依次，在时刻tk，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第k码片。

解扩部9将变换为一个序列的信号的接收信号分别乘以扩频码1～n，进行解扩处理，以便只取出用该码扩频过的信号。

然而，在现有的发送接收装置中，有以下问题。即，在多径环境下，各副载波独立接受衰落变动，如图3所示，会发生接收振幅因副载波而异的情况。

在OFDM-CDMA通信中，对扩频处理过的各发送信号在每个码片的配置位置上进行频分复用，向每个码片分配一个副载波，所以各副载波的接收振幅的偏差直接成为扩频信号的接收振幅的偏差，所以扩频码间的正交性被破坏。

即，扩频码选择得使各扩频码间正交，但是这是以各扩频码的振幅一定为前提的，所以如果扩频码的接收振幅发生偏差，则导致正交性被破坏。

例如，扩频信号列RX[1，-1，1，1]和扩频码列TX[-1，-1，1，-1]的相关为

RX·TX=[1，-1，1，1]·[-1，-1，1，-1]

=1×(-1)+(-1)×(-1)+1×1+1×(-1)

=0可确认有正交性，但是在这里，如果扩频信号列RX发生振幅偏差，成为RX’[3，-0．1，0．2，1]，则

RX’·TX=[3，-0．1，0．2，1]·[-1，-1，1，-1]

=3×(-1)+(-0．1)×(-1)+0．2×1+1×(-1)

=-3．7失去正交性。

这样，在多径环境中，如果扩频码间的正交性被破坏，则其他信号分量以与正交性被破坏的程度相应的程度作为噪声分量而残留，所以差错率特性恶化。如果复用数增加，则噪声分量也增加，所以该差错率特性的恶化与复用数成正比，复用数越多，则恶化的程度也越大。

通常，在无线通信系统中，进行控制，使得差错率保持在一定值以下，所以由于差错率特性的恶化而使能够复用的信号数减少，使传输容量降低。

本发明的目的是提供一种发送接收装置，能够降低副载波间的振幅差，维持扩频码间的正交性，提高多径环境下的传输效率。

本发明的主题是，在接收时，对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时，在每个分支上只发送上述选择出的副载波。

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是现有发送接收装置的概略结构方框图；

图2是现有OFDM-CDMA通信中副载波配置的示例图；

图3是现有OFDM-CDMA通信中的副载波配置的示例图；

图4是本发明实施例1的发送接收装置的概略结构方框图；

图5是本发明实施例1的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图；

图6A是本发明实施例1的分支1的发送信号的副载波配置的示例图；

图6B是本发明实施例1的分支2的发送信号的副载波配置的示例图；

图6C是本发明实施例1的接收信号的副载波配置的示例图；

图7是本发明实施例2的发送接收装置的概略结构方框图；

图8是本发明实施例2的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图；

图9A是本发明实施例2的分支1的发送信号的副载波配置的示例图；

图9B是本发明实施例2的分支2的发送信号的副载波配置的示例图；

图9C是本发明实施例2的接收信号的副载波配置的示例图；以及

图10是本发明实施例3的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

(实施例1)

本实施例的发送接收装置在接收时，对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时，在每个分支上只发送上述选择出的副载波。

以下，用图4至图7来说明本实施例的发送接收装置。图4是本发明实施例1的发送接收装置的概略结构方框图，图5是本发明实施例1的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图，图6A～6C是本发明实施例1的发送信号及接收信号的副载波配置的示例图。这里，设分支数为2。

在图4的发送系统中，扩频部101将发送信号1～n分别乘以扩频码1～n，进行扩频处理。这里，设扩频率为k。加法部102将扩频处理过的发送信号相加，S／P变换器将相加过的扩频处理后的发送信号分为每个扩频信号，将扩频处理后的发送信号1～n分解为每个扩频信号、即第1码片～第k码片。

选择器104对每个副载波设一个，将来自后述分集控制部111的指示作为切换控制，输入的扩频信号被切换，使其输出到后述分支1用的IFFT处理部105或分支2用的IFFT处理部106。

IFFT处理部105是分支1用的IFFT处理部，向一个码片数据信号列分配一个副载波，进行频分复用处理。同样，IFFT处理部106是分支2用的IFFT处理部，向一个码片数据信号列分配一个副载波，进行频分复用处理。

天线107进行与分支1有关的无线信号的发送接收，而天线108进行与分支2有关的无线信号的发送接收。

另一方面，在接收系统中，FFT处理部109是分支1用的FFT处理部，对接收信号进行付立叶变换处理，取出各副载波信号(码片数据信号列)。同样，FFT处理部110是分支2用的FFT处理部，对接收信号进行付立叶变换处理，取出各副载波信号(码片数据信号列)。

分集控制部111对各分支的各副载波检测接收振幅，对各副载波选择接收电平最大的分支。选择结果作为切换控制信号被输出到发送系统的各选择器104及后述接收系统的选择器112。分集控制部111的结构将后述。

选择器112对每个副载波设一个，将来自分集控制部111的指示作为切换控制，对各副载波，将分支1用的FFT处理部109或分支2用的FFT处理部110中某个的接收信号分别输出到对应的补偿部113(后述)。

补偿部113对每个副载波设一个，对各副载波接收信号进行相位补偿等补偿处理。P／S变换器114将各副载波的信号逐个码片地排序，在时刻t1，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第1码片，在时刻t2，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第2码片，以下依次，在时刻tk，输出对扩频处理并发送的信号1～n进行复用所得的信号的第k码片。

解扩部115将变换为一个序列的信号的接收信号分别乘以扩频码1～n，进行解扩处理，以便只取出用该码扩频过的信号。

接着，用图5来说明分集控制部111的结构。在图5中，平方和计算部201对各分支的各副载波设一个，对接收信号计算

\sqrt{(I^{2} + Q^{2}),}

计算接收振幅。比较部202对各副载波通过大小比较来判定来自哪个分支的接收振幅最大。通过判定而选择出的分支是哪个的信息按每个副载波，作为切换控制信号被输出到发送系统的选择器104及接收系统的选择器112。

接着，说明具有上述结构的发送接收装置的操作。

在发送系统中，各发送信号(1～n)由扩频部101分别通过扩频码1～n进行扩频处理，由加法部102相加，成为一个序列的信号，由S／P变换器103按每个码片分为与扩频率(这里是k)同数的副载波(1～1k)。

即，如果设对各发送信号进行16倍扩频，扩频处理后的各发送信号的第1码片构成的信号列由副载波1载送，以下依次向发送信号内的每个码片位置分配副载波，第16码片构成的信号列由副载波16载送。

各副载波发送信号由分集控制部111控制切换的选择器104输出到IFFT处理部105或IFFT处理部106中的某个，进行IFFT处理，从天线107(分支1)或天线108(分支2)进行发送。

这样，在发送系统中，对各副载波，从接收系统中接收振幅大的分支进行发送。图6A示出由分支1发送的副载波群的一例，图6B示出由分支2发送的副载波群的一例。

如图所示，各副载波从某个分支进行发送，所以在接收端，通过合并来自两个分支的信号，能够得到全部副载波的信号。

另一方面，在接收系统中，由天线107(分支1)及天线108(分支2)分别接收到的接收信号分别由FFT处理部109及110进行FFT处理。

各分支的各副载波的接收信号由分集控制部111计算接收振幅，对每个副载波进行大小比较，比较来自哪个分支的接收信号的振幅值大。在各副载波中，选择出的分支被输出到发送系统的选择器104及接收系统的选择器112。

FFT处理过的接收信号由对每个副载波所设的选择器112对每个副载波选择、输出分支1或分支2中某个接收振幅值大的一方。其状况示于图6C。对每个副载波、即每个频率，选择接收振幅大的分支的信号，所以能够排除骤降的副载波。

选择出的副载波接收信号由补偿部113补偿相位旋转等，由P／S变换部114逐个码片地排序，变换为一个序列的信号，由解扩部115分别通过扩频码进行解扩处理，得到接收信号1～n。

这样，根据本实施例，在接收时对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时在每个分支上只发送上述选择出的副载波，从而降低了副载波接收信号的振幅偏差，所以能够维持扩频码间的正交性，防止多径环境下的传输效率降低。

(实施例2)

本实施例的发送接收装置具有与实施例1同样的结构，只是进行发送增益控制。

以下，用图7至图9来说明本实施例的发送接收装置。图7是本发明实施例2的发送接收装置的概略结构方框图，图8是本发明实施例2的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图，图9是本发明实施例2的发送信号及接收信号的副载波配置的示例图。对与实施例1同样的结构附以相同的标号，并且省略其详细说明。

在图7中，除法器401按照接收系统中各副载波的接收振幅值，用设定的每个副载波的除法系数分别除各副载波信号，使得各副载波的振幅值相等。

如果进行考虑了这种传播路径的发送振幅控制，则发送信号按每个副载波被预先加权，以图9A及图9B所示的振幅值的状态被发送。图9A示出从分支1发送的发送信号的副载波配置的一例，图9B示出从分支2发送的发送信号的副载波配置的一例。

分集控制部402计算来自对每个副载波选择出的分支的接收信号的平均振幅值，对每个副载波计算接收振幅值和平均振幅值之比。

在图8中，平均化部501计算来自由比较部202选择出的分支的接收信号的每个副载波的平均振幅值。计算部502对每个副载波分别计算对每个副载波选择出的接收信号的振幅值、和平均化部501算出的平均振幅值之比，将其作为除法系数分别输出到除法器401。

上述除法系数W(k)等于(平方和计算部201的输出)／(平均化部501的输出)，所以能够用下述式1表示。其中，I_k是副载波k的接收I信号，Q_k是副载波k的接收Q信号，N是全部副载波数，k是副载波号。

W (k) = \sqrt{\frac{I_{k}^{2} + Q_{k}^{2}}{\frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} (I_{k}^{2} + Q_{k}^{2})}}

…式1

进行上述发送振幅控制后，接收端接收发送前预先按照传播路径状况进行过加权处理的信号，所以接收到的各副载波的振幅值如图9C所示，为一定值，能够更好地除去振幅偏差。

这样，根据本实施例，按照接收振幅对每个副载波进行发送振幅控制，在发送前预先进行考虑了传播路径状况的加权，所以能够使接收端的接收振幅为一定值，能够进一步降低接收振幅偏差。

(实施例3)

本实施例的发送接收装置具有与实施例2同样的结构，只是对振幅值(增益)设上限，以降低峰值功率。

以下，用图10来说明本实施例的发送接收装置。图10是本发明实施例3的发送接收装置的分集控制部的概略结构方框图。对与实施例2同样的结构附以相同的标号，并且省略其详细说明。

在图10中，比较部701对每个副载波设一个，对计算部502算出的除法系数W(k)和作为预设的任意数的振幅上限值进行大小比较，将比较结果输出到选择器702。

选择器702将比较部701的输出信号作为切换控制信号，来切换输入端，使得在除法系数低于上限值的情况下，原封不动地输出除法系数，而在除法系数超过上限值的情况下，输出上限值。

这样，根据本实施例，由于使振幅值不超过预定的上限值，所以能够降低峰值功率。

在本实施例中，通过按照副载波数自适应地变化振幅上限值，既能够降低峰值功率，又能够提高传输效率。

在上述实施例1至实施例3中，是就分支数为2的情况进行说明的，但是本发明的适用不限于该条件，分支数可以任意。此外，副载波数、扩频码长也为任意。

此外，在上述实施例1至实施例3中，作为分集的种类，是就使用选择分集的情况进行说明的，但是本发明不限于上述条件，使用等增益合成分集、最大比合成分集等其他种类的分集来应用本发明也能够取得效果。

上述实施例1至实施例3中说明的发送分集应用于普通的OFDM通信也能改善差错率特性，但是不能提高传输效率。这是因为，在用一个副载波载送一个发送信号的普通OFDM通信中，如果用一个副载波载送两个以上的发送信号，则即使各副载波的接收振幅一定，由于在各副载波内所需波以外的信号成为干扰，所以存在与所需信号相同电平的干扰波，难以进行通信。

本发明的发送接收装置采用下述结构，包括：接收部，分别从多个分支接收频分复用过的多个载波构成的无线信号；分支选择部，计算全部分支的各载波的接收振幅值，对每个载波检测得到最大接收振幅的分支；解调部，用规定的扩频码对选择出的载波进行解扩处理，取出数据；以及发送部，对多个发送数据分别用不同的扩频码进行扩频处理，用多个载波进行频分复用，对每个载波从上述分支选择部选择出的分支进行发送。

根据该结构，在接收时对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时在每个分支上只发送上述选择出的副载波，从而降低了副载波接收信号的振幅偏差，所以能够维持扩频码间的正交性，防止多径环境下的传输效率降低。

本发明的发送接收装置采用下述结构，其中，上述发送部具有：平均值计算部，计算上述选择出的载波的平均接收振幅值；除法系数计算部，对每个载波计算上述选择出的载波的接收振幅值和上述平均接收振幅值之比；以及除法部，对每个载波，将频分复用处理前的发送信号分别除以上述比。

根据该结构，按照接收振幅对每个副载波进行发送振幅控制，在发送前预先进行考虑了传播路径状况的加权，所以能够使接收端的接收振幅为一定值，能够进一步降低接收振幅偏差。

本发明的发送接收装置采用下述结构，其中，上述除法系数计算部保持任意的阈值，对算出的上述比和上述阈值进行大小比较，在上述阈值大的情况下，用上述阈值取代算出的比并输出到上述除法部。

根据该结构，由于使振幅值不超过预定的上限值，所以能够降低峰值功率。

本发明能够应用于数字无线通信系统中的通信终端装置和基站装置。

由此，在OFDM-CDMA通信中进行发送分集，在接收时对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时在每个分支上只发送上述选择出的副载波，从而降低了副载波接收信号的振幅偏差，所以能够维持扩频码间的正交性，提高多径环境下的传输效率。

本发明的发送分集方法包括：接收步骤，分别从多个分支接收频分复用过的多个载波构成的无线信号，计算全部分支的各载波的接收振幅值，对每个载波检测得到最大接收振幅的分支，对每个载波用规定的扩频码对来自上述检测出的分支的接收信号进行解扩处理，取出数据；以及发送步骤，对多个发送数据分别用不同的扩频码进行扩频处理，用多个载波进行频分复用，对每个载波从上述选择出的分支进行发送。

根据该方法，在接收时对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时在每个分支上只发送上述选择出的副载波，从而降低了副载波接收信号的振幅偏差，所以能够维持扩频码间的正交性，防止多径环境下的传输效率降低。

本发明的发送分集方法计算上述选择出的载波的平均接收振幅值，对每个载波计算上述选择出的载波的接收振幅值和上述平均接收振幅值之比，对每个载波，将频分复用处理前的发送信号分别除以上述比。

根据该方法，按照接收振幅对每个副载波进行发送振幅控制，在发送前预先进行考虑了传播路径状况的加权，所以能够使接收端的接收振幅为一定值，能够进一步降低接收振幅偏差。

本发明的发送分集方法保持任意的阈值，对算出的上述比和上述阈值进行大小比较，在上述阈值大的情况下，对每个副载波，用上述阈值取代算出的比来除频分复用处理前的发送信号。

根据本发明，由于使振幅值不超过预定的上限值，所以能够降低峰值功率。

如上所述，根据本发明，在OFDM-CDMA通信中进行发送分集，在接收时对每个副载波选择接收振幅最大的分支，而在发送时在每个分支上只发送上述选择出的副载波，从而降低了副载波接收信号的振幅偏差，所以能够维持扩频码间的正交性，提高多径环境下的传输效率。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

本说明书基于1999年7月2日申请的特愿平11-189520号。其内容全部包含于此。

Claims

1、一种发送接收装置，包括：接收部件，分别从多个分支接收频分复用过的多个载波构成的无线信号；分支选择部件，计算全部分支的各载波的接收振幅值，对每个载波检测得到最大接收振幅的分支；解调部件，用规定的扩频码对选择出的载波进行解扩处理，取出数据；以及发送部件，对多个发送数据分别用不同的扩频码进行扩频处理，用多个载波进行频分复用，对每个载波从上述分支选择部件选择出的分支进行发送。

2、如权利要求1所述的发送接收装置，其中，上述发送部件具有：平均值计算部，计算上述选择出的载波的平均接收振幅值；除法系数计算部，对每个载波计算上述选择出的载波的接收振幅值和上述平均接收振幅值之比；以及除法部，对每个载波，将频分复用处理前的发送信号分别除以上述比。

3、如权利要求2所述的发送接收装置，其中，上述除法系数计算部保持任意的阈值，对算出的上述比和上述阈值进行大小比较，在上述阈值大的情况下，用上述阈值取代算出的比并输出到上述除法部。

4、一种OFDM-CDMA通信中的发送分集方法，包括：接收步骤，分别从多个分支接收频分复用过的多个载波构成的无线信号，计算全部分支的各载波的接收振幅值，对每个载波检测得到最大接收振幅的分支，对每个载波用规定的扩频码对来自上述检测出的分支的接收信号进行解扩处理，取出数据；以及发送步骤，对多个发送数据分别用不同的扩频码进行扩频处理，用多个载波进行频分复用，对每个载波从上述选择出的分支进行发送。

5、如权利要求4所述的OFDM-CDMA通信中的发送分集方法，计算上述选择出的载波的平均接收振幅值，对每个载波计算上述选择出的载波的接收振幅值和上述平均接收振幅值之比，对每个载波，将频分复用处理前的发送信号分别除以上述比。

6、如权利要求5所述的OFDM-CDMA通信中的发送分集方法，保持任意的阈值，对算出的上述比和上述阈值进行大小比较，在上述阈值大的情况下，对每个副载波，分别用上述阈值取代算出的比来除频分复用处理前的发送信号。