JP5886738B2 - Base station apparatus, radio communication method, and radio communication system - Google Patents
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Description
本発明は、基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。 The present invention relates to a base station apparatus, a radio communication method, and a radio communication system.
現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴い、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇の危機を迎えている。いわゆる第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話へ移行したり、新しい周波数帯の新規割り当てなども行われているが、サービスを望む事業者が多いことから、一つの事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。この周波数資源の逼迫状態を解消するための技術として、マルチユーザMIMO技術が注目されている。 Currently, with the explosive spread of smartphones, highly convenient microwave band frequency resources are in danger of being exhausted. There is a transition from so-called third-generation mobile phones to fourth-generation mobile phones and new allocation of new frequency bands, but since there are many operators who want services, they are assigned to one operator. Frequency resources are limited. Multi-user MIMO technology has attracted attention as a technology for eliminating the tight state of frequency resources.
[マルチユーザMIMO技術について]
(マルチユーザMIMOの概要)
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局装置でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献1にて検討されているマルチユーザMIMO技術について説明をする。
図20は、マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザMIMOシステムは、基地局装置801と、端末装置802−1、802−2、802−3(端末装置#1〜#3)とを具備している。実際に一つの基地局装置801が収容する端末装置802の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し(同図では端末装置802−1〜802−3)、通信を行う。各端末装置802は、基地局装置801と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。以下では、基地局装置801から端末装置802への通信(ダウンリンク)を行う場合について説明する。
[About multi-user MIMO technology]
(Outline of multi-user MIMO)
Coherent transmission and phased array antenna technology are basically technologies that improve channel gain, and in order to increase the channel capacity when covering a wide service area with one base station device, another wireless communication Technology is required. On the other hand, since frequency resources are limited, here, for example, a multi-user MIMO technique studied in Non-Patent
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a multi-user MIMO system. As shown in the figure, the multi-user MIMO system includes a
基地局装置801は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置802−1〜803に対してそれぞれ3つのMIMOチャネルを割り当て、全体として9系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置802−1に対して送信する信号は、端末装置802−2及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末装置802−2及び端末装置802−3への干渉を抑制する。同様に、端末装置802−2に対して送信する信号は、端末装置802−1及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置802−3にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置802−1においては、端末装置802−2及び端末装置802−3で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置802間での協調的な受信処理ができない。つまり、3本のアンテナしかない端末装置802−1のみの受信処理において、9系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末装置802−1〜802−3には他の端末装置802の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。以上が既存のマルチユーザMIMOシステムの概要である。
次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置801が9つのアンテナ素子を備え、各端末装置802−1〜802−3が3つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図20において、基地局装置801の第j(j=1,…,9)のアンテナ素子と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子との間のチャネル情報をh1jと表記する。基地局装置801の各アンテナ素子(j=1,…,9)と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルh1を(h11,h12,h13,…,h18,h19)と表記する。同様に、基地局装置801の第jのアンテナ素子と、端末装置802−1の第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子との間のチャネル情報をh2j及びh3jと表記し、対応する行ベクトルh2及びh3を(h21,h22,h23,…,h28,h29)及び(h31,h32,h33,…,h38,h39)と表記する。端末装置802−2及び端末装置802−3のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルh4〜h9を(h41,h42,h43,…,h48,h49)〜(h91,h92,h93,…,h98,h99)と表記する。
Next, a method for forming a directional beam will be described below. Here, a case will be described in which
加えて、基地局装置801が送信する9系統の信号をt1〜t9と表記し、これを成分とする列ベクトルをTx[all]=(t1,t2,t3,…,t8,t9)Tと表記する。ここで、右肩のTの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末装置802−1〜80−3の9本のアンテナ素子での受信信号をr1〜r9と表記し、これを成分とする列ベクトルをRx[all]=(r1,r2,r3,…,r8,r9)Tと表記する。最後に、行ベクトルh1〜h9を第1から第9行成分とする行列を、全体チャネル情報行列H[all]と表記する。また、ノイズをnと表記する。
この場合、マルチユーザMIMOシステム全体として、次式(1)の関係が成り立つ。
In addition, nine systems of signals transmitted by the
In this case, the relationship of the following formula (1) is established for the entire multiuser MIMO system.
これに対し送信指向性制御を行うため、9行9列の送信ウエイト行列Wを導入し、式(1)を次式(2)のように書き換える。 On the other hand, in order to perform transmission directivity control, a transmission weight matrix W of 9 rows and 9 columns is introduced, and the equation (1) is rewritten as the following equation (2).
更に、送信ウエイト行列Wを列ベクトルw1〜w9に分解し、W=(w1,w2,w3,…,w8,w9)と表記すると、式(2)における「H[all]・W」を次式(3)のように表せる。
Furthermore, the transmission weight matrix W is decomposed into column vectors w 1 ~w 9, W = ( w 1,
ここで、例えば6つの行ベクトルh4〜h9と、3つの列ベクトルw1〜w3との乗算(各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる)が全てゼロになるように、w1〜w3の値を選ぶことを考える。同時に、行ベクトルh1〜h3及びh7〜h9と列ベクトルw4〜w6との乗算、行ベクトルh1〜h6と列ベクトルw7〜w9との乗算が全てゼロになるように、w4〜w9の値を選ぶことにする。
すると、式(3)に示す9行9列の行列H[all]・Wは、3行3列の部分行列を用いて、次式(4)のように表すことができる。
Here, for example, the multiplication of the six row vectors h 4 to h 9 and the three column vectors w 1 to w 3 (the sum of the multiplication of each component, which is different from the inner product in the case of a complex vector) is all zero. Consider that the values of w 1 to w 3 are selected. At the same time, the multiplication of the
Then, the 9 × 9 matrix H [all] · W shown in Equation (3) can be expressed as the following Equation (4) using a 3 × 3 partial matrix.
式(4)において、H[1]、H[2]、及びH[3]は3行3列の行列であり、「0」は成分が全てゼロの3行3列の行列である。このような条件を満たす変換行列を送信ウエイト行列Wに選択することで、式(4)は次式(5−1)〜式(5−3)で表される3つの関係式に分解できる。 In Equation (4), H [1] , H [2] , and H [3] are 3-by-3 matrices, and “0” is a 3-by-3 matrix with all components zero. By selecting a transformation matrix that satisfies such conditions as the transmission weight matrix W, the equation (4) can be decomposed into three relational expressions represented by the following equations (5-1) to (5-3).
ここで、Tx[1]=(t1,t2,t3)T、Tx[2]=(t4,t5,t6)T、Tx[3]=(t7,t8,t9)T、Rx[1]=(r1,r2,r3)T、Rx[2]=(r4,r5,r6)T、Rx[3]=(r7,r8,r9)Tとした。このようにして、一つの基地局装置が1対1でMIMO通信を行う、いわゆるシングルユーザMIMO通信が3系統、同時並行的に通信を行っている状態とみなすことができるようになる。
Here, Tx [1] = (t 1,
次に、送信ウエイトベクトルw1〜w9の決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw1〜w3を決定し、順次、端末装置802−2に対する送信ウエイトベクトルw4〜w6、端末装置802−3に対する送信ウエイトベクトルw7〜w9を決定する。
まず、第1ステップとして、端末装置802−2、802−3に対する6つの行ベクトルh4〜h9が張る6次元部分空間における6つの基底ベクトルe4〜e9を求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
まず、一つの行ベクトルh4に着目し、この方向で絶対値が1のベクトルを基底ベクトルe4とする。基底ベクトルe4は次式(6)として表される。
Next, an example of a method for determining the transmission weight vectors w 1 to w 9 will be described below. As a procedure, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are determined, and transmission weight vectors w 4 to w 6 for the terminal device 802-2 and transmission weight vectors w 7 for the terminal device 802-3 are sequentially set. to determine the ~w 9.
First, as a first step, six basis vectors e 4 to e 9 in a six-dimensional subspace spanned by six row vectors h 4 to h 9 for the terminal devices 802-2 and 802-3 are obtained. There are various methods other than the Gram Schmidt orthogonalization method. The Gram Schmidt orthogonalization method will be described as an example here.
First, paying attention to one row vector h 4 , a vector having an absolute value of 1 in this direction is set as a base vector e 4 . The basis vector e 4 is expressed as the following equation (6).
式(6)における(h4h4 H)は同一ベクトルの絶対値の2乗を意味するスカラー量であり、この値の平方根での除算は行ベクトルh4を規格化することを意味する。また、「h4 H」は、行ベクトルh4に対するエルミート共役ベクトルであり、行と列を転置し且つ各成分の複素共役をとることで得られるベクトルである。
次に、行ベクトルh5に着目し、この行ベクトルの中から基底ベクトルe4方向の成分をキャンセルした行ベクトルh5’を求めた後、更に規格化する。行ベクトルh5’と基底ベクトルe5とは、次式(7−1)及び式(7−2)で表される。
( H 4 h 4 H ) in Equation (6) is a scalar quantity that means the square of the absolute value of the same vector, and division by the square root of this value means normalization of the row vector h 4 . “H 4 H ” is a Hermitian conjugate vector for the row vector h 4 , and is a vector obtained by transposing the row and column and taking the complex conjugate of each component.
Next, focusing on the row vector h 5, after obtaining the row vector h 5 'canceling the basis vectors e 4 direction component from among the row vectors further normalized. The row vector h 5 ′ and the basis vector e 5 are expressed by the following expressions (7-1) and (7-2).
式(7−1)における(h5e4 H)は、行ベクトルh5の基底ベクトルe4方向への射影を意味する。同様の処理を次式(8−1)及び次式(8−2)のように行う。 ( H 5 e 4 H ) in Equation (7-1) means the projection of the row vector h 5 in the direction of the base vector e 4 . The same processing is performed as in the following equation (8-1) and the following equation (8-2).
ここで、式(8−1)におけるΣの総和の範囲は、4≦i≦(j−1)(jは5〜9の整数)の整数iに対する総和となっている。つまり、既に確定した規定ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。このようにして、6つの基底ベクトルe4〜e9を求めることができる。
次に、第2ステップとして、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw1〜w3を求める。まず、行ベクトルh1〜h3から、基底ベクトルe4〜e9が張る6次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には、次式(9)で表される。
Here, the range of the summation of Σ in the equation (8-1) is the summation for the integer i of 4 ≦ i ≦ (j−1) (j is an integer of 5 to 9). That is, it means that the component in the defined vector direction that has already been determined is canceled. In this way, six basis vectors e 4 to e 9 can be obtained.
Next, as a second step, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are obtained. First, the components of the 6-dimensional subspace spanned by the base vectors e 4 to e 9 are canceled from the row vectors h 1 to h 3 . Specifically, it is represented by the following formula (9).
ここで、式(9)におけるjは1〜3の整数であり、Σの総和の範囲は4≦i≦9の整数iに対する総和となっている。このようにして求めた行ベクトルh1’〜h3’の3つのベクトルが張る3次元空間は上述の行ベクトルh4〜h9のいずれとも直交している。この3次元空間内の3つのベクトル(必ずしも直交ベクトルである必然性はない)を選び、そのベクトルの複素共役ベクトルを送信ウエイトベクトルw1〜w3として設定すれば、他の端末装置802−2、802−3への干渉を抑圧することができる。 Here, j in the formula (9) is an integer of 1 to 3, and the range of the sum of Σ is the sum for the integer i of 4 ≦ i ≦ 9. The three-dimensional space spanned by the three vectors of the row vectors h 1 ′ to h 3 ′ thus obtained is orthogonal to any of the above-described row vectors h 4 to h 9 . If three vectors in this three-dimensional space (not necessarily an orthogonal vector) are selected and the complex conjugate vector of the vector is set as transmission weight vectors w 1 to w 3 , another terminal device 802-2, Interference with 802-3 can be suppressed.
なお、3つのベクトルの選び方は如何なる方法でも構わないが、例えば特異値分解を行って得られるユニタリー行列を構成する3つの直交ベクトルを用いれば、他の端末装置802に干渉を与えない部分空間内に限定された固有モード伝送が可能になり、効率的な伝送が可能になる。
最後に、第3ステップとして、これと同様の処理を端末装置802−2、端末装置802−3に対しても行えば、最終的に全体の送信ウエイトベクトルw1〜w9を求めることができる。
以上が送信ウエイト行列Wの求め方である。
Note that any method may be used for selecting the three vectors. For example, if three orthogonal vectors that form a unitary matrix obtained by performing singular value decomposition are used, the sub-spaces that do not interfere with other
Finally, as a third step, if the same processing is performed for the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3, finally the entire transmission weight vectors w 1 to w 9 can be obtained. .
The above is how to obtain the transmission weight matrix W.
図21は、マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順を示すフローチャートである。まず、送信ウエイト行列Wの算出にあたり、全ての端末装置802へのチャネル情報行列Hを取得する(ステップS801)。宛先とする端末装置802に対して通し番号を付与し、その通し番号を示す変数をkとした場合、まずkを初期化する(ステップS802)。更に、kをカウントアップし(ステップS803)、現在のkが示す値に対応する端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報(ここでは便宜上、Hmainと表記する。)を抽出し(ステップS804)、それ以外の宛先の端末装置802に対する部分チャネル情報行列(ここでは便宜上、Hsubと表記する。)を抽出する(ステップS805)。
FIG. 21 is a flowchart showing a procedure for calculating a transmission weight matrix W in the multiuser MIMO system. First, in calculating the transmission weight matrix W, channel information matrices H for all the
更に、部分チャネル行列Hsubの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{ej}と置く(ステップS806)。次に、式(9)に相当する処理として、着目している端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報行列HmainからステップS806において求めた基底ベクトル{ej}に関する成分をキャンセルし、これを行列〜Hmainとする(ステップS807)。ここで、ステップS807において、「〜(チルダ)」が上に付されたHを「〜H」と表記する。以下、数式等においても同様に、「^(ハット)」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。 Further, an orthogonal basis vector of a subspace spanned by each row vector of the partial channel matrix H sub is calculated, and this is set as a basis vector {e j } (step S806). Next, as processing corresponding to Equation (9), the component related to the basis vector {e j } obtained in step S806 from the partial channel information matrix H main for the terminal device 802 (# 1) of interest is canceled, Is a matrix to H main (step S807). Here, in step S807, H with “˜ (tilde)” added thereto is denoted as “˜H”. Hereinafter, similarly, in a mathematical expression or the like, when a character such as “^ (hat)” is written on the character, the symbol is written before the character.
更に、行列〜Hmainの行ベクトルが張る部分空間の任意の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{ei}とする(ステップS808)。ここで、任意の基底ベクトルとは、例えば行列〜Hmainを特異値分解した際の右特異行列を構成するベクトルなどを選んでもよい。その後、基底ベクトル{ei}の各ベクトルのエルミート共役ベクトル(複素共役ベクトルを転置した列ベクトル)として、端末装置802(#1)の信号に関する送信ウエイトベクトル{wj}を決定する(ステップS809)。 Further, an arbitrary orthogonal basis vector of the subspace spanned by the row vectors of the matrix to H main is calculated, and this is set as the basis vector {e i } (step S808). Here, as the arbitrary base vector, for example, a vector constituting the right singular matrix when the matrix ~ H main is subjected to singular value decomposition may be selected. Thereafter, a transmission weight vector {w j } relating to the signal of the terminal device 802 (# 1) is determined as a Hermitian conjugate vector (a column vector obtained by transposing the complex conjugate vector) of each vector of the basis vector {e i } (step S809). ).
ここで、全ての宛先の端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みか否かを判定し(ステップS810)、残りの端末装置802があれば、ステップS803からステップS809までの処理を繰り返す。全ての端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル{wj}を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Wを決定し(ステップS811)、処理を終了する。
Here, it is determined whether or not the transmission weight vectors of all
なお、チャネル情報は一般的には周波数成分ごとに異なるため、広帯域の信号、例えばOFDM変調方式を用いた信号であれば、周波数成分ごと、すなわちサブキャリアごとに同様の送信ウエイトを算出することになる。またここでは、端末装置802−1〜802−3がそれぞれアンテナを3素子ずつ備えている場合について説明したため、ステップS808にて行列〜Hmainの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出する処理を含んでいたが、端末装置が1本のアンテナのみを備える場合には、ステップS808は単に行列〜Hmainに相当する行ベクトルを規格化することに対応する。 Since channel information generally differs for each frequency component, if a wideband signal, for example, a signal using the OFDM modulation method, a similar transmission weight is calculated for each frequency component, that is, for each subcarrier. Become. Here, since the case where each of the terminal devices 802-1 to 802-3 includes three antennas has been described, in step S808, the orthogonal basis vector of the subspace spanned by each row vector of the matrix to H main is calculated. In the case where the terminal device includes only one antenna, step S808 simply corresponds to normalizing a row vector corresponding to the matrix ~ H main .
以上は一般的なマルチユーザMIMOの送受信ウエイトの算出方法であり、端末装置側に複数のアンテナが備えられていることを想定し、全体のチャネル行列を式(4)に示したようにブロック対角化する方法である。しかし、同様の送受信ウエイトの算出法としては、その他にも幾つかのバリエーションがある。これらのバリエーションは必ずしも端末装置のアンテナが1本である必要はないが、以下の説明では簡単のために1本アンテナの端末装置がN台同時に空間多重する場合を想定した説明を行う。以下にその他の送受信ウエイトを算出する方法の説明を行う。 The above is a general multi-user MIMO transmission / reception weight calculation method. Assuming that a plurality of antennas are provided on the terminal device side, the entire channel matrix is expressed as shown in equation (4). It is a method of keratinization. However, there are several other variations of similar transmission / reception weight calculation methods. These variations do not necessarily require a single antenna for the terminal device, but for the sake of simplicity, the following description will be given assuming that N terminal devices with a single antenna are spatially multiplexed simultaneously. A method for calculating other transmission / reception weights will be described below.
まず、基地局装置801の送受信ウエイトに関しては、式(1)等に示した全体のチャネル行列H[all]に対し、次式(10−1)及び(10−2)で表されるZF(Zero Forcing)型の擬似逆行列を算出し、これを送信ウエイト及び受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
First, regarding the transmission / reception weights of the
ここで、空間多重する端末装置数をN台、基地局装置801のアンテナ素子の数をK本(N<K)とすると、例えばダウンリンクを例にとればチャネル行列H[all]のサイズはN×K(N行K列)である。H[all]のランクがNであれば、行列H[all]・H[all]HのサイズはN×Nで逆行列が存在し、式(10−1)を用いて擬似逆行列を得ることができる。一般に、Nに対してKの値が十分冗長であれば、このN×Nの行列のランクは安定的にNとなり、逆行列が安定的に存在する。同様に、基地局装置801の受信に相当するアップリンクの受信ウエイトに関しては、チャネル行列H[all]のサイズはK×N(K行N列)であり、行列H[all]H・H[all]のサイズもN×Nとなり、一般には逆行列が存在し、次式(10−2)で表されるZF型の擬似逆行列を算出し、これを受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
なお、同様の送受信ウエイトとして知られているMMSEウエイトでは、雑音電力をσ2とすれば、次式(11−1)及び次式(11−2)を式(10−1)及び式(10−2)の代わりに用いてもよい。なお、式(11−1)及び式(11−2)における「I」はN×N(N行N列)の単位行列である。
Here, assuming that the number of terminal devices to be spatially multiplexed is N and the number of antenna elements of the
In the MMSE weight known as a similar transmission / reception weight, if the noise power is σ 2 , the following expressions (11-1) and (11-2) are converted into expressions (10-1) and (10): -2) may be used instead. Note that “I” in Equations (11-1) and (11-2) is an N × N (N rows and N columns) unit matrix.
(マルチユーザMIMOの装置構成例)
図22は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、送信部81、受信部85、インタフェース回路87、MAC層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。MAC層処理回路88はスケジューリング処理回路881を有している。
基地局装置80は、インタフェース回路87を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路87は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路88に出力する。MAC層処理回路88は、基地局装置80全体の動作の管理制御を行う通信制御回路820の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路87で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路881は、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に出力される。
(Multi-user MIMO device configuration example)
FIG. 22 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the
The
図23は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−L(Lは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−K(Kは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−Kと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−Kと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−Kと、フィルタ817−1〜817−Kと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−Kと、アンテナ素子819−1〜819−Kと、送信ウエイト処理部830とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−Lと、送信ウエイト処理部830とは、図22において示した通信制御回路820に接続されている。
FIG. 23 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the
送信ウエイト処理部830は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路832と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路833とを備えている。ここで、同図における送信信号処理回路811−1〜811−Lの添え字のLは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−Kからアンテナ素子819−1〜819−Kまでの回路の添え字のKは、基地局装置80が備えるアンテナ素子数を表す。
The transmission
マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−Lに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先の端末装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#L)がMAC層処理回路88から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号は周波数成分ごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号に周波数成分ごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−Kに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路812−1〜812−Kに入力される。
In multi-user MIMO, in order to transmit signals to a plurality of terminal devices at a time, a plurality of signal sequences are input from the MAC
加算合成回路812−1〜812−Kに入力された信号は、周波数成分ごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−Kごとに、D/A変換器814−1〜814−Kでデジタル・サンプリングデータからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−Kで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−Kで帯域外の周波数成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−Kで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−Kより送信される。 The signals input to the adder / synthesizers 812-1 to 812-K are synthesized for each frequency component. The synthesized signal is converted from a signal on the frequency axis into a signal on the time axis by IFFT & GI adding circuits 83-1 to 813-K, and further, a guard interval is inserted or between OFDM symbols (block for SC-FDE). (Between transmission blocks) is processed, and for each antenna element 819-1 to 819-K, a D / A converter 814-1 to 814-K converts a digital sampling data into a baseband analog signal. Is converted to Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816-K and up-converted to a radio frequency signal. Here, since the signal is included in the frequency component outside the band of the channel to be transmitted in the up-converted signal, the frequency component outside the band is removed by the filters 817-1 to 817-K, and the electrical signal to be transmitted is transmitted. A typical signal. The generated signals are amplified by the high power amplifiers 818-1 to 818 -K and transmitted from the antenna elements 819-1 to 819 -K.
なお、図23では、各周波数成分の信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−Kで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路811−1〜811−Lにてこれらの処理を行い、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−Lにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理をさす。 In FIG. 23, after adding and synthesizing the signals of the respective frequency components by the adding and synthesizing circuits 812-1 to 812-K, processing such as IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like is performed. The signal processing circuits 811-1 to 811-L may perform these processes, and the IFFT & GI giving circuits 83-1 to 813-K may be omitted. In this case, the remaining signal processing as necessary after transmission weight multiplication in the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L refers to IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like.
また、送信信号処理回路811−1〜811−Lで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部830に備えられているマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833より取得する。送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831で別途チャネル情報を取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路832に記憶する。信号の送信時にマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−Lに出力する。
Further, the transmission weights multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L are acquired from the multiuser MIMO transmission
また、宛先局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部830に対し、通信制御回路820は宛先局等を示す情報を出力する。
Further, the
図24は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部85は、アンテナ素子851−1〜851−Kと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−Kと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Kと、フィルタ855−1〜855−Kと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−Kと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−Kと、受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とを備えている。受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とは、図22において示した通信制御回路820に接続されている。受信ウエイト処理部860は、チャネル情報推定回路861と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路862とを備えている。
FIG. 24 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the
アンテナ素子851−1〜851−Kで受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−Kで増幅する。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−Kで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の周波数成分も含まれるため、フィルタ855−1〜855−Kで帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−Kでデジタル・ベースバンド信号に変換される。デジタル・ベースバンド信号は全てFFT回路857−1〜857−Kに入力され、所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各周波数成分の信号に分離)する。この各周波数成分に分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−Lに入力されるとともに、チャネル情報推定回路861にも入力される。
Signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are amplified by the low noise amplifiers 852-1 to 852-K. The amplified signal and the local oscillation signal output from the
チャネル情報推定回路861では、各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末装置のアンテナ素子と、基地局装置80の各アンテナ素子851−1〜851−Kとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862では、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトを周波数成分ごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路858−1〜858−Lそれぞれに入力される。
In the channel
受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、FFT回路857−1〜847−Kから入力された周波数成分ごとの信号に対し、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を周波数成分ごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−Lは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路88に出力する。
In the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L, the signal for each frequency component input from the FFT circuits 857-1 to 847 -K is multiplied by the reception weight input from the multiuser MIMO reception
ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、MAC層処理回路88は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路87に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。MAC層処理回路88にて処理された受信データは、インタフェース回路87を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
Here, different received signal processing circuits 858-1 to 858 -L perform signal processing of different signal sequences. The MAC
また、送信元の端末装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部860に対し、通信制御回路820から送信元の端末装置等を示す情報が入力される。
なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算は周波数成分ごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−Kから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−KでFFTを行い各周波数成分に分離し、分離した周波数成分ごとに、チャネル情報推定回路861での信号処理、及び、受信信号処理回路858−1〜858−Lでの受信信号処理が実施されることになる。
In addition, the
As for signal reception, as in the case of transmission, in the wideband system using the OFDM modulation scheme or SC-FDE scheme, the above-described reception weight multiplication is performed for each frequency component. That is, the signals output from the A / D converters 856-1 to 856-K are subjected to FFT in the FFT circuits 857-1 to 857-K and separated into frequency components, and channel information is obtained for each separated frequency component. The signal processing in the
(マルチユーザMIMOの送信処理)
図25は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。マルチユーザMIMOでは、データの送信とは別に行うダウンリンクのチャネル情報のフィードバックが定期的になされている。チャネル情報取得回路831はダウンリンクにおけるチャネル情報を取得すると(ステップS831)、端末装置ごとに各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832に記憶させる(ステップS832)。ステップS831及びステップS832の処理は、逐次行われる。
(Multi-user MIMO transmission processing)
FIG. 25 is a flowchart showing a transmission process of the
基地局装置80からの信号送信処理が開始されると(ステップS821)、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先である端末装置に対応する各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出す(ステップS822)。
マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、読み出したチャネル情報を基に、先に示した処理によりマルチユーザMIMO用の送信ウエイトを周波数成分ごとに算出する(ステップS823)。ステップS822及びステップS823の処理とは別に、送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先ごとの送信すべきデータに対し、各種変調処理等の送信信号処理により、宛先局ごとに各周波数成分の送信信号を生成する(ステップS824)。
When signal transmission processing from the
Based on the read channel information, the multiuser MIMO transmission
送信信号処理回路811−1〜811−Lは、生成した送信信号に、ステップS823においてマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833が算出した送信ウエイトを乗算する(ステップS825)。また、送信信号処理回路811−1〜811−Lは一連の信号処理を施し、加算合成回路812−1〜812−Lはアンテナ素子819−1〜819−Lごとに各周波数成分の各端末装置宛の送信信号に対する加算合成を行い、更にIFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理を行い、D/A変換器814−1〜814−Kに出力する(ステップS826−1〜S826−K)。
The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L multiply the generated transmission signal by the transmission weight calculated by the multiuser MIMO transmission
IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kから出力された信号は、D/A変換器814−1〜814−Kからハイパワーアンプ818−1〜818−Kにおける信号処理が施され、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれから送信され(ステップS827−1〜S827−K)、処理を終了する(ステップS828−1〜S828−K)。
なお、ステップS827−1〜S827−Kにおける処理は、ベースバンド信号から無線周波数へのアップコンバート処理、フィルタによる帯域が周波数成分の除去、ハイパワーアンプによる信号の増幅などを含む。
The signals output from the IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813 -K are subjected to signal processing in the high power amplifiers 818-1 to 818 -K from the D / A converters 814-1 to 814 -K, and the
Note that the processing in steps S827-1 to S827-K includes up-conversion processing from a baseband signal to a radio frequency, removal of frequency components of a band by a filter, signal amplification by a high power amplifier, and the like.
(マルチユーザMIMOの受信処理)
図26は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。まず、受信処理を開始すると(ステップS840)、第1から第Kのアンテナ素子851−1〜851−Kにて信号を受信する(ステップS841−1〜S841−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。以降の信号処理は、デジタル化された受信信号に対する処理を意味する。
(Multi-user MIMO reception processing)
FIG. 26 is a flowchart showing reception processing of the
続いて、各アンテナ素子851−1〜851−Kに対応する受信信号に対し、FFT回路857−1〜857−Kによる各周波数成分への分離等の信号処理を行う(ステップS842−1〜S842−K)。更に、チャネル情報推定回路861は、無線パケットに付与されていた既知のパターンのプリアンブル信号の受信状態より、各周波数成分のチャネル推定を実施する(ステップS843−1〜S843−K)。ここで、伝搬路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握する。このステップS843−1〜S843−Kで行うチャネル推定では、ステップS843−1、S843−2、・・・、S843−Kを個別に示した通り、空間多重される信号系列ごとに個別にチャネル推定を行う必要がある。この個別のチャネル推定とは、送信元の端末装置それぞれから送信された信号を分離可能な状態で行う必要がある。OFDM変調方式を例にとれば、一般的には空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用のプリアンブル信号が必要となる。各端末装置は空間多重数と同数のシンボル数(ないしはそれ以上)で且つそれぞれが異なるパターンのプリアンブル信号を付与して信号送信を行い、基地局装置80はそのパターンの違いを利用して、ステップS843−1〜S843−Kにて個別のチャネル推定を行うことになる。
Subsequently, the received signals corresponding to the antenna elements 851-1 to 851-K are subjected to signal processing such as separation into frequency components by the FFT circuits 857-1 to 857-K (steps S842-1 to S842). -K). Furthermore, the channel
マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862は、チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報を用いて、空間多重された信号系列ごと及び周波数成分ごとに個別の適切な受信ウエイトを算出する(ステップS844)。更に、受信信号処理回路858−1〜858−Lは、信号系列ごと及び周波数成分ごとに算出された受信ウエイトを、周波数成分ごとに分離された各アンテナ素子の受信信号に乗算する(ステップS845−1〜S845−K)。
The multiuser MIMO reception
ここで、受信ウエイトは、空間多重された信号系列ごとに用意されているため、ステップS845−1〜S845−Kにおける乗算結果は、空間多重された信号系列ごとに別々の結果となる。それぞれの信号系列の信号は、各アンテナ素子851−1〜851−Kの信号が周波数成分ごとに加算合成され(ステップS846−1〜S846−L)、合成された信号系列に対して、第1信号系列の信号処理(ステップS847−1)から第L信号系列の信号処理(ステップS847−L)までの処理が行われ、処理を終了する(ステップS848−1〜S848−L)。 Here, since reception weights are prepared for each spatially multiplexed signal sequence, the multiplication results in steps S845-1 to S845-K are different results for each spatially multiplexed signal sequence. The signals of the respective signal sequences are obtained by adding and synthesizing the signals of the antenna elements 851-1 to 851-K for each frequency component (steps S846-1 to S846-L). Processing from signal sequence signal processing (step S847-1) to signal processing of the Lth signal sequence (step S847-L) is performed, and the processing ends (steps S848-1 to S848-L).
なお、ここでは簡単のために線形の受信ウエイトを用いる場合の例を示したが、一般にはMIMOに関してはMLD(Maximum Likelihood Detection)等の非線形の信号処理を行うようにしてもよい。この場合、ステップS845−1〜S845−L、ステップS846−1〜S846−L、及びステップS847−1〜S847−Lにおける処理は、一体として非線形の信号検出処理が行われることになる。また、線形の受信ウエイトの算出に関しては、図21に示した送信ウエイトの算出処理と同様の手法で算出することが可能である。その他にも、擬似逆行列を利用した受信ウエイトや、MMSEウエイトを利用することも可能である。また、ここでは、受信に用いるアンテナ素子851−1〜851−Kの数Kに対し、空間多重された信号系列数がLとして説明をしたが、一般的にはKとLとは一致する必要はなく、Lの値がKの値以下であれば多数の信号系列の信号を空間多重することができる。 Here, for the sake of simplicity, an example in which a linear reception weight is used is shown, but in general, nonlinear signal processing such as MLD (Maximum Likelihood Detection) may be performed for MIMO. In this case, the processes in steps S845-1 to S845-L, steps S846-1 to S846-L, and steps S847-1 to S847-L are integrally performed with nonlinear signal detection processing. Further, the linear reception weight can be calculated by a method similar to the transmission weight calculation process shown in FIG. In addition, it is also possible to use a reception weight using a pseudo inverse matrix or an MMSE weight. Here, the number of spatially multiplexed signal sequences is described as L for the number K of antenna elements 851-1 to 851-K used for reception, but in general, K and L need to match. If the value of L is equal to or less than the value of K, a number of signal series signals can be spatially multiplexed.
以上のマルチユーザMIMOの説明では、基地局装置のアンテナ数と同数の空間多重を行う場合を中心に説明を行ってきたが、実際には基地局装置のアンテナ数と空間多重数は一致する必要はない。実際、式(10−1)と(10−2)、及び式(11−1)と(11−2)では、アンテナの本数をK本、空間多重数(1本アンテナの端末装置数と同数)をLとして説明を行った。この場合、全体のチャネル行列H[ALL]の行列サイズはL×KないしはK×Lであり、この場合に先に説明したようなグラムシュミットの直交化処理を行うとすると、ウエイトの算出のためにはK×L×(L+1)回の乗算演算を必要とする。仮にLとKとの値がL=2、K=32である場合、その乗算回数は192回となる。この乗算回数自体を見れば、LSI化する際に実装可能な回路規模としてはそれ程問題とはならない。 In the above description of multi-user MIMO, the description has been focused on the case where the number of spatial multiplexing is the same as the number of antennas of the base station apparatus. There is no. Actually, in equations (10-1) and (10-2) and equations (11-1) and (11-2), the number of antennas is K and the number of spatial multiplexing (the same number as the number of terminal devices with one antenna). ) Was described as L. In this case, the matrix size of the entire channel matrix H [ALL] is L × K or K × L. In this case, if the Gram Schmitt orthogonalization process as described above is performed, the weight is calculated. Requires K × L × (L + 1) multiplication operations. If the values of L and K are L = 2 and K = 32, the number of multiplications is 192. Looking at the number of multiplications per se, it does not matter so much as the circuit scale that can be mounted in the LSI.
しかし、グラムシュミットの直交化処理は、対象となる行列のサイズに応じて演算量が変化するなど処理内容が確定的ではなく、ソフトウエア処理であれば問題とはならないが、リアルタイムで短時間に行列演算を完了するためにハードウエアで実現しようとすると、その構築は特にアンテナの本数Kの増加に伴い困難となる。一方、処理が確定的な式(10−1)(10−2)及び式(11−1)(11−2)のような形式で送受信ウエイトを算出する場合には、Nが比較的小さければ逆行列の公式をそのまま実装することでハードウエアでの実現が可能である。しかし、この場合には乗算回数がグラムシュミットの直交化に比較して増大する。 However, Gram Schmidt's orthogonalization processing is not deterministic because the amount of computation changes depending on the size of the target matrix, and it is not a problem if it is a software processing, but in real time in a short time If the hardware is used to complete the matrix operation, the construction becomes difficult as the number of antennas K increases. On the other hand, in the case where the transmission / reception weight is calculated in a format such as formulas (10-1), (10-2) and formulas (11-1), (11-2) with deterministic processing, By implementing the inverse matrix formula as it is, it can be realized in hardware. However, in this case, the number of multiplications increases as compared to the Gram Schmidt orthogonalization.
具体的に式(10−1)を例にとれば、チャネル行列H[ALL]の行列サイズはL×Kであり、したがって演算(H[ALL]・H[ALL]H)ではL2×K回の「乗算」が必要となる。この後に得られるL×Lの正方行列の逆行列算出には、一般にL3回のオーダーの「乗算」が必要となる。最後に、H[ALL]Hと上述の逆行列の演算ではL2×K回の「乗算」が必要となる。これらを合計すると、2×L2×K+L3の乗算回数となる。仮にLとKとの値がL=2、K=32である場合、乗算回数は264回となる。 Specifically, taking equation (10-1) as an example, the matrix size of the channel matrix H [ALL] is L × K, and therefore L 2 × K in the operation (H [ALL] · H [ALL] H ). Multiple “multiplications” are required. In order to calculate the inverse matrix of the L × L square matrix obtained after this, “multiplication” of the order of L 3 times is generally required. Finally, L 2 × K times “multiplication” is required for the operation of H [ALL] H and the above inverse matrix. When these are summed, the number of multiplications is 2 × L 2 × K + L 3 . If the values of L and K are L = 2 and K = 32, the number of multiplications is 264.
一般に、加算回路などに比べて乗算回路は回路規模が大きく、この乗算回路を多数必要とする演算処理が伴うと回路規模が飛躍的に大きくなる。このため、送受信ウエイト演算に関する演算処理の回路規模を抑えるためには、これまでは空間多重数に対してアンテナ数を冗長にし過ぎないようにして運用する必要があった。しかし、このアンテナ数の増大は、各端末装置と基地局装置との間のチャネルベクトルの相関を低減させる効果があり、一般にはアンテナ数が冗長であれば冗長であるだけ特性が良いといわれている。 In general, the circuit scale of a multiplication circuit is larger than that of an addition circuit or the like, and the circuit scale greatly increases when an arithmetic process requiring a large number of multiplication circuits is involved. For this reason, in order to suppress the circuit scale of the arithmetic processing related to the transmission / reception weight calculation, it has been necessary to operate so as not to make the number of antennas excessively redundant with respect to the number of spatial multiplexing. However, this increase in the number of antennas has the effect of reducing the correlation of channel vectors between each terminal apparatus and the base station apparatus. Generally, if the number of antennas is redundant, it is said that the characteristics are good as long as it is redundant. Yes.
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、アンテナ素子数の増加により生じる演算負荷の増加を抑えることができる基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and provides a base station apparatus, a wireless communication method, and a wireless communication system that can suppress an increase in computation load caused by an increase in the number of antenna elements. is there.
上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信部と、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出部と、空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出部が算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信部によって各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する複数の第1の受信信号処理部と、複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理部と、を備えることを特徴とする基地局装置である。 In order to solve the above problem, the present invention comprises a base station apparatus having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus are at the same time on the same frequency. A base station apparatus in a radio communication system capable of performing spatial multiplexing transmission, wherein the radio signal receiver is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component; Receiving weight for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the terminal device and combining the signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information in phase A vector is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station device, and the reception weight vector A reception weight vector calculation unit to store, and for each of the terminal devices performing spatial multiplexing transmission, the reception weight vector of each frequency component corresponding to the terminal device among the reception weight vectors calculated by the reception weight vector calculation unit, A plurality of first reception signal processing units that multiply the signals separated into each frequency component by the radio signal reception unit and add and combine the multiplication results, and a plurality of the first reception signal processing units are added and combined. A base station apparatus comprising: a second received signal processing unit that suppresses an interference component included in a signal using a received weight matrix calculated based on the calculated signal of each frequency component. .
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第2の受信信号処理部は、複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号を、空間多重数の仮想的アンテナ素子で受信した信号とみなして、該仮想的アンテナ素子と空間多重伝送を行う前記端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報を算出し、算出したチャネル情報を基に前記受信ウエイト行列を算出する。 In the present invention described above, the second received signal processing unit may convert the signal of each frequency component calculated by addition synthesis by the plurality of first received signal processing units to a spatial multiplexing number. Considering a signal received by a virtual antenna element, channel information between the virtual antenna element and the antenna element of the terminal device performing spatial multiplexing transmission is calculated, and the reception weight matrix is calculated based on the calculated channel information. Is calculated.
また、本発明は、上記に記載の発明において、複数の前記端末装置に送信される信号それぞれを周波数成分ごとの信号に分離する送信信号生成部と、前記端末装置から受信するトレーニング信号又は前記端末装置からフィードバックされる情報のいずれかに基づいてダウンリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分の送信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該送信ウエイトベクトルを記憶する送信ウエイトベクトル算出部と、複数の前記端末装置に空間多重伝送される送信信号それぞれが宛先の前記端末装置において相互の干渉成分が抑圧されるように定められた送信ウエイト行列を、前記送信信号生成部により分離された周波数成分ごとの信号に乗算する第2の送信信号処理部と、空間多重伝送における宛先の前記端末装置ごとに、前記第2の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号のうち該端末装置を宛先とする各周波数成分の信号を前記アンテナ素子に対応させて複製し、複製した信号に対して該端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせに対応する各周波数成分の送信ウエイトベクトルを乗算する第1の送信信号処理部と、前記アンテナ素子ごとに設けられ前記第1の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号を、該アンテナ素子に対応する信号であって空間多重伝送における宛先の前記端末装置の信号を合成して該アンテナ素子から前記送信信号として送信する無線信号送信部と、更に備えることを特徴とする。 In the invention described above, the present invention provides a transmission signal generation unit that separates each signal transmitted to the plurality of terminal devices into signals for each frequency component, and a training signal received from the terminal device or the terminal Each frequency for acquiring downlink channel information based on any of the information fed back from the device and combining the signals transmitted from the plurality of antenna elements based on the channel information in the terminal device A component transmission weight vector is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station device, and a transmission weight vector calculation unit that stores the transmission weight vector, and a plurality of the terminal devices Mutual interference components are suppressed in the terminal device to which each of the transmission signals to be spatially multiplexed is destined A second transmission signal processing unit that multiplies the signal for each frequency component separated by the transmission signal generation unit by the transmission weight matrix determined to be transmitted, and for each terminal device that is a destination in spatial multiplexing transmission, Of the frequency component signals calculated by multiplication by the second transmission signal processing unit, each frequency component signal destined for the terminal device is duplicated corresponding to the antenna element, and the terminal is copied to the duplicated signal. A first transmission signal processing unit that multiplies a transmission weight vector of each frequency component corresponding to a combination of an antenna element of the apparatus and a plurality of antenna elements of the base station apparatus, and is provided for each of the antenna elements. The signal of each frequency component calculated by multiplication by the transmission signal processing unit is a signal corresponding to the antenna element, and the destination terminal device in the spatial multiplexing transmission The issue synthesized and characterized a radio signal transmitter for transmitting as said transmission signal from said antenna elements, further comprising.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第2の送信信号処理部は、前記第2の受信信号処理部が算出する受信ウエイト行列を転置して得られる行列を前記送信ウエイト行列として用いることを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described invention, wherein the second transmission signal processing unit uses a matrix obtained by transposing the reception weight matrix calculated by the second reception signal processing unit as the transmission weight matrix. It is characterized by using.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記ダウンリンクのチャネル情報により構成されるベクトルと前記送信ウエイトベクトルとを乗算して得られる値に基づいて、前記送信ウエイト行列を算出する送信ウエイト行列算出部を更に備えることを特徴とする。 Further, the present invention provides the transmission weight for calculating the transmission weight matrix based on a value obtained by multiplying the transmission weight vector by the vector configured by the downlink channel information in the above-described invention. A matrix calculation unit is further provided.
また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置が行う無線通信方法であって、前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信ステップと、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出ステップと、空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出ステップにおいて算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信ステップにおいて各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する第1の受信信号処理ステップと、前記第1の受信信号処理ステップにおいて加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理ステップと、を有することを特徴とする無線通信方法である。 In addition, the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency. A radio communication method performed by a base station apparatus in a radio communication system capable of receiving a radio signal, the radio signal receiving step being provided for each antenna element and separating a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component; Receive weight vectors for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the terminal apparatus and synthesizing signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information. Is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station device, and the reception weight vector is calculated. For each terminal device that performs spatial multiplexing transmission, a reception weight vector for each frequency component corresponding to the terminal device among the reception weight vectors calculated in the reception weight vector calculation step is stored for each terminal device that performs spatial multiplexing transmission. A first received signal processing step of multiplying the signal separated into each frequency component in the radio signal receiving step, and adding and combining the multiplication results, and calculating by addition combining in the first received signal processing step And a second received signal processing step of suppressing an interference component included in the signal using a reception weight matrix calculated based on a signal of each frequency component.
また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信部と、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出部と、空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出部が算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信部によって各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する複数の第1の受信信号処理部と、複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理部と、を備えることを特徴とする無線通信システムである。 In addition, the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency. The base station apparatus is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component, and the terminal apparatus The terminal obtains a reception weight vector for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the base station and combining the signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information in phase. A reception weight that is calculated for each combination of an antenna element of the apparatus and a plurality of antenna elements of the base station apparatus and stores the reception weight vector For each of the terminal devices that perform spatial multiplexing transmission, a vector calculation unit, and a reception weight vector of each frequency component corresponding to the terminal device among the reception weight vectors calculated by the reception weight vector calculation unit, the radio signal reception unit A plurality of first received signal processing units that multiply the signals separated into frequency components by the above and add and combine the multiplication results, and each frequency calculated by the plurality of first received signal processing units by addition synthesis A radio communication system comprising: a second received signal processing unit that suppresses an interference component included in a signal using a received weight matrix calculated based on the component signal.
この発明によれば、第1の受信信号処理部では事前に算出した受信ウエイトベクトルを用いて空間多重伝送された信号を抽出し、抽出された信号に基づいて該信号に含まれている干渉成分を第2の受信信号処理部において抑圧する。これにより、基地局装置に備えられているアンテナ素子の数を増加させた場合においても、アンテナ素子の数の増加に応じて演算負荷が増加することを抑えることができる。
これにより、基地局装置のアンテナ素子数を増大させることで各端末装置間のチャネルベクトルの相関が低減され、結果的に複数の端末装置を空間多重するとしても、その際の直交化ロスを大幅に低減することが可能であり、安定した空間多重特性を実現することが可能である。その一方で、受信ウエイトベクトル算出の演算負荷は非冗長的なアンテナ数の場合と同様であり、すなわち回路規模を抑えハードウエアインパクトを低減しながらも、所望の特性を安定して期待することができる基地局装置を提供することが可能となる。この際、基地局装置と端末装置の間のチャネル情報に若干のチャネル時変動がある場合でも、その時変動に追従した受信ウエイト行列を用いることにより、時変動が伴う環境でも安定したマルチユーザMIMOの空間多重処理が可能となる。
According to the present invention, the first reception signal processing unit extracts a spatially multiplexed signal using a reception weight vector calculated in advance, and an interference component included in the signal based on the extracted signal Are suppressed in the second received signal processing unit. Thereby, even when the number of antenna elements provided in the base station apparatus is increased, it is possible to suppress an increase in calculation load in accordance with the increase in the number of antenna elements.
As a result, the channel vector correlation between the terminal devices is reduced by increasing the number of antenna elements of the base station device. As a result, even if a plurality of terminal devices are spatially multiplexed, the orthogonalization loss at that time is greatly increased. It is possible to achieve a stable spatial multiplexing characteristic. On the other hand, the calculation load of receiving weight vector calculation is the same as in the case of non-redundant number of antennas, that is, it is possible to stably expect desired characteristics while suppressing the circuit scale and reducing hardware impact. It is possible to provide a base station apparatus that can be used. At this time, even when there is some channel time variation in channel information between the base station device and the terminal device, by using a reception weight matrix that follows the time variation, stable multiuser MIMO can be obtained even in an environment with time variation. Spatial multiplexing processing is possible.
[本発明の動作原理について]
本発明においては、高所に固定的に設置され且つ複数のアンテナ素子を備える基地局装置と、比較的高所に固定的に設置される多数の端末装置により構成されるシステムを想定し、基地局装置と端末装置のアンテナの間のチャネル情報は、時間的な変動は伴うものの、ある程度の時間相関が強いことを前提としている。ただし、この時間相関の条件が成り立つ状況、すなわちチャネル情報のフィードバック周期に対してチャネル情報の時間変動の速度が比較的遅ければ、端末装置は必ずしも高所に固定的に設置されている必要はなく、一般の端末装置においても適用は可能である。
[Operational principle of the present invention]
In the present invention, a base station device that is fixedly installed at a high place and includes a plurality of antenna elements and a system that includes a large number of terminal devices that are fixedly installed at a relatively high place are assumed. The channel information between the antennas of the station apparatus and the terminal apparatus is premised on that there is a strong temporal correlation to some extent, although temporal fluctuations are involved. However, if this time correlation condition is satisfied, that is, if the speed of time fluctuation of channel information is relatively slow with respect to the feedback period of channel information, the terminal device does not necessarily have to be fixedly installed at a high place. The present invention can also be applied to general terminal devices.
図27は、本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。同図において、符号11は基地局装置が設置されている建築物を示し、符号12−1〜12−2は端末装置を示し、符号13−1〜13−4は基地局装置が備えているアンテナ素子を示し、符号14−1〜14−3は地上の移動体を示し、符号15−1〜15−2は大型の建築物(当然、静止状態)を示している。
ここで、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4は、建築物11の屋上など非常に高所に設置されている。端末装置12−1〜12−2は、電信柱などの上や、一般のビルの屋上など、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4よりは相対的に低所であるかも知れないが、比較的高所に設置されている。一方、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4や、端末装置12−1〜12−2よりも比較的低所に位置する場所には、地上の移動体14−1〜14−3である車に加え、人や風に揺れる樹木など、ランダムに変動する反射波の起点(反射点)が多数存在する。
FIG. 27 is a diagram illustrating an installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system according to the present invention. In the same figure, the code |
Here, the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus are installed in a very high place such as the roof of the
例えば、端末装置12−1と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、見通し環境(図中、太い実線の矢印で直接波を表示)にある。一方、端末装置12−2と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、大型の建築物15−2の遮蔽により見通し環境にはないが、大型の建築物15−1などの反射体があり、安定した反射波(図中、太い実線の矢印で表示)が到達している。また、見通し環境の端末装置12−1にとって、見通し波以外に大型の建築物による安定的な反射波が存在し、常にそれらが合成されて信号が到達する状況であるかもしれない。このような太い実線の矢印で表した信号を安定的な入射波とみなす。一方、地上の移動体14−1〜14−3等からの反射波は、多数回のランダムな多重反射として到達する信号が多く、相対的に受信される信号のレベルは低く、更に複素位相成分及び振幅は時間とともにランダムに変動する。 For example, the terminal device 12-1 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment (direct waves are indicated by thick solid arrows in the figure). On the other hand, although the terminal device 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are not in the line-of-sight environment due to the shielding of the large building 15-2, the large building 15-1 or the like And a stable reflected wave (indicated by a thick solid arrow in the figure) has reached. In addition, for the terminal device 12-1 in the line-of-sight environment, there may be a situation where a stable reflected wave due to a large building exists in addition to the line-of-sight wave, and these signals are always combined to reach the signal. A signal represented by such a thick solid arrow is regarded as a stable incident wave. On the other hand, the reflected waves from the mobile bodies 14-1 to 14-3 on the ground have many signals that arrive as many random multiple reflections, and the level of the signal received is relatively low, and the complex phase component And the amplitude varies randomly with time.
多数の微弱かつランダムな波を合成すると、その結果得られる信号は、安定的な入射波に対して相対的に信号強度が小さい。したがって、「安定的な入射波」に「ランダムな多重反射波」を合成して得られる「時変動する入射波」は、「安定的な入射波」の周りに微小な誤差が加わった信号と見ることができる。 When a number of weak and random waves are combined, the resulting signal has a relatively low signal strength relative to a stable incident wave. Therefore, the “time-varying incident wave” obtained by combining the “stable incident wave” with the “random multiple reflected wave” is a signal in which a minute error is added around the “stable incident wave”. Can see.
次に、このような状況において、基地局装置が行う信号の合成について説明する。
図28は、本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。ここでは、一例として、図27における端末装置12−1から送信された信号を、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4にて受信した際に、適切な受信ウエイトを用いて合成する場合を示している。
Next, signal synthesis performed by the base station apparatus in such a situation will be described.
FIG. 28 is a diagram illustrating an operation example of signal synthesis performed by the base station apparatus according to the present invention. Here, as an example, when signals transmitted from terminal apparatus 12-1 in FIG. 27 are received by antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus, they are combined using appropriate reception weights. Shows the case.
基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4では、「時変動する入射波」を受信している。これらを合成する際に用いる受信ウエイトは、「安定的な入射波」を基準にして、各アンテナ素子での信号が同位相合成されるように定められている。図28において点線で示した信号は、「安定的な入射波」に対して受信ウエイトを乗算し、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4で位相が同位相に揃えられた信号である。 The antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus receive the “incident wave that varies with time”. The reception weight used when combining these signals is determined so that the signals at the respective antenna elements are combined in phase with the “stable incident wave” as a reference. The signal indicated by the dotted line in FIG. 28 is a signal in which the “stable incident wave” is multiplied by the reception weight, and the phase is made the same by the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus. is there.
実際の「時変動する入射波」に受信ウエイトを乗算した信号、即ち図28における細い実線で示した「時変動する入射波」は、点線で示した「安定的な入射波」から微小にずれているため厳密には各アンテナ素子で同位相合成とはなっていないが、「時変動する入射波」は「安定的な入射波」に近い振る舞いを示すため、多数のアンテナ素子の信号を「安定的な入射波」を基準にして設定した受信ウエイトを用いて合成すると、太い実線で示した大きな振幅の合成された信号となる。つまり、基地局装置で用いるアンテナ素子の数を膨大な数に増やせば、統計的な効果として各アンテナ素子の「安定的な入射波」成分は同位相合成され、「ランダムな多重反射波」は相互に打ち消しあうために、「安定的な入射波」に対して時変動成分は相対的に非常に小さなレベルに抑えられる。 The actual “time-varying incident wave” multiplied by the reception weight, that is, the “time-varying incident wave” indicated by a thin solid line in FIG. 28 is slightly shifted from the “stable incident wave” indicated by the dotted line. Strictly speaking, each antenna element does not have the same phase composition, but the “time-varying incident wave” behaves close to a “stable incident wave”. When combined using the reception weight set with “stable incident wave” as a reference, a combined signal having a large amplitude indicated by a thick solid line is obtained. In other words, if the number of antenna elements used in the base station apparatus is increased to an enormous number, the “stable incident wave” component of each antenna element is in-phase synthesized as a statistical effect, and the “random multiple reflected wave” is In order to cancel each other, the time-varying component with respect to the “stable incident wave” is relatively suppressed to a very small level.
ここで、図27及び図28の説明においては、あくまでも簡単のために基地局装置に4本のアンテナ素子を備える場合について説明を行ったが、以下に示すように、本発明では非常に多数のアンテナ素子を備えることで統計的な効果を得ることが可能になる。
ここで、基地局装置の備えるアンテナ素子数をK本とした場合、同位相合成される信号は振幅がK倍となり、受信電力はK2倍となる。つまり、ふたつの端末装置Aと端末装置Bとが存在した場合、端末装置Aが送信した信号に対して端末装置Aの同位相合成を実現する受信ウエイトを適用すると、受信電力は1本あたりの受信電力のK2倍となる。同時に端末装置Bが空間多重により信号送信をしていた場合、端末装置Bからの信号は、端末装置Aの同位相合成を実現する受信ウエイトを適用してもランダムな位相合成にしかならず、結果的に受信電力は1本あたりの受信電力のK倍にしかならない。仮にK=100とすれば、希望信号は10000倍、干渉信号は100倍となるため、相対的な電力差が100倍となり、20dBのSIRが実現できる。しかし、実際にはアンテナ素子数を多くするためには、そこに接続するRF回路やA/D変換器、及びD/A変換器、さらにはFFTなどのデジタル信号処理部をアンテナ素子数だけ揃える必要があるため、ビジネス的な採算性に制約されてアンテナ素子数を低めに抑えなければならない事態が予想される。この場合には、十分なSIR特性を確保できないため、ここにマルチユーザMIMOの場合と同様の相互の干渉信号を除去するためのヌル制御のための送受信ウエイトを適用する必要がある。
Here, in the description of FIG. 27 and FIG. 28, the case where the base station apparatus is provided with four antenna elements has been described for the sake of simplicity. A statistical effect can be obtained by providing the antenna element.
Here, when the number of antenna elements provided in the base station apparatus is K, the amplitude of a signal to be combined in phase is K times and the received power is K 2 times. That is, when there are two terminal devices A and B, if the reception weight that realizes the same phase synthesis of the terminal device A is applied to the signal transmitted by the terminal device A, the received power per one is K 2 times the received power. At the same time, when the terminal apparatus B is transmitting signals by spatial multiplexing, the signal from the terminal apparatus B can only be random phase combining even if the reception weight for realizing the same phase combining of the terminal apparatus A is applied. In addition, the received power is only K times the received power per line. If K = 100, since the desired signal is 10,000 times and the interference signal is 100 times, the relative power difference is 100 times, and a SIR of 20 dB can be realized. However, in practice, in order to increase the number of antenna elements, RF circuits, A / D converters, D / A converters, and digital signal processing units such as FFTs connected to the antenna circuit are arranged by the number of antenna elements. Therefore, it is anticipated that the number of antenna elements must be kept low due to business profitability. In this case, since sufficient SIR characteristics cannot be ensured, it is necessary to apply a transmission / reception weight for null control for removing mutual interference signals similar to the case of multi-user MIMO here.
しかし、一方で基地局装置の複数のアンテナ素子と各端末装置の間のチャネル情報の時間変動は限定的であるために、同位相合成のための送受信ウエイト自体は大きな変化がない。そこで、アンテナ素子数をK本、空間多重数をL系統として、以下の処理を行うこととする。なお、一般的にはL<<Kの関係(Kに対してLが十分に小さい)が成り立つものとする。 However, since the time variation of channel information between the plurality of antenna elements of the base station device and each terminal device is limited, the transmission / reception weight itself for in-phase synthesis does not change greatly. Therefore, the following processing is performed with the number of antenna elements being K and the number of spatial multiplexing being L systems. In general, a relationship of L << K (L is sufficiently small with respect to K) is established.
まず、受信処理を例にとれば、実際の信号(通信データ)の送受信の前までに取得済みのチャネル情報に基づいて算出された、各端末装置からの信号を同位相合成するためのK次元のウエイトベクトルを、全てのアンテナ素子を介して受信したK系統の信号系列に乗算した後に加算合成する。このとき、K系統の信号系列に対するK次元のウエイトベクトルの乗算は、送信元の端末装置ごとに行われる。これにより、L系統の信号系列が生成される。これは、仮想的なL本のアンテナ素子で受信した信号に相当する信号系列を生成したことになる。
このウエイトベクトルは、最後に該当する端末装置から取得したチャネル情報を基に生成した同位相合成のためのウエイトベクトルであっても良いし、時間変動の影響を抑えることを考慮すれば、ある程度の期間で平均化したチャネル情報を基に生成したウエイトベクトルであっても構わない。
First, taking the reception process as an example, the K dimension for synthesizing in-phase signals from each terminal device calculated based on channel information acquired before transmission / reception of actual signals (communication data) Are multiplied by the K signal series received via all antenna elements, and then added and synthesized. At this time, the multiplication of the K-dimensional weight vector with respect to the K-system signal sequence is performed for each terminal apparatus as a transmission source. As a result, L signal series are generated. This means that a signal sequence corresponding to a signal received by virtual L antenna elements is generated.
This weight vector may be a weight vector for in-phase synthesis generated based on the channel information acquired from the terminal device corresponding to the last, and if considering the effect of time fluctuation, A weight vector generated based on channel information averaged over a period may be used.
本発明においては、実際に空間多重される信号系統数よりも大幅に冗長なアンテナ素子に対して同位相合成を実施するための(送)受信ウエイトと、同位相合成を前提として空間多重される信号系統数に絞り込まれた相対的に小さな次元での後述する(送)受信ウエイトという、ふたつの意味の(送)受信ウエイトの概念が存在する。以降の説明では便宜上これらのふたつを区分けするために、多数のアンテナ素子に対して同位相合成を実施するための送受信ウエイトであり、一般的には時間的に平均化を行って得たチャネル情報を基に取得した(送)受信ウエイトを「平均化(送)受信ウエイトベクトル」として説明する。ただし、便宜上、「平均化」という用語を用いるが、本発明には必ずしも平均化処理は必須ではない。ここでの「平均化」の主なる意図としては、通常のMIMO伝送の信号処理では最新のチャネル情報を利用してリアルタイムで更新される送受信ウエイト行列を必要とするが、この平均化(送)受信ウエイトベクトルはそのリアルタイム性は要求されず、チャネルの時変動に伴う誤差を許容することが可能であることを意味する。このため一般的な実施形態としては、ランダムな微小変位を抑圧することを目的に、平均化された(送)受信ウエイトベクトルを利用することを想定している。 In the present invention, a (transmission) reception weight for performing in-phase synthesis on antenna elements that are significantly more redundant than the number of signal systems that are actually spatially multiplexed, and spatial multiplexing on the premise of in-phase synthesis. There are two concepts of (transmission / reception weight), which will be described later (transmission / reception weight) in a relatively small dimension narrowed down to the number of signal systems. In the following description, in order to distinguish these two for convenience, it is a transmission / reception weight for performing in-phase synthesis for a large number of antenna elements. Generally, channel information obtained by averaging in time. The (transmission) reception weight obtained based on the above will be described as an “averaged (transmission) reception weight vector”. However, for convenience, the term “averaging” is used, but the averaging processing is not necessarily required in the present invention. The main intention of “averaging” here is that the normal MIMO transmission signal processing requires a transmission / reception weight matrix that is updated in real time using the latest channel information. The reception weight vector does not require real-time characteristics, which means that it is possible to tolerate errors due to channel time variations. For this reason, as a general embodiment, it is assumed that an averaged (transmission / reception) reception weight vector is used for the purpose of suppressing a random minute displacement.
ここで平均化受信ウエイトベクトルは、端末装置ごとの利得を最大とするためのウエイトベクトルであるために、平均化受信ウエイトベクトルで規定される仮想アンテナ間には相互の干渉信号の漏れ込みが残されている。したがって、この漏れ込みに対応してL系統の信号系列と仮想アンテナの間の仮想的なチャネル情報はサイズL×Lの行列で表すことができる。ただし、希望信号は同位相合成で利得が高く、他の干渉信号はランダム位相合成で利得が低いために、L×Lの行列において対角成分と非対角成分の間には相対的には10Log10(K)[dB]程度の利得差が期待できる。つまり、L個のL次元チャネルベクトルは相互の相関が小さく、概ね直交関係にあるから、L×Lの正方行列は安定した逆行列をもつことになる。更にL<<Kであることから、この逆行列演算は比較的少ない演算量(L3のオーダー)で算出することが可能である。 Here, since the average received weight vector is a weight vector for maximizing the gain of each terminal device, the leakage of mutual interference signals remains between the virtual antennas defined by the average received weight vector. Has been. Accordingly, virtual channel information between the L signal series and the virtual antenna can be represented by a matrix of size L × L corresponding to this leakage. However, since the desired signal has a high gain by the in-phase synthesis and the other interference signals have a low gain by the random phase synthesis, there is a relative difference between the diagonal component and the non-diagonal component in the L × L matrix. A gain difference of about 10 Log 10 (K) [dB] can be expected. That is, since the L L-dimensional channel vectors have a small correlation with each other and are generally orthogonal, the L × L square matrix has a stable inverse matrix. Since it is further L << K, the inverse matrix operation can be calculated with a relatively small amount of calculation (the order of L 3).
仮にL=2であれば、逆行列の公式を用いれば、行列式の演算に2回の乗算を、更に4つの行列の成分を入れ替えたものを行列式で除算する際に4回の除算を、合計で6回の乗算(または除算も同様)で処理が完了する。これは、グラムシュミットの直交化や式(10−1)(10−2)、及び式(11−1)(11−2)のような形式での演算とは比較にならない演算量の削減である。この結果、事前に平均化受信ウエイトベクトルを乗算する処理を実施することで、信号受信時にリアルタイムでL系統の信号分離を行うための受信ウエイト行列を非常に簡易な処理にて取得することができる。これ以降においては、このリアルタイムでL系統の信号分離を行うための(送)受信ウエイト行列を「リアルタイム(送)受信ウエイト行列」と呼び、先に説明した平均化(送)受信ウエイトベクトルとは区別しておく。 If L = 2, if the inverse matrix formula is used, the multiplication of the determinant is performed twice, and further, the division of the four matrix components is divided by the determinant when the division is performed four times. The processing is completed by a total of 6 multiplications (or the same for division). This is a reduction in the amount of computation that cannot be compared with the orthogonalization of Gramschmitt or computations in the forms such as equations (10-1), (10-2), and equations (11-1), (11-2). is there. As a result, by performing the process of multiplying the averaged reception weight vector in advance, a reception weight matrix for performing L-system signal separation in real time at the time of signal reception can be obtained by a very simple process. . Hereinafter, this (transmission) reception weight matrix for performing L-system signal separation in real time will be referred to as a “real-time (transmission) reception weight matrix”, and the above described average (transmission) reception weight vector will be described. Distinguish.
なお、このリアルタイム受信ウエイト行列の算出は、例えば以下のような処理により取得可能である。まず、平均化受信ウエイトベクトルを乗算後に取得されるL×Lの仮想的なチャネル行列をHvとする。この行列は正方行列であるから、最も単純なZF(Zero-Forcing)型の信号処理の場合には、リアルタイム受信ウエイト行列WRは以下の式で与えられる。 The calculation of the real-time reception weight matrix can be acquired by the following process, for example. First, a virtual channel matrix L × L acquired averaging receiving weight vector after multiplying the H v. Since this matrix is a square matrix, the simplest ZF in the case of (Zero-Forcing) signal processing of real-time reception weight matrix W R is given by the following equation.
また、雑音を考慮したMMSE型の処理の場合には、リアルタイム受信ウエイト行列WRは以下の式で与えても良い。 In the case of treatment of MMSE-type in consideration of the noise, real-time reception weight matrix W R may be given by the following equation.
式(13)において、σ2は雑音電力、行列IはL×Lのサイズの単位行列を表す。
以上が受信側における処理であるが、この処理は送信の場合にも同様に適用可能である。具体的には、適切な平均化受信ウエイトベクトル及び平均化送信ウエイトベクトルが適用されるならば、これらのウエイトの中にアップリンクにおける受信側のローノイズアンプの受信特性及びダウンリンクにおける送信側のハイパワーアンプの送信特性に起因したアップリンクとダウンリンクの間の非対称性を補償するための後述するキャリブレーション係数が含まれており、このアップリンクとダウンリンクの非対称性はキャンセルされるはずである。したがって、仮想的アンテナを想定した場合の仮想的チャネルの特性を示すリアルタイムの仮想的チャネル行列はアップリンクとダウンリンクは対称となり、それぞれがお互いの行列を転置した関係になっている。つまり、ダウンリンクの仮想的チャネル行列H(DL)は、アップリンクの仮想的チャネル行列Hvを転置した{Hv}Tに一致する。したがって、送信時に用いるリアルタイム送信ウエイト行列は次式(14)で与えられる。
In Expression (13), σ 2 represents noise power, and the matrix I represents a unit matrix having a size of L × L.
The above is the processing on the receiving side, but this processing can be similarly applied to transmission. Specifically, if appropriate averaged reception weight vector and averaged transmission weight vector are applied, the reception characteristics of the low-noise amplifier on the reception side in the uplink and the transmission side high-frequency in the downlink are included in these weights. Includes calibration factors described below to compensate for asymmetry between uplink and downlink due to power amplifier transmission characteristics, and this asymmetry between uplink and downlink should be canceled . Therefore, the real-time virtual channel matrix indicating the characteristics of the virtual channel when a virtual antenna is assumed is symmetric between the uplink and the downlink, and each has a relationship in which the respective matrices are transposed. That is, the downlink virtual channel matrix H (DL) matches {H v } T obtained by transposing the uplink virtual channel matrix H v . Therefore, the real-time transmission weight matrix used at the time of transmission is given by the following equation (14).
同様に、式(13)に対応するリアルタイム送信ウエイト行列WTは次式(15)のように変形できる。 Similarly, real-time transmission weight matrix W T corresponding to formula (13) can be modified as the following equation (15).
つまり、式(12)ないし式(13)のいずれの形式を用いてリアルタイム受信ウエイト行列WRを得る場合においても、対応するリアルタイム送信ウエイト行列WTはリアルタイム受信ウエイト行列WRを転置することで得ることができる。
したがって、上述のように受信の際に生成した受信ウエイト行列を、その際に空間多重で組み合わせた端末装置の組み合わせとともに記憶しておけば、同一の組み合わせの端末装置へ空間多重して送信する際には、その組み合わせに対する直近のリアルタイム受信ウエイト行列を転置したものを、リアルタイム送信ウエイト行列とみなして利用することで同様の効果を得ることができる。
That is, in the case of obtaining the real-time reception weight matrix W R using any form of Equation (12) through (13) also corresponding real-time transmission weight matrix W T is by transposing the real-time reception weight matrix W R Can be obtained.
Therefore, if the reception weight matrix generated at the time of reception as described above is stored together with the combination of the terminal devices combined by spatial multiplexing at that time, when the spatial weight multiplexing is performed and transmitted to the terminal device of the same combination The same effect can be obtained by using a transposition of the latest real-time reception weight matrix for the combination as a real-time transmission weight matrix.
このように、送信側及び受信側双方において、送受信ウエイトの乗算を2段階に分けて行い、その内の一方はチャネル時変動による誤差を許容した平均化送受信ウエイトベクトルを用い、チャネル時変動に追従する干渉抑圧のための行列演算は空間多重するL系統の信号系列に対してL×Lのサイズのリアルタイム送受信ウエイト行列の演算で済ませることができる。
なお、以下には本発明の実施形態についての説明をする前に本発明の関連技術としてキャリブレーション処理について説明を加えておく。
In this way, transmission and reception weight multiplication is performed in two stages on both the transmission side and the reception side, and one of them uses an average transmission / reception weight vector that allows errors due to channel time fluctuations, and follows channel time fluctuations. The matrix calculation for suppressing the interference can be performed by calculating the L × L size real-time transmission / reception weight matrix for the spatially multiplexed L signal series.
In the following, a calibration process will be described as a related technique of the present invention before the embodiment of the present invention is described.
[アンプの個体差による影響(キャリブレーション)について]
実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。
[Effects of individual amplifier differences (calibration)]
In an actual wireless communication apparatus, in signal processing on the transmission side, signal amplification is often performed by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, there is an error in the amplification factor due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate at a different value for each high power amplifier in the high power amplifier. Similarly, in signal processing on the reception side, signal amplification is often performed by a low noise amplifier immediately after reception. In this case, there is an error in the amplification factor due to individual differences of the low noise amplifiers, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier.
特に、ハイパワーアンプ及びローノイズアンプの増幅率及び位相回転量には、周波数依存性がある。周波数依存性を伴う増幅率及び複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。 In particular, the amplification factor and phase rotation amount of the high power amplifier and the low noise amplifier have frequency dependency. If the individual difference in the amplification factor with frequency dependency and the amount of rotation of the complex phase is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform calibration processing when estimating the downlink channel information from the uplink channel information. is there. Since the error of the amplification factor and the amount of phase rotation is almost stable in time, measure the error of the amplification factor and the amount of phase rotation in advance, and use a coefficient to cancel the influence of the error. Converts link channel information to downlink channel information.
以下の関連技術における無線通信装置では、アップリンクのチャネル推定結果を用いて、平均化送信ウエイトベクトル及び平均化受信ウエイトベクトルを算出する。先の説明においても、実際にはハイパワーアンプやローノイズアンプ(厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等)により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。 In a wireless communication apparatus according to the following related technology, an average transmission weight vector and an average reception weight vector are calculated using uplink channel estimation results. Also in the above description, the amplitude and the complex phase may actually be changed by a high power amplifier or a low noise amplifier (strictly speaking, a transmission system and a reception system circuit including other circuits such as a filter). In this case, it has been described that a calibration coefficient for correcting in accordance with a change in amplitude or complex phase is acquired in advance and used for correction. Although a known technique may be used for the calibration process, an example of the calibration process will be described below.
図29は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号25−1〜25−3は無線モジュールを示し、符号21−1〜21−3はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号22−1〜22−3はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号23−1〜23−3は時分割スイッチ(TDD−SW)を示し、符号24−1〜24−3はアンテナ素子を示している。
ここでは、無線通信装置においてチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略したが、無線モジュール25−1〜25−3にはその他の機能も含まれる。また、信号がハイパワーアンプ21−1〜21−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#1(fk)、ZHPA#2(fk)、ZHPA#3(fk)に応じて変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ22−1〜22−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZLNA#1(fk)、ZLNA#2(fk)、ZLNA#3(fk)に応じて変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第k周波数成分に対する周波数「(fk)」の表記を行っている。
FIG. 29 is a diagram illustrating asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In the figure, reference numerals 25-1 to 25-3 denote wireless modules, reference numerals 21-1 to 21-3 denote high power amplifiers (HPA), and reference numerals 22-1 to 22-3 denote low noise amplifiers (LNA). Reference numerals 23-1 to 23-3 denote time division switches (TDD-SW), and reference numerals 24-1 to 24-3 denote antenna elements.
Here, since only functions that affect channel information are extracted in the wireless communication apparatus, configurations other than those illustrated are omitted, but the wireless modules 25-1 to 25-3 include other functions. Further, when the signal passes through each of the high power amplifiers 21-1 to 21-3, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 1 (f k ), Z HPA # 2 (f k ), Z HPA # 3 (f k ). Further, when the signal passes through each of the low noise amplifiers 22-1 to 22-3, the amplitude and the complex phase are Z LNA # 1 (f k ), Z LNA # 2 (f k ), and Z LNA # 3 (f k ). Here, it is assumed that there is a frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” for the k-th frequency component is described.
ここで、例えば、無線モジュール25−1及び無線モジュール25−2から試験用の無線モジュール25−3に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール25−1のアンテナ素子24−1と、無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh1(fk)で表されている。また、無線モジュール25−2のアンテナ素子24−2と無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh2(fk)で表されている。 Here, for example, channel information when signals are transmitted from the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 to the test wireless module 25-3 will be described. Here, spatial channel information between the antenna element 24-1 of the wireless module 25-1 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 1 (f k ). In addition, channel information in the space between the antenna element 24-2 of the wireless module 25-2 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 2 (f k ).
このとき、実際に無線モジュール25−1から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh1(fk)にハイパワーアンプ21−1の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#1(fk)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(fk)が乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh2(fk)にハイパワーアンプ21−2の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#2(fk)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(fk)が乗算された値として観測される。
At this time, the channel information when the signal is actually transmitted from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 indicates a change accompanying the passage of the high power amplifier 21-1 at h 1 (f k ) in space. A coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.
Similarly, the channel information when transmitting a signal from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is a coefficient Z indicating a change accompanying passage of the high power amplifier 21-2 at h 2 (f k ) in space. HPA # 2 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.
したがって、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#1(fk)・h1(fk)・ZLNA#3(fk)で表される。また、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#2(fk)・h2(fk)・ZLNA#3(fk)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h1(fk)とh2(fk)の差に加えて、相対的にZHPA#2(fk)/ZHPA#1(fk)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). A channel from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.
この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−1にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh1(fk)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(fk)と、ローノイズアンプ22−1の通過にともなる変化を示す係数ZLNA#1(fk)とが乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−2にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh2(fk)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(fk)と、ローノイズアンプ22−2の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#2(fk)とが乗算された値として観測される。
This situation is the same on the receiving side. When the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-1, the channel information is stored in the high power amplifier 21 in h 1 (f k ) in space. Observed as a value obtained by multiplying the coefficient Z HPA # 3 (f k ) indicating the change accompanying the passage of −3 and the coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating the change accompanying the passing of the low noise amplifier 22-1 Is done.
Similarly, when the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-2, the channel information changes in space h 2 (f k ) due to the passage of the high power amplifier 21-3. It is observed as a value obtained by multiplying the indicated coefficient Z HPA # 3 (f k ) by the coefficient Z LNA # 2 (f k ) indicating the change accompanying the passage of the low noise amplifier 22-2.
したがって、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネルは、ZHPA#3(fk)・h1(fk)・ZLNA#1(fk)で表される。また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネルは、ZHPA#3(fk)・h2(fk)・ZLNA#2(fk)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h1(fk)とh2(fk)の差に加えて、相対的にZLNA#2(fk)/ZLNA#1(fk)の差が発生する。
上述したように、関連技術における無線通信装置は、受信したトレーニング信号に対して長時間平均をとることにより、各アンテナ素子に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報をアップリンクにて取得可能である。
Therefore, the channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). A channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z LNA # 2 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ) difference occurs.
As described above, the wireless communication device according to the related art takes a long-time average with respect to the received training signal, thereby including a channel including a change caused by the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 connected to each antenna element. Information can be acquired on the uplink.
しかし、無線通信装置はダウンリンクにおけるチャネル情報を直接求めることができない。そこで、アップリンクのチャネル情報から換算することで、ダウンリンクのチャネル情報を取得する。この換算のためには、各アンテナ素子24−1〜24−3に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3及びハイパワーアンプ21−1〜21−3の個体差の影響をキャンセルする必要がある。
そこで、無線通信装置の製造段階において、リファレンスとなる試験用の無線モジュール25−3を用意し、試験用の無線モジュール25−3のアンテナ端子と、無線モジュール25−1、25−2のアンテナ端子とを直接ケーブルで接続し、伝搬路上のチャネル情報が共通の値となる環境で、ハイパワーアンプ21−1〜21−3及びローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報を測定し、測定したチャネル情報を用いて補正を行う。
However, the wireless communication apparatus cannot directly obtain channel information in the downlink. Therefore, downlink channel information is obtained by conversion from uplink channel information. For this conversion, the influence of individual differences between the low-noise amplifiers 22-1 to 22-3 and the high-power amplifiers 21-1 to 21-3 connected to the antenna elements 24-1 to 24-3 is canceled. There is a need.
Therefore, in the manufacturing stage of the wireless communication device, a test wireless module 25-3 serving as a reference is prepared, and the antenna terminal of the test wireless module 25-3 and the antenna terminals of the wireless modules 25-1 and 25-2 are prepared. And channel information including changes by the high power amplifiers 21-1 to 21-3 and the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 are measured in an environment where the channel information on the propagation path is a common value. Then, correction is performed using the measured channel information.
図30は、キャリブレーションの概要を示す図である。同図において、符号26−1〜26−3はアンテナ端子を示し、符号27は同軸ケーブルを示している。なお、図29に示した機能部と同じ機能部には同じ符号を付している。
図30(A)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−1とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図30(B)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−2とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図29が実際の空間上を信号が伝搬した状態を示しているのに対して、図30がアンテナ素子を介さずに同軸ケーブル上を信号が伝搬した状態を示している。
FIG. 30 is a diagram showing an outline of calibration. In the figure, reference numerals 26-1 to 26-3 indicate antenna terminals, and
FIG. 30A illustrates a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-1 are connected by a coaxial cable. FIG. 30B illustrates a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-2 are connected by a coaxial cable. FIG. 29 shows a state in which a signal propagates in an actual space, whereas FIG. 30 shows a state in which a signal propagates on a coaxial cable without passing through an antenna element.
無線モジュール25−1、25−2と、無線モジュール25−3とを接続する伝搬路としての同軸ケーブル27のチャネル情報は、h0(fk)である。
このとき、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#1(fk)・h0(fk)・ZLNA#3(fk)で表される。無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#2(fk)・h0(fk)・ZLNA#3(fk)で表される。
また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報は、ZHPA#3(fk)・h0(fk)・ZLNA#1(fk)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報は、ZHPA#3(fk)・h0(fk)・ZLNA#2(fk)で表される。
そこで、これらのチャネル情報を測定した後に、次式(16)及び式(17)で表されるキャリブレーション係数C1(fk)、C2(fk)を算出しておく。
The channel information of the
At this time, the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 1 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 2 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ).
Further, the channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25 -3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ).
Therefore, after measuring these channel information, calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) represented by the following equations (16) and (17) are calculated.
先ほど、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報はZHPA#3(fk)・h1(fk)・ZLNA#1(fk)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報はZHPA#3・(fk)・h2(fk)・ZLNA#2(fk)で表されると説明した。これらに式(16)及び式(17)のキャリブレーション係数C1(fk)、C2(fk)を乗算すると次式(18)及び式(19)が得られる。 The channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25- It has been described that the channel information from 3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 · (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). When these are multiplied by the calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) of the equations (16) and (17), the following equations (18) and (19) are obtained.
式(18)及び式(19)の右辺は、先ほど説明した、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報、及び、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報に一致している。
このように、式(16)及び式(17)に相当するキャリブレーション係数を無線通信装置の製造段階において取得しておき、これらを無線通信装置内に記憶しておくことにより、これらのキャリブレーション係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出することができる。
The right sides of Expression (18) and Expression (19) are the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 and the channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 described above. It matches.
As described above, the calibration coefficients corresponding to the equations (16) and (17) are acquired in the manufacturing stage of the wireless communication device, and stored in the wireless communication device, thereby calibrating them. The downlink channel information can be calculated from the uplink channel information using the coefficient.
なお、以下の実施形態では、これらのキャリブレーション係数を予め取得し、その値をデジタル信号処理上で利用する場合の説明を中心に行うが、当然ながらアナログ回路上において、これらのキャリブレーション係数が全てほぼ一定の値(複素位相が一定値であれば、絶対値そのものには差があっても構わない)となるように無線通信装置内で調整を行っていれば、全てのキャリブレーション係数が1であるとみなした処理に読み替えることも可能である。同様に、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整されている場合にも、結果的に式(16)及び式(17)で示されるキャリブレーション係数の複素位相が全てのアンテナ素子でほぼ一定値になるため、同様の効果を得ることができる。 In the following embodiment, these calibration coefficients are acquired in advance, and the description will be made mainly on the case where the values are used in digital signal processing.Naturally, these calibration coefficients are displayed on an analog circuit. If all adjustments are made within the wireless communication device so that all values are almost constant (the absolute value itself may be different if the complex phase is constant), all calibration coefficients are It can also be read as a process regarded as 1. Similarly, even when the complex phases of the uplink and downlink are adjusted to be constant values, as a result, the complex phases of the calibration coefficients expressed by the equations (16) and (17) are all Since the antenna element has a substantially constant value, the same effect can be obtained.
[本発明の具体的な実施形態]
以下、図1から図19を参照して、本発明に係る具体的な実施形態を図を用いて説明する。
[Specific Embodiment of the Present Invention]
Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 19.
(一実施形態における基地局装置の構成)
図1は、本発明に係る一実施形態における基地局装置10の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置10は、受信部100、送信部140、平均化送受信ウエイト算出部120、リアルタイム送信ウエイト行列記憶部130、インタフェース回路170、MAC層処理回路180、通信制御回路110、及び、記憶回路115を備えている。MAC層処理回路180はスケジューリング処理回路181を有している。
基地局装置10は、インタフェース回路170を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路170は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路180に出力する。MAC層処理回路180は、基地局装置10全体の動作の管理制御を行う通信制御回路110の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路170で入出力されるデータ、及び、無線回線上で送受信されるデータに対するフォーマット等の変換や、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路181は、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路181は、スケジューリング結果を通信制御回路110に出力する。
(Configuration of base station apparatus in one embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a
The
空間多重伝送では、送信時には複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路180から送信部140に出力される。また、受信の際には複数の端末装置から送信された複数系統の信号系列が受信部100からMAC層処理回路180に出力される。平均化送受信ウエイト算出部120は、受信部100と送信部140とが空間多重してデータを送受信する際に用いる平均化受信ウエイトベクトル及び平均化送信ウエイトベクトルを管理する。リアルタイム送信ウエイト行列記憶部130は、送信部140が空間多重してデータを送信する際に用いるリアルタイム送信ウエイト行列を記憶・管理する。
In the spatial multiplexing transmission, a signal is transmitted to a plurality of terminal devices at a time at the time of transmission, so that a plurality of signal sequences are output from the MAC
記憶回路115は、無線通信システムにおいて各端末装置の様々な情報など(例えば、SNR情報、時変動の程度の情報や最適伝送モードなどに関する情報など)を予め記憶している。記憶回路115が記憶している端末装置のSNR情報や最適伝送モードなどの情報は、スケジューリング実施時において用いられる。なお、この記憶回路115は、本実施形態及びその関連技術の双方において、必ずしも必要ではなく、場合によっては省略する構成とすることも可能である。
以下、基地局装置10における受信(アップリンク)に係る構成(受信部100)と、送信(ダウンリンク)に係る構成(送信部140)とに分けて説明する。
The
Hereinafter, the configuration (reception unit 100) related to reception (uplink) in the
(本実施形態における基地局装置の受信部の構成)
図2は、本実施形態における基地局装置10が備える受信部100の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部100は、アンテナ素子101−1〜101−K、TDDスイッチ102−1〜102−K、ローノイズアンプ(LNA)103−1〜103−K、ローカル発振器104、ミキサ105−1〜105−K、フィルタ106−1〜106−K、A/D変換器107−1〜107−K、FFT回路108−1〜108−K、第1受信信号処理回路191−1〜191−L、及び、第2受信信号処理回路192を備えている。
(Configuration of receiving unit of base station apparatus in this embodiment)
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the receiving
第2受信信号処理回路192と、TDDスイッチ102−1〜102−Kとは、図1に示した通信制御回路110に接続されている。また、FFT回路108−1〜108−Kと、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、図1に示した平均化送受信ウエイト算出部120と接続されている。また、第2受信信号処理回路192は、図1に示したリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130と接続されている。なお、アンテナ素子101−1〜101−Kは、図27における基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4に対応する。また、本実施形態ではTDD方式を前提として説明を行うが、原理的にはFDD方式にも拡張可能である。
The second received
本実施形態の基地局装置10には、K個のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応する、TDDスイッチ102−1〜102−KからA/D変換器107−1〜107−Kまでの回路が並列に設けられている。A/D変換器107−1〜107−Kの出力にFFT回路108−1〜108−Kが接続されている。また、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定するために、送受信で同一のアンテナ素子101−1〜101−Kを用いている。TDDスイッチ102−1〜102−Kが送信信号と受信信号との流れを切り替えている。
The
TDDスイッチ102−1〜102−Kは、アンテナ素子101−1〜102−Kを介して受信した信号をローノイズアンプ103−1〜103−Kに出力する。ローノイズアンプ103−1〜103−Kは、TDDスイッチ102−1〜102−Kから出力される信号を増幅して、ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ローカル発振器104は、予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を各ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ここで、各ミキサ105−1〜105−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ105−1〜105−Kに入力される。
The TDD switches 102-1 to 102-K output the signals received via the antenna elements 101-1 to 102-K to the low noise amplifiers 103-1 to 103-K. The low noise amplifiers 103-1 to 103-K amplify the signals output from the TDD switches 102-1 to 102-K and output the amplified signals to the mixers 105-1 to 105-K. The
ミキサ105−1〜105−Kは、ローノイズアンプ103−1〜103−Kから入力された信号に対し、ローカル発振器104から入力される局部発振信号を乗算してダウンコンバートしてフィルタ106−1〜106−Kに出力する。フィルタ106−1〜106−Kは、ミキサ105−1〜105−Kがダウンコンバートした信号に含まれる受信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、A/D変換器107−1〜107−Kに出力する。A/D変換器107−1〜107−Kは、フィルタ106−1〜106−Kから入力されるベースバンド信号をデジタル化する。
The mixers 105-1 to 105-K multiply the signals input from the low noise amplifiers 103-1 to 103-K by the local oscillation signal input from the
FFT回路108−1〜108−Kは、A/D変換器107−1〜107−Kから入力されると、当該デジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとの信号に分離する。この際、FFT回路108−1〜108−Kは、各周波数成分の信号に対して、OFDMシンボル(ないしはブロック伝送のブロック)ごとにガードインターバルを除去し、残りのサンプリングデータに対してFFT処理を施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換し、当該信号を第1受信信号処理回路191−1〜191−Lに出力する。更に、FFT回路108−1〜108−Kは、当該信号を平均化送受信ウエイト算出部120にも出力する。
When input from the A / D converters 107-1 to 107-K, the FFT circuits 108-1 to 108-K separate the digital baseband signal into signals for each frequency component. At this time, the FFT circuits 108-1 to 108-K remove the guard interval for each OFDM signal (or block transmission block) for each frequency component signal, and perform FFT processing on the remaining sampling data. The signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis, and the signal is output to the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L. Further, the FFT circuits 108-1 to 108-K also output the signals to the average transmission / reception
平均化送受信ウエイト算出部120では、FFT回路108−1〜108−Kから入力されるデジタル・ベースバンド信号がトレーニング信号に対応するタイミングであるか否かの指示を、通信制御回路110より受けて、トレーニング信号であれば通信制御回路110から指示された端末装置との平均化送受信ウエイトベクトルの取得、平均化、記憶等の処理を行う。チャネル推定用のトレーニング信号の詳細については後述する。なお、以下に示す第1受信信号処理回路191−1〜191−L及び第2受信信号処理回路192における処理は、全て周波数成分ごとに個別に算出、処理、記録、管理されるものである。
The averaged transmission / reception
第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、それぞれが、空間多重を用いて信号を送信する端末装置ないしは空間多重された信号系列に対応付けられている。第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、L<<KとなるK本のアンテナに対応する受信信号から、L系統に対応する端末装置ごとの信号を算出する。 Each of the first received signal processing circuits 191-1 to 191-L is associated with a terminal device or a spatially multiplexed signal sequence that transmits a signal using spatial multiplexing. The first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L calculate signals for each terminal device corresponding to the L system from reception signals corresponding to K antennas with L << K.
具体的には、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、それぞれに割り当てられた送信元の端末装置に対応する平均化受信ウエイトベクトルを平均化送受信ウエイト算出部120から入力する。第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、入力した平均化受信ウエイトベクトルを、FFT回路108−1〜108−Kにて各周波数成分に分離された信号に対して周波数成分ごとに乗算する。第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応する信号であって乗算により得られた信号を加算合成し、加算合成により得られた信号を第2受信信号処理回路192に出力する。
Specifically, the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L input averaged reception weight vectors corresponding to the transmission source terminal devices assigned thereto from the average transmission / reception
ただし、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lそれぞれが算出する信号系列は、相互の干渉信号を完全に抑圧できた状態ではなく、相互の残留干渉が残った状態であるため、第2受信信号処理回路192では信号分離のための更なる信号処理を施し、残留干渉を十分に抑圧した状態で信号検出処理を行う。
However, the signal sequences calculated by the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L are not in a state in which the mutual interference signals can be completely suppressed, but in a state in which the mutual residual interference remains. 2 The received
第2受信信号処理回路192では、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lから入力される信号の先頭部分に配置されたトレーニング信号の受信タイミングを通信制御回路110からの指示で把握する。第2受信信号処理回路192は、このトレーニング信号を用いて、加算合成後のL系統の信号系列に関する各周波数成分のチャネル情報を取得する。平均化受信ウエイトベクトルを用いて生成されるL系統の信号系列のそれぞれは、平均化受信ウエイトベクトルに対応した仮想的な1本のアンテナで受信される信号系列に相当する。つまり、L局の端末装置のアンテナと仮想的なL本のアンテナ間のチャネル情報を取得することで、L×Lのサイズの各周波数成分のチャネル行列が取得可能であり、アンテナの本数Kに対して比較的小さなサイズの行列を用いることで信号分離が可能となる。
In the second reception
第2受信信号処理回路192における信号分離の処理としては、式(12)を用いるZF型の逆行列であったり、同様に式(13)を用いるMMSE型の信号処理であったり、ないしは非線形なMLD(Maximum Likelihood Detection)などの信号処理であっても構わない。以下では簡単のため、ZF型の逆行列を用いる場合について説明を行う。
Signal separation processing in the second received
まず、第2受信信号処理回路192は、各周波数成分において式(12)によりL×Lの正方行列の逆行列を求め、これをリアルタイム受信ウエイト行列として用いる。第2受信信号処理回路192は、トレーニング信号に後続する各周波数成分のL系統の信号系列(L個の成分をもつL次元ベクトルとして処理する)に対して逆行列を乗算して信号分離を行う。第2受信信号処理回路192は、分離された各系統の信号系列に対して信号検出処理を行い、得られたデータ出力#1〜#LをMAC層処理回路180に出力する。
なお、式(12)などを用いて得られたリアルタイム受信ウエイト行列は、送信処理におけるリアルタイム送信ウエイト行列としても利用可能であることから、これをリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に出力し、これを記録しておく。なお、この際には同時に空間多重された端末装置の組み合わせ情報も合わせて記録しておく。
First, the second received
Note that the real-time reception weight matrix obtained using equation (12) or the like can also be used as a real-time transmission weight matrix in the transmission processing, and therefore, this is output to the real-time transmission weight
第2受信信号処理回路192が行う信号検出処理は、具体的にはOFDM(A)変調方式が用いられている場合にはサブキャリアごとの復調処理を行い、SC−FDEが用いられている場合には周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対する復調処理を行う。この復調処理では、適用された変調方式に対応したコンスタレーションを基に硬判定処理ないしは軟判定処理により仮の信号検出を行い、更に、必要に応じて誤り訂正の復号処理を施し、データを出力する。
MAC層処理回路180におけるMAC層上での信号処理などは、公知の技術を用いた処理と同じであり、ここでは説明を省略する。
Specifically, the signal detection processing performed by the second received
The signal processing on the MAC layer in the MAC
以上の処理において第1受信信号処理回路191−1〜191−Lが信号処理を行う際、送信元の端末装置ごとに異なる平均化受信ウエイトベクトルを用いる必要がある。通信制御回路110は、一連の通信に係る制御全般を管理するが、特に、どのタイミングでどの端末装置からの信号を受信するか、どの平均化受信ウエイトベクトルを用いるのかを管理する。そのため、本実施形態における基地局装置10と端末装置との間のアクセス制御は、基本的には基地局装置10が集中制御して管理している。
When the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L perform signal processing in the above processing, it is necessary to use different average reception weight vectors for each transmission source terminal device. The
なお、補足であるが、通信制御回路110は、自装置(基地局装置10)と端末装置との間のタイミングの同期に関して、GPS等を用いた絶対的な時刻・タイミングの同期を用いるようにしてもよい。また、絶対的な時刻の同期の他にも、基地局装置10と端末装置との間の大まかな距離が分かっていれば、その距離に相当する伝搬遅延を端末装置に事前に設定しておき、端末装置は、基地局装置10のタイミングの基準となる信号の受信時刻に対し、所定のオフセットとして伝搬遅延を減算した時間にアップリンクの信号を送信開始するようにしてもよい。
As a supplement, the
具体的には、時分割多元接続(Time Division Multiple Access:TDMA)を用いたアクセス制御の例を用いれば、端末装置は、TDMAフレーム先頭のプリアンブル等のタイミング検出により得られるフレームタイミングを基準とし、フレーム内のスロット割り当ての内容を把握して通信の動作を行う。通常であれば、アップリンクのタイムスロットのタイミングで信号を送信するが、いわゆるタイム・アライメントと呼ばれる制御では、伝搬遅延を見込んでその遅延分だけ端末が自らの認識しているタイミングに対して先行した時間のタイミングで信号の送信を開始し、結果的に基地局装置10にその信号が到着する時刻を、基地局装置10が認識しているタイミング通りになるように調整する。
Specifically, if an example of access control using time division multiple access (Time Division Multiple Access (TDMA)) is used, the terminal device is based on the frame timing obtained by timing detection such as a preamble at the beginning of the TDMA frame, The contents of slot assignment in the frame are grasped and communication operation is performed. Normally, a signal is transmitted at the timing of the uplink time slot. However, in the so-called time alignment control, the terminal is ahead of the timing that the terminal recognizes by considering the propagation delay. The transmission of the signal is started at the timing of the time, and as a result, the time at which the signal arrives at the
この際に必要となる調整量は、実際の信号は基地局装置10から端末装置、更に基地局装置10へと往復することになるため、端末装置は伝搬遅延の2倍の時間だけ前倒しで送信を開始することになる。なお、このタイミングの調整は必ずしも端末装置で行わなくてもよく、基地局装置10が自装置と端末装置との距離ないしはその距離に相当する伝搬遅延を把握することができれば、基地局装置10において信号が受信される時刻をその時間分(伝搬遅延の2倍)だけ後ろ倒しに調整することで、タイミング調整を行うことも可能である。ないしは、直接的に基地局装置から端末装置に対し、その時間分だけ前倒しした時間を送信タイミングであると指示を行ってもよい。
The amount of adjustment required at this time is that the actual signal is reciprocated from the
このように、GPSを用いた絶対時刻の同期ないしはタイム・アライメント制御等のいずれかの手段で把握したタイミングで基地局装置10は受信処理を開始し、シンボルタイミングも既知として処理を行うことが可能である。これらのタイミング制御、アクセス制御、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切り替え、受信ウエイトを読み出すときにおける送信元である端末装置情報の提供など、これらを合わせて全て通信制御回路110が制御・管理を行う。
In this way, the
次に、本実施形態における基地局装置10が備える平均化送受信ウエイト算出部120の構成について説明する。
図3は、本実施形態における平均化送受信ウエイト算出部120の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、平均化送受信ウエイト算出部120は、チャネル情報平均化回路121、受信ウエイト算出回路122、受信ウエイト記憶回路123、キャリブレーション係数記憶回路124、キャリブレーション回路125、送信ウエイト算出回路126、及び、送信ウエイト記憶回路127を有している。以下に示す説明におけるチャネル情報、平均化送受信ウエイトベクトル、キャリブレーション係数等は、全て周波数成分ごとに異なるものであり、それらは周波数成分ごとに個別に算出、処理、記録、管理されるものである。
Next, the configuration of the average transmission / reception
FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the averaged transmission / reception
チャネル情報平均化回路121は、通信制御回路110の指示に従い、FFT回路108−1〜108−Kから入力される信号に対してトレーニング信号の平均化処理を行う。チャネル情報平均化回路121は、端末装置ごとに、端末装置とアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれとの間のアップリンクの平均化されたチャネル情報を周波数成分ごとに取得する。ここでの平均化とは、図27に示す利用形態を想定すれば、見通し波ないしは巨大構造物からの安定的な反射波などの時変動のないチャネル情報成分の抽出を意図しているが、必ずしも長時間に亘る平均化である必要はなく、最後に取得したチャネル情報をそのまま用いても構わない。この場合には実質的には平均化を行っていないことになるが、説明の都合上、その場合も1回の測定値を平均化したものとみなして「平均化」という言葉を用いて説明を行う。また、この平均化の詳細については後述する。
The channel
チャネル情報平均化回路121は、端末装置ごとに、離散的な時刻に取得された複数回分のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対するチャネル情報から、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対するチャネル情報の平均値を算出し、算出した平均値をチャネル情報として出力する。
受信ウエイト算出回路122は、チャネル情報平均化回路121が出力したチャネル情報に基づいて、端末装置ごとにアンテナ素子と周波数成分の各組み合わせに対応する平均化受信ウエイトを算出し、算出した平均化受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路123に出力する。受信ウエイト記憶回路123は、受信ウエイト算出回路122が出力した平均化受信ウエイトと、端末装置、アンテナ素子及び周波数の組み合わせとを対応付けて記憶する。
The channel
Based on the channel information output from the channel
キャリブレーション係数記憶回路124には、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応した各周波数成分のキャリブレーション係数が予め記憶されている。このキャリブレーション係数は、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出する際に用いる係数である。キャリブレーション回路125は、チャネル情報平均化回路121が出力したチャネル情報に対して、キャリブレーション係数記憶回路124に記憶されているキャリブレーション係数を乗算することにより、ダウンリンクのチャネル情報を取得する。
The calibration
送信ウエイト算出回路126は、キャリブレーション回路125が取得したダウンリンクのチャネル情報に基づいて、端末装置ごとにアンテナ素子101−1〜101−Kと周波数成分との各組み合わせに対応する平均化送信ウエイトを算出し、算出した平均化送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路127に出力する。送信ウエイト記憶回路127は、送信ウエイト算出回路126が出力した平均化送信ウエイトと、端末装置、アンテナ素子及び周波数の組み合わせとを対応付けて記憶する。なお、送信ウエイト記憶回路127は、基地局装置10が備えるアップリンクに係る構成の一部にもなっている。
Based on the downlink channel information acquired by the
平均化送受信ウエイト算出部120における各回路によるチャネル情報の推定に関する一連の処理、及びそれに後続する平均化送受信ウエイトの算出とその記憶などは、全て周波数成分ごとに行われる。
A series of processes related to channel information estimation by each circuit in the averaged transmission / reception
次に、第1受信信号処理回路191−1〜191−L、及び第2受信信号処理回路192の詳細について説明する。
図2に示したように、受信部100にはL面の第1受信信号処理回路191−1〜191−Lが含まれており、ここではそのうちの1面(便宜上、第j(1≦j≦L)面とする)に着目して説明を行う。図4は、本実施形態における第1受信信号処理回路191−jの構成例を示す概略ブロック図である。第1受信信号処理回路191−jは、乗算器201−1〜201−K、加算器202、及び、平均化受信ウエイトベクトル成分分配器203を有している。
Next, details of the first received signal processing circuits 191-1 to 191-L and the second received
As shown in FIG. 2, the receiving
平均化受信ウエイトベクトル成分分配器203は、図1において示した平均化送受信ウエイト算出部120に接続されている。平均化受信ウエイトベクトル成分分配器203は、平均化送受信ウエイト算出部120より入力されるK次元のベクトル形式の各周波数成分の平均化受信ウエイトベクトルをK個の各成分に分け、それぞれの成分を対応する乗算器201−1〜201−Kに入力する。乗算器201−1〜201−Kは、それぞれが対応するFFT回路108−1〜108−Kと接続されており、FFT回路108−1〜108−Kから各周波数成分に対する受信信号#1〜#Kを入力する。乗算器201−1〜201−Kは、平均化受信ウエイトベクトルの成分と、受信信号とを周波数成分ごとに乗算し、乗算結果を加算器202に出力する。加算器202は、各乗算器201−1〜201−Kから入力される信号をシンボル単位で周波数成分ごとに加算合成し、その結果を中間信号#jとして第2受信信号処理回路192に出力する。図2に示したように、第1受信信号処理回路191−j(1≦j≦L)それぞれからの信号であるL系統の信号系列は、後続する第2受信信号処理回路192に入力される。なお、上述したとおり以上の処理は全ての周波数成分に対して同様に実施される。
The averaged reception weight
図5は、本実施形態における第2受信信号処理回路192の構成例を示す概略ブロック図である。第2受信信号処理回路192は、同図に示すように、リアルタイム送受信ウエイト算出部204、行列乗算部205、及び、信号検出回路206−1〜206−Lを有している。
リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、図2に示したリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130及び第1受信信号処理回路191−1〜191−Lに接続されている。行列乗算部205は、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lと接続されている。信号検出回路206−1〜206−Lは、図2において示したMAC層処理回路180と接続されている。また、第2受信信号処理回路192は通信制御回路110とも接続されており、通信に関する様々なタイミングや制御情報が通信制御回路110から入力される。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a configuration example of the second received
The real-time transmission / reception
リアルタイム送受信ウエイト算出部204及び行列乗算部205には、第1受信信号処理回路191−1〜191−LからL系統の信号系列(中間信号#1〜中間信号#L)が入力される。通信制御回路110からの指示において、各中間信号の先頭部がチャネル推定のためのトレーニング信号であると判断されるとき、リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、中間信号に含まれるトレーニング信号に基づいて周波数成分ごとのチャネル推定を行い、周波数成分ごとにL×Lのチャネル行列を取得する。リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、取得したチャネル行列を基に式(12)又は式(13)によりリアルタイム受信ウエイト行列WRを算出し、算出したリアルタイム受信ウエイト行列WRを行列乗算部205に入力する。算出された各周波数成分のリアルタイム受信ウエイト行列WRは、その対称性によりリアルタイム送信ウエイト行列WTとして利用できるため、リアルタイム送受信ウエイト算出部204はリアルタイム受信ウエイト行列WR及び空間多重する端末装置の組み合わせをリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に出力して記憶させる。
The real-time transmission / reception
行列乗算部205は、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lから入力される中間信号#1〜#Lのうちトレーニング信号に後続する信号の各周波数成分を、L次元のベクトルとして扱う。行列乗算部205は、リアルタイム送受信ウエイト算出部204から入力されるリアルタイム受信ウエイト行列WRと、L次元のベクトルとを周波数成分ごとに乗算する。これにより、中間信号#1〜#L間における相互干渉が抑圧される。行列乗算部205は、乗算により相互干渉が抑圧された中間信号#1〜#Lを信号検出回路206−1〜206−Lに入力する。
信号検出回路206−1〜206−Lは、それぞれ個別に信号検出処理を行い、再生されたビット列をデータ出力#1〜#LとしてMAC層処理回路180へ出力する。ここでの具体的な信号処理は、OFDM(A)変調方式が用いられている場合にはサブキャリアごとの復調処理を行い、SC−FDEが用いられている場合には周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対する復調処理である。
The
The signal detection circuits 206-1 to 206-L individually perform signal detection processing, and output the reproduced bit strings to the MAC
(本実施形態の受信処理について)
図6は、本実施形態における基地局装置10が行う受信処理を示すフローチャートである。端末装置が送信する信号は、本実施形態における基地局装置10が実施する各種信号処理を意識することなく、通常のマルチユーザMIMOを用いた通信における信号として送信される。ここでは、同時に空間多重する端末装置の選択方法、即ちスケジューリング方法の詳細は省略するが、MAC層処理回路180は公知の技術を用いて、空間多重してデータを伝送する端末装置を選択する。
(Reception processing of this embodiment)
FIG. 6 is a flowchart showing a reception process performed by the
基地局装置10において、受信処理が開始されると(ステップS101)、通信制御回路110は、空間多重してデータを伝送する端末装置の組み合わせを選択し(ステップS102)、アップリンクに関するスケジューリング内容を選択された端末装置に対して通知する(ステップS103)。ここでの通知方法は、例えばTDMAフレームを用いた基地局集中制御を採用するWiMAX(登録商標)のようなシステムであれば、フレーム先頭部分におけるUL−MAP(アップリンクの割り当てマップ)にて、割り当てのあるサブキャリア番号やタイムスロット(OFDMシンボル位置)、さらには継続する時間(OFDMシンボル数)などを通知する。もちろん、他の方法で割り当てを端末装置に通知してもよいし、アクセス制御の方法次第ではスケジューリング処理及び端末装置に通知する処理を省略することも可能である。
When the reception process is started in the base station apparatus 10 (step S101), the
ステップS103の処理に応じて、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、送信元の端末装置に対応する平均化受信ウエイトベクトルのうち、自回路に割り当てられる端末装置に対応し各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの各周波数成分に対する平均化受信ウエイトベクトルを受信ウエイト記憶回路123から読み出しを行う(ステップS106)。 In accordance with the processing of step S103, the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L correspond to the terminal devices assigned to the own circuit among the averaged reception weight vectors corresponding to the transmission source terminal devices. The average received weight vector for each frequency component of the antenna elements 101-1 to 101-K is read from the received weight storage circuit 123 (step S106).
これと並行して、ローノイズアンプ103−1〜103−KからA/D変換器107−1〜107−Kは、アップリンクの割り当て指示を受けた端末装置から送信される信号であって各アンテナ素子101−1〜101−Kを介して受信した信号に対して、処理を行う(ステップS104−1〜S104−K)。ここでの処理とは、受信した信号に対する増幅、ダウンコンバート、不要波の除去、アナログ信号からデジタル信号への変換である。
その後、FFT回路108−1〜108−Kは、A/D変換器107−1〜107−Kから出力されるデジタル信号からシンボル単位で信号を抽出し、抽出した信号からガードインターバルを除去してFFT処理を行うことにより、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換するなどの各種の受信信号処理を実施する(ステップS105−1〜S105−K)。
In parallel with this, the A / D converters 107-1 to 107-K from the low noise amplifiers 103-1 to 103-K are signals transmitted from the terminal device that has received an uplink assignment instruction, and each antenna Processing is performed on signals received via the elements 101-1 to 101-K (steps S104-1 to S104-K). The processing here is amplification, down-conversion, unnecessary wave removal, and conversion from an analog signal to a digital signal for the received signal.
Thereafter, the FFT circuits 108-1 to 108-K extract signals in symbol units from the digital signals output from the A / D converters 107-1 to 107-K, and remove the guard interval from the extracted signals. By performing the FFT process, various received signal processes such as converting a signal on the time axis into a signal on the frequency axis are performed (steps S105-1 to S105-K).
第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、ステップS106において受信ウエイト記憶回路123から読み出した平均化受信ウエイトベクトルと、FFT回路108−1〜108−Kにより周波数成分ごとに分離された受信信号とを乗算する(ステップS107−1〜S107−K)。
第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、自回路に割り当てられた端末装置に対応する平均化受信ウエイトベクトルとの乗算により重み付けされた信号を加算合成する(ステップS108−1〜S108−L)。ステップS107−1〜S107−K及びステップS108−1〜S108−Lにおける処理は、それ全体で受信信号ベクトルに平均化受信ウエイトベクトルを乗算する個々の演算に相当する。
The first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L are separated for each frequency component by the averaged reception weight vector read from the reception
The first received signal processing circuits 191-1 to 191-L add and synthesize signals weighted by multiplication with the average received weight vector corresponding to the terminal device assigned to the own circuit (steps S108-1 to S108). -L). The processes in steps S107-1 to S107-K and steps S108-1 to S108-L correspond to individual operations that multiply the received signal vector by the average received weight vector as a whole.
第1受信信号処理回路191−1〜191−Lは、このようにして信号分離された各信号系列(中間信号#1〜#L)を第2受信信号処理回路192に出力する。第2受信信号処理回路192において、リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lから出力される中間信号#1〜#Lに含まれるトレーニング信号を抽出する。このトレーニング信号は、各端末装置から送信された信号の無線パケットにおいて先頭部分に付与されたチャネル推定用の信号である。リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、抽出したトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報(サイズがL×Lのチャネル行列の各成分に相当する情報)を取得する(ステップS112)。
The first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L output the signal series (
リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、取得したアップリンクのチャネル情報と、式(12)又は式(13)とを用いてリアルタイム受信ウエイト行列WRを算出し、算出したリアルタイム受信ウエイト行列WRを行列乗算部205に出力する。また、リアルタイム送受信ウエイト算出部204は、リアルタイム受信ウエイト行列WRからリアルタイム送信ウエイト行列WTを算出(実質的には行列の転置)し、算出したリアルタイム送信ウエイト行列WTをリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に出力して記憶させる(ステップS113)。
Real-time transmission and reception
行列乗算部205は、リアルタイム送受信ウエイト算出部204から出力されたリアルタイム受信ウエイト行列WRと、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lから出力されるL系統の中間信号#1〜#Lで構成されるL次元の受信ベクトルとを乗算する(ステップS114)。この行列演算により、各信号系列に残留干渉として漏れ込んでいた干渉信号は抑圧され、各端末装置から送信された信号系列により近い信号が得られる。
信号検出回路206−1〜206−Lは、行列乗算部205においてリアルタイム受信ウエイト行列WRとの乗算により得られた信号系列に対して所定の受信信号処理を行い、得られた結果をデータ出力#1〜#Lとして出力し(ステップS115−1〜S115−L)、一連の処理を終了する(ステップS116−1〜S116−L)。
Signal detection circuit 206-1 through 206-L performs predetermined received signal processing on the signal sequence obtained by the multiplication of the real-time reception weight matrix W R in
ここで、信号検出回路206−1〜206−Lにおける所定の受信信号処理とは、空間多重された信号を信号分離した後の処理である。したがって、通常のSISO通信と同様の信号処理である。また、受信信号処理には、OFDM(A)変調方式が用いられている場合、サブキャリアごとの復調処理を含み、SC−FDEが用いられている場合、各周波数成分の受信信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対するシングルキャリアの復調処理を含む。さらには、必要に応じて誤り訂正の復号処理などを実施してもよい。当然ながら、以上の処理の後段でMACレイヤ等の信号処理も行われるが、公知の技術による処理と変わらないためここでは省略する。 Here, the predetermined reception signal processing in the signal detection circuits 206-1 to 206-L is processing after signal separation of the spatially multiplexed signals. Therefore, the signal processing is the same as that of normal SISO communication. The received signal processing includes demodulation processing for each subcarrier when the OFDM (A) modulation method is used, and when SC-FDE is used, the frequency axis for the received signal of each frequency component It includes a single carrier demodulation process for a signal obtained by performing the above signal equalization process and synthesizing the signal by IFFT process. Furthermore, a decoding process for error correction may be performed as necessary. Naturally, signal processing such as a MAC layer is also performed after the above processing, but it is omitted here because it is the same as the processing by a known technique.
なお、シンボルタイミングに関しては、各アンテナ素子101−1〜101−Kでの受信信号の受信レベルが十分なレベルにあれば、その受信した信号を基にタイミング検出を行っても良いが、受信信号レベルが非常に微弱な場合には、受信信号からタイミング検出を行うのは困難な場合がある。この場合には、例えばGPSを用いた絶対的な時間同期の他に、周期的なフレーム構成を用いて、直前のフレームタイミング検出用の信号などで得られたタイミングを基準にして、後続するフレームの受信タイミングを推定するなど、如何なる同期手段を用いて受信信号の受信タイミング及びシンボルタイミングを決定するようにしてもよい。このとき、端末装置は送信タイミングを決定する際に、同期された受信タイミングを基準として基地局装置10からの指示等に従い所定のタイミングで信号を送信すればよい。
Regarding the symbol timing, if the reception level of the received signal at each of the antenna elements 101-1 to 101-K is at a sufficient level, timing detection may be performed based on the received signal. If the level is very weak, it may be difficult to detect timing from the received signal. In this case, for example, in addition to absolute time synchronization using GPS, a subsequent frame using a periodic frame configuration with reference to the timing obtained from the immediately preceding frame timing detection signal, etc. The reception timing and symbol timing of the received signal may be determined using any synchronization means such as estimating the reception timing of the received signal. At this time, when determining the transmission timing, the terminal apparatus may transmit a signal at a predetermined timing in accordance with an instruction from the
また、FFT回路108−1〜108−Kが行うステップS105−1〜S105−Kの処理で得られた各アンテナ素子の各周波数成分の信号は、平均化送受信ウエイト算出部120へも出力される。この信号が無線パケット先頭に配置されているチャネル推定用のトレーニング信号である場合には、平均化送受信ウエイト算出部120(厳密には、チャネル情報平均化回路121)では、この情報を用いて各端末装置と基地局装置の各アンテナとの間のアップリンクのチャネル情報を取得する(ステップS109)。ここでは、一般的にはチャネル情報の取得だけではなく、過去のチャネル情報との平均化処理などを通して、見通し波を中心とする安定成分によるチャネル情報の抽出処理を行うことになる。
Further, the signal of each frequency component of each antenna element obtained by the processing of steps S105-1 to S105-K performed by the FFT circuits 108-1 to 108-K is also output to the averaged transmission / reception
続いて、平均化送受信ウエイト算出部120は、抽出したチャネル情報に基づいて、平均化受信ウエイトベクトル及び平均化送信ウエイトベクトルを算出して更新し(ステップS110)、一連の処理を終了する(ステップS111)。平均化受信ウエイトベクトル及び平均化送信ウエイトベクトルの算出及び更新は、具体的には以下のようにして行われる。平均化送受信ウエイト算出部120において、受信ウエイト算出回路122は、取得したチャネル情報に基づいて、平均化受信ウエイトベクトルを算出し、算出した平均化受信ウエイトベクトルを受信ウエイト記憶回路123に記憶させる。また、送信ウエイト算出回路126は、取得したチャネル情報に基づいて、平均送信ウエイトベクトルを算出し、算出した平均化送信ウエイトベクトルを送信ウエイト記憶回路127に記憶させる。
Subsequently, the averaged transmission / reception
なお、原理的にはステップS106で読み出すべき平均化受信ウエイトベクトルは、ステップS110の処理で算出した平均化受信ウエイトベクトルにより与えることも可能である。この場合は、無線パケットの先頭に付与されているチャネル推定用のトレーニング信号に対してステップS105−1〜S105−Kの処理を実施し、その処理により得られた信号に対してステップS109及びステップS110の処理を行う。ステップS107−1〜S107−Kでは、ステップS110において算出された平均化受信ウエイトベクトルを利用すればよい。ただし、この場合にはステップS109及びステップS110の処理を実行する間、ステップS107−1〜S107−Kの処理を待ち合わせさせ、ステップS109及びステップS110の処理が完了後に遡ってステップS107−1〜S107−Kの処理を実施することとなる。しかし、ここでのチャネルの時変動量はわずかな上に、信号系列間の信号分離処理は最新のリアルタイムのチャネル行列を用いて算出することになるので、特性的には殆ど差は現れない。したがって、信号処理の遅延時間の観点からは、平均化受信ウエイトベクトルは事前に取得されたチャネル情報を基に算出した値を利用することが好ましい。 In principle, the average reception weight vector to be read in step S106 can be given by the average reception weight vector calculated in step S110. In this case, the processing of steps S105-1 to S105-K is performed on the channel estimation training signal attached to the head of the wireless packet, and steps S109 and S105 are performed on the signal obtained by the processing. The process of S110 is performed. In steps S107-1 to S107-K, the average reception weight vector calculated in step S110 may be used. In this case, however, the processes in steps S107-1 to S107-K are made to wait while the processes in steps S109 and S110 are executed, and steps S107-1 to S107 are traced back after the processes in steps S109 and S110 are completed. -K processing will be performed. However, the amount of time variation of the channel here is slight, and the signal separation processing between the signal sequences is calculated using the latest real-time channel matrix, so that there is almost no difference in characteristics. Therefore, from the viewpoint of signal processing delay time, it is preferable to use a value calculated based on channel information acquired in advance as the averaged reception weight vector.
(本実施形態の送信部の構成)
図7は、本実施形態における基地局装置10が備える送信部140の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部140は、第1送信信号処理回路193−1〜193−L、第2送信信号処理回路194、加算合成回路142−1〜142−K、IFFT&GI付与回路143−1〜143−K、D/A変換器144−1〜144−K、ローカル発振器145、ミキサ146−1〜146−K、フィルタ147−1〜147−K、及び、ハイパワーアンプ(HPA)148−1〜148−Kを更に備えている。第2送信信号処理回路194とTDDスイッチ102−1〜102−Kとは図1に示した通信制御回路110に接続されている。第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは図1に示した平均化送受信ウエイト算出部120に接続されている。また、第2送信信号処理回路194は図1に示したリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に接続されている。なお、アンテナ素子101−1〜101−K、及び、TDDスイッチ102−1〜102−Kはアップリンクに係る構成(受信部100)とで共通に用いられる。実際には、基地局装置10において、アップリンクに係る構成とダウンリンクに係る構成とが一体となって動作するものであるが、説明の都合上、分けて説明をしている。また、以下に示す第2送信信号処理回路194及び第1送信信号処理回路193−1〜193−Lにおける処理は、全て周波数成分ごとに個別に処理されるものである。
(Configuration of transmission unit of this embodiment)
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the
第2送信信号処理回路194は、同時に空間多重を行うL系統の信号系列(データ入力#1〜#L)がMAC層処理回路180より入力されると、まずはそのビット列に対して所定の変調処理を実施する。具体的には、OFDM(A)変調方式が用いられる場合には、第2送信信号処理回路194において、MAC層処理回路180から入力される送信すべきデータ入力#1〜#Lは、必要に応じて誤り訂正符号化された後、端末装置ごとに各サブキャリアに分配され、各サブキャリアに分配されたデータは1シンボルごとに所定変調方式における位相・振幅情報に変換される。また、SC−FDEが用いられる場合には、第2送信信号処理回路194において、MAC層処理回路180から入力される送信すべきデータ入力#1〜#Lは、必要に応じて誤り訂正符号化された後、端末装置ごとに一連のビット列がシングルキャリアにおける伝送単位のビットが所定の変調方式における位相・振幅情報に変換された且つ1シンボル(SC−FDEのブロック伝送の単位)に亘るシングルキャリア信号が生成され、FFTにより周波数成分の信号に置き換えられる。
When an L-system signal sequence (
更に、第2送信信号処理回路194において、これらの周波数成分ごとのL系統の信号系列は、リアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に記憶されているリアルタイム送信ウエイト行列のうちL系統の信号系列が送信される宛先の端末装置の組み合わせに対応した各周波数成分のリアルタイム送信ウエイト行列が乗算される。リアルタイム送信ウエイト行列をL系統の信号系列に乗算することにより、後続する第1送信信号処理回路193−1〜193−Lで行う同位相合成のための平均化送信ウエイトベクトルを乗算した後に各端末装置間での干渉信号が抑圧される。この乗算により得られた信号は、各第1送信信号処理回路193−1〜193−Lに出力される。
Further, in the second transmission
第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは、自回路に割り当てられた宛先の端末装置と各アンテナ素子101−1〜101−Kとの組み合わせに対応する各周波数成分の平均化送信ウエイトベクトルを平均化送受信ウエイト算出部120から読み出す。第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは、第2送信信号処理回路194において変調処理が行われたサブキャリアごとの信号を、アンテナ素子101−1〜101−KごとのK系統の信号に分配し、分配した信号に対して読み出した平均化送信ウエイトベクトルをサブキャリアごとに乗算する。第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは、アンテナ素子101−1〜101−Kごとの各周波数成分の信号を、対応するアンテナ素子101−1〜101−Kに接続されている加算合成回路142−1〜142−Kに出力する。
The first transmission signal processing circuits 193-1 to 193 -L average the transmission weights of the frequency components corresponding to the combinations of the destination terminal device assigned to the circuit and the antenna elements 101-1 to 101 -K. The vector is read from the averaged transmission / reception
加算合成回路142−1〜142−Kは、第1送信信号処理回路193−1〜193−Lが生成した信号を周波数成分ごとに加算合成し、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kに出力する。
IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kは、加算合成回路142−1〜142−Kにおいて加算合成された信号に対しIFFT処理を施し、周波数軸上から時間軸上の信号に変換する。更に、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kは、変換により得られた時間軸上の信号に対してガードインターバルを付与し、必要に応じて波形整形を行い送信すべきデジタル・ベースバンド信号を生成し、D/A変換器144−1〜144−Kに出力する。なお、デジタル・ベースバンド信号は、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応し、個別に信号処理される。
Addition synthesis circuits 142-1 to 142-K add and synthesize the signals generated by first transmission signal processing circuits 193-1 to 193-L for each frequency component, and output them to IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K. To do.
IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K perform IFFT processing on the signals added and synthesized by the adder / synthesizers 142-1 to 142-K, and convert the signals from the frequency axis to the signals on the time axis. Further, the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K add a guard interval to the signal on the time axis obtained by the conversion, perform waveform shaping as necessary, and transmit a digital baseband signal to be transmitted. And output to the D / A converters 144-1 to 144-K. The digital baseband signal corresponds to each of the antenna elements 101-1 to 101 -K and is individually signal processed.
D/A変換器144−1〜144−Kは、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kから入力された信号をアナログ信号に変換し、ミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ローカル発振器145は、アップコンバートに用いられる局部発振信号であって所定の周波数を有する局部発振信号をミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ミキサ146−1〜146−Kは、D/A変換器144−1〜144−Kから入力されるアナログ信号に対し、ローカル発振器145から入力される局部発振信号を乗算して無線周波数にアップコンバートした信号をフィルタ147−1〜147−Kに出力する。なお、ミキサ146−1〜146−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ146−1〜146−Kに入力される。
The D / A converters 144-1 to 144-K convert the signals input from the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K into analog signals and output the analog signals to the mixers 146-1 to 146-K.
The
The mixers 146-1 to 146-K multiply the analog signals input from the D / A converters 144-1 to 144-K by the local oscillation signals input from the
フィルタ147−1〜147−Kは、ミキサ146−1〜146−Kから入力される信号に含まれ送信すべきチャネルの周波数帯域外の信号を除去し、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kに出力する。
ハイパワーアンプ148−1〜148−Kは、フィルタ147−1〜147−Kから入力される信号を増幅し、TDDスイッチ102−1〜102−Kを介してアンテナ素子101−1〜101−Kより送信する。
通信制御回路110は、更に、送信タイミングや、宛先の端末装置の管理、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切り替えの制御を行う。
Filters 147-1 to 147-K remove signals outside the frequency band of the channel to be transmitted that are included in the signals input from mixers 146-1 to 146-K, and perform high power amplifiers 148-1 to 148-K. Output to.
The high power amplifiers 148-1 to 148-K amplify the signals input from the filters 147-1 to 147-K, and the antenna elements 101-1 to 101-K via the TDD switches 102-1 to 102-K. Send more.
The
なお、以上の説明では、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う信号処理が加算合成回路142−1〜142−Kの後段において処理される場合について説明を行った。しかし、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う周波数成分の情報を時間軸の成分に変換する信号処理を第1送信信号処理回路193−1〜193−Lにて実施し、時間軸上のデジタル・サンプリングデータとした上で、各サンプリング時刻のサンプリングデータを加算合成回路142−1〜142−Kにて全宛先の端末局に亘り加算合成するという処理に置き換えてもよい。このようにしても同等の信号処理が可能であり、どちらの構成を選択しても構わない。ただし、この場合、IFFTを行う回路が第1送信信号処理回路193−1〜193−Lの各々において必要となり、回路規模が上記に説明した構成よりも大きくなる。そのため、全体的な回路規模抑制の観点からは図7の構成が好ましいと思われる。ただ、基地局装置10を実現する上ではこのいずれを用いる構成であっても構わない。
In the above description, the case where the signal processing performed in the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K is processed in the subsequent stage of the adding / combining circuits 142-1 to 142-K has been described. However, the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193 -L perform signal processing for converting the frequency component information performed in the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143 -K into time-axis components. In addition, the sampling data at each sampling time may be replaced with a process of adding and synthesizing all the destination terminal stations by the adding and synthesizing circuits 142-1 to 142-K. Even in this way, equivalent signal processing is possible, and either configuration may be selected. However, in this case, a circuit that performs IFFT is required in each of the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193-L, and the circuit scale becomes larger than the configuration described above. Therefore, the configuration of FIG. 7 seems to be preferable from the viewpoint of overall circuit scale suppression. However, any of these may be used for realizing the
次に、本実施形態における基地局装置10が備える第2送信信号処理回路194の構成について説明する。
図8は、本実施形態における第2送信信号処理回路194の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、第2送信信号処理回路194は、変調回路215−1〜215−L、及び、行列乗算部214を有している。変調回路215−1〜215−Lは図1に示したMAC層処理回路180と接続されている。また、行列乗算部214は、第1送信信号処理回路193−1〜193−L及びリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130と接続されている。
Next, the structure of the 2nd transmission
FIG. 8 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the second transmission
変調回路215−1〜215−Lは、同時に空間多重されるL系統のデータ入力#1〜#LがMAC層処理回路180から入力されると、データ入力#1〜#Lに対して所定の変調処理を行う。具体的には、OFDM(A)変調方式が用いられる場合には、変調回路215−1〜215−Lにおいて、データ入力#1〜#Lは、必要に応じて誤り訂正符号化された後、各サブキャリアに分配され、各サブキャリアに分配されたデータは1シンボル分のビットごとに所定の変調方式により位相・振幅情報を有する信号に変換される。SC−FDEが用いられる場合には、変調回路215−1〜215−Lにおいて、データ入力#1〜#Lは、必要に応じた誤り訂正符号化された後、シングルキャリアにおける伝送単位のビットごとに所定の変調方式により位相・振幅情報を有する信号に変換された且つ1シンボル(SC−FDEのブロック伝送の単位)に亘るシングルキャリア信号が生成され、FFTにより周波数成分の信号に置き換えられる。
The modulation circuits 215-1 to 215-L, when L
変調回路215−1〜215−Lにおいて、所定の変調処理が施された各周波数成分のL系統の信号は行列乗算部214に入力される。行列乗算部214は、変調回路215−1〜215−Lから入力されるL系統の信号をL次元ベクトルとして扱う。行列乗算部214は、空間多重する組み合わせに対応するリアルタイム送信ウエイト行列をリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130から読み出す。行列乗算部214は、読み出したリアルタイム送信ウエイト行列をL次元ベクトルに乗算し、乗算結果を中間信号#1〜#Lとして第1送信信号処理回路193−1〜193−Lに出力する。
In the modulation circuits 215-1 to 215-L, the L system signals of the respective frequency components subjected to predetermined modulation processing are input to the
次に、本実施形態における基地局装置が備える第1送信信号処理回路193−1〜193−Lの構成について説明する。図7に示したように、送信部140には、L面の第1送信信号処理回路193−1〜193−Lが含まれている。以下の説明では、L面の第1送信信号処理回路193−1〜193−Lのうちの1面(便宜上、第j面(1≦j≦L)とする)に着目して説明を行う。
図9は、本実施形態における第1送信信号処理回路193−j(1≦j≦L)の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、第1送信信号処理回路193−jは、乗算器211−1〜211−K、信号複製器212、及び、平均化送信ウエイトベクトル成分分配器213を有している。
Next, the configuration of the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193 -L included in the base station apparatus in the present embodiment will be described. As illustrated in FIG. 7, the
FIG. 9 is a schematic block diagram showing the configuration of the first transmission signal processing circuit 193-j (1 ≦ j ≦ L) in the present embodiment. As shown in the figure, the first transmission signal processing circuit 193-j includes multipliers 211-1 to 211 -K, a
平均化送信ウエイトベクトル成分分配器213は、図1に示した平均化送受信ウエイト算出部120と接続されている。平均化送信ウエイトベクトル成分分配器213は、平均化送受信ウエイト算出部120が有する送信ウエイト記憶回路127より各周波数成分のK次元の平均化送信ウエイトベクトルを読み出し、平均化送信ウエイトベクトルに含まれるK個の成分を各成分に対応する乗算器211−1〜211−Kに入力する。
The averaged transmission weight
信号複製器212は第2送信信号処理回路194と接続されている。信号複製器212は、第2送信信号処理回路194から周波数成分ごとの中間信号#jが入力されると、当該中間信号#jと同一のデジタル信号をK系統分の中間信号に複製し、複製したK系統の中間信号を乗算器211−1〜211−Kに入力する。
The
乗算器211−1〜211−Kそれぞれは、アンテナ素子101−1〜101−Kに対応付けられており、対応する加算合成回路142−1〜142−Kと接続されている。乗算器211−1〜211−Kは、平均化送信ウエイトベクトル成分分配器213から入力された各周波数成分の平均化送信ウエイトベクトルの各成分を、信号複製器212から入力される信号に対してシンボル単位で乗算する。乗算器211−1〜211−Kは、乗算結果を後続する加算合成回路142−1〜142−Kに対して出力する。
Each of the multipliers 211-1 to 211 -K is associated with the antenna elements 101-1 to 101 -K, and is connected to the corresponding adder / synthesizer circuit 142-1 to 142 -K. Multipliers 211-1 to 211 -K apply each component of the averaged transmission weight vector of each frequency component input from averaged transmission weight
以上説明したように、受信系においては図4に示した第1受信信号処理回路191−1〜191−Lにより、受信信号の中の着目する端末装置の受信利得を高め、相対的にSIR特性を改善した状態で図5に示す第2受信信号処理回路192に入力する。第2受信信号処理回路192は、リアルタイムのチャネル情報を反映した形での残留干渉抑圧処理を行い、きれいに信号分離された状態で良好な受信特性を達成することが可能となる。
同様に、送信系においては図8に示した第2送信信号処理回路194にて、第1送信信号処理回路193−1〜193−Lにより直交性が高められた仮想的なL本のアンテナ素子に対し、リアルタイムのチャネル情報を反映させる形で相互の残留干渉を抑圧した信号を生成する。これにより、相対的なSIR特性を改善した状態で信号送信を行うことができ、結果的に空間多重を行いながら安定的な通信を行うことが可能となる。
As described above, in the receiving system, the first received signal processing circuits 191-1 to 191-L shown in FIG. Is input to the second received
Similarly, in the transmission system, in the second transmission
(本実施形態の送信処理について)
次に、本実施形態における基地局装置10が行う送信処理について図を参照して説明する。
図10は、本実施形態における基地局装置10が行う送信処理を示すフローチャートである。先にも触れたが、ここではOFDM(A)変調方式ないしはSC−FDEを用いている場合について説明する。
(About transmission processing of this embodiment)
Next, transmission processing performed by the
FIG. 10 is a flowchart showing a transmission process performed by the
基地局装置10において、送信処理が開始されると(ステップS161)、通信制御回路110又はスケジューリング処理回路181が公知の技術を用いて空間多重の対象となる端末装置を選択する(ステップS162)。なお、ここでは同時に空間多重する端末装置の選択方法、すなわちスケジューリング方法の詳細についての説明を省略する。
第2送信信号処理回路194内の変調回路215−1〜215−Lは、MAC層処理回路180より入力されるデータ入力#1〜#Lから各周波数成分の送信信号の生成を行う(ステップS163)。
When the
Modulation circuits 215-1 to 215-L in second transmission
OFDM(A)変調方式を用いている場合、ステップS163において変調回路215−1〜215−Lが送信信号を生成する際には、例えば、MACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与、サブキャリアごとにビットを分けて所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等が行われる。また、SC−FDEを用いている場合、ステップS163において変調回路215−1〜215−Lが送信信号を生成する際には、OFDM(A)変調方式と同様に、MACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与、所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等のシングルキャリアの送信信号処理や周波数軸上での送信ウエイト乗算処理を行うためにブロック単位でのFFT処理などが行われる。 When the OFDM (A) modulation method is used, when the modulation circuits 215-1 to 215-L generate a transmission signal in step S163, for example, a bit string that configures a wireless packet subjected to MAC layer signal processing If necessary, encoding processing for error correction, addition of overhead information (preamble signal) composed of timing detection signals, channel estimation signals, etc., and a predetermined modulation scheme (for example, BPSK) by dividing bits for each subcarrier , QPSK, 16QAM, etc.) signal point mapping processing is performed. In addition, when SC-FDE is used, when the modulation circuits 215-1 to 215-L generate transmission signals in step S163, the MAC layer signal processing is performed as in the OFDM (A) modulation method. If necessary, encoding processing for error correction, addition of overhead information (preamble signal) including a timing detection signal and a channel estimation signal, a predetermined modulation scheme (for example, BPSK, In order to perform single carrier transmission signal processing such as signal point mapping processing in QPSK, 16QAM, etc., or transmission weight multiplication processing on the frequency axis, FFT processing in units of blocks is performed.
一方、図6に示した受信側の処理においては逐次、ステップS109において平均化送受信ウエイト算出部120がアップリンクのチャネル情報取得後にダウンリンクのチャネル情報も合わせて取得し(ステップS164)、その後、平均化送受信ウエイト算出部120内で平均化送信ウエイトベクトルを算出及び記憶すると共に、ステップS113においてリアルタイム送受信ウエイト算出部204がアップリンクのリアルタイム受信ウエイト行列取得後にこれをダウンリンクのリアルタイム送信ウエイト行列としてリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に記憶する(ステップS165)。以上のステップS164及びS165の処理は、データの送信処理(ステップS161〜S163)とは関係なく、逐次、実施される処理に相当する。
On the other hand, in the processing on the reception side shown in FIG. 6, the average transmission / reception
ここでステップS163の処理に引き続き、第2送信信号処理回路194内の行列乗算部214は、通信制御回路110が選択した端末装置の組み合わせに対応する各周波数成分のL×Lのサイズのリアルタイム送信ウエイト行列をリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130から読み出す(ステップS166)。
行列乗算部214は、変調回路215−1〜215−Lにおいて生成されたL系統の信号系列を成分とするL次元ベクトルに対し、読み出したL×Lのサイズのリアルタイム送信ウエイト行列を乗算する(ステップS168)。この乗算結果は、対応する第1送信信号処理回路193−1〜193−Lに出力される。
Here, following the processing in step S163, the
The
第1送信信号処理回路193−1〜193−Lでは、自回路に対応する端末装置の平均化送信ウエイトベクトルを平均化送受信ウエイト算出部120内の送信ウエイト記憶回路127より読み出す(ステップS167)。
第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは、それぞれが各アンテナ素子101−1〜101−Kで送信する送信信号ごとに、ステップS168において生成された各周波数成分のL系統の送信信号と、ステップS167において読み出した各周波数成分の平均化送信ウエイトベクトルとを乗算する。第1送信信号処理回路193−1〜193−Lは、それぞれが乗算結果を加算合成回路142−1〜142−Kに出力する(ステップS169−1〜S169−K)。
In the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193-L, the average transmission weight vector of the terminal device corresponding to the own circuit is read from the transmission
The first transmission signal processing circuits 193-1 to 193 -L respectively transmit L frequency transmission signals of each frequency component generated in step S 168 for each transmission signal transmitted by each antenna element 101-1 to 101 -K. And the average transmission weight vector of each frequency component read out in step S167. Each of the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193 -L outputs the multiplication result to the addition / synthesis circuits 142-1 to 142 -K (steps S <b> 169-1 to S <b> 169 -K).
加算合成回路142−1〜142−Kは、それぞれが各第1送信信号処理回路193−1〜193−Lから入力された信号を加算合成する。IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kは、加算合成回路142−1〜142−Kにおける加算合成により得られた信号に対して、周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するとともにガードインターバルを付与し、必要に応じて波形整形等の一連の処理を行い、D/A変換器144−1〜144−Kに出力する(ステップS170−1〜S170−K)。 Each of the adder / synthesizers 142-1 to 142-K adds and synthesizes the signals input from the first transmission signal processing circuits 193-1 to 193-L. The IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K convert the signals obtained by the addition synthesis in the addition synthesis circuits 142-1 to 142-K from signals on the frequency axis to signals on the time axis and guard the signals. An interval is given, a series of processing such as waveform shaping is performed as necessary, and the result is output to the D / A converters 144-1 to 144-K (steps S170-1 to S170-K).
D/A変換器144−1〜144−KはIFFT&GI付与回路143−1〜143−Kから出力された信号をデジタル/アナログ変換によりアナログ信号に変換する。ミキサ146−1〜146−Kは、D/A変換器144−1〜144−Kによりアナログ信号に変換された信号に対して無線周波数へアップコンバートする。フィルタ147−1〜147−Kはアップコンバートされた信号に含まれる帯域外信号の除去を行い、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kに出力する。ハイパワーアンプ148−1〜148−Kは、フィルタ147−1〜147−Kから出力された信号を増幅し、各アンテナ素子101−1〜101−Kから送信する(ステップS171−1〜171−K)。以上により送信処理が終了する(ステップS172−1〜172−K)。 The D / A converters 144-1 to 144-K convert the signals output from the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K into analog signals by digital / analog conversion. The mixers 146-1 to 146-K up-convert the signals converted into analog signals by the D / A converters 144-1 to 144-K to radio frequencies. Filters 147-1 to 147-K remove out-of-band signals included in the upconverted signal and output the signals to high power amplifiers 148-1 to 148-K. The high power amplifiers 148-1 to 148 -K amplify the signals output from the filters 147-1 to 147 -K and transmit the signals from the antenna elements 101-1 to 101 -K (steps S 171-1 to 171 -1). K). Thus, the transmission process ends (steps S172-1 to 172-K).
これらの一連の処理(ステップS163及びステップS168からステップS171−1〜S171−Kまでの処理)は、無線パケットが複数シンボル又は複数ブロックに亘る場合には、OFDMシンボルやSC−FDEのブロック単位での処理がシンボル数ないしブロック数分だけ引き続き実施されることで無線パケット全体の送信信号処理が実施される。
本実施形態における基地局装置10の送信処理の特徴としては、ステップS166においてリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130に記憶されているリアルタイム送信ウエイト行列を読み出し、更にステップS167において送信ウエイト記憶回路127に記憶されている端末装置に対応する平均化送信ウエイトベクトルを読み出して、2段階の指向性制御のための演算に分けて処理を実施する点であり、端末装置ごとに事前に算出・記憶された平均化送信ウエイトベクトル及びリアルタイム送信ウエイト行列を利用することである。これにより、送信する都度、アンテナ素子数に依存する大規模な送信ウエイト行列の演算を行うことなく、送信処理を行うことができる。
These series of processes (processes from step S163 and step S168 to steps S171-1 to S171-K) are performed in units of OFDM symbols or SC-FDE blocks when the wireless packet covers a plurality of symbols or a plurality of blocks. This processing is continuously performed for the number of symbols or the number of blocks, whereby transmission signal processing for the entire wireless packet is performed.
As a feature of the transmission processing of the
また、このようにして送信された信号は、各端末装置のアンテナ素子において、基地局装置10のアンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が、周波数成分ごとに概ね同位相で受信されることになる。各端末装置において受信された信号は、特に基地局装置10が行う各種信号処理を意識することなく受信できる通常の信号として処理することが可能である。
また、変調回路215−1〜215−LがステップS163において行うチャネル推定用信号等のオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与においては、アップリンクの場合と異なり複数の端末装置に対して共通のパターンの信号を利用することが可能である。これはステップS168及びステップS169−1〜S169−Kにおいて行うリアルタイム送信ウエイト行列及び平均化送信ウエイトベクトルの乗算により、各端末装置において他の端末装置宛の信号が十分に抑圧された状態で受信可能となるために、各端末装置に個別のプリアンブル信号を割り当てる必要がないからである。この結果、空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要がなくなり、MACレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。
In addition, the signals transmitted in this manner are received at the antenna elements of the respective terminal apparatuses, with the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K of the
In addition, overhead information (preamble signal) such as channel estimation signals performed by the modulation circuits 215-1 to 215-L in step S163 has a pattern common to a plurality of terminal apparatuses unlike the uplink. A signal can be used. This can be received in a state where signals destined for other terminal devices are sufficiently suppressed in each terminal device by multiplication of the real-time transmission weight matrix and the averaged transmission weight vector performed in steps S168 and S169-1 to S169-K. This is because it is not necessary to assign a separate preamble signal to each terminal device. As a result, it is not necessary to assign a preamble signal having the number of symbols depending on the number of spatial multiplexing while performing spatial multiplexing, and it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the MAC layer.
(チャネル推定処理と平均化送受信ウエイトベクトルの算出について)
図3に示した平均化送受信ウエイト算出部120や、図5に示したリアルタイム送受信ウエイト算出部204においては、受信ウエイトや送信ウエイトを算出する際に用いるチャネル情報を取得する必要がある。このチャネル情報の取得は如何なる方法を用いて取得しても構わないが、以下にその取得方法の一例を示しておく。
(About channel estimation processing and average transmission / reception weight vector calculation)
In the averaged transmission / reception
一般に、チャネル情報は先のキャリブレーションに係わる説明においても示したように、基本的にはアップリンクとダウンリンクとは非対称な関係となっている。このため、基地局装置がダウンリンクで送信した信号を端末装置で受信し、端末装置で取得したチャネル情報を制御回線を用いて基地局装置にフィードバックすることも可能である。ここでは端末装置がアップリンクで送信した信号を基地局装置のK本のアンテナで受信し、基地局装置が取得したチャネル情報を用いてキャリブレーション等の処理によりダウンリンクのチャネル情報を取得する場合について説明を行う。 In general, the channel information basically has an asymmetric relationship between the uplink and the downlink, as shown in the description related to the previous calibration. For this reason, it is also possible for the terminal device to receive a signal transmitted by the base station device on the downlink, and to feed back channel information acquired by the terminal device to the base station device using the control line. In this case, the terminal device receives signals transmitted by the uplink using the K antennas of the base station device, and acquires downlink channel information through processing such as calibration using the channel information acquired by the base station device. Will be described.
最初に、平均化送受信ウエイトベクトルの算出について説明を行う。
まず、空間多重を行わない場合には、通常のチャネル推定用のトレーニング信号を無線パケットのデータ領域に先行して端末装置が送信し、これを基地局装置で受信し、一連の受信信号処理の後にFFT処理により各周波数成分に分解し、各周波数成分ごとの送信信号と比較することで各周波数成分のチャネル情報を取得する。例えば、一般的にはOFDM変調方式ではピーク対平均電力比(PAPR:Peak to Average Power Ratio)を低減できるように、チャネル推定用のトレーニング信号の各周波数成分はBPSK等で変調処理されている。したがって、受信信号に対してこの逆処理を行うことで、チャネル推定は可能である。
First, calculation of the average transmission / reception weight vector will be described.
First, when spatial multiplexing is not performed, a training signal for normal channel estimation is transmitted by the terminal device in advance of the data area of the wireless packet, received by the base station device, and a series of received signal processing is performed. Later, it is decomposed into each frequency component by FFT processing, and channel information of each frequency component is obtained by comparing it with a transmission signal for each frequency component. For example, in general, in the OFDM modulation scheme, each frequency component of the training signal for channel estimation is modulated by BPSK or the like so that the peak-to-average power ratio (PAPR) can be reduced. Therefore, channel estimation is possible by performing this inverse process on the received signal.
以上は空間多重を行わない場合の単純なケースであるが、空間多重を行うときは、その空間多重を行う各アンテナ間のチャネル情報を把握するために、複数シンボルを用いる。例えば、端末装置#1と端末装置#2とが信号を送信する場合を考える。最も単純な例は、1シンボル目は端末装置#1のみがパターンPを送信し、2シンボル目は端末装置#2のみがパターンPを送信する。この場合には、1シンボル目で端末装置#1のチャネル推定を行い、2シンボル目で端末装置#2のチャネル推定を行えばよい。全周波数成分のチャネル推定を行うことを考慮すれば、1シンボル目は偶数サブキャリアでは端末装置#1のみ、奇数サブキャリアでは端末装置#2のみが送信し、2シンボル目は偶数サブキャリアでは端末装置#2のみ、奇数サブキャリアでは端末装置#1のみが送信することとすれば、各周波数成分あたりの送信電力を2倍に高め、各サブキャリアのSNRを改善することも可能である。
The above is a simple case where spatial multiplexing is not performed. However, when performing spatial multiplexing, a plurality of symbols are used in order to grasp channel information between antennas that perform spatial multiplexing. For example, consider a case where the
その他の例では、全サブキャリアにおいて、1シンボル目は端末装置#1がパターン「P」、端末装置#2もパターン「P」を送信し、2シンボル目は端末装置#1がパターン「P」、端末装置#2はパターン「−P」を送信する。この場合、受信した信号の1シンボル目と2シンボル目を加算すると、端末装置#1が「2P」の信号を送信した場合と同様の受信信号が得られる。また、受信した信号の1シンボル目から2シンボル目を減算すると、端末装置#2が「2P」の信号を送信した場合と同様の受信信号が得られる。これらの処理により、各端末装置が送信した信号が基地局装置のK本のアンテナで受信した場合に、それぞれのアンテナ間のチャネル情報がどのような値になるかを取得することが可能である。
In another example, in all subcarriers,
このように、チャネル行列の取得のためのアップリンクでのチャネル推定用トレーニング信号の付与においては、同時に空間多重を行う端末装置が送信するトレーニング信号は各周波数成分も含めて同一のパターンではないことに注意を要する。これはマルチユーザMIMOであれば一般的な条件であり、したがって各端末装置は送信する信号いずれのパターンのトレーニング信号を送信するかを基地局装置から指示されることになる。 As described above, in providing an uplink channel estimation training signal for acquiring a channel matrix, the training signal transmitted by the terminal device that simultaneously performs spatial multiplexing is not the same pattern including each frequency component. Attention is required. This is a general condition in the case of multi-user MIMO. Therefore, each terminal apparatus is instructed from the base station apparatus which pattern of the transmission signal to transmit.
以上説明したように、着目する周波数成分及び着目するシンボルにおいて複数の端末装置からトレーニング信号が送信されている場合についても、上述した手順ないしは既存のチャネル推定手段を用いて、端末ごとのチャネル推定を実施することは可能であるが、以下の説明では簡単のため、少なくとも着目する周波数成分及び着目するシンボルにおいては、一つの端末装置のみから信号が送信されている場合を例にとり説明する。
無線パケットの先頭に付与されたチャネル推定用の信号に対し、上述の受信信号処理を行うことで、FFT回路108−1〜108−Kにて各周波数成分に分離された受信信号は平均化送受信ウエイト算出部120に入力される。上述のように、トレーニング信号はPAPR抑圧のために所定の変調処理が施されているので、その逆処理を施すことでチャネル情報を取得することができる。通信制御回路110からの指示に従うことで、そのトレーニング信号の送信元である端末装置を把握し、これによりその周波数成分で対応するアンテナのチャネル情報を把握することができる。
As described above, even in the case where training signals are transmitted from a plurality of terminal devices at the frequency component of interest and the symbol of interest, channel estimation for each terminal is performed using the above-described procedure or existing channel estimation means. Although it is possible to implement, for the sake of simplicity in the following description, at least the frequency component of interest and the symbol of interest will be described as an example in which signals are transmitted from only one terminal device.
By performing the above reception signal processing on the channel estimation signal given to the head of the wireless packet, the reception signals separated into the frequency components by the FFT circuits 108-1 to 108-K are averaged transmission / reception. It is input to the
次に、ある程度の回数で取得したチャネル情報を所定の時間・回数で平均化する場合には、単純にそのチャネル情報をそのまま平均化に用いると本来の値とは異なるチャネル情報となってしまうので注意を要する。以下に、その平均化処理において注意すべき点を示す。一般に、チャネル推定はシンボルタイミング検出の誤差があったり、送信側のローカル発振器の初期位相の不確定性などにより、チャネル推定により得られるチャネル情報の位相情報は仮にチャネルの時変動がない場合でも毎回一定値になるわけではない。ただし、端末装置に起因した位相の不確定性とは異なり、基地局装置ではその不確定性は全てのアンテナ素子で同様の影響を受けるために、任意のふたつのアンテナ素子間の相対的な関係は保存されることになる。例えば、アンテナ#1のチャネル情報の位相情報を基準として、他のアンテナ素子のチャネル情報の位相をアンテナ#1に対する相対的な位相関係に焼き直すことにすれば、チャネルの時変動がなければ毎回同じ値が推定されることになる。以降の説明では、この基準となる位相のオフセットを補正したチャネル情報を、「チャネル情報の相対成分」と呼び説明を行う。また、第k周波数成分の第jアンテナに関する推定されたチャネル情報を^hj (k)、その相対成分として補正されたチャネル情報を〜hj (k)と便宜上表すことにする。ここでは、「^(ハット)」が上に付されたhを「^h」、「〜(チルダ)」が上に付されたhを「〜h」と表記する。以下、数式等においても同様に、「⌒」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。
Next, when channel information acquired at a certain number of times is averaged at a predetermined time and number of times, if the channel information is simply used for averaging as it is, it becomes channel information different from the original value. Need attention. The following points should be noted in the averaging process. In general, the channel estimation phase information of the channel information obtained by channel estimation is not always subject to channel timing fluctuations due to errors in symbol timing detection or the initial phase uncertainty of the local oscillator on the transmission side. It is not a constant value. However, unlike the phase uncertainty due to the terminal device, since the uncertainty is affected in the same way in all antenna elements in the base station apparatus, the relative relationship between any two antenna elements Will be preserved. For example, if the phase information of the channel information of the
図11は、本実施形態におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。この処理は、チャネル情報平均化回路121で行われる処理の一部を示している。
チャネル情報平均化回路121は、第1のアンテナ素子101−1から第Kのアンテナ素子101−Kそれぞれに対応するチャネル情報がFFT回路108−1〜108−Kから取得されると(ステップS121−1〜S121−K)、第jのアンテナ素子101−j(1≦j≦K)で受信した信号の第k周波数成分を「^hj (k)」とする(ステップS122−1〜S122−K)。
チャネル情報平均化回路121は、第1のアンテナ素子101−1におけるチャネル情報(^h1 (k))と、その複素共役(^h1 (k))*とから、オフセット値e−jφ(k)(=(^h1 (k))*/‖^h1 (k)‖)を算出する(ステップS123)。ここで「‖x‖」は、xの絶対値を表す。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
FIG. 11 is a flowchart showing a relative component acquisition process for acquiring a relative component of uplink channel information in the present embodiment. This process shows a part of the process performed by the channel
When channel information corresponding to each of the first antenna element 101-1 to the Kth antenna element 101-K is acquired from the FFT circuits 108-1 to 108-K (Step S121-). 1 to S121-K), and the k-th frequency component of the signal received by the j-th antenna element 101-j (1 ≦ j ≦ K) is “^ h j (k) ” (steps S122-1 to S122-). K).
The channel
チャネル情報平均化回路121は、算出した第k周波数成分に対するオフセット値e−jφ(k)を各アンテナ素子101−1〜101−Kに対応する第k周波数成分^h1 (k)、…、^hK (k)に乗算することにより、相対的な複素位相関係を示すチャネル情報〜h1 (k),…,〜hK (k)を算出し(ステップS124−1〜S124−K)、処理を終了する(ステップS125−1〜S125−K)。
上述のように、チャネル情報平均化回路121は、第1のアンテナ素子101−1のチャネル情報を基準として、各アンテナ素子101−1〜101−Kの相対的なチャネル情報〜h1 (k),…,〜hK (k)を算出する。チャネル情報平均化回路121は、端末装置ごとに、全ての周波数成分について上記のステップS121−1〜ステップS125−Kまでの処理を行い、各端末装置に対する全ての周波数成分における短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h1 (k),…,〜hK (k)を算出する。
The channel
As described above, the channel
図12は、本実施形態におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。同図に示す処理と図11に示した処理との差分は、相対成分の取得の際に用いる複素位相のオフセット値φ(k)を、特定のアンテナ素子101−1の複素位相を基準とする代わりに、ステップS126において全てのアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相(すなわち0〜2πで表される角度)の平均値を用いる点である。
ステップS126にて、アンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報における第k周波数成分^h1 (k),…,^hK (k)を基に、次式(20)を用いて第k周波数成分に対する全アンテナの複素位相の平均値φ(k)を求め、これをステップS124−1〜S124−Kにて用いることで相対成分の取得を実現する。
FIG. 12 is a flowchart showing another relative component acquisition process for acquiring the relative component of the uplink channel information in the present embodiment. The difference between the process shown in FIG. 11 and the process shown in FIG. 11 is based on the complex phase offset value φ (k) used when acquiring the relative component with reference to the complex phase of the specific antenna element 101-1. Instead, the average value of the complex phases (that is, the angles represented by 0 to 2π) of all the antenna elements 101-1 to 101-K is used in step S126.
In step S126, the following equation (20) is used based on the k-th frequency components ^ h 1 (k) ,..., ^ H K (k) in the channel information corresponding to the antenna elements 101-1 to 101-K. Thus, the average value φ (k) of the complex phases of all antennas for the k-th frequency component is obtained and used in steps S124-1 to S124-K, thereby obtaining the relative component.
なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。個々のアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相成分が誤差を含む場合においても、式(20)では誤差の平均化を行うことになるので、結果的に精度の高い相対成分を求めることができる。
なお、式(20)ではチャネル情報^hi (k)の複素位相を抽出する処理を行っているが、チャネル情報^hi (k)の実数部と虚数部の比率から複素位相の角度情報を取得し、その角度情報を基に式(20)と等価な値を算出することも可能である。これは数式的には異なる処理に見えるが、数学的には全く等価な処理であり、全ての演算処理に対しこのような数学的に等価な代替の手段で処理を代用することも当然ながら可能である。
チャネル情報の平均化処理を行う場合には、以上の処理によりチャネル情報の相対成分を抽出した後、この相対成分の平均化処理を行う。
This offset value is obtained individually for each frequency component. Even when the complex phase component of each of the antenna elements 101-1 to 101-K includes an error, the equation (20) averages the error. As a result, a highly accurate relative component is obtained. Can do.
Although performs processing for extracting the complex phase of the formula (20) channel information ^ h i (k), the angle information of the channel information ^ h i real and complex phase from the ratio of the imaginary part of (k) Can be obtained and a value equivalent to the equation (20) can be calculated based on the angle information. Although this appears to be mathematically different, it is mathematically equivalent, and of course it is possible to substitute processing with such mathematically equivalent alternatives for all arithmetic operations. It is.
When performing the channel information averaging process, the relative component of the channel information is extracted by the above process, and then the relative component averaging process is performed.
図13は、本実施形態におけるアップリンクのチャネル情報の平均化処理を示すフローチャートである。チャネル情報平均化回路121は、上述の図11又は図12の処理を連続又は離散的な時間で複数回実施し、得られたチャネル情報の相対成分を基にした平均化処理により平均化されたチャネル情報を算出する。
チャネル情報平均化回路121において、1回目からQ回目のチャネル情報の相対成分取得処理が完了すると(ステップS131−1〜S131−Q)、チャネル情報の相対成分〜h1 (k)[q],…,〜hK (k)[q](q=1,…,Q)を集約する(ステップS132−1〜S132−Q)。ここで、チャネル情報の相対成分〜h1 (k)[q]は、q回目に算出された第1のアンテナ素子101−1の第k周波数成分に対するチャネル情報の相対成分である。したがって、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで行われる処理に相当する。なお、平均化処理の対象になる回数Qは、無線通信システムを運用する環境などに基づいて予め定められる。これは固定的な数でも良いし、所定の時間内に収集された回数をQに設定し、平均化の都度、異なる回数で平均化を行っても良い。
FIG. 13 is a flowchart showing an averaging process of uplink channel information in the present embodiment. The channel
When the channel
また、チャネル情報平均化回路121は、次式(21)を用いて、平均のチャネル情報hi (k)(i=1,…,K)を算出する(ステップS133)。なお、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで処理が完了するため、平均化処理であるステップS133の実施までの間、このチャネル情報の相対成分を一時的にメモリに記憶しておき、一度にステップS133を実施しても構わない。ないしは、ステップS133のΣによる総和の個々の加算処理を、ステップS132−1〜S132−Qの個々の処理が完了ごとに実施し、次の処理までの間メモリに記憶しておいて、加算の都度、それらを読み出してステップS133を実施しても構わない。
Further, the channel
チャネル情報平均化回路121は、各アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、各周波数成分のチャネル情報それぞれを平均化した平均のチャネル情報hi (k)を算出すると、平均化処理を終了する(ステップS134)。
なお、後述の平均化受信ウエイトベクトルの算出は、ここで取得したアップリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり、一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
When the channel
The calculation of the average received weight vector, which will be described later, is performed using the uplink channel information acquired here, but when performing these processes, it may be temporarily stored in the memory. I do not care.
以上の処理により、アップリンクのチャネル情報が直接的に取得できる。また、本実施形態では、相対成分取得処理(図11及び図12)を行っているので、1回目からQ回目までの各短時間平均処理における位相のずれの影響を受けることなく長時間平均のチャネル情報を算出することができる。なお、上述のチャネル情報hi (k)等の右肩の添え字kは周波数成分を識別する番号を表している。
なお、この図13ではチャネル情報の平均化処理として、複数回に亘り取得されたチャネル情報を単純平均する場合を例に示したが、忘却係数μ(0<μ<1)を設定し、新規に取得されたチャネル情報に比率μを乗算し、更にこれまでの平均化されたチャネル情報に比率(1−μ)を乗算し、それらを合成して平均化を行うなど一般的なその他の平均化処理で実現しても構わない。
Through the above processing, uplink channel information can be acquired directly. In this embodiment, since the relative component acquisition process (FIGS. 11 and 12) is performed, the long-time average is not affected by the phase shift in each short-time average process from the first time to the Q-th time. Channel information can be calculated. Note that the superscript k on the right shoulder of the channel information h i (k) described above represents a number for identifying a frequency component.
In FIG. 13, as an example of the channel information averaging process, a case where channel information acquired over a plurality of times is simply averaged is shown as an example, but a forgetting factor μ (0 <μ <1) is set to Multiplying the channel information acquired by the ratio μ, and further multiplying the averaged channel information so far by the ratio (1-μ), combining them, and averaging, etc. You may implement | achieve by a digitization process.
図14は、本実施形態におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。基地局装置10は、基地局装置10から端末装置へのダウンリンクに関しては、アップリンクのように直接的にチャネル情報を取得することが困難なので、アップリンクのチャネル情報を基にダウンリンクのチャネル情報を推定する。
基地局装置10において、キャリブレーション回路125は、チャネル情報平均化回路121からアップリンクのチャネル情報hi (k)が入力され(ステップS142)、入力されたチャネル情報hi (k)に対する第iのアンテナ素子101−iにおける第k周波数成分に対応するキャリブレーション係数Ci (k)をキャリブレーション係数記憶回路124から読み出す(ステップS143)。
FIG. 14 is a flowchart showing processing for acquiring downlink channel information in the present embodiment. Since it is difficult for the
In the
キャリブレーション回路125は、入力されたチャネル情報hi (k)と、読み出したキャリブレーション係数Ci (k)とを乗算し(ステップS144)、乗算結果をダウンリンクのチャネル情報として送信ウエイト算出回路126に出力し、処理を終了する(ステップS145)。
後述の送信ウエイトの算出は、ここで取得したダウンリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり一時的にメモリに記憶しておいても構わない。キャリブレーション回路125は、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに上述のステップS142からステップS144の処理を行う。
The
The calculation of the transmission weight, which will be described later, is performed using the downlink channel information acquired here, but it may be temporarily stored in the memory when performing these processes. The
アップリンクにおけるチャネル情報に対する平均化受信ウエイトベクトルの算出処理と、ダウンリンクにおけるチャネル情報に対する平均化送信ウエイトベクトルの算出処理とは基本的に同等である。そこで、ここではアップリンクにおける平均化受信ウエイトベクトルを算出する処理について説明し、ダウンリンクにおける平均化送信ウエイトベクトルを算出する処理の具体的な説明を省略する。なお、以下の説明は具体的には平均化受信ウエイトベクトルのベクトル成分の算出を表すものであり、ベクトルとしてはそれらの成分を合成したものとなっている。 The calculation process of the average reception weight vector for the channel information in the uplink and the calculation process of the average transmission weight vector for the channel information in the downlink are basically the same. Therefore, here, the process of calculating the average reception weight vector in the uplink will be described, and a specific description of the process of calculating the average transmission weight vector in the downlink will be omitted. The following description specifically shows calculation of vector components of the average received weight vector, and the vector is a combination of these components.
図15は、本実施形態の基地局装置10における平均化受信ウエイトベクトルを算出する処理を示すフローチャートである。
処理を開始すると(ステップS451)、受信ウエイト算出回路122には、第iのアンテナ素子101−iにおける着目するある端末装置に関する第k周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報hi (k)がチャネル情報平均化回路121から入力される(ステップS452)。
受信ウエイト算出回路122は、チャネル情報平均化回路121から入力されたチャネル情報hi (k)の複素共役(hi (k))*を算出し、算出した複素共役(hi (k))*をチャネル情報hi (k)の絶対値で除算した値を平均化受信ウエイトベクトルの成分wi (k)にする(ステップS453)。すなわち、受信ウエイト算出回路122は、次式(22)を用いて、平均化受信ウエイトベクトルの成分wi (k)を算出する(ステップS453)。
FIG. 15 is a flowchart showing a process for calculating an average reception weight vector in the
When the process is started (step S451), the channel information h i (k) in the uplink of the k-th frequency component related to a certain terminal device of interest in the i-th antenna element 101-i is stored in the reception
The reception
受信ウエイト算出回路122は、算出した平均化受信ウエイトベクトルの各成分wi (k)を受信ウエイト記憶回路123に記憶させ(ステップS454)、処理を終了する(ステップS455)。
受信ウエイト算出回路122は、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに全ての端末装置に対して上述のステップS452からステップS454の処理を行う。
なお、送信ウエイト算出回路126は、受信ウエイト算出回路122と同様の演算により、キャリブレーション回路125から入力されるチャネル情報hi (k)から平均化送信ウエイトベクトルを算出し、算出した平均化送信ウエイトベクトルを送信ウエイト記憶回路127に記憶させる。
The reception
The reception
The transmission
なお、一般に複数のアンテナで受信した場合の信号合成のためのウエイトとしては、フェージング等の影響によりアンテナごとの信号の受信レベルに大きな差が見られる場合があり、その場合には受信レベルの低いアンテナ素子の受信信号の雑音の影響を抑制するために、以下に示す最大比合成のウエイトを用いることが多い。したがって、本実施形態では式(22)の代わりに、以下に示す式(23)を用いることも可能である。 In general, as a weight for signal synthesis when signals are received by a plurality of antennas, there may be a large difference in the signal reception level for each antenna due to the influence of fading or the like. In this case, the reception level is low. In order to suppress the influence of noise of the received signal of the antenna element, the maximum ratio combining weight shown below is often used. Therefore, in the present embodiment, the following equation (23) can be used instead of the equation (22).
式(22)と式(23)との二つのウエイトの違いは、第iのアンテナ素子の係数の大きさ(絶対値)がアンテナ素子ごとに異なるか同一であるかの差であり、式(23)では相対的に雑音のレベルが高い(すなわち受信レベルの低い)信号の重みを軽くする効果を取り込んでいる。しかし、平均化されたチャネル情報との乗算後にはともに複素位相がゼロないし一定値となるように調整されている点では両者は共通している。広義の意味では式(23)も同位相合成のウエイトの一種といえる。本実施形態では、このように平均化されたチャネル情報との乗算後に複素位相がゼロないし一定値となるウエイトであればその他のウエイトを用いても同様の効果を得ることができる。 The difference between the two weights of Equation (22) and Equation (23) is the difference in the magnitude (absolute value) of the coefficient of the i-th antenna element for each antenna element or the same. 23) incorporates an effect of reducing the weight of a signal having a relatively high noise level (that is, a low reception level). However, both are common in that the complex phase is adjusted to be zero or constant after multiplication with the averaged channel information. In a broad sense, equation (23) can also be said to be a kind of weight for in-phase synthesis. In the present embodiment, the same effect can be obtained even if other weights are used as long as the complex phase is zero or a constant value after multiplication with the averaged channel information.
一般には、平均化送信ウエイトベクトルとしては式(22)のウエイトを、平均化受信ウエイトベクトルとしては式(23)のウエイトを用いるのが好ましい。なお、本実施形態では基地局装置と端末装置の間の見通しが確保できるように設置されることが推奨されるので、非常に多くの多重反射波が存在するマルチパス環境とは異なり見通し波が支配的な環境であるため、アンテナ素子ごとの受信レベルの差は比較的つきにくい。この結果、式(23)で求めたウエイトは、実効的には式(22)と等価なウエイトとなる。 In general, it is preferable to use the weight of Expression (22) as the average transmission weight vector and the weight of Expression (23) as the average reception weight vector. In this embodiment, it is recommended to install the base station device and the terminal device so that a line of sight can be secured. Unlike a multipath environment in which a large number of multiple reflected waves exist, a line-of-sight wave is generated. Since this is a dominant environment, the difference in reception level for each antenna element is relatively difficult. As a result, the weight obtained by equation (23) is effectively a weight equivalent to equation (22).
なお、平均化送信ウエイトベクトルと平均化受信ウエイトベクトルとは、アンテナ素子ごとのウエイトの値を各要素の成分として構成されるベクトル(ウエイトベクトル)の示す方向(各成分の相対的な関係)が実効的な意味をもつ。例えば、ふたつのベクトルが直交(すなわち内積がゼロとなる)する場合、片方のベクトルの全ての成分に定数cを乗算しても、内積はゼロのままなので直交関係は変わらない。このため、あるウエイトベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるとみなせるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたウエイトベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価である。つまり、式(22)や式(23)で与えられる各ベクトルの成分全体に共通の係数が乗算されたウエイトは、それらのウエイトを成分として持つウエイトベクトルに焼き直して解釈すると全て実施形態におけるウエイトと等価なものである。 Note that the average transmission weight vector and the average reception weight vector have directions (relative relations between the components) indicated by vectors (weight vectors) each having a weight value for each antenna element as a component of each element. Has an effective meaning. For example, if two vectors are orthogonal (that is, the inner product is zero), even if all the components of one vector are multiplied by a constant c, the inner product remains zero and the orthogonal relationship does not change. For this reason, since a vector obtained by multiplying a certain weight vector by a predetermined coefficient can be considered to be the same in the direction, the weight vector multiplied by a constant coefficient for each antenna element does not depend on the coefficient to be multiplied. Is equivalent. That is, the weights obtained by multiplying all the components of the vectors given by Expression (22) and Expression (23) by the common coefficient are all rewritten into weight vectors having these weights as the components and interpreted as weights in the embodiment. Is equivalent to
(リアルタイム送受信ウエイト行列の算出について)
上述の平均化送信ウエイトベクトルと平均化受信ウエイトベクトルとの算出では、端末装置と各アンテナ素子間のチャネル情報に対して同位相合成となるウエイトの算出を行っていた。アンテナの本数がK本であれば、求めるべき平均化送信ウエイトベクトル及び平均化受信ウエイトベクトルはK次元のベクトルとなる。これに対し、リアルタイム送信ウエイト行列やリアルタイム受信ウエイト行列は、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lを経由した後でのチャネル推定結果を利用する。この具体的な処理を以下に説明する。
(Calculation of real-time transmission / reception weight matrix)
In the above-described calculation of the average transmission weight vector and the average reception weight vector, the weight that is the same phase composition is calculated for the channel information between the terminal device and each antenna element. If the number of antennas is K, the average transmission weight vector and the average reception weight vector to be obtained are K-dimensional vectors. On the other hand, the real-time transmission weight matrix and the real-time reception weight matrix use channel estimation results after passing through the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L. This specific process will be described below.
説明を簡単にするために、以下の説明では2台の端末装置をアップリンクで空間多重する場合(つまり、L=2)について説明する。また先の説明でも行ったように、少なくとも着目する周波数成分及び着目するシンボルにおいては、一つの端末装置のみから信号が送信されている場合を例にとり説明する。例えばある周波数成分に着目したときに、第1シンボルにおいては第1の端末装置からのトレーニング信号が送信され、第2シンボルにおいては第2の端末装置からのトレーニング信号が送信されているものとする。このとき、第1受信信号処理回路191−1〜191−2は、それぞれ第1の端末装置の平均化受信ウエイトベクトルの乗算及び第2の端末装置の平均化受信ウエイトベクトルの乗算を行い、それぞれを加算合成した仮想的な2本アンテナで受信した信号として、2系統の信号系列の信号を第2受信信号処理回路192に入力する。これらのトレーニング信号は、送信側でPAPR低減のために各周波数成分ごとに何らかの変調処理を行ったものである。そこで、第2受信信号処理回路192内のリアルタイム送受信ウエイト算出部204は、まずは受信信号に対して周波数成分ごとに変調の逆処理を行うことにより、直接チャネル情報を示す状態を取得する。
In order to simplify the description, in the following description, a case where two terminal apparatuses are spatially multiplexed on the uplink (that is, L = 2) will be described. Further, as described in the above description, at least the frequency component of interest and the symbol of interest will be described by taking as an example a case where a signal is transmitted from only one terminal device. For example, when focusing on a certain frequency component, a training signal from the first terminal device is transmitted in the first symbol, and a training signal from the second terminal device is transmitted in the second symbol. . At this time, the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-2 respectively perform multiplication of the average reception weight vector of the first terminal device and multiplication of the average reception weight vector of the second terminal device, respectively. As a signal received by the virtual two antennas obtained by adding and synthesizing signals, signals of two signal series are input to the second received
第1受信信号処理回路191−1から入力され且つこの変換がなされた信号は、1シンボル目の信号が第1の端末装置と第1の仮想アンテナとの間に関する仮想的なチャネル情報「hv11」を示し、2シンボル目の信号が第2の端末装置と第1の仮想アンテナとの間に関する仮想的なチャネル情報「hv12」を示している。
同様に、第1受信信号処理回路191−2から入力され且つこの変換がなされた信号は、1シンボル目の信号が第1の端末装置と第2の仮想アンテナとの間に関する仮想的なチャネル情報「hv21」を、2シンボル目の信号が第2の端末装置と第2の仮想アンテナとの間に関する仮想的なチャネル情報「hv22」を示している。「hvij」を(i,j)成分とする仮想的なチャネル行列を「Hv」と表記すれば、これにより式(12)〜式(15)を用いてリアルタイム送受信ウエイト行列を算出することが可能である。
The signal input from the first received signal processing circuit 191-1 and subjected to this conversion is the virtual channel information “h v11 regarding the first symbol signal between the first terminal device and the first virtual antenna. The second symbol signal indicates virtual channel information “h v12 ” between the second terminal apparatus and the first virtual antenna.
Similarly, the signal input from the first received signal processing circuit 191-2 and subjected to this conversion is the virtual channel information relating to the first symbol signal between the first terminal apparatus and the second virtual antenna. the "h v21", the second symbol of the signal indicates "h v22" virtual channel information about between the second terminal device and the second virtual antenna. If a virtual channel matrix having “h vij ” as an (i, j) component is expressed as “H v ”, a real-time transmission / reception weight matrix is calculated using equations (12) to (15). Is possible.
なお、上述の「チャネル推定処理と平均化送受信ウエイトベクトルの算出について」に関する記述の中では、トレーニング信号として、1シンボル目は端末装置#1がパターン「P」、端末装置#2もパターン「P」を送信し、2シンボル目は端末装置#1がパターン「P」、端末装置#2はパターン「−P」を送信する例を示していた。用いるチャネル推定用のトレーニング信号をこの様な他のパターンに置き換えた場合でも、単純に仮想的なチャネル行列「Hv」の各成分の求め方が変わるだけであって、その他の処理は全く同様に行うことができる。その他のトレーニング信号を用いる場合も同様である。
In the above description regarding “channel estimation processing and calculation of average transmission / reception weight vector”, as a training signal,
(リアルタイム送信ウエイト行列の別の算出方法について)
以上の説明では、リアルタイム受信ウエイト行列を取得できている端末装置の組み合わせで送信を行う場合の説明を行った。しかし、この場合には送信時に空間多重を行うことが可能な端末装置の組み合わせが、比較的直近にリアルタイム受信ウエイト行列を取得したことがある端末装置の組み合わせに限定されるため、スケジューリングの自由度がある程度拘束される。
そこで、以下ではリアルタイム送信ウエイトの別の算出方法についても簡単に説明を行う。まず、ここでは簡単のために2台の端末装置がある周波数成分上で同時に空間多重伝送を行う場合を考える。まず、端末装置#1及び端末装置#2に対する最新のチャネル情報により構成される第k周波数成分のチャネル情報ベクトルをh1 (k)、h2 (k)とする。同様に、端末装置#1及び端末装置#2に対する第k周波数成分の平均化送信ウエイトベクトルをw1 (k)、w2 (k)とする。第2送信信号処理回路194から見た場合の第1送信信号処理回路193−1〜193−L(ここではL=2の場合を例示している)以降の端末装置#1、#2までの実効上の2×2のチャネル行列Heffは以下のように表すことができる。
(About another calculation method of real-time transmission weight matrix)
In the above description, the case has been described where transmission is performed by a combination of terminal devices capable of acquiring a real-time reception weight matrix. However, in this case, the combination of terminal devices that can perform spatial multiplexing at the time of transmission is limited to the combination of terminal devices that have acquired a real-time reception weight matrix relatively recently, so the degree of freedom of scheduling Is restrained to some extent.
Therefore, hereinafter, another method for calculating the real-time transmission weight will be briefly described. First, for the sake of simplicity, consider a case where two terminal apparatuses simultaneously perform spatial multiplexing transmission on a certain frequency component. First, channel information vectors of the k-th frequency component configured by the latest channel information for the
ここで、リアルタイム送信ウエイト行列WTを次式(25)の形式とし、上述のHeffとの行列積Heff・WTの非対角成分がゼロとなる条件を算出する。 Here, the real time transmission weight matrix W T is the form of the following equation (25), calculates a condition that non-diagonal elements of the matrix product H eff · W T of the above-mentioned H eff becomes zero.
ここで、ベクトル「⌒hj (k)」を次式(27)で定義する。 Here, the vector “⌒h j (k) ” is defined by the following equation (27).
これを用いれば、式(26)において非対角項成分がゼロであることから次式(28)及び次式(29)を得ることができる。 If this is used, since the off-diagonal term component is zero in equation (26), the following equation (28) and equation (29) can be obtained.
ここで、事前にベクトル「⌒hj (k)」を求めておけば、送信時にリアルタイムで演算すべきα、βの算出ではそれぞれK回の乗算のみで事足りることになる。つまり、合計で2×K回の乗算演算を許容すれば、任意の端末装置の組み合わせに拡張することができる。以下に、本実施形態における変形例としてリアルタイム送信ウエイト行列に関する以上の変更を回路構成に反映させた構成を説明する。 Here, if the vector “⌒h j (k) ” is obtained in advance, the calculation of α and β to be calculated in real time at the time of transmission requires only K multiplications. That is, if a total of 2 × K multiplication operations are allowed, the combination can be expanded to any combination of terminal devices. Hereinafter, a configuration in which the above-described change related to the real-time transmission weight matrix is reflected in the circuit configuration will be described as a modification of the present embodiment.
(変形例1:リアルタイム送信ウエイト行列算出に関する別の構成)
図16は、本実施形態の基地局装置10の変形例1としての構成を示す概略ブロック図である。図1に示した基地局装置10との差分は、リアルタイム送信ウエイト行列記憶部130をリアルタイム送信ウエイト行列算出部131に置き換えた点である。また、リアルタイム送信ウエイト行列算出部131はリアルタイム送信ウエイト行列記憶部130と異なり、平均化送受信ウエイト算出部120とも接続されている一方、受信部100とは接続されていない。
(Variation 1: Another configuration related to real-time transmission weight matrix calculation)
FIG. 16 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the
リアルタイム送信ウエイト行列算出部131には、平均化送受信ウエイト算出部120にて最新のダウンリンクのチャネル情報ベクトルhj (k)の取得及び平均化送信ウエイトベクトルwj (k)の更新がある都度に、最新のダウンリンクのチャネル情報ベクトルhj (k)及び平均化送信ウエイトベクトルwj (k)が入力される。変形例1における平均化送受信ウエイト算出部120は、上記の実施形態において説明した構成に加えて、チャネル情報及び平均化送信ウエイトベクトルが更新されると、リアルタイム送信ウエイト行列算出部131に出力する構成を有する。この出力機能を除けば、図3に示す平均化送受信ウエイト算出部120の構成に対して明示的な変更は特にない。ただし、この場合にはチャネル情報平均化回路121からキャリブレーション回路125へは、平均化されたチャネル情報ベクトルとともに、最新のチャネル情報ベクトルも通知を行い、その両者に対してキャリブレーション処理を行うことになる。なお、特に平均化を行わない場合には、その両者は同一であるのでこの点については変更を伴わない。
The real-time transmission weight
リアルタイム送信ウエイト行列算出部131では、チャネル情報ベクトル及び平均化送信ウエイトベクトルが入力されるたびに、式(27)の演算を行い、この結果を平均化送信ウエイトベクトルwj (k)とともにメモリに記録しておく。また、通信制御回路110より送信処理開始の指示と、空間多重を行う端末局の組み合わせの通知がなされると、該当する端末装置に関連する式(27)で与えられる「⌒hj (k)」と平均化送信ウエイトベクトルwi (k)を読み出し、式(28)及び式(29)によりα、βを算出し、これを送信部の第2送信信号処理回路194に入力する。以上の変更により、その他についてはそのままで任意の端末装置の組み合わせの空間多重に対して対応可能である。
The real-time transmission weight
なお、空間多重数が3以上の場合には、式(25)を対角成分が1、非対角成分が未定数の行列とし、式(26)と同様の処理で各未定数に関する条件を導出すれば同様の拡張が可能である。ただし、この場合には演算量が大幅に増加することになるため、回路規模に関するインパクトは大きくなり、本変形例における基地局装置10の利点は次第に薄れることになる。ただし、それでも式(10−1)、式(10−2)などを用いる場合に比べれば、十分に演算量は抑えることが可能である。
When the spatial multiplexing number is 3 or more, Equation (25) is a matrix with a diagonal component of 1 and an off-diagonal component of an unconstant, and the conditions for each unconstant are set by the same processing as in Equation (26). If derived, the same extension is possible. However, in this case, since the amount of calculation increases significantly, the impact on the circuit scale increases, and the advantages of the
以上に、リアルタイム送信ウエイト行列の算出に関する本実施形態における変形例を示したが、平均化送受信ウエイトベクトルの算出に関しても、同様に本実施形態における変形例が存在する。以下にその説明を加えておく。
(変形例2:平均化送受信ウエイト算出部の別の構成)
上記の実施形態において図3に示した平均化送受信ウエイト算出部120の構成は、ほぼ等価な別の構成としても実現することが可能である。上記の実施形態における平均化送受信ウエイト算出部120に対する変形例としての構成例を説明する。
図17は、上記の実施形態の変形例における平均化送受信ウエイト算出部120aの構成を示す概略ブロック図である。平均化送受信ウエイト算出部120aは、チャネル情報平均化回路121、受信ウエイト算出回路122、受信ウエイト記憶回路123、キャリブレーション係数記憶回路124、送信ウエイト算出回路126a、及び、送信ウエイト記憶回路127を有している。平均化送受信ウエイト算出部120aが平均化送受信ウエイト算出部120(図3)と異なる構成は、キャリブレーション回路125を有していないこと(正確には、送信ウエイト算出回路126aの中にこれと類似の機能が内在される構成となる)、及び、送信ウエイト算出回路126に代えて送信ウエイト算出回路126aを有していることである。また送信ウエイト算出回路126aの機能は、受信ウエイト算出回路122において算出された平均化受信ウエイトの各成分を、キャリブレーション係数記憶回路124に記憶されているキャリブレーション係数で除算することにより、平均化送信ウエイトを算出する処理に変更される。
As described above, the modification example in the present embodiment regarding the calculation of the real-time transmission weight matrix has been described. The explanation is added below.
(Variation 2: Another configuration of the average transmission / reception weight calculation unit)
In the above-described embodiment, the configuration of the averaged transmission / reception
FIG. 17 is a schematic block diagram showing the configuration of the averaged transmission / reception
平均化送受信ウエイト算出部120では、平均化送信ウエイトベクトルの各成分に対応する平均化送信ウエイトを算出する際に、チャネル情報平均化回路121が取得したアップリンクのチャネル情報に対して、式(16)や式(17)などで与えられるキャリブレーション係数を乗じてダウンリンクのチャネル情報を取得し、平均化送信ウエイトを算出していた。これに対して、平均化送受信ウエイト算出部120aでは、受信ウエイト算出回路122が算出する平均化受信ウエイトの各成分を次式(30)に示すように、キャリブレーション係数記憶回路124に記憶されているキャリブレーション係数cj (k)で除算することにより平均化送信ウエイトを算出する。すなわち、平均化送受信ウエイト算出部120aでは、ダウンリンクのチャネル情報を取得することなく、直接、平均化送信ウエイトを算出している。
In the average transmission / reception
なお、式(30)では平均化受信ウエイトと平均化送信ウエイトを明示的に区別して説明するために、第k周波数成分の第jアンテナに関する平均化送信ウエイトをwT,j (k)、同様に平均化受信ウエイトをwR,j (k)と表記している。また、平均化受信ウエイトとして式(23)を用いる場合には、平均化送信ウエイトに関しては以下のように設定しても良い。 Note that in Equation (30), the average transmission weight for the j-th antenna of the k-th frequency component is expressed as w T, j (k) , in order to explicitly distinguish and explain the average reception weight and the average transmission weight. The average reception weight is expressed as w R, j (k) . In addition, when Expression (23) is used as the average reception weight, the average transmission weight may be set as follows.
これは、平均化受信ウエイトに関してはアンテナ素子ごとに受信レベルが変動している場合に、平均化受信ウエイトベクトルを乗算して加算合成した後の信号のSNRを最大化するために平均化受信ウエイトベクトルの各成分の絶対値にばらつきを与えたが、ダウンリンクでの送信時にはこの効果を考慮する必要がなく、式(22)と同様に平均化送信ウエイトベクトルの各成分の絶対値を一定にすることが好ましく、式(31)ではこの意味で絶対値の逆数の係数を式(30)に乗算している。 This is because, with respect to the average reception weight, when the reception level fluctuates for each antenna element, the average reception weight is used in order to maximize the SNR of the signal after being multiplied and combined by the average reception weight vector. Although the absolute value of each component of the vector has been varied, it is not necessary to consider this effect when transmitting in the downlink, and the absolute value of each component of the averaged transmission weight vector is kept constant as in equation (22). In this sense, equation (31) multiplies equation (30) by the inverse coefficient of the absolute value.
図18は、変形例2における平均化送信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。この平均化送信ウエイトを算出する処理は、図15に示したアップリンクのチャネル情報を基に平均化受信ウエイトを算出する処理の後に行われる処理である。
平均化送受信ウエイト算出部120aにおいて、平均化送信ウエイトを算出する処理が開始されると(ステップS151)、送信ウエイト算出回路126aが、受信ウエイト算出回路122から平均化受信ウエイトwR,j (k)を取得し、またキャリブレーション係数記憶回路124からキャリブレーション係数cj (k)を取得する(ステップS152)。
FIG. 18 is a flowchart illustrating a process of calculating an average transmission weight in the second modification. The process of calculating the average transmission weight is a process performed after the process of calculating the average reception weight based on the uplink channel information shown in FIG.
When the average transmission / reception
送信ウエイト算出回路126aは、平均化受信ウエイトwR,j (k)をキャリブレーション係数cj (k)で除算し、平均化送信ウエイトwT,j (k)を算出し(ステップS153)、算出した平均化送信ウエイトwT,j (k)を送信ウエイト記憶回路127に出力して記憶させ(ステップS154)、処理を終了する(ステップS155)。なお、式(31)を用いる場合には、平均化受信ウエイトwR,j (k)をキャリブレーション係数cj (k)で除算した後に、さらにその絶対値で除算する規格化する処理を追加しても良い。
The transmission
上記の実施形態や変形例1における基地局装置10では、第2受信信号処理回路192が、空間多重伝送により同時に信号系列を基地局装置10に送信するL局の端末装置の組み合わせに応じたリアルタイム送信ウエイト行列WTを用いて、L系統の信号系列を生成する。平均化送信ウエイトベクトルは、例えば、各アンテナ素子101−1〜101−Kと各端末装置との間におけるチャネル情報に基づいて予め算出したものを用いる。
また、基地局装置10では、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lにより生成されたL系統の信号系列を仮想的なL本のアンテナ素子で受信した信号とみなして、第2受信信号処理回路192が、L系統の信号系列に含まれる既知の信号(トレーニング信号やプリアンブル信号など)に基づいて、L局の端末装置と仮想的なL本のアンテナ素子との間のチャネル情報を取得する。また、第2受信信号処理回路192が、取得したチャネル情報に基づいてリアルタイム受信ウエイト行列WRを算出し、L系統の信号系列にリアルタイム受信ウエイト行列WRを乗算する。これにより、L系統の信号系列間に存在する干渉を抑圧することができる。第2受信信号処理回路192における処理の演算量は、空間多重数(L)に依存し、基地局装置10に備えられているアンテナ素子の数(K)に依存しない。
In the
Further, the
これにより、本実施形態の基地局装置10では、アンテナ素子数(K)を増大させることにより各端末装置間のチャネルベクトルの相関を低減させる場合においても、第2受信信号処理回路192における信号系列の直交化に要する演算量を空間多重数(L)に依存した演算量に保つことができる。すなわち、無線通信の利用状況に応じた負荷で、信号系列の直交化を行うことができ、安定した空間多重性を実現することができる。
なお、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lにおいて用いる平均化受信ウエイトベクトルは、時変動するチャネル情報に基づいて算出されたものでもよく、事前に取得することができる。よって、空間多重伝送による無線通信を行っている最中に取得することは必ずしも必要ではないので、無線通信を行う際の負荷を低減することができる。なお、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lにより得られるL系統の信号系列には、時変動などのチャネル情報の誤差により信号系列間の干渉成分が含まれる。しかし、リアルタイムの情報を用いる第2受信信号処理回路192における処理により十分に干渉成分を抑圧できる。
Thereby, in the
The average reception weight vector used in the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L may be calculated based on channel information that varies with time, and can be acquired in advance. Therefore, since it is not always necessary to acquire it during wireless communication by spatial multiplexing transmission, it is possible to reduce the load when performing wireless communication. Note that the L signal series obtained by the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L include an interference component between the signal series due to an error in channel information such as time variation. However, the interference component can be sufficiently suppressed by the processing in the second received
すなわち、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lではチャネルの時変動によるチャネル情報の誤差を許容したK次元の平均化受信ウエイトベクトルの乗算を行い、第2受信信号処理回路192では空間多重伝送で利用するチャネルの時変動に追従する干渉抑圧のためのL×Lサイズのリアルタイム受信ウエイト行列を乗算する。これにより、平均化受信ウエイトベクトルを算出する演算負荷の増加を抑えつつ、基地局装置10のアンテナ素子の数を増加させることができ、少ない演算負荷で安定した空間多重特性を実現することができる。
また、基地局装置10では、第1送信信号処理回路193−1〜193−Lと第2送信信号処理回路194とが、第1受信信号処理回路191−1〜191−Lと第2受信信号処理回路192と同様に動作するため、送信処理においても同様の効果を得ることができる。
That is, the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L perform multiplication of K-dimensional averaged reception weight vectors that allow channel information errors due to channel time variations, and the second reception
Further, in the
換言すると、基地局装置のアンテナ数を増大させることで各端末装置間のチャネルベクトルの相関が低減され、結果的に複数の端末装置を空間多重するとしても、その際の直交化ロスを大幅に低減することが可能であり、安定した空間多重特性を実現することが可能である。その一方で、送受信ウエイト算出の演算負荷は非冗長的なアンテナ数の場合と同様であり、すなわち回路規模を抑えハードウエアインパクトを低減しながらも、所望の特性を安定して期待することができる基地局装置を提供することが可能となる。この際、基地局装置と端末装置の間のチャネル情報に若干のチャネル時変動がある場合でも、その時変動に追従した送受信ウエイトをハードウエアによるリアルタイム処理が可能なレベルの簡易な演算で実現可能であり、若干の時変動が伴う環境でも安定したマルチユーザMIMOの空間多重処理が可能となる。一般に、MIMO伝送の信号検出処理は、(擬似)逆行列などを用いる線形信号処理では特性が悪く、演算量が膨大となるMLD(Most Likelihood Detection)法などの非線形の信号処理が求められることが多いが、本発明の信号処理によりL×Lサイズに圧縮されたリアルタイム送受信ウエイト行列では各行(又は列)ベクトルの相関が非常に小さく、線形処理に伴う特性劣化は非常に限られたレベルに抑えられ、安定した特性を期待することが可能となる。 In other words, by increasing the number of antennas of the base station apparatus, the correlation of channel vectors between the terminal apparatuses is reduced. As a result, even if a plurality of terminal apparatuses are spatially multiplexed, the orthogonalization loss at that time is greatly increased. Therefore, stable spatial multiplexing characteristics can be realized. On the other hand, the computation load for calculating the transmission / reception weight is the same as that for the non-redundant number of antennas, that is, it is possible to stably expect the desired characteristics while suppressing the circuit scale and reducing the hardware impact. A base station apparatus can be provided. At this time, even if there is some channel time variation in the channel information between the base station device and the terminal device, it is possible to realize transmission and reception weights that follow the time variation with a simple calculation at a level that allows real-time processing by hardware. In addition, stable multi-user MIMO spatial multiplexing processing is possible even in an environment with slight time fluctuations. In general, the signal detection processing of MIMO transmission has poor characteristics in linear signal processing using a (pseudo) inverse matrix or the like, and non-linear signal processing such as an MLD (Most Likelihood Detection) method that requires a large amount of calculation is required. In many cases, in the real-time transmission / reception weight matrix compressed to L × L size by the signal processing of the present invention, the correlation of each row (or column) vector is very small, and the characteristic deterioration due to linear processing is suppressed to a very limited level. Therefore, stable characteristics can be expected.
[本発明に係る実施形態のその他の補足事項]
以下に、本発明に係る実施形態に関する幾つかの補足事項をまとめておく。
本発明における平均化送受信ウエイト算出に用いるアップリンクのチャネル推定においては、基本的には通常の通信に用いられるチャネル推定用のトレーニング信号を用いるが、基地局装置及び端末装置が固定設置されている場合などは、安定的な入射波のチャネルをサービス開始の運用前に取得しておくことも可能である。この場合、必ずしもトレーニング信号は通常の通信に用いられるチャネル推定用のトレーニング信号を用いる必要はなく、例えば図19に示すようなトレーニング信号を用いても良い。
[Other supplementary items of the embodiment of the present invention]
Below, some supplementary matters regarding the embodiment according to the present invention are summarized.
In uplink channel estimation used for averaging transmission / reception weight calculation in the present invention, basically, a channel estimation training signal used for normal communication is used, but the base station apparatus and terminal apparatus are fixedly installed. In some cases, it is also possible to acquire a stable incident wave channel before the service is started. In this case, it is not always necessary to use a training signal for channel estimation used for normal communication as the training signal. For example, a training signal as shown in FIG. 19 may be used.
図19は、本発明における平均化送受信ウエイト算出に用いるトレーニング信号の別の例を示す図である。同図において符号1−1〜1−3は一般的なOFDMシンボルを示し、符号2−1〜2−3はガードインターバルを含まない有効な信号領域を示し、符号3−1〜3−3は本発明におけるトレーニング信号を示し、符号4−1〜4−3は信号の末尾領域を示し、符号5−1〜5−3はガードインターバルを示し、符号6−1〜6−3は実際のチャネル推定に用いる信号周期を示している。なお、OFDM信号は、複数のサブキャリア成分を含むが、本図ではあるサブキャリア一つを抜き出して正弦波として図示している。 FIG. 19 is a diagram showing another example of the training signal used for calculating the average transmission / reception weight in the present invention. In the figure, reference numerals 1-1 to 1-3 denote general OFDM symbols, reference numerals 2-1 to 2-3 denote effective signal areas not including guard intervals, and reference numerals 3-1 to 3-3 denote In the present invention, training signals are shown. Reference numerals 4-1 to 4-3 denote end regions of the signals, reference numerals 5-1 to 5-3 denote guard intervals, and reference numerals 6-1 to 6-3 denote actual channels. The signal period used for estimation is shown. The OFDM signal includes a plurality of subcarrier components, but in the figure, one subcarrier is extracted and illustrated as a sine wave.
従来のOFDM信号であれば、OFDMシンボル(1−1〜1−3)周期の信号は、実際のデータとして有効な信号領域(2−1〜2−3)を生成し、この信号の末尾領域(4−1〜4−3)を信号の先頭領域にガードインターバル(5−1〜5−3)としてコピーして貼り付け、全体のOFDMシンボル(1−1〜1−3)を生成していた。通常の通信においては、ガードインターバルを取り除いた有効な信号領域(2−1〜2−3)の先頭部分のタイミングをタイミング検出により抽出し、そのタイミングを起点とした場合の振幅及び複素位相に関する情報をチャネル推定では取得する。 In the case of a conventional OFDM signal, a signal having a period of OFDM symbols (1-1 to 1-3) generates a signal region (2-1 to 2-3) effective as actual data, and the tail region of this signal. (4-1 to 4-3) are copied and pasted as guard intervals (5-1 to 5-3) in the head area of the signal to generate the entire OFDM symbols (1-1 to 1-3). It was. In normal communication, information on the amplitude and complex phase when the timing of the leading portion of the effective signal area (2-1 to 2-3) from which the guard interval is removed is extracted by timing detection and the timing is used as a starting point. Are obtained in the channel estimation.
しかし、本発明の送受信ウエイトの算出においては各アンテナ素子の相対的な位相関係を取得できれば十分であるために、正確な初期複素位相の把握までは不要であり、OFDMシンボルの先頭のような適切なタイミングを起点とする必要はない。したがって、ガードインターバルを設定したOFDM信号である必要はなく、OFDMシンボルの有効な信号領域(2−1〜2−3)を取り出して連続させた信号であるトレーニング信号(3−1〜3−3)を多数回繰り返し送信すれば良い。ここで各区間は連続的につながっているために、この複数の周期に亘るトレーニング信号においては実質的にはシンボルタイミングというものは意味を成さない。平均化処理を行う場合には、受信側では受信したトレーニング信号(3−1〜3−3)に対してこの区切り位置とは異なる任意の開始タイミング、例えば実際のチャネル推定に用いる信号周期(6−1〜6−3)で信号を切り取り、区間6−1、区間6−2、区間6−3の信号に対して加算処理を行えばよい。 However, since it is sufficient to obtain the relative phase relationship of each antenna element in the calculation of the transmission / reception weight according to the present invention, it is not necessary to accurately grasp the initial complex phase, and an appropriate value such as the head of the OFDM symbol is not necessary. There is no need to start from a specific timing. Therefore, it is not necessary to be an OFDM signal in which a guard interval is set, and training signals (3-1 to 3-3) which are signals obtained by extracting effective signal regions (2-1 to 2-3) of OFDM symbols and continuing them. ) May be repeated many times. Here, since the sections are continuously connected, the symbol timing does not substantially make sense in the training signal over a plurality of periods. When the averaging process is performed, the reception side receives an arbitrary start timing different from the delimiter position with respect to the received training signals (3-1 to 3-3), for example, a signal cycle (6 -1 to 6-3), the signal is cut out, and the addition processing may be performed on the signals in the sections 6-1, 6-2, and 6-3.
この際の回路的な変更点は、FFT回路108−1〜108−Kは通信制御回路110からの指示により上述のトレーニング信号を受信したと判断した場合には、A/D変換器107−1〜107−Kから入力された信号に対しガードインターバルを除去することを省略し、所定のタイミングで切り出したトレーニング信号(3−1〜3−3)に対しFFT処理を施し、当該デジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとの信号に分離し、当該信号を平均化送受信ウエイト算出部120に出力する。通常動作では当該信号を第1受信信号処理回路191−1〜191−Lにも出力していたが、このトレーニング信号は送信データを含まないので第1受信信号処理回路191−1〜191−L側への出力は不要になる。
The circuit change at this time is that when the FFT circuits 108-1 to 108-K have received the above training signal in response to an instruction from the
また、通常のチャネル推定であれば、平均化処理は受信したトレーニング信号(3−1〜3−3)の個別の区間3−1、3−2、3−3ないしは6−1、6−2、6−3に対してFFT処理を施しチャネル推定を行い、その後に平均化処理を行うが、本トレーニング信号を用いる場合には、時間軸上の信号である個別の区間3−1、3−2、3−3ないしは6−1、6−2、6−3におけるサンプリングデータを対応するサンプル点同士で加算の後平均化することで、同様の平均化処理を実施することも可能である。この際、送信側と受信側において周波数誤差が存在する場合、その誤差が平均化処理において問題となる程度の大きさであれば、必要に応じて既存の周波数誤差の補正技術を追加で適用しても構わない。 In the case of normal channel estimation, the averaging process is performed for individual sections 3-1, 3-2, 3-3 or 6-1 and 6-2 of the received training signals (3-1 to 3-3). , 6-3 is subjected to FFT and channel estimation, and then averaged. When this training signal is used, individual sections 3-1, 3-3-1 that are signals on the time axis are used. It is also possible to perform the same averaging process by averaging the sampling data in 2, 3-3 or 6-1, 6-2, 6-3 after addition at corresponding sample points. At this time, if there is a frequency error on the transmission side and the reception side, if the error is large enough to cause a problem in the averaging process, an existing frequency error correction technique is additionally applied as necessary. It doesn't matter.
また、上記の実施形態における基地局装置10では、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出する際に、式(16)及び式(17)に示したキャリブレーション係数を用いる構成を説明した。しかし、先にも説明したが、ローノイズアンプ103−1〜103−K、フィルタ106−1〜106−K、ハイパワーアンプ148−1〜148−K、フィルタ147−1〜147−Kなどにおける周波数成分ごとの複素位相の回転量のアップリンクとダウンリンクとの間の相対値(複素位相の角度差)が全てのアンテナ素子に対応する回路で一定値になるようにアナログ的な信号処理で調整を行ってある場合(例えば、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整していても良い)、キャリブレーション係数を用いた処理を行う必要はない。この場合、ダウンリンクのチャネル情報を取得する処理(図14)は、省略することができ、上りリンクのチャネル情報とダウンリンクのチャネル情報とが等価になるので、平均化送信ウエイトと平均化受信ウエイトとは共通の値になる。この場合、ダウンリンクにおける平均化送信ウエイト算出に係わる回路と、アップリンクにおける平均化受信ウエイトの算出に係わる回路は共用化を図ることが可能である。
In the
具体的には、第1及び第2実施形態における基地局装置10では、受信ウエイト算出回路122及び受信ウエイト記憶回路123が、平均化送信ウエイトと平均化受信ウエイトとの算出及び記憶を兼ねて行う構成となる。この結果、キャリブレーション回路125、送信ウエイト算出回路126、送信ウエイト記憶回路127、及びキャリブレーション係数記憶回路124が省略される。しかし、これに限ることなく、各実施形態における基地局装置10と同じ構成のままで、キャリブレーション係数をアンテナ素子及び周波数成分の全ての組み合わせにおいて「1」とみなして送信ウエイトを算出するようにしてもよい。
更にこの場合、各周波数成分の必ずしも全てのアンテナ素子において複素位相の回転量が同一(ないしは、キャリブレーション係数が1)である必要はなく、この条件が一部の少数のアンテナ素子において例外的に満たされない状況であっても、少なくとも半数以上のアンテナ素子でこの条件を満たしていれば、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。
Specifically, in the
Furthermore, in this case, the rotation amount of the complex phase does not necessarily have to be the same (or the calibration coefficient is 1) in all the antenna elements of each frequency component, and this condition is exceptional in some small number of antenna elements. Even in a situation that is not satisfied, as long as at least half of the antenna elements satisfy this condition, the operation intended by the present invention can be realized as a whole.
また、例えば図4に示す第1受信信号処理回路191−1〜191−Lの構成や、図5に示す第2受信信号処理回路192の構成、図8に示す第2送信信号処理回路194の構成、図9に示す第1送信信号処理回路193−1〜193−Lの構成、図3及び図17に示す平均化送受信ウエイト算出部121及び121aの構成などに代表される構成図では、特に複数の周波数成分に対する処理を明示的に記載していなかったが、個々の処理の説明で行ったように、これらの信号処理は全ての周波数成分に対して同様に実施されるものである。ただし実際の回路構成においては、その処理回路を周波数成分ごとに個別に実装しても良いし、単一の処理回路を周波数成分ごとに順番に使いまわして回路規模を圧縮しても良いし、その中間的な処理回路としても構わない。
Further, for example, the configuration of the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L shown in FIG. 4, the configuration of the second reception
また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイト(平均化送受信ウエイトベクトル及びリアルタイム送受信ウエイト行列)は全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いることになる。しかし、OFDMAでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間(OFDMシンボル)及び周波数(サブキャリア)ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。この場合には、第1受信信号処理回路191−1〜191−L、第2受信信号処理回路192、第1送信信号処理回路193−1〜193−L、及び第2送信信号処理回路194は、周波数及び時刻(シンボル)に関係なく同一の通信相手となる端末装置に対応しているというものではなく、ある各周波数成分ないしは各時刻(OFDMシンボル)に着目した場合に通信相手となる端末装置に対応していると理解すべきである。しかし、その差を除けばOFDMとOFDMAとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書ではOFDMを中心に説明を行ったが、OFDMAにおいても全く同様に本発明を適用することができる。
Also, since all subcarriers are used for communication with the same terminal apparatus in the OFDM modulation scheme, the transmission / reception weights (average transmission / reception weight vector and real-time transmission / reception weight matrix) at that time are common combinations for all subcarriers. The transmission / reception weight for the terminal device is used. However, in OFDMA, since allocations to different combinations of terminal devices in a patchwork pattern on the time axis and the frequency axis are gathered together, terminals allocated for each time (OFDM symbol) and frequency (subcarrier) It is necessary to use transmission / reception weights for the device. In this case, the first reception signal processing circuits 191-1 to 191-L, the second reception
また、SC−FDEに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で平均化送信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で平均化受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のSC−FDEで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのSC−FDEに適用可能である。 In addition, there are various operational variations for SC-FDE, but the received signal processing after the signals transmitted from the antenna elements are combined in space by multiplying the average transmission weight on the transmission side, In each of the above configuration examples, the processing performed in the conventional SC-FDE is applied as it is in any of the received signal processing after the reception side multiplies the average reception weight and the signals of the respective antenna elements are added and synthesized. Therefore, the present invention is applicable to all variations of SC-FDE.
更に、平均化受信ウエイトを乗算した信号を複数のアンテナ素子に亘り加算合成する際に、必ずしも全てのアンテナ素子に亘り加算合成する必要はなく、全体の中の一部の複数のアンテナ素子に亘り加算合成を行ったとしても、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能であり、結果として同様の効果を得ることができる。同様に、平均化送信ウエイトを乗算した複数の端末装置宛の信号をアンテナ素子ごとに加算合成する際においても、加算合成を全てのアンテナ素子に亘り実施せず、一部の複数のアンテナ素子において加算合成を行ったとしても、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。 Further, when the signals multiplied by the average reception weight are added and combined over a plurality of antenna elements, it is not always necessary to add and combine over all the antenna elements. Even if addition synthesis is performed, the operation intended by the present invention can be realized as a whole, and as a result, similar effects can be obtained. Similarly, when adding and combining signals addressed to a plurality of terminal devices multiplied by the average transmission weight for each antenna element, the addition and combining are not performed for all the antenna elements, but in some antenna elements. Even if addition synthesis is performed, the operation intended by the present invention can be realized as a whole.
また、ダウンリンクのチャネル情報の取得方法としては、本明細書で示したアップリンクのチャネル情報を利用する方法の他に、ダウンリンクで基地局装置の各アンテナから順番に直接トレーニング信号を送信し、そのトレーニング信号を受信した端末装置が取得したチャネル情報を制御回線を用いてフィードバックする形で基地局装置に設定する方法も考えられる。ただし、本発明ではリアルタイム送受信ウエイト行列を取得する必要性から比較的頻繁にチャネル情報の交換を行うので、このようなダウンリンクのチャネル情報を制御回線を用いてフィードバックする方法はMAC効率の低下を招くことになり、あまり好ましい実施形態ではない。ただし、何らかの工夫を行うことができれば、このようにして取得したダウンリンクのチャネル情報を通信制御回路110から平均化送受信ウエイト算出部120内の送信ウエイト算出回路126に直接入力し、これを利用して送信ウエイトを算出する構成としても同様の効果を得ることは可能である。ただし、この場合であってもアップリンクのチャネル情報の取得においては各端末装置からのトレーニング信号の送信は必須であり、この点に関しては上述の本発明と全く同様である。
Also, as a method for acquiring downlink channel information, in addition to the method using uplink channel information shown in this specification, a training signal is transmitted directly from each antenna of the base station apparatus in downlink. A method is also conceivable in which channel information acquired by the terminal device that has received the training signal is fed back to the base station device using a control line. However, in the present invention, since channel information is exchanged relatively frequently due to the necessity of acquiring a real-time transmission / reception weight matrix, such a method of feeding back downlink channel information using a control line reduces MAC efficiency. This is not a preferred embodiment. However, if any contrivance can be made, the downlink channel information acquired in this way is directly input from the
また同様に実施形態における基地局装置10では、図11及び図12に示すアップリンクのチャネル情報の相対成分の取得後の処理として、図13に示す平均化処理を行った後、図14に示すキャリブレーション処理によりダウンリンクのチャネル情報を取得し、これに続けて図15に示す平均化送受信ウエイト算出処理を行っていた。しかし、式(22)ないし式(23)で示すウエイトは単純な複素位相成分の抽出に相当するため、図11又は図12に示す相対成分の取得後に図15に示すウエイト算出処理を実施し、図13のステップS131−1〜S131−Qを個々の受信ウエイトの取得に読み替えて、ステップS133に示す平均化の対象をこの受信ウエイトに置き換えることでも近似的に同等の平均化受信ウエイトを取得することは可能である。つまり、各実施形態の構成例では平均化の対象となる物理量はチャネル情報の相対成分であったが、チャネル情報の相対成分から算出した受信ウエイトを平均化の対象となる物理量に置き換えることも可能である。
Similarly, the
更に、図27に示した無線通信システムが具備する基地局装置の設置例では、端末装置12−1〜12−2は1本のアンテナを備えるものとして図示したが、端末装置が複数のアンテナを備えていたとしても同様の処理を行うことは可能である。原理的には、端末装置12−1〜12−2が複数本のアンテナを備えていれば、一つの端末局に複数の信号系列を空間多重することも可能である。この場合、端末装置12−1〜12−2の各アンテナを個々の端末局のアンテナ素子とみなすことで、本発明を同様に実施することが可能である。ただし、実施形態では端末装置12−1〜12−2と基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4は相互に見通し環境であることを想定しているため、一般的には基地局装置と一つの端末装置の間でMIMO伝送を行うことは困難(第2固有値以降がゼロに近づく)であることが多い。
そこで端末局が複数本のアンテナを備えている場合には、実際には単一信号系列の送受信を複数アンテナのダイバーシチ構成として運用するのが現実的である。この場合には、複数のアンテナを適当なウエイトで合成することで、仮想的な1本のアンテナとみなすことが可能であり、この仮想的な1本のアンテナとの間で同様の処理を実現すれば、全く同様に実施形態を適用することが可能である。
Further, in the installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system illustrated in FIG. 27, the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are illustrated as including one antenna, but the terminal apparatus includes a plurality of antennas. Even if it is provided, it is possible to perform the same processing. In principle, if the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are provided with a plurality of antennas, a plurality of signal sequences can be spatially multiplexed in one terminal station. In this case, the present invention can be similarly implemented by regarding each antenna of the terminal devices 12-1 to 12-2 as an antenna element of each terminal station. However, in the embodiment, since it is assumed that the terminal devices 12-1 to 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment, generally, the base station device It is often difficult to perform MIMO transmission between a single terminal device (after the second eigenvalue approaches zero).
Therefore, when the terminal station is provided with a plurality of antennas, it is practical to operate transmission / reception of a single signal sequence as a diversity configuration of a plurality of antennas. In this case, by combining a plurality of antennas with appropriate weights, it can be regarded as a virtual one antenna, and the same processing is realized with this virtual one antenna. Then, the embodiment can be applied in exactly the same manner.
また更に、以上の動作原理及び各実施形態の説明の中では、各アンテナ素子に対応したチャネル情報や送受信ウエイトについて述べてきたが、各アンテナ素子のチャネル情報ないしは送受信ウエイトを成分として構成されるベクトルは、そのベクトルの示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価な意味合いをもつことになる。 Furthermore, in the above description of the operation principle and each embodiment, the channel information and transmission / reception weight corresponding to each antenna element have been described. However, the vector configured with the channel information or transmission / reception weight of each antenna element as a component. Has an effective meaning in the direction indicated by the vector. For this reason, the vector obtained by multiplying a certain vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a vector obtained by multiplying a certain coefficient for each antenna element has all equivalent meanings without depending on the coefficient to be multiplied. Will have.
一方で、図27において示したように、基地局装置と端末装置のアンテナはそれぞれ見通し環境ないしは見通し環境に近い環境を想定しているため、各アンテナ素子で受信される信号の強度及び振幅は概ね一定の値となっていることが期待される。このため、例えば各アンテナ素子のチャネル情報のベクトルは、実効的にはベクトルの各成分の絶対値はそれほど大きな意味をもたず、チャネル情報の値を規格化した値(チャネル情報をその絶対値で除算して得られる複素数)が有意な情報となる。このため、以上の動作原理及びの説明の中で用いられた「チャネル情報」を、近似的に「チャネル情報の値を規格化した値」とみなした処理は各実施形態及び本発明の関連技術と全く等価なものであり、その意味で上述の「チャネル情報」とは広義の意味で「チャネル情報の値を規格化した値」までを含むものとする。 On the other hand, as shown in FIG. 27, since the antennas of the base station device and the terminal device are each assumed to be a line-of-sight environment or an environment close to the line-of-sight environment, the intensity and amplitude of the signal received by each antenna element is approximately Expected to be a constant value. For this reason, for example, the vector of channel information of each antenna element is effectively not so significant in the absolute value of each component of the vector, and the channel information value is normalized (the channel information is the absolute value). (Complex number obtained by dividing by) is significant information. Therefore, the processing in which the “channel information” used in the description of the above-described operation principle and description is approximately regarded as “value obtained by standardizing the value of the channel information” is the related technology of each embodiment and the present invention. In this sense, the above-mentioned “channel information” includes up to “a value obtained by standardizing the value of channel information” in a broad sense.
また更に、本明細書においては説明の都合上、「行ベクトル」と「列ベクトル」をあまり区別することなく扱っている。例えば、式(3)におけるチャネル情報ベクトルhiは行ベクトルであり、送信ウエイトベクトルwjは列ベクトルであり、ベクトルの並びの方向を統一する厳密な数学上の表記であれは「転置」などの記号などを使って表記すべきである。しかし、本発明の実施において必要な情報はベクトルの各成分の値であり、そのベクトルが行ベクトルか列ベクトルであるかはあまり意味をもたないため、理解の容易さを優先して「行ベクトル」と「列ベクトル」を区別しない説明としている。 Furthermore, in the present specification, for convenience of explanation, “row vector” and “column vector” are dealt with without much distinction. For example, the channel information vector h i in the expression (3) is a row vector, the transmission weight vector w j is a column vector, and “transpose” or the like if it is a strict mathematical notation that unifies the direction of vector arrangement. Should be written using the symbol etc. However, the information required in the practice of the present invention is the value of each component of the vector, and it does not make much sense whether the vector is a row vector or a column vector. The description does not distinguish between “vector” and “column vector”.
なお、各実施形態における基地局装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、送信ウエイト及び受信ウエイト、並びに送受信ウエイトを算出する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 Note that a program for realizing the functions of the base station apparatus in each embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed to transmit the program. Processing for calculating weights, reception weights, and transmission / reception weights may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
1−1、1−2、1−3 OFDMシンボル
2−1、2−2、2−3 有効な信号領域
3−1、3−2、3−3 トレーニング信号
4−1、4−2、4−3 末尾領域
5−1、5−2、5−3 ガードインターバル
6−1、6−2、6−3 信号周期
10 基地局装置
11 建築物
12−1、12−2 端末装置
13−1、13−2、13−3、13−4 基地局装置のアンテナ素子
14−1、14−2、14−3 地上の移動体
15−1、15−2 建築物
21−1、21−2、21−3 ハイパワーアンプ(HPA)
22−1、22−2、22−3 ローノイズアンプ(LNA)
23−1、23−2、23−3 時分割スイッチ(TDD−SW)
24−1、24−2、24−3 アンテナ素子
25−1、25−2、25−3 無線モジュール
26−1、26−2、26−3 アンテナ端子
27 同軸ケーブル
80 基地局装置
81 送信部
85 受信部
87 インタフェース回路
88 MAC層処理回路
100 受信部
101−1、101−2、101−K、101−j アンテナ素子
102−1、102−2、102−K TDDスイッチ
103−1、103−2、103−K ローノイズアンプ(LNA)
104 ローカル発振器
105−1、105−2、105−K ミキサ
106−1、106−2、106−K フィルタ
107−1、107−2、107−K A/D変換器
108−1、108−2、108−K FFT回路
110 通信制御回路
115 記憶回路
120、120a 平均化送受信ウエイト算出部
121 チャネル情報平均化回路
122 受信ウエイト算出回路
123 受信ウエイト記憶回路
124 キャリブレーション係数記憶回路
125 キャリブレーション回路
126、126a 送信ウエイト算出回路
127 送信ウエイト記憶回路
130 リアルタイム送信ウエイト行列記憶部
131 リアルタイム送信ウエイト行列算出部
140 送信部
142−1、142−2、142−K 加算合成回路
143−1、143−2、143−K IFFT&GI付与回路
144−1、144−2、144−K D/A変換器
145 ローカル発振器
146−1、146−2、146−K ミキサ
147−1、147−2、147−K フィルタ
148−1、148−2、148−K ハイパワーアンプ(HPA)
170 インタフェース回路
180 MAC層処理回路
181 スケジューリング処理回路
191−1、191−2、191−L、191−j 第1受信信号処理回路
192 第2受信信号処理回路
193−1、193−2、193−L、193−j 第1送信信号処理回路
194 第2送信信号処理回路
201−1、201−2、201−K 乗算器
202 加算器
203 平均化受信ウエイトベクトル成分分配器
204 リアルタイム送受信ウエイト算出部
205 行列乗算部
206−1、206−2、206−L 信号検出回路
211−1、211−2、211−K 乗算器
212 信号複製器
213 平均化送信ウエイトベクトル成分分配器
214 行列乗算部
215−1、215−2、215−L 変調回路
801 基地局装置
802、802−1、802−2、802−3 端末装置
811、811−1、811−2、811−L 送信信号処理回路
812−1、812−2、812−K 加算合成回路
813−1、813−2、813−K IFFT&GI付与回路
814−1、814−2、814−K D/A変換器
815 ローカル発振器
816−1、816−2、816−K ミキサ
817−1、817−2、817−K フィルタ
818−1、818−2、818−K ハイパワーアンプ(HPA)
819−1、819−2、819−K アンテナ素子
820 通信制御回路
830 送信ウエイト処理部
831 チャネル情報取得回路
832 チャネル情報記憶回路
833 マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路
851−1、851−2、851−K アンテナ素子
852−1、852−2、852−K ローノイズアンプ(LNA)
853 ローカル発振器
854−1、854−2、854−K ミキサ
855−1、855−2、855−K フィルタ
856−1、856−2、856−K A/D変換器
857−1、857−2、857−K FFT回路
858−1、858−2、858−L 受信信号処理回路
860 受信ウエイト処理部
861 チャネル情報推定回路
862 マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路
881 スケジューリング処理回路
1-1, 1-2, 1-3 OFDM symbol 2-1, 2-2, 2-3 Effective signal region 3-1, 3-2, 3-3 Training signal 4-1, 4-2, 4 -3 Trailing area 5-1, 5-2, 5-3 Guard interval 6-1, 6-2, 6-3
22-1, 22-2, 22-3 Low noise amplifier (LNA)
23-1, 23-2, 23-3 Time division switch (TDD-SW)
24-1, 24-2, 24-3 Antenna elements 25-1, 25-2, 25-3 Radio module 26-1, 26-2, 26-3
104 local oscillators 105-1, 105-2, 105-K mixers 106-1, 106-2, 106-K filters 107-1, 107-2, 107-K A / D converters 108-1, 108-2 108-
170 Interface circuit 180 MAC layer processing circuit 181 Scheduling processing circuit 191-1, 191-2, 191-L, 191-j First reception signal processing circuit 192 Second reception signal processing circuit 193-1, 193-2, 193 L, 193-j first transmission signal processing circuit 194 second transmission signal processing circuit 201-1, 201-2, 201-K multiplier 202 adder 203 averaged reception weight vector component distributor 204 real-time transmission / reception weight calculation unit 205 Matrix multipliers 206-1, 206-2, 206-L Signal detection circuit 211-1, 211-2, 211-K Multiplier 212 Signal replicator 213 Averaged transmission weight vector component distributor 214 Matrix multiplier 215-1 215-2, 215-L Modulation circuit 801 Base station apparatus 802, 802 1, 802-2, 802-3 Terminal devices 811, 811-1, 811-2, 811-L Transmission signal processing circuit 812-1, 812-2, 812-K Addition / synthesis circuit 813-1, 813-2, 813-K IFFT & GI adding circuit 814-1, 814-2, 814 -K D / A converter 815 Local oscillator 816-1, 816-2, 816 -K mixer 817-1, 817-2, 817 -K filter 818 -1,818-2,818-K High power amplifier (HPA)
819-1, 819-2, 819-
853 Local oscillators 854-1, 854-2, 854-K mixers 855-1, 855-2, 855-K filters 856-1, 856-2, 856-K A / D converters 857-1, 857-2 857-K FFT circuit 858-1, 858-2, 858-L received
Claims (11)
前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信部と、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出部と、
空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出部が算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信部によって各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する複数の第1の受信信号処理部と、
複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理部と、
を備えることを特徴とする基地局装置。 A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency A base station apparatus in which
A radio signal receiving unit that is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
Receive weight vectors for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the terminal apparatus and synthesizing signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information. For each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station apparatus, a reception weight vector calculation unit for storing the reception weight vector,
For each terminal device that performs spatial multiplexing transmission, the reception weight vector of each frequency component corresponding to the terminal device among the reception weight vectors calculated by the reception weight vector calculation unit is converted into each frequency component by the radio signal reception unit. A plurality of first received signal processing units for multiplying the separated signals and adding and combining the multiplication results;
A second received signal processing unit that suppresses an interference component included in the signal by using a reception weight matrix calculated based on the signal of each frequency component calculated by addition synthesis by the plurality of first received signal processing units. When,
A base station apparatus comprising:
前記第2の受信信号処理部は、
複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号を、空間多重数の仮想的アンテナ素子で受信した信号とみなして、該仮想的アンテナ素子と空間多重伝送を行う前記端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報を算出し、算出したチャネル情報を基に前記受信ウエイト行列を算出する
ことを特徴とする基地局装置。 The base station apparatus according to claim 1,
The second received signal processor is
The signals of the respective frequency components calculated by the addition and synthesis by the plurality of first received signal processing units are regarded as signals received by the number of spatially multiplexed virtual antenna elements, and spatial multiplexing transmission is performed with the virtual antenna elements. Channel information between the terminal device and an antenna element is calculated, and the reception weight matrix is calculated based on the calculated channel information.
複数の前記端末装置に送信される信号それぞれを周波数成分ごとの信号に分離する送信信号生成部と、
前記端末装置から受信するトレーニング信号又は前記端末装置からフィードバックされる情報のいずれかに基づいてダウンリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分の送信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該送信ウエイトベクトルを記憶する送信ウエイトベクトル算出部と、
複数の前記端末装置に空間多重伝送される送信信号それぞれが宛先の前記端末装置において相互の干渉成分が抑圧されるように定められた送信ウエイト行列を、前記送信信号生成部により分離された周波数成分ごとの信号に乗算する第2の送信信号処理部と、
空間多重伝送における宛先の前記端末装置ごとに、前記第2の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号のうち該端末装置を宛先とする各周波数成分の信号を前記アンテナ素子に対応させて複製し、複製した信号に対して該端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせに対応する各周波数成分の送信ウエイトベクトルを乗算する第1の送信信号処理部と、
前記アンテナ素子ごとに設けられ前記第1の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号を、該アンテナ素子に対応する信号であって空間多重伝送における宛先の前記端末装置の信号を合成して該アンテナ素子から前記送信信号として送信する無線信号送信部と、
を更に備えることを特徴とする基地局装置。 The base station apparatus according to claim 1 or 2, wherein
A transmission signal generation unit that separates each of the signals transmitted to the plurality of terminal devices into signals for each frequency component;
Obtaining downlink channel information based on either a training signal received from the terminal device or information fed back from the terminal device, and signals transmitted from the plurality of antenna elements based on the channel information A transmission weight vector for each frequency component for in-phase synthesis in the terminal device is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station device, and the transmission weight vector is stored. A vector calculation unit;
Frequency components obtained by separating transmission weight matrices determined so that mutual interference components are suppressed in the destination terminal device for each of the transmission signals spatially multiplexed to the plurality of terminal devices by the transmission signal generation unit A second transmission signal processing unit that multiplies the signal for each signal;
For each terminal device that is the destination in spatial multiplexing transmission, among the frequency component signals calculated by multiplication by the second transmission signal processing unit, each frequency component signal that is destined for the terminal device corresponds to the antenna element. A first transmission signal processing unit that duplicates the copied signal by a transmission weight vector of each frequency component corresponding to the combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station device When,
A signal of each frequency component provided for each antenna element and calculated by multiplication by the first transmission signal processing unit is combined with a signal corresponding to the antenna element and a signal of the destination terminal device in spatial multiplexing transmission A radio signal transmission unit that transmits the transmission signal from the antenna element;
The base station apparatus further comprising:
前記第2の送信信号処理部は、
前記第2の受信信号処理部が算出する受信ウエイト行列を転置して得られる行列を前記送信ウエイト行列として用いる
ことを特徴とする基地局装置。 The base station apparatus according to claim 3, wherein
The second transmission signal processor is
A base station apparatus, wherein a matrix obtained by transposing a reception weight matrix calculated by the second reception signal processing unit is used as the transmission weight matrix.
前記ダウンリンクのチャネル情報により構成されるベクトルと前記送信ウエイトベクトルとを乗算して得られる値に基づいて、前記送信ウエイト行列を算出する送信ウエイト行列算出部を更に備える
ことを特徴とする基地局装置。 The base station apparatus according to claim 3, wherein
A base station further comprising: a transmission weight matrix calculating unit that calculates the transmission weight matrix based on a value obtained by multiplying the vector configured by the downlink channel information and the transmission weight vector. apparatus.
前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信ステップと、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出ステップと、
空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出ステップにおいて算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信ステップにおいて各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する第1の受信信号処理ステップと、
前記第1の受信信号処理ステップにおいて加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理ステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency A wireless communication method performed by a base station apparatus in
A radio signal receiving step that is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
Receive weight vectors for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the terminal apparatus and synthesizing signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information. For each combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station apparatus, and a reception weight vector calculation step of storing the reception weight vector,
For each terminal apparatus that performs spatial multiplexing transmission, the reception weight vector of each frequency component corresponding to the terminal apparatus among the reception weight vectors calculated in the reception weight vector calculation step is converted into each frequency component in the radio signal reception step. A first received signal processing step of multiplying the separated signals and adding and combining the multiplication results;
A second received signal processing step of suppressing an interference component included in the signal using a reception weight matrix calculated based on the signal of each frequency component calculated by addition synthesis in the first received signal processing step;
A wireless communication method comprising:
前記第2の受信信号処理ステップでは、
前記第1の受信信号処理ステップにおいて加算合成により算出した各周波数成分の信号を、空間多重数の仮想的アンテナ素子で受信した信号とみなして、該仮想的アンテナ素子と空間多重伝送を行う前記端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報を算出し、算出したチャネル情報を基に前記受信ウエイト行列を算出する
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 6 , comprising:
In the second received signal processing step ,
Wherein the signal before Symbol each frequency component calculated by additive synthesis in the first received signal processing step, is regarded as a signal received at the virtual antenna elements of the number of spatial multiplexing, it performs the virtual antenna elements and spatial multiplexing transmission A wireless communication method , comprising: calculating channel information with an antenna element of a terminal device, and calculating the reception weight matrix based on the calculated channel information.
複数の前記端末装置に送信される信号それぞれを周波数成分ごとの信号に分離する送信信号生成ステップと、
前記端末装置から受信するトレーニング信号又は前記端末装置からフィードバックされる情報のいずれかに基づいてダウンリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分の送信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該送信ウエイトベクトルを記憶する送信ウエイトベクトル算出ステップと、
複数の前記端末装置に空間多重伝送される送信信号それぞれが宛先の前記端末装置において相互の干渉成分が抑圧されるように定められた送信ウエイト行列を、前記送信信号生成ステップにより分離された周波数成分ごとの信号に乗算する第2の送信信号処理ステップと、
空間多重伝送における宛先の前記端末装置ごとに、前記第2の送信信号処理ステップにおいて乗算により算出した各周波数成分の信号のうち該端末装置を宛先とする各周波数成分の信号を前記アンテナ素子に対応させて複製し、複製した信号に対して該端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせに対応する各周波数成分の送信ウエイトベクトルを乗算する第1の送信信号処理ステップと、
前記アンテナ素子ごとに行われ、前記第1の送信信号処理ステップにおいて乗算により算出した各周波数成分の信号を、該アンテナ素子に対応する信号であって空間多重伝送における宛先の前記端末装置の信号を合成して該アンテナ素子から前記送信信号として送信する無線信号送信ステップと、
を更に備えることを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication method according to claim 6 or 7 , wherein
A transmission signal generation step of separating each of the signals transmitted to the plurality of terminal devices into signals for each frequency component;
Obtaining downlink channel information based on either a training signal received from the terminal device or information fed back from the terminal device, and signals transmitted from the plurality of antenna elements based on the channel information A transmission weight vector for each frequency component for in-phase synthesis in the terminal device is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station device, and the transmission weight vector is stored. A vector calculation step ;
Frequency components obtained by separating the transmission weight matrix determined so that mutual interference components are suppressed in the destination terminal device for each of the transmission signals spatially multiplexed to the plurality of terminal devices by the transmission signal generation step A second transmission signal processing step of multiplying each signal;
For each terminal device that is the destination in spatial multiplexing transmission, among the frequency component signals calculated by multiplication in the second transmission signal processing step, each frequency component signal that is destined for the terminal device corresponds to the antenna element. A first transmission signal processing step of multiplying the duplicated signal by a transmission weight vector of each frequency component corresponding to the combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station device When,
The signal of each frequency component, which is performed for each antenna element and is calculated by multiplication in the first transmission signal processing step, is a signal corresponding to the antenna element and a signal of the terminal device as a destination in spatial multiplexing transmission. A radio signal transmitting step of combining and transmitting as the transmission signal from the antenna element;
A wireless communication method , further comprising :
前記基地局装置は、
前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号受信部と、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいてアップリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該受信ウエイトベクトルを記憶する受信ウエイトベクトル算出部と、
空間多重伝送を行う前記端末装置ごとに、前記受信ウエイトベクトル算出部が算出した受信ウエイトベクトルのうち該端末装置に対応する各周波数成分の受信ウエイトベクトルを、前記無線信号受信部によって各周波数成分に分離された信号に対して乗算し、乗算結果を加算合成する複数の第1の受信信号処理部と、
複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号に基づいて算出した受信ウエイト行列を用いて、該信号に含まれる干渉成分を抑圧する第2の受信信号処理部と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency Because
The base station device
A radio signal receiving unit that is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
Receive weight vectors for each frequency component for acquiring uplink channel information based on the training signal transmitted from the terminal apparatus and synthesizing signals received by the plurality of antenna elements based on the channel information. For each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station apparatus, a reception weight vector calculation unit for storing the reception weight vector,
For each terminal device that performs spatial multiplexing transmission, the reception weight vector of each frequency component corresponding to the terminal device among the reception weight vectors calculated by the reception weight vector calculation unit is converted into each frequency component by the radio signal reception unit. A plurality of first received signal processing units for multiplying the separated signals and adding and combining the multiplication results;
A second received signal processing unit that suppresses an interference component included in the signal by using a reception weight matrix calculated based on the signal of each frequency component calculated by addition synthesis by the plurality of first received signal processing units. When,
A wireless communication system comprising:
前記第2の受信信号処理部は、
複数の前記第1の受信信号処理部が加算合成により算出した各周波数成分の信号を、空間多重数の仮想的アンテナ素子で受信した信号とみなして、該仮想的アンテナ素子と空間多重伝送を行う前記端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報を算出し、算出したチャネル情報を基に前記受信ウエイト行列を算出する
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 9 , wherein
The second received signal processor is
The signals of the respective frequency components calculated by the addition and synthesis by the plurality of first received signal processing units are regarded as signals received by the number of spatially multiplexed virtual antenna elements, and spatial multiplexing transmission is performed with the virtual antenna elements. A wireless communication system , wherein channel information between the terminal device and an antenna element is calculated, and the reception weight matrix is calculated based on the calculated channel information.
前記基地局装置は、
複数の前記端末装置に送信される信号それぞれを周波数成分ごとの信号に分離する送信信号生成部と、
前記端末装置から受信するトレーニング信号又は前記端末装置からフィードバックされる情報のいずれかに基づいてダウンリンクのチャネル情報を取得し、該チャネル情報を基に複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分の送信ウエイトベクトルを前記端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせごとに算出し、該送信ウエイトベクトルを記憶する送信ウエイトベクトル算出部と、
複数の前記端末装置に空間多重伝送される送信信号それぞれが宛先の前記端末装置において相互の干渉成分が抑圧されるように定められた送信ウエイト行列を、前記送信信号生成部により分離された周波数成分ごとの信号に乗算する第2の送信信号処理部と、
空間多重伝送における宛先の前記端末装置ごとに、前記第2の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号のうち該端末装置を宛先とする各周波数成分の信号を前記アンテナ素子に対応させて複製し、複製した信号に対して該端末装置のアンテナ素子と前記基地局装置の複数のアンテナ素子との組み合わせに対応する各周波数成分の送信ウエイトベクトルを乗算する第1の送信信号処理部と、
前記アンテナ素子ごとに設けられ前記第1の送信信号処理部が乗算により算出した各周波数成分の信号を、該アンテナ素子に対応する信号であって空間多重伝送における宛先の前記端末装置の信号を合成して該アンテナ素子から前記送信信号として送信する無線信号送信部と、
を更に備えることを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system according to claim 9 or 10 , wherein
The base station device
A transmission signal generation unit that separates each of the signals transmitted to the plurality of terminal devices into signals for each frequency component;
Obtaining downlink channel information based on either a training signal received from the terminal device or information fed back from the terminal device, and signals transmitted from the plurality of antenna elements based on the channel information A transmission weight vector for each frequency component for in-phase synthesis in the terminal device is calculated for each combination of the antenna element of the terminal device and a plurality of antenna elements of the base station device, and the transmission weight vector is stored. A vector calculation unit;
Frequency components obtained by separating transmission weight matrices determined so that mutual interference components are suppressed in the destination terminal device for each of the transmission signals spatially multiplexed to the plurality of terminal devices by the transmission signal generation unit A second transmission signal processing unit that multiplies the signal for each signal;
For each terminal device that is the destination in spatial multiplexing transmission, among the frequency component signals calculated by multiplication by the second transmission signal processing unit, each frequency component signal that is destined for the terminal device corresponds to the antenna element. A first transmission signal processing unit that duplicates the copied signal by a transmission weight vector of each frequency component corresponding to the combination of the antenna element of the terminal device and the plurality of antenna elements of the base station device When,
A signal of each frequency component provided for each antenna element and calculated by multiplication by the first transmission signal processing unit is combined with a signal corresponding to the antenna element and a signal of the destination terminal device in spatial multiplexing transmission A radio signal transmission unit that transmits the transmission signal from the antenna element;
A wireless communication system , further comprising:
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