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JP6676745B2 - Wireless communication system and wireless communication method - Google Patents

Wireless communication system and wireless communication method Download PDF

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JP6676745B2
JP6676745B2 JP2018247872A JP2018247872A JP6676745B2 JP 6676745 B2 JP6676745 B2 JP 6676745B2 JP 2018247872 A JP2018247872 A JP 2018247872A JP 2018247872 A JP2018247872 A JP 2018247872A JP 6676745 B2 JP6676745 B2 JP 6676745B2
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Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。   The present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method.

[まえがき]
現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。対策として、第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかし、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。
[Preface]
At present, with the explosive spread of smartphones, highly convenient microwave band frequency resources are depleted. As countermeasures, a shift from a third-generation mobile phone to a fourth-generation mobile phone and allocation of a new frequency band are being performed. However, since there are many operators who want to provide services, frequency resources allocated to each operator are limited.

携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナ・システムによる周波数利用効率の向上を目指す検討が進められている。既に普及している無線標準規格IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.11nでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるMIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送技術を用いて空間多重伝送を行う。これにより、IEEE802.11nでは、伝送容量を高めて周波数利用効率を向上させている。なお、MIMOという用語は、一般には送信局及び受信局共に複数アンテナ素子を備えることを想定して使われる。受信側が単数アンテナ素子の場合には、MIMOではなく、MISO(Multiple Input Single Output)という用語が使われる。ただし、以下では、これらを全て包含する意味でMIMOという用語を用いる。   In the mobile phone service, studies are underway to improve the frequency use efficiency of a multi-antenna system using a plurality of antenna elements. The already widely used wireless standard IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11n employs a multiple input multiple output (MIMO) transmission technique using a plurality of antenna elements for both transmission and reception. To perform spatial multiplexing transmission. Thus, in IEEE 802.11n, the transmission capacity is increased to improve the frequency use efficiency. Note that the term MIMO is generally used on the assumption that both a transmitting station and a receiving station include a plurality of antenna elements. If the receiving side is a single antenna element, the term MISO (Multiple Input Single Output) is used instead of MIMO. However, hereinafter, the term MIMO is used to mean all of them.

また、最近の通信技術としては、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式やSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization)方式の様に、複数の周波数成分(サブキャリア)に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。以下では、特にOFDMやSC−FDEの区別をせず、それらに共通する一般的な方式を前提として「サブキャリア」という用語を用いて説明する。   Further, as a recent communication technology, as in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method and SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization) method, the signal is divided into a plurality of frequency components (subcarriers) on a frequency axis. A method of performing signal processing is general. In the following, description will be made using the term “subcarrier” on the premise of a general method common to both OFDM and SC-FDE without distinction between OFDM and SC-FDE.

MIMO伝送技術においては、送信局と受信局との間の伝送路情報を知ることで、より効率的な伝送を行うことが可能となる。最も単純な例としては、受信側で複数のアンテナの場合を示したが、送信側にN本のアンテナ素子を備え、受信側に1本のアンテナ素子のみを備える場合、N本のアンテナ素子から送信される信号が受信側のアンテナ素子において同位相合成される様に送信側で指向性制御を行う。これにより、回線利得を高めることができる。具体的には、第kサブキャリアにおける送信局の第jアンテナ素子から受信局のアンテナ素子までの間のチャネル情報をh (k)としたときに、そのアンテナ素子に対して下記の式(1)の送信ウエイトw (k)を算出し、これを送信信号に乗算したものを各アンテナ素子から送信する(等利得合成)。なお、本明細書におけるチャネル情報とは実運用上の回路構成や信号処理及び制御の手順を考慮し、厳密には、送信系及び受信系のRF(Radio Frequency)回路内のアンプ、フィルタ等の複素位相の回転及び振幅の変動情報などを含むものとする。 In the MIMO transmission technology, more efficient transmission can be performed by knowing the transmission path information between the transmitting station and the receiving station. As the simplest example, the case of a plurality of antennas on the receiving side has been described. However, when the transmitting side is provided with N antenna elements and the receiving side is provided with only one antenna element, the N antenna elements are used. Directivity control is performed on the transmitting side so that the transmitted signal is in-phase synthesized by the receiving-side antenna element. As a result, the line gain can be increased. Specifically, when the channel information between the j-th antenna element of the transmitting station and the antenna element of the receiving station in the k-th subcarrier is defined as h j (k) , the following equation ( The transmission weight w j (k) of 1) is calculated, and a product obtained by multiplying the transmission weight w j (k) is transmitted from each antenna element (equal gain combining). Note that the channel information in this specification is strictly speaking of an amplifier, a filter, etc. in an RF (Radio Frequency) circuit of a transmission system and a reception system in consideration of a circuit configuration in actual operation and a procedure of signal processing and control. The information includes rotation of the complex phase and fluctuation information of the amplitude.

Figure 0006676745
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送信側の第1アンテナ素子から第Nアンテナ素子それぞれに対応するチャネル情報を成分とするベクトル(h (k),…,h (k),…,h (k))をチャネルベクトルh(k)と称する。また、送信側の第1アンテナ素子から第Nアンテナ素子に対応する送信ウエイトを成分とするベクトル(w (k),…,w (k),…,w (k)(Tは転置を表す。)を送信ウエイトベクトルw(k)と称する。なお、厳密には、ダウンリンクにおけるチャネルベクトル→h(k)(「h(k)」の前の記号「→」は、hの上に付与されてベクトルを表すための記号である)は行ベクトル、送信ウエイトベクトル→w(k)は列ベクトルとして表記されるべきである。しかし、以下では、簡単のために、記号「→」を省略すると共に行ベクトルと列ベクトルとを区別せずに表記する。また、以降の説明では受信信号Rx、送信信号Tx及びノイズnに関する表記も同様に「→」を付与してベクトルであることを明示すべきであるが、他に紛らわしい表記がないので「→」を省略して説明する。受信信号Rxは、送信信号Tx及びノイズnに対して下記の式(2)で与えられる。 A vector (h 1 (k) ,..., H j (k) ,..., H N (k) ) whose components are channel information corresponding to the first antenna element to the N-th antenna element on the transmission side is a channel vector h. (K) . Also, vectors (w 1 (k) ,..., W j (k) ,..., W N (k) ) T (T) having transmission weights corresponding to the N-th antenna element from the first antenna element on the transmission side as components. Represents transposition.) Is referred to as a transmission weight vector w (k) . Strictly speaking, the channel vector in the downlink → h (k) (the symbol “→” before “h (k) ” is a symbol given above h to represent the vector) is a line Vector, transmit weight vector → w (k) should be expressed as a column vector. However, in the following, for simplicity, the symbol “→” is omitted and the row vector and the column vector are described without distinction. In the following description, the notation relating to the received signal Rx, the transmitted signal Tx, and the noise n should also be clearly indicated as a vector by adding “→”. However, since there is no other confusing notation, “→” is used. The description is omitted. The reception signal Rx is given by the following equation (2) with respect to the transmission signal Tx and the noise n.

Figure 0006676745
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式(1)を式(2)に代入すると、チャネルベクトルh(k)の各成分h (k)の絶対値を全アンテナ成分に亘って加算した値がチャネル利得として得られる。各アンテナ素子からの送信電力を1本アンテナで送信する場合と同じままとするならば、N本アンテナ素子であれば、受信信号の振幅は1本のアンテナ素子で送信した場合のN倍になるものと期待される。受信信号電力は、振幅の2乗に比例するからN倍にまで改善される。この値が複数のアンテナ素子をアレーアンテナとして利用した場合の利得である。厳密には、アレーアンテナそのものの利得としては、(総送信電力一定のもとでの評価した結果である)受信電力N倍と解釈されるのが一般的であるが、以下の説明では実運用環境を想定し、1素子当たりの送信電力一定の場合を基準として説明を行う。 By substituting equation (1) into equation (2), a value obtained by adding the absolute value of each component h j (k) of the channel vector h (k) over all antenna components is obtained as the channel gain. If the transmission power from each antenna element remains the same as when transmitting with one antenna element, if the number of antenna elements is N, the amplitude of the received signal will be N times that when transmitting with one antenna element. Expected. Received signal power is improved proportional to the square of the amplitude to the N 2 times. This value is the gain when a plurality of antenna elements are used as an array antenna. Strictly speaking, the gain of the array antenna itself is generally interpreted as N times the received power (which is the result of evaluation under the condition that the total transmitted power is constant). The description will be made on the assumption that the transmission power per element is constant, assuming an environment.

一般的には、シャノンの定理により、SNR(Signal-Noise Ratio)の改善量に対する伝送容量の増加は、低SNR領域ほど大きく、高SNR領域ほど小さいことが知られている。そのため、回線利得の改善によって伝送容量の向上を目指すより、受信側にも複数のアンテナ素子を備え、空間多重によって伝送容量の向上を目指すことが多い。空間多重によって伝送容量の増加を目指すのがMIMO伝送技術である。   In general, according to Shannon's theorem, it is known that an increase in transmission capacity with respect to an improvement in SNR (Signal-Noise Ratio) is larger in a lower SNR region and smaller in a higher SNR region. Therefore, rather than aiming to improve the transmission capacity by improving the line gain, the receiving side is often provided with a plurality of antenna elements and spatial multiplexing to improve the transmission capacity. MIMO transmission technology aims to increase the transmission capacity by spatial multiplexing.

図1にMIMO伝送の概要を示す。ここではある周波数に着目した説明として、サブキャリアないし周波数を表す添え字「k」は省略している。図1において、符号11は送信局、符号12は受信局を表す。この例では送信局11、受信局12共に2本のアンテナ素子を備えており、送信局11の送信アンテナ#1と受信局12の受信アンテナ#1との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh11、送信局11の送信アンテナ#1と受信局12の受信アンテナ#2との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh21、送信局11の送信アンテナ#2と受信局12の受信アンテナ#1との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh12、送信局11の送信アンテナ#2と受信局12の受信アンテナ#2との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh22として表せば、送信局11の2本の送信アンテナから送信される信号t、tと、受信局12の2本の受信アンテナで受信される信号r、rとの間には、雑音信号n、nを用いて以下の式(3)で表される。 FIG. 1 shows an outline of MIMO transmission. Here, as a description focusing on a certain frequency, a suffix “k” representing a subcarrier or a frequency is omitted. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a transmitting station, and reference numeral 12 denotes a receiving station. In this example, both the transmitting station 11 and the receiving station 12 have two antenna elements, and channel information (amplitude and complex phase) between the transmitting antenna # 1 of the transmitting station 11 and the receiving antenna # 1 of the receiving station 12 is provided. The information indicating the amount of rotation) is h 11 , the channel information between the transmitting antenna # 1 of the transmitting station 11 and the receiving antenna # 2 of the receiving station 12 (information indicating the amplitude and the amount of rotation of the complex phase) is h 21 , and transmitted. The channel information (information representing the amplitude and the amount of rotation of the complex phase) between the transmitting antenna # 2 of the station 11 and the receiving antenna # 1 of the receiving station 12 is represented by h 12 , the transmitting antenna # 2 of the transmitting station 11 and the receiving station 12 channel information between the receiving antenna # 2 of expressed (amplitude, information indicating the amount of rotation of the complex phase) as h 22, the signal t 1, t 2 transmitted from the two transmission antennas of the transmitter station 11 , Two receptions of the receiving station 12 The following equation (3) is used between the signals r 1 and r 2 received by the antenna, using the noise signals n 1 and n 2 .

Figure 0006676745
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基本的にMIMO伝送では、受信側の受信信号とチャネル行列を基に、送信側の信号を推定する。式(3)の雑音項が十分に小さければ、両辺にチャネル行列の逆行列を乗算することで、受信信号から送信信号を推定することができる。送信側で所定の送信ウエイト行列を乗算し、更に受信側でも所定の受信ウエイトを乗算することで伝送特性を改善でき、より効率的な伝送が可能になる。例えば複数の送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間のチャネル情報が既知の場合には、そのチャネル行列を特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)し、固有モードでの伝送を行うことで伝送容量を最大化する。   Basically, in MIMO transmission, a signal on the transmission side is estimated based on a reception signal on the reception side and a channel matrix. If the noise term in Expression (3) is sufficiently small, the transmission signal can be estimated from the reception signal by multiplying both sides by the inverse matrix of the channel matrix. The transmission characteristic can be improved by multiplying the transmission side by a predetermined transmission weight matrix, and further multiplying the reception side by a predetermined reception weight, thereby enabling more efficient transmission. For example, when channel information between a plurality of transmitting-side antenna elements and a receiving-side antenna element is known, the channel matrix is subjected to singular value decomposition (SVD), and transmission is performed in an eigenmode. This maximizes transmission capacity.

具体的には、下記の式(4)の様に、チャネル行列Hをユニタリー行列UとV及び特異値λを対角成分に持つ対角行列Dに分解する。   More specifically, the channel matrix H is decomposed into a diagonal matrix D having unitary matrices U and V and a singular value λ as a diagonal component, as in the following equation (4).

Figure 0006676745
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この際、送信ウエイト行列としてユニタリー行列Vを用いれば、受信信号ベクトルRxは、送信信号ベクトルTx、ノイズベクトルnに対して、下記の式(5)で与えられる。   At this time, if the unitary matrix V is used as the transmission weight matrix, the reception signal vector Rx is given by the following equation (5) with respect to the transmission signal vector Tx and the noise vector n.

Figure 0006676745
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受信側では、ユニタリー行列Uのエルミート共役の行列Uを乗算することで、下記の式(6)を得る。 On the receiving side, the following equation (6) is obtained by multiplying the Hermitian conjugate matrix U H of the unitary matrix U.

Figure 0006676745
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式(6)において、対角行列Dの非対角成分はゼロであるから、送信信号のクロスタームは既にキャンセルされ、信号分離された状態となる。また、ノイズベクトルは受信ウエイト行列Uを乗算され、座標軸が回転されて表されるノイズベクトルn’に変換されているが、ベクトルの統計的特徴は元のノイズベクトルと等価なままである。図2に、固有モード伝送の概念図を示す。図2(a)は基本のMIMOチャネルを、図2(b)は送受信ウエイト行列の乗算を行った状況、図2(c)は固有モード伝送で形成される仮想的な伝送路をそれぞれ示している。送信局11と受信局12との各送受信アンテナの間のチャネル行列Hは、式(4)で示した通り、特異値分解により特異値λを各対角成分に持つ行列Dと、二つのユニタリー行列U、Vの積で表される。ここで図2(b)及び式(5)で示す様に送信側で送信ウエイト行列V、受信側で受信ウエイト行列Uを用いると、式(4)のユニタリー行列の部分に乗算されて単位行列となり、結果的に式(6)に示す様に非対角成分がゼロで対角成分のみが非ゼロの行列Dで表すことが可能になる。これはあたかも、図2(c)に示す様に、特異値λ、λ・・・で表される仮想的なチャネルの伝送路がパラレルに張られた状況に相当する。このとき、各特異値λの絶対値の2乗値が個別の信号系列の回線利得に相当する。各特異値λは、信号系統ごとに異なる値となる。この固有モードの特異値に合わせて伝送モードを最適化することによって、伝送容量を最大化することができる。伝送モードは、変調多値数と誤り訂正の符号化率などの組み合わせで定まる信号伝送の具体的なモードである。 In equation (6), since the off-diagonal components of the diagonal matrix D are zero, the cross term of the transmission signal has already been canceled and the signal is separated. Also, the noise vector is multiplied by the reception weight matrix U H and converted to a noise vector n ′ represented by rotating the coordinate axes, but the statistical characteristics of the vector remain equivalent to the original noise vector. FIG. 2 shows a conceptual diagram of eigenmode transmission. 2 (a) shows a basic MIMO channel, FIG. 2 (b) shows a situation where a transmission / reception weight matrix has been multiplied, and FIG. 2 (c) shows a virtual transmission path formed by eigenmode transmission. I have. As shown in equation (4), a channel matrix H between the transmitting and receiving antennas of the transmitting station 11 and the receiving station 12 includes a matrix D having a singular value λ in each diagonal component by singular value decomposition, and two unitary units. matrix U, represented by the product of V H. Here, as shown in FIG. 2B and Expression (5), when the transmission weight matrix V is used on the transmission side and the reception weight matrix UH is used on the reception side, the unit of the unitary matrix of Expression (4) is multiplied to obtain a unit. As a result, as shown in Expression (6), it is possible to represent a matrix D in which the non-diagonal components are zero and only the diagonal components are non-zero. This corresponds to a situation where transmission paths of virtual channels represented by singular values λ 1 , λ 2, ... Are set in parallel as shown in FIG. At this time, the square value of the absolute value of each singular value λ corresponds to the line gain of an individual signal sequence. Each singular value λ is a different value for each signal system. By optimizing the transmission mode according to the singular value of the eigenmode, the transmission capacity can be maximized. The transmission mode is a specific mode of signal transmission determined by a combination of the M-ary modulation value and the coding rate of error correction.

ここで、MIMOチャネルのチャネル行列の各成分が独立で無相関であれば、各特異値の絶対値はそれぞれが比較的大きな値となる。例えば反射波が多数存在し、見通し波の受信電力が相対的に低い場合には、上述の様に各特異値は比較的大きな値を持つことになる。一方で、送受信アンテナが見通し環境にあり、反射波があまり存在しない様な場合には、第1特異値の絶対値だけが極端に大きく、第2特異値以降の特異値の絶対値は極端に小さくなる傾向がある。このため、一般的にはMIMO伝送はマルチパス環境に適していると言われ、見通し波が支配的な場合にはあまり適さないと言われている。   Here, if each component of the channel matrix of the MIMO channel is independent and uncorrelated, the absolute value of each singular value is a relatively large value. For example, when there are many reflected waves and the received power of the line-of-sight wave is relatively low, each singular value has a relatively large value as described above. On the other hand, when the transmitting / receiving antenna is in the line-of-sight environment and the reflected wave does not exist much, only the absolute value of the first singular value is extremely large, and the absolute value of the singular value after the second singular value is extremely large. Tends to be smaller. For this reason, it is generally said that MIMO transmission is suitable for a multipath environment, and is not very suitable when the line-of-sight wave is dominant.

上記は、1台の基地局装置と1台の端末局装置とを想定したシングルユーザMIMO伝送技術に関する説明である。同様の説明は、1台の基地局装置と複数台の端末局装置との間において同時に同一周波数軸上で通信を行うマルチユーザMIMOにも拡張可能である。マルチユーザMIMOにおいては、一般に、各端末局装置は空間多重する合計の信号系統数よりも少ない本数のアンテナ素子で通信を行う。そのため、ダウンリンクにおいては、送信側で事前にユーザ間干渉を抑圧するための指向性制御を行う。具体的な式は若干異なるが、基本的には上記の固有モード伝送と同様に、チャネル行列を把握した上でそれに合わせた送信ウエイトを用いる。   The above is a description of the single-user MIMO transmission technology assuming one base station device and one terminal station device. The same description can be extended to a multi-user MIMO in which one base station apparatus and a plurality of terminal station apparatuses simultaneously communicate on the same frequency axis. In multi-user MIMO, generally, each terminal station device communicates with a smaller number of antenna elements than the total number of signal systems to be spatially multiplexed. Therefore, on the downlink, directivity control for suppressing interference between users is performed in advance on the transmission side. Although the specific formula is slightly different, basically, similarly to the above-described eigenmode transmission, a channel matrix is grasped, and a transmission weight adapted to the channel matrix is used.

また、上記の説明では、ダウンリンクを中心に説明を行ったが、アップリンクにおいても同様に事前にチャネル情報を把握した上で、そのチャネル情報を利用した通信を行うことができる。例えば、最初に説明したアレーアンテナとしての処理においては、式(1)にて与えられる同位相合成のウエイトを受信ウエイトとして用いる他、最大比合成のウエイトとして、下記の式(7)で与えられるものを用いることも可能である。   Further, in the above description, the downlink has been mainly described. However, in the uplink, communication using the channel information can be performed after grasping the channel information in advance. For example, in the processing as an array antenna described first, the weight of the in-phase combination given by the equation (1) is used as the reception weight, and the weight of the maximum ratio combination is given by the following equation (7). It is also possible to use one.

Figure 0006676745
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式(7)の定数Cは適宜定められる係数である。ベクトルの各成分の中でh (k)の絶対値が大きいものは大きな重みで足し合わされ、また、小さな信号は小さな重みで足し合わされる様にCが決定される。これにより、SNRの大きな信号を重視し、SNRの小さな信号の雑音が過度に影響を与えない様に調整が図られる。 The constant C in the equation (7) is a coefficient determined as appropriate. Among the components of the vector, C having a large absolute value of h j (k) is added with a large weight, and C is determined so that a small signal is added with a small weight. As a result, a signal having a large SNR is emphasized, and adjustment is performed so that noise of a signal having a small SNR does not excessively affect the signal.

なお、送信ウエイトの算出のためにはダウンリンクのチャネル情報が必要になるが、これは様々な形のチャネルフィードバックにより実現可能である。最も単純な例では、ダウンリンクで基地局装置が送信したトレーニング信号を端末局装置が受信し、その受信結果をアップリンクの制御情報に収容して通知することが可能である。一般に、この様なループバックを行うチャネル推定方法を、エクスプリシット・フィードバックと呼ぶ。この他には、例えば基地局装置の装置内部でのアップ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の換算に必要となるキャリブレーション係数を事前に取得しておき、アップリンクでチャネル推定を行った後、このキャリブレーション係数を乗算することでダウンリンクのチャネル情報を推定することも可能である。この方法はインプリシット・フィードバックと呼ばれる。アンテナ数が膨大となる大規模アンテナの場合には、インプリシット・フィードバックが一般的には有利とされている。ただし、本発明においてはチャネルフィードバックの方法は特に限定せず、一般的なチャネル推定方法が利用可能であるとしている。   It should be noted that downlink channel information is required to calculate the transmission weight, but this can be realized by various forms of channel feedback. In the simplest example, it is possible for the terminal station device to receive the training signal transmitted by the base station device on the downlink, and to report the reception result in the uplink control information. Generally, a channel estimation method for performing such a loopback is called explicit feedback. In addition, for example, a calibration coefficient necessary for conversion between uplink channel information and downlink channel information inside the base station apparatus is acquired in advance, and channel estimation is performed on the uplink. After that, it is also possible to estimate downlink channel information by multiplying by this calibration coefficient. This method is called implicit feedback. In the case of large-scale antennas with a large number of antennas, implicit feedback is generally considered to be advantageous. However, in the present invention, the method of channel feedback is not particularly limited, and a general channel estimation method can be used.

[将来モバイルネットワークの方向性]
前述の通り、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、更なる伝送容量の増大が求められている。現在の無線通信の研究においては、第4世代の携帯電話に続く第5世代の携帯電話のための技術検討が進められており、ここでは第4世代の更に10倍以上の伝送容量を実現することが求められている。ここでは単に、一つの基地局装置とその配下の無線システムの伝送容量の増大のみではなく、単位面積当たりの伝送容量の増大も合わせて求められている。具体的には、新宿、渋谷、銀座や大手町など、人が多く集まる場所では単に無線システムの伝送容量増大だけでは対処できず、一つの基地局装置のカバーするエリア面積を縮小し(以降、「スモールセル」と呼ぶ)、より狭い面積で同等の伝送容量を実現し、そのスモールセルを多数設定することでスモールセルの数に比例する伝送容量を実現する。ただし、このスモールセルは人が集まり更なる伝送容量が必要となる場所に設置することが求められるため、広大なエリア面積を持つマクロセルの様に置局設計が十分にできない。元々、周波数資源が枯渇する中でスモールセルを導入するため、複数の周波数チャネルが利用可能であるならば、それは周波数繰り返し(周波数リユース)としてその資源を活用するのではなく、同一場所にて複数の周波数チャネルを利用することでトータルの伝送容量を増やすことが好ましい。したがって、同一周波数チャネルであっても、置局設計なしに比較的近距離でスモールセルの繰り返し設置ができる技術が求められる。
[Future mobile network direction]
As described above, with the explosive spread of smartphones, a further increase in transmission capacity is required. In the current research on wireless communication, technical studies for a fifth-generation mobile phone following a fourth-generation mobile phone are underway. Here, a transmission capacity of 10 times or more that of the fourth generation is realized. Is required. Here, the increase in transmission capacity per unit area as well as the increase in transmission capacity of one base station apparatus and the wireless system under the base station apparatus is also required. Specifically, in places where many people gather, such as Shinjuku, Shibuya, Ginza, and Otemachi, simply increasing the transmission capacity of the wireless system cannot cope with it. The same transmission capacity is realized in a smaller area, and by setting a large number of the small cells, a transmission capacity proportional to the number of the small cells is realized. However, since it is required that this small cell be installed in a place where people gather and further transmission capacity is required, station design cannot be sufficiently performed like a macro cell having a large area area. Originally, if multiple frequency channels were available to introduce a small cell while the frequency resources were depleted, it would not be possible to utilize the resources as frequency repetition (frequency reuse), It is preferable to increase the total transmission capacity by using the frequency channels described above. Therefore, there is a need for a technology that can repeatedly install small cells at a relatively short distance without designing a station even for the same frequency channel.

更に、マイクロ波帯の周波数資源が枯渇する中で、10Gbit/s以上の伝送容量を実現するためには周波数帯域幅をある程度確保する必要があり、そのためにはより高い周波数帯の活用が期待される。しかし、回線設計的には周波数が10倍になると自由空間伝搬損失は20dB増加するため、同一の送信電力であれば伝搬の到達距離は見通し環境においては1/10に縮小されてしまう。更には送信側のハイパワーアンプの大出力化に関しても、周波数が高くなるほど困難になり、1アンテナ辺りの送信電力を限定的としながらも、回線設計的に十分に10Gbit/s以上の伝送容量を実現できる技術が求められる。   Further, as frequency resources in the microwave band are depleted, it is necessary to secure a certain frequency bandwidth in order to realize a transmission capacity of 10 Gbit / s or more, and for that purpose, utilization of a higher frequency band is expected. You. However, when the frequency is increased by a factor of 10, the free space propagation loss increases by 20 dB, so that the propagation distance is reduced to 1/10 in a line-of-sight environment with the same transmission power. Further, it is difficult to increase the output of the high-power amplifier on the transmission side as the frequency increases, and the transmission power per antenna is limited, but the transmission capacity of 10 Gbit / s or more is sufficiently designed in terms of line design. Technologies that can be realized are required.

この様な観点から、現在、大規模MIMO(Massive MIMO)伝送技術が注目を集めている。Massive MIMO伝送技術では、基地局装置側のアンテナ本数を最大でも数本程度であった従来のMIMO伝送よりも少なくとも一桁以上増加させ、数十本〜数百本の多数のアンテナ素子を用いることで、宛先とする端末局装置への回線利得向上と、宛先以外の端末局装置への与被干渉を低減する。Massive MIMOの実現方法、適用方法については様々なバリエーションがあり、所謂スモールセルに関しては、宛先以外の端末局装置への与被干渉の低減を「セル間干渉の抑圧」に活用している。またMassive MIMO伝送技術としては、当然ながら従来技術と同様に、大規模なMIMO行列を単純に単一の端末局装置で利用するシングルユーザMIMOとしての利用の他、複数の端末局装置で同時通信を行うマルチユーザMIMOとしての利用もある。ここでマルチユーザMIMOとしての利用においては、スモールセルの場合とは異なり同一エリア内の端末局装置間の「ユーザ間干渉の抑圧」に非常に冗長な数のアンテナ素子数を活用することも可能である。以下では、これらの大規模アンテナに関する技術の一例として、大規模アンテナシステム(例えば、非特許文献1から非特許文献4参照)について簡単に説明する。   From such a viewpoint, a large-scale MIMO (Massive MIMO) transmission technique is currently receiving attention. In the Massive MIMO transmission technology, the number of antennas on the base station device side is increased by at least one digit or more compared to the conventional MIMO transmission which is at most several, and a large number of tens to hundreds of antenna elements are used. Thus, it is possible to improve the line gain to the terminal station apparatus as the destination and reduce the interference given to the terminal station apparatuses other than the destination. There are various variations in the method of realizing and applying Massive MIMO, and for so-called small cells, the reduction of interference given to terminal station devices other than the destination is used for “suppression of inter-cell interference”. In addition, as a Massive MIMO transmission technology, a large-scale MIMO matrix is used as a single-user MIMO in which a single terminal station device is used simply as in the conventional technology, and simultaneous communication is performed with a plurality of terminal station devices. As a multi-user MIMO. Here, in the use as multi-user MIMO, unlike the case of a small cell, it is also possible to utilize a very redundant number of antenna elements for "suppression of interference between users" between terminal station devices in the same area. It is. Hereinafter, a large-scale antenna system (for example, refer to Non-Patent Documents 1 to 4) will be briefly described as an example of a technique relating to these large-scale antennas.

[大規模アンテナシステムの概要]
図3は、大規模アンテナシステムの概要を示す図である。図3においては、基地局装置1、無線局装置2、見通し波3、構造物による安定反射波4、地上付近の多重反射波5〜6、構造物7が示されている。図3の大規模アンテナシステムにおいては、基地局装置1は、多数(例えば100本以上)のアンテナ素子を備え、ビルの屋上や高い鉄塔の上など高所に設置される。無線局装置2も同様に、ビルの屋上、家屋の屋根の上、電信柱や鉄塔の上など高所に設置される。そのため、基地局装置1と無線局装置2との間は概ね見通し環境にあり、その間には見通し波3のパスや大型の安定的な構造物7による安定反射波4のパスなどに加え、地上付近での車や人などの移動体などによる多重反射波5、6のパスが混在する。なお、指向性アンテナを用いる場合などは特に、地上付近の多重反射波5、6は、見通し波3及び安定反射波4などに比べて受信レベルが低くなる。
[Overview of large-scale antenna system]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a large-scale antenna system. FIG. 3 shows a base station device 1, a radio station device 2, a line of sight wave 3, a stable reflected wave 4 from a structure, multiple reflected waves 5 to 6 near the ground, and a structure 7. In the large-scale antenna system of FIG. 3, the base station apparatus 1 includes a large number (for example, 100 or more) of antenna elements and is installed at a high place such as a building rooftop or a high steel tower. Similarly, the wireless station device 2 is installed at a high place such as the roof of a building, the roof of a house, a telephone pole or a steel tower. Therefore, the base station apparatus 1 and the wireless station apparatus 2 are generally in a line-of-sight environment. In the meantime, in addition to the path of the line-of-sight wave 3 and the path of the stable reflected wave 4 from the large stable structure 7, Paths of multiple reflected waves 5 and 6 due to a moving body such as a car or a person in the vicinity are mixed. In particular, when a directional antenna is used, the reception levels of the multiple reflection waves 5 and 6 near the ground are lower than those of the line-of-sight wave 3 and the stable reflection wave 4.

図4は、見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。図4(a)は見通し外環境でのインパルス応答を、図4(b)は見通し環境でのインパルス応答をそれぞれ示している。図4(a)及び(b)において、横軸は遅延時間を表し、縦軸は各遅延波の受信レベルを表す。図4(a)に示した見通し外環境の場合、見通し区間の直接波成分は存在せず、様々な経路の多重反射波が数多く成分として存在し、各振幅及び複素位相は時間と共にランダムに激しく変動する。   FIG. 4 is a diagram illustrating an impulse response in a line-of-sight environment and a non-line-of-sight environment. FIG. 4A shows an impulse response in a non-line-of-sight environment, and FIG. 4B shows an impulse response in a line-of-sight environment. 4A and 4B, the horizontal axis represents the delay time, and the vertical axis represents the reception level of each delayed wave. In the case of the non-line-of-sight environment shown in FIG. 4A, there is no direct wave component in the line-of-sight section, there are many multiple reflected waves of various paths as components, and each amplitude and complex phase are randomly and strongly increased with time. fluctuate.

これに対し、図3に示した大規模アンテナシステムの様な見通し環境を想定する場合、見通し波3、構造物7による安定反射波4の安定パスはレベルが高い。見通し波3、構造物7による安定反射波4よりも一般的に遅延量が大きい時変動パスの多重反射波は、多重反射と経路長に伴う減衰により、図4(b)に示す様に相対的にレベルが小さくなる。この様なチャネル情報を複数回取得して平均化すると、安定パスの成分は振幅及び複素位相ともに毎回安定して同様の値が得られる。しかし、時変動パスの成分は複素空間上でランダムに合成され平均化されて平均値0に近づく。そのため、平均化により安定成分のみを効果的に抽出することが可能になる。なお、絶対的なチャネル情報はシンボルタイミングに依存し、このシンボルタイミングが異なるとチャネル情報の平均化を適切に行うことができない。この様な問題を解決するために、非特許文献2では基準となるアンテナ素子の複素位相を基準とした相対チャネル情報(ないしは、各チャネル情報を基準アンテナのチャネル情報で除算したものと考えても良い)を活用する技術が紹介されている。この様な平均化が伴わない場合には相対チャネル情報を用いず、絶対的なチャネル情報を用いて議論することが可能であるが、その様な場合でも送受信ウエイトの算出においては相対チャネル情報を用いても何ら問題は生じない。以降の説明では平均化処理を行うことも含めて包括的に扱うために、チャネル情報は基本的に基準アンテナの複素位相を基準とした相対チャネル情報として扱うこととする。   On the other hand, when a line-of-sight environment like the large-scale antenna system shown in FIG. 3 is assumed, the level of the stable path of the line-of-sight wave 3 and the stable reflected wave 4 from the structure 7 is high. The multiple reflection wave of the time-varying path, which generally has a larger delay amount than the line of sight wave 3 and the stable reflection wave 4 from the structure 7, has a relative reflection as shown in FIG. Level becomes smaller. When such channel information is acquired a plurality of times and averaged, the components of the stable path are stable in amplitude and complex phase each time and the same value is obtained. However, the components of the time-varying path are randomly combined in the complex space, averaged, and approach an average value of zero. Therefore, only the stable component can be effectively extracted by the averaging. Note that the absolute channel information depends on the symbol timing, and if the symbol timing is different, the channel information cannot be averaged properly. In order to solve such a problem, in Non-Patent Document 2, it may be considered that relative channel information (or each channel information is divided by channel information of a reference antenna) based on a complex phase of a reference antenna element. Good) technology is introduced. If such averaging is not involved, it is possible to discuss using absolute channel information instead of using relative channel information, but even in such a case, the relative channel information is used in calculating the transmission / reception weight. There is no problem with using it. In the following description, the channel information is basically handled as relative channel information based on the complex phase of the reference antenna, in order to comprehensively handle including the averaging process.

この様にして得られる時変動のない安定パスのチャネル情報を基に、基地局装置1(図3参照)は送受信ウエイトを算出する。基地局装置1は、算出した送受信ウエイトを用いて多数のアンテナ素子で同位相合成を行うための指向性制御を行う。上記の送受信ウエイトを用いることで、基地局装置1は、指向性制御のターゲットとする通信相手の無線局装置への指向性利得をアンテナ本数Nの2乗倍に比例して高めることができる。   The base station apparatus 1 (see FIG. 3) calculates the transmission / reception weight based on the channel information of the stable path without time variation obtained in this manner. The base station apparatus 1 performs directivity control for performing in-phase synthesis with a large number of antenna elements using the calculated transmission / reception weights. By using the above transmission / reception weights, the base station apparatus 1 can increase the directivity gain to the wireless station apparatus of the communication partner as the target of the directivity control in proportion to the square of the number N of antennas.

また、宛先以外の無線局装置への与干渉の指向性利得はN倍に留まるため、相対的に希望信号と干渉信号との間には単純計算でN倍のギャップが生じる。結果的にSIR(Signal to Interference Ratio)の期待値は10Log10(N)[dB]となる。この期待値は、Nが100の場合には20dBとなる。更に相関の小さな無線局装置を選択的に空間多重する場合には、更なるSIR特性の改善が期待され、より高い空間多重が実現できる。 In addition, since the directivity gain of the interference given to the wireless station device other than the destination remains N times, a simple calculation causes an N-times gap between the desired signal and the interference signal. As a result, the expected value of SIR (Signal to Interference Ratio) is 10 Log 10 (N) [dB]. This expected value is 20 dB when N is 100. In the case of selectively spatially multiplexing a wireless station device having a smaller correlation, further improvement in SIR characteristics is expected, and higher spatial multiplexing can be realized.

非特許文献3及び非特許文献4には、上記の送受信ウエイトでは抑圧しきれない干渉を更に抑圧するための技術や、チャネル情報の相関(チャネル相関)のより低い無線局装置の組み合わせを選択する技術が紹介されている。超高次の空間多重を実現するためには、チャネル情報の相関の小さな無線局装置を組み合わせることが重要である。基地局装置の多数のアンテナ素子と第j無線局装置のアンテナ素子との間の第kサブキャリアに関するチャネル情報を成分とするチャネルベクトルh (k)(「h (k)」はベクトルであり、本来は記号「→」をhの上に付与してベクトルであることを明示すべきであるが省略する。以下、同様に説明の上では省略する。)と、別の第i無線局装置におけるチャネルベクトルh (k)との間のチャネル相関は以下の式(8)で与えられる。 Non-Patent Literature 3 and Non-Patent Literature 4 select a technique for further suppressing interference that cannot be completely suppressed by the above transmission / reception weights, and a combination of radio station apparatuses having lower correlation of channel information (channel correlation). Technology is introduced. In order to realize ultra-high-order spatial multiplexing, it is important to combine wireless station devices with small correlation of channel information. A channel vector h j (k) (“h j (k) ” is a vector, which has channel information on a k-th subcarrier between a number of antenna elements of the base station apparatus and antenna elements of the j-th wireless station apparatus as components. Yes, the symbol “→” should be given above h to indicate that it is a vector, but this is omitted. Hereinafter, similarly, the description is omitted.) And another i-th wireless station. channel correlation between the channel vector h i (k) in the device is given by the following equation (8).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

見通し環境を想定するシステムでは、見通し波のみで構成される仮想的なチャネルモデルを想定し、無線局装置側の各アンテナと基地局装置の間のチャネルベクトルh (k)の相関が小さい場合には空間多重には適し、逆に相関が大きい場合には空間多重には適さない状況となる。 The system assumed a sight environment, assuming a virtual channel model consisting only of sight waves, when the correlation of the channel vector h i between the antenna and the base station apparatus of the radio station apparatus (k) is small Is suitable for spatial multiplexing, and conversely if the correlation is large, it is not suitable for spatial multiplexing.

[スモールセルにおける大規模MIMOについて]
上述の式(8)の説明においては、無線局装置側が1本アンテナであることを想定し、異なる無線局装置であれば空間的な広がりによりチャネルベクトルの相関は一般的には低くなることが想定されていた。これに対し、第5世代の携帯電話においてはユーザ当たりのスループット向上を目的として、無線局装置側にも多数のアンテナを実装し、同様に基地局装置側にも多数のアンテナを実装する。最近の研究報告の中では基地局装置側のアンテナ素子数を256素子、無線局装置側のアンテナ素子数を16素子として、256×16のサイズの大規模MIMOによる大容量化の検討がなされている。ここではユーザが携帯する無線局装置はサイズ的にも携帯可能な小規模なものであることが想定される。更に、例えば基地局装置も隣接するスモールセル間の相互干渉を低減すること、更には人が集中する場所への設置などを考えると、既存のビルの壁面(例えば地上高20m程度)に設置し、各アンテナ素子に指向性を与え、上方から下方を見下ろす形で限定的なエリアを照射する形態が予想される。この場合、ビルの壁面などに大型のアンテナを設置することは安全性や設置の容易性などの観点から好ましくない。ミリ波や準ミリ波などの高い周波数帯の利用の場合、波長が短くなるのに伴いアンテナ素子の小型化やアンテナの指向性形成が容易になり、基地局装置であっても非常に狭い領域に多数のアンテナを多数詰め込んだ小型アンテナ・セットを利用することが期待される。
[About large-scale MIMO in small cells]
In the description of the above equation (8), it is assumed that the radio station apparatus side is a single antenna, and if the radio station apparatus is different, the correlation of the channel vector may generally be low due to spatial spread. It was assumed. On the other hand, in the fifth-generation mobile phone, a large number of antennas are mounted on the wireless station device side and a large number of antennas are similarly mounted on the base station device side for the purpose of improving the throughput per user. In recent research reports, a study has been made on increasing the capacity of a 256 × 16 large-scale MIMO with 256 antenna elements on the base station apparatus side and 16 antenna elements on the wireless station apparatus side. I have. Here, it is assumed that the wireless station device carried by the user is small in size and portable. Further, for example, in consideration of reducing the mutual interference between adjacent small cells and installing the base station apparatus in a place where people are concentrated, the base station apparatus is installed on the wall surface of an existing building (for example, about 20 m above the ground). It is anticipated that a directivity is given to each antenna element to irradiate a limited area in a manner of looking down from above. In this case, it is not preferable to install a large antenna on a wall surface of a building or the like from the viewpoint of safety and ease of installation. In the case of using a high frequency band such as a millimeter wave or a quasi-millimeter wave, as the wavelength becomes shorter, the miniaturization of the antenna element and the formation of the directivity of the antenna become easier, so that even a base station apparatus has a very narrow area. It is expected that a small antenna set packed with a large number of antennas will be used.

この場合、例えば単一無線局装置内の複数のアンテナのうちの第j及び第iアンテナの間のチャネル相関を上記の式(8)により求めるならば、ユーザ側の無線局装置のアンテナ間隔が非常に短く、且つ基地局装置と無線局装置間の見通しが確保できている条件下では、アンテナ素子間でのチャネル相関が非常に大きなMIMOチャネルと見ることができる。上述の様に基地局装置がビルの壁面などの高所に下方を見下ろす形で設置され、ユーザはスマートフォン等を手に持ち利用する場合には、基地局装置と無線局装置の各アンテナ素子間は概ね見通し環境となることが期待され、この様な状況は一般的な使用環境であると予想される。   In this case, for example, if the channel correlation between the j-th antenna and the i-th antenna among the plurality of antennas in the single wireless station device is obtained by the above equation (8), the antenna interval of the user-side wireless station device becomes Under conditions that are very short and that the line of sight between the base station device and the wireless station device can be ensured, a MIMO channel having a very large channel correlation between antenna elements can be seen. As described above, the base station device is installed at a high place such as a wall surface of a building so as to look down, and when a user uses a smartphone or the like in his / her hand, the base station device and the antenna device between the base station device and the radio station device are not used. Is generally expected to be in a line-of-sight environment, and such a situation is expected to be a general use environment.

この場合、MIMO行列を特異値分解した場合、第1特異値の絶対値は見通し波成分を利用して非常に高い値になるが、第2特異値以降の高次の特異値は、第1特異値に比較して相対的に非常に小さくなる傾向になる。つまり、MIMOチャネルを活用した空間多重伝送としては、第1特異値に対応する第1のパスに関しては非常に回線利得に余裕がある状況であるが、第2特異値以上の高次のパスに関しては、相対的に効率は良くない状況と言える。   In this case, when the singular value decomposition of the MIMO matrix is performed, the absolute value of the first singular value becomes a very high value using the line-of-sight component, but the higher singular value after the second singular value is the first singular value. It tends to be much smaller than the singular value. That is, as spatial multiplexing transmission utilizing the MIMO channel, there is a very large line gain margin for the first path corresponding to the first singular value, but for a higher-order path equal to or higher than the second singular value. Can be said to be relatively inefficient.

この問題を回避するためには、例えば基地局装置のアンテナを小規模な筐体に集約せず、空間的な広がりを確保することが理想的である。例えば、基地局装置アンテナを10m程度の直線状に均等配置するリニアアレー状に組めば、仮に見通し波が支配的である場合であっても基地局装置のアンテナの空間的な広がりにより、MIMOチャネルとしては第2特異値以上の高次の特異値の絶対値を大きくし、容量の増加に寄与すると期待することができる。しかし、この様な大規模な構造物にすることはアンテナ設置の構造上も好ましくない。例えば基地局装置側のアンテナ素子数を256素子とする場合、約4cm間隔で256個のアンテナを個別にビルの壁面に設置するのは設置工事の負担を増大させる。一方で、既にリニアアレーに組んだ構造物をビル壁面に設置する際には、その構造物が大型化するために、ビルの壁面に設置するのは安全対策上厳しいものがある。更に全てのアンテナ素子で協調的に伝送するためには、一つの基地局装置の筐体から無線周波数の信号をケーブルで10m程度の空間的な広がりを持つアンテナ素子に分配する必要があり、特に高い周波数帯での信号伝送のケーブル損失は無視できない。例えば無線周波数として20GHzを想定すれば、10mで10dB以上のケーブル損失となり、折角、アンテナ素子数の増大で稼いだ回線利得を損なうことになりかねない。   In order to avoid this problem, for example, it is ideal to secure the spatial spread without consolidating the antennas of the base station device into a small-sized housing. For example, if the base station apparatus antennas are arranged in a linear array in which the base station apparatus antennas are evenly arranged in a straight line of about 10 m, even if the line of sight wave is dominant, the antennas of the base station apparatus are spread as a MIMO channel due to the spatial spread. Can be expected to increase the absolute value of a higher-order singular value equal to or larger than the second singular value and contribute to an increase in capacity. However, such a large-scale structure is not preferable in terms of the structure of the antenna. For example, when the number of antenna elements on the base station apparatus side is 256, installing 256 antennas individually on the wall of a building at intervals of about 4 cm increases the burden of installation work. On the other hand, when a structure already assembled in a linear array is installed on the wall surface of a building, it is strict in terms of safety measures to install the structure on the wall surface of the building because the structure becomes large. Further, in order to cooperatively transmit all the antenna elements, it is necessary to distribute a radio frequency signal from a casing of one base station device to an antenna element having a spatial spread of about 10 m using a cable, and in particular, The cable loss of signal transmission in the high frequency band cannot be ignored. For example, assuming a radio frequency of 20 GHz, a cable loss of 10 dB or more at 10 m may cause a loss in the line gain obtained due to the angle and the increase in the number of antenna elements.

この様な理由のため、見通し波が支配的な大規模MIMOの運用において、少なくとも無線局装置側のアンテナを小型化することが求められる場合には、シングルユーザMIMOによる空間多重伝送で大容量化を図ることは困難となる。   For these reasons, in the operation of large-scale MIMO in which line-of-sight waves are dominant, when it is required to at least reduce the size of the antenna on the radio station side, the capacity is increased by spatial multiplexing transmission using single-user MIMO. It is difficult to plan.

[無線エントランスの場合]
以上の状況はスモールセル環境を中心に説明を行ったが、見通し波が支配的であるという同様の条件であれば無線エントランス回線においても同様の課題は残される。例えば、ビルの壁面に第5世代の携帯電話のスモールセル用基地局装置を設置する場合、そこには大容量のエントランス回線が必要になる。一般に、基地局装置へのエントランス回線は光ファイバを用いて提供するのが一般的であるが、しかし既設のビルの壁面への光ファイバの敷設は容易ではない。例えば、屋上ないしは地上などの何処かまで光ファイバを引き、更にビルの壁面に沿ってケーブルを設置する場合、既に建築済みのビルの外観を損ねることになりかねず、ビル・オーナーの同意を得にくい。ビル屋内からビルの壁面に光ファイバを提供するためにビル壁面に穴を貫通させる工事に関しては、更にビル・オーナーの同意を得にくい場合も想定される。この場合、例えばスモールセル用基地局装置を設置するビルに対面するビルの屋上まで光ファイバを引き、ビルの屋上からビル壁面のスモールセル用基地局装置に無線回線でエントランス回線を提供することも考えられる。
[In case of wireless entrance]
The above situation has been described mainly in a small cell environment. However, under the same condition that the line of sight is dominant, the same problem remains in the wireless entrance line. For example, when a small cell base station for a fifth generation mobile phone is installed on the wall of a building, a large-capacity entrance line is required. Generally, an entrance line to a base station device is generally provided using an optical fiber, but it is not easy to lay the optical fiber on a wall surface of an existing building. For example, drawing optical fiber to the rooftop or somewhere on the ground, and installing cables along the wall of a building may damage the appearance of a building that has already been built, and obtain the consent of the building owner. Hateful. Regarding the work of penetrating a hole in the building wall to provide an optical fiber from the building interior to the building wall, it may be more difficult to obtain the consent of the building owner. In this case, for example, an optical fiber may be drawn to the roof of a building facing the building in which the small cell base station device is installed, and an entrance line may be provided from the roof of the building to the small cell base station device on the building wall surface via a wireless line. Conceivable.

この場合の課題は、先ほどと同様にビル壁面の基地局装置は十分に小型化することが想定されるため、やはり見通し環境ではMIMOチャネルの第2特異値以上の高次のパスは空間多重伝送への寄与が限定的と想定され第1特異値を積極的に活用することが安定した伝送のために有効であると考えられる。   The problem in this case is that the base station device on the wall surface of the building is assumed to be sufficiently miniaturized in the same manner as described above. Therefore, in a line-of-sight environment, higher-order paths of the second singular value or higher of the MIMO channel are spatially multiplexed. It is considered that the contribution to the transmission is limited and it is effective to utilize the first singular value positively for stable transmission.

[列車等の移動体への無線エントランス]
次に、第5世代の携帯電話の利用形態を考慮した中で、もう一つの大きな課題について説明する。先ほども説明した様に、非常に狭いエリアに多数のユーザが存在する場合、それらの多数のユーザに対して大容量の無線回線を提供できる様にすることは重要である。スモールセルとはその名の通り比較的小さなサービスエリアを構成しているので、ここで大容量の無線回線を提供する対象はせいぜい歩行速度程度の低速で移動するユーザである。したがって、大多数のユーザでスモールセルを移り変わる(ないしはスモールセルとマクロセル間の)ハンドオーバなどは想定しておらず、その切り替わりの制御情報のやり取りの負荷はそれほど問題とはならない。しかし、例えば列車などで移動するユーザを想定すると、各ユーザがハンドオーバするタイミングは概ね一致しており、ネットワーク側に対して瞬時の大量処理が要求される。この信号処理の負荷、及び大量の制御信号が発生することによる伝送容量の圧迫などは非効率であり、通常は列車内の各ユーザは列車内で一旦トラヒックを集約し、この集約されたトラヒックを束ねて列車から見て外部のネットワークに対するエントランス回線を無線回線にて確保することが好ましい。これにより、無用な膨大な量のハンドオーバによる負荷、及び膨大な制御情報量による伝送容量の圧迫を回避する。この考え方は、第5世代の携帯電話のサービスエリアであるセルが列車と共に移動するという意味で、ムービングセルという概念で捉えられている。
[Wireless entrance to moving objects such as trains]
Next, another major problem will be described in consideration of the usage form of the fifth generation mobile phone. As described above, when a large number of users exist in a very small area, it is important to be able to provide a large-capacity wireless line to the large number of users. As the name implies, a small cell constitutes a relatively small service area, and here, a target to provide a large-capacity wireless line is a user who moves at a speed as low as a walking speed at most. Therefore, it is not assumed that the majority of users will switch between small cells (or between small cells and macro cells), and the load of exchanging control information for switching will not be a problem. However, for example, assuming users who move by train or the like, the timings at which each user performs handover are almost the same, and instantaneous mass processing is required for the network side. This signal processing load and transmission capacity compression due to the generation of a large amount of control signals are inefficient.Usually, each user in the train once aggregates traffic in the train, and the aggregated traffic is It is preferable to bundle and secure an entrance line to an external network by a wireless line as viewed from the train. As a result, it is possible to avoid a load caused by a useless enormous amount of handover and a pressure on the transmission capacity due to a tremendous amount of control information. This concept is considered as a moving cell in the sense that a cell, which is a service area of a fifth generation mobile phone, moves with a train.

先ほどのビル壁面の第5世代の携帯電話のスモールセル用基地局装置へのエントランス回線は、無理をすれば光ファイバにより提供することも不可能ではなかったが、この列車によるムービングセル(以降、「列車ムービングセル」と呼ぶ)を想定すると、エントランス回線は光ファイバを用いることは不可能であり、この列車ムービングセルへの無線エントランスの効率的な構築方法を確立することは極めて第5世代の携帯電話において重要となる。   The entrance line to the small cell base station device of the 5th generation mobile phone on the wall surface of the building was not impossible to provide by optical fiber if it was impossible, but the moving cell by this train (hereafter, Assuming a “train moving cell”, it is impossible to use an optical fiber for the entrance line, and establishing an efficient construction method of a wireless entrance to this train moving cell is extremely difficult for the fifth generation. It is important in mobile phones.

ここで、例えば都市部の列車を例に取り、必要な回線容量を見積もってみる。例えば山手線などでは11両編成で、1車両あたり100人程度の乗客が乗車している状況が想定される。通勤時間帯などであればスマートフォンなどを携帯するビジネスマンや大学生が大半を占め、その半数程度の全車両で550人ものユーザは無線通信でのインターネットアクセスを試みていると想定される。第5世代の時代において、コンテンツの大容量化により1ユーザが平均で10Mbit/sの通信をしていたとすれば、5.5Gbit/s程度の容量が必要とされる。時間的な変動を考慮し、その倍程度の回線容量を確保するとすれば、列車ムービングセルの無線エントランスとしては10Gbit/s程度の容量が要求される。   Here, for example, a train in an urban area is taken as an example, and the required line capacity is estimated. For example, in a Yamanote line or the like, a situation is assumed in which about 100 passengers are riding per vehicle in an 11-car train. In the case of commuting time or the like, it is assumed that most of the business people and college students carrying a smartphone or the like, and about 550 users in all vehicles, about 550, are trying to access the Internet by wireless communication. In the age of the fifth generation, if one user communicates on average at 10 Mbit / s due to the increase in the capacity of content, a capacity of about 5.5 Gbit / s is required. Considering time fluctuations, if a line capacity about twice as large is secured, a capacity of about 10 Gbit / s is required as a wireless entrance of the train moving cell.

これだけの大容量回線を提供するためには、当然ながらミリ波や準ミリ波などの高い周波数帯での回線提供が必要となると共に、上述のスモールセルの場合と異なり、100km/h以上の高速移動を想定した移動体への広帯域大容量伝送が余儀なくされる。上述の様に頻繁なハンドオーバを回避するためには、列車ムービングセルの無線エントランスにおいては、数百メートル程度の区間は同一の基地局装置でサービス提供できることが好ましく、高周波数帯で自由空間伝搬損失が大きいことを考慮すれば、やはり大規模MIMOによる回線利得の確保が必要になる。   In order to provide such a large capacity line, it is naturally necessary to provide a line in a high frequency band such as a millimeter wave or a quasi-millimeter wave, and unlike the above-described small cell, a high speed of 100 km / h or more is required. Broadband and large-capacity transmission to a mobile object assuming movement is inevitable. In order to avoid frequent handovers as described above, in the wireless entrance of the train moving cell, it is preferable that the same base station device can provide service for a section of about several hundred meters, and free space propagation loss in a high frequency band. Is large, it is necessary to secure the line gain by the large-scale MIMO.

ここで、先ほどの説明の様に10Gbit/s程度の伝送容量を実現する場合、例えば周波数利用効率として3bit/Hz・s程度の効率を想定すると、空間多重なしでは3〜4GHz程度の帯域幅を必要とする。例えば、70〜80GHzのeバンド帯などを利用する場合、1チャネルで3〜4GHzもの帯域幅を占有する場合には、1チャネルしか確保することができない。しかし一方で、平行して走る複数の路線ごとに周波数チャネルによる棲み分けを行うことを考えれば、1チャネルの帯域幅を1GHz程度に抑え、複数チャネルによる運用が必要になる。この場合、足りない分の容量は空間多重で確保する必要があり、上述の例では4多重程度の空間多重が必要となる。   Here, when a transmission capacity of about 10 Gbit / s is realized as described above, for example, assuming an efficiency of about 3 bit / Hz · s as a frequency use efficiency, a bandwidth of about 3 to 4 GHz is used without spatial multiplexing. I need. For example, when the e-band of 70 to 80 GHz is used, when one channel occupies a bandwidth of 3 to 4 GHz, only one channel can be secured. However, on the other hand, considering the segregation by the frequency channel for each of a plurality of routes running in parallel, it is necessary to control the bandwidth of one channel to about 1 GHz and operate with a plurality of channels. In this case, it is necessary to secure the insufficient capacity by spatial multiplexing, and in the above example, about four multiplexes are required.

先ほど説明した様に、列車ムービングセルでも大規模MIMOの適用が必須であるが、その場合には大規模MIMOによる利得拡大のためには指向性形成のために必要となるチャネル情報を高精度で把握している必要がある。しかし、高周波数帯では波長が短く、無線局装置の移動に対してチャネルの時変動は相対的に大きく見える。更に、対向する列車同士ですれ違う場合、通常の直線移動に伴うチャネルの変動以上に外部環境が激しく変動し、反射波成分は激しく乱れることになる。基地局装置側から列車に向けて送信する際には、指向性形成のためにチャネル情報は必須であるが、チャネル情報にある程度の推定精度の高さを求めるならば、非常に頻繁にチャネル情報を相互に交換する必要に迫られる。しかし、伝送容量の大容量化を目指しているにもかかわらず、チャネル情報フィードバックという制御情報のためのオーバヘッドが大きくなることは本末転倒であり、チャネル情報のフィードバックに伴う伝送容量の低下を避け、チャネルの時変動が大きい環境でも安定的に大容量の空間多重が実現できることが求められている。   As explained above, the application of large-scale MIMO is also necessary for a train moving cell. In this case, channel information necessary for directivity formation for gain expansion by large-scale MIMO is accurately obtained. You need to know. However, the wavelength is short in the high frequency band, and the time variation of the channel appears relatively large with respect to the movement of the wireless station device. Further, when the trains passing each other pass each other, the external environment fluctuates more vigorously than the fluctuation of the channel accompanying the normal linear movement, and the reflected wave component is violently disturbed. When transmitting from the base station apparatus to the train, channel information is indispensable for forming directivity, but if a certain degree of estimation accuracy is required for the channel information, the channel information is very frequently used. Need to be exchanged for each other. However, despite the aim of increasing the transmission capacity, the increase in the overhead for control information called channel information feedback is a fall in the end. It is required that a large-capacity spatial multiplexing can be stably realized even in an environment where the time variation is large.

[MIMO伝送の装置構成例]
(全体の回路構成)
図5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。ここではマルチユーザMIMOシステムとして説明を行うが、空間多重する対象が異なる端末局装置の代わりに、同一無線局内の複数のアンテナ素子で複数の信号系列を行うと理解すれば、基本的に装置構成はシングルユーザMIMOシステムと同一である。
[Example of MIMO transmission device configuration]
(Overall circuit configuration)
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the base station device 80 in the multi-user MIMO system. Here, the description will be made as a multi-user MIMO system, but if it is understood that a plurality of signal sequences are performed by a plurality of antenna elements in the same radio station instead of a terminal station apparatus to be spatially multiplexed, a basic device configuration Is identical to a single-user MIMO system.

図5に示す様に、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(Medium Access Control)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。   As shown in FIG. 5, the base station device 80 includes a transmitting unit 81, a receiving unit 85, an interface circuit 87, a MAC (Medium Access Control) layer processing circuit 88, and a communication control circuit 820. The MAC layer processing circuit 88 has a scheduling processing circuit 881.

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局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、複数の端末局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。   The base station device 80 inputs and outputs data to and from an external device or a network via the interface circuit 87. The interface circuit 87 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 88. The MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 820 that performs management control of the operation of the entire base station device 80. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion of data input / output by the interface circuit 87 and data transmitted / received on the wireless line, addition of MAC layer header information, and the like. In this process, the scheduling processing circuit 881 performs various scheduling processes including a combination of terminal stations that perform spatial multiplexing simultaneously in multi-user MIMO transmission. The scheduling processing circuit 881 outputs a scheduling result to the communication control circuit 820. In the multi-user MIMO, a signal sequence of a plurality of systems is output from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81 in order to transmit a signal to a plurality of terminal station devices at once.

(送信部81の回路構成)
図6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。図6に示す様に、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM(NSDMは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−NBS−Ant(NBS−Ant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−NBS−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−NBS−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−NBS−Antと、フィルタ817−1〜817−NBS−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−NBS−Antと、アンテナ素子819−1〜819−NBS−Ant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−NSDMと、送信ウエイト処理部830とは、図5において示した通信制御回路820に接続されている。
(Circuit Configuration of Transmission Unit 81)
FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the transmission unit 81 in the base station device 80 in the multi-user MIMO system. As illustrated in FIG. 6, the transmission unit 81 includes transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM (N SDM is an integer of 2 or more) and addition and synthesis circuits 812-1 to 812-N BS-Ant (N BS-Ant is an integer of 2 or more); IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval: guard interval) providing circuits 813-1 to 813-N BS-Ant ; and D / A (digital) / Analog) converters 814-1 to 814-NBS- Ant , local oscillator 815, mixers 816-1 to 816-NBS -Ant , filters 817-1 to 817-NBS -Ant , and high power It includes amplifier (HPA) and 818-1~818-N BS-Ant, an antenna element 819-1~819-N BS-Ant, and a transmission weight processing unit 830 That. A transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM, the transmission weight processing unit 830, and a communication control circuit 820 shown in FIG.

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、図6における送信信号処理回路811−1〜811−NSDMの添え字のNSDM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−NBS−Antからアンテナ素子819−1〜819−NBS−Antまでの回路の添え字のNBS−Antは、基地局装置80が備えるアンテナ素子数を表す。NBS−Antは、例えば、100である。 The transmission weight processing section 830 includes a channel information acquisition circuit 831, a channel information storage circuit 832, and a multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 833. Here, N SDM subscript of the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM in FIG. 6 represents a multiplex number for performing spatial multiplexing simultaneously. The subscript N BS-Ant of the circuits from the addition / combination circuits 812-1 to 812-N BS-Ant to the antenna elements 819-1 to 819-N BS-Ant is the number of antenna elements included in the base station apparatus 80. Represents N BS-Ant is, for example, 100.

マルチユーザMIMOでは、複数の端末局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−NSDMに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、宛先の端末局装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#NSDM)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サブキャリア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サブキャリアごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−NBS−Ant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−NBS−Antに入力される。 In the multi-user MIMO, a signal is transmitted to a plurality of terminal station devices at one time. Therefore, a plurality of signal sequences are input from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81, and the input plurality of signal sequences are transmitted signals. It is inputted to the processing circuit 811-1~811-N SDM. When the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM receive data (data inputs # 1 to #N SDM ) to be transmitted to each of the destination terminal station devices from the MAC layer processing circuit 88, the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM A modulation process is performed by generating a wireless packet to be transmitted. Here, for example, if the OFDM modulation method is used, the signal of each signal sequence is subjected to modulation processing for each subcarrier. Further, the base station multiplies the modulated baseband signal by a transmission weight for each subcarrier. The signal multiplied by the transmission weight corresponding to each of the antenna elements 819-1 to 819 -N BS-Ant is subjected to the remaining signal processing as necessary, and is added and synthesized as sampling data of the transmission signal in the baseband by the addition and synthesis circuit 812. -1 to 812-N are input to BS-Ant .

加算合成回路812−1〜812−NBS−Antに入力された信号は、サブキャリアごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NBS−Ant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(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)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−NBS−Antごとに、D/A変換器814−1〜814−NBS−Ant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−NBS−Ant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領域に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−NBS−Antで帯域外成分を除去し、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−NBS−Antで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−NBS−Antより送信される。 The signals input to the addition / combination circuits 812-1 to 812-NBS- Ant are combined for each subcarrier. The combined signal is converted from a signal on the frequency axis to a signal on the time axis by IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813-NBS- Ant , and is further inserted into a guard interval or between OFDM symbols (SC-FDE ( In the case of Single-Carrier Frequency Domain Equalization, processing such as waveform shaping (between blocks of block transmission) is performed, and D / A converters 814-1 to 814-1 are provided for each of the antenna elements 819-1 to 819 -NBS -Ant. The digital sampling data is converted into a baseband analog signal by the 814-N BS-Ant . Further, each analog signal is multiplied by a local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816-NBS -Ant , and is up-converted into a radio frequency signal. Here, since the up-converted signal includes a signal in a region outside the band of the channel to be transmitted, the out - of-band component is removed by the filters 817-1 to 817-NBS -Ant , and the signal to be transmitted is removed. Generating a typical signal. The generated signal is amplified by the high-power amplifier 818-1~818-N BS-Ant, and transmitted from the antenna elements 819-1~819-N BS-Ant.

なお、図6では、各サブキャリアの信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−NBS−Ant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−NSDMにてこれらの処理を行い、機能配分的にはこの位置にてIFFT&GI付与回路813−1〜813−NBS−Ant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−NSDM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指す。 In FIG. 6, after performing addition and combining of the signals of the respective subcarriers in the addition and combining circuits 812-1 to 812-NBS -Ant , processes such as IFFT processing, insertion of a guard interval, and waveform shaping are performed. However, the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM perform these processes, and the IFFT & GI provision circuits 813-1 to 813-N BS-Ant may be omitted at this position in terms of function distribution. Good. In this case, the rest of the signal processing necessary after transmission weight multiplying in the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM refers IFFT processing, insertion of the guard interval, the process of waveform shaping or the like.

また、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM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において、受信部85にて取得されたチャネル情報を通信制御回路820経由で別途取得しておき、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。信号の送信時には通信制御回路820からの指示に従い、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先とする端末局装置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宛先とする端末局装置の組み合わせに対応した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−NSDMに出力する。 The transmission weight multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM is obtained from the multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 833 provided in the transmission weight processing unit 830 at the time of signal transmission processing. In the transmission weight processing section 830, the channel information acquisition circuit 831 separately acquires the channel information acquired by the reception section 85 via the communication control circuit 820, and updates the channel information sequentially to the channel information storage circuit 832. Remember. At the time of signal transmission, the multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 833 reads channel information corresponding to the destination terminal station device from the channel information storage circuit 832 in accordance with an instruction from the communication control circuit 820, and based on the read channel information. The transmission weight corresponding to the combination of the terminal station devices as the destination is calculated. Multiuser MIMO transmission weight calculating circuit 833 outputs the calculated transmission weight to the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM.

また、宛先とする端末局装置の管理や、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。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は宛先とする端末局装置等を示す情報を出力する。   Further, the communication control circuit 820 manages control related to the entire communication, such as management of the terminal station apparatus as a destination and overall timing control. The communication control circuit 820 outputs information indicating the destination terminal station device and the like to the transmission weight processing unit 830 that performs the signal processing related to the above-described transmission weight calculation.

(受信部85の回路構成)
図7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。図7に示す様に、受信部85は、アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−NBS−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−NBS−Antと、フィルタ855−1〜855−NBS−Antと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−NBS−Antと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−NBS−Antと、受信信号処理回路858−1〜858−NSDM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−NSDMと、受信ウエイト処理部860とは、図5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。
(Circuit Configuration of Receiver 85)
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the receiving unit 85 in the base station device 80 in the multi-user MIMO system. As illustrated in FIG. 7, the receiving unit 85 includes antenna elements 851-1 to 851-N BS-Ant , low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852-N BS-Ant , a local oscillator 853, and a mixer 854. -1 to 854-N BS-Ant , filters 855-1 to 855-N BS-Ant , A / D (analog / digital) converters 856-1 to 856-N BS-Ant , and FFT (Fast Fourier) transform: it includes fast Fourier transform) circuit 857-1~857-N BS-Ant, a reception signal processing circuit 858-1~858-N SDM, a reception weight processing unit 860. A reception signal processing circuit 858-1~858-N SDM, a reception weight processing unit 860 is connected to the communication control circuit 820 shown in FIG. The reception weight processing unit 860 includes a channel information estimation circuit 861 and a multi-user MIMO (MU-MIMO) reception weight calculation circuit 862.

アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antで受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−NBS−Ant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−NBS−Ant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領域にも信号が含まれるため、フィルタ855−1〜855−NBS−Ant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−NBS−Ant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−NBS−Antに入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した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(各サブキャリアの信号に分離)する。この各サブキャリアに分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−NSDMに入力されると共に、チャネル情報推定回路861にも入力される。 The signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N BS-Ant are amplified by the low noise amplifiers 852-1 to 852-N BS-Ant . The amplified signal and the local oscillation signal output from the local oscillator 853 are multiplied by mixers 854-1 to 854-NBS -Ant , and the amplified signal is down-converted from a radio frequency signal to a baseband signal. You. Since the down-converted signal includes a signal in a region outside the frequency band to be received, the out - of-band component is removed by the filters 855-1 to 855-NBS -Ant . The signal from which the out-of-band component has been removed is converted to a digital baseband signal by A / D converters 856-1 to 856-NBS -Ant . All the digital baseband signals are input to the FFT circuits 857-1 to 857 -NBS- Ant, and the signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis at a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit which is not described here. It is converted into the above signal (separated into signals of each subcarrier). Each sub-carrier to the separated signals is inputted to the reception signal processing circuit 858-1~858-N SDM, is also input to the channel information estimation circuit 861.

チャネル情報推定回路861では、各サブキャリア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)を基に各端末局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−NBS−Antとの間のチャネル情報をサブキャリアごとに推定し、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サブキャリアごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−NBS−Ant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−NSDMそれぞれに入力される。 In the channel information estimating circuit 861, the antenna element of each terminal station apparatus and the base station apparatus 80 are determined based on a known signal for channel estimation (a preamble signal or the like added to the head of a radio packet) separated into subcarriers. Of each antenna element 851-1 to 851-N BS-Ant is estimated for each subcarrier, and the estimation result is output to the multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862. The multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862 calculates a reception weight to be multiplied for each subcarrier based on the input channel information. At this time, the reception weight for combining the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-NBS- Ant differs for each signal sequence, and the reception signal processing circuits 858-1 to 858-1 corresponding to the signal sequence to be extracted. 858- NSDM .

受信信号処理回路858−1〜858−NSDMでは、FFT回路857−1〜857−NBS−Antから入力されたサブキャリアごとの信号に対し、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−NBS−Antで受信された信号をサブキャリアごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−NSDM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。ここでの復調処理では、例えば一旦受信信号の軟判定を行い、必要に応じてデインタリーブ処理を行い、その後に誤り訂正処理を行うなどして最終的な信号検出を行う構成としても良い。 In the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -N SDM , the signals for each subcarrier input from the FFT circuits 857-1 to 857 -N BS-Ant are input from the multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862. The reception weights are multiplied, and the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-NBS -Ant are added and synthesized for each subcarrier. The reception signal processing circuits 858-1 to 858 -N SDM perform demodulation processing on the signal obtained by the addition and synthesis, and output the reproduced data to the MAC layer processing circuit 88. In the demodulation processing here, for example, the final signal detection may be performed by, for example, performing a soft decision on the received signal once, performing a deinterleaving processing as necessary, and then performing an error correction processing.

ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−NSDM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局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, the different received signal processing circuit 858-1~858-N SDM, the signal processing of the different signal sequences is performed. Further, the MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer (for example, conversion between data input / output to / from the interface circuit 87 and data transmitted / received on a wireless line, termination of MAC layer header information, and the like). Do. In this process, the scheduling processing circuit 881 performs various scheduling processes including a combination of terminal stations that perform spatial multiplexing simultaneously in multi-user MIMO transmission, and outputs a scheduling result to the communication control circuit 820. The received data processed by the MAC layer processing circuit 88 is output to an external device or a network via the interface circuit 87.

また、送信元の端末局装置の管理や、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から送信元の端末局装置等を示す情報が入力される。   In addition, the communication control circuit 820 manages control related to the entire communication, such as management of the terminal station device of the transmission source and overall timing control. In addition, information indicating the terminal station device or the like of the transmission source is input from the communication control circuit 820 to the reception weight processing unit 860 that performs signal processing related to the above-described calculation of the reception weight.

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サブキャリアごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−NBS−Antから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−NBS−AntでFFTを行い各サブキャリアに分離し、分離したサブキャリアごとに、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−NSDMでの受信信号処理が実施されることになる。 As for signal reception, as in the case of transmission, in a wideband system using the OFDM modulation method or the SC-FDE method, the above-described multiplication of the reception weight is performed for each subcarrier. In other words, the FFT circuits 857-1 to 857 -N BS-Ant perform FFT on the signals output from the A / D converters 856-1 to 856-N BS-Ant and separate the signals into subcarriers. for each carrier, the signal processing in the channel information estimation circuit 861, and, so that the reception signal processing in the reception signal processing circuit 858-1~858-N SDM is performed.

以上がマルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80、送信部81、及び受信部85の構成の説明である。上述の様に、例えば送信信号処理回路811−1〜NSDMや受信信号処理回路858−1〜NSDMをそれぞれ単一の端末局装置のNSDM系統の信号系列に対する信号処理回路と見なし、更にマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833及びマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862がシングルユーザMIMOに関する送受信ウエイトの算出回路と見なせば、基本的に上述の説明でシングルユーザMIMOシステムにおける基地局装置80、送信部81、及び受信部85の構成を表したものとなる。 The above is the description of the configurations of the base station device 80, the transmission unit 81, and the reception unit 85 in the multi-user MIMO system. As described above, for example considers the transmission signal processing circuit 811-1~N SDM and the reception signal processing circuit 858-1~N SDM respectively a signal processing circuit for the signal sequence of N SDM systems of single terminal station device, further If the multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 833 and the multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862 are regarded as transmission / reception weight calculation circuits for single-user MIMO, basically, the base station apparatus 80 in the single-user MIMO system will be described in the above description. This shows the configuration of the unit 81 and the receiving unit 85.

ここで重要なのは、送信部81におけるローカル発振器815が送信部81の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−NBS−Antで共通化されている点、受信部85におけるローカル発振器853が受信部85の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−NBS−Antで共通化されている点である。各アンテナで送受信信号の位相を調整することになるが、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることで、どの様な位相関係で送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。このローカル発振器が送信部81内又は受信部85内で非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも送信部81において送信ウエイトを乗算する指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。 What is important here is that the local oscillator 815 in the transmitting unit 81 is shared by the mixers 816-1 to 816-NBS -Ant in each antenna system of the transmitting unit 81, and the local oscillator 853 in the receiving unit 85 is This is the point that the mixers 854-1 to 854-NBS -Ant in each of the 85 antenna systems are shared. The phase of the transmission / reception signal is adjusted by each antenna, but the phase relationship between the signals input from the respective local oscillators 815 or 853 is always constant, so that the phase relationship between the transmission / reception signals is constant. It is possible to determine whether to multiply the weight. If a plurality of local oscillators are used in the transmission unit 81 or the reception unit 85, the directivity control of multiplying the transmission weight in at least the transmission unit 81 does not function effectively. Care must be taken in this regard when designing the device.

[見通し波が支配的なMIMOチャネルの特徴]
まず、見通し波が支配的な伝搬路での空間多重特性について整理する。送信局と受信局との間が見通し環境にある場合のチャネル行列をHLOS、行列の各成分が独立無相関となるチャネル行列をHi.i.d.とする。簡単のため、HLOSを各成分が全て「1」である行列で代用し、下記のチャネル行列を送信アンテナ16本、受信アンテナ16本の場合と、送信アンテナ256本、受信アンテナ16本の二つの場合について、下記の式(9)で与えられるチャネル行列の16個の特異値の絶対値の分布を評価する。
[Characteristics of MIMO channels dominated by line of sight]
First, the spatial multiplexing characteristics in the propagation path where the line of sight wave is dominant will be summarized. H LOS is a channel matrix when the transmitting station and the receiving station are in line-of-sight environment, and Hi . i. d . For simplicity, HLOS is substituted by a matrix in which each component is all “1”, and the following channel matrix is used for the case of 16 transmission antennas and 16 reception antennas, and for the case of 256 transmission antennas and 16 reception antennas. For the two cases, the distribution of the absolute values of the 16 singular values of the channel matrix given by the following equation (9) is evaluated.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

図8にチャネル行列ごとの特異値の絶対値の分布特性を示す。図8(a)はHi.i.d.のみの場合(i.i.d. channel)、図8(b)はライス係数K=10dBの場合の式(9)で表されるライスチャネル(Rician channel)の場合を示し、左側が送受信16本アンテナの場合、右側は送信側が256本とした場合である。送受信アンテナの本数が16本と同数の場合には、特異値の絶対値の分布は広がると共に、第1特異値と第16特異値の絶対値のギャップは広がる傾向がある。しかし、送信又は受信アンテナの本数が冗長になり、例えば送信アンテナが256本にもなると、特異値の絶対値はHi.i.d.の評価ごとの乱数の値に影響を受けず、分布確率0%と100%値の差が殆どなくなる。これは図8(a)、図8(b)で共通であるが、図8(a)のHi.i.d.のみの場合には第1特異値から第16特異値までのギャップが非常に小さくなるのに対し、図8(b)のライスチャネルの場合には第1特異値と第2特異値の絶対値の間のギャップがライス係数よりも10dB大きい20dBあり、一方で第2特異値と第16特異値のギャップは小さい。つまり、図8(a)及び図8(b)より分かることは、見通し波が支配的な場合にはアンテナ素子数を増やしても第1特異値に相当する図2(c)の一番上(λ)のパイプに相当する伝送路に回線利得が集中しすぎて、空間多重を行うための図2(c)の上から2番目(λ)、3番目(λ)のパイプに相当する伝送路が殆ど活用できないことを意味する。 FIG. 8 shows the distribution characteristic of the absolute value of the singular value for each channel matrix. FIG. 8A shows Hi. i. d. only (iid channel), and FIG. 8B shows a case of a rice channel (Rician channel) represented by equation (9) when the rice coefficient K = 10 dB. In this case, the right side is a case where the number of transmission sides is 256. When the number of transmission / reception antennas is the same as 16, the distribution of the absolute value of the singular value tends to widen, and the gap between the absolute values of the first singular value and the sixteenth singular value tends to widen. However, when the number of transmitting or receiving antennas becomes redundant, for example, as many as 256 transmitting antennas, the absolute value of the singular value becomes Hi. i. There is almost no difference between the distribution probability of 0% and the 100% value without being affected by the value of the random number for each evaluation of d . This is common to FIGS. 8 (a) and 8 (b), but Hi. i. In the case of only d., the gap from the first singular value to the sixteenth singular value is very small, whereas in the case of the rice channel of FIG. The gap between the absolute values is 20 dB, which is 10 dB larger than the Rice coefficient, while the gap between the second singular value and the sixteenth singular value is small. In other words, it can be seen from FIGS. 8A and 8B that when the line of sight wave is dominant, even if the number of antenna elements is increased, the top of FIG. The line gain concentrates too much on the transmission path corresponding to the (λ 1 ) pipe, and the second (λ 2 ) and third (λ 3 ) pipes from the top in FIG. This means that the corresponding transmission line can hardly be used.

一方で、ミリ波などを用いる場合には自由空間伝搬損失が周波数に依存して大きくなるため、例えば5GHzに対して80GHzでは24dB程度の利得を何処かで稼がなくてはならない。このためにアンテナを大規模化することが有効であるが、空間多重のためのアンテナの大規模化と、回線利得を稼ぐためのアンテナの大規模化は、別の観点から実施する必要がある。   On the other hand, when a millimeter wave or the like is used, the free space propagation loss becomes large depending on the frequency. For example, a gain of about 24 dB must be obtained somewhere at 80 GHz for 5 GHz, for example. For this reason, it is effective to increase the size of the antenna, but it is necessary to implement the enlargement of the antenna for spatial multiplexing and the enlargement of the antenna for gaining the line gain from different viewpoints. .

[チャネル情報の推定及びフィードバックについて]
大規模MIMOにおいては多数のアンテナ素子を活用することによる回線利得の向上はあくまでも送受信指向性制御(ビームフォーミング)を行うことにより得られる効果であり、その指向性制御のためには高精度なチャネル情報が必要となる。しかし、1本のアンテナ素子対1本のアンテナ素子の間の信号は指向性形成前の回線利得向上が図られていない段階の信号であるため、取得されたチャネル情報の推定精度は一般には低い。同一信号の繰り返し受信と平均化処理でSNRを改善することは可能であるが、そのためにはチャネルフィードバックのオーバヘッドが増大する。例えば、全サブキャリアのうちの奇数又は偶数サブキャリアを用い、2本のアンテナ素子にそれぞれ奇数と偶数サブキャリアのいずれかのみを間欠的に割り当てて利用して、割り当てのないサブキャリアに関しては前後のサブキャリアで求めたチャネル情報からチャネル推定を行うこととすれば、2本のアンテナのチャネル推定を同時に行うことができる上に、チャネルフィードバックを行うサブキャリアのSNRを3dB程度改善することも可能である。間欠的なサブキャリアの周期を上述の様に2サブキャリア間隔からより大きなサブキャリア間隔にすれば、更にチャネルフィードバックが行われるサブキャリアのSNRを向上することは原理的には可能であるが、一般的なチャネル情報の場合には周波数依存性が非常に大きく、不連続なサブキャリアの間のチャネルの補間の精度が大幅に劣化するという問題があった。逆に、このサブキャリアの間のチャネルの補間精度を向上するために、間引きするサブキャリア数NSCを限定すると、そこで得られるSNRの改善量は限定されることになる。したがって、高いSNR環境での高精度のチャネル推定と高効率なチャネルフィードバックを実現する技術が求められている。
[Estimation and feedback of channel information]
In large-scale MIMO, the improvement of the line gain by utilizing a large number of antenna elements is only an effect obtained by performing transmission / reception directivity control (beamforming). Information is needed. However, since the signal between one antenna element and one antenna element is a signal at the stage where the line gain has not been improved before the directivity is formed, the estimation accuracy of the acquired channel information is generally low. . Although it is possible to improve the SNR by repeatedly receiving and averaging the same signal, the overhead of channel feedback increases. For example, odd or even subcarriers of all subcarriers are used, and only one of odd and even subcarriers is intermittently allocated to each of the two antenna elements and used. If the channel estimation is performed from the channel information obtained by the subcarriers, the channel estimation of the two antennas can be performed simultaneously, and the SNR of the subcarrier for performing the channel feedback can be improved by about 3 dB. It is. If the period of the intermittent subcarrier is changed from the two subcarrier intervals to the larger subcarrier interval as described above, it is possible in principle to further improve the SNR of the subcarrier on which the channel feedback is performed. In the case of general channel information, there is a problem that the frequency dependency is very large, and the accuracy of channel interpolation between discontinuous subcarriers is greatly deteriorated. Conversely, in order to improve the channel interpolation accuracy between the sub-carrier, to limit the number of subcarriers N SC to decimation, where improvement amount of the resulting SNR is to be limited. Therefore, there is a need for a technique that realizes highly accurate channel estimation and highly efficient channel feedback in a high SNR environment.

この様な課題に対して、例えば非特許文献5では、基地局装置が多数のアンテナを所定の送受信ウエイトで合成し、非常にビーム幅の狭い高利得の超指向性ビームを水平及び垂直方向に所定の角度の刻みで多数形成することで対処する提案がなされている。例えば、水平方向に±60度(合計120度)のエリアに端末局装置が存在する場合、5度刻みでビームを形成すると25通りの指向性ビームで水平方向はカバーできる。垂直方向は、例えばユーザが30度程度のエリア内にしか存在しなければ、5度刻みでビームを形成すると7通りの指向性ビームで垂直方向はカバーできる。垂直方向及び水平方向を同時にカバーするためには、合計で175パターンの固定的な指向性ビームを用いれば良いことになる。この刻み幅を10度にすれば、同様に52パターンの固定的な指向性ビームで全体をカバーできる。この様な固定的なビームを複数選択して、その数だけの仮想的なアンテナ素子と端末局装置のアンテナ素子の間のMIMOチャネルだと考えれば、この仮想的なアンテナ素子に対してであれば十分に回線利得を確保できた状況でチャネル情報の取得が可能になる。ただし、この仮想的アンテナ素子の数だけトレーニング信号を送信しなければ、端末局装置側はどの仮想的なアンテナ素子を選択すれば良好な通信環境を確保できるのかが分からないため、その多数の仮想的アンテナ素子の送信に要するオーバヘッドが必要となる。この様に、高次の空間多重を実現するためのMIMOのチャネル情報を、十分な回線利得を確保しながら取得することは可能であるが、それでもやはり小さなオーバヘッドで効率的に取得するためには、更なる工夫が必要とされる。   To deal with such a problem, for example, in Non-Patent Document 5, the base station apparatus combines a large number of antennas with predetermined transmission / reception weights, and forms a highly-gain super-directional beam with a very narrow beam width in the horizontal and vertical directions. Proposals have been made to cope with the problem by forming a large number at predetermined intervals. For example, when the terminal station device is located in an area of ± 60 degrees (120 degrees in total) in the horizontal direction, if the beam is formed at intervals of 5 degrees, the horizontal direction can be covered with 25 directional beams. In the vertical direction, for example, if the user exists only in an area of about 30 degrees, if the beam is formed at intervals of 5 degrees, the vertical direction can be covered with seven directional beams. In order to simultaneously cover the vertical and horizontal directions, a total of 175 fixed directional beams may be used. If the step width is set to 10 degrees, the whole pattern can be similarly covered with 52 patterns of fixed directional beams. If a plurality of such fixed beams are selected and a MIMO channel between the virtual antenna elements corresponding to the number of the fixed beams and the antenna elements of the terminal station apparatus is considered, then even if this virtual antenna element is used. Thus, channel information can be obtained in a situation where the line gain has been sufficiently secured. However, if the training signals are not transmitted by the number of virtual antenna elements, the terminal station apparatus does not know which virtual antenna element to select to secure a favorable communication environment. Overhead required for the transmission of the dynamic antenna element is required. As described above, it is possible to acquire MIMO channel information for realizing high-order spatial multiplexing while securing a sufficient line gain. Further, further ingenuity is required.

[キャリブレーションとインプリシット・フィードバックについて]
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共に、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共に、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。更に厳密には、その他のフィルタ等のRF系の回路を含めた送信系及び受信系の回路等においても個体差が伴う。
[About calibration and implicit feedback]
In an actual wireless communication device, in signal processing on the transmission side, a signal is often amplified 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 in the high power amplifier may rotate with a different value for each high power amplifier. Similarly, in signal processing on the receiving 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 the individual difference of the low noise amplifier, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier. More strictly, individual differences also occur in transmission and reception circuits including other RF circuits such as filters.

一般に、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が時間的にはほぼ安定している場合、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。一般に、この様な性質を利用したチャネル推定方法をインプリシット・フィードバックと呼び、ダウンリンクで推定したチャネル情報をデジタルデータとして制御情報に収容してアップリンクで通知するエクスプリシット・フィードバックと区別されている。   Generally, the amplification factor and the amount of phase rotation of a high power amplifier and a low noise amplifier have frequency dependence. If the individual difference between the amplification factor and the amount of rotation of the complex phase with frequency dependence is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform a calibration process when estimating downlink channel information from uplink channel information. is there. If the error between the amplification factor and the amount of phase rotation is substantially stable in time, the error between the amplification factor and the amount of phase rotation is measured in advance, and the error is increased using a coefficient for canceling the effect of the error. The link channel information is converted into downlink channel information. In general, a channel estimation method using such a property is called implicit feedback, and is distinguished from explicit feedback in which channel information estimated on the downlink is accommodated in control information as digital data and notified on the uplink. ing.

以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。図9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。図9において、符号25−0〜25−2は無線モジュールを示し、符号21−0〜21−2はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号22−0〜22−2はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号23−0〜23−2は時分割スイッチ(TDD−SW)を示し、符号24−0〜24−2はアンテナ素子を示している。   Hereinafter, an example of the calibration process will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating the asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In FIG. 9, reference numerals 25-0 to 25-2 indicate a wireless module, reference numerals 21-0 to 21-2 indicate a high power amplifier (HPA), and reference numerals 22-0 to 22-2 indicate a low noise amplifier (LNA). Reference numerals 23-0 to 23-2 indicate time division switches (TDD-SW), and reference numerals 24-0 to 24-2 indicate antenna elements.

ここでは、基地局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25−0〜25−2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21−0〜21−2それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#0(f)、ZHPA#1(f)、ZHPA#2(f)だけ変化するものとする。また、各種アンプを通過する際に振幅がA、複素位相がθ回転するとした場合には、その影響はZ=A・ejθの係数で表すことが可能である。信号がローノイズアンプ22−0〜22−2それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相による影響の係数はZLNA#0(f)、ZLNA#1(f)、ZLNA#2(f)で表されるものとする。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サブキャリアに対する周波数「(f)」の表記を行っている。 Here, since only the functions that affect the channel information in the base station apparatus are extracted, configurations other than those illustrated are omitted, but the wireless modules 25-0 to 25-2 include other functions. When the signal passes through each of the high power amplifiers 21-0 to 21-2, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 0 (f k ), Z HPA # 1 (f k ), and Z HPA # 2 (f k ). If the amplitude is A and the complex phase is rotated by θ when passing through various amplifiers, the effect can be represented by a coefficient of Z = A · ejθ . When a signal passes through each of the low-noise amplifiers 22-0 to 22-2, the coefficient of influence due to the amplitude and the complex phase is Z LNA # 0 (f k ), Z LNA # 1 (f k ), and Z LNA # 2 ( f k ). Here, it is assumed that there is frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” for the k-th subcarrier is indicated.

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25−0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25−0のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表され、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25−0のアンテナ素子24−0との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表されている。 Here, for example, channel information when a signal is transmitted from the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 to the test wireless module 25-0 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 25-0 is represented by h 1 (f k ). channel information on the space between the antenna elements 24-2 and the antenna element 24-0 of the radio module 25-0 -2 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25−0に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)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(f)、及びローノイズアンプ22−0の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#0(f)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 25-0 indicates a change in the space h 1 (f k ) accompanying the passage of the high power amplifier 21-1. It is observed as a value multiplied by a coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 0 (f k ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 22-0.

同様に、無線モジュール25−2から無線モジュール25−0に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)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(f)、及びローノイズアンプ22−0の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#0(f)が乗算された値として観測される。 Similarly, channel information when a signal is transmitted from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-0 includes a coefficient Z 2 (f k ) in space indicating a change accompanying the passage of the high power amplifier 21-2. It is observed as a value multiplied by HPA # 2 (f k ) and a coefficient Z LNA # 0 (f k ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 22-0.

したがって、無線モジュール25−1から無線モジュール25−0へのチャネルは、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#0(f)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25−0へのチャネルは、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#0(f)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h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZHPA#2(f)/ZHPA#1(f)の差が発生する。 Therefore, a channel from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-0 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 0 (f k ). The channel from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-0 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 0 (f k ). Therefore, between the radio module 25-1 and the radio module 25-2, in addition to the difference in the channel information h 1 (f k) and h 2 (f k), relatively Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.

この状況は逆方向の通信においても同様であり、無線モジュール25−0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h(f)にハイパワーアンプ21−0の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#0(f)と、ローノイズアンプ22−1の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#1(f)とが乗算された値として観測される。 This situation is the same in the reverse communication. When the signal transmitted from the wireless module 25-0 is received by the wireless module 25-1, the channel information is set to the high power h 1 (f k ) on the space. As a value obtained by multiplying a coefficient Z HPA # 0 (f k ) indicating a change caused by passing through the amplifier 21-0 by a coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating a change caused by passing through the low noise amplifier 22-1. Observed.

同様に、無線モジュール25−0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h(f)にハイパワーアンプ21−0の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#0(f)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(f)とが乗算された値として観測される。 Similarly, when the signal transmitted from the wireless module 25-0 is received by the wireless module 25-2, the channel information indicates a change in the spatial h 2 (f k ) accompanying the passage of the high power amplifier 21-0. The coefficient Z HPA # 0 (f k ) is multiplied by a coefficient Z LNA # 2 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 22-2.

したがって、無線モジュール25−0から無線モジュール25−1へのチャネルは、ZHPA#0(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表される。また、無線モジュール25−0から無線モジュール25−2へのチャネルは、ZHPA#0(f)・h(f)・ZLNA#2(f)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h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZLNA#2(f)/ZLNA#1(f)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-0 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 0 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). The channel from the wireless module 25-0 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 0 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). Therefore, between the radio module 25-1 and the radio module 25-2, in addition to the difference in the channel information h 1 (f k) and h 2 (f k), relatively Z LNA # 2 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ).

上述した様に、基地局装置は、各アンテナ素子に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−2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が、基地局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24−0〜24−2に接続されているローノイズアンプ22−0〜22−2及びハイパワーアンプ21−0〜21−2の個体差の影響をキャンセルする必要がある。   As described above, the base station apparatus can acquire channel information including a change caused by the low noise amplifiers 22-1 to 22-2 connected to each antenna element on the uplink, but the base station apparatus does not Cannot be obtained directly. Therefore, downlink channel information is obtained by conversion from uplink channel information. For this conversion, the effects of individual differences between the low noise amplifiers 22-0 to 22-2 and the high power amplifiers 21-0 to 21-2 connected to the antenna elements 24-0 to 24-2 are cancelled. There is a need.

そこで、基地局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25−0を用意し、試験用の無線モジュール25−0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する。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21−0〜21−2及びローノイズアンプ22−0〜22−2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。   Therefore, in the manufacturing stage of the base station apparatus, a test wireless module 25-0 serving as a reference is prepared, and the antenna terminals of the test wireless module 25-0 and the antenna terminals of the wireless modules 25-1 and 25-2 are prepared. And are connected directly with a cable. In an environment where channel information on the propagation path has a common value, channel information including changes due to the high power amplifiers 21-0 to 21-2 and the low noise amplifiers 22-0 to 22-2 is measured, and the measured channel information is used. To make corrections.

図10は、キャリブレーションの概要を示す図である。図10において、符号26−0〜26−2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9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。   FIG. 10 is a diagram showing an outline of the calibration. In FIG. 10, reference numerals 26-0 to 26-2 indicate antenna terminals, and reference numeral 27 indicates a coaxial cable. Note that the same reference numerals are given to the same functional units as those shown in FIG.

図10(A)は、無線モジュール25−0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10(B)は、無線モジュール25−0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9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10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. 10A shows a configuration in which the wireless module 25-0 and the wireless module 25-1 are connected by a coaxial cable. FIG. 10B illustrates a configuration in which the wireless module 25-0 and the wireless module 25-2 are connected by a coaxial cable. FIG. 9 shows a state where a signal propagates in an actual space, whereas FIG. 10 shows a state where 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25−0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、h(f)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25−0へのチャネル情報は、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#0(f)で表される。無線モジュール25−2から無線モジュール25−0へのチャネル情報は、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#0(f)で表される。
A wireless module 25-1, 25-2, channel information of the coaxial cable 27 as a channel for connecting the wireless module 25-0 is h 0 (f k).
At this time, channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-0 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 0 (f k ). Channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-0 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 0 (f k ).

また、無線モジュール25−0から無線モジュール25−1へのチャネル情報は、ZHPA#0(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−0から無線モジュール25−2へのチャネル情報は、ZHPA#0(f)・h(f)・ZLNA#2(f)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、次の式(10)及び式(11)で表されるキャリブレーション係数C(f)、C(f)を算出しておく。
Channel information from the wireless module 25-0 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 0 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). Channel information from −0 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 0 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ).
Therefore, after measuring these channel information, the calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) represented by the following equations (10) and (11) are calculated.

Figure 0006676745
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Figure 0006676745
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先ほど、無線モジュール25−0から無線モジュール25−1へのチャネル情報はZHPA#0(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−0から無線モジュール25−2へのチャネル情報はZHPA#0・(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表されると説明した。これらに式(10)及び式(11)のキャリブレーション係数C(f)、C(f)を乗算すると次の式(12)及び式(13)が得られる。 The channel information from the wireless module 25-0 to the wireless module 25-1 is expressed as Z HPA # 0 (f k ) · h 1 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ). It has been described that channel information from 0 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 0 · (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 (10) and (11), the following equations (12) and (13) are obtained.

Figure 0006676745
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Figure 0006676745
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式(12)及び式(13)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25−0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25−0へのチャネル情報に一致している。   The right sides of the equations (12) and (13) are the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-0 and the channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-0, as described above. Matches.

この様に、式(10)及び式(11)に相当するキャリブレーション係数を基地局装置の製造段階において取得しておき、これらを基地局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。   As described above, the calibration coefficients corresponding to Expressions (10) and (11) are acquired at the stage of manufacturing the base station device, and are stored in the base station device. Downlink channel information can be calculated from uplink channel information using the coefficient.

なお、以下の説明では、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。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)となる様に基地局装置内及び端末局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であると見なした処理に読み替えることも可能である。特に、振幅の増幅率の周波数依存性は波形歪に直結するため、一般的にはアンプの特性として周波数軸上で概ね定数(フラットな波形)となる様に工業的に設計されている。   The following description focuses on the case where these calibration coefficients are obtained in advance and the values are used in digital signal processing. Naturally, on the analog circuit, the calibration coefficients in the base station apparatus and the base station are set such that all of these calibration coefficients have substantially constant values (if the complex phase is a constant value, the absolute value itself may have a difference). If the adjustment is performed in the terminal station device, it is also possible to read the processing assuming that all the calibration coefficients are 1. In particular, since the frequency dependence of the amplification rate of the amplitude is directly linked to waveform distortion, the amplifier is generally industrially designed to have a substantially constant (flat waveform) on the frequency axis as a characteristic of the amplifier.

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様に、デジタル信号処理におけるFFTの後段(受信時)及びIFFTの前段(送信時)に一括して調整されている場合にも、結果的に式(10)及び式(11)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。   Similarly, in the case where the complex phase of the uplink and the downlink is adjusted to be a constant value, the phase is adjusted collectively at the stage after the FFT (at the time of reception) and the stage before the IFFT (at the time of transmission) in digital signal processing. As a result, the complex phase of the calibration coefficient represented by Expressions (10) and (11) becomes substantially constant for all the antenna elements, so that the same effect can be obtained.

以上は送受信アンテナ素子が1対複数のSIMOチャネルに関するキャリブレーションに関する説明であるが、複数本アンテナ対複数本アンテナのチャネル行列のキャリブレーションの場合には、これを若干補正した形式での説明が必要である。例えば、図11にある様に、送受信アンテナ素子が2本ずつの場合を考える。説明を簡単にするために、左側を基地局装置41、右側を端末局装置51だと見なし、左から右方向の通信であるダウンリンクと、右から左方向の通信であるアップリンクのそれぞれのチャネル行列の関係を整理する。   The above is the description regarding the calibration for the one-to-many transmitting / receiving antenna element SIMO channel. However, in the case of the calibration of the channel matrix of the plural antennas to the plural antennas, it is necessary to explain the correction in a slightly corrected form. It is. For example, as shown in FIG. 11, consider the case where there are two transmitting and receiving antenna elements. For the sake of simplicity, the left side is regarded as the base station apparatus 41 and the right side is regarded as the terminal station apparatus 51, and each of the downlink, which is communication from left to right, and the uplink, which is communication from right to left. Organize the relationship between channel matrices.

まずダウンリンクを考えるとき、受信側の端末局装置51のアンテナ素子で観測されるチャネル情報は、送信アンテナ端と受信アンテナ端の間の空間上のチャネル行列の各成分に加えて、基地局装置41の送信用のハイパワーアンプにおける増幅率及び複素位相の回転量と、端末局装置のローノイズアンプにおける増幅率及び複素位相の回転量が乗算される。これらの回転量は、基地局装置の複数のアンテナ素子に対応する個々のハイパワーアンプごとに異なると共に、端末局装置の複数のアンテナ素子に対応する個々のローノイズアンプごとに異なる。一方、アップリンクにおいては、受信側の基地局装置のアンテナ素子で観測されるチャネル情報は、送信アンテナ端と受信アンテナ端の間の空間上のチャネル行列の各成分に加えて、端末局装置の送信用のハイパワーアンプにおける増幅率及び複素位相の回転量と、基地局装置のローノイズアンプにおける増幅率及び複素位相の回転量が乗算される。これらの回転量は、端末局装置の複数のアンテナ素子に対応する個々のハイパワーアンプごとに異なると共に、基地局装置の複数のアンテナ素子に対応する個々のローノイズアンプごとに異なる。ここで、送信アンテナ端と受信アンテナ端の間の空間上のチャネル行列に関しては、空間の対称性故に各成分の値そのものには変更はないが、アップリンクとダウンリンクでは送信アンテナと受信アンテナが対応するのが基地局装置か端末局装置かの関係が逆転するため、空間上のチャネル行列は行列を転置することでアップリンクとダウンリンクの換算が可能になる。これに加えて、上述のSIMOチャネルにおけるキャリブレーションと同様の処理を行うとするならば、任意の試験用の送受信装置との間で、アップリンクとダウンリンクの間のチャネル状態の換算を行う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行列からダウンリンクのチャネル行列を取得することが可能となる。   First, when considering the downlink, the channel information observed by the antenna element of the terminal station device 51 on the receiving side is obtained by adding the components of the channel matrix in the space between the transmitting antenna end and the receiving antenna end to the base station device. The amplification factor and the rotation amount of the complex phase in the transmission high power amplifier 41 are multiplied by the amplification ratio and the rotation amount of the complex phase in the low noise amplifier of the terminal station device. These amounts of rotation differ for each high-power amplifier corresponding to the plurality of antenna elements of the base station device and for each low-noise amplifier corresponding to the plurality of antenna elements of the terminal station device. On the other hand, in the uplink, the channel information observed by the antenna element of the base station apparatus on the receiving side is added to each component of the channel matrix in the space between the transmitting antenna end and the receiving antenna end, The amplification factor and the rotation amount of the complex phase in the transmission high power amplifier are multiplied by the amplification ratio and the rotation amount of the complex phase in the low noise amplifier of the base station device. These amounts of rotation differ for each high-power amplifier corresponding to the plurality of antenna elements of the terminal station device and for each low-noise amplifier corresponding to the plurality of antenna elements of the base station device. Here, regarding the channel matrix in the space between the transmitting antenna end and the receiving antenna end, the value of each component itself does not change due to spatial symmetry, but in the uplink and downlink, the transmitting antenna and the receiving antenna are different. Since the correspondence between the base station apparatus and the terminal station apparatus is reversed, the transposition of the matrix in the spatial matrix enables the conversion between the uplink and the downlink. In addition to this, if the same processing as the above-described calibration in the SIMO channel is performed, the calibration for converting the channel state between the uplink and the downlink between the transmitting and receiving apparatus for an arbitrary test and the calibration is performed. It is possible to obtain a downlink channel matrix from an uplink channel matrix using the application coefficient.

ここで、θBS−HPA,m (k)を基地局装置の第mアンテナ素子に対応するハイパワーアンプの位相回転量と、ABS−HPA,m (k)を基地局装置の第mアンテナ素子に対応するハイパワーアンプの振幅の増幅量と、θBS−LNA,m (k)を基地局装置の第mアンテナ素子に対応するローノイズアンプの位相回転量と、ABS−LNA,m (k)を基地局装置の第mアンテナ素子に対応するローノイズアンプの振幅の増幅量とする。更にθMT−HPA,m (k)を端末局装置の第mアンテナ素子に対応するハイパワーアンプの位相回転量と、AMT−HPA,m (k)を端末局装置の第mアンテナ素子に対応するハイパワーアンプの振幅の増幅量と、θMT−LNA,m (k)を端末局装置の第mアンテナ素子に対応するローノイズアンプの位相回転量と、AMT−LNA,m (k)を端末局装置の第mアンテナ素子に対応するローノイズアンプの振幅の増幅量とする。また、θTest−HPA (k)を試験用局のハイパワーアンプの位相回転量と、ATest−HPA (k)を試験用局のハイパワーアンプの振幅の増幅量と、θTest−LNA (k)を試験用局の位相回転量と、ATest−LNA (k)を試験用局のローノイズアンプの振幅の増幅量とする。各係数の添え字のBS(基地局装置)及びMT(端末局装置)を一般化してSTA(基地局装置又は端末局装置)として示せば、STAの第mアンテナ素子に関するキャリブレーション係数を式(14)の様に定義し、これを用いてアップリンクのチャネル行列からダウンリンクのチャネル行列を式(15)の様にして取得することが可能になる。 Here, θ BS-HPA, m (k) is the amount of phase rotation of the high-power amplifier corresponding to the m-th antenna element of the base station device, and ABS-HPA, m (k) is the m-th antenna of the base station device. The amplification amount of the amplitude of the high-power amplifier corresponding to the element and θ BS-LNA, m (k) are converted to the phase rotation amount of the low-noise amplifier corresponding to the m-th antenna element of the base station apparatus, and ABS-LNA, m ( Let k) be the amplitude amplification of the low noise amplifier corresponding to the m th antenna element of the base station device. Further, θ MT-HPA, m (k) is used as the phase rotation amount of the high-power amplifier corresponding to the m-th antenna element of the terminal station device, and A MT-HPA, m (k) is used as the m-th antenna element of the terminal station device. The amplification amount of the amplitude of the corresponding high-power amplifier and θ MT-LNA, m (k) are the phase rotation amounts of the low-noise amplifier corresponding to the m-th antenna element of the terminal station device, and A MT-LNA, m (k) Is the amplification amount of the amplitude of the low noise amplifier corresponding to the m-th antenna element of the terminal station device. Further, θ Test-HPA (k) is the phase rotation amount of the high power amplifier of the test station, A Test-HPA (k) is the amplification amount of the amplitude of the high power amplifier of the test station, and θ Test-LNA ( Let k) be the phase rotation amount of the test station and A Test-LNA (k) be the amplification amount of the amplitude of the low noise amplifier of the test station. If the suffixes BS (base station apparatus) and MT (terminal station apparatus) of each coefficient are generalized and indicated as STA (base station apparatus or terminal station apparatus), the calibration coefficient for the m-th antenna element of the STA is expressed by the formula ( 14), and using this, it is possible to obtain the downlink channel matrix from the uplink channel matrix as in equation (15).

Figure 0006676745
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なお一般に、チャネル行列の全ての要素に等しく乗算される係数は、そのチャネル行列の示す伝搬路の特性を評価する場合にも、送受信ウエイト行列(ベクトル)を算出する際にも、全く影響を与えることのない係数として扱うことが可能である。この意味で、式(15)の中には、試験局に関する係数θTest−HPA (k)と、ATest−HPA (k)と、θTest−LNA (k)と、ATest−LNA (k)とが含まれているが、これらの全てはチャネル行列の全要素に等しく乗算される係数であるため、特に送受信ウエイト行列(ベクトル)を求める際にはこの値は特に影響を与えない。更に、送信局側においてベースバンド信号を無線周波数に変換する際のミキサに入力するローカル発振器の信号、及び受信局側において無線周波数の信号をベースバンド信号に変換する際のミキサに入力するローカル発振器の信号のそれぞれの信号の複素位相の状態なども、実際には観測されるチャネル行列の各成分の複素位相に影響を与えるが、全ての係数は全てのアンテナに等しく乗算されるため、これもまたチャネル行列の全成分に等しく係数として乗算されることになる。この係数も送受信ウエイト行列(ベクトル)には影響を与えないため、これらの影響を無視して評価を行うことが可能である。この様に、事前にキャリブレーションの係数が分かっていれば、このキャリブレーション係数を基にアップリンクとダウンリンクの間のチャネル行列の換算が可能となる。また同様に、受信ウエイトベクトルが取得できればその受信ウエイトベクトルにキャリブレーション係数を適用することで、送信ウエイトベクトルを算出することも可能となる。 In general, a coefficient multiplied equally to all elements of a channel matrix has no effect at all when evaluating the characteristics of the propagation path indicated by the channel matrix or when calculating a transmission / reception weight matrix (vector). It can be treated as a coefficient without any In this sense, in Equation (15), the coefficients θ Test-HPA (k) , A Test-HPA (k) , θ Test-LNA (k) , and A Test-LNA (k ) Are included, but since these are all coefficients that are multiplied equally to all elements of the channel matrix, this value has no particular effect particularly when calculating the transmission / reception weight matrix (vector). Furthermore, a local oscillator signal input to a mixer when converting a baseband signal to a radio frequency on the transmitting station side, and a local oscillator signal input to a mixer when converting a radio frequency signal to a baseband signal on the receiving station side The state of the complex phase of each of the signals of the signals also actually affects the complex phase of each component of the observed channel matrix, but since all the coefficients are equally multiplied by all the antennas, this is also Also, all components of the channel matrix are multiplied equally as coefficients. Since this coefficient does not affect the transmission / reception weight matrix (vector), it is possible to perform the evaluation ignoring these effects. As described above, if the calibration coefficient is known in advance, it is possible to convert the channel matrix between the uplink and the downlink based on the calibration coefficient. Similarly, if a reception weight vector can be obtained, a transmission weight vector can be calculated by applying a calibration coefficient to the reception weight vector.

[モバイル・フロントホールにおける無線エントランス]
第4世代の携帯電話においても同様であるが、多数設置する必要性のある基地局装置の保守性の向上や、複数の基地局装置からの協調伝送などを想定すると、基地局装置の大部分の機能(BBU: Base Band Unit)を1か所に集約し、(機能1)デジタル・サンプリング・データからD/A変換によりアナログベースバンド信号の生成、(機能2)アナログベースバンド信号から無線周波数帯の信号へのアップコンバート、(機能3)電力増幅とアンテナからの送信、(機能4)アンテナでの受信と電力増幅、(機能5)無線周波数帯の信号からアナログベースバンド信号へのダウンコンバート、(機能6)アナログベースバンド信号からA/D変換によりデジタル・サンプリング・データの生成、等の機能のみを備えるリモート・レディオ・ヘッド(RRH: Remote Radio Head)のみを分散配置する、クラウド型の無線アクセス網(C-RAN: Centralized Radio Access Network 又は Cloud Radio Access Network)が有効である。これは、所謂「バックホール回線」との対比で「フロントホール」ないしは「モバイル・フロントホール」と呼ばれる技術であり、現在も光ファイバでデジタル・サンプリング・データを伝送するためのインタフェース規格としてCPRI(Common Public Radio Interface)が標準化されている。
[Wireless entrance in mobile fronthaul]
The same applies to the fourth-generation mobile phone. However, assuming that the maintainability of the base station apparatus that needs to be installed in large numbers is improved and that the cooperative transmission from a plurality of base station apparatuses is assumed, most of the base station apparatuses are assumed. Functions (BBU: Base Band Unit) in one place, (Function 1) Generation of analog baseband signal by digital-to-analog conversion from digital sampling data, (Function 2) Radio frequency from analog baseband signal Up-conversion to band signal, (Function 3) Power amplification and transmission from antenna, (Function 4) Reception and power amplification at antenna, (Function 5) Down-conversion from radio frequency band signal to analog baseband signal , (Function 6) A remote radio head having only functions such as generation of digital sampling data from an analog baseband signal by A / D conversion ( A cloud-type radio access network (C-RAN: Centralized Radio Access Network or Cloud Radio Access Network) in which only RRHs (Remote Radio Heads) are distributed is effective. This is a technology called “fronthaul” or “mobile fronthaul” in comparison with a so-called “backhaul line”, and even today, CPRI (Interface Standard) is used as an interface standard for transmitting digital sampling data through an optical fiber. Common Public Radio Interface) has been standardized.

ここで、複数のRRHで協調送信(JT: Joint Transmit)ないしは協調受信(JR: Joint Reception)を行うためには、10−9オーダーの精度で遅延ジッタを抑制し、且つ、光ファイバ上でのビット誤り率は10−12オーダーの高品質、更には100μs以下の低遅延が求められる。このモバイル・フロントホールは光ファイバのみならず無線回線で提供することも可能であるが、その場合には無線回線でありながら遅延ジッタ10−9、ビット誤り率10−12、伝送遅延100μs以下の高品質を実現しなければならない。 Here, in order to perform joint transmission (JT: Joint Transmit) or joint reception (JR: Joint Reception) with a plurality of RRHs, delay jitter is suppressed with an accuracy of the order of 10 −9 and an optical fiber is used. The bit error rate is required to have a high quality of the order of 10 −12 and a low delay of 100 μs or less. This mobile fronthaul can be provided not only by an optical fiber but also by a wireless line. In this case, the mobile fronthaul has a delay jitter of 10 −9 , a bit error rate of 10 −12 , and a transmission delay of 100 μs or less. High quality must be achieved.

既存の無線エントランス装置の中には、大型のパラボラアンテナで40dBiから50dBiの超高利得、高指向性を形成し、このアンテナを対向させることでマルチパス成分を殆ど除外した、非線形歪のない安定した伝送路により光ファイバと同等のビット誤り率10−12を再送制御なしに1回の伝送で実現することを可能とするものが存在する。しかし、上述の様に大規模MIMOを活用して指向性利得を確保する場合には、そのアンテナの冗長性を利用し、通常の空間多重と同様にマルチパス成分を利用することで複数ストリームの多重化を実現することも可能であった。ただし、この様なマルチパス成分を取り込む場合には非線形歪の影響は無視できず、一般には誤り率特性はエラー・フロアを引き、高SNR環境であっても十分低い誤り率を実現することは困難であった。この場合、再送制御を行うことで誤り率特性を改善する必要があるが、一般には再送制御には大きな伝送処理遅延が伴い、100μs以下の低遅延で再送制御を完了することは困難である。更に、超広帯域の大容量伝送において高効率の再送制御をする場合、選択再送制御の処理が煩雑化し、加えて100μs以下という遅延に関する制約から、送信の成功/失敗に係らず、2〜3回程度の送信回数の上限で再送を打ち切って廃棄する処理も必要となる。再送の打ち切りにおいて、送信側と受信側で不整合を起こす原因となり得るが、この送信側と受信側との間の不整合は通信のデッドロック状態につながる。しかし、この様な状態の回避のためのネゴシエーション処理などを行えば、更に処理は複雑化することになり好ましくない。これらの信号処理の煩雑化を回避し、超高速での高能率の再送制御を実現することが求められている。 Among the existing wireless entrance devices, a large parabolic antenna forms an ultra-high gain of 40 dBi to 50 dBi and a high directivity, and by opposing this antenna, multipath components are almost eliminated, and stable without nonlinear distortion. Some transmission lines make it possible to achieve a bit error rate of 10-12 equivalent to that of an optical fiber by one transmission without retransmission control. However, when the directivity gain is ensured by utilizing the large-scale MIMO as described above, the redundancy of the antenna is used, and the multi-path component is used in the same manner as in the normal spatial multiplexing to obtain a plurality of streams. Multiplexing was also possible. However, when such a multipath component is taken in, the effect of nonlinear distortion cannot be ignored, and in general, the error rate characteristic lowers the error floor, and it is difficult to realize a sufficiently low error rate even in a high SNR environment. It was difficult. In this case, it is necessary to improve the error rate characteristics by performing retransmission control. However, generally, retransmission control involves a large transmission processing delay, and it is difficult to complete retransmission control with a low delay of 100 μs or less. Furthermore, in the case of performing high-efficiency retransmission control in ultra-wideband large-capacity transmission, the process of selective retransmission control becomes complicated, and in addition, due to a delay restriction of 100 μs or less, regardless of the success / failure of transmission, two to three times. It is also necessary to terminate the retransmission at the upper limit of the number of transmissions and discard it. When the retransmission is aborted, it may cause inconsistency between the transmitting side and the receiving side, but the inconsistency between the transmitting side and the receiving side leads to a communication deadlock state. However, if negotiation processing or the like for avoiding such a state is performed, the processing is further complicated, which is not preferable. There is a demand for realizing highly efficient retransmission control at an ultra-high speed while avoiding the complication of such signal processing.

このモバイル・フロントホールでは、上述の様にBBUとRRHとの間では、RRHのアンテナ素子から送信すべき信号のデジタル・サンプリング・データを伝送し、RRHにて上記(機能1)から(機能6)の機能を実施し、実際の無線周波数の信号を送受信していた。しかし、第5世代のスモールセル基地局装置において大規模アンテナを用いる場合には、デジタル・サンプリング・データを光ファイバ上で伝送するという従来の手法を踏襲するのであれば、アンテナ素子ごとに、それぞれのデジタル・サンプリング・データを伝送する必要があった。一般に、無線区間において実際に伝送されるべきユーザデータ量に対し、デジタル・サンプリング・データの伝送容量は約16倍と言われており、仮に無線区間で1Gbit/sのデータ伝送を行う場合であっても、モバイル・フロントホール区間では16Gbit/s相当のデジタル・サンプリング・データを伝送しなければならない。しかし、仮に第5世代のスモールセル基地局装置において256素子のアンテナ素子を用いた大規模MIMO技術を採用するのであれば、モバイル・フロントホールで必要となる伝送容量は4Tbit/sとなり、伝送媒体が光ファイバであっても、現時点では非現実的な領域である。一般に、比較的廉価で利用可能なシステムは伝送速度が低くて広く普及したシステムであり、現状では10Gbit/s程度の通信システムである。将来的な技術革新を考慮しても、アンテナ素子数の増大に合わせてモバイル・フロントホール上で伝送すべきデータ容量が発散することは許されず、せめて空間多重する信号系統数分のデジタル・サンプリング・データの容量に収めることが求められる。   In the mobile fronthaul, as described above, between the BBU and the RRH, digital sampling data of a signal to be transmitted from the antenna element of the RRH is transmitted, and the above (Function 1) to (Function 6) are transmitted by the RRH. ) To transmit and receive the actual radio frequency signal. However, when a large-scale antenna is used in the fifth-generation small cell base station apparatus, if the conventional method of transmitting digital sampling data on an optical fiber is followed, each antenna element has Had to be transmitted. In general, the transmission capacity of digital sampling data is said to be about 16 times as large as the amount of user data to be actually transmitted in a wireless section. This is a case where data transmission of 1 Gbit / s is performed in a wireless section. However, digital sampling data corresponding to 16 Gbit / s must be transmitted in the mobile fronthaul section. However, if a large-scale MIMO technology using 256 antenna elements is adopted in the fifth generation small cell base station apparatus, the transmission capacity required for the mobile fronthaul is 4 Tbit / s, and the transmission medium Is an optical fiber at present. In general, a system that can be used at a relatively low price has a low transmission speed and is widely used, and is a communication system of about 10 Gbit / s at present. Considering future technological innovations, the data capacity to be transmitted on the mobile fronthaul is not allowed to diverge as the number of antenna elements increases, and at least digital sampling for the number of spatially multiplexed signal systems -It is required to fit in the data capacity.

この様な視点から、現在ではBBUとRRHとの間の機能配分の見直しが検討されており、上述の(機能1)〜(機能6)の機能に加えて、本来はBBU側にて実施すべき無線信号処理における物理レイヤの変調機能、復調機能に加え、複雑なMIMO信号処理、FFT/IFFT信号処理などをRRH側に実装する検討がなされている。これによりモバイル・フロントホールで伝送すべき情報容量は大幅に圧縮されることになるが、これは本来のモバイル・フロントホールの思想から大分かけ離れたものとなっている。つまり、(機能1)〜(機能6)内には採用する無線システム特有の変復調方式などに特化した機能が含まれないために、将来的なシステムのバージョンアップ時に、BBU側の変更のみでRRHには手を加えずに対応できたものが、上述の様な機能配分の見直しを行ってしまうと、例えばサブキャリア数の変更などの基本的な設計パラメータの変更であっても、バージョンアップのためにはRRHそのものの改造が余儀なくされることになる。   From such a viewpoint, the review of the function allocation between the BBU and the RRH is currently under consideration, and in addition to the functions of (Function 1) to (Function 6) described above, the function is originally implemented on the BBU side. Consideration has been given to mounting complex MIMO signal processing, FFT / IFFT signal processing, and the like on the RRH side in addition to the physical layer modulation function and demodulation function in power signal processing. As a result, the information capacity to be transmitted on the mobile fronthaul is greatly reduced, but this is far from the original idea of the mobile fronthaul. That is, since functions (function 1) to (function 6) do not include a function specialized for the modulation / demodulation method specific to the radio system to be adopted, only a change on the BBU side at the time of a future system version upgrade. What could be handled without any modification to RRH, if the function allocation was reviewed as described above, even if basic design parameters were changed, for example, the number of subcarriers was changed, the version was upgraded. Therefore, the RRH itself must be remodeled.

そこで、大規模MIMOに対応可能でありながら、モバイル・フロントホール上で伝送されるべきデジタル・サンプリング・データの伝送容量を増大させないための工夫が求められている。   Therefore, there is a need for a device that can support large-scale MIMO but does not increase the transmission capacity of digital sampling data to be transmitted on the mobile fronthaul.

以下、モバイル・フロントホールに関する説明を図を基に行う。図12は、従来技術におけるモバイル・フロントホール及びモバイル・バックホールの機能分担の概要を示す図である。特に図12(a)はモバイル・フロントホールを、図12(b)はモバイル・バックホールを表している。ここではネットワーク側からユーザに向けての方向に関する信号の伝送(モバイル・フロントホールであれば、BBUからRRH方向)に関する機能のみを抜粋した。図において、401はMAC層処理回路、402は送信信号処理回路、403は時間軸信号生成回路、404は光インタフェース回路、405は光ファイバ、406は光インタフェース回路、407はD/A変換器、408はRF処理回路、409はアンテナ素子、411−1はBBU、412−1はRRH、414は光インタフェース回路、415は光ファイバ、416は光インタフェース、を表す。MAC層処理回路401、送信信号処理回路402、時間軸信号生成回路403は全体で無線に関するベースバンド信号処理を行う領域400及び410を構成する。   Hereinafter, description of the mobile fronthaul will be made based on the drawings. FIG. 12 is a diagram showing an outline of the division of functions between a mobile fronthaul and a mobile backhaul in the related art. In particular, FIG. 12A shows a mobile fronthaul, and FIG. 12B shows a mobile backhaul. Here, only functions related to signal transmission in the direction from the network side to the user (in the case of a mobile fronthaul, from the BBU to the RRH direction) are extracted. In the figure, 401 is a MAC layer processing circuit, 402 is a transmission signal processing circuit, 403 is a time axis signal generation circuit, 404 is an optical interface circuit, 405 is an optical fiber, 406 is an optical interface circuit, 407 is a D / A converter, 408 denotes an RF processing circuit, 409 denotes an antenna element, 411-1 denotes a BBU, 412-1 denotes an RRH, 414 denotes an optical interface circuit, 415 denotes an optical fiber, and 416 denotes an optical interface. The MAC layer processing circuit 401, the transmission signal processing circuit 402, and the time axis signal generation circuit 403 constitute regions 400 and 410 in which baseband signal processing relating to wireless is performed as a whole.

図12(a)において、ネットワーク側からBBU441−1に送信すべき信号が入力されると、MAC層処理回路401はMAC層の信号処理を行い、無線区間での送受信に用いるフレームフォーマットと、ネットワーク側を流れるデータのフレームフォーマットの変換・終端を行い、無線パケットのフォーマットの信号を送信信号処理回路402に入力する。送信信号処理回路402では、無線信号の送信信号処理を行う。ここでは特に無線区間の伝送方式は限定されず、例えばOFDMを用いるのであれば、必要に応じて誤り訂正の符号化、インタリーブ、サブキャリアごとの変調処理などを行う。この様にして生成した信号は、時間軸信号生成回路403にて時間軸の信号に変換される。例えば、先ほどのOFDMの場合を例に取れば、IFFTを行い周波数軸の信号を時間軸の信号に変換すると共に、ガードインターバルを挿入し、シンボル間の波形整形処理などを施す。この結果、デジタルベースバンド信号の各サンプリング値が時系列で連続する信号に変換される。これらのサンプリング値のデータは、光インタフェース回路404にて所定のフレームフォーマットに変換され、電気信号から光信号に変換されて光ファイバ405に出力される。光ファイバ405に出力された信号はRRH442−1側に伝達され、RRH442−1では光インタフェース回路406にて光信号を電気信号に変換し、所定のフォーマットの信号を終端し、デジタルベースバンド信号としてサンプリング値の情報列を生成する。これをD/A変換器407は所定のクロックレートでアナログベースバンド信号に変換し、RF処理回路408ではアップコンバータで無線周波数の信号に変換し、フィルタにて帯域外輻射信号を除去した後にハイパワーアンプで増幅し、これをアンテナ409より空間に送信する。以上の様に、全体で無線信号の基地局装置に相当する機能を、光ファイバにて仲介されるBBU441−1とRRH442−1に機能を分けて収容する。ここでの特徴は、ネットワーク側の局舎内に備えるBBUに無線のデジタルベースバンド信号処理が集約されているため、無線通信方式の変更が何かあったとしても、全てがBBU側の変更で済むというメリットがある。   In FIG. 12A, when a signal to be transmitted is input to the BBU 441-1 from the network side, the MAC layer processing circuit 401 performs signal processing of the MAC layer, and a frame format used for transmission / reception in a wireless section and a network format. It converts and terminates the frame format of the data flowing on the side, and inputs a signal in the format of a wireless packet to the transmission signal processing circuit 402. The transmission signal processing circuit 402 performs transmission signal processing of a wireless signal. Here, the transmission method in the wireless section is not particularly limited. For example, if OFDM is used, error correction coding, interleaving, modulation processing for each subcarrier, and the like are performed as necessary. The signal generated in this manner is converted to a time-axis signal by the time-axis signal generation circuit 403. For example, taking the case of OFDM as an example, IFFT is performed to convert a signal on the frequency axis into a signal on the time axis, insert a guard interval, and perform waveform shaping processing between symbols. As a result, each sampling value of the digital baseband signal is converted into a signal that is continuous in time series. The data of these sampling values is converted into a predetermined frame format by the optical interface circuit 404, converted from an electric signal to an optical signal, and output to the optical fiber 405. The signal output to the optical fiber 405 is transmitted to the RRH 442-1, where the optical interface circuit 406 converts the optical signal into an electric signal, terminates a signal of a predetermined format, and converts the signal into a digital baseband signal. Generate an information sequence of sampling values. The D / A converter 407 converts the signal to an analog baseband signal at a predetermined clock rate, the RF processing circuit 408 converts the signal to a radio frequency signal using an up-converter, and removes out-of-band radiation signals using a filter. The signal is amplified by a power amplifier and transmitted to a space through an antenna 409. As described above, the functions corresponding to the radio signal base station apparatus as a whole are accommodated separately in the BBU 441-1 and the RRH 442-1 which are mediated by optical fibers. The feature here is that the radio digital baseband signal processing is integrated in the BBU provided in the station building on the network side, so even if there is any change in the wireless communication system, all of the changes are made by the BBU side. There is a merit that it is done.

これに対しモバイル・バックホールでは、図12(a)に対応する構成として図12(b)に示す構成を取る。例えばビルの屋上や電信柱の上などに設置される基地局装置に対し、光ファイバでユーザデータをそのまま伝送し、全てを基地局装置内に閉じて無線信号処理を行う。具体的には、ネットワーク側では光インタフェース回路414から、光ファイバ415を介して基地局装置内の光インタフェース回路416に対して無線回線で送信すべきユーザデータを伝送する。光インタフェース回路416にて光信号を電気信号に変換し、所定のフォーマットの信号を終端し、ユーザデータをMAC層処理回路401に出力する。MAC層処理回路401ではMAC層の信号処理を行い、無線区間での送受信に用いるフレームフォーマットと、ネットワーク側を流れるデータのフレームフォーマットの変換・終端を行い、無線パケットのフォーマットの信号を送信信号処理回路402に入力する。送信信号処理回路402では、無線信号の送信信号処理を行う。ここでは特に無線区間の伝送方式は限定されず、例えばOFDMを用いるのであれば、必要に応じて誤り訂正の符号化、インタリーブ、サブキャリアごとの変調処理などを行う。この様にして生成した信号は、時間軸信号生成回路403にて時間軸の信号に変換される。例えば、先ほどのOFDMの場合を例に取れば、IFFTを行い周波数軸の信号を時間軸の信号に変換すると共に、ガードインターバルを挿入し、シンボル間の波形整形処理などを施す。この結果、デジタルベースバンド信号の各サンプリング値が時系列で連続する信号に変換される。これらのサンプリング値のデータは、D/A変換器407に入力され、D/A変換器407は所定のクロックレートでアナログベースバンド信号に変換し、RF処理回路408ではアップコンバータで無線周波数の信号に変換し、フィルタにて帯域外輻射信号を除去した後にハイパワーアンプで増幅し、これをアンテナ409より空間に送信する。これまで説明してきた基地局装置の信号処理及び回路構成の説明は、このモバイル・バックホールを意識したものである。   On the other hand, the mobile backhaul has a configuration shown in FIG. 12B as a configuration corresponding to FIG. For example, user data is transmitted as it is via an optical fiber to a base station device installed on the roof of a building or on a telephone pole, and all of the user data is closed within the base station device to perform radio signal processing. Specifically, on the network side, user data to be transmitted by a wireless line is transmitted from the optical interface circuit 414 to the optical interface circuit 416 in the base station device via the optical fiber 415. The optical interface circuit 416 converts the optical signal into an electric signal, terminates a signal of a predetermined format, and outputs user data to the MAC layer processing circuit 401. The MAC layer processing circuit 401 performs signal processing of the MAC layer, converts and terminates a frame format used for transmission / reception in a wireless section and a frame format of data flowing on the network side, and converts a signal in a wireless packet format into a transmission signal processing. Input to the circuit 402. The transmission signal processing circuit 402 performs transmission signal processing of a wireless signal. Here, the transmission method in the wireless section is not particularly limited. For example, if OFDM is used, error correction coding, interleaving, modulation processing for each subcarrier, and the like are performed as necessary. The signal generated in this manner is converted to a time-axis signal by the time-axis signal generation circuit 403. For example, taking the case of OFDM as an example, IFFT is performed to convert a signal on the frequency axis into a signal on the time axis, insert a guard interval, and perform waveform shaping processing between symbols. As a result, each sampling value of the digital baseband signal is converted into a signal that is continuous in time series. The data of these sampled values is input to a D / A converter 407, which converts the data into an analog baseband signal at a predetermined clock rate. After removing the out-of-band radiation signal with a filter, the signal is amplified by a high-power amplifier, and the amplified signal is transmitted from an antenna 409 to the space. The description of the signal processing and the circuit configuration of the base station apparatus described so far is based on this mobile backhaul.

以上の図12の説明では、RRH442−1が備えるアンテナ素子は1素子であったが、将来モバイルネットワークでは、多素子のアンテナを用いたMassive MIMO技術の適用が想定されるため、それだけ光ファイバ上で伝送すべき情報量が増えることになる。図13は、多素子アンテナを用いる場合の従来技術におけるモバイル・フロントホール及びモバイル・バックホールの機能分担の概要を示す図である。特に図13(a)はモバイル・フロントホールを、図13(b)はモバイル・バックホールを表している。ここでは図12と同様に、ネットワーク側からユーザに向けての方向に関する信号の伝送(モバイル・フロントホールであれば、BBUからRRH方向)に関する機能のみを抜粋した。図13において、図12と同じものには同様の符号を振っている。図13において、412は送信信号処理回路、424は光インタフェース回路、425は光ファイバ、426は光インタフェース回路、427はD/A変換器、428はRF処理回路、429はアンテナ素子、430は送信ウエイト乗算回路、431は送信ウエイト処理回路、433は時間軸信号生成回路、441−2はBBU、442−2はRRHを表す。MAC層処理回路401、送信信号処理回路412、送信ウエイト乗算回路430、送信ウエイト処理回路431、時間軸信号生成回路433は全体で無線に関するベースバンド信号処理を行う領域420を構成する。同様に、MAC層処理回路401、送信信号処理回路412、送信ウエイト乗算回路430、送信ウエイト処理回路431、時間軸信号生成回路433は全体で無線に関するベースバンド信号処理を行う領域420又は440を構成する。図13(a)において、ネットワーク側からBBU441−2に送信すべき信号が入力されると、MAC層処理回路401はMAC層の信号処理を行い、無線区間での送受信に用いるフレームフォーマットと、ネットワーク側を流れるデータのフレームフォーマットの変換・終端を行い、無線パケットのフォーマットの信号を送信信号処理回路412に入力する。送信信号処理回路412では、無線信号の送信信号処理を行う。ここでは特に無線区間の伝送方式は限定されず、例えばOFDMを用いるのであれば、必要に応じて誤り訂正の符号化、インタリーブ、サブキャリアごとの変調処理などを行う。合わせて、例えばここでは図示していないBBUの受信側において収集した受信ウエイト情報などを、送信信号処理回路412を介して送信ウエイト処理回路431に提供する。送信ウエイト処理回路431では、この受信ウエイト情報などにキャリブレーション処理を施し、送信ウエイトを算出し、これを送信ウエイト乗算回路430に出力する。送信ウエイト乗算回路430では、送信信号処理回路412から入力された送信信号に送信ウエイトを乗算する。ここでの処理は、例えばOFDMを用いる場合では周波数軸上で実施する。すなわち、サブキャリアごとに異なる受信ウエイトを基に算出したサブキャリアごとに異なる送信ウエイトを用い、サブキャリアごとに異なる送信信号にサブキャリアごとに乗算する。この様にして生成した信号は、時間軸信号生成回路433にてアンテナ系統ごとに時間軸の信号に変換される。例えば、先ほどのOFDMの場合を例に取れば、IFFTを行い周波数軸の信号を時間軸の信号に変換すると共に、ガードインターバルを挿入し、シンボル間の波形整形処理などを施す処理を、アンテナ系列ごとに実施する。この結果、デジタルベースバンド信号の各サンプリング値が時系列で連続するアンテナ素子ごとの信号に変換される。これらのサンプリング値のデータは、光インタフェース回路424にて所定のフレームフォーマットに変換され、電気信号から光信号に変換されて光ファイバ425に出力される。ここでは先ほどの図12の場合と異なり、光ファイバ上にはアンテナ素子数分の信号を同時に収容する必要があり、波長多重やTDMや複数の光ファイバを用いるなど、任意の方法で大容量化がなされた光ファイバの伝送路上で伝達され、RRH442−2側入力される。RRH442−2では光インタフェース回路426にて光信号を電気信号に変換し、所定のフォーマットの信号を終端し、デジタルベースバンド信号としてサンプリング値の情報列を生成する。上述の様に、ここではアンテナ素子数分の系統のサンプリング信号が再生される。これをD/A変換器427は所定のクロックレートでアンテナ系統ごとにアナログベースバンド信号に変換し、RF処理回路428ではアンテナ系統ごとに、共通のローカル発振器を用いたアップコンバータで無線周波数の信号に変換し、個別にフィルタにて帯域外輻射信号を除去した後に個別にハイパワーアンプで増幅し、これを個々のアンテナ素子429より空間に送信する。以上の様に、全体で無線信号の基地局装置に相当する機能を、光ファイバにて仲介されるBBU441−2とRRH442−2に機能を分けて収容する。   In the above description of FIG. 12, the number of antenna elements provided in the RRH 442-1 is one. However, in a mobile network in the future, application of the Massive MIMO technology using a multi-element antenna is assumed. Thus, the amount of information to be transmitted increases. FIG. 13 is a diagram showing an outline of the function allocation of the mobile fronthaul and the mobile backhaul in the related art when a multi-element antenna is used. In particular, FIG. 13A shows a mobile fronthaul, and FIG. 13B shows a mobile backhaul. Here, as in FIG. 12, only functions related to signal transmission in the direction from the network side to the user (in the case of a mobile fronthaul, from the BBU to the RRH direction) are extracted. 13, the same components as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals. 13, reference numeral 412 denotes a transmission signal processing circuit, 424 denotes an optical interface circuit, 425 denotes an optical fiber, 426 denotes an optical interface circuit, 427 denotes a D / A converter, 428 denotes an RF processing circuit, 429 denotes an antenna element, and 430 denotes transmission. A weight multiplication circuit, 431 is a transmission weight processing circuit, 433 is a time axis signal generation circuit, 441-2 is BBU, and 442-2 is RRH. The MAC layer processing circuit 401, the transmission signal processing circuit 412, the transmission weight multiplication circuit 430, the transmission weight processing circuit 431, and the time axis signal generation circuit 433 constitute an area 420 for performing baseband signal processing related to wireless as a whole. Similarly, the MAC layer processing circuit 401, the transmission signal processing circuit 412, the transmission weight multiplication circuit 430, the transmission weight processing circuit 431, and the time axis signal generation circuit 433 constitute a region 420 or 440 in which baseband signal processing related to wireless is performed as a whole. I do. In FIG. 13A, when a signal to be transmitted to the BBU 441-2 is input from the network side, the MAC layer processing circuit 401 performs signal processing of the MAC layer, and a frame format used for transmission and reception in a wireless section and a network format. It converts and terminates the frame format of the data flowing on the side, and inputs a signal in the format of a wireless packet to the transmission signal processing circuit 412. The transmission signal processing circuit 412 performs transmission signal processing of a wireless signal. Here, the transmission method in the wireless section is not particularly limited. For example, if OFDM is used, error correction coding, interleaving, modulation processing for each subcarrier, and the like are performed as necessary. At the same time, for example, reception weight information and the like collected on the receiving side of the BBU not shown here are provided to the transmission weight processing circuit 431 via the transmission signal processing circuit 412. The transmission weight processing circuit 431 performs a calibration process on the reception weight information and the like, calculates a transmission weight, and outputs this to the transmission weight multiplication circuit 430. The transmission weight multiplication circuit 430 multiplies the transmission signal input from the transmission signal processing circuit 412 by the transmission weight. The processing here is performed on the frequency axis when, for example, OFDM is used. That is, a different transmission weight is used for each subcarrier calculated based on a different reception weight for each subcarrier, and a transmission signal different for each subcarrier is multiplied for each subcarrier. The signal generated in this manner is converted to a time-axis signal by the time-axis signal generation circuit 433 for each antenna system. For example, taking the case of OFDM as an example, IFFT is performed to convert a frequency-axis signal into a time-axis signal, insert a guard interval, and perform waveform shaping processing between symbols. It is carried out every time. As a result, each sampling value of the digital baseband signal is converted into a signal for each antenna element that is continuous in time series. The data of these sampling values is converted into a predetermined frame format by the optical interface circuit 424, converted from an electric signal to an optical signal, and output to the optical fiber 425. Here, unlike the case of FIG. 12 described above, it is necessary to simultaneously accommodate signals for the number of antenna elements on the optical fiber, and the capacity can be increased by an arbitrary method such as wavelength multiplexing, TDM, or using a plurality of optical fibers. Is transmitted on the transmission path of the optical fiber, and input to the RRH 442-2. In the RRH 442-2, the optical interface circuit 426 converts an optical signal into an electric signal, terminates a signal of a predetermined format, and generates an information sequence of sampling values as a digital baseband signal. As described above, here, the sampling signals of the systems for the number of antenna elements are reproduced. The D / A converter 427 converts the signal into an analog baseband signal for each antenna system at a predetermined clock rate, and the RF processing circuit 428 uses an up-converter using a common local oscillator for each antenna system to output a radio frequency signal. After individually removing out-of-band radiation signals with a filter, the signals are separately amplified by a high-power amplifier and transmitted to the space from the individual antenna elements 429. As described above, the functions corresponding to the radio signal base station apparatus as a whole are accommodated separately in the BBU 441-2 and the RRH 442-2, which are mediated by optical fibers.

以上は、そもそものモバイル・フロントホールのポリシーに則った説明であるが、実際に光ファイバ上に流れる信号の伝送容量を考えると、アンテナ素子数は例えば数セクタのセクタアンテナなど、ごく少数に限られると考えられる。Massive MIMOなどで想定する100本以上のアンテナ素子では、敷設する光ファイバの本数や伝送するデータの容量等を考慮するとコストが膨大なものとなるという考え方が一般的である。   Although the above description is based on the policy of mobile fronthaul, the number of antenna elements is limited to a very small number, such as a sector antenna with several sectors, considering the transmission capacity of the signal actually flowing on the optical fiber. It is thought that it is possible. It is a general idea that the cost is enormous in consideration of the number of optical fibers to be laid, the capacity of data to be transmitted, and the like for 100 or more antenna elements assumed in Massive MIMO or the like.

これに対しモバイル・バックホールでは、図13(a)に対応する構成として図13(b)に示す構成を取る。図12(b)に対し、無線信号処理を行う領域410が、図13(a)の無線信号処理を行う領域420と全く同じ機能の無線信号処理を行う領域440に置き換えられ、それに伴いD/A変換器427以降の処理が図13(a)と同様に、アンテナ系統ごとに行われる以外は全く同様である。ここでの特徴は、基地局装置のアンテナ素子数は増大しているが、光インタフェース回路414から光ファイバ415を介して基地局装置内の光インタフェース回路416までの伝送路上での情報容量は増加していないことである。したがって、上述の図13(a)の様な問題は生じない。しかし、元々、図12(a)の様なモバイル・フロントホールが有益となる課題については何ら解決するものではなく、一般的には光ファイバ上での伝送容量を抑えながら、モバイル・フロントホールの利点をも両立可能な構成が求められていた。   On the other hand, the mobile backhaul adopts the configuration shown in FIG. 13B as a configuration corresponding to FIG. 12B, the area 410 for performing wireless signal processing is replaced with an area 440 for performing wireless signal processing having exactly the same function as the area 420 for performing wireless signal processing in FIG. The processing after the A converter 427 is exactly the same as in FIG. 13A except that it is performed for each antenna system. The feature here is that although the number of antenna elements in the base station device is increasing, the information capacity on the transmission path from the optical interface circuit 414 to the optical interface circuit 416 in the base station device via the optical fiber 415 is increasing. That is not. Therefore, the problem shown in FIG. 13A does not occur. However, originally, the problem in which the mobile fronthaul is useful as shown in FIG. 12A cannot be solved at all. Generally, while suppressing the transmission capacity on the optical fiber, the mobile fronthaul can be reduced. There has been a demand for a configuration that can achieve both advantages.

その様な検討の中で、フロントホールとバックホールの中間的なモバイル・ミッドホールとして、BBUとRRHとの間の機能配分の見直しの検討がなされている。図14に、従来技術におけるモバイル・ミッドホールの構成例を示す。ここでは図12と同様に、ネットワーク側からユーザに向けての方向に関する信号の伝送(BBUからRRH方向)に関する機能のみを抜粋した。図12及び図13と同じものには同様の符号を振っている。MAC層処理回路401、送信信号処理回路412、送信ウエイト乗算回路430、送信ウエイト処理回路431、時間軸信号生成回路433は全体で無線に関するベースバンド信号処理を行う領域445−1及び445−2を構成するが、図12(a)及び図13(a)と異なるのは、MAC層処理回路401はBBU側の領域445−1に、送信信号処理回路412、送信ウエイト乗算回路430、送信ウエイト処理回路431、時間軸信号生成回路433はRRH側の領域445−2に分かれて配置されており、全体の機能配分の見直しが図られている。   In such a study, a review of a function distribution between the BBU and the RRH has been considered as a mobile midhaul intermediate between the fronthaul and the backhaul. FIG. 14 shows a configuration example of a mobile midhaul in the related art. Here, as in FIG. 12, only functions related to signal transmission (from BBU to RRH) from the network side to the user are extracted. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals. The MAC layer processing circuit 401, the transmission signal processing circuit 412, the transmission weight multiplication circuit 430, the transmission weight processing circuit 431, and the time axis signal generation circuit 433 form regions 445-1 and 445-2 for performing baseband signal processing related to wireless as a whole. 12 (a) and FIG. 13 (a), the MAC layer processing circuit 401 includes a transmission signal processing circuit 412, a transmission weight multiplication circuit 430, and a transmission weight processing in an area 445-1 on the BBU side. The circuit 431 and the time axis signal generation circuit 433 are separately arranged in a region 445-2 on the RRH side, and the overall function distribution is reviewed.

以上の機能配分の見直しにより、図14のモバイル・ミッドホールの場合には光ファイバ上での伝送容量が図12(a)と同程度であり、図13(a)の様に情報量が大幅に増大せずに済んでいる。この意味では光ファイバ上での伝送容量の抑制的な効果は十分に得られている。しかし、そもそものモバイル・フロントホールの目的であるRRH442−3側から無線伝送方式に依存する処理を排除し、全ての無線方式に依存する処理をBBU441−3側に集約するという視点で見れば、領域445−2の処理がRRH442−3側に配置されているのは、図12(a)に示すモバイル・フロントホールの構成に比べればフロントホールの目的に十分に適っていない。この意味でフロントホールとバックホールの中間としてミッドホールとの呼ばれ方もしているのであるが、理想的にはRRH側に多数のアンテナ素子を実装しながらも、BBU側に無線伝送方式に依存する処理を集約し、それでいて光ファイバ上に流れる情報容量をバックホールと同程度に抑えることができるのが好ましい。   By reviewing the above function allocation, in the case of the mobile midhaul of FIG. 14, the transmission capacity on the optical fiber is almost the same as that of FIG. 12 (a), and the amount of information is large as shown in FIG. 13 (a). Without having to increase. In this sense, the effect of suppressing the transmission capacity on the optical fiber is sufficiently obtained. However, from the viewpoint of eliminating the processing depending on the wireless transmission method from the RRH 442-3 side, which is the purpose of the mobile fronthaul in the first place, and consolidating all the processing depending on the wireless method on the BBU 441-3 side, The fact that the processing of the area 445-2 is arranged on the RRH 442-3 side is not sufficiently suitable for the purpose of the front hole as compared with the configuration of the mobile front hole shown in FIG. In this sense, it is also called mid-hole as an intermediate point between the front hole and the backhaul. Ideally, many antenna elements are mounted on the RRH side, but the BBU side depends on the wireless transmission system. It is preferable to be able to consolidate the processes to be performed, and still suppress the information capacity flowing on the optical fiber to the same level as the backhaul.

[その他の課題]
マルチパス環境の場合にはマルチパス成分の除去のために、OFDMやSC−FDEなどの技術が一般には有効であることが知られている。しかし、既存のOFDMやSC−FDEなどのシステムでは、一般には基地局装置と無線局装置はそれぞれ非同期の独自のクロック、ローカル発振器を用いており、バーストモードで伝送処理を行う。バーストモードでは、仮にクロックの誤差がある場合でもバーストごとに処理がリセットされるために問題ない。更には、クロックの誤差やローカル発振器の周波数誤差についても、FFTを行う際のサブキャリアごとの直交性を破らない程度の誤差であれば、それ以上の高精度の同期は求められない。したがって、ある程度の周波数誤差が検知されれば、送信側及び受信側のAFC処理により周波数誤差を補正し、それでも残る残留周波数誤差については、例えばOFDMであればパイロットサブキャリアにより位相回転量を推定し、その補正処理を行うことが可能であった。
[Other issues]
It is known that techniques such as OFDM and SC-FDE are generally effective for removing multipath components in a multipath environment. However, in existing systems such as OFDM and SC-FDE, the base station apparatus and the radio station apparatus generally use their own asynchronous clocks and local oscillators, and perform transmission processing in burst mode. In the burst mode, there is no problem because the processing is reset for each burst even if there is a clock error. Further, with respect to the clock error and the frequency error of the local oscillator, if the error does not break the orthogonality of each subcarrier when performing the FFT, further higher-precision synchronization is not required. Therefore, if a certain frequency error is detected, the frequency error is corrected by AFC processing on the transmission side and the reception side, and the remaining frequency error that remains is estimated, for example, in OFDM by estimating the amount of phase rotation using pilot subcarriers. , It was possible to perform the correction processing.

しかし、上述の様にモバイル・フロントホールの場合には遅延のジッタが10−9以下であることが求められ、OFDMやSC−FDEなどのブロック伝送技術では要求される遅延のジッタを満たすことはできなかった。 However, as described above, in the case of the mobile fronthaul, the delay jitter is required to be 10 −9 or less. could not.

更に、70〜80GHzのeバンド帯などの利用を想定すれば、位相雑音の存在する帯域幅がOFDMやSC−FDEなどのサブキャリア間隔よりも広くなり、OFDMシンボル周期よりも短い時間内での複素位相の不確定なふらつきである位相雑音により、OFDMなどのサブキャリア間の直交性を破る成分が無視できないことになる。これはひとえにFFT処理を行うから問題となるものであり、シングルキャリア伝送であればOFDMやSC−FDEなどのブロック伝送の単位となるブロック長よりも短い時間周期でシングルキャリアの信号処理を行うため、位相雑音の累積が大きくなる前に位相の変動成分を補正することが可能であった。しかし、上述の様にMIMOチャネルを活用して空間多重伝送を行うのであれば、各ストリームの信号を分離するための送信及び受信ウエイトはサブキャリアごとに異なる値を持ち、このウエイトの周波数依存性を反映して信号処理を行うためには、受信信号を一旦FFTにより周波数軸上の信号に変換する必要があった。この様に、空間多重の信号分離のためにはFFT処理が必須であるが、FFTを実施すると位相雑音が除去できない状態になってしまい問題である。しかし、FFT処理を実施して周波数軸上の空間分離を行う前の状態では、複数ストリームのシングルキャリアの信号は相互に干渉となるため、シングルキャリアの信号検出は困難となる。この様に、FFT処理を施さずに時間軸上で信号分離ができれば、その後にシングルキャリア信号の信号処理で位相雑音補償が可能になり、その様な技術が求められている。   Further, assuming the use of the e-band of 70 to 80 GHz, the bandwidth in which the phase noise exists becomes wider than the subcarrier interval such as OFDM or SC-FDE, and the bandwidth within the time shorter than the OFDM symbol period is reduced. Due to the phase noise that is an uncertain fluctuation of the complex phase, a component that breaks orthogonality between subcarriers such as OFDM cannot be ignored. This is a problem because the FFT processing is performed only. In the case of single carrier transmission, signal processing of a single carrier is performed in a time period shorter than a block length which is a unit of block transmission such as OFDM or SC-FDE. It was possible to correct the phase fluctuation component before the accumulation of the phase noise became large. However, if spatial multiplexing transmission is performed using the MIMO channel as described above, the transmission and reception weights for separating the signals of each stream have different values for each subcarrier, and the frequency dependence of this weight is different. In order to perform signal processing reflecting the above, it was necessary to temporarily convert the received signal into a signal on the frequency axis by FFT. As described above, the FFT processing is indispensable for the spatial multiplexing signal separation. However, when the FFT is performed, there is a problem that the phase noise cannot be removed. However, before the FFT processing is performed and the spatial separation on the frequency axis is performed, single-carrier signals of a plurality of streams interfere with each other, so that single-carrier signal detection becomes difficult. As described above, if signal separation can be performed on the time axis without performing FFT processing, phase noise compensation can be performed by signal processing of a single carrier signal thereafter, and such a technique is required.

太田厚、黒崎聰、丸田一輝、新井拓人、飯塚正孝、「B−5−175 大規模アンテナ無線エントランスシステムの提案」、電子情報通信学会総合大会講演論文集2013年(通信_1)、2013年3月5日、p.585Atsushi Ota, Satoshi Kurosaki, Kazuki Maruta, Takuto Arai, Masataka Iizuka, "Proposal of B-5-175 Large-scale Antenna Wireless Entrance System," Proc. Of the IEICE General Conference, 2013 (Communication_1), 2013 March 5, p. 585 新井拓人、太田厚、黒崎聰、丸田一輝、飯塚正孝、「B−5−176 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける送受信ウエイト算出法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集2013年(通信_1)、2013年3月5日、p.586Takuto Arai, Atsushi Ota, Satoshi Kurosaki, Kazuki Maruta, Masataka Iizuka, "B-5-176 Calculation Method of Transmit / Receive Weight in Large-Scale Antenna Wireless Entrance System", Proc. Of the IEICE General Conference, 2013 (Communication_1) March 5, 2013, p. 586 丸田一輝、太田厚、黒崎聰、新井拓人、飯塚正孝、「B−5−177 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおけるユーザ間干渉抑圧法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集2013年(通信_1)、2013年3月5日、p.587Kazuki Maruta, Atsushi Ota, Satoshi Kurosaki, Takuto Arai, Masataka Iizuka, "B-5-177 Inter-User Interference Suppression Method in Large-Scale Antenna Wireless Entrance System," Proc. Of the IEICE General Conference, 2013 (Communication_1 ), March 5, 2013, p. 587 黒崎聰、太田厚、丸田一輝、新井拓人、飯塚正孝、「B−5−178 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける低相関スケジューリング法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集2013年(通信_1)、2013年3月5日、p.588Satoshi Kurosaki, Atsushi Ota, Kazuki Maruta, Takuto Arai, Masataka Iizuka, "B-5-178 Low Correlation Scheduling Method in Large-Scale Antenna Wireless Entrance System", Proc. Of the IEICE General Conference, 2013 (Communication_1) March 5, 2013, p. 588 小原辰徳、須山聡、シンキユン、奥村幸彦、「RCS2013−349 高周波数帯を用いた超高速Massive MIMO伝送における固定ビームフォーミングと固有モードプリコーディングの結合処理」、電子情報通信学会技術研究報告、無線通信システム(RCS)、Vol.113、No.456、2014年2月24日、p.259−p.264Tatsunori Ohara, Satoshi Suyama, Shinkiyun, Yukihiko Okumura, "RCS2013-349 Combination processing of fixed beamforming and eigenmode precoding in ultra-high-speed Massive MIMO transmission using high frequency band", IEICE Technical Report, Wireless Communication System (RCS), Vol. 113, No. 456, February 24, 2014, p. 259-p. 264

将来モバイルネットワークで伝送路の大容量化が求められる環境としては、(環境1)モバイルユーザへのアクセス系において、基地局装置からモバイルユーザの端末局装置への大容量伝送、(環境2)スモールセル用無線基地局装置を例えばビルの壁面などに設置する場合、施工上の理由から基地局装置へのエントランス回線を無線化する無線エントランスでの大容量伝送、(環境3)例えば列車内の膨大な数のモバイルユーザのデータを列車内で一旦集約し、この集約されたデータを一括して地上のネットワークに転送するエントランス回線としての無線エントランスの大容量伝送、などが考えられる。(環境1)の場合においては、比較的狭いエリアに存在するユーザへの効率的な伝送の目的から、ビルの壁面や屋上等の高所から真下方向に見下ろす方向でサービスエリアを形成し、端末局装置においては上方からの電波が到達するという物理的な特徴から、見通し環境は概ね確保されており、端末局装置が実装するアンテナ素子も上方からの電波の到来を意識して多少の指向性利得を備えるアンテナを用いるなら、結果的に見通し波が非常に支配的な環境となっている。同様に(環境2)の場合には、設置場所が固定的に設置されていることから、相互に見通し環境を確保し、アンテナ素子も高利得の指向性アンテナを用いることが予想され、(環境1)以上に見通し波が支配的な状況となっている。(環境3)の場合には例えば列車などは移動体であるがために(環境2)ほどの高い指向性アンテナを用いることはできないが、列車の1次元的な移動という特徴を考慮すれば、その1次元的な経路に見合った指向性アンテナを利用し、且つ、線路上に障害物が割り込むことは考えにくく、やはり(環境1)以上に見通し波が支配的であることが期待される。   In an environment where a large capacity of a transmission path is required in a mobile network in the future, (Environment 1) In an access system for a mobile user, large capacity transmission from a base station apparatus to a mobile user terminal station apparatus, (Environment 2) Small For example, when a cell radio base station device is installed on a wall of a building or the like, large-capacity transmission at a radio entrance for making an entrance line to the base station device wireless for construction reasons. For example, large-capacity transmission of a wireless entrance as an entrance line that collects data of a large number of mobile users once in a train and collectively transfers the collected data to a terrestrial network can be considered. In the case of (Environment 1), for the purpose of efficient transmission to a user existing in a relatively small area, a service area is formed in a direction looking directly downward from a high place such as a building wall or a roof, and a terminal is formed. The line-of-sight environment is generally ensured due to the physical characteristics of radio waves arriving from above in the station equipment, and the antenna elements mounted in the terminal station equipment have some directivity in consideration of the arrival of radio waves from above. If an antenna with a gain is used, the line of sight becomes a very dominant environment as a result. Similarly, in the case of (Environment 2), since the installation place is fixedly installed, it is expected that the line-of-sight environment is secured and the antenna element uses a high-gain directional antenna. 1) Line of sight is dominant above. In the case of (Environment 3), for example, a train or the like is a moving body, so a directional antenna as high as (Environment 2) cannot be used. However, considering the feature of one-dimensional movement of a train, It is hard to imagine that a directional antenna suitable for the one-dimensional path is used and that an obstacle is interrupted on the track, and it is expected that the line of sight wave is more dominant than (Environment 1).

ここで、先にも説明をしたが一般にMIMOチャネル行列を利用した空間多重伝送においては反射波が多数存在するマルチパス環境が効果的で、直接の見通し波成分が支配的な場合にはあまり適していないことが知られている。この問題を回避して見通し波が支配的な環境で高次の空間多重伝送をするためには、基地局装置のアンテナ素子を空間的に大規模にする(アンテナ開口長を広げる)ことが一つの選択肢である。つまり、各アンテナ素子間の伝送路上の経路長がランダムに異なる状況を形成することで、擬似的にマルチパス環境に近づけることは可能である。   As described above, in general, in a spatial multiplexing transmission using a MIMO channel matrix, a multipath environment in which a large number of reflected waves exist is effective, and is not particularly suitable when a direct line-of-sight component is dominant. Not known to. In order to avoid this problem and perform high-order spatial multiplexing transmission in an environment where the line-of-sight wave is dominant, it is necessary to increase the size of the antenna element of the base station apparatus spatially (extend the antenna aperture length). There are two options. In other words, it is possible to pseudo approximate a multipath environment by forming a situation where the path lengths on the transmission path between the antenna elements are different at random.

一方、前述した通り、将来モバイルネットワークの中では伝送路の大容量化が求められており、周波数帯域幅を広げての運用を考慮すると、準ミリ波やミリ波等の高い周波数帯での運用が余儀なくされる。ここで注意すべき点は、高い周波数帯を利用した場合には各装置間ないしは装置とアンテナ間を同軸ケーブル等で接続し、このケーブル上で送受信信号等を伝送する場合、ケーブル上での伝送損失が非常に大きくなるという課題がある点である。具体的には、60GHz帯の信号などではケーブルにも依存はするが、1m当たりで15dB程度の損失が見込まれる。   On the other hand, as described above, in the future mobile networks are expected to increase the capacity of transmission lines, and considering operation with a wider frequency bandwidth, operation in higher frequency bands such as quasi-millimeter waves and millimeter waves Is forced. It should be noted here that when using a high frequency band, each device or between the device and the antenna is connected with a coaxial cable or the like, and when transmitting and receiving signals and the like over this cable, transmission over the cable is required. The problem is that the loss becomes very large. Specifically, for a signal in the 60 GHz band or the like, a loss of about 15 dB per meter is expected, although it depends on the cable.

ただでさえ回線設計上の利得として不利となるミリ波帯を用いながら、その回線利得確保のためにアンテナを多数設置しても、そのアンテナの空間的な広がりの間を繋ぐケーブル上で膨大なケーブルロスが発生したのでは意味がない。また更に、回線利得を確保するためにアンテナ素子数を大規模化する場合には、そのアンテナの空間的な広がりの間を膨大な数のケーブルが張り巡らされることになり、その間の伝送損失を低減するために低損失のケーブルを利用するならば、その間のケーブル取り回しはケーブルの曲げなどの設置上の自由度も低く、基地局装置の設置に対する制約は非常に大きくなり、現実的ではなくなる。   Even when using a millimeter-wave band that is disadvantageous as a gain in circuit design, even if a large number of antennas are installed to secure the line gain, a huge amount of There is no point in having a cable loss. Further, when the number of antenna elements is increased to secure the line gain, a huge number of cables are laid over the spatial spread of the antenna, and the transmission loss during that time is reduced. If a low-loss cable is used to reduce the cable length, the cable management during that time has a low degree of freedom in installation such as bending of the cable, and the restriction on the installation of the base station apparatus becomes very large, which is not practical.

つまり、将来モバイルネットワークにおける無線エントランス又はアクセス系において、見通し波が支配的な環境であるにもかかわらず、ミリ波等の高い周波数帯を用いて高次の空間多重により大容量伝送を実現するには、これらの課題を解決して無線システムを構築する必要がある。
また、以上の無線回線に特化した議論に加えて、多数のアンテナ素子を実装した基地局装置への光ファイバを用いたモバイル・フロントホール回線の提供においても、上述の無線のトレンドは無視できない状況である。上述の様に元々モバイル・フロントホール回線でのサンプリングデータの伝送には、実際のユーザデータの情報量の約16倍の容量の光回線が必要となる。5Gモバイルでは、(準)ミリ波帯などの活用などによりユーザデータとして10Gbpsもの大容量化が目標とされるが、その16倍となると160Gbpsの容量がモバイル・フロントホール回線に求められる上、更にアンテナ素子の増大に伴い160Gbps×アンテナ素子数までの大容量化が理屈の上では求められることになる。仮に無線回線の大容量化のスピードと光回線の大容量化の技術開発のスピードが同等であったとしても、このアンテナ素子数分の大容量化は光回線の許容限界を遥かに超えるものであり、コスト的にとても選択可能なものではない。
この様に、将来モバイルネットワークにおける光ファイバを用いたモバイル・フロントホール回線の利用においても、多数のアンテナ素子を備えた無線基地局装置の経済的な敷設のために、これらの課題を解決して光と無線を融合した将来モバイルネットワークを構築する必要がある。
In other words, in the future, in a wireless entrance or access system in a mobile network, even though line-of-sight waves are the dominant environment, high-capacity transmission is realized by high-order spatial multiplexing using high frequency bands such as millimeter waves. It is necessary to construct a wireless system by solving these problems.
In addition, in addition to the above discussion dedicated to wireless links, the provision of mobile fronthaul links using optical fibers to base stations equipped with a large number of antenna elements cannot be ignored in the above wireless trends. The situation. As described above, transmission of sampling data from the mobile fronthaul line originally requires an optical line having a capacity about 16 times the actual amount of user data information. In 5G mobile, it is targeted to increase the capacity of user data to 10 Gbps by utilizing the (quasi) millimeter wave band or the like. If the capacity is increased 16 times, 160 Gbps capacity is required for the mobile fronthaul line, and furthermore, As the number of antenna elements increases, it is theoretically required to increase the capacity up to 160 Gbps × the number of antenna elements. Even if the speed of increasing the capacity of a wireless link is equal to the speed of developing technology for increasing the capacity of an optical link, this increase in the number of antenna elements far exceeds the permissible limit of the optical link. Yes, not very cost-effective.
In this way, even in the future use of mobile fronthaul lines using optical fibers in mobile networks, these problems have been solved in order to economically install wireless base station devices equipped with a large number of antenna elements. It is necessary to build a mobile network that combines light and wireless in the future.

上記事情に鑑み、本発明は、見通し環境における直接波が支配的な状況において帯域の拡大を実現しつつ、多数のアンテナ素子を無線装置側に実装することで無線装置と端末局装置の無線通信の特性を向上しながらも、無線通信の基本機能をベースバンド装置に集約したまま無線装置とベースバンド装置とにおける伝送情報量の増加を抑えることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, the present invention realizes wireless communication between a wireless device and a terminal station device by mounting a large number of antenna elements on the wireless device side while realizing band expansion in a situation where direct waves in a line-of-sight environment are dominant. To provide a wireless communication system and a wireless communication method capable of suppressing an increase in the amount of transmission information between a wireless device and a baseband device while consolidating basic functions of wireless communication in the baseband device while improving characteristics of the wireless communication device It is an object.

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置と有線回線又は無線回線で接続された前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムであって、前記ベースバンド装置は、前記端末局装置へ送信するデータからベースバンド信号のサンプリングデータ列を生成する送信信号処理手段と、前記端末局装置への送信に用いる時間軸における送信ウエイトベクトルを取得する送信ウエイト取得手段と、前記無線装置へ前記送信ウエイトベクトル及び前記サンプリングデータ列を送信する第1の送信手段と、を備え、前記無線装置は、前記ベースバンド装置から前記送信ウエイトベクトル及び前記サンプリングデータ列を受信する第1の受信手段と、前記サンプリングデータ列に対してサンプリングデータごとに前記送信ウエイトベクトルを順次乗算し、乗算結果のベクトルの成分に対応したサンプリングデータをデジタル/アナログ変換を施し、変換により得られたアナログ信号に基づく信号を対応する前記アンテナ素子から無線信号として送信する無線送信手段と、を備える、無線通信システムである。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device connected to the wireless device via a wired line or a wireless line, A terminal station device that wirelessly communicates with the device, a wireless communication system including the baseband device, a transmission signal processing unit that generates a sampling data sequence of a baseband signal from data to be transmitted to the terminal station device, Transmission weight acquisition means for acquiring a transmission weight vector on a time axis used for transmission to the terminal station apparatus, and first transmission means for transmitting the transmission weight vector and the sampling data sequence to the wireless device, The wireless device receives the transmission weight vector and the sampling data sequence from the baseband device First receiving means for sequentially multiplying the sampling data sequence by the transmission weight vector for each sampling data, performing digital / analog conversion on the sampling data corresponding to the vector component of the multiplication result, and obtaining the result by the conversion. Wireless transmission means for transmitting a signal based on the obtained analog signal from the corresponding antenna element as a wireless signal.

本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、データの送信先となる前記端末局装置は複数あり、前記送信信号処理手段は、前記端末局装置それぞれに送信するデータごとに前記サンプリングデータ列を生成し、前記送信ウエイト取得手段は、前記端末局装置ごとに前記送信ウエイトベクトルを算出し、前記無線送信手段は、送信先ごとに、前記サンプリングデータ列に対してサンプリングデータごとに送信先に対応する前記送信ウエイトベクトルを順次乗算し、全ての送信先に対する乗算結果をサンプリングデータごとに加算合成し、合成結果のベクトルの成分に対応したサンプリングデータをデジタル/アナログ変換を施し、変換により得られたアナログ信号に基づく信号を対応する前記アンテナ素子から無線信号として送信する。   According to one aspect of the present invention, in the above wireless communication system, there are a plurality of the terminal station devices to which data is to be transmitted, and the transmission signal processing unit performs the sampling data sequence for each data to be transmitted to each of the terminal station devices. The transmission weight acquisition means calculates the transmission weight vector for each terminal station device, and the wireless transmission means sets, for each transmission destination, the transmission destination for each sampling data for the sampling data sequence. The corresponding transmission weight vectors are sequentially multiplied, the multiplication results for all transmission destinations are added and synthesized for each sampling data, and the sampling data corresponding to the vector component of the synthesis result is subjected to digital / analog conversion and obtained by the conversion. And transmitting a signal based on the analog signal as a radio signal from the corresponding antenna element. .

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置と有線回線又は無線回線で接続された前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムであって、前記無線装置は、前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信手段と、前記ベースバンド装置から時間軸における受信ウエイトベクトルを受信する第2の受信手段と、前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記ベースバンド装置から受信した前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算手段と、前記乗算手段により生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信手段と、を備え、前記ベースバンド装置は、前記無線装置が前記端末局装置からの受信に用いる前記受信ウエイトベクトルを取得する受信ウエイト取得手段と、前記受信ウエイトベクトルを前記無線装置へ送信する第3の送信手段と、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理手段と、を備える、無線通信システムである。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device connected to the wireless device via a wired line or a wireless line, A terminal station device that wirelessly communicates with the device, wherein the wireless device receives a signal transmitted from the terminal station device via each of the antenna elements, and receives the antenna from the received signal. Wireless receiving means for generating a received sampling signal vector sequence which is a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each element; second receiving means for receiving a reception weight vector on the time axis from the baseband device; The reception weight vector received from the baseband device for a sampling signal vector sequence A multiplying unit for sequentially multiplying each sampling data, and a second transmitting unit for transmitting a series of sampling data sequences generated by the multiplying unit to the baseband device, wherein the baseband device is Receiving weight acquisition means for acquiring the reception weight vector used for reception from the terminal station device, third transmission means for transmitting the reception weight vector to the wireless device, and the one system received from the wireless device. And a received signal processing unit for reproducing data transmitted by the terminal station apparatus from the sampled data sequence.

本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記無線装置は、前記端末局装置から送信された既知の信号を前記アンテナ素子それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、前記基準アンテナ素子で受信した前記既知の信号と他の前記アンテナ素子で受信した前記既知の信号との所定のサンプル数に亘る相関値を算出する相関算出手段と、前記相関算出手段により算出された前記アンテナ素子間における前記相関値に関する前記アンテナ素子ごとの情報を前記ベースバンド装置へ送信する第4の送信手段と、を備え、前記ベースバンド装置は、前記相関算出手段により算出された前記アンテナ素子間における前記相関値に関する前記アンテナ素子ごとの情報を前記無線装置から受信する第3の受信手段を備え、前記受信ウエイト取得手段は、前記アンテナ素子間における前記相関値に関する前記アンテナ素子ごとの情報に基づいて前記受信ウエイトベクトルを算出する。   One aspect of the present invention is the wireless communication system described above, wherein the wireless device includes a plurality of the antenna elements based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station device is received by each of the antenna elements. Is a reference antenna element, and a correlation calculation is performed to calculate a correlation value over a predetermined number of samples between the known signal received by the reference antenna element and the known signal received by another antenna element. Means, and a fourth transmission means for transmitting information for each antenna element regarding the correlation value between the antenna elements calculated by the correlation calculation means to the baseband apparatus, the baseband apparatus, The information for each antenna element regarding the correlation value between the antenna elements calculated by the correlation calculation means is transmitted to the radio. A third receiving means for receiving laid et al, the reception weight acquisition means calculates the receiving weight vector based on the information of each antenna element related to the correlation value between the antenna elements.

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムであって、前記無線装置は、前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信手段と、前記端末局装置から送信された既知の信号を前記アンテナ素子それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、前記基準アンテナ素子で受信した前記既知の信号と他の前記アンテナ素子で受信した前記既知の信号との所定のサンプル数に亘る相関値を時間領域で算出する相関算出手段と、前記相関算出手段により算出された前記相関値に基づいて受信ウエイトベクトルを算出する受信ウエイト算出手段と、前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記相関算出手段により算出された前記相関値に基づいて算出された前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算手段と、前記乗算手段により生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信手段と、を備え、前記ベースバンド装置は、前記受信ウエイト算出手段に対して前記相関値及び前記受信ウエイトベクトルの算出を指示し、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理手段、を備える、無線通信システムである。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, which includes a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device, and a terminal station device that wirelessly communicates with the wireless device. In the communication system, the wireless device receives a signal transmitted from the terminal station device via each of the antenna elements, and a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each of the antenna elements from the received signal. A wireless receiving unit that generates a certain received sampling signal vector sequence, and based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station device is received by each of the antenna elements, any one of the plurality of antenna elements As a reference antenna element, the known signal received by the reference antenna element and received by the other antenna elements Correlation calculation means for calculating a correlation value over a predetermined number of samples with the known signal in a time domain, and reception weight calculation means for calculating a reception weight vector based on the correlation value calculated by the correlation calculation means; Multiplication means for sequentially multiplying the reception weight vector calculated based on the correlation value calculated by the correlation calculation means with respect to the reception sampling signal vector sequence for each sampling data; Second transmission means for transmitting a sampling data sequence of a system to the baseband apparatus, the baseband apparatus instructing the reception weight calculation means to calculate the correlation value and the reception weight vector. The terminal station device from the one-system sampling data sequence received from the wireless device. Reception signal processing means for reproducing the signal data comprises a wireless communication system.

本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、データの送信元となる前記端末局装置は複数あり、前記乗算手段は、送信元の前記端末局装置ごとの前記受信ウエイトベクトルそれぞれと前記受信サンプリング信号ベクトル列とをサンプリングデータごとに乗算し、前記第2の送信手段は、送信元の前記端末局装置の数の前記一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信し、前記受信信号処理手段は、送信元の前記端末局装置ごとの前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置それぞれが送信したデータを再生する。   In one aspect of the present invention, in the wireless communication system described above, there are a plurality of the terminal station devices serving as data transmission sources, and the multiplying unit includes the reception weight vectors for each of the transmission source terminal station devices and the reception weight vector. Multiplying a sampling signal vector sequence for each sampling data, the second transmission means transmits the one system of sampling data sequences of the number of the terminal station devices of the transmission source to the baseband device, and The processing unit reproduces the data transmitted by each of the terminal station devices from the one-system sampling data sequence for each of the source terminal station devices.

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置と有線回線又は無線回線で接続された前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記ベースバンド装置が、前記端末局装置へ送信するデータからベースバンド信号のサンプリングデータ列を生成する送信信号処理ステップと、前記ベースバンド装置が、前記端末局装置への送信に用いる時間軸における送信ウエイトベクトルを取得する送信ウエイト取得ステップと、前記ベースバンド装置が、前記無線装置へ前記送信ウエイトベクトル及び前記サンプリングデータ列を送信する第1の送信ステップと、前記無線装置が、前記ベースバンド装置から前記送信ウエイトベクトル及び前記サンプリングデータ列を受信する第1の受信ステップと、前記無線装置が、前記サンプリングデータ列に対してサンプリングデータごとに前記送信ウエイトベクトルを順次乗算し、乗算結果のベクトルの成分に対応したサンプリングデータをデジタル/アナログ変換を施し、変換により得られたアナログ信号に基づく信号を対応する前記アンテナ素子から無線信号として送信する無線送信ステップと、を有する無線通信方法である。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device connected to the wireless device via a wired line or a wireless line, A wireless communication method in a wireless communication system, comprising: a terminal station device that wirelessly communicates with a device, wherein the baseband device generates a sampling data sequence of a baseband signal from data to be transmitted to the terminal station device. A processing step, wherein the baseband device obtains a transmission weight vector on a time axis used for transmission to the terminal station device, and the baseband device transmits the transmission weight vector and the A first transmitting step of transmitting a sampling data sequence; A first receiving step of receiving the transmission weight vector and the sampling data sequence from the command device, and the wireless device sequentially multiplies the sampling data sequence by the transmission weight vector for each sampling data, and calculates a multiplication result. Performing a digital / analog conversion of the sampling data corresponding to the vector component, and transmitting a signal based on the analog signal obtained by the conversion as a wireless signal from the corresponding antenna element. .

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置と有線回線又は無線回線で接続された前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記ベースバンド装置が、前記無線装置が前記端末局装置からの受信に用いる時間軸における受信ウエイトベクトルを取得する受信ウエイト取得ステップと、前記ベースバンド装置が、前記受信ウエイトベクトルを前記無線装置へ送信する第3の送信ステップと、前記無線装置が、前記ベースバンド装置から前記受信ウエイトベクトルを受信する第2の受信ステップと、前記無線装置が、前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信ステップと、前記無線装置が、前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記ベースバンド装置から受信した前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算ステップと、前記無線装置が、前記乗算ステップにおいて生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信ステップと、前記ベースバンド装置が、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理ステップと、を有する無線通信方法である。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device connected to the wireless device via a wired line or a wireless line, A wireless communication method in a wireless communication system, comprising: a terminal station device that wirelessly communicates with a device, wherein the baseband device obtains a reception weight vector on a time axis used by the wireless device for reception from the terminal station device. A receiving weight acquiring step, a third transmitting step in which the baseband device transmits the receiving weight vector to the wireless device, and a second transmitting step in which the wireless device receives the receiving weight vector from the baseband device. Receiving step, the radio apparatus transmits a signal transmitted from the terminal station apparatus to each of the antenna elements Wireless receiving step of generating a received sampling signal vector sequence that is a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each of the antenna elements from the received signal, and the wireless device, the received sampling signal vector sequence A multiplication step of sequentially multiplying the reception weight vector received from the baseband device by the sampling data for each sampling data, and the wireless device transmits one system of sampling data sequence generated in the multiplication step to the baseband device And a reception signal processing step in which the baseband device reproduces data transmitted by the terminal station device from the one-system sampling data sequence received from the wireless device. It is.

本発明の一態様は、第11の実施形態に関し、複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記ベースバンド装置が、前記無線装置に対して相関値及び受信ウエイトベクトルの算出を指示する指示ステップと、前記無線装置が、前記ベースバンド装置から指示を受けると、前記端末局装置から送信された既知の信号を前記アンテナ素子それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、前記基準アンテナ素子で受信した前記既知の信号と他の前記アンテナ素子で受信した前記既知の信号との所定のサンプル数に亘る前記相関値を時間領域で算出する相関算出ステップと、前記相関算出ステップにより算出された前記相関値に基づいて前記受信ウエイトベクトルを算出する受信ウエイト算出ステップと、前記無線装置が、前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信ステップと、前記無線装置が、前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記相関算出ステップにより算出された前記相関値に基づいて算出された前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算ステップと、前記無線装置が、前記乗算ステップにおいて生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信ステップと、前記ベースバンド装置が、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理ステップと、を有する無線通信方法である。   One embodiment of the present invention relates to the eleventh embodiment, which includes a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device, and a terminal station device that wirelessly communicates with the wireless device. A wireless communication method in a communication system, wherein the baseband device instructs the wireless device to calculate a correlation value and a reception weight vector, and the wireless device receives an instruction from the baseband device. Based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station device is received by each of the antenna elements, any one of the plurality of antenna elements is used as a reference antenna element, and received by the reference antenna element. The correlation value over a predetermined number of samples between the known signal obtained and the known signal received by another antenna Calculating a reception weight vector based on the correlation value calculated in the correlation calculation step, a reception weight calculation step of calculating the reception weight vector based on the correlation value, and a signal transmitted from the terminal station device by the wireless device. Receiving via each of the antenna elements, a radio receiving step of generating a received sampling signal vector sequence which is a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each of the antenna elements from the received signal, and the radio apparatus, A multiplication step of sequentially multiplying the reception weight vector calculated based on the correlation value calculated by the correlation calculation step with respect to a reception sampling signal vector sequence for each sampling data; and Sampling of one generated system A second transmission step of transmitting a data sequence to the baseband device; and a reception process in which the baseband device reproduces data transmitted by the terminal station device from the one-system sampling data sequence received from the wireless device. And a signal processing step.

本発明によれば、見通し環境における直接波が支配的な状況において帯域の拡大を実現しつつ、多数のアンテナ素子を無線装置側に実装することで無線装置と端末局装置の無線通信の特性を向上しながらも、無線通信の基本機能をベースバンド装置に集約したまま無線装置とベースバンド装置とにおける伝送情報量の増加を抑えることが可能となる。   According to the present invention, while realizing band expansion in a situation where direct waves are dominant in a line-of-sight environment, by mounting a large number of antenna elements on the wireless device side, the characteristics of wireless communication between the wireless device and the terminal station device can be improved. While improving, it is possible to suppress an increase in the amount of transmission information between the wireless device and the baseband device while integrating the basic functions of the wireless communication into the baseband device.

MIMO伝送の例の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of an example of MIMO transmission. 固有モード伝送の例の概念図である。It is a conceptual diagram of the example of an eigenmode transmission. 大規模アンテナシステムの例の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of an example of a large-scale antenna system. 見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答の例を表す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an impulse response in a line-of-sight environment and a non-line-of-sight environment. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a base station device in a multi-user MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置における送信部の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a transmission unit in a base station device in a multi-user MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置における受信部の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a receiving unit in a base station device in a multi-user MIMO system. チャネル行列ごとの特異値の絶対値の分布特性の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of distribution characteristics of absolute values of singular values for each channel matrix. 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の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of asymmetry of channel information between an uplink and a downlink. キャリブレーションの例の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of an example of calibration. 複数対複数のチャネル行列のキャリブレーションの例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of calibration of a plurality of channel matrices. モバイル・フロントホール及びモバイル・バックホールの機能分担の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a function allocation of a mobile fronthaul and a mobile backhaul. 多素子アンテナを用いる場合の従来技術におけるモバイル・フロントホール及びモバイル・バックホールの機能分担の概要を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an outline of a function allocation of a mobile fronthaul and a mobile backhaul in the related art when using a multi-element antenna. モバイル・ミッドホールの構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a mobile midhaul. 第1の実施形態における、基地局装置の100本のアンテナ素子が等間隔に配置されたリニアアレーの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a linear array in which 100 antenna elements of a base station device are arranged at equal intervals in the first embodiment. 第1の実施形態における、基地局装置の100本のアンテナ素子が25本ごとの4個のグループに分けて配置されたリニアアレーの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a linear array in which 100 antenna elements of the base station device are arranged in four groups of 25 each in the first embodiment. 第1の実施形態における、基地局装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a base station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、基地局装置の第1の送信信号処理部の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a first transmission signal processing unit of the base station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、基地局装置の第1の受信信号処理部の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a first reception signal processing unit of the base station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、端末局装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of a terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、端末局装置の送信部の構成の第1例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a first example of a configuration of a transmission unit of the terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、端末局装置の受信部の構成の第1例を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a first example of a configuration of a receiving unit of the terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、端末局装置の受信部の構成の第2例を示す概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a second example of the configuration of the receiving unit of the terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、基地局装置の第2の受信信号処理部ないしは端末局装置の第2の受信信号処理回路の装置構成の例を示す概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating an example of a device configuration of a second reception signal processing unit of the base station device or a second reception signal processing circuit of the terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、端末局装置の送信部の構成の第2例を示す概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a second example of the configuration of the transmission unit of the terminal station device according to the first embodiment. 第1の実施形態における、信号送信時の信号処理フローの概要を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an outline of a signal processing flow at the time of signal transmission in the first embodiment. 第1の実施形態における、信号受信時の信号処理フローの第1例の概要を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an outline of a first example of a signal processing flow at the time of signal reception in the first embodiment. 第1の実施形態における、信号受信時の信号処理フローの第2例の概要を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an outline of a second example of a signal processing flow at the time of signal reception in the first embodiment. 第2の実施形態における、基地局装置に4本のパラボラアンテナ、端末局装置に16本のアンテナ素子をリニアアレー状に実装したケースの第1例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a first example of a case in which four parabolic antennas are mounted on a base station device and 16 antenna elements are mounted on a terminal station device in a linear array according to the second embodiment. 第2の実施形態における、基地局装置側のあるパラボラアンテナからの端末局装置側のアンテナ素子ごとの経路差の例を示す図である。It is a figure in the 2nd Embodiment which shows the example of the path difference for every antenna element on the terminal station apparatus side from a certain parabolic antenna on the base station apparatus side. 第2の実施形態における、基地局装置に4本のパラボラアンテナ、端末局装置に16本のアンテナ素子をリニアアレー状に実装したケースの第2例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a second example of a case in which four parabolic antennas are mounted on a base station device and 16 antenna elements are mounted on a terminal station device in a linear array according to the second embodiment. 第3の実施形態における、統括基地局装置からサテライト基地局装置への信号の送受信を無線回線で実現する第1例を示す図である。It is a figure in the 3rd Embodiment which shows the 1st example which realizes transmission and reception of a signal from a control base station device to a satellite base station device by a radio line. 第3の実施形態における、統括基地局装置からサテライト基地局装置への信号の送受信を無線回線で実現する第2例を示す図である。It is a figure in the 3rd Embodiment which shows the 2nd example which realizes transmission and reception of a signal from a control base station device to a satellite base station device by a radio line. 第3の実施形態における、統括基地局装置とサテライト基地局装置との間の信号処理と、サテライト基地局装置と端末局装置との間の信号処理との概要を示す図である。It is a figure in the 3rd Embodiment which shows the outline of the signal processing between a control base station apparatus and a satellite base station apparatus, and the signal processing between a satellite base station apparatus and a terminal station apparatus. 第3の実施形態における、サテライト基地局装置の回路構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a circuit configuration of a satellite base station device according to a third embodiment. 第4の実施形態における無線通信システムの構成の概要を示す。14 shows an outline of a configuration of a wireless communication system according to a fourth embodiment. 第4の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルにおける信号処理の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of signal processing in the train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the 1st singular value in a 4th embodiment. 第4の実施形態における座標情報及びチャネル情報を取得した後に行うオフラインの信号処理の概要を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an outline of offline signal processing performed after acquiring coordinate information and channel information in a fourth embodiment. 第4の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルにおける別の信号処理の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of another signal processing in the train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the 1st singular value in a 4th embodiment. 第4の実施形態における座標情報及びチャネル情報を取得した後に行うオフラインの別の信号処理の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of another signal processing of off-line performed after acquiring coordinate information and channel information in a 4th embodiment. 第4の実施形態の無線通信システムにおけるサービス運用中における座標情報から送受信ウエイトベクトルを取得する場合の信号処理の例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of signal processing when a transmission / reception weight vector is acquired from coordinate information during service operation in the wireless communication system according to the fourth embodiment. 第4の実施形態における基地局装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing the example of composition of the base station device in a 4th embodiment. 第4の実施形態における端末局装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing the example of composition of the terminal station unit in a 4th embodiment. 第5の実施形態における関数F(α)を示すグラフである。15 is a graph illustrating a function F (α) according to the fifth embodiment. 第5の実施形態における干渉信号の除去方法を説明する図である。It is a figure explaining the removal method of the interference signal in a 5th embodiment. 第5の実施形態の無線通信システムにおける時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイト取得の処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows processing of transmission-and-reception weight acquisition of time axis beamforming in the radio communications system of a 5th embodiment. 第5の実施形態における基地局装置が備える第1の送信信号処理部の構成例を示す図である。It is a figure showing the example of composition of the 1st transmission signal processing part with which the base station device in a 5th embodiment is provided. 第5の実施形態における基地局装置の第1の受信信号処理部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing the example of composition of the 1st received signal processing part of the base station device in a 5th embodiment. 第5の明実施形態における端末局装置が備える送信部の回路構成の例を示すブロック図である。FIG. 21 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a transmission unit included in a terminal station device according to the fifth embodiment. 第5の実施形態における端末局装置の受信部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing the example of composition of the receiving part of the terminal station unit in a 5th embodiment. 複数のアンテナ素子で受信した受信信号の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of a reception signal received by a plurality of antenna elements. 限定的なサブキャリアによるチャネル推定の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of channel estimation using limited subcarriers. 第6の実施形態におけるチャネル行列取得の近似解法の処理動作を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows processing operation of an approximate solution of channel matrix acquisition in a 6th embodiment. 複数アンテナを用いたチャネル行列の近似解法の処理動作を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a processing operation of an approximate solution method of a channel matrix using a plurality of antennas. 双方向のチャネル推定結果からチャネル行列の近似解を求める処理動作を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a processing operation for obtaining an approximate solution of a channel matrix from a bidirectional channel estimation result. シミュレーションによる分布特性を評価した結果示す図である。It is a figure showing the result of having evaluated distribution characteristics by simulation. 重心から離れたアンテナを用いた送受信ウエイトベクトル近似解における利得特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating gain characteristics in an approximate solution of transmission and reception weight vectors using an antenna distant from the center of gravity. リニアアレーを用いる場合のトレーニング信号の送信に用いるアンテナ素子の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an antenna element used for transmitting a training signal when a linear array is used. 最密充填状の2次元アンテナ配置を用いる場合のトレーニング信号の送信に用いるアンテナ素子の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an antenna element used for transmitting a training signal when a two-dimensional antenna arrangement in a close-packed state is used. リニアアレーの重心付近にトレーニング信号送信用のアンテナ素子を追加する場合の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a case where an antenna element for transmitting a training signal is added near the center of gravity of a linear array. 近似ウエイト値の線形補間の具体例を示す図である。It is a figure showing the example of linear interpolation of an approximate weight value. 近似ウエイト値の線形補間における複素位相オフセットの判定処理の動作を示すフローチャートである。11 is a flowchart illustrating an operation of a process of determining a complex phase offset in linear interpolation of an approximate weight value. 複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法の処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing operation of the approximate solution of the weight vector corresponding to several 1st singular values. 同一エリア内に存在する複数のスモールセル間での同時チャネル推定を行う装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure which performs the simultaneous channel estimation between several small cells which exist in the same area. 第8の実施形態におけるフレーム構成の例を示す図である。It is a figure showing the example of the frame composition in an 8th embodiment. エリア内に新たに入ってきた端末局装置と基地局装置の間の通信開始のための処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing operation | movement for the communication start between the terminal station apparatus and the base station apparatus which newly entered into the area. 基地局装置の送受信信号処理動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a transmission / reception signal processing operation of the base station device. 端末局装置の送受信信号処理動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a transmission / reception signal processing operation of the terminal station device. 前提条件となるフレーム構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a frame configuration serving as a precondition. トレーニング信号を省略し、データペイロードのみで通信を行う例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which a training signal is omitted and communication is performed using only a data payload. 他の第2の受信ウエイト行列算出の処理動作を示すフローチャートである。15 is a flowchart showing another second reception weight matrix calculation processing operation. 時間軸ビームフォーミングの他の信号処理動作を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating another signal processing operation of time-axis beam forming. 第10の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置及び端末局装置の構成を示す図である。It is a figure in 10th Embodiment which shows the structure of the base station apparatus at the time of multi-user MIMO application, and a terminal station apparatus. 第10の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置の第1の送信信号処理部の回路構成を表す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a circuit configuration of a first transmission signal processing unit of a base station device when a multi-user MIMO is applied in a tenth embodiment. 第10の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置の第1の受信信号処理部の回路構成を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a circuit configuration of a first reception signal processing unit of a base station device when multi-user MIMO is applied in a tenth embodiment. 第11の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of the function allotment of the mobile fronthaul using the virtual transmission way corresponding to the 1st singular value in an 11th embodiment. 第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要(ダウンリンク)を示す図である。It is a figure showing the outline (downlink) of the function allotment of the mobile fronthaul using the virtual transmission path corresponding to a plurality of 1st singular values in an 11th embodiment. 第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。FIG. 39 is a diagram illustrating an outline (uplink) of function sharing of a mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. 第11の実施形態における相関検出回路の概要を示す図である。It is a figure showing the outline of the correlation detection circuit in an eleventh embodiment. 第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた別のモバイル・フロントホールの機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。FIG. 41 is a diagram illustrating an outline (uplink) of another mobile fronthaul function sharing using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. 第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールのマルチユーザMIMO適用時の機能分担の概要(ダウンリンク)を示す図である。FIG. 39 is a diagram illustrating an overview (downlink) of function sharing when multi-user MIMO is applied to a mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. 第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールのマルチユーザMIMO適用時の機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。FIG. 41 is a diagram illustrating an overview (uplink) of function sharing when multi-user MIMO is applied to a mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. 実施形態における、第1の信号処理部と第2の信号処理部とをアクセス系に適用する場合の構成の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration in a case where a first signal processing unit and a second signal processing unit are applied to an access system in the embodiment.

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
以下の実施形態における記号を説明する。
SDM:空間多重数。
N、M、N’、M’:自然数。
i、j、m、n:主としてアンテナ素子等の通し番号(一般的な整数)。
k:サブキャリアの番号(周波数成分の番号)。
BS−Ant:基地局装置のアンテナ素子の総数。
N’BS−Ant:基地局装置の第1の送信信号処理部又は第1の受信信号処理部が備えるアンテナ素子の数。
MT−Ant:端末局装置のアンテナ素子の数。
Ant:基地局装置又は端末局装置のアンテナ素子の数。
SC:サブキャリアの数。
FFT:FFTのポイントの数。
L:距離。
K:ライス係数。
λ:第kサブキャリアの波長。
ji:送信側の第iアンテナ素子と、受信側の第jアンテナ素子との間の距離。
ji、h’ji:送信側の第iアンテナ素子と、受信側の第jアンテナ素子との間のチャネル情報(周波数依存性を持つため、説明上で必要があれば第k周波数成分であることを明示的に示す場合もある)。
d:アンテナ素子同士の間隔。
Δdmn:第nアンテナ素子と第mアンテナ素子の間隔。
ΔL:第1アンテナ素子を基準とした第mアンテナ素子の経路長差。
c:光速(3×10m/s)。
:無線信号の中心周波数[Hz]。
:ベースバンド信号の第kサブキャリアの周波数[Hz]。
t:時刻。
W:帯域幅[Hz]。
Δt:サンプリング周期(Δt=1/W)。
ψ(t)、Φ(t):時刻tにおける第jアンテナ素子での受信信号(サンプリング値)。
φ (k)(t):時刻tにおける第jアンテナ素子での第kサブキャリアの受信信号(サンプリング値の中の所定のサブキャリアに着目した値)。
η:最小二乗法を用いる場合の2π周期の複素位相を考慮した第kサブキャリアのオフセット値。
:第m左特異ベクトル。
:第m右特異ベクトル。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The symbols in the following embodiments will be described.
N SDM : number of spatial multiplexing.
N, M, N ', M': natural numbers.
i, j, m, n: serial numbers of antenna elements and the like (general integers).
k: Subcarrier number (frequency component number).
N BS-Ant : The total number of antenna elements of the base station device.
N'BS-Ant : Number of antenna elements provided in the first transmission signal processing unit or the first reception signal processing unit of the base station device.
N MT-Ant : Number of antenna elements of the terminal station device.
N Ant : Number of antenna elements of the base station device or the terminal station device.
N SC : number of subcarriers.
N FFT : number of points in FFT.
L: distance.
K: Rice coefficient.
λ k : wavelength of the k-th subcarrier.
r ji : the distance between the i-th antenna element on the transmitting side and the j-th antenna element on the receiving side.
h ji , h ′ ji : channel information between the i-th antenna element on the transmitting side and the j-th antenna element on the receiving side (since it has frequency dependency, it is the k-th frequency component if necessary for the description) In some cases).
d: spacing between antenna elements.
Δd mn : distance between the n-th antenna element and the m-th antenna element.
ΔL m : path length difference of the m-th antenna element with respect to the first antenna element.
c: Speed of light (3 × 10 8 m / s).
f c: the center frequency of the radio signal [Hz].
f k : frequency [Hz] of the k-th subcarrier of the baseband signal.
t: time.
W: bandwidth [Hz].
Δt: sampling period (Δt = 1 / W).
j j (t), Φ j (t): received signal (sampling value) at the j-th antenna element at time t.
φ j (k) (t): a received signal of the k-th subcarrier at the j-th antenna element at time t (a value focusing on a predetermined subcarrier in the sampling values).
η k : Offset value of the k-th subcarrier in consideration of the complex phase of 2π period when using the least squares method.
u m : m-th left singular vector.
v m : m-th right singular vector.

[第1の実施形態]
[複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた空間多重伝送]
(第1の実施形態に係る基本原理の概要)
図8でも説明した様に、図8(b)の様な見通し波が支配的な環境の場合には第1特異値と第2特異値の絶対値の間のギャップが大きくなり、第2特異値以上の特異値に相当する伝送路を利用する場合には、ほんの僅かな反射波によるHi.i.d.の成分を用いて稼いだ僅かな回線利得により通信を行うことになる。しかし、例えばビルの壁面に設置された基地局装置から下方の限定的なスモールセルのエリア内を照射する場合には、基地局装置側は指向性利得の高いアンテナを実装する。更に、波長の短いミリ波等の特徴を利用して、指向性利得を得ることが可能な小型のアンテナ素子が端末局装置側に実装されることが予想される状況では、送信側・受信側双方がオムニ指向性のアンテナを実装するマイクロ波帯のシステムなどに比べて、マルチパス成分は非常に限定的となることが予想される。そこで、見通し波のみを考慮した場合のMIMO伝送の特性を整理する。
[First Embodiment]
[Spatial multiplexing transmission using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values]
(Overview of Basic Principle According to First Embodiment)
As described with reference to FIG. 8, in an environment where the line-of-sight wave is dominant as shown in FIG. When a transmission path corresponding to a singular value equal to or larger than the value is used, Hi . i. Communication is performed with the slight line gain obtained using the component d . However, for example, when irradiating a limited small cell area below from a base station device installed on a wall surface of a building, the base station device side mounts an antenna having a high directivity gain. Further, in a situation where it is expected that a small antenna element capable of obtaining a directional gain by utilizing features such as a millimeter wave having a short wavelength is mounted on the terminal station apparatus side, the transmitting side and the receiving side It is expected that the multipath component will be very limited as compared with a microwave band system in which both are equipped with omni-directional antennas. Therefore, the characteristics of MIMO transmission when only the line of sight wave is considered will be summarized.

図15は、基地局装置の100本のアンテナ素子が等間隔に配置されたリニアアレーの例を示す図である。図15において、符号40は無線通信システムであり、符号301は基地局装置であり、符号302は端末局装置である。図15では、基地局装置301の100本のアンテナ素子は、リニアアレー状に実装されている。基地局装置301の100本のアンテナ素子は、長さDに亘って等間隔に配置されている。また、端末局装置302の16本のアンテナ素子は、長さDに亘ってリニアアレー状に等間隔に配置されている。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a linear array in which 100 antenna elements of the base station device are arranged at equal intervals. In FIG. 15, reference numeral 40 denotes a wireless communication system, reference numeral 301 denotes a base station device, and reference numeral 302 denotes a terminal station device. In FIG. 15, 100 antenna elements of the base station apparatus 301 are mounted in a linear array. 100 antenna elements of the base station apparatus 301 is arranged at regular intervals over the length D 1. Further, 16 of the antenna element of the terminal station device 302 is equally spaced linear array shape over the length D 2.

図16は、基地局装置の100本のアンテナ素子が25本ごとの4個のグループに分けて配置されたリニアアレーの例を示す図である。図16において、符号50は無線通信システムであり、符号303は基地局装置、符号302は端末局装置、符号304−1〜304−4は第1の信号処理部、符号305は第2の信号処理部(厳密にはインタフェース回路、MAC層処理回路、通信制御回路などのその他の基地局装置機能を含む)である。図16では、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、25本のアンテナ素子ごとの4個のグループに分けられている。同じグループの25本のアンテナ素子は、図15の場合に比べて非常に狭い間隔で、長さDよりも短い長さDに亘って、リニアアレー状に配置されている。 FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a linear array in which 100 antenna elements of the base station apparatus are arranged in groups of four every 25 antenna elements. 16, reference numeral 50 denotes a wireless communication system, reference numeral 303 denotes a base station device, reference numeral 302 denotes a terminal station device, reference numerals 304-1 to 304-4 denote first signal processing units, and reference numeral 305 denotes a second signal. A processing unit (strictly including other base station device functions such as an interface circuit, a MAC layer processing circuit, and a communication control circuit); In FIG. 16, the 100 antenna elements of the base station device 303 are divided into four groups for each of the 25 antenna elements. 25 antenna elements in the same group, in a very narrow interval as compared with the case of FIG. 15, over a short length D 3 than the length D 1, are arranged in a linear array form.

図16では、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、グループ(25本のアンテナ素子)ごとに、リニアアレー状に実装されている。すなわち、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、第1の信号処理部304ごとに、リニアアレー状に実装されている。第1の信号処理部304−1〜304−4は、信号処理により、グループ(25本のアンテナ素子)ごとに一つの指向性ビームを形成する。また、端末局装置302の16本のアンテナ素子は、長さDに亘ってリニアアレー状に等間隔に配置されている。 In FIG. 16, the 100 antenna elements of the base station apparatus 303 are mounted in a linear array for each group (25 antenna elements). That is, the 100 antenna elements of the base station device 303 are mounted in a linear array for each first signal processing unit 304. The first signal processing units 304-1 to 304-4 form one directional beam for each group (25 antenna elements) by signal processing. Further, 16 of the antenna element of the terminal station device 302 is equally spaced linear array shape over the length D 2.

ここで、図15と図16とに示すふたつのケースのそれぞれにおいて、四つの信号系統を空間多重(4多重)して伝送する場合の伝送特性を比較する。伝送の特性の把握は、図2(c)に示す各伝送路の利得により把握可能で、これはチャネル行列の特異値分解を行った特異値の絶対値の2乗値に相当する。図15に示すケースでは、例えばダウンリンクを想定し、基地局装置301が送信局11、端末局装置302が受信局12であるものとすれば、チャネル行列のサイズは16×100となる。この行列に対して特異値分解を行う。   Here, in each of the two cases shown in FIG. 15 and FIG. 16, the transmission characteristics in the case where four signal systems are spatially multiplexed (four multiplexed) and transmitted are compared. The transmission characteristics can be grasped by the gain of each transmission line shown in FIG. 2C, which corresponds to the square of the absolute value of the singular value obtained by performing the singular value decomposition of the channel matrix. In the case shown in FIG. 15, for example, assuming a downlink and assuming that the base station apparatus 301 is the transmitting station 11 and the terminal station apparatus 302 is the receiving station 12, the size of the channel matrix is 16 × 100. Perform singular value decomposition on this matrix.

一方、図16に示すケースでは下記の手順を想定し、その特性を把握する。まず、基地局装置303は、基地局装置303の各25本のアンテナ素子と、端末局装置302の16本のアンテナ素子とにより形成される16×25のチャネル行列(ダウンリンクの場合)を基に特異値分解を行い、第1右特異ベクトルを用いて送信する、と仮定する。具体的には、基地局装置303は、第1の信号処理部304−1〜304−4に接続された各25本のアンテナ素子と、端末局装置302の16本のアンテナ素子の間の部分チャネル行列H〜Hを特異値分解する。部分チャネル行列H〜Hを、式(16)に示す。 On the other hand, in the case shown in FIG. 16, the following procedure is assumed, and its characteristics are grasped. First, the base station apparatus 303 is based on a 16 × 25 channel matrix (in the case of downlink) formed by 25 antenna elements of the base station apparatus 303 and 16 antenna elements of the terminal station apparatus 302. , And transmit using the first right singular vector. Specifically, the base station apparatus 303 includes a portion between each of the 25 antenna elements connected to the first signal processing sections 304-1 to 304-4 and the 16 antenna elements of the terminal station apparatus 302. Singular value decomposition is performed on the channel matrices H 1 to H 4 . Equations (16) show the partial channel matrices H 1 to H 4 .

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここでの各部分チャネル行列H〜Hは16×25の行列である。したがって、各右特異ベクトルを形成するvijはそれぞれ25次元ベクトルであり、四つのグループのアンテナ群のi番目のグループの中の第j特異値に対応する右特異ベクトルを表している。同様に、各左特異ベクトルを形成するuijはそれぞれ16次元ベクトルであり、四つのグループのアンテナ群のi番目のグループの中の第j特異値に対応する左特異ベクトルを表しているここで、基地局装置303の全アンテナ素子と端末局装置302との間の全体チャネル行列を、式(17)に示す。 Here, each of the partial channel matrices H 1 to H 4 is a 16 × 25 matrix. Therefore, v ij forming each right singular vector is a 25-dimensional vector, and represents the right singular vector corresponding to the j-th singular value in the ith group of the four groups of antennas. Similarly, u ij forming each left singular vector is a 16-dimensional vector, and represents the left singular vector corresponding to the j-th singular value in the ith group of the four groups of antennas. Equation (17) shows the overall channel matrix between all the antenna elements of the base station apparatus 303 and the terminal station apparatus 302.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここでの送信ウエイト行列WTxを、式(18)に示す。 The transmission weight matrix WTx here is shown in equation (18).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここでは表記の都合上、送信ウエイト行列WTxのエルミート共役の表現を用いているが、送信ウエイト行列WTx自体のサイズは100×4である。この結果、全体チャネル行列と送信ウエイト行列の積は、式(19)に示される。 Here for convenience of notation, is used a Hermitian conjugate representation of the transmission weight matrix W Tx, the size of the transmit weight matrix W Tx itself is 100 × 4. As a result, the product of the overall channel matrix and the transmission weight matrix is shown in equation (19).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、Hi1は16×1の行列(列ベクトル)であり、式(16)によりλi1と一致する。この結果、全体チャネル行列と送信ウエイト行列の積の全体のサイズは16×4となる。一般には部分チャネル行列H〜Hの第1左特異ベクトルはそれぞれ直交していないため、受信時には信号分離のための受信ウエイトを形成して乗算する。ただし、部分チャネル行列H〜Hの第1左特異ベクトルがそれぞれ概ね直交している環境にある場合には、全体チャネル行列と送信ウエイト行列との積で表される行列を特異値分解した4個の特異値の絶対値の2乗値が、図2(c)の伝送路の回線利得に概ね一致する。ここでの評価では、見通し波のみを考慮した自由空間伝搬モデルにより、チャネル行列の各要素が下記の式(20)で表されるものとする。 Here, H i v i1 is the 16 × 1 matrix (column vector), consistent with the lambda i u i1 by equation (16). As a result, the overall size of the product of the overall channel matrix and the transmission weight matrix is 16 × 4. In general, the first left singular vectors of the partial channel matrices H 1 to H 4 are not orthogonal to each other, so that upon reception, a reception weight for signal separation is formed and multiplied. However, when the first left singular vectors of the partial channel matrices H 1 to H 4 are in an environment where they are substantially orthogonal to each other, the singular value decomposition of the matrix represented by the product of the entire channel matrix and the transmission weight matrix is performed. The square values of the absolute values of the four singular values approximately match the line gain of the transmission line in FIG. In this evaluation, it is assumed that each element of the channel matrix is represented by the following equation (20) using a free space propagation model that considers only the line of sight wave.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、rijは送信側の第iアンテナと受信側の第jアンテナとの間の距離を表し、λは波長を表す。全体の特徴を把握するため、全体に係数として乗算される係数はここでは簡単化のため省略している。 Here, r ij represents the distance between the i-th antenna on the transmitting side and the j-th antenna on the receiving side, and λ represents the wavelength. Coefficients that are multiplied as coefficients in order to grasp the overall characteristics are omitted here for simplicity.

そこで、図16においてL=100m、D=12m、D=10cm、D=30cm、周波数80GHzの場合について、それと同程度のアンテナ開口長で設置した図15の特性を比較する。ここでは回線利得として特異値の絶対値をXとしたとき、回線利得を20Log(X)[dB]として評価する。このとき、図15の4本の回線の利得はそれぞれ−56.5dB、−83.4dB、−118.3dB、−157.2dBであるのに対し、図16に対し上述の処理を施したものはそれぞれ−62.5dBとなる。図15の場合には、図2(c)の第1特異値に相当する利得最大の回線のみが大きな値を持ち、残りの特異値に相当する回線の利得は相対的に小さく、送信電力やアンテナ利得などのパラメータの値にも依存するが、実質的には第1特異値に相当する回線しか利用できない状況にある。これに対し、図16の場合には4本の伝送路がほぼ均等に利用可能であることが分かる。ここで、図15の第1特異値に対する利得と図16の特異値に対する利得差は6dBであるが、これは図16では指向性ビーム形成に用いるアンテナ素子数が100本から25本に1/4となっており、その分の10Log(1/4)=−6dBに相当する。言い換えれば、アンテナ素子群を4分割することにより効率が1/4になるが、シャノン限界によるチャネル容量には、SNRを6dB改善するよりも4本の信号系列を多重化した方が、伝送容量増大の観点では圧倒的に効率が良い。 Therefore, in FIG. 16, in the case of L = 100 m, D 1 = 12 m, D 2 = 10 cm, D 3 = 30 cm, and the frequency of 80 GHz, the characteristics of FIG. 15 installed with the same antenna aperture length are compared. Here, when the absolute value of the singular value is X as the line gain, the line gain is evaluated as 20 Log (X) [dB]. At this time, the gains of the four lines in FIG. 15 are −56.5 dB, −83.4 dB, −118.3 dB, and −157.2 dB, respectively. Are −62.5 dB, respectively. In the case of FIG. 15, only the line having the maximum gain corresponding to the first singular value in FIG. 2C has a large value, and the gain of the line corresponding to the remaining singular values is relatively small. Although depending on the values of parameters such as the antenna gain, only the line corresponding to the first singular value can be practically used. On the other hand, in the case of FIG. 16, it can be seen that the four transmission lines can be used almost equally. Here, the difference between the gain for the first singular value in FIG. 15 and the gain for the singular value in FIG. 16 is 6 dB, which is 1/100 to 25 in FIG. 4, which is equivalent to 10 Log (1/4) =-6 dB. In other words, the efficiency is reduced to 1/4 by dividing the antenna element group into four parts. However, the channel capacity due to the Shannon limit requires more transmission capacity when multiplexing four signal sequences than when improving SNR by 6 dB. It is overwhelmingly efficient in terms of increase.

送信電力やアンテナ利得などのパラメータの値の設定により、第2特異値以降の特異値に相当する回線の回線利得が十分に有効利用可能なほど、反射波成分の受信信号電力が強ければ別だが、一般にはミリ波等の高周波数帯を利用に伴い減少する回線利得を補うためにアンテナ素子数を増大させるのであれば、第2特異値以降の特異値に相当する回線の回線利得が十分であるという状況は一般的には考えにくく、データ伝送としては実質1回線分の伝送を行う図15のケースよりも、4回線分の伝送を並列的に行う図16の方が伝送容量を増大するのに適していると見ることができる。この様にアンテナをグループ化し、それぞれのグループで第1特異値に相当する仮想的伝送路を効率的に利用することが有効である。   By setting the values of the parameters such as the transmission power and antenna gain, it is different if the received signal power of the reflected wave component is so strong that the line gain of the line corresponding to the singular value after the second singular value can be used sufficiently effectively. However, if the number of antenna elements is generally increased to compensate for a line gain that decreases with the use of a high frequency band such as a millimeter wave, the line gain of a line corresponding to a singular value after the second singular value is sufficient. In general, it is difficult to imagine the situation, and as for data transmission, the transmission capacity is increased in FIG. 16 in which transmission of four lines is performed in parallel, compared with the case of FIG. 15 in which transmission of substantially one line is performed. Can be seen as suitable for. As described above, it is effective to group the antennas and efficiently use the virtual transmission path corresponding to the first singular value in each group.

(特異値分解とキャリブレーション)
ここで前述の式(14)において、ローノイズアンプやハイパワーアンプの増幅率がアンテナ素子ごとに差がない(ないしは、一定値であると近似可能な)場合について考える。式をシンプルにするために、アップリンクのチャネル行列をHUL、ダウンリンクのチャネル行列をHDL、基地局装置側のキャリブレーション行列をCBS、端末局装置側のキャリブレーション行列をCMTとして、更にアップリンクのチャネル行列HULの特異値分解結果を、式(21)と式(22)に示す。
(Singular value decomposition and calibration)
Here, in the above equation (14), a case is considered where the amplification factor of the low noise amplifier or the high power amplifier does not differ between antenna elements (or can be approximated to be a constant value). In order to simplify the formula, the uplink channel matrix is H UL , the downlink channel matrix is H DL , the base station device side calibration matrix is C BS , and the terminal station side device side calibration matrix is C MT. , And the singular value decomposition results of the uplink channel matrix H UL are shown in equations (21) and (22).

Figure 0006676745
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Figure 0006676745
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ここで式(21)の対角項の絶対値はそれぞれの行列で全て等しいものとする。この場合、式(21)の両式はそれぞれユニタリー行列となり、この項はあくまでも座標軸の回転として振る舞うことになる。
ここで、ダウンリンクのチャネル行列HDLは、キャリブレーション行列CBS、CMTとアップリンクのチャネル行列HULを用いて表し、式(22)を代入すると、式(23)に示される。
Here, it is assumed that the absolute values of the diagonal terms in equation (21) are all equal in each matrix. In this case, both formulas (21) are unitary matrices, and this term behaves as a rotation of the coordinate axes.
Here, the downlink channel matrix HDL is represented using the calibration matrices C BS , C MT and the uplink channel matrix H UL, and is substituted into the equation (22) and is represented by the equation (23).

Figure 0006676745
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ここで、右辺のDULの両側の式を、式(24)と式(25)に示す。 Here, equations on both sides of the DUL on the right side are shown in equations (24) and (25).

Figure 0006676745
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Figure 0006676745
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キャリブレーション行列の各成分の絶対値が概ね等しい場合には、アップリンクのチャネル行列にキャリブレーションを施してから特異値分解をして送受信ウエイトを求めた結果と、アップリンクのチャネル行列を特異値分解して得られた第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルの各成分に対し、キャリブレーション係数を乗算してキャリブレーション処理を行った結果とが一致することが、式(24)と式(25)から分かる。   If the absolute values of the components of the calibration matrix are approximately equal, the result of performing the singular value decomposition after performing calibration on the uplink channel matrix and calculating the transmission / reception weight and the singular value of the uplink channel matrix Equations (24) and (24) show that the results obtained by multiplying each component of the first right singular vector and the first left singular vector obtained by the decomposition by the calibration coefficient and performing the calibration process match. It can be seen from (25).

つまり、アップリンクのチャネル行列に対して特異値分解を施せば、ダウンリンクに関しては特異値分解を実施しなくても、得られた受信ウエイトベクトル(ないしは行列)の各成分にキャリブレーション処理を施せば、それにより所望の送信ウエイトベクトル(ないしは行列)を取得可能であることが分かる。このため、特異値分解は一度だけ実施すればよいことになる。   In other words, if singular value decomposition is performed on the uplink channel matrix, calibration processing can be performed on each component of the obtained reception weight vector (or matrix) without performing singular value decomposition on the downlink. Thus, it can be seen that a desired transmission weight vector (or matrix) can be obtained. Therefore, the singular value decomposition needs to be performed only once.

(本発明における基地局装置の回路構成について)
以下に、本発明の第1の実施形態における基地局装置303の回路構成を図に従って説明する。
図17は、本発明のMIMOシステムにおける基地局装置70の構成の一例を示す概略ブロック図である。図16では基地局装置303が1台と、端末局装置302が1台とのPoint−to−Point型の1対1通信の場合を例示したが、当然ながら複数の端末局装置302が存在していても構わない。図16の信号の送受信は、着目するサブキャリアで見れば同時に1台の端末局装置302としか通信しておらず、シングルユーザMIMO伝送の形態となり、スケジューリングにより通信対象は一つの端末局装置302が選択される。アクセス制御でOFDMAを用いるのであれば、サブキャリアごとに異なる端末局装置302が割り当てられても良いが、各サブキャリアに着目すれば、一つの端末局装置302に割り当ては限定されている。また、Point−to−Point型の通信で端末が固定されている場合には、スケジューリングにおいて通信相手の端末局装置302を選択する処理は不要になる。本発明の第1の実施形態においては、Point−to−MultiPoint型の1対多通信のマルチユーザMIMO伝送の形態のバリエーションにおいても利用可能であるが、以下の説明ではこの様なバリエーションに関係なく、一般的なシングルユーザMIMO伝送に関する説明を行う。また以下の説明では、説明を簡単にするために広帯域のシステムを想定しOFDMないしはSC−FDEなどの様に周波数軸でのサブキャリアごとの信号処理を行う場合について説明を行うが、その他のシステム(例えば狭帯域のシングルキャリアのシステムなど)においても拡張可能である。
(About the circuit configuration of the base station device in the present invention)
Hereinafter, a circuit configuration of the base station device 303 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 17 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the base station device 70 in the MIMO system of the present invention. FIG. 16 illustrates a point-to-point type point-to-point type point-to-point communication with one base station apparatus 303 and one terminal station apparatus 302, but a plurality of terminal station apparatuses 302 naturally exist. It does not matter. In the transmission and reception of the signal in FIG. 16, when viewed from the subcarrier of interest, communication with only one terminal station device 302 is performed at the same time, and it is in the form of single-user MIMO transmission. Is selected. If OFDMA is used for access control, a different terminal station device 302 may be assigned to each subcarrier, but if attention is paid to each subcarrier, assignment to one terminal station device 302 is limited. Further, when the terminal is fixed in the point-to-point type communication, the process of selecting the communication partner terminal station device 302 in the scheduling becomes unnecessary. In the first embodiment of the present invention, the present invention can be used in a variation of the form of multi-user MIMO transmission of point-to-multipoint type point-to-multipoint communication. However, in the following description, regardless of such variation, , General single-user MIMO transmission will be described. Also, in the following description, for the sake of simplicity, a wideband system is assumed and signal processing for each subcarrier in the frequency axis such as OFDM or SC-FDE is described. (For example, a narrow band single carrier system).

図17に示す様に、基地局装置303に対応する基地局装置70は、第1の送信信号処理部181−1〜181−4と、第2の送信信号処理部71と、第1の受信信号処理部185−1〜185−4と、第2の受信信号処理部75と、インタフェース回路77と、MAC(Medium Access Control)層処理回路78と、及び通信制御回路120とを備えている。MAC層処理回路78はスケジューリング処理回路781を有している。   As shown in FIG. 17, a base station device 70 corresponding to the base station device 303 includes a first transmission signal processing unit 181-1 to 181-4, a second transmission signal processing unit 71, and a first reception signal processing unit 71. It includes a signal processing unit 185-1 to 185-4, a second received signal processing unit 75, an interface circuit 77, a MAC (Medium Access Control) layer processing circuit 78, and a communication control circuit 120. The MAC layer processing circuit 78 has a scheduling processing circuit 781.

基地局装置70は、インタフェース回路77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77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78に出力する。MAC層処理回路78は、基地局装置70全体の動作の管理制御を行う通信制御回路120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77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との変換と、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781は、空間多重を行う端末局装置302の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781は、スケジューリング結果を通信制御回路120に出力する。MIMO伝送では、複数の信号系列の信号を一度に空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路78から第2の送信信号処理部71に出力される。   The base station device 70 inputs and outputs data to and from an external device or a network via the interface circuit 77. The interface circuit 77 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 78. The MAC layer processing circuit 78 performs a process related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 120 that performs management control of the operation of the entire base station device 70. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion between data input / output by the interface circuit 77 and data transmitted / received on the wireless line, addition of header information of the MAC layer, and the like. During this process, the scheduling processing circuit 781 performs various scheduling processes of the terminal station device 302 that performs spatial multiplexing. The scheduling processing circuit 781 outputs a scheduling result to the communication control circuit 120. In the MIMO transmission, signals of a plurality of signal sequences are spatially multiplexed and transmitted at one time. Therefore, a plurality of signal sequences are output from the MAC layer processing circuit 78 to the second transmission signal processing unit 71.

第2の送信信号処理部71の動作は後述するが、基本的にはMAC層処理回路78からの複数系列の信号に所定の変調処理を行い、必要に応じて何らかのプリコーディング処理(送信側での等化処理や信号分離などの処理)などを施し、第1の送信信号処理部181−1〜181−4に出力する。この際、OFDMやSC−FDEを用いる場合にかかわらず、第1の送信信号処理部181−1〜181−4にて周波数軸上の信号処理を行う場合には、第2の送信信号処理部71内で周波数軸上の信号を生成し、これを第1の送信信号処理部181−1〜181−4に出力する。後述する第5の実施形態の様に第1の送信信号処理部で時間軸上の信号処理を行う場合には、時間軸の信号を出力する構成としても良い。第1の送信信号処理部181−1〜181−4はそれぞれ図16に示す様に複数のアンテナが接続され、それぞれのアンテナに対して送信信号を出力する。この際、第1の送信信号処理部181−1〜181−4ごとにグループ化されたアンテナ素子群の中で、第1の特異値に相当する送信ウエイトベクトルを乗算した信号(厳密には、例えばOFDMであれば各サブキャリアの信号を合成した信号を時間軸成分に変換し、これを無線周波数にアップコンバートした信号)が各アンテナから送信される。   Although the operation of the second transmission signal processing unit 71 will be described later, basically, a predetermined modulation process is performed on a plurality of series of signals from the MAC layer processing circuit 78, and if necessary, some precoding process (on the transmission side). (E.g., equalization processing and signal separation processing), and outputs the result to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4. At this time, regardless of the use of OFDM or SC-FDE, when the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 perform signal processing on the frequency axis, the second transmission signal processing unit A signal on the frequency axis is generated in 71 and output to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4. When performing signal processing on the time axis in the first transmission signal processing unit as in a fifth embodiment described later, a configuration may be adopted in which a signal on the time axis is output. The first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 are each connected to a plurality of antennas as shown in FIG. At this time, a signal obtained by multiplying a transmission weight vector corresponding to the first singular value in the antenna element group grouped for each of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 (strictly speaking, For example, in the case of OFDM, a signal obtained by combining signals of the respective subcarriers is converted into a time-axis component, and a signal obtained by up-converting the signal into a radio frequency is transmitted from each antenna.

次に受信時においては、各第1の受信信号処理部185−1〜185−4に接続された複数のアンテナで受信した信号(正確には受信した無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、例えばOFDMであればこの時間軸信号をFFTで周波数軸の信号に変換したもの)に所定の受信ウエイトベクトルを乗算し、サブキャリアごとに一つの複素スカラー量に変換し、これらを第2の受信信号処理部75に出力する。第2の受信信号処理部75では、この例では4本の受信信号系列を参照し、まずは受信信号の先頭に付与された既知のトレーニングシング信号を用いてサブキャリアごとのチャネル推定を行い、4×4のMIMOチャネル行列をサブキャリアごとに取得する。このチャネル行列を基に受信ウエイト行列を算出し、取得された受信ウエイト行列を基に送信された信号の検出処理を行う。例えば、ZF(Zero Forcing)型の逆行列を利用したり、MMSE(Maximum Mean Square Error)型の受信ウエイト行列を利用したりする。信号処理に余裕があれば、MLD(Maximum Likelihood Detection)やQR分解を用いた簡易MLD(QR-MLD)等を用いても良い。この受信信号処理で検出された信号はMAC層処理回路78に出力され、所定のMAC層の処理を行い、インタフェース回路77を介してネットワーク側に出力される。   Next, at the time of reception, signals received by a plurality of antennas connected to each of the first reception signal processing units 185-1 to 185-4 (more precisely, downconvert a received radio frequency signal to a baseband signal) For example, in the case of OFDM, this time-axis signal is converted to a frequency-axis signal by FFT) by a predetermined reception weight vector, and is converted into one complex scalar quantity for each subcarrier. To the received signal processing unit 75. In this example, the second received signal processing unit 75 refers to the four received signal sequences, first performs channel estimation for each subcarrier using a known training singing signal added to the head of the received signal, and A × 4 MIMO channel matrix is obtained for each subcarrier. A reception weight matrix is calculated based on the channel matrix, and a process of detecting a transmitted signal is performed based on the obtained reception weight matrix. For example, a ZF (Zero Forcing) type inverse matrix is used, or an MMSE (Maximum Mean Square Error) type reception weight matrix is used. If there is room in the signal processing, MLD (Maximum Likelihood Detection), simple MLD using QR decomposition (QR-MLD), or the like may be used. The signal detected in the reception signal processing is output to the MAC layer processing circuit 78, performs predetermined MAC layer processing, and is output to the network via the interface circuit 77.

図18は、本発明の第1の実施形態の基地局装置70における第1の送信信号処理部181の構成の一例を示す概略ブロック図である。図18に示す様に、第1の送信信号処理部181は、第1の送信信号処理回路111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−N’BS−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−(N’BS−Ant)と、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−(N’BS−Ant)と、フィルタ817−1〜817−(N’BS−Ant)と、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−(N’BS−Ant)と、アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)と、第1の送信ウエイト処理部130とを備えている。N’BS−Antは、基地局装置70のアンテナ素子の総数を空間多重数で除算した値(=NBS−Ant/NSDM)である。N’BS−Antは、端的に言えば一つの第1の送信信号処理部181が備える複数のアンテナ素子の数を表す。第1の送信信号処理回路111は図17において示した第2の送信信号処理部71に接続されている。また、第1の送信信号処理回路111と、第1の送信ウエイト処理部130とは、図17において示した第2の送信信号処理部71を介して通信制御回路120に接続されている。図17の例では、基地局装置70に4個の第1の送信信号処理部(181−1〜181−4)が接続されているが、その一つに着目した説明を下記で行う。 FIG. 18 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the first transmission signal processing unit 181 in the base station device 70 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18, the first transmission signal processing unit 181 includes a first transmission signal processing circuit 111 and an IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval: guard interval) providing circuit 813. −1 to 813-N ′ BS-Ant , D / A (digital / analog) converters 814-1 to 814- (N ′ BS-Ant ), local oscillator 815, and mixers 816-1 to 816- ( N ′ BS-Ant ), filters 817-1 to 817- (N ′ BS-Ant ), high power amplifiers (HPA) 818-1 to 818- (N ′ BS-Ant ), and antenna element 819-1 819- (N ′ BS-Ant ) and a first transmission weight processing unit 130. N ′ BS-Ant is a value obtained by dividing the total number of antenna elements of the base station device 70 by the number of spatial multiplexing (= N BS−Ant / N SDM ). N'BS-Ant simply represents the number of a plurality of antenna elements provided in one first transmission signal processing unit 181. The first transmission signal processing circuit 111 is connected to the second transmission signal processing section 71 shown in FIG. Also, the first transmission signal processing circuit 111 and the first transmission weight processing unit 130 are connected to the communication control circuit 120 via the second transmission signal processing unit 71 shown in FIG. In the example of FIG. 17, four first transmission signal processing units (181-1 to 181-4) are connected to the base station device 70, and description will be given below focusing on one of them.

第1の送信ウエイト処理部130は、第1のチャネル情報取得回路131と、第1のチャネル情報記憶回路132と、第1の送信ウエイト算出回路133とを備えている。ここで、IFFT&GI付与回路813−1〜813−(N’BS−Ant)からアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)までの回路の添え字の(N’BS−Ant)は、基地局装置70の第1の送信信号処理部181が備えるアンテナ素子数を表す。 The first transmission weight processing unit 130 includes a first channel information acquisition circuit 131, a first channel information storage circuit 132, and a first transmission weight calculation circuit 133. Here, the suffixes (N ′ BS-Ant ) of the circuits from the IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813- (N ′ BS-Ant ) to the antenna elements 819-1 to 819- (N ′ BS-Ant ) are as follows: , The number of antenna elements included in the first transmission signal processing unit 181 of the base station apparatus 70.

第1の実施形態に係る本発明では、一つの端末局装置302宛に複数系統NSDM(=4)の信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路78から第2の送信信号処理部71を介して各第1の送信信号処理部181−1〜181−4に送信信号が入力される。第2の送信信号処理部71では、宛先の端末局装置302に送信すべきデータがMAC層処理回路78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サブキャリアごとに変調処理が行われる。変調処理が行われた信号は、必要に応じてプリコーディング処理を行う。ここでのプリコーディング処理とは、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路間での信号の漏れ込みを抑圧するための送信ウエイト行列の乗算であっても良い。又は、この様なプリコーディング処理を行わなくても良い。
この様にして生成されたNSDM系統の信号は、各第1の送信信号処理部181−1〜181−4に入力される。各第1の送信信号処理部181−1〜181−4では、入力されたデジタルベースバンド信号入力#i(iは、1〜NSDM)が第1の送信信号処理回路111−iに入力される。第1の送信信号処理回路111では、基本的に送信ウエイトの乗算と、残りの物理レイヤの信号処理を行う。例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、入力された変調処理がなされたベースバンド信号にサブキャリアごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)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、IFFT&GI付与回路813−1〜813−(N’BS−Ant)にて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換される。変換された信号は、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)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−(N’BS−Ant)ごとに、D/A変換器814−1〜814−(N’BS−Ant)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−(N’BS−Ant)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に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−(N’BS−Ant)で帯域外の信号を除去し、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−(N’BS−Ant)で増幅され、アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)より送信される。
In the present invention according to the first embodiment, since a plurality of N SDM (= 4) signals are spatially multiplexed and transmitted to one terminal station device 302, a plurality of signal sequences are transmitted from the MAC layer processing circuit 78. A transmission signal is input to each of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 via the second transmission signal processing unit 71. When data to be transmitted to the destination terminal station device 302 is input from the MAC layer processing circuit 78, the second transmission signal processing unit 71 generates a wireless packet to be transmitted over a wireless line and performs modulation processing. Here, for example, if the OFDM modulation method is used, the signal of each signal sequence is subjected to modulation processing for each subcarrier. The signal subjected to the modulation processing is subjected to a precoding processing as necessary. Here, the precoding processing may be multiplication of a transmission weight matrix for suppressing signal leakage between virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values. Alternatively, such precoding processing may not be performed.
Signal generated N SDM system in this manner, is input into the first transmission signal processing unit 181-1~181-4. Each first transmission signal processing unit 181-1~181-4, digital baseband signal input #i which is input (i is, 1 to N SDM) is input to the first transmission signal processing circuit 111-i You. The first transmission signal processing circuit 111 basically performs multiplication of transmission weights and signal processing of the remaining physical layers. For example, if the OFDM modulation method is used, the input modulation-processed baseband signal is multiplied by the transmission weight for each subcarrier. The signal multiplied by the transmission weight corresponding to each of the antenna elements 819-1 to 819- (N'BS -Ant ) is subjected to the remaining signal processing as necessary, and the IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813- ( N ′ BS-Ant ) to convert the signal on the frequency axis into a signal on the time axis. The converted signal is further subjected to processing such as insertion of guard intervals and waveform shaping between OFDM symbols (or between blocks of block transmission in the case of SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization)). 'for each (BS-Ant, D / a converter 814-1~814- (N 1~819- N)' are converted by the BS-Ant) from digital sampling data into an analog baseband signal. Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816- (N'BS -Ant ), and is up-converted into a radio frequency signal. Here, since the up-converted signal includes a signal outside the band of the channel to be transmitted, the signal outside the band is removed by the filters 817-1 to 817- (N'BS -Ant ) and transmitted. Generate an electrical signal to power. The generated signal is 'is amplified by (BS-Ant, antenna elements 819-1~819- (N high-power amplifier 818-1~818- N)' is transmitted from the BS-Ant).

なお、第1の送信信号処理回路111で乗算される送信ウエイトベクトルは、信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部130に備えられている第1の送信ウエイト算出回路133より取得する。第1の送信ウエイト処理部130では、第1のチャネル情報取得回路131において、第1の受信信号処理部185−1〜185−4にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120経由(厳密には第2の受信信号処理部75及び第2の送信信号処理部71も合わせて経由する)で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、第1のチャネル情報記憶回路132に記憶する。信号の送信時には通信制御回路120からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路133は、宛先とする端末局装置に対応したチャネル情報を第1のチャネル情報記憶回路132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ベクトルを算出する。   Note that the transmission weight vector multiplied by the first transmission signal processing circuit 111 is obtained from the first transmission weight calculation circuit 133 provided in the first transmission weight processing unit 130 during signal transmission processing. In the first transmission weight processing section 130, the first channel information acquisition circuit 131 passes the channel information acquired by the first reception signal processing sections 185-1 to 185-4 via the communication control circuit 120 (strictly). Is also separately obtained by the second reception signal processing unit 75 and the second transmission signal processing unit 71), and is stored in the first channel information storage circuit 132 while being sequentially updated. At the time of signal transmission, the first transmission weight calculation circuit 133 reads channel information corresponding to the destination terminal station device from the first channel information storage circuit 132 in accordance with an instruction from the communication control circuit 120, and reads the read channel information. The transmission weight vector is calculated based on

第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用する場合のチャネル推定の方法及び送受信ウエイトの算出方法には幾つかのバリエーションがあり、これを効率的に取得する手法についての詳細は後述する。その一例としては、送信ウエイトベクトルは、例えば取得したチャネル行列に対して特異値分解を行い、その結果得られる第1右特異ベクトルを用いても良い。   There are several variations in a channel estimation method and a transmission / reception weight calculation method when a virtual transmission path corresponding to the first singular value is used, and details of a method for efficiently obtaining the weight will be described later. As an example, as the transmission weight vector, for example, singular value decomposition may be performed on the acquired channel matrix, and the resulting first right singular vector may be used.

ないしは、端末局装置302側のアンテナの中心部分の1本に着目し、その1本のアンテナと基地局装置70の1の受信信号処理部(185−1〜185−4のいずれかひとつ)の備えるアンテナ素子819−1〜819−4とN’BS−Antとの間のチャネルベクトルを基に、送信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。 Or, focusing on one of the central portions of the antennas on the side of the terminal station device 302, the one antenna and the reception signal processing unit (any one of 185-1 to 185-4) of the base station device 70 Each component of the transmission weight vector may be obtained by equation (7) based on the channel vector between the provided antenna elements 819-1 to 819-4 and N ′ BS-Ant (weight of maximum ratio combining). Alternatively, all the absolute values may be given constant with respect to the value given by Expression (7) (weight of equal gain combining).

ないしは、送信側が複数のアンテナ素子に所定の送信ウエイトベクトルを乗算して信号送信している場合には、実際には複数の送信アンテナから送信されているにも関わらず、実効的には1本の仮想的アンテナ素子から送信されたものと等価であるため、所定の送信ウエイトベクトルを乗算してこの1本の仮想的アンテナ素子からトレーニング信号を送信し、この1本の仮想的アンテナ素子と各受信アンテナとの間のチャネル情報のベクトルを取得し、このベクトルを基に受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。   Or, when the transmitting side multiplies a plurality of antenna elements by a predetermined transmitting weight vector and transmits a signal, the signal is effectively transmitted by one transmitting element even though it is actually transmitted from a plurality of transmitting antennas. Is equivalent to the one transmitted from the virtual antenna element, a training signal is transmitted from this one virtual antenna element by multiplying by a predetermined transmission weight vector, and the one virtual antenna element and each A vector of the channel information between the antenna and the receiving antenna may be obtained, and each component of the receiving weight vector may be obtained by the equation (7) based on the vector (weight of the maximum ratio combining) or by the equation (7). All absolute values may be made constant with respect to a given value (weight of equal gain combining).

受信時のチャネルベクトルが既知であれば、インプリシット・フィードバックの手法でアップリンクのチャネル情報を取得することが可能であり、この様にして求めたアップリンクのチャネルベクトルを基に、送信ウエイトベクトルを同様に算出しても良い。また同様に、アップリンクの受信ウエイトベクトルを基に、これに直接キャリブレーション処理を施すインプリシット・フィードバックの手法で、送信ウエイトベクトルを算出しても良い。   If the channel vector at the time of reception is known, it is possible to acquire uplink channel information by an implicit feedback technique. Based on the uplink channel vector obtained in this way, a transmission weight vector May be similarly calculated. Similarly, a transmission weight vector may be calculated based on an uplink reception weight vector by an implicit feedback method of directly performing a calibration process on the received weight vector.

第1の送信ウエイト算出回路133は、この様にして算出した送信ウエイトベクトルを第1の送信信号処理回路111に出力する。また、宛先とする端末局装置の管理や、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120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第1の送信ウエイト処理部130に対し、通信制御回路120は宛先とする端末局装置等を示す情報を出力する。   The first transmission weight calculation circuit 133 outputs the transmission weight vector calculated in this way to the first transmission signal processing circuit 111. Further, the communication control circuit 120 manages control related to the entire communication, such as management of the terminal station apparatus as a destination and overall timing control. The communication control circuit 120 outputs information indicating the destination terminal station device or the like to the first transmission weight processing unit 130 that performs the signal processing related to the above-described transmission weight calculation.

なお、上述の説明では第1のチャネル情報取得回路131において、第1の受信信号処理部185−1〜185−4にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120経由で取得し、このチャネル情報を逐次更新するとして説明したが、チャネル時変動が無視可能な高所の見通し環境であれば、頻繁にチャネル情報の更新は必要ない。第1のチャネル情報取得回路131は、例えばサービス運用開始前に事前にチャネル情報を取得しておき、更にそのチャネル情報の値から算出した送信ウエイトベクトルを記憶しておき(図中には記載がないが、この場合には「送信ウエイト記憶回路」を実装して記録する構成にて実現する)、それを繰り返し利用することとしても構わない。また、これらの中間として、基本的に第1の送信ウエイト記憶回路から送信ウエイトベクトルを読み出す構成としながらも、逐次取得したチャネル情報を基に送信ウエイトベクトルを更新し、その更新されたチャネル情報を基に送信ウエイトベクトルを所定の時間間隔で更新する構成とすることも可能である。   In the above description, in the first channel information acquisition circuit 131, the channel information acquired by the first received signal processing units 185-1 to 185-4 is acquired via the communication control circuit 120. , The channel information is not required to be updated frequently in a high-altitude environment where channel-time fluctuations can be ignored. The first channel information acquisition circuit 131 acquires channel information in advance, for example, before starting service operation, and further stores a transmission weight vector calculated from the value of the channel information (in FIG. However, in this case, it is realized by a configuration in which a “transmission weight storage circuit” is mounted and recorded), and it may be used repeatedly. As an intermediate between the two, the transmission weight vector is updated based on the sequentially acquired channel information while the transmission weight vector is basically read from the first transmission weight storage circuit. It is also possible to adopt a configuration in which the transmission weight vector is updated at a predetermined time interval based on this.

図19は、本発明の第1の実施形態における基地局装置70における第1の受信信号処理部185の構成の一例を示す概略ブロック図である。図19に示す様に、第1の受信信号処理部185は、アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)と、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−(N’BS−Ant)と、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−(N’BS−Ant)と、フィルタ855−1〜855−(N’BS−Ant)と、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−(N’BS−Ant)と、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−(N’BS−Ant)と、第1の受信ウエイト処理部160と、第1の受信信号処理回路158とを備えている。また、第1の受信信号処理回路158−1〜158−NSDM(=4)は、図17において示した第2の受信信号処理部75に接続されている。また、第1の受信信号処理回路158−1〜158−NSDM(=4)と、第1の受信ウエイト処理部160とは、図17において示した第2の受信信号処理部75を介して通信制御回路120に接続されている。第1の受信ウエイト処理部160は、第1のチャネル情報推定回路161と、第1の受信ウエイト算出回路162とを備えている。なお、第1の送信信号処理部181の説明と同様に、図17の例では基地局装置70に4個の第1の受信信号処理部(185−1〜185−4)が接続されているが、その一つに着目した説明を下記で行う。 FIG. 19 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the first received signal processing unit 185 in the base station device 70 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19, the first received signal processing unit 185 includes antenna elements 851-1 to 851- (N ′ BS-Ant ) and low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852- (N ′ BS- Ant ), a local oscillator 853, mixers 854-1 to 854- (N'BS -Ant ), filters 855-1 to 855- (N'BS -Ant ), and A / D (analog / digital) conversion. Units 856-1 to 856- (N'BS -Ant ), FFT (Fast Fourier Transform) circuits 857-1 to 857- (N'BS -Ant ), and first reception weight processing unit 160 And a first reception signal processing circuit 158. The first reception signal processing circuits 158-1 to 158-N SDM (= 4) are connected to the second reception signal processing unit 75 shown in FIG. Further, the first reception signal processing circuits 158-1 to 158-N SDM (= 4) and the first reception weight processing section 160 are connected via the second reception signal processing section 75 shown in FIG. The communication control circuit 120 is connected. The first reception weight processing section 160 includes a first channel information estimation circuit 161 and a first reception weight calculation circuit 162. As in the description of the first transmission signal processing unit 181, four first reception signal processing units (185-1 to 185-4) are connected to the base station device 70 in the example of FIG. However, an explanation focusing on one of them will be described below.

まず、アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)で受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−(N’BS−Ant)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−(N’BS−Ant)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信号も含まれるため、フィルタ855−1〜855−(N’BS−Ant)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−(N’BS−Ant)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、例えばOFDMの場合には全てFFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)に入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した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(各サブキャリアの信号に分離)する。この各サブキャリアに分離された信号は、第1の受信信号処理回路158に入力されると共に、第1のチャネル情報推定回路161にも入力される。なお、図19ではOFDMのシンボルタイミング検出のための回路は省略しているが、既存の何らかの手法でシンボルタイミングの把握は可能である。 First, the signals received by the antenna elements 851-1 to 851- (N'BS -Ant ) are amplified by the low noise amplifiers 852-1 to 852- (N'BS -Ant ). The amplified signal and the local oscillation signal output from the local oscillator 853 are multiplied by mixers 854-1 to 854- (N'BS -Ant ), and the amplified signal is converted from a radio frequency signal to a baseband signal. Downconverted. Since the down-converted signal includes a signal outside the frequency band to be received, the out - of-band component is removed by the filters 855-1 to 855- (N'BS -Ant ). The signals from which the out-of-band components have been removed are converted to digital baseband signals by A / D converters 856-1 to 856- (N'BS -Ant ). For example, in the case of OFDM, the digital baseband signal is all input to the FFT circuits 857-1 to 857-(N ′ BS-Ant ), and a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit not shown here is used. Converts the signal on the time axis into a signal on the frequency axis (separates into signals of each subcarrier). The signal separated into each subcarrier is input to the first reception signal processing circuit 158 and also to the first channel information estimation circuit 161. Although the circuit for OFDM symbol timing detection is omitted in FIG. 19, the symbol timing can be ascertained by any existing method.

第1のチャネル情報推定回路161では、各サブキャリア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)を基に各端末局装置302のアンテナ素子と、基地局装置70の各アンテナ素子851との間のチャネル情報をサブキャリアごとに推定し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路162に出力する。第1の受信ウエイト算出回路162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ベクトルをサブキャリアごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)で受信された信号を合成する受信ウエイトは、第1の受信信号処理部185−1〜185−NSDM(=4)ごとに異なり、第1の受信信号処理部185−1〜185−NSDMそれぞれ個別に算出する。 The first channel information estimating circuit 161 uses an antenna element of each terminal station apparatus 302 based on a known signal for channel estimation (a preamble signal or the like added to the head of a radio packet) separated into subcarriers, Channel information between each antenna element 851 of the base station device 70 is estimated for each subcarrier, and the estimation result is output to the first reception weight calculation circuit 162. The first reception weight calculation circuit 162 calculates a reception weight vector to be multiplied for each subcarrier based on the input channel information. At this time, the reception weights that combine the signals received by the antenna elements 851-1 to 851- (N ′ BS-Ant ) are the first reception signal processing units 185-1 to 185-N SDM (= 4). The first received signal processing units 185-1 to 185-N SDM are individually calculated.

第1の受信信号処理回路158では、FFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)から入力されたサブキャリアごとの信号(正確には、複数のアンテナ素子からの信号を要素とする受信信号ベクトル)に対し、第1の受信ウエイト算出回路162から入力された受信ウエイト(正確には、複数のアンテナ素子に対応する受信ウエイトを要素とする受信ウエイトベクトル)を乗算し、乗算した結果である各アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)で受信された信号をサブキャリアごとに加算合成する。第1の受信信号処理回路158は、加算合成した信号を第2の受信信号処理部75に出力する。なお、ここでの加算合成は、サブキャリアごとのベクトル積におけるベクトルの各成分の乗算後の加算を意味し、受信信号と受信ウエイトの乗算とその結果の加算合成全体が、数学的にはベクトル積の処理に対応する。 In the first reception signal processing circuit 158, a signal for each subcarrier input from the FFT circuits 857-1 to 857- (N'BS -Ant ) (more precisely, signals from a plurality of antenna elements are used as elements). The reception signal vector) is multiplied by a reception weight (accurately, a reception weight vector having reception weights corresponding to a plurality of antenna elements) input from the first reception weight calculation circuit 162, and the result of the multiplication is obtained. The signals received by the antenna elements 851-1 to 851- (N ′ BS-Ant ) are added and synthesized for each subcarrier. The first reception signal processing circuit 158 outputs the added and combined signal to the second reception signal processing unit 75. Note that the addition synthesis here means addition after multiplication of each component of the vector in the vector product for each subcarrier, and the multiplication of the reception signal and the reception weight and the total addition and synthesis of the result are mathematically vector vectors. Corresponds to product processing.

なお、第1の受信信号処理回路158で乗算される受信ウエイトベクトルは、信号受信処理時に、第1の受信ウエイト処理部160に備えられている第1の受信ウエイト算出回路162より取得する。第1の受信ウエイト処理部160では、第1のチャネル情報推定回路161において取得されたチャネル情報を用い、第1の受信ウエイト算出回路162にて受信ウエイトベクトルを算出する。例えば、端末局装置302が第1の受信信号処理部185の複数のアンテナ素子851に向けて第1特異値に対応する仮想的伝送路で信号送信を行っているのであれば、端末局装置302は第1特異値に対応する仮想的伝送路用の送信ウエイトを用いて1本の仮想的なアンテナ素子を用いて各第1の受信信号処理部185に向けて送信している様なものなので、その1本のアンテナと第1の受信信号処理部185の複数のアンテナ素子851との間の受信側のチャネル情報を求め、このチャネルベクトルに対し受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。ないしは、端末局装置302の備えるアンテナ素子と基地局装置70の備える第1の受信信号処理部185のそれぞれの複数のアンテナ素子851との間のチャネル行列に対し、特異値分解して得られる第1左特異ベクトルのそれぞれを受信ウエイトベクトルとして用いても良い。   Note that the reception weight vector multiplied by the first reception signal processing circuit 158 is obtained from the first reception weight calculation circuit 162 provided in the first reception weight processing unit 160 at the time of signal reception processing. In the first reception weight processing section 160, the first reception weight calculation circuit 162 calculates a reception weight vector using the channel information acquired in the first channel information estimation circuit 161. For example, if the terminal station apparatus 302 is transmitting a signal to the plurality of antenna elements 851 of the first received signal processing unit 185 through a virtual transmission path corresponding to the first singular value, the terminal station apparatus 302 Is a signal transmitted to each first received signal processing unit 185 using one virtual antenna element using a transmission weight for a virtual transmission path corresponding to the first singular value. , Channel information on the receiving side between the one antenna and the plurality of antenna elements 851 of the first received signal processing unit 185 is obtained, and each component of the received weight vector is calculated with respect to this channel vector by Expression (7). It may be obtained (weight of maximum ratio combining), or may be given with all absolute values being constant with respect to the value given by equation (7) (weight of equal gain combining). Alternatively, the channel matrix between the antenna element included in the terminal station device 302 and each of the plurality of antenna elements 851 of the first received signal processing unit 185 included in the base station device 70 is obtained by performing singular value decomposition. Each of the one left singular vectors may be used as a reception weight vector.

第1の受信ウエイト算出回路162は、この様にして算出した受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理回路158に出力する。また、送信元局の管理や、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120が管理する。   The first reception weight calculation circuit 162 outputs the reception weight vector calculated in this way to the first reception signal processing circuit 158. In addition, the communication control circuit 120 manages control related to overall communication, such as management of a source station and overall timing control.

なお、上述の説明では第1のチャネル情報推定回路161において取得したチャネル情報を用いて逐次受信ウエイトを算出するとして説明したが、チャネル時変動が無視可能な高所の見通し環境であれば、頻繁なチャネル情報の更新は必要ない。第1のチャネル情報推定回路161は、例えばサービス運用開始前に事前にチャネル情報を取得しておき、そのチャネル情報の値から算出した受信ウエイトベクトルを記憶しておき(図中には記載がないが、この場合には「第1の受信ウエイト記憶回路」を第1の受信ウエイト算出回路162の後段に実装して記録する構成にて実現する)、それを繰り返し利用することとしても構わない。この場合には、受信ウエイトの出力を行う第1の受信ウエイト記憶回路に対し、通信制御回路120は送信元の端末局装置等を示す情報を出力する。また、これらの中間として、基本的に第1の受信ウエイト記憶回路から受信ウエイトベクトルを読み出す構成としながらも、逐次取得したチャネル情報を基に受信ウエイトベクトルを更新し、その更新されたチャネル情報を基に受信ウエイトベクトルを所定の時間間隔で更新する構成とすることも可能である。   In the above description, the reception weights are sequentially calculated using the channel information acquired by the first channel information estimation circuit 161. There is no need to update the channel information. The first channel information estimating circuit 161 acquires channel information in advance, for example, before starting service operation, and stores a reception weight vector calculated from the value of the channel information (not shown in the figure). However, in this case, the "first reception weight storage circuit" is implemented and recorded after the first reception weight calculation circuit 162), and this may be repeatedly used. In this case, the communication control circuit 120 outputs information indicating the terminal station device or the like of the transmission source to the first reception weight storage circuit that outputs the reception weight. As an intermediate between the two, the reception weight vector is updated based on the sequentially acquired channel information while the reception weight vector is basically read out from the first reception weight storage circuit. It is also possible to adopt a configuration in which the reception weight vector is updated at a predetermined time interval based on this.

なお、図17における第2の受信信号処理部75では、前述の第1の受信信号処理部185−1〜185−4からの受信ウエイトベクトルが乗算されて各1系統に集約された受信信号が入力されるが、これらは実質的に4×4のMIMOチャネルの受信信号と等価であり、従来技術の受信信号検出処理により空間多重された信号系列の処理を行うことが可能である。具体的には、送信側で送信される4系統の信号系列に対し、受信側(基地局装置70側)の複数本アンテナで構成された4組の仮想的アンテナで受信した場合の4×4のMIMOチャネルに対し、受信信号の先頭に付与されたチャネル推定用の既知のトレーニング信号で4×4のチャネル行列をサブキャリアごとに取得する。このチャネル行列を基に受信ウエイト行列を算出し、取得された受信ウエイト行列を基に送信された信号の検出処理を行う。例えば、ZF(Zero Forcing)型の逆行列を利用したり、MMSE(Maximum Mean Square Error)型の受信ウエイト行列を利用したりする。信号処理に余裕があれば、MLD(Maximum Likelihood Detection)やQR分解を用いた簡易MLD(QR-MLD)等を用いても良い。また、ここでの信号検出処理では、例えば一旦受信信号の軟判定を行い、必要に応じてデインタリーブ処理を行い、その後に誤り訂正処理を行うなどして最終的な信号検出を行う構成としても良い。この受信信号処理で検出された信号はMAC層処理回路78に出力され、所定のMAC層の処理を行い、インタフェース回路77を介してネットワーク側に出力される。   Note that the second reception signal processing unit 75 in FIG. 17 multiplies the reception weight vectors from the above-described first reception signal processing units 185-1 to 185-4 by the reception weight vectors and aggregates the reception signals into one system. Although they are input, they are substantially equivalent to a received signal of a 4 × 4 MIMO channel, and can process a signal sequence spatially multiplexed by a received signal detection process of the related art. Specifically, 4 × 4 signals when four sets of virtual antennas composed of a plurality of antennas on the receiving side (base station apparatus 70 side) receive four signal sequences transmitted on the transmitting side. For each of the MIMO channels, a 4 × 4 channel matrix is acquired for each subcarrier using a known training signal for channel estimation added to the head of the received signal. A reception weight matrix is calculated based on the channel matrix, and a process of detecting a transmitted signal is performed based on the obtained reception weight matrix. For example, a ZF (Zero Forcing) type inverse matrix is used, or an MMSE (Maximum Mean Square Error) type reception weight matrix is used. If there is room in the signal processing, MLD (Maximum Likelihood Detection), simple MLD using QR decomposition (QR-MLD), or the like may be used. Further, in the signal detection processing here, for example, a configuration may be adopted in which the final signal detection is performed by, for example, once performing a soft decision on the received signal, performing deinterleaving processing as necessary, and then performing error correction processing. good. The signal detected in the reception signal processing is output to the MAC layer processing circuit 78, performs predetermined MAC layer processing, and is output to the network via the interface circuit 77.

また、MAC層処理回路78は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路77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即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。Point−to−Point型の通信の場合にはスケジューリング処理回路781は実質的には不要であるが、複数の端末局装置302との間でPoint−to−MultiPoint型の通信を行う場合には、通信を行う端末局装置302を選択する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120に出力する。MAC層処理回路78にて処理された受信データは、インタフェース回路77を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。   Further, the MAC layer processing circuit 78 performs processing related to the MAC layer (for example, conversion between data input / output to / from the interface circuit 77 and data transmitted / received on the wireless line, ie, wireless packets, termination of MAC layer header information. Do). In the case of the point-to-point type communication, the scheduling processing circuit 781 is substantially unnecessary, but in the case of performing the point-to-multipoint type communication with the plurality of terminal station devices 302, Various scheduling processes for selecting the terminal station device 302 with which communication is performed are performed, and the scheduling result is output to the communication control circuit 120. The received data processed by the MAC layer processing circuit 78 is output to an external device or a network via the interface circuit 77.

また、送信元の端末局装置302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120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第1の受信ウエイト処理部160に対し、通信制御回路120から送信元の端末局装置等を示す情報が入力される。   Further, the communication control circuit 120 manages control related to the entire communication, such as management of the terminal station device 302 of the transmission source and overall timing control. In addition, information indicating the terminal station device or the like of the transmission source is input from the communication control circuit 120 to the first reception weight processing unit 160 that performs the signal processing related to the above-described calculation of the reception weight.

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サブキャリアごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−(N’BS−Ant)から出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)でFFTを行い各サブキャリアに分離し、分離したサブキャリアごとに、第1のチャネル情報推定回路161での信号処理、及び、第1の受信信号処理回路158での受信信号処理が実施されることになる。 As for signal reception, as in the case of transmission, in a wideband system using the OFDM modulation method or the SC-FDE method, the above-described multiplication of the reception weight is performed for each subcarrier. That is, the FFT circuits 857-1 to 857-(N ′ BS-Ant ) perform FFT on the signals output from the A / D converters 856-1 to 856-(N ′ BS-Ant ) and apply the signals to each subcarrier. The signal processing in the first channel information estimation circuit 161 and the reception signal processing in the first reception signal processing circuit 158 are performed for each of the separated subcarriers.

以上が本発明の第1の実施形態における基地局装置70の説明である。ここで重要なのは、第1の送信信号処理部181におけるローカル発振器815が同一の第1の送信信号処理部181内の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−(N’BS−Ant)で共通化されている点、一方で異なる第1の送信信号処理部181間ではローカル発振器815は共通化されていない点である。また同様に、第1の受信信号処理部185におけるローカル発振器853が同一の第1の受信信号処理部185内の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−(N’BS−Ant)で共通化されている点、一方で異なる第1の受信信号処理部185間ではローカル発振器853は共通化されていない点も重要である。図16に示す様に、一般に第1の送信信号処理部181−1〜181−4(図16では第1の信号処理部304−1〜304−4)は物理的に数メートルのオーダーで離れて設置されることが想定され、ミリ波等の高い周波数帯ではケーブルで取り回した際の損失が1メートル当たり10dB以上と非常に大きい。第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185に接続されるアンテナ素子が多数であるため、ミキサ816や854には信号を複数系統に分岐させて入力させる必要があるが、この分岐に伴うレベルの低下を考えると、数メートル単位のケーブル長の損失は無視できないため、個別の第1の送信信号処理部181及び個別の第1の受信信号処理部185内に閉じてローカル発振器815及び853をそれぞれ共用化し、異なる第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185間では共用化しない構成が有効である。 The above is the description of the base station device 70 according to the first embodiment of the present invention. What is important here is that the local oscillator 815 in the first transmission signal processing unit 181 is common to the mixers 816-1 to 816- (N'BS -Ant ) in each antenna system in the same first transmission signal processing unit 181. On the other hand, the local oscillator 815 is not shared between different first transmission signal processing units 181. Similarly, the local oscillator 853 in the first reception signal processing unit 185 is shared by the mixers 854-1 to 854- (N'BS -Ant ) in each antenna system in the same first reception signal processing unit 185. It is also important that the local oscillator 853 is not shared between the different first received signal processing units 185. As shown in FIG. 16, generally, the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 (the first signal processing units 304-1 to 304-4 in FIG. 16) are physically separated on the order of several meters. In a high frequency band such as a millimeter wave, the loss at the time of routing with a cable is very large at 10 dB or more per meter. Since a large number of antenna elements are connected to the first transmission signal processing unit 181 and the first reception signal processing unit 185, it is necessary to split the signal into a plurality of systems and input the signals to the mixers 816 and 854. Considering the decrease in the level due to this branching, the loss of the cable length on the order of several meters is not negligible, so it is closed in the individual first transmission signal processing unit 181 and the individual first reception signal processing unit 185 and locally It is effective that the oscillators 815 and 853 are shared and not shared between different first transmission signal processing units 181 and first reception signal processing units 185.

ここで、各アンテナでは指向性制御のために送受信信号の位相を調整することになるが、同一の第1の送信信号処理部181−1〜181−4(図16では第1の信号処理部304−1〜304−4)内では、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることが容易であり、ローカル発振器815ないしはローカル発振器853に依存しない部分で、どの様な位相関係となる様に送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。しかし、ローカル発振器815が第1の送信信号処理部181内で(又はローカル発振器853が第1の受信信号処理部185内で)非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも第1の送信信号処理部181において送信ウエイトを乗算する際に、複数のローカル発振器815(又は853)の間の複素位相関係を考慮して調整する必要があり、この調整を怠ると指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。本発明の第1の実施形態では、同一の第1の送信信号処理部181では上述の理由でローカル発振器815を共通化し、同一の第1の受信信号処理部185では上述の理由でローカル発振器853を共通化するが、空間多重する4系統の信号系列間の信号分離は受信側において実施することが可能であるため、マルチユーザMIMOの様に送信側で完全な信号分離を実施する必要はない。   Here, each antenna adjusts the phase of the transmission / reception signal for directivity control. However, the same first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 (the first signal processing units in FIG. 16). Within 304-1 to 304-4), it is easy to always keep the phase relationship between the signals input from the respective local oscillators 815 or 853 constant. It is possible to determine what phase relationship should be multiplied by the transmission / reception weights in a part that does not depend on it. However, when the local oscillator 815 uses a plurality of asynchronous oscillators in the first transmission signal processing unit 181 (or the local oscillator 853 in the first reception signal processing unit 185), at least the first transmission signal When multiplying the transmission weights in the processing unit 181, it is necessary to adjust in consideration of the complex phase relationship between the plurality of local oscillators 815 (or 853). If this adjustment is neglected, the directivity control functions effectively. No longer. Care must be taken in this regard when designing the device. In the first embodiment of the present invention, the same first transmission signal processing unit 181 shares the local oscillator 815 for the above-described reason, and the same first reception signal processing unit 185 uses the local oscillator 853 for the above-described reason. However, since the signal separation between the four spatially multiplexed signal sequences can be performed on the receiving side, it is not necessary to perform complete signal separation on the transmitting side as in multi-user MIMO. .

なお、この様に受信側での信号処理で基本的に複数の信号系列は分離可能であるが、例えばチャネルのフィードバックなどで第1の送信信号処理部181−1〜181−4の間の位相関係が既知であるならば、送信側で事前に信号分離の送信ウエイト行列を乗算(すなわち送信プリコーディング)することも可能である。この場合には、基地局装置70の第2の送信信号処理部71にてこの送信ウエイト行列を乗算することになる。この送信ウエイト行列の算出においては、第2の受信信号処理部75により取得された受信ウエイトベクトルを乗算した後の4系統の信号系列に関するアップリンクのチャネル情報を基にキャリブレーション処理を用いて取得しても構わない。ただし、前述の様にダウンリンクにおいても受信側の端末局装置302では送信信号に付与されたトレーニング信号によりチャネル行列が取得可能であるため、受信側での信号処理を活用すれば、必ずしも第2の送信信号処理部71での送信ウエイト行列の乗算は必要ではない。   Although a plurality of signal sequences can be basically separated by signal processing on the receiving side in this way, for example, the phase between the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 is determined by channel feedback or the like. If the relationship is known, it is possible to multiply (ie, pre-transmit) the transmission weight matrix of the signal separation in advance on the transmission side. In this case, the second transmission signal processing section 71 of the base station device 70 multiplies the transmission weight matrix. In the calculation of the transmission weight matrix, the transmission weight matrix is obtained using a calibration process based on uplink channel information on the four signal sequences after multiplication by the reception weight vector obtained by the second reception signal processing unit 75. It does not matter. However, as described above, even in the downlink, the receiving side terminal station apparatus 302 can acquire the channel matrix from the training signal added to the transmission signal. The multiplication of the transmission weight matrix by the transmission signal processing unit 71 is not necessary.

(本発明における端末局装置302に対応する端末局装置60の回路構成について)
図20は、本発明の第1の実施形態における、端末局装置302に対応する端末局装置60の構成の一例を示す概略ブロック図である。図20に示す様に、端末局装置60は、送信部61、受信部65、インタフェース回路67、MAC(Medium Access Control)層処理回路68、及び通信制御回路121を備えている。
(Circuit configuration of terminal station device 60 corresponding to terminal station device 302 in the present invention)
FIG. 20 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the terminal station device 60 corresponding to the terminal station device 302 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 20, the terminal station device 60 includes a transmission unit 61, a reception unit 65, an interface circuit 67, a MAC (Medium Access Control) layer processing circuit 68, and a communication control circuit 121.

端末局装置60は、インタフェース回路67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67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68に出力する。MAC層処理回路68は、端末局装置60全体の動作の管理制御を行う通信制御回路121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67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即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。MIMO伝送では、一つの端末局装置60宛に信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路68から送信部61に出力される。   The terminal station device 60 inputs and outputs data to and from an external device or a network via the interface circuit 67. The interface circuit 67 detects data to be transferred on the wireless line from the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 68. The MAC layer processing circuit 68 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 121 which performs management control of the operation of the terminal station device 60 as a whole. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion between data input / output by the interface circuit 67 and data transmitted / received on the wireless line, that is, wireless packets, addition of MAC layer header information, and the like. In MIMO transmission, a signal sequence of a plurality of systems is output from the MAC layer processing circuit 68 to the transmission unit 61 in order to spatially multiplex and transmit a signal to one terminal station device 60.

図21は、本発明の第1の実施形態における端末局装置60における送信部61の構成の一例を示す概略ブロック図である。図21に示す様に、送信部61は、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM(NSDMは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−NMT−Ant(NMT−Ant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−NMT−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−NMT−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−NMT−Antと、フィルタ817−1〜817−NMT−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−NMT−Antと、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antと、第1の送信ウエイト処理部140とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMと、第1の送信ウエイト処理部140とは、図20において示した通信制御回路121に接続されている。 FIG. 21 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the transmission unit 61 in the terminal station device 60 according to the first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 21, the transmission unit 61 includes transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM (N SDM is an integer of 2 or more) and addition and synthesis circuits 812-1 to 812-N MT-Ant (N MT-Ant is an integer of 2 or more, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval: guard interval) providing circuits 813-1 to 813-N MT-Ant , and D / A (digital) / Analog) converters 814-1 to 814-N MT-Ant , local oscillator 815, mixers 816-1 to 816-N MT-Ant , filters 817-1 to 817-N MT-Ant , and high power amplifier (HPA) and 818-1~818-N MT-Ant, an antenna element 819-1~819-N MT-Ant, a first transmission weight processing unit 140 It is provided. A transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM, the first transmission weight processing unit 140, and a communication control circuit 121 shown in FIG. 20.

第1の送信ウエイト処理部140は、チャネル情報取得回路141と、チャネル情報記憶回路142と、第1の送信ウエイト算出回路143とを備えている。ここで、図21における送信信号処理回路811−1〜811−NSDMの添え字のNSDM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−NMT−Antからアンテナ素子819−1〜819−NMT−Antまでの回路の添え字のNMT−Antは、端末局装置60が備えるアンテナ素子数を表す。NMT−Antは、例えば、16である。 The first transmission weight processing unit 140 includes a channel information acquisition circuit 141, a channel information storage circuit 142, and a first transmission weight calculation circuit 143. Here, N SDM subscripts of the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM in FIG 21 represents a multiplex number for performing spatial multiplexing simultaneously. The subscript N MT-Ant of the circuits from the addition / combination circuits 812-1 to 812-N MT-Ant to the antenna elements 819-1 to 819-N MT-Ant is the number of antenna elements included in the terminal station device 60. Represents N MT-Ant is 16, for example.

第1の実施形態では、一つの端末局装置60が基地局装置70宛に信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路68から送信部61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−NSDMに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、宛先の基地局装置70に送信すべきデータ(データ入力#1〜#NSDM)がMAC層処理回路68から無線回線で送信するデータ(無線パケット)が入力されると、これに対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サブキャリア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サブキャリアごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−NMT−Ant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各送信信号処理回路811−1〜811−NSDMから加算合成回路812−1〜812−NMT−Antに入力される。 In the first embodiment, since one terminal station device 60 spatially multiplexes and transmits a signal to the base station device 70, a plurality of signal sequences are input from the MAC layer processing circuit 68 to the transmission unit 61, plural systems signal sequences that are are inputted to the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM. The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM transmit data (data inputs # 1 to #N SDM ) to be transmitted to the destination base station apparatus 70 from the MAC layer processing circuit 68 via a wireless line (wireless). ), A modulation process is performed on the packet. Here, for example, if the OFDM modulation method is used, the signal of each signal sequence is subjected to modulation processing for each subcarrier. Further, the base station multiplies the modulated baseband signal by a transmission weight for each subcarrier. The signal multiplied by the transmission weight corresponding to each of the antenna elements 819-1 to 819 -N MT-Ant is subjected to the remaining signal processing as necessary, and each transmission signal processing is performed as sampling data of the transmission signal in the baseband. The circuits 811-1 to 811-N are inputted from the SDM to the addition / combination circuits 812-1 to 812-N MT-Ant .

加算合成回路812−1〜812−NMT−Antに入力された信号は、サブキャリアごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NMT−Ant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(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)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−NMT−Antごとに、D/A変換器814−1〜814−NMT−Ant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−NMT−Ant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領域に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−NMT−Antで帯域外の信号を除去し、送信すべき信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−NMT−Antで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antより送信される。 The signals input to the addition / combination circuits 812-1 to 812-NMT- Ant are combined for each subcarrier. The synthesized signal is converted from a signal on the frequency axis to a signal on the time axis by IFFT & GI adding circuits 813-1 to 812-NMT- Ant , and furthermore, a guard interval is inserted and an OFDM symbol interval (SC-FDE ( In the case of Single-Carrier Frequency Domain Equalization, processing such as waveform shaping between blocks of block transmission) is performed, and D / A converters 814-1 to 814-1 are provided for each of the antenna elements 819-1 to 819 -N MT-Ant. The digital sampling data is converted to a baseband analog signal by 814-N MT-Ant . Further, each analog signal is multiplied by a local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816-NMT -Ant , and is up-converted into a radio frequency signal. Here, since the up-converted signal includes a signal in an out-of-band region of a channel to be transmitted, the out - of-band signal is removed by the filters 817-1 to 817-NMT -Ant and transmitted. Generate a signal. The generated signal is amplified by the high-power amplifier 818-1~818-N MT-Ant, and transmitted from the antenna elements 819-1~819-N MT-Ant.

なお、図21では、各サブキャリアの信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−NMT−Ant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−NSDMにてこれらの処理を行い、IFFTされた時間軸上のサンプリング信号を加算合成回路812−1〜812−NMT−Antで合成することとして、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NMT−Antを省略する構成(厳密には、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMにこれらを含める)としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM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指す。 In FIG. 21, after performing addition and synthesis of the signals of the respective subcarriers in the addition and synthesis circuits 812-1 to 812-NMT -Ant , processes such as IFFT processing, insertion of a guard interval, and waveform shaping are performed. Performs these processes in the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM , and synthesizes the IFFT sampled signals on the time axis by the addition synthesis circuits 812-1 to 812-N MT-Ant. , IFFT & GI imparting circuit omitted from 813-1~813-N MT-Ant (strictly, these include the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM) may be. In this case, the rest of the signal processing necessary after transmission weight multiplying in the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM refers IFFT processing, insertion of the guard interval, the process of waveform shaping or the like.

また、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部140に備えられている第1の送信ウエイト算出回路143より取得する。第1の送信ウエイト処理部140では、チャネル情報取得回路141において、受信部65にて取得されたチャネル情報を通信制御回路121経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路142に記憶する。信号の送信時には通信制御回路121からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路143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142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。第1の送信ウエイト算出回路143は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに出力する。なお、通常の通信では端末局装置が通信する相手は特定の基地局装置に限られるため、上述の説明では宛先とする端末局装置に関する管理を明示的に示したが、通信の宛先局が単一であるものとして処理を行うことも当然可能である。 The transmission weight multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM is obtained from the first transmission weight calculation circuit 143 provided in the first transmission weight processing unit 140 during the signal transmission processing. I do. In the first transmission weight processing unit 140, the channel information acquisition circuit 141 separately acquires the channel information acquired by the reception unit 65 via the communication control circuit 121, and stores the channel information while sequentially updating the acquired channel information. The information is stored in the circuit 142. At the time of signal transmission, the first transmission weight calculation circuit 143 reads channel information corresponding to the destination station from the channel information storage circuit 142 according to an instruction from the communication control circuit 121, and calculates the transmission weight based on the read channel information. I do. First transmission weight calculating circuit 143 outputs the calculated transmission weight to the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM. It should be noted that, in normal communication, a terminal station device communicates with only a specific base station device. Therefore, in the above description, management regarding a terminal station device as a destination is explicitly shown. Of course, it is also possible to perform processing as one.

なお、第1の実施形態に係る本発明の特徴は、送信ウエイトの算出において、端末局装置60と基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4との間で、第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用することである。この第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用する場合のチャネル推定の方法及び送受信ウエイトの算出方法には幾つかのバリエーションがあり、これを効率的に取得する手法については、詳細は後述する。例えば、端末局装置60から基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4に向けてのアップリンクでの各チャネル行列に対し、特異値分解した際の第1右特異ベクトルを送信ウエイトベクトルに用いても良い。この場合、第1の送信ウエイト算出回路143はこの第1右特異ベクトルを算出する機能を有することになる。   Note that the feature of the present invention according to the first embodiment is that, in the calculation of the transmission weight, between the terminal station device 60 and the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70, That is, a virtual transmission path corresponding to the first singular value is used. There are several variations in the channel estimation method and the transmission / reception weight calculation method when utilizing the virtual transmission path corresponding to the first singular value, and the method for efficiently obtaining this will be described in detail later. I do. For example, for each channel matrix in the uplink from the terminal station device 60 to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70, the first right singularity when the singular value decomposition is performed The vector may be used as the transmission weight vector. In this case, the first transmission weight calculation circuit 143 has a function of calculating the first right singular vector.

ないしは、基地局装置70側が第1の送信信号処理部181−1〜181−4のそれぞれの複数のアンテナ素子に所定の送信ウエイトベクトルを乗算して信号送信している場合には、実際には複数の送信アンテナから送信されているにも関わらず、実効的には第1の送信信号処理部181−1〜181−4のそれぞれが1本の仮想的アンテナ素子から送信しているものと等価である。このため、この1本の仮想的アンテナ素子と端末局装置60の各受信アンテナとの間のチャネル情報のベクトルを取得し、このチャネルベクトルにキャリブレーション処理を施すインプリシット・フィードバックの手法でアップリンクのチャネル情報を取得することも可能である。第1の送信ウエイト算出回路143は、この様にして求めたアップリンクのチャネルベクトルを基に、式(7)に示す様にこのチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても良い。   Alternatively, when the base station apparatus 70 transmits a signal by multiplying each of the plurality of antenna elements of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 by a predetermined transmission weight vector, Despite being transmitted from a plurality of transmission antennas, it is effectively equivalent to each of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 transmitting from one virtual antenna element. It is. Therefore, a channel information vector between the one virtual antenna element and each of the receiving antennas of the terminal station device 60 is obtained, and the channel vector is subjected to a calibration process by an implicit feedback method. Channel information can be obtained. The first transmission weight calculation circuit 143 calculates a vector obtained by taking a complex conjugate of this channel vector as shown in Expression (7) based on the uplink channel vector obtained in this manner, or each component of the vector. May be used as the transmission weight vector.

なおこの代替として、第1の送信ウエイト算出回路143は、端末局装置60と、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の中の1本のアンテナ素子との間で受信側のチャネル情報のチャネルベクトルを求め、式(7)に示す様にこのチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても構わない。また、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121が管理する。   As an alternative to this, the first transmission weight calculation circuit 143 is provided between the terminal station device 60 and one antenna element in the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70. A vector obtained by obtaining a channel vector of channel information on the receiving side and obtaining a complex conjugate of the channel vector as shown in equation (7), or a vector in which the absolute values of the components of the vector are all constant May be used as a transmission weight vector. Further, the communication control circuit 121 manages control related to the entire communication, such as the entire timing control.

図22は、本発明の第1の実施形態における端末局装置60における受信部65の構成の一例を示す概略ブロック図である。図22に示す様に、受信部65は、アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−NMT−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−NMT−Antと、フィルタ855−1〜855−NMT−Antと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−NMT−Antと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−NMT−Antと、受信信号処理回路145−1〜145−NSDMと、第1の受信ウエイト処理部144とを備えている。受信信号処理回路145−1〜145−NSDMと、第1の受信ウエイト処理部144とは、図20において示した通信制御回路121に接続されている。第1の受信ウエイト処理部144は、第1のチャネル情報推定回路146と、第1の受信ウエイト算出回路147とを備えている。 FIG. 22 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the receiving unit 65 in the terminal station device 60 according to the first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 22, the receiving unit 65 includes antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant , low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852-N MT-Ant , a local oscillator 853, and a mixer 854. -1 to 854-N MT-Ant , filters 855-1 to 855-N MT-Ant , A / D (analog / digital) converters 856-1 to 856-N MT-Ant , and FFT (Fast Fourier) Transform: Fast Fourier Transform) circuits 857-1 to 857 -N MT-Ant , reception signal processing circuits 145-1 to 145 -N SDM, and a first reception weight processing unit 144. A reception signal processing circuit 145-1~145-N SDM, the first reception weight processing unit 144, and a communication control circuit 121 shown in FIG. 20. The first reception weight processing section 144 includes a first channel information estimation circuit 146 and a first reception weight calculation circuit 147.

まず、アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信した信号は、ローノイズアンプ852−1〜852−NMT−Antで増幅される。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−NMT−Ant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信号も含まれるため、フィルタ855−1〜855−NMT−Ant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−NMT−Antでデジタルベースバンド信号に変換される。例えばOFDMを用いる場合には、デジタルベースバンド信号はFFT回路857−1〜857−NMT−Antに入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した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(各サブキャリアの信号に分離)する。この各サブキャリアに分離された信号は、受信信号処理回路145−1〜145−NSDMに入力されると共に、第1のチャネル情報推定回路146にも入力される。 First, signals received by antenna elements 851-1~851-N MT-Ant is amplified by the low noise amplifier 852-1~852-N MT-Ant. The amplified signal and a local oscillation signal output from the local oscillator 853 are multiplied by mixers 854-1 to 854-NMT -Ant , and the amplified signal is down-converted from a radio frequency signal to a baseband signal. You. Since the down-converted signal includes a signal outside the frequency band to be received, the out - of-band component is removed by the filters 855-1 to 855-NMT -Ant . The signal from which the out-of-band component has been removed is converted into a digital baseband signal by A / D converters 856-1 to 856-NMT -Ant . For example, in the case of using OFDM, the digital baseband signal is input to the FFT circuits 857-1 to 857 -N MT-Ant , and the time base is determined at a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit not shown here. The above signal is converted into a signal on the frequency axis (separated into signals of each subcarrier). Each subcarrier is separated signals is inputted to the reception signal processing circuit 145-1~145-N SDM, is also input to the first channel information estimation circuit 146.

第1のチャネル情報推定回路146では、各サブキャリア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)を基に基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の各送信ウエイトベクトルにより形成される仮想的アンテナ素子と、端末局装置60の各アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antとの間のチャネル情報のチャネルベクトルをサブキャリアごとに推定し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路147に出力する。第1の受信ウエイト算出回路147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サブキャリアごとに算出する。この受信ウエイトに関しては、例えば前述の様に、ZF型の擬似逆行列を利用したり、MMSE型の受信ウエイト行列を利用したりする。この際、各アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信された信号を合成するための受信ウエイトベクトルは、信号系列ごとに異なり、上述のZF型の擬似逆行列ないしはMMSE型の受信ウエイト行列などの行ベクトルに相当し、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路145−1〜145−NSDMにそれぞれ入力される。 In the first channel information estimating circuit 146, the first transmission signal of the base station device 70 is based on a known signal for channel estimation (such as a preamble signal added to the head of a radio packet) separated into subcarriers. Channel of channel information between virtual antenna elements formed by transmission weight vectors of processing units 181-1 to 181-4 and antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant of terminal station apparatus 60 The vector is estimated for each subcarrier, and the estimation result is output to first reception weight calculation circuit 147. The first reception weight calculation circuit 147 calculates the reception weight to be multiplied for each subcarrier based on the input channel information. As for the reception weight, for example, as described above, a ZF type pseudo inverse matrix is used, or an MMSE type reception weight matrix is used. At this time, the reception weight vector for synthesizing the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant differs for each signal sequence, and the above-described ZF-type pseudo inverse matrix or MMSE-type reception is used. corresponds to a row vector, such as weight matrix, are input to the reception signal processing circuit 145-1~145-N SDM corresponding to the signal sequence to be extracted.

受信信号処理回路145−1〜145−NSDMでは、FFT回路857−1〜857−NMT−Antから入力されたサブキャリアごとの信号に対し、第1の受信ウエイト算出回路147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−NMT−Antで受信された信号をサブキャリアごとに加算合成する。受信信号処理回路145−1〜145−NSDM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68に出力する。 In the reception signal processing circuits 145-1 to 145-N SDM , the signals for each subcarrier input from the FFT circuits 857-1 to 857-N MT-Ant are input from the first reception weight calculation circuit 147. The reception weights are multiplied, and the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant are added and combined for each subcarrier. The received signal processing circuits 145-1 to 145-N SDM perform demodulation processing on the signals obtained by the addition and synthesis, and output the reproduced data to the MAC layer processing circuit 68.

ここで、異なる受信信号処理回路145−1〜145−NSDMでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、複数の受信信号処理回路145−1〜145−NSDMにまたがった受信信号処理として、MLDやQR分解を用いた簡易MLD等を用いても良い。また、MAC層処理回路68は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路67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即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。MAC層処理回路68にて処理された受信データは、インタフェース回路67を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。また、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121が管理する。 Here, the different received signal processing circuit 145-1~145-N SDM, the signal processing of the different signal sequences is performed. Further, as a received signal processing across multiple reception signal processing circuit 145-1~145-N SDM, it may be used a simple MLD or the like using the MLD and QR decomposition. Further, the MAC layer processing circuit 68 performs processing relating to the MAC layer (for example, conversion between data input / output to / from the interface circuit 67 and data transmitted / received on the wireless line, ie, wireless packets, termination of header information of the MAC layer. Do). The received data processed by the MAC layer processing circuit 68 is output to an external device or a network via the interface circuit 67. Further, the communication control circuit 121 manages control related to the entire communication, such as the entire timing control.

ここで、送信側と同様に受信時の端末局装置60側においても第1特異値に対応する仮想的伝送路を意識的に利用する信号処理とすることも可能である。図23に、第1の実施形態における端末局装置60における受信部65の別の構成の一例を示す。   Here, similarly to the transmission side, the terminal station device 60 at the time of reception may perform signal processing that intentionally uses the virtual transmission path corresponding to the first singular value. FIG. 23 illustrates an example of another configuration of the receiving unit 65 in the terminal station device 60 according to the first embodiment.

図23において、符号154は第1の受信ウエイト処理部、符号155は第1の受信信号処理回路、符号156は第1のチャネル情報推定回路、符号157は第1の受信ウエイト算出回路、符号159は第2の受信信号処理回路を示し、その他は図22と同様である。先の説明においては、第1の受信ウエイト算出回路157ではNSDM系統の信号系列を直接信号分離するための受信ウエイトを算出するものとして説明したが、一旦、第1特異値に対応する仮想的伝送路で信号分離を行いながら、それでも残る信号系列間の残留干渉を2段階で除去することも可能である。 23, reference numeral 154 denotes a first reception weight processing unit, reference numeral 155 denotes a first reception signal processing circuit, reference numeral 156 denotes a first channel information estimation circuit, reference numeral 157 denotes a first reception weight calculation circuit, and reference numeral 159. Denotes a second reception signal processing circuit, and the other is the same as FIG. In the above description, the first reception weight calculation circuit 157 has been described as calculating the reception weight for directly separating the signal sequence of the NSDM system signal, but once the virtual weight corresponding to the first singular value is calculated. It is also possible to remove residual interference between signal sequences remaining in two stages while performing signal separation on the transmission path.

この場合、第1の受信ウエイト算出回路157では、例えば基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の各アンテナ素子から端末局装置60の各アンテナ素子に向けてのチャネル情報を取得できる場合、このチャネル情報を成分とするチャネル行列に対し、特異値分解した際の第1左特異ベクトルを受信ウエイトベクトルとして算出する。ないしは、第1の送信信号処理部181−1〜181−4が送信ウエイトベクトルを乗算することで形成される1本の仮想的アンテナ素子を活用して信号送信をしている場合には、その対応する仮想的アンテナ素子と端末局装置60の各アンテナ素子との間のチャネルベクトルを求め、このベクトルを基に受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。   In this case, in the first reception weight calculation circuit 157, for example, a signal from each antenna element of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70 to each antenna element of the terminal station device 60 If the channel information can be obtained, the first left singular vector obtained when the singular value decomposition is performed on the channel matrix having the channel information as a component is calculated as the reception weight vector. Alternatively, when the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 perform signal transmission using one virtual antenna element formed by multiplying the transmission weight vectors, A channel vector between the corresponding virtual antenna element and each antenna element of the terminal station device 60 may be obtained, and each component of the reception weight vector may be obtained by Expression (7) based on this vector (maximum ratio combining). Or the absolute value may be given constant with respect to the value given by equation (7) (weight of equal gain combining).

そして、この様にして求めた受信ウエイトベクトルを、各第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMに対して入力する。ただし、この後段では第2の受信信号処理回路159にて残留干渉を分離する信号処理を実施するため、リアルタイムで頻繁に受信ウエイトベクトルを更新する必要はなく、例えば100ms周期程度の、見通し波のチャネル情報が急激には変動しないと期待される時間領域において、共通の受信ウエイトベクトルを使いまわすことも可能である。 Then, the receiving weight vector obtained in this manner is input to the first received signal processing circuit 155-1~155-N SDM. However, in the latter stage, since the second received signal processing circuit 159 performs signal processing for separating residual interference, it is not necessary to frequently update the received weight vector in real time. It is also possible to reuse a common reception weight vector in a time domain in which channel information is not expected to fluctuate rapidly.

第1のチャネル情報推定回路156及び第1の受信ウエイト算出回路157では、この様な視点から逐次受信ウエイトを更新するのではなく、例えばある程度のチャネル推定結果を第1のチャネル情報推定回路156で平均化することでチャネル推定精度を向上させ、その平均化されたチャネル情報を基に所定の周期で第1の受信ウエイト算出回路157は第1の受信ウエイトベクトルを算出し、これを第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMに対して入力する構成とすることも可能である。この場合には、平均化に際してはチャネル情報は基準アンテナ(例えば第1アンテナ)の複素位相を基準とする相対チャネル情報(ないしは、各チャネル情報を基準アンテナのチャネル情報で除算したものと考えても良い)を活用することが好ましい。 The first channel information estimating circuit 156 and the first receiving weight calculating circuit 157 do not sequentially update the receiving weights from such a viewpoint. By averaging the channel estimation accuracy, the first reception weight calculation circuit 157 calculates a first reception weight vector at a predetermined cycle based on the averaged channel information, and calculates the first reception weight vector. it is also possible to adopt a configuration for inputting the reception signal processing circuit 155-1~155-N SDM. In this case, when averaging, the channel information may be considered to be relative channel information (or each channel information divided by the channel information of the reference antenna) based on the complex phase of the reference antenna (for example, the first antenna). Good) is preferable.

第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMでは、これらの第1特異値に対応する仮想的伝送路からの信号を第2の受信信号処理回路159に入力する。この第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMと第2の受信信号処理回路159の機能分担は、図17に示した基地局装置の第1の受信信号処理部185と第2の受信信号処理部75の関係に類似している。すなわち、アンテナ素子数NMT−Antに相当する膨大な受信信号の信号を、第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMにて空間多重された信号系列数NSDMに縮小した信号に変換して第2の受信信号処理回路159に入力し、第2の受信信号処理回路159では次元が縮小された空間内での一般的なMIMO信号処理を実施する。 In the first received signal processing circuit 155-1~155-N SDM, inputs a signal from the virtual transmission path corresponding to these first singular value to a second reception signal processing circuit 159. This function sharing of the first received signal processing circuit 155-1~155-N SDM and second received signal processing circuit 159, first received signal processing section 185 and the second base station apparatus shown in FIG. 17 Is similar to the relationship of the received signal processing unit 75. That is, a signal obtained by reducing an enormous reception signal corresponding to the number of antenna elements N MT-Ant to the number of signal sequences N SDM spatially multiplexed by the first reception signal processing circuits 155-1 to 155-N SDM , And input to the second reception signal processing circuit 159. The second reception signal processing circuit 159 performs general MIMO signal processing in the space whose dimension is reduced.

具体的には、第2の受信信号処理回路159は、受信信号の先頭に付与された既知のトレーニング信号を参照し、NSDM系統の信号系列に対しNSDM×NSDMのチャネル行列を取得し、そのチャネル行列を基に受信信号検出処理を行う。先にも示した様に、第2の受信信号処理回路159は、ZF型の逆行列やMMSE型の線形受信ウエイト行列を乗算すること、ないしはMLDや簡易MLD(QR−MLD等)などの非線形の信号処理を行うことも可能である。第2の受信信号処理回路159は、この様に信号分離されたNSDM系統の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68に出力する。これは基地局装置の第2の受信信号処理部75の信号処理と同等である。 Specifically, the second reception signal processing circuit 159 refers to the known training signal added to the head of the reception signal, and obtains an N SDM × N SDM channel matrix for the N SDM system signal sequence. , Based on the channel matrix. As described above, the second reception signal processing circuit 159 multiplies the inverse matrix of the ZF type or the linear reception weight matrix of the MMSE type, or performs non-linear processing such as MLD or simple MLD (QR-MLD, etc.). Can be performed. The second reception signal processing circuit 159 performs demodulation processing on the NSDM system signal thus separated, and outputs the reproduced data to the MAC layer processing circuit 68. This is equivalent to the signal processing of the second received signal processing unit 75 of the base station device.

ここで、基地局装置70の第2の受信信号処理部75ないしは端末局装置60の第2の受信信号処理回路159における装置構成の例(基本的に処理は基地局装置と端末局装置で共通である)を図24に示す。基本的な動作は上述の通りであり、NSDM本の第1特異値に対応する仮想的伝送路の受信信号としてNSDM系列の信号系列が第2の受信信号処理回路190(図23の第2の受信信号処理回路159に相当)に入力(ここでは明示していないが、各サブキャリアの信号が入力されて、同様の信号処理を行うことになる)されると、チャネル行列取得回路191では受信信号の先頭に付与された既知のトレーニング信号を参照し、NSDM系統の信号系列に対しNSDM×NSDMのチャネル行列を取得する。受信ウエイト行列算出回路192は、そのチャネル行列を基に受信ウエイト行列をZF型の逆行列やMMSE型の線形受信ウエイト行列として算出し、これを受信ウエイト行列乗算回路193に入力する。受信ウエイト行列乗算回路193は、後続するデータに受信ウエイト行列を乗算し、異なる仮想的伝送路間のクロストーク成分である干渉信号を抑圧する。信号検出回路194は、SINR特性が高められた各信号に対して信号検出を行う。ここでの信号検出とは一般的な復調処理を意図する。例えば受信信号の軟判定を行い、デインタリーブの後に誤り訂正を行い、最終的な信号検出を行う。複数の信号系列に展開されてパラレル伝送されたデータはパラレル/シリアル変換で1系列のデータに変換され、これらをMAC層処理回路に出力する。なお、ここでは典型的な例として線形の信号処理の例を示したが、信号検出回路194は、MLDないしQR−MLDなどの非線形の信号処理を行うことも可能である。 Here, an example of a device configuration in the second received signal processing unit 75 of the base station device 70 or the second received signal processing circuit 159 of the terminal station device 60 (basically, processing is common to the base station device and the terminal station device). Is shown in FIG. The basic operation is as described above, and the N SDM sequence signal sequence is used as the received signal of the virtual transmission line corresponding to the N SDM first singular values in the second reception signal processing circuit 190 (the second reception signal processing circuit 190 in FIG. 23). 2 (corresponding to the reception signal processing circuit 159 of FIG. 2) (although not explicitly shown here, the signal of each subcarrier is input and the same signal processing is performed). With reference to a known training signal added to the head of a received signal, a channel matrix of N SDM × N SDM is obtained for a signal sequence of the N SDM system. The reception weight matrix calculation circuit 192 calculates the reception weight matrix as an inverse matrix of ZF type or a linear reception weight matrix of MMSE type based on the channel matrix, and inputs this to the reception weight matrix multiplication circuit 193. The reception weight matrix multiplication circuit 193 multiplies subsequent data by a reception weight matrix, and suppresses an interference signal that is a crosstalk component between different virtual transmission paths. The signal detection circuit 194 performs signal detection on each signal whose SINR characteristics are enhanced. Here, signal detection intends a general demodulation process. For example, a soft decision is performed on a received signal, error correction is performed after deinterleaving, and final signal detection is performed. The data that has been developed into a plurality of signal sequences and transmitted in parallel is converted into one-series data by parallel / serial conversion, and these are output to the MAC layer processing circuit. Here, an example of linear signal processing is shown as a typical example, but the signal detection circuit 194 can also perform nonlinear signal processing such as MLD or QR-MLD.

なお、基地局装置70の構成の説明において図17の第2の送信信号処理部71を明示的に示した様に、端末局装置60側においても、図25に示す様に図21に第2の送信信号処理回路148を追加し、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMを第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMに置き換え、更に第1の送信ウエイト算出回路143を送信ウエイト算出回路149に置き換えることも可能である。この場合、図21に示す第2の送信信号処理回路148は図17の第2の送信信号処理部71の機能を備え、第2の送信信号処理回路148では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処理を行うと共に、各第1特異値に対応する仮想的伝送路間の信号の漏れ込みを補償するための送信ウエイト行列を送信ウエイト算出回路149から取得し、NSDM系統の送信信号ベクトルに送信ウエイト行列を乗算する処理(送信プリコーディング)を施し、第1の送信信号処理回路821に出力する。一方、第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMでは、第2の送信信号処理回路148から入力されたNSDM系統の送信信号のそれぞれに、第1特異値に対応する仮想的伝送路を形成するための送信ウエイトを乗算する構成となる。ここで、送信ウエイト算出回路149の機能としては、第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMにて第1特異値に対応する仮想的伝送路を形成するための送信ウエイトを算出する機能と、各第1特異値に対応する仮想的伝送路間の信号の漏れ込みを補償するための送信ウエイト行列を算出するための機能を両方備えることになる。この場合の送信ウエイト行列は、例えばキャリブレーション処理を伴うインプリシット・フィードバックを用いる手法、ないしは直接的なエクスプリシット・フィードバックを用いる手法などで取得したチャネル情報を基に求められる。 In the description of the configuration of the base station apparatus 70, the second transmission signal processing section 71 in FIG. 17 is explicitly shown, and the terminal station apparatus 60 also has the second transmission signal processing section 71 in FIG. Add the transmission signal processing circuit 148, the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM replaces the first transmission signal processing circuit 821-1~821-N SDM, further first transmission weight calculating circuit 143 Can be replaced by the transmission weight calculation circuit 149. In this case, the second transmission signal processing circuit 148 shown in FIG. 21 has the function of the second transmission signal processing unit 71 in FIG. 17, and the second transmission signal processing circuit 148 generates a wireless packet to be transmitted on a wireless line. and performs processing for modulation processing, obtains the transmission weight matrix for compensating the leakage signals between the virtual transmission path corresponding to each first singular value from the transmission weight calculating circuit 149, N SDM system Is subjected to a process of multiplying the transmission signal vector by a transmission weight matrix (transmission precoding), and output to the first transmission signal processing circuit 821. On the other hand, in the first transmit signal processing circuit 821-1~821-N SDM, to the transmission signals of N SDM system input from the second transmission signal processing circuit 148, the virtual corresponding to the first singular value The transmission weight for forming the transmission path is multiplied. Here, the function of the transmission weight calculating circuit 149, calculates a transmission weight for forming a virtual transmission path corresponding to the first singular value in the first transmission signal processing circuit 821-1~821-N SDM And a function for calculating a transmission weight matrix for compensating signal leakage between virtual transmission paths corresponding to each first singular value. The transmission weight matrix in this case is obtained based on channel information acquired by a method using, for example, implicit feedback with calibration processing, or a method using direct explicit feedback.

第1の実施形態に係る本発明の特徴は、端末局装置60と基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4との間で、第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用することである。したがって、端末局装置60から基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4に向けての各チャネル行列に対し、特異値分解した際の第1右特異ベクトルに送信ウエイトベクトルを用いることになり、第1の送信ウエイト算出回路143はこの第1右特異ベクトルを算出する機能を有することになる。なお、この第1右特異ベクトルの近似解として、詳細は後述するが、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の中の1本のアンテナ素子との間でチャネルベクトルを求め、このチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても構わない。本来、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4のアンテナ素子群が全体で仮想的な指向性アンテナを形成することになるが、その代替としてこの手法は例えばそのアンテナ素子群の中の物理的に中央付近に存在するアンテナ1本で代表した場合を近似解と見なすことに相当する。この場合、近似解のウエイトは厳密解のウエイトとは異なるものとなるのであるが、シミュレーションで評価すればその結果得られる利得は後述する様に極端に大きな劣化がある訳ではない。   The feature of the present invention according to the first embodiment is that a virtual station corresponding to a first singular value is provided between the terminal station apparatus 60 and the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station apparatus 70. Is to use a dynamic transmission path. Therefore, for each channel matrix from the terminal station device 60 to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70, the transmission weight is assigned to the first right singular vector when the singular value decomposition is performed. This means that the first transmission weight calculation circuit 143 has a function of calculating the first right singular vector. The details of the approximate solution of the first right singular vector will be described later, but the approximate solution with one antenna element in the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70 A channel vector is obtained, and either a vector obtained by taking a complex conjugate of the channel vector or a vector in which the absolute values of all components of the vector are made constant may be used as the transmission weight vector. Originally, the antenna element group of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the base station device 70 would form a virtual directional antenna as a whole. A case where a single antenna physically located near the center in the antenna element group is represented as an approximate solution. In this case, the weight of the approximate solution is different from the weight of the exact solution, but the gain obtained as a result of evaluation by simulation does not necessarily have an extremely large deterioration as described later.

以上が、第1の実施形態における端末局装置60、送信部61、及び受信部65の構成の説明である。ここで重要なのは、送信部61におけるローカル発振器815が送信部61の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−NMT−Antで共通化されている点、受信部65におけるローカル発振器853が受信部65の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−NMT−Antで共通化されている点である。指向性制御においてはアンテナ素子ごとで送受信信号の位相を調整することになるが、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることで、どの様な位相関係で送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。一方、ローカル発振器815ないしはローカル発振器853が送信部61内又は受信部65内で非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも送信部61において送信ウエイトを乗算する指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。なお、ローカル発振器815とローカル発振器853を共用することも可能である。 The above is the description of the configurations of the terminal station device 60, the transmitting unit 61, and the receiving unit 65 in the first embodiment. What is important here is that the local oscillator 815 in the transmitting unit 61 is shared by the mixers 816-1 to 816-NMT -Ant in each antenna system of the transmitting unit 61, and the local oscillator 853 in the receiving unit 65 is It is common to the mixers 854-1 to 854-NMT -Ant in each of the 65 antenna systems. In the directivity control, the phase of the transmission / reception signal is adjusted for each antenna element. By controlling the phase relationship of the signals input from the local oscillators 815 or 853 to be always constant, It is possible to determine whether to multiply transmission / reception weights with such a phase relationship. On the other hand, when the local oscillator 815 or the local oscillator 853 uses a plurality of asynchronous oscillators in the transmission unit 61 or the reception unit 65, the directivity control of multiplying the transmission weight at least in the transmission unit 61 functions effectively. Disappears. Care must be taken in this regard when designing the device. Note that the local oscillator 815 and the local oscillator 853 can be shared.

(Point−to−Multipointへの拡張について)
以上の説明ではPoint−to−Point型の無線エントランス回線に関する説明を中心に行っていたため、第1の信号処理部304の配置は何らかの手法で最適化された状態で運用すれば、第1の信号処理部304の数だけの空間多重伝送が可能になる。このための最適化手法は後述するアンテナ配置法でも良いし、アンテナ設置時に何ヶ所かに設定しながら、その中で仮想的伝送路が概ね直交する配置を検索して対応しても構わない。しかし、一つの基地局装置70と複数の端末局装置60が同時にPoint−to−Multipoint型の通信を行う場合には、全ての端末局装置にとって基地局装置70側のアンテナ配置が共通の理想的な配置とすることは困難なので、冗長な数の第1の信号処理部304を設置し、通信する端末局装置60ごとに異なる組み合わせの第1の信号処理部304を選択して通信を行う構成としても構わない。この場合には、通信制御回路にて最適な第1の信号処理部304の組み合わせを判断することになるため、通信制御回路に端末局装置60ごとの最適な第1の信号処理部304の組み合わせ情報に関するデータベースなどの機能を備える必要がある。
(Expansion to Point-to-Multipoint)
In the above description, the description has been focused on the point-to-point type wireless entrance line. Therefore, if the arrangement of the first signal processing unit 304 is operated in an optimized state by some method, the first signal Spatial multiplexing transmission by the number of processing units 304 is possible. An optimization method for this purpose may be an antenna arrangement method described later, or may be set at several locations when installing the antenna and search for an arrangement in which virtual transmission paths are substantially orthogonal to each other. However, when one base station apparatus 70 and a plurality of terminal station apparatuses 60 perform point-to-multipoint type communication at the same time, the antenna arrangement on the base station apparatus 70 side is ideal for all the terminal station apparatuses. Since it is difficult to arrange the first signal processing units 304 in a redundant manner, a configuration is employed in which a redundant number of first signal processing units 304 are provided, and a different combination of first signal processing units 304 is selected for each terminal station device 60 with which communication is performed. It does not matter. In this case, the communication control circuit determines the optimal combination of the first signal processing units 304. Therefore, the communication control circuit determines the optimal combination of the first signal processing units 304 for each terminal station device 60. It is necessary to have functions such as a database for information.

(本発明における信号処理の処理フローについて)
以下では、本発明の第1の実施形態における信号処理の処理フローについて説明する。基本的に基地局装置と端末局装置の信号処理フローは共通であるが、引用すべき回路の名称・符号番号が異なるため、ここでは基地局装置に関する信号処理フローを例に取り説明する。また、上述の様に第2の送信信号処理部71(端末局装置の場合には、明示的な記述がある図25の第2の送信信号処理回路148に相当)での信号処理は、送信ウエイト行列の乗算(送信プリコーディング)を施さないこととすることも可能であり、この場合にはその信号処理に関する部分は省略可能である。
(Processing flow of signal processing in the present invention)
Hereinafter, a processing flow of signal processing in the first embodiment of the present invention will be described. Basically, the signal processing flow of the base station device and the terminal station device are common, but since the names and code numbers of the circuits to be quoted are different, the signal processing flow for the base station device will be described here as an example. Further, as described above, the signal processing in the second transmission signal processing unit 71 (corresponding to the second transmission signal processing circuit 148 in FIG. 25 having an explicit description in the case of the terminal station device) It is also possible not to perform weight matrix multiplication (transmission precoding), and in this case, the portion related to signal processing can be omitted.

図26に、第1の実施形態における信号送信時の信号処理フローの概要を示す。送信処理を開始すると、通信制御回路120は第1の信号処理部304及び第2の信号処理部305に対して、第1の送信ウエイトベクトル及び第2の送信ウエイト行列の読み出しを指示する(ステップS2601)(ステップS2602)。   FIG. 26 shows an outline of a signal processing flow at the time of signal transmission in the first embodiment. When the transmission process starts, the communication control circuit 120 instructs the first signal processing unit 304 and the second signal processing unit 305 to read the first transmission weight vector and the second transmission weight matrix (step S2601) (Step S2602).

ここでの送信ウエイトベクトル及び送信ウエイト行列の読み出しは、例えばPoint−to−Multipoint型の通信で且つ基地局装置70の場合には、通信相手局である端末局装置60が通信の都度異なることになるため、送信の都度、毎回読み出し処理を行うことになる。一方、固定的なPoint−to−Point型の通信の場合、ないしは端末局装置60の様に通信相手局が常に基地局装置70に固定される場合には、毎回読み出さずとも処理を省略することも可能である。ただし、チャネルの時変動が無視できず、毎回、送信ウエイトが変更になる場合には、通信相手が固定である場合でも毎回、送信の都度読み出す構成としても良い。ないしは、所定の周期で更新された送信ウエイトを読み出す構成としても良い。また、前述の様に第2の信号処理部305における第2の送信ウエイト乗算回路での行列乗算を省略する場合には、この第2の信号処理部305における送信ウエイト行列の読み出しは不要となる。   The reading of the transmission weight vector and the transmission weight matrix here is, for example, a point-to-multipoint type communication and in the case of the base station apparatus 70, the terminal station apparatus 60 which is the communication partner station differs every time communication is performed. Therefore, the reading process is performed every time transmission is performed. On the other hand, in the case of fixed point-to-point type communication, or in the case where the communication partner station is always fixed to the base station apparatus 70 as in the terminal station apparatus 60, the processing may be omitted without reading it every time. Is also possible. However, in the case where the time variation of the channel cannot be ignored and the transmission weight is changed every time, even when the communication partner is fixed, it is possible to read out the data every transmission. Alternatively, a configuration in which the transmission weight updated in a predetermined cycle is read may be adopted. When the matrix multiplication in the second transmission weight multiplication circuit in the second signal processing unit 305 is omitted as described above, it is not necessary to read out the transmission weight matrix in the second signal processing unit 305. .

第2の信号処理部305においては、空間多重を行うNSDM系統分の送信信号を生成し(ステップS2603)、その送信信号に対して第2の送信ウエイト行列を乗算する(ステップS2604)。乗算後のNSDM系統分の送信データはそれぞれ対応する第1の信号処理部304に転送される(ステップS2605)。第2の信号処理部305は、送信データの送信が終了しているか否かを判定する(ステップS2606)。送信データの送信が終了していない場合(ステップS2606:NO)、第2の信号処理部305は、ステップS2603に処理を戻す。送信データの送信が終了している場合(ステップS2606:YES)、第2の信号処理部305は、信号送信時の信号処理フローを終了する。 The second signal processing unit 305 generates transmission signals for the NSDM system for performing spatial multiplexing (step S2603), and multiplies the transmission signals by a second transmission weight matrix (step S2604). The multiplied transmission data for the NSDM system is transferred to the corresponding first signal processing unit 304 (step S2605). The second signal processing unit 305 determines whether the transmission of the transmission data has been completed (step S2606). If the transmission of the transmission data has not been completed (step S2606: NO), the second signal processing unit 305 returns the process to step S2603. If the transmission of the transmission data has been completed (step S2606: YES), the second signal processing unit 305 ends the signal processing flow at the time of signal transmission.

一方、第1の信号処理部304では事前に読み出していた、第1の信号処理部304ごとの送信ウエイトベクトルを用いて、送信信号(1次元の信号)に送信ウエイトベクトルを乗算し(ステップS2607)、送信アンテナ数NAnt次元の送信信号ベクトルに変換し、アンテナ系統ごとに送信信号処理を行う(ステップS2608)。 On the other hand, the first signal processing unit 304 multiplies the transmission signal (one-dimensional signal) by the transmission weight vector using the transmission weight vector of each first signal processing unit 304 that has been read in advance (step S2607). ), The number of transmission antennas is converted into a N Ant- dimensional transmission signal vector, and transmission signal processing is performed for each antenna system (step S2608).

例えば、OFDM変調方式を想定する際には、送信信号の生成はサブキャリアごと、及びOFDMシンボルごとに実施され、送信ウエイト行列の乗算や送信ウエイトベクトルの乗算なども、全てサブキャリアごとに個別に行われる。ここでの送信信号処理としては、周波数軸上のサブキャリアごとの送信信号に対しIFFT処理を施し、ガードインターバルを付与してシンボル間の波形整形などを必要に応じて加え、この時間軸上のサンプリングデータをD/A変換してアナログベースバンド信号を生成し、これをミキサにてアップコンバートした後、帯域外成分をフィルタにて除去し、ハイパワーアンプで信号増幅したものをアンテナから送信する。   For example, when assuming an OFDM modulation scheme, generation of a transmission signal is performed for each subcarrier and for each OFDM symbol, and multiplication of a transmission weight matrix and multiplication of a transmission weight vector are also performed individually for each subcarrier. Done. As the transmission signal processing here, IFFT processing is performed on the transmission signal for each subcarrier on the frequency axis, a guard interval is added, and waveform shaping between symbols is added as necessary. D / A converting the sampling data to generate an analog baseband signal, upconverting the analog baseband signal with a mixer, removing out-of-band components with a filter, and amplifying the signal with a high power amplifier, and transmitting the amplified signal from an antenna. .

以上はOFDM変調方式を用いる場合の例だが、その他のSC−FDEなどの方式に対しても同様であり、基本的には従来の様々な通信方式を適用することができる。また、必ずしも周波数軸上の信号処理である必要はなく、後述する様に送信ウエイトベクトルの乗算を時間軸上で実施する場合などでは、単一の送信ウエイトベクトル(及び行列)を用いて、サンプリングデータごとに送信ウエイトベクトル(及び行列)の乗算を施す構成としても構わない。また、誤り訂正の符号化やインタリーブなどの処理は送信信号の生成処理に含まれるものとし、ここでの説明では省略している。   The above is an example in which the OFDM modulation scheme is used, but the same applies to other schemes such as SC-FDE, and basically various conventional communication schemes can be applied. In addition, the signal processing is not necessarily performed on the frequency axis, and when multiplication of the transmission weight vector is performed on the time axis as described later, sampling is performed using a single transmission weight vector (and matrix). The multiplication of the transmission weight vector (and the matrix) may be performed for each data. In addition, processes such as error correction encoding and interleaving are assumed to be included in the transmission signal generation process, and are omitted in the description here.

次に図27に、第1の実施形態における信号受信時の信号処理フローの第1例の概要を示す。信号を受信すると、通信制御回路120は複数の第1の信号処理部304に対して、それぞれの第1の受信ウエイトベクトルの読み出しを指示する(ステップS2701)。   Next, FIG. 27 shows an outline of a first example of a signal processing flow at the time of signal reception in the first embodiment. Upon receiving the signal, the communication control circuit 120 instructs the plurality of first signal processing units 304 to read out the respective first reception weight vectors (step S2701).

ここでの受信ウエイトベクトルの読み出しは、送信側の場合と同様に例えばPoint−to−Multipoint型の通信で且つ基地局装置70の場合には、通信相手局である端末局装置60が通信の都度異なることになるため、送信の都度、毎回読み出し処理を行うことになる。一方、固定的なPoint−to−Point型の通信である場合、ないしは端末局装置60の様に通信相手局が常に基地局装置70に固定される場合には、毎回読み出さずとも処理を省略することも可能である。ただし、チャネルの時変動が無視できず、毎回、受信ウエイトが変更になる場合には、通信相手が固定である場合でも毎回、送信の都度読み出す構成としても良い。ないしは、所定の周期で更新された受信ウエイトを読み出す構成としても良い。   The reading of the reception weight vector here is, for example, a point-to-multipoint type communication as in the case of the transmission side, and in the case of the base station apparatus 70, the terminal station apparatus 60 which is the communication partner station performs each time of communication. Therefore, the reading process is performed every time transmission is performed. On the other hand, in the case of fixed point-to-point type communication, or in the case where the communication partner station is always fixed to the base station apparatus 70 like the terminal station apparatus 60, the processing is omitted without reading every time. It is also possible. However, in the case where the time variation of the channel cannot be neglected and the reception weight is changed every time, even when the communication partner is fixed, the configuration may be read out every time transmission is performed. Alternatively, the reception weight updated at a predetermined cycle may be read.

その後、実際の信号を受信すると、アンテナ系統ごとに信号受信処理を実施する(ステップS2702)。ここでの信号受信処理とは、例えば受信信号をローノイズアンプで増幅し、ミキサにてダウンコンバート処理を施し、フィルタにて帯域外周波数成分を除去した後、A/D変換器にてデジタルベースバンド信号のサンプル値に変換する。これらの受信信号処理においては、例えばOFDM変調方式であればOFDMシンボルごとに切り出すと共にガードインターバルを除去し、FFTによりサブキャリア成分ごとの周波数軸上の信号に変換する。   Thereafter, when an actual signal is received, a signal reception process is performed for each antenna system (step S2702). Here, the signal receiving process means, for example, amplifying a received signal with a low noise amplifier, performing a down-conversion process with a mixer, removing out-of-band frequency components with a filter, and then using a digital baseband with an A / D converter. Convert to signal sample values. In the reception signal processing, for example, in the case of the OFDM modulation method, the signal is cut out for each OFDM symbol, the guard interval is removed, and the signal is converted into a signal on the frequency axis for each subcarrier component by FFT.

以上の受信信号処理が施された信号に対しては、アンテナ素子ごとの信号をベクトル成分とする受信信号ベクトルに対し受信ウエイトベクトルの乗算を行い(ステップS2703)、この結果を第2の信号処理部305に転送する(ステップS2704)。第1の信号処理部304は、受信データの受信が終了しているか否かを判定する(ステップS2705)。ここで、受信データが更に継続する場合には(ステップS2705:YES)、ステップS2702に示す受信信号処理に戻り処理を継続し、受信データが終了している場合(ステップS2705:NO)には第1の信号処理部304の処理は終了となる。   With respect to the signal on which the above-described reception signal processing has been performed, the reception signal vector having the signal of each antenna element as a vector component is multiplied by the reception weight vector (step S2703), and the result is subjected to the second signal processing. It is transferred to the unit 305 (step S2704). The first signal processing unit 304 determines whether the reception of the reception data has been completed (step S2705). Here, if the reception data is further continued (step S2705: YES), the process returns to the reception signal processing shown in step S2702 and the processing is continued, and if the reception data is completed (step S2705: NO), The processing of the first signal processing unit 304 ends.

一方、第2の信号処理部305においては、第1の信号処理部304から転送される信号が例えば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か否かを判断し(ステップS2706)、トレーニング信号であれば(ステップS2706:YES)チャネル推定を実施し(ステップS2707)、得られたチャネル行列を基に第2の受信ウエイト行列を生成する(ステップS2708)。一方、トレーニング信号ではないデータ部分であれば(ステップS2706:NO)、空間多重数のNSDM次元の受信信号ベクトルに対し、第2の受信ウエイト行列を乗算し(ステップS2709)、信号分離の後に信号検出処理を実施する(ステップS2710)。ここでの信号検出処理とは、例えば送信信号に対する軟判定処理、デインタリーブ処理、誤り訂正処理などを経て、送信信号を推定する処理を意味し、これらの物理層の信号処理の完了後にMAC層処理回路へと出力される。 On the other hand, the second signal processing unit 305 determines whether or not the signal transferred from the first signal processing unit 304 is, for example, a channel estimation training signal added to the head of a wireless packet (step S2706). ), If it is a training signal (step S2706: YES), channel estimation is performed (step S2707), and a second reception weight matrix is generated based on the obtained channel matrix (step S2708). On the other hand, if the data portion is not a training signal (step S2706: NO), the N SDM- dimensional reception signal vector of the spatial multiplexing number is multiplied by the second reception weight matrix (step S2709). A signal detection process is performed (step S2710). Here, the signal detection processing means processing for estimating the transmission signal through, for example, soft decision processing, deinterleaving processing, error correction processing, and the like for the transmission signal, and after completion of the signal processing of the physical layer, the MAC layer Output to the processing circuit.

なお、受信信号処理においてはOFDM変調方式の他にSC−FDE方式などの一般の従来技術も同様に適用可能である。更に、説明ではサブキャリアごとの信号処理の様に説明したが、必ずしも周波数軸上の信号処理である必要はなく、後述する様に受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列の乗算を時間軸上で実施する場合などでは、単一の受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列を用いて、サンプリングデータごとに受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列の乗算を施す構成としても構わない。また、例えば第2の受信ウエイト行列を乗算するステップS2709(及び信号分離の後に信号検出処理を実施するステップS2710)に相当するMIMO信号処理に関しては必ずしも線形信号処理として第2の受信ウエイト行列を乗算する必要はなく、QR−MLDやMLDなどの一般的なMIMO信号検出処理を適用することも可能である。   In the reception signal processing, a general conventional technique such as the SC-FDE scheme can be similarly applied in addition to the OFDM modulation scheme. Furthermore, in the description, signal processing for each subcarrier has been described. However, signal processing is not necessarily performed on the frequency axis. As described later, multiplication of a reception weight vector and a reception weight matrix is performed on the time axis. In some cases, a single reception weight vector and reception weight matrix may be used to multiply the reception weight vector and reception weight matrix for each sampling data. Also, for the MIMO signal processing corresponding to, for example, step S2709 of multiplying the second reception weight matrix (and step S2710 of performing signal detection processing after signal separation), multiplication of the second reception weight matrix as linear signal processing is not necessarily performed. It is not necessary to perform the process, and a general MIMO signal detection process such as QR-MLD or MLD can be applied.

なお、以上の説明は基地局装置70の様に第1の信号処理部304で用いるローカル発振器853が第1の信号処理部304ごとに非同期の場合を想定し、第2の受信ウエイト行列を信号の受信ごとに算出する場合について説明したが、例えば端末局装置60の場合には全てのアンテナ素子のアップコンバート処理、及び又はダウンコンバート処理に用いるローカル発振器853が共通化されているため、必ずしも受信のたびに第2の受信ウエイト行列が変化する訳ではない。この様にローカル発振器853が全体で共通化されていて且つチャネルの時変動を無視できる場合には、過去に取得した第2の受信ウエイト行列を用いることも可能である。図28に本発明の第1の実施形態における信号受信時の信号処理フローの第2例の概要を示す。図28に示すステップS2801からステップS2805までは、図27に示すステップS2701からステップS2705までと同じである。図27との差分は、第2の信号処理部305の信号処理において、信号の受信処理が開始された時点で第2の信号処理部305は通信制御回路120からの第2の受信ウエイト行列の読み出し指示を受け、第2の受信ウエイト行列の読み出しを行う(ステップS2806)。その後、第1の信号処理部304から受信信号が転送されると、空間多重数のNSDM次元の受信信号ベクトルに対して第2の受信ウエイト行列を乗算し(ステップS2807)、その後に信号検出処理を行う(ステップS2808)構成としている。その他の信号処理に関しては図27と同様である。 The above description is based on the assumption that the local oscillator 853 used in the first signal processing unit 304 is asynchronous for each first signal processing unit 304 like the base station device 70, and the second reception weight matrix is Has been described for each reception, but in the case of the terminal station device 60, for example, the local oscillator 853 used for the up-conversion processing and / or the down-conversion processing of all antenna elements is shared, so that the reception is not necessarily performed. Does not mean that the second reception weight matrix changes every time. As described above, when the local oscillator 853 is commonly used as a whole and the time variation of the channel can be ignored, the second reception weight matrix acquired in the past can be used. FIG. 28 shows an outline of a second example of the signal processing flow at the time of signal reception in the first embodiment of the present invention. Steps S2801 to S2805 shown in FIG. 28 are the same as steps S2701 to S2705 shown in FIG. The difference from FIG. 27 is that in the signal processing of the second signal processing unit 305, the second signal processing unit 305 determines the second reception weight matrix of the second reception weight matrix from the communication control circuit 120 at the time when the signal reception processing is started. Upon receiving the read instruction, the second reception weight matrix is read (step S2806). Thereafter, when the reception signal is transferred from the first signal processing unit 304, the N SDM- dimensional reception signal vector of the spatial multiplex number is multiplied by a second reception weight matrix (step S2807), and thereafter, signal detection is performed. The processing is performed (step S2808). Other signal processing is the same as in FIG.

以上の様に、第1の実施形態の無線通信システム50は、基地局装置70(第1の無線局装置)及び端末局装置60(第2の無線局装置)を備える。基地局装置70は、複数の第1の送信信号処理部181と、複数の第1の受信信号処理部185と、第2の送信信号処理部71、第2の受信信号処理部75とを有する。複数の第1の送信信号処理部181は、複数のアンテナ素子819を有する。複数の第1の受信信号処理部185は、複数のアンテナ素子851を有する。第2の送信信号処理部71は、複数の第1の送信信号処理部181に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。第2の受信信号処理部75は、複数の第1の受信信号処理部185に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。端末局装置60は、複数のアンテナ素子819と、複数のアンテナ素子851と、送信部61と、受信部65とを有する。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して、複数の第1の受信信号処理部185との無線通信を実行する。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して、複数の第1の受信信号処理部185と、第1の受信信号処理部185に対応付けられた第2の受信信号処理部75との無線通信を実行してもよい。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して、複数の第1の送信信号処理部181との無線通信を実行する。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して、複数の第1の送信信号処理部181と、第1の送信信号処理部181に対応付けられた第2の送信信号処理部71との無線通信を実行してもよい。第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルの少なくとも一方を、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方又は第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出する。複数の第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185は、第1の送信信号処理部181又は第1の受信信号処理部185に対応した当該送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルのうち少なくとも一方を用いて、それぞれ独立な信号系列を空間多重伝送する。   As described above, the wireless communication system 50 of the first embodiment includes the base station device 70 (first wireless station device) and the terminal station device 60 (second wireless station device). The base station device 70 includes a plurality of first transmission signal processing units 181, a plurality of first reception signal processing units 185, a second transmission signal processing unit 71, and a second reception signal processing unit 75. . The plurality of first transmission signal processing units 181 have a plurality of antenna elements 819. The plurality of first reception signal processing units 185 have a plurality of antenna elements 851. The second transmission signal processing unit 71 executes signal processing of wireless communication associated with the plurality of first transmission signal processing units 181. The second reception signal processing unit 75 executes signal processing of wireless communication associated with the plurality of first reception signal processing units 185. The terminal station device 60 includes a plurality of antenna elements 819, a plurality of antenna elements 851, a transmitting unit 61, and a receiving unit 65. The transmission unit 61 performs wireless communication with the plurality of first reception signal processing units 185 via the plurality of antenna elements 819. The transmission unit 61 communicates with the plurality of first reception signal processing units 185 and the second reception signal processing unit 75 associated with the first reception signal processing unit 185 via the plurality of antenna elements 819. Communication may be performed. The receiving unit 65 performs wireless communication with the plurality of first transmission signal processing units 181 via the plurality of antenna elements 851. The receiving unit 65 is configured to wirelessly connect the plurality of first transmission signal processing units 181 and the second transmission signal processing unit 71 associated with the first transmission signal processing unit 181 via the plurality of antenna elements 851. Communication may be performed. The first transmission signal processing unit 181 and the first reception signal processing unit 185 provide a transmission weight vector and a reception weight for a MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group. An approximate solution of at least one of the first right singular vector and the first left singular vector corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix or an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector Is calculated based on at least one of the above. The plurality of first transmission signal processing units 181 and the first reception signal processing units 185 include the transmission weight vector and the reception weight vector corresponding to the first transmission signal processing unit 181 or the first reception signal processing unit 185. Spatial multiplex transmission of independent signal sequences is performed using at least one of them.

これによって、第1の実施形態の基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム50及び無線通信方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。例えば、基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム50及び無線通信方法は、将来モバイルネットワークにおける無線通信システムにおいて、見通し環境が支配的でありながら、高次空間多重及び高周波数帯を利用して大容量化を実現することが可能となる。   This allows the base station device 70, the terminal station device 60, the wireless communication system 50, and the wireless communication method of the first embodiment to increase the transmission capacity by MIMO in an environment where the line-of-sight environment is dominant. For example, the base station device 70, the terminal station device 60, the wireless communication system 50, and the wireless communication method use a high-order spatial multiplexing and a high frequency band in a wireless communication system in a mobile network in the future, while the line-of-sight environment is dominant. As a result, a large capacity can be realized.

第1の実施形態の基地局装置303としての基地局装置70は、狭い領域にアンテナ素子を束ねた第1の信号処理部304と、それらを集約する第2の信号処理部305を備える。第1の信号処理部304では個々の信号処理部内に閉じたビームフォーミングを行い、異なる第1の信号処理部304にまたがったビームフォーミングはしない。個別の第1の信号処理部304は、「見通し波」を最大限に活用する「第1特異値に対応する仮想的伝送路」のための送受信ウエイトを生成し、複数の第1の信号処理部304における個々の送受信ウエイトを用いて空間多重伝送を行う。   The base station device 70 as the base station device 303 according to the first embodiment includes a first signal processing unit 304 in which antenna elements are bundled in a small area, and a second signal processing unit 305 that aggregates them. The first signal processing unit 304 performs closed beam forming in each signal processing unit, and does not perform beam forming over different first signal processing units 304. The individual first signal processing unit 304 generates transmission / reception weights for the “virtual transmission path corresponding to the first singular value” that makes the best use of the “line of sight wave”, and generates a plurality of first signal processings. Spatial multiplexing transmission is performed using the individual transmission / reception weights in section 304.

ここで、以上の説明では見通し環境が支配的な環境であることを典型的な実施形態として説明してきたが、例えば完全な見通し環境でない場合でも、非常に強い反射波が特定の方向から到来したり、見通し波と遜色ない回折波が到来したりする場合には、第1特異値に相当する仮想的伝送路はその到来方向に形成されることになる。この意味で、第1特異値に相当する仮想的伝送路とは見通し波により構成される伝送路である必然性はなく、本発明の第1の実施形態では、第1特異値に相当する仮想的伝送路を複数系統、積極的に活用して空間多重伝送することであるために、見通し外環境であっても本発明の第1の実施形態は適用可能である。その場合の回路構成、処理フローは上記説明と全く変わることなく、そのままの内容で適用することが可能である。   Here, in the above description, it has been described as a typical embodiment that the line-of-sight environment is a dominant environment. Or, when a diffracted wave that is inferior to the line-of-sight wave arrives, the virtual transmission path corresponding to the first singular value is formed in the arrival direction. In this sense, the virtual transmission path corresponding to the first singular value does not necessarily need to be a transmission path constituted by line-of-sight waves, and in the first embodiment of the present invention, the virtual transmission path corresponding to the first singular value. Since spatial multiplexing transmission is performed by positively utilizing a plurality of transmission lines, the first embodiment of the present invention can be applied even in a non-line-of-sight environment. The circuit configuration and processing flow in that case can be applied as they are without any change from the above description.

[第2の実施形態]
[見通しMIMO伝送の直交化のためのアンテナ配置条件]
(第2の実施形態に係る基本原理の概要)
ここで、複数の仮想的伝送路が概ね直交関係になるための条件を整理する。上記の図16では、25本のアンテナ素子ごとに実効的に一つの指向性ビームが形成されているので、これは近似的には指向性利得の非常に高い1本のアンテナ(例えばパラボラアンテナ)を利用していることに相当する。そこで、図29に基地局装置に4本のパラボラアンテナ、端末局装置に16本のアンテナ素子をリニアアレー状に実装したケースの例を示す。図29において、符号306は基地局装置、符号302は端末局装置、符号307−1〜307−4はパラボラアンテナを示す。端末局装置302は、端末局装置60に相当する。基地局装置306は、等価的には基地局装置70に相当する。基本的には、図29に示すパラボラアンテナ307−1〜307−4と等価な伝送を、基地局装置70の多数のアンテナ素子をグループ化することで実現する。
[Second embodiment]
[Antenna placement conditions for orthogonalization of line-of-sight MIMO transmission]
(Overview of Basic Principle According to Second Embodiment)
Here, conditions for a plurality of virtual transmission paths to have a substantially orthogonal relationship will be summarized. In FIG. 16 described above, since one directional beam is effectively formed for every 25 antenna elements, this is approximately one antenna having a very high directional gain (for example, a parabolic antenna) Is equivalent to using. FIG. 29 shows an example of a case where four parabolic antennas are mounted on a base station apparatus and 16 antenna elements are mounted on a terminal station apparatus in a linear array. In FIG. 29, reference numeral 306 denotes a base station device, reference numeral 302 denotes a terminal station device, and reference numerals 307-1 to 307-4 denote parabolic antennas. The terminal station device 302 corresponds to the terminal station device 60. Base station apparatus 306 is equivalent to base station apparatus 70 equivalently. Basically, transmission equivalent to the parabolic antennas 307-1 to 307-4 shown in FIG. 29 is realized by grouping a large number of antenna elements of the base station device 70.

ここで、見通し波が支配的な図29におけるMIMOチャネルの4個の特異値が、先に示す場合と同様に概ね均等に大きな値となる条件を整理する。例えば特許文献(特許第5488894号公報)には見通し環境のMIMO伝送が成立する条件が規定されているが、これらの従来技術の基本的な考え方は、基地局装置と端末局装置の備えるアンテナ素子の間隔を可能な限り広げ、その結果として個々の送信アンテナと受信アンテナとの間の距離にばらつきを与え、その距離の差の関係が擬似的にランダムな関係(ないしは所定の関係)となる様に調整する様に試みるのである。   Here, the conditions under which the four singular values of the MIMO channel in FIG. 29 in which the line of sight is dominant are almost equally large as in the case described above will be summarized. For example, Patent Documents (Japanese Patent No. 5488894) specify conditions for establishing MIMO transmission in a line-of-sight environment. Are spread as much as possible, and as a result, the distances between the individual transmitting antennas and the receiving antennas are varied, and the relationship between the distances becomes a pseudo-random relationship (or a predetermined relationship). It tries to adjust to.

一方、例えばフェーズドアレーアンテナ技術においては、1次元状のリニアアレーのアンテナ素子間隔をdとすれば、このdの値を小さく設定することで、指向性を向けるべき方向の遠方にあるアンテナから見れば、個々のリニアアレーのアンテナ素子に到来する(ないしは送出される)電波が平面波状に近似できる様になり、到来波の方向を角度θで表せば、アンテナ素子ごとの経路差はd・sinθで高精度に近似可能になる。しかし、上述の従来技術の基本的な考え方ではそれぞれのアンテナ素子の間隔を可能な限り広く設定するために、この様な平面波近似を行うことができず、その近似を異なる条件で行う必要があった。その結果として従来技術の近似の精度は低下する。実際、見通し環境でのMIMO通信を行う際には、送受信局の双方で大型のパラボラアンテナを想定していた。通常、パラボラアンテナのサイズは波長に比べて大幅に大きいため、上述の様な経路長差を波長に対して無視可能な程度の精度で平面波近似することはできない。   On the other hand, for example, in the phased array antenna technology, if the distance between the antenna elements of a one-dimensional linear array is d, setting this value of d to a small value allows the antenna to be viewed from a distant antenna in the direction in which the directivity should be directed. The radio wave arriving at (or being transmitted to) the antenna element of each linear array can be approximated to a plane wave. If the direction of the arriving wave is represented by an angle θ, the path difference between the antenna elements is d · sin θ, which is high. It becomes possible to approximate the accuracy. However, in the above-described basic concept of the related art, in order to set the interval between the antenna elements as wide as possible, such a plane wave approximation cannot be performed, and the approximation needs to be performed under different conditions. Was. As a result, the accuracy of the prior art approximation is reduced. In fact, when performing MIMO communication in a line-of-sight environment, a large parabolic antenna was assumed at both the transmitting and receiving stations. Usually, the size of the parabolic antenna is much larger than the wavelength, and therefore, the above-described path length difference cannot be approximated by a plane wave with negligible accuracy with respect to the wavelength.

しかし、基地局装置70側のみのアンテナの実効的な開口長を広げる一方で、端末局装置60側のアンテナ素子の間隔を数波長程度(基地局装置70と端末局装置60の間の距離にも依存するが、例えば3波長以下)のオーダーに設定すれば、図29の基地局装置306側のあるパラボラアンテナからの端末局装置302側のアンテナ素子ごとの経路差をd・sinθで十分に近似可能になる。そこで、図30に示す様に、基地局装置306に相当する基地局装置70の基地局装置アンテナ#j(310−j)(1≦j≦M)と、端末局装置302に相当する端末局装置60の端末局装置アンテナ#1(320−1)との間の距離をLとし、更に端末局装置アンテナ#1(320−1)の正面方向との角度差をθとすれば、端末局装置60のアンテナ間隔dを用いてチャネル行列(基地局装置70側の第jアンテナから端末局装置60の第i(1≦i≦NMT−Ant)アンテナの間のチャネル情報をhijとする)を表すと、以下の式(26)で近似的に表すことができる。式(26)では、煩雑さを避けるためNMT−AntをNと表記する。また、図29では基地局装置306の備えるパラボラアンテナ307−1〜307−4の数を4としたが、ここでは一般的な数としてアンテナ素子数をMとする。 However, while increasing the effective aperture length of the antenna only on the base station device 70 side, the interval between the antenna elements on the terminal station device 60 side is set to about several wavelengths (the distance between the base station device 70 and the terminal station device 60 is reduced). If it is set to the order of, for example, 3 wavelengths or less), the path difference between the parabolic antenna on the base station apparatus 306 side and the antenna element on the terminal station apparatus 302 side in FIG. It can be approximated. Therefore, as shown in FIG. 30, the base station apparatus antenna #j (310-j) (1 ≦ j ≦ M) of the base station apparatus 70 corresponding to the base station apparatus 306 and the terminal station corresponding to the terminal station apparatus 302 the distance between the terminal station apparatus antenna # 1 of the device 60 (320-1) and L j, further if the angular difference between the front direction of the terminal station device antenna # 1 (320-1) and theta j, Using the antenna spacing d of the terminal station apparatus 60, channel information between the channel matrix (the j-th antenna on the base station apparatus 70 side and the i-th (1 ≦ i ≦ N MT-Ant ) antenna of the terminal station apparatus 60) is hij. ) Can be approximately expressed by the following equation (26). In equation (26), NMT -Ant is denoted as N to avoid complexity. Further, in FIG. 29, the number of the parabolic antennas 307-1 to 307-4 included in the base station device 306 is four, but here, the number of antenna elements is M as a general number.

Figure 0006676745
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ここで行列の積の形式で表示したが、第2項目の第(j,j)成分は基地局装置70の第jアンテナと端末局装置60の第1アンテナとの間のチャネル情報を示す。端末局装置60のNMT−Ant本のアンテナの各成分の差分情報は、第1項目の第j列の列ベクトルに相当する。第2項目の第(j,j)成分はその列ベクトルの全ての成分に掛かる共通項であるため、第1項目の各列ベクトルが直交していれば各特異値が安定して大きな値となる。第1項の第i列ベクトルと第j列ベクトルが直交している条件は複素ベクトルの内積がゼロとなるという下記の式(27)で表される。 Here, it is displayed in the form of a matrix product. The (j, j) -th component of the second item indicates channel information between the j-th antenna of the base station device 70 and the first antenna of the terminal station device 60. The difference information of each component of the N MT-Ant antennas of the terminal station device 60 corresponds to the column vector of the j-th column of the first item. Since the (j, j) -th component of the second item is a common term applied to all the components of the column vector, if the column vectors of the first item are orthogonal, each singular value is stably a large value. Become. The condition in which the i-th column vector and the j-th column vector of the first term are orthogonal to each other is expressed by the following equation (27) in which the inner product of the complex vector is zero.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

以上の式変形では、等比級数の和の公式を利用している。この最後の条件は分母がゼロでない条件のもとで分子がゼロであれば良いので、分子のexpのかっこの中の項が2πiの整数倍となるとの条件から、下記の条件式(28)が導かれる。以降の式では、Nは元のアンテナ数NMT−Antとして記述する。 The above equation transformation uses the formula of the sum of geometric series. Since the last condition is that the numerator is zero under the condition that the denominator is not zero, the following conditional expression (28) is obtained from the condition that the term in the parentheses of the numerator exp is an integral multiple of 2πi. Is led. In the following equations, N is described as the original number of antennas N MT-Ant .

Figure 0006676745
Figure 0006676745

この式(28)の定数Kは端末局装置60のアンテナ数NMT−Antの倍数ではない整数である。ここで図30に示す通り、基地局装置70側の第jアンテナが端末局装置60側のアンテナの真正面から横方向にdの変位があるとし、第iと第jアンテナの差分をΔdijとする。基地局装置70と端末局装置60の間の距離をLとし、式(28)の第1式の両辺にL/dを乗算する。基地局装置70の各アンテナ素子と端末局装置60の第1アンテナとの間の距離は微妙に異なるが、距離Lが変位dよりも十分大きければL≒Lと近似可能になる。 Constant K 1 of the formula (28) is an integer not the number of antennas N a multiple of MT-Ant terminal station 60. Here, as shown in FIG. 30, it is assumed that the j-th antenna on the base station apparatus 70 side has a displacement of d j from the front of the antenna on the terminal station apparatus 60 sideways, and the difference between the i-th and j-th antennas is Δd ij And Let L be the distance between the base station device 70 and the terminal station device 60, and multiply both sides of the first expression of Expression (28) by L / d. The distance between the first antenna of each antenna element and the terminal station device 60 of the base station apparatus 70 slightly different, but the distance L becomes possible approximation with sufficiently large if L ≒ L j than the displacement d j.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

つまり、端末局装置60のアンテナ数NMT−Antに対し、NMT−Antの整数倍でもゼロでもない整数Kに対し、端末局装置60のアンテナ素子の間隔d、端末局装置60と基地局装置70の距離L、無線通信の信号波の波長λに対し、任意の2本のアンテナ素子の間隔が式(29)を満たす間隔になる様に設定すればよい。この条件を幾何学的に解釈すると、例えば以下の様な条件であれば簡易にこの条件を実現することができる。例えば最も簡易な条件としては、端末局装置60側のリニアアレーと距離がL離れ且つ正対する直線上に、その直線方向に任意のオフセットを許容し、λL/NMT−Antd間隔でNMT−Ant点の地点を直線的に設定し、このNMT−Ant点の中からM地点を選択して基地局装置70のM本のアンテナ素子を配置すればよい。これは、連続するNMT−Ant個の整数の中から任意の二つの整数を選び、その差分を求めると必ずその絶対値が(NMT−Ant−1)以下になり、KがNMT−Antの整数倍になることを回避できることを利用している。なお、個別の任意のふたつの整数の差分がNMT−Antの整数倍とならない配置を検索して設定すれば、その他のより広い条件の中から基地局装置のアンテナ設置個所を選ぶことも可能である。 That is, with respect to the number of antennas N MT-Ant terminal station 60, N MT-Ant to integer K 2 not be zero at integer multiples, the interval d of the antenna elements of the terminal station 60, terminal station 60 and the base The distance between any two antenna elements may be set to satisfy the formula (29) with respect to the distance L of the station device 70 and the wavelength λ of the signal wave of the wireless communication. If this condition is interpreted geometrically, the condition can be easily realized, for example, under the following conditions. For example, as the simplest conditions, on a line linear array and the distance of the terminal station 60 side L away and directly opposite, allows any offset in the linear direction, N in λL / N MT-Ant d spacing MT- The point of the Ant point may be set linearly, the M point may be selected from the NMT-Ant points, and the M antenna elements of the base station apparatus 70 may be arranged. This is because any two integers are selected from consecutive N MT-Ant integers, and the absolute value of the difference is always (N MT−Ant −1) or less, and K 2 becomes N MT -It utilizes the fact that it can be prevented from becoming an integral multiple of Ant . Note that, by searching and setting an arrangement in which the difference between any two arbitrary integers is not an integral multiple of NMT-Ant , it is also possible to select the antenna installation location of the base station device from other broader conditions. It is.

図29に示す様に、端末局装置60側のアンテナ素子を小型化する場合にはその分、端末局装置60側のアンテナ素子数NMT−Antを増やす一方、一般には基地局装置70のアンテナ素子数Mは想定する空間多重数の上限に設定するため、Mの値は端末局装置60側のアンテナ素子数NMT−Antよりも小さいことが想定される。つまり、NMT−Ant>Mのときには、上述の最も簡易な条件においても基地局装置70側のM本のアンテナは等間隔である必要はなく、上述のNMT−Ant地点の中から間欠的にアンテナ素子の配置場所を設定しても構わない。なお、図16の場合には実際のアンテナ素子数は100本であるが、25本単位にグループ化して仮想的な4本のアンテナ素子と見なすことができるので、図16におけるMは4であると見なすべきである。また、式(28)の導出までは非常に高精度の近似を行っているが、式(29)で用いた近似は精度が若干低い。しかし、パラメータの設定次第ではあるが、式(29)の基地局装置70のアンテナ素子の間隔が仮に1m程度としたとき、±数cm程度の数%の誤差があっても概ね直交状態にあることには違いはない。本発明における第1の実施形態でも同様であるが、基本的に受信側において複数の仮想的伝送路間の干渉成分がある場合でも、受信側の信号処理でその干渉を抑圧することは可能であり、その様な信号処理を想定すれば、あくまでも概ね直交状態にすることにより損失の最小化が可能なので、式(29)の近似精度はシステム運用上において大きな影響を与えない。 As shown in FIG. 29, when the size of the antenna element on the terminal station device 60 side is reduced, the number of antenna elements N MT-Ant on the terminal station device 60 side is increased accordingly, while the antenna of the base station device 70 is generally increased. Since the number of elements M is set to the upper limit of the assumed number of spatial multiplexing, it is assumed that the value of M is smaller than the number of antenna elements N MT-Ant on the terminal station device 60 side. That is, when N MT-Ant > M, the M antennas on the base station device 70 side need not be equally spaced even under the above-described simplest condition, and are intermittently selected from the above-described N MT-Ant points. The location where the antenna element is arranged may be set. Although the actual number of antenna elements is 100 in the case of FIG. 16, M in FIG. 16 is 4 since the antenna elements can be grouped in units of 25 and regarded as four virtual antenna elements. Should be considered. Although the approximation with very high accuracy is performed until the derivation of Expression (28), the approximation used in Expression (29) has slightly lower accuracy. However, depending on the setting of the parameters, assuming that the distance between the antenna elements of the base station device 70 in the equation (29) is about 1 m, even if there is an error of about ± several centimeters in the base station apparatus 70, they are almost orthogonal. There is no difference. Although the same applies to the first embodiment of the present invention, basically, even when there is an interference component between a plurality of virtual transmission paths on the receiving side, it is possible to suppress the interference by signal processing on the receiving side. If such signal processing is assumed, the loss can be minimized by making the state substantially orthogonal to the last, so that the approximation accuracy of Expression (29) does not significantly affect the system operation.

この様な性質も考慮すれば、図16で表される各グループ化されたアンテナ素子群を仮想的な一つのアンテナと見なせば、物理的に広がりを持つ多素子アンテナのその中心点を仮想的アンテナの物理的な位置と見なし、これらの複数のアンテナ素子群を上述のアンテナ配置で設置すれば、それぞれ第1特異ベクトルで表現されるウエイトベクトルを用い、所望の特性で複数の信号系列を空間多重して伝送することが可能になる。   Considering such properties, if each grouped antenna element group shown in FIG. 16 is regarded as one virtual antenna, the center point of the physically spread multi-element antenna is assumed to be virtual. If the plurality of antenna element groups are arranged in the above-described antenna arrangement, the weight vector represented by the first singular vector is used, and a plurality of signal sequences with desired characteristics are obtained. Spatial multiplexing and transmission are possible.

なお、上述の説明では基地局装置側のアンテナ素子と端末装置側のアンテナ素子は、図29に示す様にお互いに向かい合い正対している状態を例に取り説明を行ったが、一般的には図31に示す様に、正対関係にない場合が想定される。これは、基地局装置306や端末局装置302の設置場所に関する制約に起因する。この様な場合には、若干、各パラメータを換算することで所望の効果を導くことができる。図31では、基地局装置306から端末局装置302を見たときに、正面から角度θずれた方向に端末局装置302が存在し、また端末局装置302から基地局装置306を見たときに、正面から角度θ’ずれた方向に基地局装置306が存在している。この場合、基地局装置306のパラボラアンテナ307−1と307−4との間隔Dは等価的にはD’(=Dcosθ)に狭まった状態に見える。同様に、端末局装置302のリニアアレー312の幅Dは等価的にはD’(=Dcosθ’)に狭まった状態に見える。言い換えれば、アンテナ素子間隔dがdcosθ×cosθ’倍に変換された状態と捉えることができる。基地局装置306のパラボラアンテナ307−1〜307−4の概ね重心付近と端末局装置302の距離をLとすれば、これらの換算を行った上で上述の条件式を用いて最適なアンテナ配置の条件を算出することができる。すなわち、基地局装置70は、見通し方向の直線に対して直交する軸上に各リニアアレーを仮想的に投影する。同様に、端末局装置60は、見通し方向の直線に対して直交する軸上に各リニアアレーを仮想的に投影する。仮想的に投影した軸上のアンテナ素子の間隔に基づいて式(29)のdは、dcosθ×cosθ’に換算される。仮想的に投影した軸上のアンテナ素子の間隔に基づいて式(29)のdは、換算装置又は人によって換算される。 In the above description, the antenna element on the base station apparatus side and the antenna element on the terminal apparatus side have been described as an example in a state where they face each other as shown in FIG. 29. As shown in FIG. 31, it is assumed that there is no direct relationship. This is due to restrictions on the installation location of the base station device 306 and the terminal station device 302. In such a case, a desired effect can be obtained by slightly converting each parameter. In FIG. 31, when the terminal station apparatus 302 is viewed from the base station apparatus 306, the terminal station apparatus 302 exists in a direction shifted by an angle θ from the front, and when the base station apparatus 306 is viewed from the terminal station apparatus 302. The base station apparatus 306 exists in a direction shifted from the front by an angle θ ′. In this case, the distance D 1 of the parabolic antenna 307-1 and 307-4 of the base station apparatus 306 is equivalently visible state narrowed to D 1 '(= D 1 cosθ ). Similarly, it appears that the width D 2 of the linear array 312 of the terminal station device 302 is equivalently narrowed to D 2 ′ (= D 2 cos θ ′). In other words, it can be understood that the antenna element interval d has been converted to dcos θ × cos θ ′ times. If the distance between the center of gravity of the parabolic antennas 307-1 to 307-4 of the base station device 306 and the distance between the terminal station device 302 is L, these conversions are performed, and the optimum antenna arrangement is obtained using the above-described conditional expression. Can be calculated. That is, the base station apparatus 70 virtually projects each linear array on an axis orthogonal to the line of sight. Similarly, the terminal station device 60 virtually projects each linear array on an axis orthogonal to a line of sight. D in Expression (29) is converted into dcos θ × cos θ ′ based on the interval between the antenna elements on the virtually projected axis. D in Expression (29) is converted by a conversion device or a person based on the distance between the antenna elements on the virtually projected axis.

ちなみに、図29及び図31において基地局装置306のパラボラアンテナ307−1〜307−4の概ね重心付近と端末局装置302の距離をLとしているが、個々のアンテナ素子の厳密な距離は共通の距離Lではなく、それぞれが誤差を持つことになる。しかし、式(29)の算出の途中段階では近似を用いていることからも分かる様に、ここでの距離Lもある程度の誤差は許容可能であり、図29で示した様に正対したアンテナ素子の間隔(平行な直線上に並ぶアンテナ素子の、2本の直線の間の距離)としても良いし、図31に示した様に概ねアンテナ素子の重心を結んだ距離としても良い。この様に、距離Lはその近似値ないしは概算値として扱えば良い。   29 and 31, the distance between the vicinity of the center of gravity of the parabolic antennas 307-1 to 307-4 of the base station apparatus 306 and the distance between the terminal station apparatus 302 is L, but the exact distance between the individual antenna elements is common. Instead of the distance L, each has an error. However, as can be seen from the use of approximation in the middle of the calculation of the equation (29), a certain error can be tolerated for the distance L here as well, and as shown in FIG. The distance between the elements (the distance between two straight lines of the antenna elements arranged on a parallel straight line) may be used, or the distance approximately connecting the center of gravity of the antenna element as shown in FIG. As described above, the distance L may be handled as an approximate value or an approximate value thereof.

なお、本説明における図29及び図30における説明では、端末局装置はリニアアレーにより構成される場合を典型的な例として示している。この特徴は、基地局装置側のパラボラアンテナ307−1〜307−4ないしは310−1〜310−M(図16ではアンテナ素子群304−1〜304−4に相当)は直線上に配置されており、同様に端末局装置側のアンテナ素子も直線上にリニアアレーを構成して配置されている。上述の直交化条件の算出においては、このふたつの直線は平行関係にあるものとして説明した。具体的に説明すれば、例えばビル壁面ないしはビルの屋上などに、ビルの壁面に平行な水平軸を仮定し、その水平軸に沿って複数の第1の信号処理部及びアンテナ素子(群)307−1〜307−4を設置する場合には、端末局装置のリニアアレーも道を隔てた反対側のビルの壁面に平行で且つ水平な軸上に配置することが好ましい。ここで、端末局装置側のこの水平軸に対して直交する垂直軸を設定し、この水平軸及び垂直軸に平行な格子を仮定し、先に説明した端末局装置のリニアアレーを垂直方向にN’段積み上げた正方格子アレーを利用する場合について考える。このとき、端末局装置の全アンテナ素子数はN×N’素子になる。しかし、この端末局装置から基地局装置の複数の第1の信号処理部のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を見ると、水平方向に対してはそれぞれ角度差があるものの、垂直方向の仰角に関してはアンテナ素子(群)307−1〜307−4ごとに差がないため、上述の正方格子アレーのN’段のそれぞれは独立なアンテナ素子とはみなされず、実質的には垂直方向に並ぶN’素子が等価的に一つの仮想的アンテナ素子として振る舞い、この仮想的アンテナ素子が水平軸上にリニアアレー状にN素子配置されているものと理解される。実際、シミュレーション評価においてもこの効果は確認されており、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を結ぶ軸に対し、端末局装置のアンテナ素子を、この軸と平行な軸及びこの軸と直交する軸で構成される格子状にN×N’素子を配置する場合には、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を結ぶ軸と平行な軸上のN素子で且つそのN素子の素子間隔のリニアアレーと見なして、式(18)に当てはめて基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4の素子間隔を最適すれば良い。当然ながら、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4がビルの壁面などに垂直方向に整列している場合には、端末局装置側のアンテナ素子も垂直方向にN素子、水平方向にN’素子を格子状に並べ、これを垂直方向に並んだ等価的なN素子のリニアアレーと見なして式(18)を適用すればよい。また、ここでは端末局装置側のアンテナ配列を正方格子アレーとして説明したが、必ずしも正方格子である必要はなく、長方形状に水平方向と垂直方向の素子間隔が異なっていても構わない。この場合には、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4が整列する軸と平行な端末局装置側の軸に並ぶアンテナ素子の間隔を、式(18)のアンテナ素子間隔dとして算出すればよい。   Note that, in the description of FIGS. 29 and 30 in this description, a case where the terminal station device is configured by a linear array is shown as a typical example. This feature is that the parabolic antennas 307-1 to 307-4 or 310-1 to 310-M (corresponding to the antenna element groups 304-1 to 304-4 in FIG. 16) on the base station device side are arranged on a straight line. Similarly, the antenna elements on the side of the terminal station device are arranged in a linear array on a straight line. In the above-described calculation of the orthogonalization condition, the two straight lines have been described as being in a parallel relationship. Specifically, for example, a horizontal axis parallel to the wall surface of the building is assumed on the wall surface of the building or on the roof of the building, and the plurality of first signal processing units and the antenna element (group) 307 are set along the horizontal axis. When -1 to 307-4 are installed, it is preferable that the linear array of the terminal station device is also arranged on a horizontal axis parallel to the wall surface of the building on the opposite side of the road. Here, a vertical axis orthogonal to the horizontal axis on the terminal station apparatus side is set, and a grid parallel to the horizontal axis and the vertical axis is assumed, and the linear array of the terminal station apparatus described above is vertically shifted by N. 'Consider using a stacked square lattice array. At this time, the total number of antenna elements of the terminal station apparatus is N × N ′. However, when viewing the plurality of antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 of the first signal processing unit of the base station apparatus from this terminal station apparatus, although there is an angular difference with respect to the horizontal direction, Since there is no difference in the elevation angle in each of the antenna elements (groups) 307-1 to 307-4, each of the N ′ stages of the above-described square lattice array is not regarded as an independent antenna element, and is substantially vertical. It is understood that N ′ elements arranged in the direction behave equivalently as one virtual antenna element, and that the virtual antenna elements are arranged in a linear array on the horizontal axis. In fact, this effect has been confirmed in the simulation evaluation, and the antenna element of the terminal station apparatus is parallel to the axis connecting the antenna elements (group) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side. When N × N ′ elements are arranged in a lattice formed by an axis and an axis orthogonal to this axis, the N × N ′ elements are parallel to the axis connecting the antenna elements (group) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side. Considering a linear array of N elements on the axis and the element spacing between the N elements, and applying the equation (18) to optimize the element spacing of the antenna element (group) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side good. Of course, when the antenna elements (group) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side are vertically aligned on the wall surface of the building or the like, the antenna elements on the terminal station apparatus side also have N elements in the vertical direction. Equation (18) may be applied by assuming that N ′ elements are arranged in a grid in the horizontal direction and are regarded as an equivalent linear array of N elements arranged in the vertical direction. Also, here, the antenna arrangement on the terminal station apparatus side has been described as a square lattice array, but the arrangement is not necessarily a square lattice, and the element spacing in the horizontal and vertical directions may be rectangular. In this case, the distance between the antenna elements (group) 307-1 to 307-4 on the side of the base station apparatus and the antenna elements arranged on the axis on the side of the terminal station apparatus which is parallel to the axis on which the antenna elements (group) 307-1 to 307-4 are aligned is determined by the antenna element of equation (18). It may be calculated as the interval d.

以上の様に、第2の実施形態の無線通信システム53は、基地局装置306(第1の無線局装置)及び端末局装置302(第2の無線局装置)を備える。基地局装置306はアンテナ素子(パラボラアンテナ)307−1〜307−4を備え、端末局装置302は端末局装置アンテナ素子群312を備える。基地局装置306の複数のパラボラアンテナ(アンテナ素子)307−1〜307−4は、式(29)に示されている様に、第m素子と第n素子の間隔Δdmnと、端末局装置302と基地局装置306の距離Lと、無線通信の信号波の波長λと、端末局装置302のアンテナ数NMT−Antと、端末局装置302のアンテナ素子の間隔dとに基づいて配置される。パラボラアンテナ307−1〜307−4は、例えば、それぞれが単一の高利得アンテナ素子(単一アンテナ素子)である。高利得アンテナ素子は、例えば、パラボラアンテナ307である。パラボラアンテナ307−1〜307−4は、単一の高利得アンテナ素子である代わりにアンテナ素子群でもよい。この様にアンテナ素子群を用いる場合には、基地局装置306は図16に示す基地局装置303及び図17の基地局装置17であっても良い。図17における基地局装置70は、複数の第1の送信信号処理部181と、複数の第1の受信信号処理部185と、第2の送信信号処理部71、第2の受信信号処理部75とを有する。複数の第1の送信信号処理部181は、複数のアンテナ素子819を有する。複数の第1の受信信号処理部185は、複数のアンテナ素子851を有する。第2の送信信号処理部71は、複数の第1の送信信号処理部181に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。第2の受信信号処理部75は、複数の第1の受信信号処理部185に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。端末局装置60は、複数のアンテナ素子819と、複数のアンテナ素子851と、送信部61と、受信部65とを有する。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して複数の第1の受信信号処理部185との無線通信を実行する。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して複数の第1の送信信号処理部181との無線通信を実行する。 As described above, the wireless communication system 53 of the second embodiment includes the base station device 306 (first wireless station device) and the terminal station device 302 (second wireless station device). The base station device 306 includes antenna elements (parabolic antennas) 307-1 to 307-4, and the terminal station device 302 includes a terminal station device antenna element group 312. The plurality of parabolic antennas (antenna elements) 307-1 to 307-4 of the base station apparatus 306 include, as shown in Expression (29), the distance Δd mn between the m-th element and the n-th element, the terminal station apparatus It is arranged based on the distance L between the base station apparatus 302 and the base station apparatus 306, the wavelength λ of the signal wave of wireless communication, the number of antennas N MT-Ant of the terminal station apparatus 302, and the distance d between the antenna elements of the terminal station apparatus 302. You. Each of the parabolic antennas 307-1 to 307-4 is, for example, a single high-gain antenna element (single antenna element). The high gain antenna element is, for example, a parabolic antenna 307. The parabolic antennas 307-1 to 307-4 may be an antenna element group instead of a single high gain antenna element. When the antenna element group is used as described above, the base station apparatus 306 may be the base station apparatus 303 shown in FIG. 16 and the base station apparatus 17 shown in FIG. The base station device 70 in FIG. 17 includes a plurality of first transmission signal processing units 181, a plurality of first reception signal processing units 185, a second transmission signal processing unit 71, and a second reception signal processing unit 75. And The plurality of first transmission signal processing units 181 have a plurality of antenna elements 819. The plurality of first reception signal processing units 185 have a plurality of antenna elements 851. The second transmission signal processing unit 71 executes signal processing of wireless communication associated with the plurality of first transmission signal processing units 181. The second reception signal processing unit 75 executes signal processing of wireless communication associated with the plurality of first reception signal processing units 185. The terminal station device 60 includes a plurality of antenna elements 819, a plurality of antenna elements 851, a transmitting unit 61, and a receiving unit 65. The transmission unit 61 performs wireless communication with the plurality of first reception signal processing units 185 via the plurality of antenna elements 819. The receiving unit 65 performs wireless communication with the plurality of first transmission signal processing units 181 via the plurality of antenna elements 851.

すなわち、アンテナ素子の間隔又はアンテナ素子グループの間隔が、基地局装置306(第1の無線局装置)と端末局装置302(第2の無線局装置)との距離Lと、無線通信の信号波の波長λと、第2のアンテナ素子群を構成するリニアアレー状のアンテナ素子の数N又は格子状に配置された縦方向又は横方向のいずれかのアンテナ素子の数Nと、第2のアンテナ素子群を構成する縦方向又は横方向のいずれかのアンテナ素子の間隔dとに基づいて算出された値の整数倍になる様に、複数の第1のアンテナ群を構成する各単一アンテナ素子又はアンテナ素子グループは配置される。   That is, the distance between the antenna elements or the distance between the antenna element groups depends on the distance L between the base station apparatus 306 (first wireless station apparatus) and the terminal station apparatus 302 (second wireless station apparatus), and the signal wave of wireless communication. Λ, the number N of linear array-shaped antenna elements constituting the second antenna element group or the number N of any of the vertical or horizontal antenna elements arranged in a lattice, and the second antenna element Each single antenna element forming a plurality of first antenna groups or an integer multiple of a value calculated based on the distance d between any of the vertical or horizontal antenna elements forming the group or Antenna element groups are arranged.

これによって、第2の実施形態の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。第2の実施形態の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、所望の特性で複数の信号系列を空間多重して伝送することが可能になる。第2の実施形態の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、SIR特性を改善することができる。第2の実施形態の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、より高い空間多重を実現することができる。   Accordingly, the base station apparatus 306 or 70, the terminal station apparatus 302 or 60, the wireless communication system 53 or 50, and the antenna element arrangement method of the second embodiment can increase the transmission capacity by MIMO in an environment where the line-of-sight environment is dominant. It is possible to increase. The base station apparatus 306 or 70, the terminal station apparatus 302 or 60, the wireless communication system 53 or 50, and the antenna element arranging method according to the second embodiment transmit a plurality of signal sequences by spatial multiplexing with desired characteristics. Becomes possible. The base station device 306 or 70, the terminal station device 302 or 60, the wireless communication system 53 or 50, and the antenna element arrangement method of the second embodiment can improve the SIR characteristics. The base station device 306 or 70, the terminal station device 302 or 60, the wireless communication system 53 or 50, and the antenna element arrangement method of the second embodiment can realize higher spatial multiplexing.

第2の実施形態の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、見通しが支配的な環境で、基地局装置306又は70側の複数のパラボラアンテナ307と、端末局装置302又は60側の複数素子アンテナとのMIMOチャネルにおいて、各チャネルが直交化されるためのアンテナ設置条件を規定している。ただし、ここでは議論を単純化するために基地局側にパラボラアンテナを実装する場合の条件を示したが、当然ながらパラボラアンテナ以外の高指向性アンテナを用いたり、更には基地局側が複数アンテナ素子で構成される図16に示す様な第1の信号処理部を用いたりする様な場合であっても、同様の条件で各伝送路間の直交化を概ね図ることができる。これにより、伝送路上での通信品質の向上と、伝送容量の増大を図ることが可能になる。   The base station device 306 or 70, the terminal station device 302 or 60, the wireless communication system 53 or 50, and the antenna element disposition method of the second embodiment can be used in an environment where the line of sight is dominant and the base station device 306 or 70 In a MIMO channel of a plurality of parabolic antennas 307 and a plurality of element antennas on the terminal station device 302 or 60 side, antenna installation conditions for orthogonalizing each channel are defined. However, here, conditions for mounting a parabolic antenna on the base station side are shown for simplicity of discussion, but naturally a highly directional antenna other than the parabolic antenna is used, and further, the base station side has a plurality of antenna elements. Even when the first signal processing unit as shown in FIG. 16 is used, orthogonalization between transmission paths can be generally achieved under the same conditions. This makes it possible to improve communication quality on the transmission path and increase transmission capacity.

[第3の実施形態]
[第1特異値に相当する複数の仮想伝送路のアクセス系への適用技術]
(第3の実施形態に係る基本原理)
上述の説明では、基地局装置と端末局装置との間の伝送路において、概ね見通し波が支配的な環境を取り上げてきた。その様な利用例としては、端末局装置60を中継局と見なし、基地局装置70から中継局へのエントランス回線において上述の技術を用いる場合が考えられる。しかし、この第1特異値に相当する仮想的伝送路は無線エントランス回線での利用に限定されるものではない。上述の説明においても、中継局に相当する端末局装置60は小型であることを想定し、非常に狭い領域に多数の小型アンテナが配置されているものを想定した。したがって、例えばスマートフォンなどに多数のアンテナを搭載し、特に第5世代移動通信システム(5G)のスモールセルでの受信を想定するならば、ミリ波ないしは準ミリ波の活用が想定されるために、ユーザが移動することを除けば、上述の無線エントランスの場合と全く同様に狭いところにアンテナが凝縮されて配置される環境と見なせる。つまり、一例としてビルの壁面など比較的高所にスモールセル基地局が配置される場合、概ね真上方向から基地局装置70と端末局装置60が概ね見通し環境にあり、スマートフォンの表面方向に若干の指向性利得を持たせたアンテナを実装する状況を考えれば、かなり見通し波が支配的な環境で通信が行われることが予想される。この様な場合には、基地局装置のアンテナを図16と同様に複数にグループ化し、それぞれのグループで同様に第1特異値に相当する仮想的伝送路を積極的に利用することが有効となる。
[Third Embodiment]
[Technology applied to access system of multiple virtual transmission paths corresponding to first singular value]
(Basic principle according to the third embodiment)
In the above description, the environment in which the line of sight wave is dominant in the transmission path between the base station apparatus and the terminal station apparatus has been taken up. As an example of such a use, a case is considered in which the terminal station apparatus 60 is regarded as a relay station and the above-described technique is used in an entrance line from the base station apparatus 70 to the relay station. However, the virtual transmission path corresponding to the first singular value is not limited to use in a wireless entrance line. Also in the above description, it is assumed that the terminal station device 60 corresponding to the relay station is small, and that a large number of small antennas are arranged in a very small area. Therefore, for example, if a large number of antennas are mounted on a smartphone or the like, and if it is assumed that reception is performed in a small cell of a fifth generation mobile communication system (5G), the use of a millimeter wave or a quasi-millimeter wave is assumed. Except that the user moves, it can be regarded as an environment in which the antenna is condensed and arranged in a narrow place just like the case of the wireless entrance described above. That is, as an example, when the small cell base station is arranged at a relatively high place such as the wall surface of a building, the base station device 70 and the terminal station device 60 are almost in the line-of-sight environment from almost directly above, and slightly toward the surface of the smartphone. Considering a situation in which an antenna having a directional gain is mounted, it is expected that communication will be performed in an environment where the line of sight wave is dominant. In such a case, it is effective to group the antennas of the base station apparatus into a plurality of groups as in FIG. 16 and actively use the virtual transmission path corresponding to the first singular value in each group. Become.

ここで、図16の場合とアクセス系の場合との違いを考えると、図16では基地局装置70側のアンテナ素子が整列する直線と、端末局装置60側のアンテナが整列する直線が概ね平行となる状況となっていたが、スマートフォンのアンテナの配置やユーザがスマートフォンを持つ角度、そのユーザが向いている向きなどの組み合わせで、一般的にはそれぞれのアンテナの3次元的な位置関係は、互いに平行ではなく捻じれた関係となることが予想される。この場合には、式(29)で示す様な最適値は一般的には存在しないが、例えばグループ化されたアンテナ素子群を若干冗長に備え、選択ダイバーシチ的に相関の低い組み合わせの最適なアンテナ素子群を選んで利用すれば良い。ただし、この場合にはチャネルの相関が可能な限り低減できる様に、アンテナ素子群の間隔を少し大きめに設定することが必要となる。その場合、同一の構造物(ビル等)の壁面のみに全てのアンテナ素子群を配置するのではなく、複数の構造物にまたがってアンテナを設置することが有効である場合がある。この様な場合、図16では第2の信号処理部305と第1の信号処理部304−1〜304−4の間を有線のケーブル(光ファイバを含む)で接続することは困難である。   Here, considering the difference between the case of FIG. 16 and the case of the access system, in FIG. 16, the straight line in which the antenna elements of the base station device 70 are aligned and the straight line in which the antenna of the terminal station device 60 are aligned are substantially parallel. However, depending on the combination of the arrangement of the antenna of the smartphone, the angle at which the user holds the smartphone, the direction the user is facing, etc., the three-dimensional positional relationship of each antenna is generally It is expected that the relationship is not parallel but twisted. In this case, there is generally no optimum value as shown by the equation (29), but for example, the grouped antenna element groups are provided with some redundancy, and the optimum antenna of a combination having a low correlation in selection diversity is selected. What is necessary is just to select and use an element group. However, in this case, it is necessary to set the interval between the antenna element groups a little larger so that the correlation between the channels can be reduced as much as possible. In that case, it may be effective to install the antenna over a plurality of structures, instead of arranging all the antenna element groups only on the wall surface of the same structure (such as a building). In such a case, in FIG. 16, it is difficult to connect the second signal processing unit 305 and the first signal processing units 304-1 to 304-4 with a wired cable (including an optical fiber).

そこで、基地局装置303のアンテナ素子群(第1の信号処理部304)をサテライト基地局として設置し、基地局装置303の第2の信号処理部305に相当する統括基地局装置から、これらのサテライト基地局装置への信号の送受信を無線回線で実現することが有効となる。図32に、本発明の第3の実施形態を示す。図32において、符号31は統括基地局装置、符号32−1〜32−3はサテライト基地局装置、符号33は端末局装置を表す。端末局装置33は、端末局装置60に相当する。符号37は構造物を表す。符号38は構造物を表す。統括基地局装置31は、例えば、構造物37の上面(ビル等の屋上)に配置される。サテライト基地局装置32は、例えば、構造物38の側面(ビル等の壁面)に配置される。端末局装置33は、例えば、構造物37と構造物38との間のセル39内に配置される。   Therefore, the antenna element group (first signal processing unit 304) of the base station device 303 is installed as a satellite base station, and the control base station device corresponding to the second signal processing unit 305 of the base station device 303 transmits these antenna elements. It is effective to realize transmission / reception of signals to / from the satellite base station apparatus via a wireless line. FIG. 32 shows a third embodiment of the present invention. In FIG. 32, reference numeral 31 denotes a controlling base station device, reference numerals 32-1 to 32-3 denote satellite base station devices, and reference numeral 33 denotes a terminal station device. The terminal station device 33 corresponds to the terminal station device 60. Reference numeral 37 represents a structure. Reference numeral 38 represents a structure. The control base station device 31 is disposed, for example, on the upper surface of a structure 37 (the roof of a building or the like). The satellite base station device 32 is disposed, for example, on the side surface of a structure 38 (wall surface of a building or the like). The terminal station device 33 is disposed, for example, in a cell 39 between the structure 37 and the structure 38.

統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3はそれら全体で、上述の基地局装置70の機能を実現している。統括基地局装置31は多数のアンテナ素子を備え、且つアンテナ素子の間隔は波長と同程度(例えば数波長〜1/2波長の間)となる様に全体で小型のアンテナを構成する。一方、サテライト基地局装置32はそれぞれ図16の第1の信号処理部304と同様に、多数のアンテナ素子を波長と同程度(例えば数波長〜1/2波長の間)の間隔で配置した小型のアンテナを備えている。この統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3の間はそれぞれのアンテナの第1特異値に対応する第1特異ベクトルを用いて通信を行う。また、端末局装置33は複数のアンテナを備える。例えばスマートフォンなどを想定すれば、比較的狭い領域に複数のアンテナが実装されることになる。ここで、端末局装置33とサテライト基地局装置32−1〜32−3の間も、それぞれのアンテナの第1特異値に対応する第1特異ベクトルを送受信ウエイトベクトルとして用いて通信を行う。更に、サテライト基地局装置32−1〜32−3と統括基地局装置31の間も、それぞれのアンテナの第1特異値に対応する第1特異ベクトルを送受信ウエイトベクトルとして用いて通信を行う。これにより、見通し波の利得を最大化する送受信ウエイトベクトルを活用しながらも、複数の異なるサテライト基地局装置32−1〜32−3を活用することで、チャネル相関の小さな安定的なMIMO伝送が可能になる。   The control base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3 realize the functions of the base station device 70 as a whole. The control base station apparatus 31 includes a large number of antenna elements, and configures a small antenna as a whole so that the distance between the antenna elements is substantially equal to the wavelength (for example, between several wavelengths to half a wavelength). On the other hand, each of the satellite base station devices 32 is similar to the first signal processing unit 304 of FIG. Antenna. Communication between the control base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3 is performed using the first singular vectors corresponding to the first singular values of the respective antennas. The terminal station device 33 includes a plurality of antennas. For example, assuming a smartphone or the like, a plurality of antennas will be mounted in a relatively small area. Here, communication is also performed between the terminal station device 33 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3 using the first singular vector corresponding to the first singular value of each antenna as a transmission / reception weight vector. Further, communication is performed between the satellite base station devices 32-1 to 32-3 and the control base station device 31 using the first singular vectors corresponding to the first singular values of the respective antennas as transmission / reception weight vectors. Thereby, while utilizing the transmission / reception weight vector for maximizing the gain of the line-of-sight wave, the stable MIMO transmission with a small channel correlation is achieved by utilizing a plurality of different satellite base station devices 32-1 to 32-3. Will be possible.

次に、図33に本発明の第3の実施形態の別の例を示す。図33において、符号34−1〜34−2は統括基地局装置、符号35−1〜35−6はサテライト基地局装置、符号36−1〜36−2は端末局装置を表す。図33は、先ほどの図32と同様であるが、構造物38の側面(ビルの壁面)に配置した多数のサテライト基地局装置35−1〜6と、構造物37の上面(ビルの屋上)に配置した統括基地局装置34−1〜34−2の対応が1対1対応ではない点が、図32との差分である。サテライト基地局装置35−1〜35−6は、複数の統括基地局装置34−1〜34−2と柔軟に組み合わせてアクセスリンクを提供することが可能となっている。例えば、端末局装置36−1に近い統括基地局装置34−1から見ると、最寄りのサテライト基地局装置は、サテライト基地局装置35−1〜35−3である。しかし、端末局装置36−1から相関の小さなサテライト基地局装置が、サテライト基地局装置35−1、35−2、35−4であったとすると、統括基地局装置34−1はとなりの統括基地局装置34−2に寧ろ近いサテライト基地局装置35−4も活用し、端末局装置36−1に対して第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用して通信を提供することが可能になる。   Next, FIG. 33 shows another example of the third embodiment of the present invention. In FIG. 33, reference numerals 34-1 to 34-2 denote a general base station device, reference numerals 35-1 to 35-6 denote satellite base station devices, and reference numerals 36-1 to 36-2 denote terminal station devices. FIG. 33 is the same as FIG. 32 described above, but includes a number of satellite base station devices 35-1 to 35-6 arranged on the side surfaces (wall surfaces of the building) and the upper surface of the structure 37 (the roof of the building). 32 is different from FIG. 32 in that the correspondence between the centralized base station devices 34-1 to 34-2 arranged in is not a one-to-one correspondence. The satellite base station devices 35-1 to 35-6 can provide an access link by being flexibly combined with a plurality of control base station devices 34-1 to 34-2. For example, when viewed from the controlling base station device 34-1 near the terminal station device 36-1, the nearest satellite base station devices are the satellite base station devices 35-1 to 35-3. However, assuming that the satellite base station devices having a small correlation from the terminal station device 36-1 are the satellite base station devices 35-1, 35-2, and 35-4, the supervising base station device 34-1 becomes the next supervising base station. It is also possible to utilize the satellite base station device 35-4 closer to the station device 34-2 and provide communication to the terminal station device 36-1 using a virtual transmission path corresponding to the first singular value. become.

ちなみに、この様なアクセス系に第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用する理由の一つには、第1特異値に対応する仮想的伝送路のチャネル情報が、他の高次の特異値に対応する仮想的伝送路のチャネル情報に比較して、相対的には統計的に時変動が小さいことがあげられる。つまり、特異値分解したときの第1右(左)特異ベクトルは見通し波に対応するパスを表すものであり、若干の移動では適用すべき送受信ウエイトに大きな変動はない。しかし、高次の右(左)特異ベクトルは反射波成分を多く含むパスに対応するため、僅かな端末の移動により合成後のチャネル状態は大幅に変動し、結果的に右(左)特異ベクトルは大きく変動したものになる。つまり、チャネル情報が大きく変われば、利得を確保するための送受信ウエイトベクトルも変動し、その変動を無視してそのままの値で送受信を行うと、その変動に対応した利得の減少、特性の劣化が避けられない。特に、端末局装置36がスマートフォン等の様に小型の携帯端末であれば、アンテナ間のチャネル相関が大きく、シングルユーザMIMOでは大容量化が困難な場合が考えられる。その様な場合には、後述する実施形態で示す様に、小さな伝送容量の端末を多数同時に収容するマルチユーザMIMOにより全体の総容量を増大させることが有効であるが、チャネル時変動は端末間の相互干渉となり、SINR特性を劣化させ伝送容量の減少と通信の不安定化につながる。しかし、チャネル時変動が相対的に小さな第1特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に利用することで、マルチユーザMIMOを活用した場合であっても、端末間の相互干渉を大幅に低減できるという副次的な効果も得ることが可能である。   Incidentally, one of the reasons for utilizing the virtual transmission path corresponding to the first singular value in such an access system is that the channel information of the virtual transmission path corresponding to the first singular value is different from that of the other higher order. Compared with the channel information of the virtual transmission path corresponding to the singular value, the time variation is relatively small statistically. In other words, the first right (left) singular vector obtained when the singular value decomposition is performed represents a path corresponding to the line-of-sight wave, and there is no large change in the transmission / reception weight to be applied by a slight movement. However, since the higher-order right (left) singular vector corresponds to a path containing a large amount of reflected wave components, the channel state after the synthesis fluctuates significantly due to slight movement of the terminal, and as a result, the right (left) singular vector Will fluctuate greatly. In other words, if the channel information greatly changes, the transmission / reception weight vector for securing the gain also changes.If the transmission and reception are performed with the same value ignoring the change, a decrease in gain and deterioration of characteristics corresponding to the change will occur. Inevitable. In particular, if the terminal station device 36 is a small portable terminal such as a smartphone, the channel correlation between antennas is large, and it may be difficult to increase the capacity in single-user MIMO. In such a case, as shown in an embodiment to be described later, it is effective to increase the total capacity by multi-user MIMO accommodating a large number of terminals having small transmission capacities at the same time. , The SINR characteristic is degraded, and the transmission capacity is reduced and the communication becomes unstable. However, by actively using the virtual transmission path corresponding to the first singular value whose channel time variation is relatively small, even when multi-user MIMO is used, mutual interference between terminals is significantly reduced. It is also possible to obtain a secondary effect that it can be reduced.

なお、このマルチユーザMIMOとは、一般には一つの基地局装置が複数の端末局装置と空間多重伝送を行うことを意味するが、ここでは図32に示した様に、複数の統括基地局装置34−1〜34−2が複数の端末局装置36−1〜36−2に対し、同時にサービスを行う場合も含めて理解することができる。この場合、個々の統括基地局装置と端末局装置は実際には1対1通信であるかも知れないが、通信に用いる周波数チャネルを同一にし、更に活用するサテライト基地局装置35−1〜35−6も一部重複を許容する様にサテライト基地局装置35−1〜35−6という資源を相互に供用しながら運用する場合には、あるサテライト基地局装置32は同時に複数の端末局装置36に対して信号を送信することになるので、この様な運用形態も広義のマルチユーザMIMOと見なすことが可能で、この様なケースでも上述のチャネル時変動の影響の低減効果は有効に働くことになる。   Note that this multi-user MIMO generally means that one base station apparatus performs spatial multiplexing transmission with a plurality of terminal station apparatuses, but here, as shown in FIG. 34-1 to 34-2 can be understood including the case where services are simultaneously provided to the plurality of terminal station devices 36-1 to 36-2. In this case, the individual control base station devices and the terminal station devices may actually be in one-to-one communication. However, the same frequency channel is used for communication, and the satellite base station devices 35-1 to 35-35 to be further utilized are used. 6, the satellite base station devices 35-1 to 35-6 operate while mutually using resources so as to allow partial duplication, and a certain satellite base station device 32 simultaneously transmits to a plurality of terminal station devices 36. Therefore, such an operation mode can be regarded as a multi-user MIMO in a broad sense, and even in such a case, the effect of reducing the influence of the above-described channel time variation works effectively. Become.

(サテライト基地局装置における非再生の再ビームフォーミング中継の概要)
上述の第1特異値に相当する仮想伝送路を利用し、複数のサテライト基地局装置32を介して中継伝送を行う際の基本動作を、図を用いて説明する。先の図32で示したサテライト基地局装置32を用いる構成においては、前述の図16で示した基地局装置303の第2の信号処理部305と第1の信号処理部304−1〜304−4の構成が図32の統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3により構成される全体としての基地局装置の機能に相当し、図16では第2の信号処理部305と第1の信号処理部304−1〜304−4との間が有線で接続されていたのに対し、図32では統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3との間が無線で接続される様に構成したことに対応する。図16では第2の信号処理部305と第1の信号処理部304−1〜304−4の間の信号伝送は伝送媒体が有線であるが故に相互に信号の混信がない状況を担保しているため、図32でも有線部分を完全に無線に焼き直す場合には、統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3の間の無線信号においても、各サテライト基地局装置32−1〜32−3間で信号の混信がない状況を確保することになる。しかし、第3の実施形態においては端末局装置33(ダウンリンクの場合)ないしは統括基地局装置31(アップリンクの場合)において信号分離の信号処理を行うため、必ずしも有線の場合に対応付けて中継部分で完全に信号分離をする必要はないことが、本実施形態におけるポイントである。ただ、無指向性で統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3の間の信号送受信を行うと、第1特異値に相当する回線利得が得られなくなってしまうため、統括基地局装置31とサテライト基地局装置32−1〜32−3の間では第1特異値に相当する仮想的伝送路を活用するための第1特異ベクトルを送受信ウエイトに利用する送受信信号処理を行う。
(Outline of non-regenerative re-beamforming relay in satellite base station equipment)
The basic operation when relay transmission is performed via a plurality of satellite base station devices 32 using a virtual transmission path corresponding to the above-described first singular value will be described with reference to the drawings. In the configuration using satellite base station apparatus 32 shown in FIG. 32, second signal processing section 305 and first signal processing sections 304-1 to 304- of base station apparatus 303 shown in FIG. 4 corresponds to the function of the base station apparatus as a whole including the control base station apparatus 31 and the satellite base station apparatuses 32-1 to 32-3 in FIG. 32, and the second signal processing unit 305 in FIG. And the first signal processing units 304-1 to 304-4 are connected by wire, whereas in FIG. 32, the control base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3 are connected. This corresponds to a configuration in which the connections are made wirelessly. In FIG. 16, the signal transmission between the second signal processing unit 305 and the first signal processing units 304-1 to 304-4 guarantees that there is no signal interference because the transmission medium is wired. Therefore, even in FIG. 32, when the wired portion is completely reworked wirelessly, each satellite base station device 32 is also used in a wireless signal between the control base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3. This ensures a situation where there is no signal interference between -1 to 32-3. However, in the third embodiment, signal processing for signal separation is performed in the terminal station device 33 (in the case of downlink) or the control base station device 31 (in the case of uplink). It is a point of the present embodiment that it is not necessary to completely separate the signal in the part. However, if signals are transmitted and received between the control base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3 in a non-directional manner, a line gain corresponding to the first singular value cannot be obtained. Between the base station device 31 and the satellite base station devices 32-1 to 32-3, transmission / reception signal processing is performed using the first singular vector for utilizing the virtual transmission path corresponding to the first singular value as a transmission / reception weight. .

図34に、本発明の第3の実施形態における、統括基地局装置31とサテライト基地局装置32との間の信号処理と、サテライト基地局装置32と端末局装置33との間の信号処理との概要を示す。図34において、符号31は統括基地局装置、符号32はサテライト基地局装置、符号33は端末局装置、符号52は無線通信システムを表し、それぞれ図32の同一番号に相当する。サテライト基地局装置32は複数存在し、図34の中央の縦に複数示している。図34においては、統括基地局装置31とサテライト基地局装置32は周波数fで通信を行い、サテライト基地局装置32と端末局装置は周波数fで通信を行っている。ただし、FDD(Frequency Division Duplex: 周波数分割複信)での通信を想定すれば、統括基地局装置31とサテライト基地局装置32は周波数f1−1とf1−2で通信を行い、サテライト基地局装置32と端末局装置は周波数f2−1とf2−2で通信を行っているものとしても良い。ここでは簡単のため、TDD(Time Division Duplex: 時分割複信)を想定して各区間のアップリンクとダウンリンクは同一周波数を用いている場合で説明する。 FIG. 34 shows signal processing between the control base station apparatus 31 and the satellite base station apparatus 32 and signal processing between the satellite base station apparatus 32 and the terminal station apparatus 33 in the third embodiment of the present invention. The outline of is shown. In FIG. 34, reference numeral 31 denotes a control base station apparatus, reference numeral 32 denotes a satellite base station apparatus, reference numeral 33 denotes a terminal station apparatus, and reference numeral 52 denotes a wireless communication system, each corresponding to the same number in FIG. There are a plurality of satellite base station devices 32, and a plurality of the satellite base station devices are shown vertically in the center of FIG. In Figure 34, the general base station apparatus 31 and the satellite base station apparatus 32 performs communication using the frequency f 1, the satellite base station apparatus 32 and the terminal station is communicating at the frequency f 2. However, assuming communication in FDD (Frequency Division Duplex), the control base station apparatus 31 and the satellite base station apparatus 32 communicate at frequencies f1-1 and f1-2 , and The station device 32 and the terminal station device may be communicating with each other at the frequencies f2-1 and f2-2 . Here, for the sake of simplicity, a case will be described in which uplink and downlink of each section use the same frequency, assuming TDD (Time Division Duplex).

また、図34を見れば分かる様に、周波数fとfの違いを除けば、概ね左右対称の折り返し状態となっており、サテライト基地局装置32−1〜32−3は図16における第1の信号処理部304−1〜304−4に対応するのであるが、どちらかと言えば統括基地局装置31は図16の端末局装置302に類似しており、回路構成的及び信号処理的には端末局装置302に対応する構成となっている。したがって、以下の回路構成を引用する説明では、図25に記載の符号を引用して説明する。 Also, as can be seen in Figure 34, except for the differences frequencies f 1 and f 2, generally has a folded state symmetric, satellite base station apparatus 32-1 to 32-3 are first in FIG. 16 1 corresponds to the signal processing units 304-1 to 304-4, but if anything, the supervising base station apparatus 31 is similar to the terminal station apparatus 302 of FIG. Has a configuration corresponding to the terminal station device 302. Therefore, in the following description in which the circuit configuration is cited, the description is made with reference to the reference numerals shown in FIG.

更に、例えばOFDMを用いる場合には各サブキャリアにおいて個々の信号処理を行う必要があるのだが、ここでは説明を簡略化するために各信号や送受信ウエイトへのサブキャリアの識別用の表記を省略する。   Further, for example, when using OFDM, it is necessary to perform individual signal processing in each subcarrier. However, in order to simplify the description, the notation for identifying the subcarrier in each signal and transmission / reception weight is omitted. I do.

図34では特に統括基地局装置31から端末局装置33方向への信号の伝送時の信号処理を示している。ここでは特に明示的に示していないが、これらの信号処理は前述の処理同様、全てサブキャリアごとに実施することに注意する。ただし、後述する様に全周波数帯域幅内で同一の送受信ウエイトを利用できる場合には、サンプリングごとに時間軸上で信号処理を実施する形に拡張することも可能である。まず、統括基地局装置31においてNSDM系統の信号系列S〜S(ここでは添え字の表記の都合上、ここではN=NSDMとする)を送信する場合、統括基地局装置31の第2の送信信号処理回路148では、一般的な送信信号処理として信号系列S〜Sの生成に加えて、図34における(i)に示す信号処理として、各サテライト基地局装置32の間の信号分離のための送信ウエイト行列をWtxとすると、以下の式(30)で信号変換を行う。 FIG. 34 particularly shows signal processing when transmitting a signal from the control base station apparatus 31 to the terminal station apparatus 33. Although not explicitly shown here, it should be noted that all of these signal processes are performed for each subcarrier as in the above-described processes. However, if the same transmission / reception weight can be used within the entire frequency bandwidth as described later, it is also possible to extend the signal processing on the time axis for each sampling. First, the general base station apparatus 31 N SDM system signal sequences S 1 to S N (for convenience of letter notation subscript here, here, the N = N SDM) When sending, the general base station apparatus 31 in the second transmission signal processing circuit 148, in addition to the generation of a signal sequence S 1 to S N as a general transmission signal processing as the signal processing illustrated in (i) in FIG. 34, between the satellite base station apparatus 32 Assuming that a transmission weight matrix for signal separation is W tx , signal conversion is performed by the following equation (30).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、図25の説明でも行ったが、図25の第2の送信信号処理回路に相当する信号処理では、必ずしも送信ウエイト行列Wtxを導入する必要はなく、Wtxを単位行列と見なして、送信信号系列t〜tは信号系列S〜Sのままとしても良い。次に、各サテライト基地局装置32−1〜32−NSDMに対して第1特異値に相当する指向性形成を行う。具体的には、統括基地局装置31の各アンテナから、着目する第kサテライト基地局装置32の各アンテナに対するチャネル行列に対し、その行列を特異値分解した際の第1右特異ベクトルで与えられる送信ウエイトベクトルwtx,kS,1〜wtx,kS,Nc(ここでは表記の都合上、Ncは統括基地局装置の備えるアンテナ素子数とする)を、式(31)(図34における(ii))に示す様に送信信号tkSに乗算する。 Here, as described in FIG. 25, in the signal processing corresponding to the second transmission signal processing circuit in FIG. 25, it is not always necessary to introduce the transmission weight matrix W tx , and W tx is regarded as a unit matrix. , The transmission signal sequences t 1 to t N may remain as the signal sequences S 1 to S N. Next, the directivity formation corresponding to the first singular value for each satellite base station apparatus 32-1 to 32-N SDM. Specifically, from each antenna of the general base station apparatus 31, to the channel matrix for each antenna of the k S satellite base station apparatus 32 of interest, given the first right singular vector at the time of singular value decomposition of the matrix The transmission weight vectors w tx, kS, 1 to w tx, kS, Nc (here, Nc is the number of antenna elements included in the control base station device for convenience of notation) are expressed by Expression (31) ((FIG. 34) ii) Multiply the transmission signal tkS as shown in (ii)).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

これを、式(32)(図34における(iii))に示す様に、各サテライト基地局装置32宛てのNSDM系統の信号をアンテナ素子ごとに加算合成して、時間軸信号を生成する。 As shown in Expression (32) ((iii) in FIG. 34), the NSDM system signal addressed to each satellite base station device 32 is added and synthesized for each antenna element, and a time axis signal is generated.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

更に、統括基地局装置31のIFFT&GI付与回路813は、式(32)に示された周波数軸上の信号にIFFT変換を施し、時間軸上の信号に変換する(厳密には、例えばOFDMであればガードインターバルの挿入や波形成系などの信号処理も含むが、ここでは説明を省略する)。統括基地局装置31のD/A変換器814は、IFFT変換の結果をD/A変換して、アナログベースバンド信号を生成する。統括基地局装置31のミキサ816は、アナログベースバンド信号と、fの周波数のローカル発振器815からの信号とを乗算して、アナログベースバンド信号をfの周波数帯の信号にアップコンバートする。統括基地局装置31のフィルタ817は、fの周波数帯の信号から帯域外信号を除去する。統括基地局装置31のHPA818は、fの周波数帯の信号を増幅して、増幅した信号をアンテナ素子819から送信する。 Further, the IFFT & GI adding circuit 813 of the control base station apparatus 31 performs an IFFT conversion on the signal on the frequency axis shown in Expression (32) and converts it into a signal on the time axis (strictly, for example, OFDM). For example, signal processing such as insertion of a guard interval and a wave forming system is also included, but the description is omitted here). The D / A converter 814 of the control base station apparatus 31 performs D / A conversion on a result of the IFFT conversion to generate an analog baseband signal. The mixer 816 of the general base station apparatus 31, an analog baseband signal, multiplies the signal from the local oscillator 815 of the frequency of f 1, upconverts the analog baseband signal to a frequency band of the signal f 1. Filter 817 of general base station apparatus 31 removes out-of-band signals from the signal in the frequency band of f 1. HPA818 of general base station apparatus 31 amplifies the signal in the frequency band of f 1, and transmits the amplified signal from the antenna element 819.

サテライト基地局装置32のアンテナ素子は、fの周波数帯の信号を受信する。サテライト基地局装置32のローノイズアンプ(LNA)は、fの周波数帯の信号を増幅する。サテライト基地局装置32のミキサは、fの周波数帯の信号をアナログベースバンド信号にダウンコンバートする。サテライト基地局装置32のフィルタは、アナログベースバンド信号から帯域外信号を除去する。サテライト基地局装置32のA/D変換器は、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換する。サテライト基地局装置32のFFT回路は、サンプリングされた信号のシンボルタイミングを基準に、デジタルベースバンド信号をサブキャリアの受信信号に変換する。 Antenna elements of the satellite base station apparatus 32 receives a signal in the frequency band of f 1. Low-noise amplifier of the satellite base station apparatus 32 (LNA) amplifies the signal in the frequency band of f 1. Mixers satellite base station apparatus 32 down-converts the signal in the frequency band of f 1 into an analog baseband signal. The filter of the satellite base station device 32 removes out-of-band signals from the analog baseband signal. The A / D converter of the satellite base station device 32 converts an analog baseband signal into a digital baseband signal. The FFT circuit of the satellite base station device 32 converts the digital baseband signal into a subcarrier reception signal based on the symbol timing of the sampled signal.

ここで、サテライト基地局装置32では、統括基地局装置31の各アンテナから、着目するサテライト基地局装置32の各アンテナに対するチャネル行列に対し、その行列を特異値分解した際の第1左特異ベクトルで与えられる受信ウエイトベクトルw’rx,kS,1〜w’rx,kS,Mを、式(33)(図34における(iv))に示す様に受信信号ベクトルr’kS,1〜r’kS,Mに乗算する。ここでMはサテライト基地局装置32のアンテナ素子数であって、統括基地局装置31との通信を行うアンテナ素子の数を表す。 Here, in the satellite base station device 32, the first left singular vector when the matrix is singular value-decomposed from each antenna of the control base station device 31 to the channel matrix for each antenna of the satellite base station device 32 of interest. The reception weight vectors w ′ rx, kS, 1 to w ′ rx, kS, M given by the following equations are converted into reception signal vectors r ′ kS, 1 to r ′ as shown in Expression (33) ((iv) in FIG. 34). Multiply kS, M. Here, M is the number of antenna elements of the satellite base station apparatus 32, and represents the number of antenna elements that perform communication with the control base station apparatus 31.

Figure 0006676745
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ここで得られたスカラー量の信号R’kSは統括基地局装置31の送信信号を推定するものではなく、あくまでも第1特異値の仮想的伝送路を抽出するための中間的な1次元の信号に相当しており、再生中継とは異なるものである。ただし、通常の非再生中継とも異なり、上記の中間的な信号R’kSを生成して受信指向性ビーム形成、送信指向性ビーム形成をそれぞれ個別に行っていることに相当する。この様にして得られた上記の中間的な信号R’kSに対し、最後のアクセス系に相当するサテライト基地局装置32から端末局装置33への送信においても、このラストの1ホップのチャネルの第1特異値に相当する仮想的伝送路を活用して信号送信を行う。具体的には、着目するサテライト基地局装置32の各アンテナから、端末局装置33の各アンテナに対するチャネル行列に対し、その行列を特異値分解した際の第1右特異ベクトルで与えられる送信ウエイトベクトルw’tx,kS,1〜w’tx,kS,Mを、式(34)(図34における(v))に示す様に受信信号ベクトルR’kSに乗算する。 The signal R ′ kS of the scalar amount obtained here does not estimate the transmission signal of the control base station apparatus 31, but is merely an intermediate one-dimensional signal for extracting a virtual transmission path of the first singular value. And is different from regenerative relay. However, unlike ordinary non-regenerative relay, it corresponds to generating the intermediate signal R ′ kS and performing reception directional beam formation and transmission directional beam formation individually. In the transmission from the satellite base station apparatus 32 corresponding to the last access system to the terminal station apparatus 33 with respect to the intermediate signal R ′ kS obtained in this manner, the last one-hop channel Signal transmission is performed using a virtual transmission path corresponding to the first singular value. Specifically, a transmission weight vector given by a first right singular vector when the matrix is singular-value-decomposed from each antenna of the satellite base station apparatus 32 of interest to a channel matrix for each antenna of the terminal station apparatus 33 The received signal vector R ′ kS is multiplied by w ′ tx, kS, 1 to w ′ tx, kS, M as shown in Expression (34) ((v) in FIG. 34).

Figure 0006676745
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ここで、サテライト基地局装置32において端末局装置33に対するアンテナ素子数をMとして説明したが、これは統括基地局装置31側のアンテナ素子数と必ずしも一致する必要はなく、異なる場合には一般的には、アンテナ素子数Mをアンテナ素子数mとして理解すればよい。この様にして得られた各サブキャリアの送信信号ベクトルは、これを時間軸信号にIFFTにて変換した後(厳密には、例えばOFDMであればガードインターバルの挿入や波形成系などの信号処理も含むが、ここでは説明を省略する)、D/A変換してアナログベースバンド信号を生成し、これをミキサにてfの周波数のローカル発振器からの信号と乗算してfの周波数帯の信号にアップコンバートし、フィルタで帯域外信号を除去した後に、ハイパワーアンプで信号増幅して送信する。 Here, the number of antenna elements for the terminal station apparatus 33 in the satellite base station apparatus 32 has been described as M. However, this does not necessarily need to match the number of antenna elements on the control base station apparatus 31 side, and if it is different, it is generally used. In this case, the number M of antenna elements may be understood as the number m of antenna elements. The transmission signal vector of each subcarrier obtained in this manner is converted into a time axis signal by IFFT (strictly, for example, in the case of OFDM, signal processing such as insertion of a guard interval or a wave forming system). but also includes, here will not be described), D / a conversion to generate an analog baseband signal, which is multiplied with the signal from the local oscillator frequency f 2 frequency band f 2 by mixer After up-converting the signal to a signal of the same type and removing the out-of-band signal with a filter, the signal is amplified by a high power amplifier and transmitted.

ここで、式(33)と式(34)の式は受信信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを乗算し、その後に得られたR’kSに送信ウエイトベクトルを乗算しているが、これと等価な演算は、これらの送信ウエイトベクトルと受信ウエイトベクトルとを事前に乗算して送信ウエイト行列を生成しておき、これを直接受信信号ベクトルr’kS,1〜r’kS,Mに乗算する構成としても構わない。しかし、この際の演算量は式(33)と式(34)を個別に行う際には2×M回の複素乗算で済むのに対し、一括で行う場合には送信ウエイト行列の生成と行列×ベクトルの乗算の双方で合計2×M回の複素乗算が必要であり、個別の演算に分けた方が効率は良い。 Here, the equations (33) and (34) are obtained by multiplying the reception signal vector by the reception weight vector, and then multiplying the obtained R ' kS by the transmission weight vector. May be configured to multiply the transmission weight vector and the reception weight vector in advance to generate a transmission weight matrix and directly multiply the transmission weight matrix by the received signal vectors r ′ kS, 1 to r ′ kS, M. I do not care. However, the amount of computation at this time requires 2 × M complex multiplications when Equations (33) and (34) are performed separately, whereas the transmission weight matrix generation and matrix The complex multiplication of 2 × M 2 times in total is required for both the multiplication of the vector and the multiplication, and the efficiency is better when divided into individual operations.

次に、端末局装置33で受信した信号に対する信号処理の説明を行う。端末局装置33のアンテナ素子851は、fの周波数帯の信号を受信する。LNA852は、fの周波数帯の信号を増幅する。ミキサ854は、fの周波数帯の信号をアナログベースバンド信号にダウンコンバートする。フィルタ855は、アナログベースバンド信号から帯域外信号を除去する。A/D変換器856は、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換する。FFT回路857は、サンプリングされた信号のシンボルタイミングを基準に、デジタルベースバンド信号をサブキャリアの受信信号に変換する。 Next, signal processing for a signal received by the terminal station device 33 will be described. Antenna elements of the terminal station 33 851, receives a signal in the frequency band of f 2. LNA852 amplifies the signal in the frequency band of f 2. The mixer 854 down-converts the signal in the frequency band of f 2 to the analog baseband signal. The filter 855 removes out-of-band signals from the analog baseband signal. A / D converter 856 converts an analog baseband signal into a digital baseband signal. The FFT circuit 857 converts the digital baseband signal into a subcarrier reception signal based on the symbol timing of the sampled signal.

ここで端末局装置33ではまず、第1のチャネル情報推定回路146又は第1のチャネル情報推定回路156が、各サテライト基地局装置32の各アンテナ素子が送信ウエイトベクトルにより形成する仮想的アンテナ素子と端末局装置33の各アンテナとの間のチャネル情報を、受信信号に付与されたトレーニング信号より取得する。第1の受信ウエイト算出回路147又は第1の受信ウエイト算出回路157は、取得したチャネル情報から、受信ウエイトを生成する。ここでの受信ウエイトとしては、NSDM系統の信号系列を1段階で直接信号分離するためのZF型やMMSE型の受信ウエイト行列でも良いし(図22に相当)、第1特異値に対応する仮想的伝送路の信号に一旦分離し、その後にこの仮想的伝送路間の相互干渉を除去する2段階の受信ウエイト乗算処理を利用(図23に相当)しても構わない。仮に後者の場合には、各サテライト基地局装置32の各アンテナ素子が送信ウエイトベクトルにより形成する仮想的アンテナ素子と、端末局装置33の各アンテナとの間のチャネルベクトルに対し、このベクトルを基に受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。この受信ウエイトをwrx,kS,1〜wrx,kS,Nm(ここでは添え字の表記の都合上、Nは端末局装置の備えるアンテナ素子数NMT−Antとする)とし、端末局装置33の各アンテナ素子で受信した信号ベクトルをRxとすると、式(35)(図34における(vi))で与えられる式で一旦、仮想的伝送路に信号を分離する。 Here, in the terminal station device 33, first, the first channel information estimating circuit 146 or the first channel information estimating circuit 156 determines a virtual antenna element formed by each antenna element of each satellite base station device 32 by a transmission weight vector. Channel information between the antennas of the terminal station device 33 and each antenna is obtained from the training signal added to the received signal. The first reception weight calculation circuit 147 or the first reception weight calculation circuit 157 generates a reception weight from the acquired channel information. The reception weight here may be a ZF-type or MMSE-type reception weight matrix for directly separating the signal sequence of the NSDM system in one stage (corresponding to FIG. 22), or corresponds to the first singular value. It is also possible to use a two-stage reception weight multiplication process (corresponding to FIG. 23) in which signals are once separated into virtual transmission paths and then the mutual interference between the virtual transmission paths is removed. In the latter case, a vector vector is defined based on a channel vector between a virtual antenna element formed by each antenna element of each satellite base station apparatus 32 by a transmission weight vector and each antenna of the terminal station apparatus 33. Each of the components of the reception weight vector may be obtained by the equation (7) (weight of the maximum ratio combination), or all the absolute values may be fixed with respect to the value given by the equation (7). (Weight of equal gain combining). The reception weight is assumed to be w rx, kS, 1 to w rx, kS, Nm (here, N m is the number of antenna elements N MT-Ant provided in the terminal station device for the sake of suffix notation). Assuming that the signal vector received by each antenna element of the device 33 is Rx, the signal is once separated into a virtual transmission path by the expression given by Expression (35) ((vi) in FIG. 34).

Figure 0006676745
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ここでrkSは第kサテライト基地局装置32を介する仮想的伝送路の受信信号である。この時点でNSDM×NSDMのMIMO伝送の信号となっているので、その後、端末局装置33の第2の受信信号処理回路159にて一般的なMIMO信号処理を実施する。具体的には、受信信号の先頭に付与された既知のトレーニング信号を参照し、NSDM系統の信号系列に対しNSDM×NSDMのチャネル行列を取得し、そのチャネル行列を基に受信信号検出処理を行う。先にも示した様に、ZF型の逆行列やMMSE型の線形受信ウエイト行列を乗算すること、ないしはMLDなどの非線形の信号処理を行うことも可能である。この様に信号分離されたN系統の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68に出力する。一例としてZF型やMMSE型の線形受信ウエイト行列Wrxを用いる場合には、式(36)(図34における(vii))に示す演算を行う。ここで、煩雑さを避けるために式(36)及び式(37)ではNSDMをNと表している。 Here r kS is the received signal of the virtual transmission channel via the first k S satellite base station apparatus 32. At this point, since the signal is an N SDM × N SDM MIMO transmission signal, the second reception signal processing circuit 159 of the terminal station device 33 then performs general MIMO signal processing. More specifically, an N SDM × N SDM channel matrix is obtained for the N SDM system signal sequence with reference to a known training signal added to the head of the received signal, and the received signal is detected based on the channel matrix. Perform processing. As described above, it is also possible to multiply by an inverse matrix of ZF type or a linear reception weight matrix of MMSE type, or to perform nonlinear signal processing such as MLD. Demodulation processing is performed on the N-system signals separated in this way, and the reproduced data is output to the MAC layer processing circuit 68. When a ZF-type or MMSE-type linear reception weight matrix W rx is used as an example, the calculation shown in Expression (36) ((vii) in FIG. 34) is performed. Here are the N SDM in Formula (36) and (37) in order to avoid complication represents a N.

Figure 0006676745
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なお、前述した様に、式(35)と式(36)の2段階の信号処理の代わりに、1段階で端末局装置33の各アンテナ素子の受信信号を用いて直接信号分離をすることも可能である。これは、受信信号ベクトルRxに対して直接信号分離するZF型やMMSE型の線形受信ウエイト行列〜Wrx(〜は行列Wrxの上に表記される)を用いて、式(37)に示す信号処理を実施することに相当する。 Note that, as described above, instead of the two-stage signal processing of Expressions (35) and (36), direct signal separation using the reception signals of the antenna elements of the terminal station device 33 may be performed in one stage. It is possible. This is expressed by equation (37) using a ZF-type or MMSE-type linear reception weight matrix ~ W rx (~ is expressed above the matrix W rx ) which directly separates the received signal vector Rx. This corresponds to performing signal processing.

Figure 0006676745
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以上の本発明の実施形態の特徴は、サテライト基地局装置32は従来技術における再生中継機能を持つ訳ではなく、一方で通常の非再生中継のみの機能に限定される訳でもなく、受信信号の受信ウエイトベクトル乗算と、更にその信号に送信ウエイトベクトルを乗算するという中間的な処理を実施し、且つその送受信ウエイトベクトルは基本的に複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を有効活用するための指向性制御となっている点である。   The feature of the above-described embodiment of the present invention is that the satellite base station apparatus 32 does not have the regenerative relay function in the related art, and is not limited to the function of only normal non-regenerative relay, Intermediate processing of multiplying the reception weight vector and further multiplying the signal by the transmission weight vector is performed, and the transmission and reception weight vector basically utilizes a virtual transmission path corresponding to a plurality of first singular values effectively. This is the point that the directivity control is performed.

図35に本発明の実施形態におけるサテライト基地局装置の回路構成を示す。図35において符号700はアンテナ素子を示す。符号701はTDD−SWを示す。符号702はローノイズアンプ(LNA)を示す。符号703はミキサを示す。符号704はフィルタを示す。符号705はA/D変換器を示す。符号706はFFT回路を示す。符号707は受信ウエイト乗算回路を示す。符号708は送信ウエイト乗算回路を示す。符号709はIFFT&GI付与回路を示す。符号710はD/A変換器を示す。符号711はミキサを示す。符号712はフィルタを示す。符号713はハイパワーアンプを示す。符号714はTDD−SWを示す。符号721はアンテナ素子を示す。符号722はローノイズアンプ(LNA)を示す。符号723はミキサを示す。符号724はフィルタを示す。符号725はA/D変換器を示す。符号726はFFT回路を示す。符号727は受信ウエイト乗算回路を示す。符号728は送信ウエイト乗算回路を示す。符号729はIFFT&GI付与回路を示す。符号730はD/A変換器を示す。符号731はミキサを示す。符号732はフィルタを示す。符号733はハイパワーアンプを示す。符号740は送信ウエイト処理部を示す。符号741はローカル発振器を示す。符号742はローカル発振器を示す。符号743は通信制御回路を示す。以下、説明の都合上、左側が統括基地局装置31との通信を行う側、右側が端末局装置33と通信を行う側として説明を行う。   FIG. 35 shows a circuit configuration of the satellite base station device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 35, reference numeral 700 denotes an antenna element. Reference numeral 701 indicates a TDD-SW. Reference numeral 702 indicates a low noise amplifier (LNA). Reference numeral 703 indicates a mixer. Reference numeral 704 indicates a filter. Reference numeral 705 indicates an A / D converter. Reference numeral 706 indicates an FFT circuit. Reference numeral 707 indicates a reception weight multiplication circuit. Reference numeral 708 indicates a transmission weight multiplication circuit. Reference numeral 709 denotes an IFFT & GI adding circuit. Reference numeral 710 indicates a D / A converter. Reference numeral 711 indicates a mixer. Reference numeral 712 denotes a filter. Reference numeral 713 indicates a high power amplifier. Reference numeral 714 indicates a TDD-SW. Reference numeral 721 indicates an antenna element. Reference numeral 722 indicates a low noise amplifier (LNA). Reference numeral 723 indicates a mixer. Reference numeral 724 indicates a filter. Reference numeral 725 indicates an A / D converter. Reference numeral 726 indicates an FFT circuit. Reference numeral 727 indicates a reception weight multiplication circuit. Reference numeral 728 denotes a transmission weight multiplication circuit. Reference numeral 729 indicates an IFFT & GI adding circuit. Reference numeral 730 indicates a D / A converter. Reference numeral 731 denotes a mixer. Reference numeral 732 indicates a filter. Reference numeral 733 indicates a high power amplifier. Reference numeral 740 indicates a transmission weight processing unit. Reference numeral 741 denotes a local oscillator. Reference numeral 742 indicates a local oscillator. Reference numeral 743 indicates a communication control circuit. Hereinafter, for convenience of explanation, the left side will be described as performing communication with the centralized base station apparatus 31, and the right side will be described as performing communication with the terminal station apparatus 33.

まず、ダウンリンク方向(統括基地局装置31→サテライト基地局装置32→端末局装置33方向)について説明する。各アンテナ素子700で受信した信号は、TDD−SW701を介してローノイズアンプ702に入力される。ここでTDD−SW701の切り替えは、通信制御回路743が送受信のタイミングに合わせて行う。ローノイズアンプ702に入力された微弱な信号は増幅され、この増幅された信号とローカル発振器741から出力される局部発振信号とがミキサ703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704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705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706に入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した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、受信ウエイト乗算回路707に入力されると共に、送受信ウエイト処理部740−1にも入力される。   First, the downlink direction (from the control base station device 31 to the satellite base station device 32 to the terminal station device 33) will be described. The signal received by each antenna element 700 is input to the low noise amplifier 702 via the TDD-SW 701. Here, the switching of the TDD-SW 701 is performed by the communication control circuit 743 in accordance with the transmission / reception timing. The weak signal input to the low noise amplifier 702 is amplified, the amplified signal is multiplied by the local oscillation signal output from the local oscillator 741 in the mixer 703, and the amplified signal is converted from a radio frequency signal to a baseband signal. Down-converted to Since the down-converted signal includes frequency components outside the frequency band to be received, the filter 704 removes the out-of-band components. The signal from which the out-of-band component has been removed is converted into a digital baseband signal by the A / D converter 705. All the digital baseband signals are input to the FFT circuit 706, and a signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis at a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit (not shown). Signal). The signal separated into each frequency component is input to the reception weight multiplication circuit 707 and also to the transmission / reception weight processing unit 740-1.

受信ウエイト乗算回路707では、このサテライト基地局装置32が担う仮想的伝送路に対応させて第1特異値の受信ウエイトベクトルが乗算され、複数アンテナ素子によるベクトル状の信号から1系統のスカラー状の信号に変換される。この信号は送信ウエイト乗算回路708に入力され、送信ウエイト乗算回路708では着目するサテライト基地局装置32から端末局装置33への第1特異値に対応する仮想的伝送路に対応させて送信ウエイトベクトルが乗算されて、各アンテナ素子721に対応した信号が生成され、これらが各アンテナ素子系統のIFFT&GI付与回路709に入力され、このIFFT&GI付与回路709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(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)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721ごとに、D/A変換器710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742から入力される局部発振信号と、ミキサ711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712により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713で増幅され、TDD−SW714を介してアンテナ素子721より送信される。   The reception weight multiplying circuit 707 multiplies the reception weight vector of the first singular value in correspondence with the virtual transmission line carried by the satellite base station device 32, and obtains a single-system scalar-like signal from a vector-like signal by a plurality of antenna elements. Converted to a signal. This signal is input to the transmission weight multiplication circuit 708, and the transmission weight multiplication circuit 708 associates the transmission weight vector with the virtual transmission path corresponding to the first singular value from the satellite base station apparatus 32 to the terminal station apparatus 33 of interest. Are multiplied to generate signals corresponding to the respective antenna elements 721. These signals are input to the IFFT & GI adding circuits 709 of the respective antenna element systems. And processing such as insertion of guard intervals and waveform shaping between OFDM symbols (or between blocks of block transmission in the case of SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization)) is performed. D / A converter 710 converts digital sampling data to baseband analog It is converted to issue. Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the local oscillator 742 by the mixer 711, and is up-converted into a radio frequency signal. Here, since the up-converted signal includes a signal in a frequency component outside the band of the channel to be transmitted, the filter 712 removes the frequency component outside the band and generates an electrical signal to be transmitted. . The generated signal is amplified by the high power amplifier 713 and transmitted from the antenna element 721 via the TDD-SW 714.

次に、アップリンク方向(端末局装置33→サテライト基地局装置32→統括基地局装置31方向)について説明する。各アンテナ素子721で受信した信号は、TDD−SW714を介してローノイズアンプ722に入力される。ここでTDD−SW714の切り替えは、通信制御回路743が送受信のタイミングに合わせて行う。ローノイズアンプ722に入力された微弱な信号は増幅され、この増幅された信号とローカル発振器742から出力される局部発振信号とがミキサ723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724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725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726に入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した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、受信ウエイト乗算回路727に入力されると共に、送受信ウエイト処理部740−2にも入力される。   Next, the uplink direction (from the terminal station device 33 to the satellite base station device 32 to the control base station device 31) will be described. The signal received by each antenna element 721 is input to the low noise amplifier 722 via the TDD-SW 714. Here, the switching of the TDD-SW 714 is performed by the communication control circuit 743 in accordance with the transmission / reception timing. The weak signal input to the low noise amplifier 722 is amplified, and the amplified signal is multiplied by a local oscillation signal output from the local oscillator 742 by a mixer 723. The amplified signal is converted from a radio frequency signal to a baseband signal. Down-converted to Since the down-converted signal includes frequency components outside the frequency band to be received, the filter 724 removes the out-of-band components. The signal from which the out-of-band component has been removed is converted into a digital baseband signal by the A / D converter 725. All the digital baseband signals are input to the FFT circuit 726, and a signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis at a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit (not shown). Signal). The signals separated into the respective frequency components are input to the reception weight multiplying circuit 727 and also to the transmission / reception weight processing unit 740-2.

受信ウエイト乗算回路727では、このサテライト基地局装置32が担う仮想的伝送路に対応させて第1特異値の受信ウエイトベクトルが乗算され、複数アンテナ素子によるベクトル状の信号から1系統のスカラー状の信号に変換される。この信号は送信ウエイト乗算回路728に入力され、送信ウエイト乗算回路728では着目するサテライト基地局装置32から統括基地局装置31への第1特異値に対応する仮想的伝送路に対応させて送信ウエイトベクトルが乗算されて、各アンテナ素子700に対応した信号が生成され、これらが各アンテナ素子系統のIFFT&GI付与回路729に入力され、このIFFT&GI付与回路729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(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)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700ごとに、D/A変換器730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741から入力される局部発振信号と、ミキサ731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732により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733で増幅され、TDD−SW701を介してアンテナ素子700より送信される。   The reception weight multiplying circuit 727 multiplies the reception weight vector of the first singular value in correspondence with the virtual transmission line carried by the satellite base station device 32, and obtains a single-system scalar-like signal from a vector-like signal by a plurality of antenna elements. Converted to a signal. This signal is input to the transmission weight multiplying circuit 728, and the transmission weight multiplying circuit 728 sets the transmission weight corresponding to the virtual transmission path corresponding to the first singular value from the satellite base station apparatus 32 of interest to the control base station apparatus 31. Vectors are multiplied to generate signals corresponding to the respective antenna elements 700. These signals are input to the IFFT & GI adding circuits 729 of the respective antenna element systems. The signal is converted into a signal, and processing such as insertion of guard intervals and waveform shaping between OFDM symbols (or between blocks of block transmission in the case of SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization)) is performed. , D / A converter 730 converts the digital sampling data to a baseband analog signal. It is converted into grayed signal. Further, each analog signal is multiplied by a local oscillation signal input from a local oscillator 741 by a mixer 731 and up-converted into a radio frequency signal. Here, since the up-converted signal includes a signal in a frequency component outside the band of the channel to be transmitted, the filter 732 removes the frequency component outside the band and generates an electrical signal to be transmitted. . The generated signal is amplified by the high power amplifier 733 and transmitted from the antenna element 700 via the TDD-SW 701.

なお、受信ウエイト乗算回路707及び送信ウエイト乗算回路728で乗算される送受信ウエイトベクトルは、送受信ウエイト処理部740−1にて算出される。受信ウエイト乗算回路727及び送信ウエイト乗算回路708で乗算される送受信ウエイトベクトルは、送受信ウエイト処理部740−2にて算出される。ダウンリンクとアップリンクのそれぞれのFFT回路を用いて取得されたチャネル情報を基に受信ウエイトベクトルを算出し、キャリブレーション処理を施すことでその逆方向の送信ウエイトベクトルを算出する。統括基地局装置31との間の送受信においては、その伝搬路が固定的で、且つ高所で見通し環境ということから一旦チャネル情報を取得すれば、その後は継続的にその値を使いまわすことも可能である。   The transmission / reception weight vector multiplied by the reception weight multiplication circuit 707 and the transmission weight multiplication circuit 728 is calculated by the transmission / reception weight processing unit 740-1. The transmission / reception weight vector multiplied by the reception weight multiplication circuit 727 and the transmission weight multiplication circuit 708 is calculated by the transmission / reception weight processing unit 740-2. The receiving weight vector is calculated based on the channel information acquired using the downlink and uplink FFT circuits, and the transmission weight vector in the reverse direction is calculated by performing a calibration process. In the transmission / reception to / from the control base station apparatus 31, once the channel information is obtained because the propagation path is fixed and the line of sight is at a high place, the value may be continuously used thereafter. It is possible.

したがって、サービス運用の開始前に繰り返しチャネル推定を行い、その平均化により高精度のチャネル推定結果(この場合には相対チャネル情報を利用)、及びそこから算出される送受信ウエイトベクトルを利用することが可能である。一方で、サテライト基地局装置32と端末局装置33との間のチャネル情報は、端末局装置33やその周りの移動や環境変動により変化するため、リアルタイムでチャネル情報取得とウエイトベクトルの更新が必要となる。このチャネル情報の取得(チャネルフィードバック)の方法は如何なる手段を用いても構わない。そして、この様にして取得したチャネル情報に対し、送受信ウエイト処理部740−1及び740−2では、例えば特異値分解などの手法で第1特異値に対応する仮想的伝送路の送受信ウエイトベクトルを算出し、これを受信ウエイト乗算回路707、727、及び送信ウエイト乗算回路708、728に入力する。なお、通信制御回路743は送受信タイミングやシンボルタイミングを把握し、TDD−SW701、714や各種回路に対して様々な指示を行う。通信制御回路743がこの様なタイミングを把握する根拠は、統括基地局装置31との通信において統括基地局装置31に同期させることで把握することも可能であり、GPSやその他の無線システム(例えばマクロセルの基地局からの信号)から取得される情報を用いて行っても構わない。   Therefore, it is possible to repeatedly perform channel estimation before the start of service operation, and to use a highly accurate channel estimation result (in this case, relative channel information is used) by averaging and a transmission / reception weight vector calculated therefrom. It is possible. On the other hand, since channel information between the satellite base station device 32 and the terminal station device 33 changes due to movement around the terminal station device 33 and surroundings and environmental fluctuations, it is necessary to obtain channel information and update weight vectors in real time. Becomes This channel information acquisition (channel feedback) method may use any means. The transmission / reception weight processing units 740-1 and 740-2 calculate the transmission / reception weight vector of the virtual transmission path corresponding to the first singular value by using a method such as singular value decomposition, for the channel information thus obtained. The calculated values are input to the reception weight multiplication circuits 707 and 727 and the transmission weight multiplication circuits 708 and 728. The communication control circuit 743 grasps the transmission / reception timing and the symbol timing, and issues various instructions to the TDD-SWs 701 and 714 and various circuits. The reason why the communication control circuit 743 grasps such a timing can also be grasped by synchronizing with the control base station device 31 in communication with the control base station device 31, and can be determined by using the GPS or other wireless system (for example, This may be performed using information obtained from a signal from a macro cell base station).

以上の様に、第3の実施形態の無線通信システム52は、統括基地局装置31(第1の無線局装置)と、複数のサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)と、端末局装置33(第3の無線局装置)とを備える。統括基地局装置31は、第1のアンテナ素子群を介して複数のサテライト基地局装置32との無線通信を実行する第1無線局信号処理部を有する。サテライト基地局装置32は、第2のアンテナ素子群を介して統括基地局装置31との無線通信を実行し、第3のアンテナ素子群を介して端末局装置33との無線通信を実行する第2無線局信号処理部を有する。   As described above, the wireless communication system 52 according to the third embodiment includes an integrated base station device 31 (first wireless station device), a plurality of satellite base station devices 32 (second wireless station device), and a terminal. And a station device 33 (third wireless station device). The control base station device 31 includes a first wireless station signal processing unit that performs wireless communication with a plurality of satellite base station devices 32 via the first antenna element group. The satellite base station apparatus 32 executes wireless communication with the control base station apparatus 31 via the second antenna element group, and executes wireless communication with the terminal station apparatus 33 via the third antenna element group. It has two radio station signal processing units.

第3の実施形態のサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)の第2無線局信号処理部は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する受信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出する。第2無線局信号処理部は、第2のアンテナ素子群を介して受信した信号に受信ウエイトベクトルを乗算することによって送信信号系列を生成する。第2無線局信号処理部は、生成した信号系列に基づく信号を第3のアンテナ素子群を介して端末局装置33(第3の無線局装置)に送信する。   The second wireless station signal processing unit of the satellite base station device 32 (second wireless station device) of the third embodiment is used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group. The reception weight vector for the MIMO channel matrix is defined as at least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to a first singular value of the MIMO channel matrix, or an approximate solution of the first right singular vector and the first left It is calculated based on at least one of the approximate solutions of the singular vectors. The second radio station signal processing unit generates a transmission signal sequence by multiplying a signal received via the second antenna element group by a reception weight vector. The second wireless station signal processing unit transmits a signal based on the generated signal sequence to the terminal station device 33 (third wireless station device) via the third antenna element group.

第3の実施形態のサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)の第2無線局信号処理部は、端末局装置33(第3の無線局装置)の第4のアンテナ素子群とサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)の第3のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出し、第3のアンテナ素子群を介して受信した信号に送信ウエイトベクトルを乗算することによって複数の系統の信号系列を生成し、複数の系統の信号系列に基づく信号を第2のアンテナ素子群を介して端末局装置33(第3の無線局装置)に送信する。   The second radio station signal processing unit of the satellite base station device 32 (second radio station device) according to the third embodiment includes a fourth antenna element group of the terminal station device 33 (third radio station device) and a satellite. The transmission weight vector for the MIMO channel matrix used for wireless communication with the third antenna element group of the base station device 32 (second wireless station device) is represented by the first right value corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix. Calculated based on at least one of the singular vector and the first left singular vector, or at least one of the approximate solution of the first right singular vector and the approximate solution of the first left singular vector, via the third antenna element group A plurality of signal sequences are generated by multiplying the received signal by a transmission weight vector, and a signal based on the plurality of signal sequences is transmitted through a second antenna element group. And transmits to end station device 33 (third radio station).

第3の実施形態の無線通信システム52の第1無線局信号処理部は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出し、第2の無線局装置ごとに信号系列を生成し、生成した信号系列にそれぞれの信号系列に対応した送信ウエイトベクトルを乗算し、乗算した結果を全ての信号系統について加算合成し、加算合成した信号系列に基づく信号を、第1のアンテナ素子群を介してサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)に送信する。   The first wireless station signal processing unit of the wireless communication system 52 according to the third embodiment calculates a transmission weight vector for a MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group, At least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to a first singular value of the MIMO channel matrix, or at least one of an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector , A signal sequence is generated for each second wireless station apparatus, the generated signal sequence is multiplied by a transmission weight vector corresponding to each signal sequence, and the multiplication result is added and synthesized for all signal systems. Then, a signal based on the added and combined signal sequence is transmitted to the satellite base station device 32 (second wireless station device) via the first antenna element group.

第3の実施形態の無線通信システム52の第1無線局信号処理部は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する受信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいてサテライト基地局装置32(第2の無線局装置)ごとに算出し、第1のアンテナ素子群を介して受信した信号に受信ウエイトベクトルを第2の無線局装置ごとに乗算することによって複数の系統の信号系列を生成し、複数の系統の信号系列に基づく信号から残留干渉成分を除去する。   The first wireless station signal processing unit of the wireless communication system 52 according to the third embodiment calculates a reception weight vector for a MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group, At least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to a first singular value of the MIMO channel matrix, or at least one of an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector Is calculated for each satellite base station device 32 (second wireless station device) based on the above equation, and a signal received via the first antenna element group is multiplied by a reception weight vector for each second wireless station device. A signal sequence of a plurality of systems is generated, and a residual interference component is removed from a signal based on the signal sequences of the plurality of systems.

これによって、第3の実施形態の統括基地局装置31、サテライト基地局装置32、端末局装置33、無線通信システム52及び無線通信方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。第3の実施形態の統括基地局装置31、サテライト基地局装置32、端末局装置33、無線通信システム52及び無線通信方法は、非再生の再ビームフォーミング中継によって、伝送容量を増大させることが可能となる。第3の実施形態の統括基地局装置31、サテライト基地局装置32、端末局装置33、無線通信システム52及び無線通信方法は、所望の特性で複数の信号系列を空間多重して伝送することが可能になる。   Accordingly, the control base station device 31, the satellite base station device 32, the terminal station device 33, the wireless communication system 52, and the wireless communication method of the third embodiment increase the transmission capacity by MIMO in an environment where the line-of-sight environment is dominant. It is possible to do. The control base station device 31, the satellite base station device 32, the terminal station device 33, the wireless communication system 52, and the wireless communication method according to the third embodiment can increase the transmission capacity by non-regenerative re-beamforming relay. Becomes In the control base station device 31, the satellite base station device 32, the terminal station device 33, the wireless communication system 52, and the wireless communication method according to the third embodiment, a plurality of signal sequences can be spatially multiplexed and transmitted with desired characteristics. Will be possible.

第1の実施形態においては、基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム50及び無線通信方法は、アクセス系に第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数利用して、空間多重を行うことも可能である。しかし、端末局装置60の座標は固定的に設計できないので、空間多重的には基地局装置70側の第1の信号処理部304を離れた場所に複数配置することが好ましい。このために、サテライト基地局装置32として第1の信号処理部304に相当する機能を配置する場合には、その間を有線で引き回すより、無線で中継することが好ましい。この利用形態を実現する際には、非再生中継でありながらビームフォーミングだけは中継局において実施するという信号処理が有効であり、そのための実現方法を規定した。   In the first embodiment, the base station device 70, the terminal station device 60, the wireless communication system 50, and the wireless communication method use a plurality of virtual transmission paths corresponding to a first singular value for an access system, and perform spatial multiplexing. It is also possible to do. However, since the coordinates of the terminal station device 60 cannot be fixedly designed, it is preferable to spatially multiplex a plurality of first signal processing units 304 on the base station device 70 side at distant locations. For this reason, when a function corresponding to the first signal processing unit 304 is arranged as the satellite base station device 32, it is preferable to relay wirelessly rather than routing the space between them. In realizing this usage form, signal processing in which only beamforming is performed in a relay station while performing non-regenerative relay is effective, and a method for realizing this is defined.

[第4の実施形態]
[第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセル]
(列車ムービングセルと基本原理の概要)
先の第3の実施形態において説明した通り、5G(第5世代)に向けた将来無線アクセスにおいて、特に列車内の多数のユーザのトラヒックをマクロセルに収容する代わりに、これらのトラヒックを列車内で集約し、これらを一括して無線エントランスにて有線ネットワーク側にユーザデータを迂回しオフロードすることは、マクロセルの周波数資源を有効活用し、システム全体での総伝送容量を向上するには有効である。ここでは、列車と電車の区別は特に行わず、在来線や新幹線などの全ての車両を列車と標記する。
[Fourth embodiment]
[Train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value]
(Outline of train moving cell and basic principle)
As described in the third embodiment, in the future wireless access for 5G (fifth generation), instead of accommodating traffic of a large number of users in the train in the macro cell, these traffics are transmitted in the train. Aggregating these and collectively detouring the user data to the wired network side at the wireless entrance and offloading is effective in effectively utilizing the frequency resources of the macro cell and improving the total transmission capacity of the entire system. is there. Here, no distinction is made between trains and trains, and all vehicles such as conventional lines and Shinkansen are referred to as trains.

しかし、列車の場合には一般に移動速度が速く、新幹線であれば時速300[km/h]を超え、在来線でも100[km/h]以上の伝送速度を想定して無線エントランス回線を構成しなければならない。特に、大容量の回線を提供するためにはミリ波等の高周波数帯の利用が余儀なくされ、回線設計的には波長の2乗に比例する利得の損失と、ミリ波帯のハイパワーアンプの出力がマイクロ波帯に比べて非常に小さく、高出力なものは高価であることを考慮すると、低出力のアンテナ素子を多数利用する大規模アンテナ化により回線利得を確保する必要に迫られる。特に、列車の移動速度を考慮すれば、ハンドオーバの頻度を低減し制御の負荷を低減するためには、500[m]間隔程度のエリアをエントランス側の基地局装置でカバーしなければならない。大規模アンテナの利得の確保においては、チャネル情報のフィードバックを精度良く行い、高精度の指向性制御を行う必要があるが、列車の移動速度が速いことからチャネルの時変動が一般的に大きく、この時変動への高精度の追従と高速の指向性形成が必要となる。   However, in the case of a train, the traveling speed is generally high, and in the case of a Shinkansen, the speed exceeds 300 [km / h]. Must. In particular, the use of high frequency bands such as millimeter waves is inevitable in order to provide large capacity lines. Considering that the output is very small compared to the microwave band, and that high output is expensive, it is necessary to secure the line gain by adopting a large-scale antenna using a large number of low output antenna elements. In particular, in consideration of the traveling speed of the train, in order to reduce the frequency of handovers and reduce the control load, an area of about 500 [m] intervals must be covered by the entrance-side base station device. In securing the gain of a large-scale antenna, it is necessary to perform accurate feedback of channel information and perform high-accuracy directivity control.However, the time variation of the channel is generally large due to the fast moving speed of the train, At this time, it is necessary to follow the fluctuation with high accuracy and to form the directivity at high speed.

先にも触れたが、一般にMIMOチャネルの時変動は、チャネル行列を特異値分解した際に得られる特異値が大きい方に対応した仮想的伝送路において、比較的小さくなる傾向がある。逆に小さな特異値に対応する仮想的伝送路において、チャネル時変動が非常に大きくなる傾向がある。ここでは送受信局が相互に見通し環境にあることを想定するため、第1特異値に対応する仮想的伝送路は見通し波に相当する伝送路である。この場合、列車の線路が概ね直線的であることを考慮すれば、線路の上部付近(架線柱など)に高指向性アンテナを線路と平行な方向に指向性を向けて設置し、列車との間で正面方向に向き合う形で無線信号を送受信することにすれば、見通し環境が長い時間に渡り安定的に確保できる。各アンテナ素子間のチャネル情報は、列車の移動方向と電波の到来方向とが概ね平行であるため、非常に急激に変化する。一方で、各アンテナ素子間の各パスのチャネル情報の相対的な関係(複素位相差)は、殆ど平面波に近似できる状況であるため、時間変動に対して殆ど変化がない。つまり、チャネル自体は高速で変動するが、第1特異値に対応する仮想的伝送路の送受信ウエイト自体は極めて変化が緩やかで、一定の送受信ウエイト値をある程度の期間保ち続けても、概ね理想的な指向性形成が維持できることになる。   As mentioned above, generally, the time variation of the MIMO channel tends to be relatively small in the virtual transmission path corresponding to the larger singular value obtained when the singular value decomposition of the channel matrix is performed. Conversely, in a virtual transmission path corresponding to a small singular value, channel time variation tends to be very large. Here, since it is assumed that the transmitting and receiving stations are in line-of-sight environments, the virtual transmission line corresponding to the first singular value is a transmission line corresponding to the line-of-sight wave. In this case, considering that the train line is generally linear, a highly directional antenna is installed near the upper part of the line (such as an overhead pole) with directivity oriented in a direction parallel to the line. If the wireless signals are transmitted and received in a manner facing each other in the front direction, the line-of-sight environment can be stably secured for a long time. The channel information between the antenna elements changes very rapidly because the moving direction of the train and the arrival direction of the radio wave are substantially parallel. On the other hand, the relative relationship (complex phase difference) of the channel information of each path between the antenna elements can be almost approximated to a plane wave, and thus hardly changes with time. In other words, the channel itself fluctuates at a high speed, but the transmission / reception weight of the virtual transmission line corresponding to the first singular value itself changes extremely slowly, and even if a constant transmission / reception weight value is kept for a certain period of time, it is almost ideal It is possible to maintain a proper directivity.

一方で、第2特異値以降に対応する仮想的伝送路は、多くの反射波を積極的に利用することになり、移動方向に対して平行な方向ではない様々な方向からの入射波が支配的となる。このとき、様々な角度方向からの波が合成されていると、平面波とは明らかに異なる状況となり、時間変動と共に各アンテナ素子間の各パスに対応するチャネル情報の相対的な関係も大幅に変動する。そのため、チャネル情報の相対的な関係の変動に追従させるために、送受信ウエイトを高速で更新する必要があり、高速での更新ができなければ適切な指向性形成がなされないことになる。ここで、仮にインプリシット・フィードバックを導入してチャネル情報のフィードバックのオーバヘッドを低減したとしても、この急激なチャネル情報の変動に追従するためには極めて頻繁にチャネル推定用のトレーニング信号を交換しなければならず、現実的に求められる精度を達成するのは困難である。   On the other hand, the virtual transmission path corresponding to the second and subsequent singular values uses many reflected waves positively, and incident waves from various directions that are not parallel to the moving direction are dominant. Become a target. At this time, if waves from various angles are combined, the situation is clearly different from the plane wave, and the relative relationship of the channel information corresponding to each path between each antenna element fluctuates significantly with time. I do. Therefore, it is necessary to update the transmission / reception weights at high speed in order to follow the fluctuation of the relative relationship of the channel information. If the update cannot be performed at high speed, an appropriate directivity cannot be formed. Here, even if implicit feedback is introduced to reduce the overhead of feedback of channel information, training signals for channel estimation must be exchanged very frequently in order to follow this rapid change in channel information. And it is difficult to achieve the required accuracy in practice.

ここで、列車に搭載する端末局装置と無線エントランスの基地局装置とが備える送受信用の各種回路(ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ、ミキサ等)は、温度特性などに起因して変化する複素位相の回転量を精度の高いキャリブレーション処理で時間変動なく常に概ね一定として扱うことが可能であるとする。この場合、ある列車に着目すれば、通過する線路が決まればその列車(厳密には列車に搭載される端末局装置の各アンテナ素子)の移動経路は極めて高精度で1次元的な変位を示し、その1次元的な移動ルート上の座標を把握できれば、毎回毎回、同一場所に列車がある場合のチャネル情報はほぼ同一のチャネルとなる。   Here, various transmission / reception circuits (high-power amplifier, low-noise amplifier, filter, mixer, etc.) provided in the terminal station device mounted on the train and the base station device of the wireless entrance are complex circuits that change due to temperature characteristics and the like. It is assumed that the phase rotation amount can be always treated as substantially constant without time variation by a highly accurate calibration process. In this case, paying attention to a certain train, if the line to be passed is determined, the movement route of the train (strictly speaking, each antenna element of the terminal station device mounted on the train) shows one-dimensional displacement with extremely high accuracy. If the coordinates on the one-dimensional movement route can be grasped, the channel information when there is a train at the same place is almost always the same every time.

もちろん、例えば80GHzなどを想定すると波長は3.75mmであり、僅か1mmの座標のズレで波長の25%以上の座標の誤差となり絶対的なチャネル情報は大きく変化するが、ここで議論すべきは送受信ウエイトを算出する際に必要となる相対チャネル情報である。平面波的に到来する見通し波の場合、その平面とアンテナ素子が2次元的に配置されている平面が概ね平行である限り、その相対チャネル情報はその程度の座標の誤差では大きな影響は受けない。一般に、送受信ウエイトの変動に関して、見通し方向(送受信アンテナを結ぶ直線と平行な方向)に垂直な方向に遷移する場合と見通し方向に平行な方向に遷移する場合とで比べると、垂直な方向に遷移する場合の方が送受信ウエイトの変動量は大きくなる。もちろん、線路と列車の車輪の幅との遊びは数mm以上あるかも知れないので厳密に同一座標を通過する訳ではなく、この見通し方向に垂直な方向に対しても若干の誤差を伴うことになる。しかし、上述の様に第1特異値に対応する仮想的伝送路の場合には概ね平面波で近似可能であり、その程度の誤差であれば送受信ウエイトの変化は許容範囲である。一方、見通し方向に平行な方向に遷移する場合において、列車の位置の判定の精度は、移動速度が速いことに起因して低くなる。しかし、平面波であれば送受信ウエイトは、垂直な方向に列車が遷移する場合に比べて全く鈍感であり、十分に対応可能である。   Of course, for example, assuming 80 GHz or the like, the wavelength is 3.75 mm, and a deviation of coordinates of only 1 mm results in a coordinate error of 25% or more of the wavelength, and the absolute channel information greatly changes. This is relative channel information required when calculating the transmission / reception weight. In the case of a line-of-sight wave arriving as a plane wave, as long as the plane and the plane on which the antenna elements are two-dimensionally arranged are substantially parallel, the relative channel information is not significantly affected by such a coordinate error. Generally, regarding the fluctuation of the transmission / reception weight, the transition in the direction perpendicular to the line-of-sight direction (the direction parallel to the straight line connecting the transmission / reception antenna) and the transition in the direction parallel to the line-of-sight direction are more vertical. In this case, the fluctuation amount of the transmission / reception weight becomes larger. Of course, the play between the track and the width of the train wheels may be several millimeters or more, so they do not pass exactly the same coordinates, and there is a slight error in the direction perpendicular to this line of sight. Become. However, in the case of a virtual transmission path corresponding to the first singular value as described above, it can be approximated by a plane wave, and a change in transmission / reception weight is within an allowable range if the error is of such a level. On the other hand, when transiting in a direction parallel to the line-of-sight direction, the accuracy of determining the position of the train is low due to the high moving speed. However, in the case of a plane wave, the transmission / reception weight is completely insensitive compared to the case where the train transitions in the vertical direction, and can sufficiently cope with it.

なお、送受信ウエイト自体は時変動が小さいかも知れないが、この送受信ウエイトを用いて合成した信号の複素位相は座標と共に変動し、それはドップラーシフトとして観測される。ただし、ドップラーシフト自体は周波数誤差と本質的に差はないため、例えばOFDMを用いる場合でもサブキャリア間隔に比較して小さな値に収まっているならば、OFDMの直交性を破るまでには至らないため、残留周波数誤差の補償をトラッキング処理などで実施することで対応することが可能である。   Although the transmission / reception weight itself may have a small time variation, the complex phase of a signal synthesized using the transmission / reception weight fluctuates with the coordinates, which is observed as a Doppler shift. However, since the Doppler shift itself does not essentially differ from the frequency error, even if, for example, OFDM is used, if it is smaller than the subcarrier interval, it does not break the orthogonality of OFDM. Therefore, it is possible to cope with this by executing the compensation of the residual frequency error by a tracking process or the like.

そこでまず、1次元的な列車の移動における列車の位置(座標)を高精度で判定するためのメカニズムを導入する。例えば、線路脇に何らかの座標を特定する目印を所定の間隔で配置し、その目印をカメラ等で撮影し、その映像に画像処理を施すことでその座標を測定する。例えば、バーコード状の幾何学的な座標情報の目印を10[m]間隔で配置し、カメラで撮影した画像を解析してバーコードから目印の座標を特定する。実際に目印の箇所を通過する時刻と、画像解析により目印の座標を特定できる時刻にはタイムラグが生じるが、このタイムラグがどの程度の時間となるかを事前に取得することは可能である。一方で、このタイムラグは全ての目印で概ね同一であると推定されることから、その目印を10[m]間隔で設置しているとすれば、その目印を画像解析で認識する時刻の差分と10[m]という移動距離の関係から、その瞬間の移動速度を高精度で推定することは可能である。更に、その移動速度と上述のタイムラグの時間から、列車が目印の座標を判定した瞬間に実際にどの場所にいるかが高精度で推定できると共に、そこからある微小時間が経過した際の座標も同様に推定できる。   Therefore, first, a mechanism for determining the position (coordinates) of the train in one-dimensional train movement with high accuracy is introduced. For example, a mark for identifying some coordinates is arranged at a predetermined interval beside the track, the mark is photographed by a camera or the like, and the coordinates are measured by performing image processing on the video. For example, a mark of barcode-like geometric coordinate information is arranged at an interval of 10 [m], an image captured by a camera is analyzed, and the coordinates of the mark are specified from the barcode. There is a time lag between the time of actually passing the mark and the time at which the coordinates of the mark can be specified by image analysis, but it is possible to obtain in advance how long this time lag will be. On the other hand, since this time lag is estimated to be substantially the same for all landmarks, if the landmarks are set at intervals of 10 [m], the difference between the time when the landmarks are recognized by image analysis and From the relationship of the moving distance of 10 [m], it is possible to estimate the moving speed at that moment with high accuracy. Furthermore, from the traveling speed and the time of the above-mentioned time lag, it is possible to estimate with high accuracy where the train is actually located at the moment when the coordinates of the landmark are determined. Can be estimated.

この様にして、1次元的な移動における瞬時の座標を精度良く取得することは可能である。ここではバーコードを例として示したが、LED等による光学的な信号でも構わないし、無線タグの様な電磁波的な信号を用いて座標を特定することにしても構わない。現時点のGPSの座標推定精度はあまり高くないが、Assisted GPSとして別途設定する無線回線(異なる周波数帯であったり、異なるシステムを介したもので構わない)を介してGPSの補正値情報を取得すると、GPSの測位の精度は5〜10[m]程度に抑えられることが知られている。更に、列車の場合には線路上を走行するために、移動経路が1次元的であり、GPSなどを利用する場合でもその1次元経路上(線路上)の場所に限定すれば更に精度は高まる。今後、準天頂衛星を用いた座標特定では数cm程度の精度で座標推定も可能と言われており、この様な将来のGPS機能を利用することも当然可能である。更には、自動車の速度計や距離計と同様に、車輪の回転回数から移動距離を取得することも可能であり、駅のホームなどで停車した際に高精度の座標補正を行い、その地点からの移動距離とGPS情報やその他の座標取得手段を併用する等、組み合わせを用いれば、測定精度は飛躍的に向上する。この様にすれば、上述の様にカメラと画像認識機能などを用いずとも、高精度の座標推定が可能となる。これらの如何なる手段で座標情報を取得したとしても同様に本実施形態は適用可能である。   In this way, it is possible to accurately acquire instantaneous coordinates in one-dimensional movement. Here, a barcode is shown as an example, but an optical signal from an LED or the like may be used, or the coordinates may be specified using an electromagnetic signal such as a wireless tag. Although the current GPS coordinate estimation accuracy is not very high, when GPS correction value information is obtained via a wireless line (different frequency band or through a different system) separately set as Assisted GPS, It is known that the positioning accuracy of GPS can be suppressed to about 5 to 10 [m]. Further, in the case of a train, the traveling route is one-dimensional in order to travel on the track, and even when using a GPS or the like, the accuracy is further improved if the location is limited to a location on the one-dimensional route (on the track). . It is said that it will be possible to estimate the coordinates with an accuracy of about several centimeters in the coordinate specification using the quasi-zenith satellite in the future, and it is naturally possible to use such a future GPS function. Furthermore, like a speedometer or distance meter of a car, it is also possible to obtain the travel distance from the number of rotations of the wheels, perform high-precision coordinate correction when stopping at a station platform, etc., and from that point If the combination is used, such as using the moving distance of the GPS information and other coordinate acquisition means together, the measurement accuracy is dramatically improved. With this configuration, highly accurate coordinate estimation can be performed without using a camera and an image recognition function as described above. The present embodiment can be applied similarly even if coordinate information is acquired by any of these means.

以上の説明では列車側において座標を推定する場合を説明したが、同様に基地局装置側においても通信相手である列車の座標の特定を行う必要がある。基本的には、この基地局装置と有線ネットワークとを介して接続された走行する列車の座標特定手段を用い、基地局装置は列車の座標を取得することになる。この様に有線ネットワーク側で列車の座標を特定する場合には、例えば発光体とその受光器とを線路わきに配置し、列車の通過時に光が遮られることを利用する様な構成でも良いし、列車側に発光体を設置し、その発光体の光を線路わきの受光器が検出するという構成でも良い。カメラを線路わきに多数設置するのはコストの点で非現実的だが、その他の手法でその座標を高精度で取得することは可能である。ないしは、列車が取得した座標情報を低遅延の別途設定する無線回線(異なる周波数帯であったり、異なるシステムを介したものでも構わない)で基地局装置側に通知することができれば、有線ネットワークにて接続された座標情報の取得手段を用いずとも、基地局装置側で列車の座標を特定することも可能である。   In the above description, the case where the coordinates are estimated on the train side has been described, but similarly, it is necessary to specify the coordinates of the train as the communication partner on the base station apparatus side. Basically, the base station device acquires the coordinates of the train by using the coordinate specifying means of the running train connected to the base station device via the wired network. When the coordinates of the train are specified on the wired network side in this way, for example, a configuration may be employed in which a light emitter and its light receiver are arranged beside the track, and that light is blocked when passing through the train. Alternatively, a configuration may be adopted in which a light emitter is installed on the train side, and the light from the light emitter is detected by a light receiver beside the track. Although it is impractical in terms of cost to install a large number of cameras beside the track, it is possible to obtain the coordinates with high accuracy by other methods. Alternatively, if the coordinate information obtained by the train can be notified to the base station apparatus side through a low-delay wireless line (different frequency band or through a different system) which is separately set, a wired network can be used. It is also possible to specify the coordinates of the train on the base station apparatus side without using the coordinate information acquisition means connected in this way.

次に、この様な列車の座標が特定可能な状態で、例えば深夜帯など通常のサービス外の時間帯や、ないしはサービス運用開始前などにおいて、実際の車両を走行させながら、その時のチャネル行列をその座標情報と関連付けて事前に取得し、基地局装置又は端末局装置に記憶させておく。何回か測定してその平均値を求めるなどすれば、より高精度なチャネル行列と列車の座標との対応関係が取得できる。この平均値を求める際には、測定されたままの絶対的なチャネル情報の代わりに、基準アンテナの複素位相を基準とする相対チャネル情報を利用し、この相対チャネル情報に対して送受信ウエイトを算出する。チャネル行列の測定は列車側に加えて有線ネットワーク側の基地局装置でも実施する。ないしは、インプリシット・フィードバックなどの手法により、ダウンリンクのチャネルの情報からアップリンクのチャネルの情報を取得しても構わない。   Next, in such a state that the coordinates of the train can be specified, for example, during a time zone outside normal service such as midnight, or before starting service operation, while running an actual vehicle, the channel matrix at that time is calculated. The information is acquired in advance in association with the coordinate information and stored in the base station device or the terminal station device. If the average value is obtained by performing measurements several times, the correspondence between the channel matrix and the train coordinates with higher accuracy can be obtained. When calculating the average value, instead of the absolute channel information as measured, the relative channel information based on the complex phase of the reference antenna is used, and the transmission / reception weight is calculated for the relative channel information. I do. The measurement of the channel matrix is performed not only on the train side but also on the base station device on the wired network side. Alternatively, the information of the uplink channel may be obtained from the information of the downlink channel by a method such as implicit feedback.

以上の様に、実際のサービス運用が開始するよりも前に、事前に列車の座標とアップリンク及びダウンリンクのチャネル行列の関係のデータベースを構築する。正確には、チャネル行列を基に、第1特異値に対応する仮想的伝送路の送受信ウエイトを事前に算出し、送受信ウエイトをデータベースに記憶させる。例えば列車側においては、各仮想的伝送路のアップリンクで用いる送信ウエイトベクトルとダウンリンクで用いる受信ウエイトベクトルとを、離散的な座標情報に対応付けてデータベースに記憶する。同様に基地局装置側においては、各仮想的伝送路のアップリンクで用いる受信ウエイトベクトルとダウンリンクでの送信ウエイトベクトルとを、離散的な座標情報に対応付けてデータベースに記憶する。   As described above, before the actual service operation starts, a database of the relationship between train coordinates and uplink and downlink channel matrices is constructed in advance. To be precise, based on the channel matrix, the transmission / reception weight of the virtual transmission path corresponding to the first singular value is calculated in advance, and the transmission / reception weight is stored in the database. For example, on the train side, a transmission weight vector used for uplink and a reception weight vector used for downlink of each virtual transmission path are stored in a database in association with discrete coordinate information. Similarly, on the base station apparatus side, the reception weight vector used in the uplink of each virtual transmission path and the transmission weight vector in the downlink are stored in a database in association with discrete coordinate information.

図36に、第4の実施形態における無線通信システムの構成の概要を示す。同図において、符号600は基地局装置、符号601−1〜601−8は基地局装置の第1の信号処理部、符号602−1〜602−8は幾何学的座標情報、符号603は列車、符号604は端末局装置、符号605はカメラ、符号606は列車側のウエイト行列/座標データベース、符号607は基地局装置側のウエイトベクトル/座標データベースをそれぞれ示す。なお、第1の信号処理部601−1〜601−8のいずれかを示す際には、第1の信号処理部601と記載する。   FIG. 36 shows an outline of the configuration of the wireless communication system according to the fourth embodiment. In the figure, reference numeral 600 denotes a base station device, reference numerals 601-1 to 601-8 denote first signal processing units of the base station device, reference numerals 602-1 to 602-8 denote geometric coordinate information, and reference numeral 603 denotes a train. Reference numeral 604 denotes a terminal station device, reference numeral 605 denotes a camera, reference numeral 606 denotes a train-side weight matrix / coordinate database, and reference numeral 607 denotes a base station-side weight vector / coordinate database. Note that, when any of the first signal processing units 601-1 to 601-8 is indicated, the first signal processing unit 601 will be described.

列車603は進行方向の先頭車両の先頭部上方、ないしは最後部車両の最後部の上方部分に多数のアンテナ素子を備えた端末局装置604を設置する。ここでの設置場所は列車603の車内から窓越しに信号の送受信をする構成でも良いし、列車603の外部に設置して、更に雨風の影響を低減するためのカバー(レドーム)で覆っても良い。また基地局装置600は、第1の実施形態において図16に示した第1の信号処理部304−1〜304−4の様な複数の第1の信号処理部601−1〜8を備える。第1の信号処理部601−1〜8は、物理的に距離を開けて設置される。例えば、第1の信号処理部601−1〜8は、1m間隔ないしは2m間隔などの間隔が設けられて多数、設置される。これらの第1の信号処理部601−1〜601−8に対し、基地局装置600は、図16に示した第2の信号処理部305をも合わせて備える。基地局装置600が備える第1の信号処理部601−1〜601−8は、例えば列車603の線路に対して垂直な方向に線路を横断する様に設けられている架線柱などに設置される。第1の信号処理部601−1〜601−8は、図16に示した第1の信号処理部304−1〜304−4と同様に多数のアンテナ素子と信号処理のための回路を備える。   The train 603 has a terminal station device 604 provided with a large number of antenna elements above the head of the leading vehicle in the traveling direction or above the rear of the last vehicle. The installation location here may be configured to transmit and receive signals from the inside of the train 603 through a window, or may be installed outside the train 603 and further covered with a cover (radome) for reducing the effects of rain and wind. good. In addition, the base station device 600 includes a plurality of first signal processing units 601-1 to 60-8 such as the first signal processing units 304-1 to 304-4 illustrated in FIG. 16 in the first embodiment. The first signal processing units 601-1 to 60-8 are physically installed at a large distance. For example, a large number of the first signal processing units 601-1 to 60-8 are provided at intervals of 1 m or 2 m. In addition to these first signal processing units 601-1 to 601-8, base station apparatus 600 also includes second signal processing unit 305 shown in FIG. The first signal processing units 601-1 to 601-8 included in the base station device 600 are installed on, for example, overhead wire poles provided to cross the line of the train 603 in a direction perpendicular to the line. . The first signal processing units 601-1 to 601-8 include a large number of antenna elements and circuits for signal processing, similarly to the first signal processing units 304-1 to 304-4 shown in FIG.

端末局装置604も同様に多数のアンテナ素子を備える。端末局装置604のアンテナ素子及び第1の信号処理部601−1〜8のアンテナ素子はそれぞれ、回線利得の確保のためにアンテナ素子から見て前方方向に指向性を高めた構成を取る。列車603の移動は完全な直線ではなくカーブを伴う場合があるため、過剰に指向性利得が高ければ良いという訳ではなく、列車603に設置された端末局装置604から見て基地局装置600が存在する方位、及び基地局装置600から見て列車603の端末局装置604が存在する方位に対しては指向性利得が低下しない範囲で、高い指向性利得をアンテナ素子が有することが理想的である。   The terminal station device 604 also includes a large number of antenna elements. The antenna elements of the terminal station apparatus 604 and the antenna elements of the first signal processing units 601-1 to 601-1-8 each have a configuration in which directivity is enhanced in a forward direction as viewed from the antenna element in order to secure a line gain. Since the movement of the train 603 may be accompanied by a curve instead of a perfect straight line, it is not necessarily sufficient that the directivity gain is excessively high. When viewed from the terminal station device 604 installed on the train 603, the base station device 600 It is ideal that the antenna element has a high directivity gain within a range where the directivity gain does not decrease with respect to the direction in which the terminal station device 604 of the train 603 exists as viewed from the base station device 600. is there.

図36に示す例では列車603にはカメラ605が実装され、線路脇の幾何学的座標情報602を撮影し、図中に明記していない画像解析機能により列車603の座標を把握する装置を列車603が備える。また、基地局装置600はウエイトベクトル/座標データベース607を備え、列車603の端末局装置604はウエイト行列/座標データベース606を備える。幾何学的座標情報602−1〜602−8は、概ね等間隔に線路脇に設置されており、列車603に実装されたカメラ605で撮影可能な位置に配置されている。幾何学的座標情報602−1〜602−8には、幾何学的座標情報602−1〜602−8が設置されている座標を示す座標情報ないしは幾何学的座標情報602−1〜602−8を特定できる情報がバーコード等により記録されている。   In the example shown in FIG. 36, a camera 605 is mounted on the train 603, and a device that captures the geometric coordinate information 602 on the side of the track and grasps the coordinates of the train 603 by an image analysis function not specified in the drawing is used as a train. 603 is provided. Further, the base station device 600 includes a weight vector / coordinate database 607, and the terminal station device 604 of the train 603 includes a weight matrix / coordinate database 606. The geometric coordinate information 602-1 to 602-8 are installed on the side of the track at substantially equal intervals, and are arranged at positions where images can be taken by the camera 605 mounted on the train 603. The geometric coordinate information 602-1 to 602-8 includes coordinate information indicating the coordinates where the geometric coordinate information 602-1 to 602-8 is set or geometric coordinate information 602-1 to 602-8. Is recorded in a bar code or the like.

例えば、列車603は走行しながらカメラ605で幾何学的座標情報602−1〜602−8を撮影し、幾何学的座標情報602−7の画像を認識した際には、その幾何学的座標情報602−7の情報から幾何学的座標情報602−7の座標を特定する。実際には画像認識にタイムラグがあるのであれば、そのタイムラグの時間ΔTを工場出荷時ないしは製品設計時に把握しておく。幾何学的座標情報602−1〜602−8はカメラ605により順に画像認識されるため、ある時刻t1[s]で幾何学的座標情報602−8の認識がなされ、別の時刻t2[s]で幾何学的座標情報602−7の認識がなされとすれば、幾何学的座標情報602−8と幾何学的座標情報602−7との間の距離x[m]に対してv=x/(t2−t1)で秒速度[m/s]を把握し、時刻t2から微小時刻Δt経過した時刻t2+Δtにおいては、v×ΔT[m]だけ幾何学的座標情報602−7の座標よりも前方に位置しているものと判断する。   For example, when the train 603 captures geometric coordinate information 602-1 to 602-8 with the camera 605 while traveling, and recognizes the image of the geometric coordinate information 602-7, the geometric coordinate information The coordinates of the geometric coordinate information 602-7 are specified from the information of 602-7. Actually, if there is a time lag in the image recognition, the time ΔT of the time lag is grasped at the time of factory shipment or product design. Since the geometric coordinate information 602-1 to 602-8 are sequentially image-recognized by the camera 605, the geometric coordinate information 602-8 is recognized at a certain time t1 [s] and another time t2 [s]. Assuming that the geometric coordinate information 602-7 is recognized by the following equation, v = x / for the distance x [m] between the geometric coordinate information 602-8 and the geometric coordinate information 602-7. At (t2−t1), the second speed [m / s] is grasped, and at time t2 + Δt at which a minute time Δt has elapsed from time t2, the coordinates ahead of the coordinates of the geometric coordinate information 602-7 by v × ΔT [m]. It is determined that it is located in.

一方でサービス運用開始よりも前に、列車603は所定の線路上を走行しながら、基地局装置600の各第1の信号処理部601−1〜601−8から送信されたトレーニング信号を端末局装置604の各アンテナ素子で受信し、そのMIMOチャネルのチャネル情報を取得する。その取得されたチャネル情報を基に、上述の第1特異値に相当する仮想的伝送路を利用する通信で用いる受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトルを第1の信号処理部601−1〜601−8ごとに取得し、これをウエイト行列/座標データベース606に記録する。受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトルを複数回取得する場合には、その平均値を求めるなどして精度の向上を図ることが可能である。また、この平均化に際しては、例えば端末局装置604が備えるアンテナ素子の中の所定のアンテナ素子の送受信ウエイトベクトルの複素位相を基準とする形で、端末局装置604が備えるアンテナ素子の送信ウエイトベクトルの各成分を相対的な送受信ウエイトとするなど、異なる時刻に取得された情報であっても平均化することが可能な処理を行うことが好ましい。   On the other hand, before the service operation starts, the train 603 runs on a predetermined track while transmitting the training signal transmitted from each of the first signal processing units 601-1 to 601-8 of the base station device 600 to the terminal station. The signal is received by each antenna element of the device 604, and channel information of the MIMO channel is obtained. Based on the obtained channel information, the reception weight vector and the transmission weight vector used in the communication using the virtual transmission path corresponding to the first singular value are converted into the first signal processing units 601-1 to 601-8. For each time, and this is recorded in the weight matrix / coordinate database 606. When the reception weight vector and the transmission weight vector are acquired a plurality of times, it is possible to improve the accuracy by obtaining an average value or the like. In addition, at the time of this averaging, for example, the transmission weight vector of the antenna element included in the terminal station apparatus 604 is determined based on the complex phase of the transmission / reception weight vector of a predetermined antenna element among the antenna elements included in the terminal station apparatus 604 It is preferable to perform processing capable of averaging even information acquired at different times, such as using each component as a relative transmission / reception weight.

同様のデータベースは、基地局装置600側でも作成され、ウエイトベクトル/座標データベース607に記憶される。上述の説明では、基地局装置600側からトレーニング信号を送信する場合について説明したが、後述する何らかの手法で列車603の座標と時刻情報を列車603(ないしは端末局装置604)側で記録すると共に、端末局装置604側からトレーニング信号を送信し、基地局装置600の第1の信号処理部601−1〜601−8の各アンテナ素子でこれを受信し、MIMOチャネルのチャネル情報を受信時刻情報と共に記録する。その記録された時刻情報と列車の座標情報、及び時刻情報とチャネル情報の関係を基に、上述の第1特異値に相当する仮想的伝送路を利用する通信で用いる所定の列車の座標に対する受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトルを第1の信号処理部601−1〜601−8ごとに取得し、これをウエイトベクトル/座標データベース607に記録する。又は、列車603側でダウンリンクのチャネル情報を取得できさえすれば、キャリブレーション技術を用いてアップリンクのチャネル情報を取得することも可能であるので、基地局装置600側から送信したトレーニング信号を用いて列車603側で一通りのチャネル情報を取得した後で、オフラインでキャリブレーション処理によりアップリンクのチャネル情報を取得し、このチャネル情報を基に第1の信号処理部601−1〜601−8ごとに送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルを算出し、これをデータベース化してウエイトベクトル/座標データベース607に記録してもよい。   A similar database is also created on the base station apparatus 600 side, and stored in the weight vector / coordinate database 607. In the above description, the case where the training signal is transmitted from the base station apparatus 600 side has been described, but the coordinates and time information of the train 603 are recorded on the train 603 (or the terminal station apparatus 604) side by any method described later, A training signal is transmitted from the terminal station apparatus 604 side, received by each antenna element of the first signal processing units 601-1 to 601-8 of the base station apparatus 600, and channel information of the MIMO channel is received together with reception time information. Record. Based on the recorded time information and the coordinate information of the train, and the relationship between the time information and the channel information, the reception for the predetermined train coordinates used in the communication using the virtual transmission path corresponding to the first singular value is performed. The weight vector and the transmission weight vector are obtained for each of the first signal processing units 601-1 to 601-8, and are recorded in the weight vector / coordinate database 607. Alternatively, as long as the train 603 side can acquire the downlink channel information, it is also possible to acquire the uplink channel information using the calibration technique, so that the training signal transmitted from the base station apparatus 600 side can be acquired. After acquiring one set of channel information on the train 603 side, the channel information of the uplink is acquired by a calibration process offline, and the first signal processing units 601-1 to 601- The transmission weight vector and the reception weight vector may be calculated for every 8, and may be stored in the weight vector / coordinate database 607 as a database.

以上の処理においては、基地局装置600側で取得する情報や端末局装置604側で取得する情報などを総合的に処理してウエイト行列/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607に記録すべき情報を生成するため、必要な情報を一旦、別の計算機などの環境に集約し、そこで加工処理を行った情報を、別途、基地局装置600のウエイトベクトル/座標データベース607及び端末局装置604のウエイト行列/座標データベース606に記録する構成としても構わない。   In the above processing, information obtained on the base station apparatus 600 side and information obtained on the terminal station apparatus 604 side are comprehensively processed and recorded in the weight matrix / coordinate database 606 and the weight vector / coordinate database 607. In order to generate the information, necessary information is once aggregated in an environment such as another computer, and the information processed there is separately stored in the weight vector / coordinate database 607 of the base station apparatus 600 and the terminal station apparatus 604. A configuration in which the data is recorded in the weight matrix / coordinate database 606 may be used.

ここで、ウエイト行列/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607における送受信ウエイトベクトルに対応する座標の間隔は、幾何学的座標情報602−1〜602−8が設置される位置の間隔と一致する必然性は全くない。上述の様に幾何学的座標情報602−1〜602−8の間の任意の位置においても列車の移動速度と経過時間などから座標情報は取得可能であり、その任意の位置において取得したチャネル情報を基に、その任意の位置における送受信ウエイトベクトルを算出することも可能であるから、ウエイト行列/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607における送受信ウエイトベクトルに対応する位置(座標)の間隔は任意に設定することが可能である。   Here, the intervals between the coordinates corresponding to the transmission / reception weight vectors in the weight matrix / coordinate database 606 and the weight vector / coordinate database 607 match the intervals between the positions where the geometric coordinate information 602-1 to 602-8 are installed. There is no necessity. As described above, at any position between the geometric coordinate information 602-1 to 602-8, the coordinate information can be obtained from the moving speed and the elapsed time of the train, and the channel information obtained at the arbitrary position It is also possible to calculate the transmission / reception weight vector at that arbitrary position based on the following equation. Can be set to

この端末局装置604のウエイト行列/座標データベース606及び基地局装置600側のウエイトベクトル/座標データベース607には、離散的な座標に対する送受信ウエイトベクトルが記録されており、連続的なデータ送受信のためにはこの離散的な送受信ウエイトベクトルに対応する座標の間における送受信ウエイトベクトルを取得する必要がある。しかし、もし仮にウエイト行列/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607に記録される送受信ウエイトベクトル/行列に対応する座標の刻み幅が十分短く、その連続する座標それぞれに対応する送受信ウエイトベクトル/行列の差分が十分小さければ、次の送受信ウエイトベクトル/行列が記録されている座標までの間は、同一の送受信ウエイトベクトル/行列を継続的に使い続けてもあまり問題とならない。ウエイトベクトル/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607の記憶容量に対する制約がなければ、この様に新たな記録された座標地点までは同一の送受信ウエイトベクトル/行列を使い続けられる様に、より多くの座標情報の送受信ウエイトベクトル/行列をウエイトベクトル/座標データベース606及びウエイトベクトル/座標データベース607内に記録されることが好ましい。ただし、記憶容量に制限がある場合には、例えば連続する2点の座標それぞれに対応する送受信ウエイトベクトル/行列を用いて、2点の座標に挟まれる区間においては内挿補間を行い、近似的にその区間内の送受信ウエイトベクトル/行列を算出する構成としても良い。   In the weight matrix / coordinate database 606 of the terminal station apparatus 604 and the weight vector / coordinate database 607 of the base station apparatus 600, transmission / reception weight vectors for discrete coordinates are recorded. Needs to acquire the transmission / reception weight vector between the coordinates corresponding to the discrete transmission / reception weight vectors. However, if the step size of the coordinates corresponding to the transmission / reception weight vector / matrix recorded in the weight matrix / coordinate database 606 and the weight vector / coordinate database 607 is sufficiently short, the transmission / reception weight vector / matrix corresponding to each of the continuous coordinates is used. If the difference is sufficiently small, it does not matter much if the same transmission / reception weight vector / matrix is continuously used until the coordinates where the next transmission / reception weight vector / matrix is recorded. If there is no restriction on the storage capacity of the weight vector / coordinate database 606 and the weight vector / coordinate database 607, the same transmission / reception weight vector / matrix can be continuously used up to the newly recorded coordinate point. It is preferable to record the transmission / reception weight vector / matrix of the coordinate information in the weight vector / coordinate database 606 and the weight vector / coordinate database 607. However, when the storage capacity is limited, for example, interpolation interpolation is performed in a section between the coordinates of two points by using a transmission / reception weight vector / matrix corresponding to each of the coordinates of two consecutive points, and approximation is performed. Alternatively, the transmission / reception weight vector / matrix in the section may be calculated.

なお、列車603は高速で移動している場合、基地局装置600及び端末局装置604で観測される受信信号の周波数にはドップラーシフトが生じる。このため、上述の説明においてサービス運用開始前に事前に測定するチャネル情報には、当然ながら列車603の移動速度に依存するドップラーシフトの影響が含まれている。このドップラーシフトでは、周波数のオフセットに伴い波長の変位が生じるため、チャネル情報そのものの値は列車603の速度によって異なる値となる。通常の列車603の運行においては、同一カ所においては同一速度で走行することが期待されるが、実際には何らかの運行上のトラブルで減速運転する可能性も否定できず、その様な事態において列車603の中のユーザがインターネットアクセスする際に支障が出る様なエントランス回線の通信品質の劣化は避けなければならない。   Note that when the train 603 is moving at high speed, a Doppler shift occurs in the frequency of the received signal observed by the base station device 600 and the terminal station device 604. Therefore, in the above description, the channel information that is measured in advance before the service operation starts includes the influence of the Doppler shift that depends on the traveling speed of the train 603, as a matter of course. In this Doppler shift, a wavelength shift occurs due to the frequency offset, and thus the value of the channel information itself varies depending on the speed of the train 603. In the operation of the ordinary train 603, it is expected that the vehicle will run at the same speed at the same place. However, in practice, the possibility of decelerating due to some operational trouble cannot be denied. Deterioration of the communication quality of the entrance line that would hinder the user in 603 from accessing the Internet must be avoided.

しかし、基地局装置600の各第1の信号処理部601−1〜601−8の各アンテナ素子にしても、端末局装置604の各アンテナ素子にしても、それぞれが第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用する場合には、そのアンテナ素子が非常に狭い領域に集中していることが想定されている。この場合、基地局装置600の各第1の信号処理部601−1〜601−8の各アンテナ素子にしても、端末局装置604の各アンテナ素子にしても、その経路長差は小さな値に設定されており、更にそれぞれのアンテナ素子の見える方角は非常に高い精度で同一方向となっている。この場合、各アンテナ素子で発生するドップラーシフト量はほぼ同一の値であり、更に各アンテナ素子間の相対的なチャネル状態の複素位相差は高い精度で列車603の移動速度に依存しない値となる。すなわち、チャネル情報(及びチャネル情報を成分とするチャネルベクトル)は列車603の移動速度に起因して異なる値となるが、そのチャネルベクトルに対応した送受信ウエイトベクトル自体は列車603の移動速度に依存しないことになる。したがって、上述の手法で列車603の移動速度を算出することは可能であり、その移動速度や座標の関係からドップラーシフト量も推定し、任意の移動速度に対するチャネルベクトルの補正を実施することも原理的には可能であるが、そこまでの補正処理をするまでもなく、第1特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に利用する第4の実施形態における無線通信システムにおいては、ドップラーシフトの補正なしにデータベース化された送受信ウエイトベクトルをそのまま利用することが可能である。   However, each of the antenna elements of each of the first signal processing units 601-1 to 601-8 of the base station apparatus 600 and each of the antenna elements of the terminal station apparatus 604 correspond to the first singular value. When using a virtual transmission path, it is assumed that the antenna elements are concentrated in a very narrow area. In this case, the difference in path length between the antenna elements of the first signal processing units 601-1 to 601-8 of the base station apparatus 600 and the antenna elements of the terminal station apparatus 604 is small. Are set, and the viewing directions of the respective antenna elements are in the same direction with very high accuracy. In this case, the amount of Doppler shift generated in each antenna element is almost the same value, and the complex phase difference of the relative channel state between each antenna element is a value that does not depend on the moving speed of the train 603 with high accuracy. . That is, the channel information (and the channel vector having the channel information as a component) has different values due to the moving speed of the train 603, but the transmission / reception weight vector itself corresponding to the channel vector does not depend on the moving speed of the train 603. Will be. Therefore, it is possible to calculate the moving speed of the train 603 by the above-described method, and also to estimate the Doppler shift amount from the moving speed and the relationship of the coordinates, and to correct the channel vector for an arbitrary moving speed. Although it is possible to do so, the wireless communication system according to the fourth embodiment in which the virtual transmission path corresponding to the first singular value is positively used without performing the correction processing up to that point, the Doppler shift It is possible to use the transmission / reception weight vectors stored in the database without correction.

(第4の実施形態の無線通信システムにおける信号処理の概要)
以下に、図面を参照して、第4の実施形態の無線通信システムで行われる信号処理の概要を説明する。ここで用いるトレーニング信号とは、例えば各周波数成分のチャネル情報を取得可能なOFDM信号のトレーニング信号でも良いし、時間相関を算出するために自己相関の小さなトレーニング信号であっても良い。またOFDM信号をトレーニング信号として用いる場合であっても、必ずしも一般的なOFDM信号の様にガードインターバルを付与する必要はなく、各周波数成分がガードインターバルなしに連続するトレーニング信号を用いることも可能である。これは、送受信ウエイトベクトルの算出においては絶対的なチャネル情報(ないしはチャネル行列、チャネルベクトル)は必ずしも必要ではなく、各アンテナ素子間の複素位相の相対的な関係だけ取得できれば十分であるからであり、任意の1本の基準アンテナ素子に対する位相関係が取得できるのであれば、OFDM信号のシンボルタイミングを高精度に検出する必然性はないためである。また、OFDM信号である場合にも、後述する様に使用する全てのサブキャリアを用いたトレーニング信号である必要もなく、トレーニング信号として割り当てるサブキャリア数を限定し、サブキャリア当たりの送信電力を高めて、受信側でのSNRを高めた状態で利用するトレーニング信号であっても構わない。
(Overview of Signal Processing in Wireless Communication System of Fourth Embodiment)
Hereinafter, an overview of signal processing performed in the wireless communication system according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. The training signal used here may be, for example, a training signal of an OFDM signal from which channel information of each frequency component can be obtained, or a training signal having a small autocorrelation for calculating a time correlation. Even when an OFDM signal is used as a training signal, it is not always necessary to provide a guard interval as in a general OFDM signal, and a training signal in which each frequency component continues without a guard interval can be used. is there. This is because absolute channel information (or a channel matrix or a channel vector) is not always necessary for calculating the transmission / reception weight vector, and it is sufficient to obtain only the relative relationship of the complex phases between the antenna elements. This is because if the phase relationship with any one reference antenna element can be obtained, it is not necessary to detect the symbol timing of the OFDM signal with high accuracy. Also, in the case of an OFDM signal, it is not necessary to be a training signal using all the subcarriers used as described later. The training signal may be used in a state where the SNR on the receiving side is increased.

<基地局装置側からトレーニング信号を送信する場合>
図37は、第4の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルにおける信号処理の概要を示す図である。ここでは、基地局装置から端末局装置側にトレーニング信号が送信され、端末局装置側で座標情報とチャネル情報とが記録される場合の例を示している。また、以降の説明では明示的には記載していないが、例えばOFDMを用いる場合の様に広帯域のシステムの場合には、サブキャリアごとのチャネル情報の取得、及び送受信ウエイトの算出が必要となるが、説明を簡単にするためにサブキャリア等に関する添え字などの記述や詳細な説明は省略する。
<When transmitting a training signal from the base station device side>
FIG. 37 is a diagram illustrating an outline of signal processing in a train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to a first singular value in the fourth embodiment. Here, an example is shown in which a training signal is transmitted from the base station apparatus to the terminal station apparatus side, and the terminal station apparatus side records coordinate information and channel information. Although not explicitly described in the following description, in the case of a wideband system such as when using OFDM, it is necessary to acquire channel information for each subcarrier and calculate transmission / reception weights. However, for the sake of simplicity, the description and detailed description of subscripts and the like regarding subcarriers and the like are omitted.

図37(a)は、基地局装置600が行う処理を示すフローチャートである。基地局装置600は、処理を開始すると、トレーニング信号を連続的に送信する(ステップS3701)。基地局装置600は所定の期間に亘りトレーニング信号を連続的に送信した後に処理を終了する。基地局装置600は、例えば列車603が当該基地局装置600のエリア内に存在することを検出し、エリア内に列車603が存在する期間に亘りトレーニング信号を連続的に送信する。列車603に備えられる端末局装置604は、基地局装置600から送信されるトレーニング信号を受信する。基地局装置600による列車603の検出は、列車603の運行情報などに基づいて行ったり、他の何らかの方法で行ったりする。   FIG. 37A is a flowchart illustrating a process performed by the base station device 600. Upon starting the process, the base station device 600 continuously transmits a training signal (step S3701). Base station apparatus 600 ends the process after continuously transmitting the training signal for a predetermined period. The base station device 600 detects, for example, that the train 603 exists in the area of the base station device 600, and continuously transmits a training signal over a period in which the train 603 exists in the area. The terminal station device 604 provided in the train 603 receives the training signal transmitted from the base station device 600. The detection of the train 603 by the base station device 600 is performed based on operation information of the train 603 or the like, or performed by some other method.

図37(b)は、列車603における端末局装置604が行う処理を示すフローチャートである。端末局装置604は、処理を開始すると、走行中にGPSやカメラ605で撮像された撮影画像の解析など任意の方法で座標情報を取得し(ステップS3711)、座標情報の取得に合わせて任意の手法で時刻情報も取得する(ステップS3712)。端末局装置604は、ステップS3711で取得した座標情報と、各座標情報に対応しステップS3712で取得した時刻情報とを対応付けて記憶し(ステップS3713)、処理を終了する。この処理での時刻の取得方法は、例えばGPSやマクロセルの他の無線通信システムからの情報などを利用しても構わないし、事前に時刻合わせを行った時計を実装し、その時計の刻む時刻をそのまま記録しても構わない。ここで、ステップS3713で座標情報と時刻情報を関連付けて記録する際に、座標情報を解析するためのタイムラグの後の時刻情報ではなく、タイムラグが生じる前の座標情報を含む生の情報(例えばカメラの画像やGPSの信号)を取得した時点の時刻情報であり、この時刻情報と解析後の座標情報を併せて記録する場合には、後述するオフライン処理での情報の加工に際しては、このタイムラグに関する補正を行う必要はない。なお、この時刻情報と座標情報との対応を記録するのは、必ずしも無線通信システムの端末局装置604によって行う必要もなく、全く独立な別のシステムにおいても時刻情報と座標情報を記録できさえすれば、如何なる装置を用いても構わない。   FIG. 37B is a flowchart illustrating a process performed by the terminal station device 604 in the train 603. Upon starting the process, the terminal station device 604 acquires coordinate information by an arbitrary method such as analysis of a captured image captured by the GPS or the camera 605 while the vehicle is traveling (step S3711). Time information is also obtained by the technique (step S3712). The terminal station device 604 stores the coordinate information acquired in step S3711 in association with the time information acquired in step S3712 corresponding to each coordinate information (step S3713), and ends the process. As a method of acquiring the time in this process, for example, information from a GPS or another wireless communication system of a macro cell may be used, or a clock whose time has been adjusted in advance may be mounted and the time stamped by the clock may be set. You may record it as it is. Here, when the coordinate information and the time information are recorded in association with each other in step S3713, not the time information after the time lag for analyzing the coordinate information, but the raw information including the coordinate information before the time lag occurs (for example, camera information). Time information at the time when the image or the GPS signal is acquired. When the time information and the coordinate information after the analysis are recorded together, the time lag is related to the information processing in the offline processing described later. No correction is required. It is not always necessary to record the correspondence between the time information and the coordinate information by the terminal station device 604 of the wireless communication system, as long as the time information and the coordinate information can be recorded even in a completely independent system. Any device may be used.

図37(c)も、列車603における端末局装置604が行う処理を示すフローチャートである。端末局装置604は、図37(b)に示した処理に加えて図37(c)に示す処理を行う。端末局装置604は、処理を開始すると、トレーニング信号を受信し(ステップS3721)、トレーニング信号の受信に合わせて時刻情報を取得する(ステップS3722)。端末局装置604は、受信したトレーニング信号に対して受信信号処理を施し、チャネル推定を行う(ステップS3723)。ここでの受信信号処理としては例えば、受信した信号をローノイズアンプで増幅し、ミキサを介して無線周波数からベースバンド信号に変換し、A/D変換により時間軸上のサンプリング信号を生成し、OFDM変調方式であれば所定のシンボルタイミングでFFT処理を施し、既知のトレーニング信号との比較からチャネル推定を施す。トレーニング信号がガードインターバルを含まない連続信号であれば、任意のタイミングでFFT処理を施しても構わない。また、チャネル推定結果は基準アンテナ素子のチャネル推定結果又はその複素位相で除算して、実際に送受信ウエイトベクトルの算出で必要となる相対チャネル情報に変換しても構わない。   FIG. 37C is also a flowchart illustrating the processing performed by the terminal station device 604 in the train 603. The terminal station device 604 performs the process shown in FIG. 37C in addition to the process shown in FIG. Upon starting the process, the terminal station device 604 receives a training signal (Step S3721), and acquires time information in accordance with the reception of the training signal (Step S3722). The terminal station device 604 performs received signal processing on the received training signal to perform channel estimation (step S3723). As the received signal processing here, for example, a received signal is amplified by a low noise amplifier, converted from a radio frequency to a baseband signal via a mixer, a sampling signal on a time axis is generated by A / D conversion, and OFDM is generated. In the case of the modulation method, FFT processing is performed at a predetermined symbol timing, and channel estimation is performed based on comparison with a known training signal. If the training signal is a continuous signal not including the guard interval, the FFT processing may be performed at an arbitrary timing. Further, the channel estimation result may be divided by the channel estimation result of the reference antenna element or its complex phase and converted into relative channel information actually required for calculating the transmission / reception weight vector.

端末局装置604は、ステップS3723で取得したチャネル情報を、ステップS3722で取得した時刻情報に対応付けて記憶し(ステップS3724)、処理を終了する。ここで、ステップS3723でチャネル情報を取得できるタイミングは、ステップS3721でトレーニング信号を受信した時刻と異なりタイムラグが存在するが、ステップS3722で取得する時刻情報をステップS3721でトレーニング信号を受信した時刻となる様に管理すれば、ステップS3723でチャネル情報を取得できるタイミングまでにタイムラグが生じても、ステップS3724にてチャネル情報に対応付けて記録する時刻情報からタイムラグを排除することが可能であり、以降の説明ではチャネル情報の取得時刻にはタイムラグが含まれないものとして説明を行う。なお、上述の信号処理やチャネル推定は、別途、時間を変えてオフライン処理として実施することも可能であるため、生のサンプリングデータをそのまま記録することとしても構わない。ただし以降の説明では、便宜上、チャネル推定結果(相対チャネル情報)が記録されているものとして説明を行う。   The terminal station device 604 stores the channel information acquired in step S3723 in association with the time information acquired in step S3722 (step S3724), and ends the process. Here, the timing at which the channel information can be acquired in step S3723 differs from the time at which the training signal was received at step S3721, but there is a time lag, but the time information acquired at step S3722 is the time at which the training signal was received at step S3721. With such management, even if a time lag occurs before the channel information can be acquired in step S3723, it is possible to eliminate the time lag from the time information recorded in association with the channel information in step S3724. In the description, it is assumed that the acquisition time of the channel information does not include a time lag. Note that the above-described signal processing and channel estimation can be separately performed as offline processing at different times, so that raw sampling data may be recorded as it is. However, in the following description, it is assumed that the channel estimation result (relative channel information) is recorded for convenience.

図38は、第4の実施形態における座標情報及びチャネル情報を取得した後に行うオフラインの信号処理の概要を示す図である。ここでは図37と同様に、基地局装置600から端末局装置604側にトレーニング信号が送信され、端末局装置604側で座標情報とチャネル情報とが記録される場合のオフライン処理の例を示している。このオフラインの信号処理は、信号処理装置により行われる。信号処理装置は、端末局装置604内に設けられていてもよいし、端末局装置604において取得された座標情報、時刻情報及びチャネル情報を取得できる独立した装置として設けられてもよい。   FIG. 38 is a diagram illustrating an outline of off-line signal processing performed after acquiring coordinate information and channel information according to the fourth embodiment. Here, as in FIG. 37, an example of the offline processing when a training signal is transmitted from the base station apparatus 600 to the terminal station apparatus 604 and coordinate information and channel information are recorded on the terminal station apparatus 604 side is shown. I have. This off-line signal processing is performed by a signal processing device. The signal processing device may be provided in the terminal station device 604, or may be provided as an independent device that can acquire the coordinate information, the time information, and the channel information acquired by the terminal station device 604.

オフラインの信号処理が開始されると、信号処理装置は、記録された時刻情報と座標情報との組み合わせのデータを読み出し(ステップS3801)、時系列的に前回に相当する座標情報との座標の差分(移動距離)を算出する(ステップS3802)。また、信号処理装置は、時刻情報についても前回に相当する時刻情報との差分として経過時間を算出する(ステップS3803)。信号処理装置は、これらの差分の除算により移動速度を算出し(ステップS3804)、別途測定している実際に座標情報を取得する際に要するタイムラグから、そのタイムラグ中に列車603が移動した距離を算出し、その移動距離分だけを加算した座標情報を算出する(ステップS3805)。ここで、タイムラグとは、例えば、カメラで撮影した映像を画像処理して座標情報を取得する場合などは、その画像処理などに要する時間を意味し、実際の画像取得とその座標情報を記録するまでの時間に相当する。チャネル情報の取得時刻と座標情報の取得時刻とは必ずしも一致している必然性はないので、信号処理装置は、ここでの座標情報と時刻情報と移動速度の関係から、時刻と座標の対応の換算式を抽出して管理する(ステップS3806)。ただし、上述の事前の処理でタイムラグを排除した形で時刻情報と座標情報が対応付けられて記録されている場合には、ステップS3805のタイムラグに関する補正処理は省略可能である。   When the off-line signal processing is started, the signal processing device reads the data of the combination of the recorded time information and coordinate information (step S3801), and chronologically calculates the difference between the coordinates and the coordinate information corresponding to the previous time. (Moving distance) is calculated (step S3802). The signal processing device also calculates the elapsed time as the difference between the time information and the time information corresponding to the previous time (step S3803). The signal processing device calculates the moving speed by dividing these differences (step S3804), and calculates the distance traveled by the train 603 during the time lag from the time lag required to actually acquire the coordinate information which is separately measured. The coordinate information is calculated by adding only the calculated moving distance (step S3805). Here, the time lag means, for example, when image processing is performed on an image captured by a camera to acquire coordinate information, means a time required for the image processing, and the actual image acquisition and the coordinate information are recorded. Equivalent to time. Since the acquisition time of the channel information and the acquisition time of the coordinate information do not necessarily have to coincide, the signal processing device converts the correspondence between the time and the coordinates from the relationship between the coordinate information, the time information, and the moving speed. Expressions are extracted and managed (step S3806). However, when the time information and the coordinate information are recorded in association with each other in a form excluding the time lag in the above-described preliminary processing, the correction processing regarding the time lag in step S3805 can be omitted.

一方、信号処理装置は、ステップS3801からステップS3806の処理と並行して、チャネル情報と時刻情報との組み合わせを読み出すと(ステップS3807)、時刻情報から上述の換算式により座標情報を推定する(ステップS3808)。信号処理装置は、チャネル情報からチャネル行列を算出し(ステップS3809)、チャネル行列に対して特異値分解を行う(ステップS3810)。信号処理装置は、ステップS3810における特異値分解で得られる第1左特異ベクトルを端末局装置604の受信ウエイトベクトルとして座標情報に対応付けて記録し(ステップS3811)、特異値分解で得られる第1右特異ベクトルを基地局装置600の送信ウエイトベクトルとして座標情報に対応付けて記録する(ステップS3812)。   On the other hand, the signal processing device reads the combination of the channel information and the time information in parallel with the processing from step S3801 to step S3806 (step S3807), and estimates the coordinate information from the time information by the above conversion formula (step S3807). S3808). The signal processing device calculates a channel matrix from the channel information (step S3809), and performs singular value decomposition on the channel matrix (step S3810). The signal processing device records the first left singular vector obtained by the singular value decomposition in step S3810 as the reception weight vector of the terminal station device 604 in association with the coordinate information (step S3811), and records the first left singular vector obtained by the singular value decomposition. The right singular vector is recorded as the transmission weight vector of the base station device 600 in association with the coordinate information (step S3812).

更に、信号処理装置は、ステップS3810において算出された第1左特異ベクトル(受信ウエイトベクトル)及び第1右特異ベクトル(送信ウエイトベクトル)に対するキャリブレーション処理を行う(ステップS3813)。信号処理装置は、受信ウエイトベクトルに対するキャリブレーション処理により得られたベクトルを端末局装置604の送信ウエイトベクトルとして座標情報に対応付けて記録し(ステップS3814)、送信ウエイトベクトルに対するキャリブレーション処理により得られたベクトルを基地局装置600の受信ウエイトベクトルとして座標情報に対応付けて記録する(ステップS3815)。以上の処理は、基地局装置600側の第1の信号処理部601−1〜601−8に係る各第1特異値に対応する仮想的伝送路ごとに実施され、それぞれに対して情報の記録が行われる。   Further, the signal processing device performs a calibration process on the first left singular vector (reception weight vector) and the first right singular vector (transmission weight vector) calculated in step S3810 (step S3813). The signal processing device records the vector obtained by the calibration process on the reception weight vector as the transmission weight vector of the terminal station device 604 in association with the coordinate information (step S3814), and obtains the vector by the calibration process on the transmission weight vector. The resulting vector is recorded as a reception weight vector of the base station apparatus 600 in association with the coordinate information (step S3815). The above processing is performed for each virtual transmission path corresponding to each first singular value according to the first signal processing units 601-1 to 601-8 on the base station apparatus 600 side, and information is recorded for each of them. Is performed.

ここまでの処理では、基地局装置600側の全ての第1の信号処理部601−1〜601−8に係る各第1特異値に対応する仮想的伝送路ごとの処理を示したが、列車が移動することで基地局装置600と端末局装置604との間が刻一刻と変化する状況では、第2の実施形態に示した様に特定の距離に合わせて第1の信号処理部601−1〜601−8の間隔を最適化することはできず、その結果、全ての仮想的伝送路が概ね直交しているとは限らない。そこで、信号処理装置は、若干冗長な数の基地局装置600側の第1の信号処理部601−1〜601−8のうち、効率的な一部の仮想的伝送路を選択する(ステップS3816)。基地局装置600と端末局装置604とのデータ伝送は、ステップS3816において選択された仮想的伝送路に対応する送受信ウエイトベクトルを用いて行われる。   In the processing so far, the processing for each virtual transmission path corresponding to each first singular value according to all the first signal processing units 601-1 to 601-8 on the base station apparatus 600 side has been described. In a situation where the distance between the base station apparatus 600 and the terminal station apparatus 604 changes every moment due to the movement of the first signal processing unit 601, the first signal processing unit 601 is adjusted to a specific distance as shown in the second embodiment. The spacing between 1 and 601-8 cannot be optimized, and as a result, not all virtual transmission paths are approximately orthogonal. Therefore, the signal processing device selects an efficient partial virtual transmission path from among the slightly redundant number of first signal processing units 601-1 to 601-8 on the base station device 600 side (step S3816). ). Data transmission between the base station apparatus 600 and the terminal station apparatus 604 is performed using the transmission / reception weight vector corresponding to the virtual transmission path selected in step S3816.

例えば目標とする空間多重数がNSDMである場合、基地局装置600側の第1の信号処理部601に係る仮想的伝送路に対応する端末局装置604側の受信ウエイトベクトルの中で、相関が小さなNSDM個の受信ウエイトベクトルの組み合わせを、記録された複数の受信ウエイトベクトルから選択する。この選択は、例えば記録された複数の受信ウエイトベクトルから相関値が最小となるNSDM個の受信ウエイトベクトルの組み合わせを検索することにより行われる。この検索方法の例としては、例えばNSDM個の受信ウエイトベクトルを選択した場合に、そのNSDM個の受信ウエイトベクトルに含まれる2個の受信ウエイトベクトルの組み合わせごとに算出される相関値のうち最大の相関値を、NSDM個の受信ウエイトベクトルの組み合わせにおける相関値とし、その相関値が最小となる受信ウエイトベクトルの組み合わせを選択する様にしても良い。ここでの2個の受信ウエイトベクトルの組み合わせに対して算出される相関値とは、規格化されたベクトルの内積値に相当する。なおその他にも、例えばNSDM個の受信ウエイトベクトルにおける相関値を、NSDM個の受信ウエイトベクトルに含まれる2個の受信ウエイトベクトルの組み合わせごとに算出される相関値の絶対値のべき乗和とし、そのべき乗和が最小となる組み合わせを選択してもよい。 For example, when the target number of spatial multiplexing is N SDM , the correlation among the reception weight vectors of the terminal station device 604 corresponding to the virtual transmission path related to the first signal processing unit 601 of the base station device 600 is Selects a combination of the N SDM reception weight vectors from the plurality of recorded reception weight vectors. This selection is performed by searching the combination of N SDM number of receiving weight vector correlation value is minimized from a plurality of receiving weight vectors for example recorded. As an example of this search method, for example, when N SDM reception weight vectors are selected, among the correlation values calculated for each combination of two reception weight vectors included in the N SDM reception weight vectors, maximum correlation value, the correlation value in the combination of N SDM number of receiving weight vectors, may be as to select a combination of receiving weight vector to which the correlation value is minimized. The correlation value calculated for the combination of the two reception weight vectors here corresponds to the inner product of the normalized vectors. Note Besides, for example, the correlation values in N SDM number of receiving weight vectors, Shun power sum of the absolute value of the correlation value calculated for each combination of the two receiving weight vectors included in N SDM number of receiving weight vector , A combination that minimizes the power sum may be selected.

この様に、何らかの基準で相関の小さな受信ウエイトベクトルの組み合わせを選び、その組み合わせ情報(つまり、これは基地局装置600側の全ての第1の信号処理部601−1〜601−8の中の、どの第1の信号処理部を選択して通信するかの組み合わせに相当する)も上述の送受信ウエイトベクトルに対応付けて、列車603側の端末局装置604に対する送受信ウエイトベクトル及び基地局装置600側の送受信ウエイトベクトル及び利用する第1の信号処理部601−1〜601−8の中の組み合わせ情報を記録して管理する。この記録管理の間隔は、チャネルの時変動に伴う送受信ウエイトベクトルの時変動が無視可能な微小な座標の差分の間は一定値とし、概ね有意な差が表れるごとに座標情報と送受信ウエイトベクトル情報を記録管理しても構わない。   In this way, a combination of reception weight vectors having a small correlation is selected based on some criterion, and the combination information (that is, this is a combination of all the first signal processing units 601-1 to 601-8 on the base station apparatus 600 side) , Which corresponds to the combination of which first signal processing unit is selected and communicated) also corresponds to the transmission / reception weight vector described above, and the transmission / reception weight vector for the terminal station device 604 on the train 603 side and the base station device 600 side And the combination information in the first signal processing units 601-1 to 601-8 to be used are recorded and managed. The recording management interval is a constant value between minute coordinate differences where the time variation of the transmission / reception weight vector due to the time variation of the channel is negligible, and each time a significant difference appears, coordinate information and transmission / reception weight vector information are set. May be recorded and managed.

なお、上述の説明ではこの仮想的伝送路の活用数、すなわち空間多重数をNSDMと固定して説明したが、この数を可変とし、受信ウエイトベクトルの全組み合わせの中でその相関値(規格化されたベクトルの内積値に相当)の最大値が所定の閾値を下回る範囲で最大の仮想的伝送路数を活用しても良い。同様に、相関値の絶対値のべき乗和が所定の閾値を下回る範囲で最大の仮想的伝送路数を活用しても良い。広帯域のシステムであれば、サブキャリアごとの多重数が一定である必然性もないため、サブキャリアごとに異なる多重数として管理することも可能である。これらの場合には、データベース化される送受信ウエイトベクトルの情報と共に、これらの多重数といずれの第1の信号処理部601に係る仮想的伝送路を活用するのかを管理することになる。 In the above description, the number of virtual transmission paths to be used, that is, the number of spatial multiplexing is fixed to NSDM , but this number is made variable, and the correlation value (standard The maximum number of virtual transmission paths may be utilized in a range in which the maximum value of the inner product value of the converted vector falls below a predetermined threshold. Similarly, the maximum number of virtual transmission paths may be used in a range where the sum of powers of the absolute values of the correlation values is below a predetermined threshold. In the case of a wideband system, the number of multiplexes for each subcarrier does not need to be constant, so that a different number of multiplexes can be managed for each subcarrier. In these cases, together with the information of the transmission / reception weight vectors stored in the database, the number of these multiplexes and which virtual transmission path of the first signal processing unit 601 to use is managed.

この場合、基地局装置600に備えられる通信制御回路は、ウエイトベクトル/座標データベース607を参照し、座標ごとにその座標において通信に利用される第1の信号処理部に対して信号送受信の指示を行う構成としても良い。また、ここでのデータベースに用いる座標情報は2次元ないしは3次元的なその地理的座標を表すものである必要はなく、線路上での任意の始点からの距離の様に1次元的であったり、あくまでもチャネル情報との対応が取れる情報であれば如何なる情報であっても構わない。   In this case, the communication control circuit provided in the base station apparatus 600 refers to the weight vector / coordinate database 607, and instructs the first signal processing unit used for communication at the coordinates for each coordinate to transmit and receive signals. It is good also as a structure which performs. The coordinate information used in the database here does not need to represent the two-dimensional or three-dimensional geographical coordinates, but may be one-dimensional such as a distance from an arbitrary starting point on the track. However, any information may be used as long as it can correspond to the channel information.

更に、ここでは前回の座標情報と前回の時刻情報を必要とするが、データベースの先頭のデータに関しては、その前の座標及び時刻情報が存在しないため、移動速度情報を取得することはできない。しかし、一つの基地局装置600がカバーするエリアと、その隣接する基地局装置600のカバーするエリアにはオーバーラップがあり、実際にはサービスエリアが切り替わる前からデータの取得を行っていれば、記録されたデータの先頭の情報は無視しても何ら問題はない。例えば駅のホームをサービスエリアに含む基地局装置600の場合には、駅のホームで停車中からデータの取得を行えば、先頭のデータを捨てても何ら問題はない。ないしは、移動速度などは列車の車輪の回転数などを測定することで直接的に取得することも可能であり、その場合には座標の差分と時刻の差分から移動速度を求めなくても、直接求めた値を移動速度としてチャネル情報の測定時に合わせて記録しておき、この値を利用することも可能である。この様に、取得したデータをオフライン的に解析することで、必要な情報を加工して準備することが可能となる。   Further, although the previous coordinate information and the previous time information are required here, the moving speed information cannot be obtained for the data at the head of the database because there is no previous coordinate and time information. However, there is an overlap between the area covered by one base station apparatus 600 and the area covered by the adjacent base station apparatus 600, and if data acquisition is actually performed before the service area is switched, There is no problem if the information at the head of the recorded data is ignored. For example, in the case of the base station apparatus 600 including the station platform in the service area, if the data is acquired while the station platform is stopped, there is no problem even if the first data is discarded. Alternatively, the moving speed and the like can be directly obtained by measuring the number of rotations of the train wheels, and in that case, the moving speed can be obtained directly without obtaining the moving speed from the difference between the coordinates and the time. It is also possible to record the obtained value as the moving speed together with the measurement of the channel information, and use this value. In this way, by analyzing the acquired data off-line, necessary information can be processed and prepared.

<端末局装置側からトレーニング信号を送信する場合>
図39は、第4の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルにおける別の信号処理の概要を示す図である。図39に示す信号処理は、図37に示した信号処理と異なり、端末局装置604から基地局装置600にトレーニング信号を送信し、端末局装置604が座標情報を取得し、基地局装置600がチャネル情報を記録する場合の信号処理を示している。
<When transmitting a training signal from the terminal station device>
FIG. 39 is a diagram illustrating an outline of another signal processing in a train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value in the fourth embodiment. The signal processing illustrated in FIG. 39 is different from the signal processing illustrated in FIG. 37 in that a training signal is transmitted from the terminal station device 604 to the base station device 600, the terminal station device 604 acquires coordinate information, and the base station device 600 4 shows signal processing when recording channel information.

図39(a)は、端末局装置604が行う処理のフローチャートである。端末局装置604は、列車603の運行と共に処理を開始すると、トレーニング信号を連続的に送信する(ステップS3901)。端末局装置604は、サービス運用開始前における端末局装置604と基地局装置600との間のチャネル情報の収集処理を行っている間、トレーニング信号を連続的に送信した後に処理を終了する。   FIG. 39A is a flowchart of a process performed by the terminal station device 604. When the terminal station device 604 starts the processing together with the operation of the train 603, it continuously transmits a training signal (step S3901). The terminal station device 604 terminates the process after continuously transmitting a training signal while collecting channel information between the terminal station device 604 and the base station device 600 before starting service operation.

端末局装置604は、図39(a)の処理と並行して、図39(b)の処理を行う。端末局装置604は、サービス運用開始前におけるチャネル情報の収集処理を開始すると、何らかの手段で座標情報と時刻情報とを取得する(ステップS3911、ステップS3912)。端末局装置604は、取得した座標情報と時刻情報とを対応付けたデータを記録し(ステップS3913)、処理を終了する。   The terminal station device 604 performs the processing of FIG. 39B in parallel with the processing of FIG. Upon starting the channel information collection process before the service operation starts, the terminal station device 604 obtains coordinate information and time information by some means (step S3911, step S3912). The terminal station device 604 records data in which the acquired coordinate information is associated with the time information (step S3913), and ends the process.

一方、基地局装置600は、例えば列車603が当該基地局装置600のエリア内に存在することを検出すると図39(c)の処理を開始し、端末局装置604から送信されるトレーニング信号を受信する(ステップS3921)。基地局装置600は、トレーニング信号の受信と合わせて時刻情報も取得する(ステップS3922)。基地局装置600は、上述の端末局装置604における受信信号処理と同様の受信信号処理の後、トレーニング信号に基づいたチャネル推定を実施する(ステップS3923)。基地局装置600は、得られたチャネル情報と時刻情報とを対応付けて記録し(ステップS3924)、処理を終了する。なお、基地局装置600のエリア内に列車603が存在することの検出は、運行情報を用いた方法などの何らかの方法を用いて行われる。   On the other hand, for example, upon detecting that the train 603 is present in the area of the base station device 600, the base station device 600 starts the processing of FIG. (Step S3921). The base station device 600 acquires time information together with the reception of the training signal (step S3922). The base station apparatus 600 performs channel estimation based on the training signal after the same reception signal processing as the above-described reception signal processing in the terminal station apparatus 604 (step S3923). Base station apparatus 600 records the obtained channel information and time information in association with each other (step S3924), and ends the process. The detection of the existence of the train 603 in the area of the base station device 600 is performed using any method such as a method using operation information.

これらの処理は基地局装置600側の全ての第1の信号処理部601−1〜601−8にて同時並行的に実施される。時刻情報に関しては、各第1の信号処理部601−1〜601−8にて取得しても良いし、複数の第1の信号処理部601−1〜601−8を備える基地局装置600全体で共通で時刻情報を取得する機能を備え、その時刻情報を有線で接続された全ての第1の信号処理部に通知しても構わない。ないしは複数の第1の信号処理部601−1〜601−8で取得したチャネル情報を有線経由で基地局装置600に集約し、基地局装置600が取得した時刻情報と複数の第1の信号処理部601−1〜601−8からのチャネル情報を関連付けて記録・管理しても構わない。   These processes are performed simultaneously and concurrently in all first signal processing units 601-1 to 601-8 on the base station apparatus 600 side. The time information may be acquired by each of the first signal processing units 601-1 to 601-8, or the entire base station device 600 including the plurality of first signal processing units 601-1 to 601-8. May be provided with a function of acquiring time information in common, and the time information may be notified to all the first signal processing units connected by wire. Alternatively, the channel information acquired by the plurality of first signal processing units 601-1 to 601-8 is aggregated into the base station device 600 via a wire, and the time information acquired by the base station device 600 and the plurality of first signal processing are combined. The channel information from the units 601-1 to 601-8 may be recorded and managed in association with each other.

図40は、第4の実施形態における座標情報及びチャネル情報を取得した後に行うオフラインの別の信号処理の概要を示す図である。ここでは図39と同様に、端末局装置604から基地局装置600側にトレーニング信号を送信し、端末局装置604側で座標情報を取得し、基地局装置600側でチャネル情報を記録する場合のオフライン信号処理の例を示している。図40に示す処理は、基本的な処理は図38に示した信号処理と共通であり、ステップS4001からステップS4010までの処理と、ステップS4013の処理と、ステップS4016の処理とは、それぞれ図38におけるステップS3801からステップS3810までの処理と、ステップS3813の処理と、ステップS3816の処理と同じ処理である。ここでは、重複する説明を省略し、ステップS4011、S4012、S4014、S4015について説明する。   FIG. 40 is a diagram illustrating an outline of another off-line signal processing performed after acquiring coordinate information and channel information in the fourth embodiment. Here, similarly to FIG. 39, a case where a training signal is transmitted from the terminal station apparatus 604 to the base station apparatus 600 side, coordinate information is acquired on the terminal station apparatus 604 side, and channel information is recorded on the base station apparatus 600 side 4 shows an example of off-line signal processing. The processing shown in FIG. 40 is basically the same as the signal processing shown in FIG. 38, and the processing from step S4001 to step S4010, the processing in step S4013, and the processing in step S4016 are respectively the same as those in FIG. Are the same as steps S3801 to S3810, step S3813, and step S3816. Here, the duplicate description will be omitted, and steps S4011, S4012, S4014, and S4015 will be described.

図40に示す処理がアップリンクにおけるトレーニング信号に基づいた処理であり、図38に示した処理がダウンリンクにおけるトレーニング信号に基づいた処理であるという違いがある。この違いのために、図38のステップS3811では第1左特異ベクトルを列車603側の端末局装置604の受信ウエイトベクトルとしていたのに対して、図40に示す処理におけるステップS4011では第1左特異ベクトルを基地局装置600の受信ウエイトベクトルとしている。また、ステップS3812では第1右特異ベクトルを基地局装置600の送信ウエイトベクトルとしていたのに対して、図40のステップS4012では第1右特異ベクトルを列車603側の端末局装置604の送信ウエイトベクトルとしている。   There is a difference that the process illustrated in FIG. 40 is a process based on the training signal in the uplink, and the process illustrated in FIG. 38 is a process based on the training signal in the downlink. Due to this difference, the first left singular vector is used as the reception weight vector of the terminal station device 604 on the train 603 side in step S3811 in FIG. The vector is a reception weight vector of the base station device 600. Also, in step S3812, the first right singular vector is used as the transmission weight vector of base station apparatus 600, whereas in step S4012 of FIG. And

また、図40のステップS4010における特異値分解で得られる第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルに対するキャリブレーション処理で得られるベクトルに対する扱いも同様に異なる。図40のステップS4014では、第1右特異ベクトル、すなわち基地局装置600の受信ウエイトベクトルに対するキャリブレーション処理で得られるベクトルを、基地局装置600の送信ウエイトベクトルとしている。また、図40のステップS4015では、第1左特異ベクトル、すなわち端末局装置604の送信ウエイトベクトルに対するキャリブレーション処理で得られるベクトルを、端末局装置604の受信ウエイトベクトルとしている。   In addition, the handling of the vector obtained by the calibration processing on the first right singular vector and the first left singular vector obtained by the singular value decomposition in step S4010 in FIG. 40 is similarly different. In step S4014 of FIG. 40, the first right singular vector, that is, the vector obtained by performing the calibration process on the reception weight vector of base station apparatus 600 is set as the transmission weight vector of base station apparatus 600. In step S4015 of FIG. 40, the first left singular vector, that is, the vector obtained by performing the calibration process on the transmission weight vector of the terminal station device 604 is set as the reception weight vector of the terminal station device 604.

なお、以上の図38及び図40の説明では、キャリブレーション処理によりそれぞれの図で基地局装置600側の送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトル、及び端末局装置604側の送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルを求めていたが、当然ながら重複して算出を行っていることになるので、例えば図38のみ、ないしは図40のみで代用することも可能だし、図38のステップS3813以降の処理、及び図40のステップS4013以降の処理でキャリブレーションにより残りの送受信ウエイトベクトルを求める処理を省略しても良い。   In the above description of FIG. 38 and FIG. 40, the transmission weight vector and the reception weight vector on the base station apparatus 600 side and the transmission weight vector and the reception weight vector on the terminal station apparatus 604 side in each figure by the calibration process. Although it has been calculated, it is natural that the calculation is performed in duplicate, and therefore, for example, only FIG. 38 or only FIG. 40 can be used instead. For example, the processing after step S3813 in FIG. 38 and the processing in FIG. In the processing after step S4013, the processing of obtaining the remaining transmission / reception weight vectors by calibration may be omitted.

なお、以上の説明において、基地局装置600側では第1の信号処理部601−1〜601−8が物理的に独立であるために送受信ウエイトベクトルとして説明を行っていたが、端末局装置604側においては基地局装置600の様に独立な第1の信号処理部601−1〜601−8が存在している訳ではないので、説明においては送受信ウエイトベクトルと表現したが、実際にはこれらベクトルより構成される送受信ウエイト行列と表現するのが正しく、実際、端末局装置604のウエイト行列/座標データベース606と表現している。ただし、本実施形態を理解する上ではあまり本質ではないため、この点は前後の説明に合わせて表現をしている。   In the above description, since the first signal processing units 601-1 to 601-8 are physically independent on the base station apparatus 600 side, the description has been made as transmission / reception weight vectors. On the side, the independent first signal processing units 601-1 to 601-8 do not exist as in the base station apparatus 600, so they are expressed as transmission / reception weight vectors in the description. It is correctly expressed as a transmission / reception weight matrix composed of vectors, and is actually expressed as a weight matrix / coordinate database 606 of the terminal station device 604. However, this point is not essential for understanding the present embodiment, and this point is expressed in accordance with the description before and after.

<列車運行中の信号処理の概要>
図41は、第4の実施形態の無線通信システムにおけるサービス運用中における座標情報から送受信ウエイトベクトルを取得する場合の信号処理の例を示す図である。ここでの送受信ウエイトベクトルとは送信ウエイトベクトルと受信ウエイトベクトルの双方を必要とし、且つ基地局装置600側でも端末局装置604側でも両方とも送受信ウエイトベクトルの取得は必要であり、この処理フローは両者に共通の処理を表している。もちろん、この際に用いる、基地局装置600のウエイトベクトル/座標データベース607と端末局装置604のウエイト行列/座標データベース606とは異なるものであるし、列車603の座標情報の取得方法は列車603側と基地局装置600側では異なるものとなっている。例えば、基地局装置600側で列車603の座標情報を取得する場合には、上述の様に線路脇に複数のセンサーを設けて位置を検出しても良いし、列車603側が取得した座標情報を別途設定する無線回線(マクロセルの様に異なる周波数帯であったり、異なるシステムを介したもので構わない)により伝達する構成としても構わない。これらの如何なる方法で列車603の座標情報を取得した場合でも、例えば情報取得のタイムラグの時間に違いがあるのであれば、そのタイムラグを調整して情報取得時の座標情報を精度良く推定可能な如何なる方法を用いても本質的に本実施形態には同様に利用することが可能である。
<Overview of signal processing during train operation>
FIG. 41 is a diagram illustrating an example of signal processing when a transmission / reception weight vector is acquired from coordinate information during service operation in the wireless communication system according to the fourth embodiment. The transmission / reception weight vector here requires both the transmission weight vector and the reception weight vector, and both the base station apparatus 600 and the terminal station apparatus 604 need to acquire the transmission / reception weight vector. This shows a process common to both. Of course, the weight vector / coordinate database 607 of the base station device 600 and the weight matrix / coordinate database 606 of the terminal station device 604 used in this case are different from each other. And the base station device 600 is different. For example, when acquiring the coordinate information of the train 603 on the base station apparatus 600 side, a plurality of sensors may be provided along the track as described above to detect the position, or the coordinate information acquired by the train 603 side may be obtained. The transmission may be performed by a separately set wireless channel (which may be in a different frequency band like a macro cell or through a different system). Even if the coordinate information of the train 603 is acquired by any of these methods, for example, if there is a difference in the time lag of the information acquisition, any time that the coordinate information at the time of information acquisition can be accurately estimated by adjusting the time lag. Even if a method is used, it is essentially possible to use the present embodiment similarly.

まず、列車側603の端末局装置604ないしは基地局装置600のいずれかにおいて、何らかの方法で列車603の現在の座標情報を取得する(ステップS4101)。また、その時点での時刻情報も取得する(ステップS4102)。前回座標情報及び前回時刻情報との差分を取り(ステップS4103、S4104)、それを除算することで移動速度を算出し(ステップS4105)、処理のタイムラグを考慮した補正を行うことで、現在の座標を算出する(ステップS4106)と共に、その座標情報を引数として対応する送受信ウエイトベクトルをウエイト行列/座標データベース606ないしはウエイトベクトル/座標データベース607から読み出す(ステップS4107)。以上のステップS4101〜ステップS4107の処理は、列車の座標情報の取得の都度、ないしは所定の周期で繰り返し実施しながら、常にその瞬間の送受信ウエイトベクトル/行列を取得しておく。   First, in any of the terminal station device 604 and the base station device 600 on the train side 603, the current coordinate information of the train 603 is acquired by some method (step S4101). Further, time information at that time is also acquired (step S4102). The difference between the previous coordinate information and the previous time information is obtained (steps S4103, S4104), the moving speed is calculated by dividing the difference (step S4105), and the current coordinate is obtained by performing correction in consideration of the processing time lag. Is calculated (step S4106), and the corresponding transmission / reception weight vector is read from the weight matrix / coordinate database 606 or the weight vector / coordinate database 607 using the coordinate information as an argument (step S4107). The above-described processing in steps S4101 to S4107 is performed every time the train coordinate information is obtained, or repeatedly at a predetermined cycle, and the transmission / reception weight vector / matrix at that moment is always obtained.

以上の処理と並行して、信号を受信する際には、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路(基地局装置600の複数の第1の信号処理部601−1〜601−8のいずれかに対応しているアップリンクないしはダウンリンクの伝送路)の受信ウエイトベクトルをステップS4107により逐次取得し(ステップS4111)、信号受信時には受信信号処理をシンボル単位で実施し(ステップS4112)、例えばOFDM信号であれば各周波数成分に分離された周波数軸上の信号に対して、周波数成分ごとに受信ウエイトベクトルを乗算し(ステップS4113)、各仮想的伝送路上の受信信号を個別に抽出する。ここでは複数の仮想的伝送路からの信号が抽出されるが、これらの信号分離が必要であれば、一連の受信信号の先頭に付与されるトレーニング信号を用いて各仮想的伝送路上の受信信号に対してチャネル推定を行い、このチャネル推定で得られたMIMOチャネルのチャネル行列を用いて任意の信号検出処理により信号検出を行い(ステップS4114)、後続するデータがあれば上述の処理を繰り返し(ステップS4115:NO)、データが終了すれば(ステップS4115:YES)、受信処理を終了する。   In parallel with the above processing, when receiving a signal, a virtual transmission path corresponding to a plurality of first singular values (a plurality of first signal processing units 601-1 to 601-8 of the base station device 600) Are sequentially obtained in step S4107 (step S4111), and the received signal processing is performed in a symbol unit at the time of signal reception (step S4112). For example, in the case of an OFDM signal, a signal on the frequency axis separated into frequency components is multiplied by a reception weight vector for each frequency component (step S4113), and a reception signal on each virtual transmission path is individually extracted. . Here, signals from a plurality of virtual transmission paths are extracted, but if these signal separations are necessary, the reception signals on each virtual transmission path can be extracted using a training signal added to the head of a series of reception signals. , And signal detection is performed by an arbitrary signal detection process using the channel matrix of the MIMO channel obtained by the channel estimation (step S4114), and if there is subsequent data, the above process is repeated (step S4114). If the data ends (step S4115: NO), the receiving process ends.

同様に、以上の処理と並行して、信号を送信する際には、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路(基地局装置600の複数の第1の信号処理部に対応している)のステップS4107において読み出された送信ウエイトベクトルを逐次取得し(ステップS4121)、各仮想的伝送路で伝送する送信信号の生成(ステップS4122)と共に、送信ウエイトベクトルを仮想的伝送路ごとに乗算し(ステップS4123)、更にその信号の送信信号処理を実施し(ステップS4124)、送信データが残っている場合には処理を継続し(ステップS4125:NO)、データ終了時には処理を終了する(ステップS4125:YES)。   Similarly, when transmitting a signal in parallel with the above processing, a virtual transmission path corresponding to a plurality of first singular values (corresponding to a plurality of first signal processing units of the base station apparatus 600). ), The transmission weight vectors read out in step S4107 are sequentially obtained (step S4121), and the transmission weight vectors are generated for each virtual transmission path together with the generation of the transmission signal to be transmitted on each virtual transmission path (step S4122). The multiplication is performed (step S4123), and the transmission signal processing of the signal is further performed (step S4124). If transmission data remains, the processing is continued (step S4125: NO), and the processing ends when the data ends. Step S4125: YES).

以上の説明は、基地局装置600と端末局装置604とが行う処理を合わせて一括して説明したが、細かい部分では若干異なる。例えば、基地局装置600においては複数の第1の信号処理部601−1〜601−8ごとに一つの仮想的伝送路に関する信号処理を行うが、端末局装置604は全ての仮想的伝送路の信号に対する信号処理を端末局装置内で並行して実施する。例えば、受信信号処理時には、各アンテナ素子で受信した受信信号それぞれに対して異なる受信ウエイトベクトルを乗算し、その結果得られた複数の信号系列に対してMIMO伝送の信号検出処理を行う。また送信信号処理時には、各仮想的伝送路の信号系列ごとに個別の送信ウエイトベクトルを乗算する。しかし、端末局装置604においては、実際の送信信号処理において送信ウエイトベクトルを乗算した信号をアンテナ素子ごとに全ての仮想的伝送路に関する信号成分を加算合成し、その合成結果に対して送信信号処理を施すことになる。また基地局装置600においては、実際の空間多重数に比べて冗長に設置されている第1の信号処理部601−1〜601−8の中で、実際の信号の送受信に用いる第1の信号処理部が第1の信号処理部601−1〜601−8のいずれであるかを管理し、送信においても受信においても、通信制御回路などがデータベースを参照して該当する第1の信号処理部に対して信号処理の指示を行い、それぞれの第1の信号処理部内で各種信号処理を実施する。この様な若干の違いを除けば、この処理フローにて基地局装置600も端末局装置604も信号処理フローを説明することができる。   In the above description, the processing performed by the base station apparatus 600 and the processing performed by the terminal station apparatus 604 are collectively described. For example, the base station apparatus 600 performs signal processing on one virtual transmission path for each of the plurality of first signal processing units 601-1 to 601-8, but the terminal station apparatus 604 performs processing on all virtual transmission paths. Signal processing for signals is performed in parallel in the terminal station device. For example, at the time of reception signal processing, each reception signal received by each antenna element is multiplied by a different reception weight vector, and a signal detection process of MIMO transmission is performed on a plurality of signal sequences obtained as a result. At the time of transmission signal processing, an individual transmission weight vector is multiplied for each signal sequence of each virtual transmission path. However, in the terminal station apparatus 604, the signal obtained by multiplying the transmission weight vector in the actual transmission signal processing is added and combined with the signal components related to all the virtual transmission paths for each antenna element, and the transmission signal processing is performed on the combined result. Will be applied. Also, in the base station apparatus 600, the first signal processing unit 601-1 to 601-8, which is provided redundantly compared to the actual number of spatial multiplexing, uses the first signal used for transmitting and receiving the actual signal. The processing unit manages which one of the first signal processing units 601-1 to 601-8, and in both transmission and reception, the communication control circuit or the like refers to the database and the corresponding first signal processing unit. , And instruct each of the first signal processing units to perform various signal processing. Excluding such a slight difference, both the base station apparatus 600 and the terminal station apparatus 604 can explain the signal processing flow in this processing flow.

(第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルの第1の信号処理部の選択)
ここで、図36に示した本実施形態の無線通信システムの構成では、八つの第1の信号処理部601−1〜601−8を示したが、これは8系統の信号系列を同時に空間多重することを必ずしも意味してはいない。例えば、列車603側のウエイトベクトル/座標データベース606に記録された各第1の信号処理部601−1〜601−8に対応する送信ウエイトベクトル同士、及び受信ウエイトベクトル同士が高い相関を示す場合には、ある第1の信号処理部601と端末局装置604との間の通信に、別の第1の信号処理部601と端末局装置604との間の通信が混信することを意味する。第2の実施形態における図29に示した例は、設計により基地局装置側のアンテナ素子(第1の信号処理部に相当)の間隔の最適条件を示したが、式(29)には基地局装置と端末局装置との間の距離Lが含まれている。即ち基地局装置と端末局装置との間の距離が列車603の移動と共に変化する本実施形態の無線通信システムにおいては、常に式(29)の関係を満たす様な条件で第1の信号処理部601を設置することは不可能である。
(Selection of the first signal processing unit of the train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value)
Here, in the configuration of the wireless communication system according to the present embodiment shown in FIG. 36, eight first signal processing units 601-1 to 601-8 are shown. Does not necessarily mean that For example, when the transmission weight vectors corresponding to the first signal processing units 601-1 to 601-8 recorded in the weight vector / coordinate database 606 on the train 603 side and the reception weight vectors show a high correlation, Means that communication between a certain first signal processing unit 601 and a terminal station device 604 causes interference with communication between another first signal processing unit 601 and the terminal station device 604. In the example shown in FIG. 29 in the second embodiment, the optimum condition of the interval between the antenna elements (corresponding to the first signal processing unit) on the base station apparatus side is shown by design. The distance L between the station device and the terminal station device is included. That is, in the wireless communication system of the present embodiment in which the distance between the base station device and the terminal station device changes with the movement of the train 603, the first signal processing unit always satisfies the relationship of Expression (29) It is impossible to install 601.

したがって、個々の第1の信号処理部601に対応する送受信ウエイトベクトルの相関が高くなる状況が発生し得る。この様な場合には効率的な空間多重はできないので、多数の第1の信号処理部601の中から相互に相関の低い送信ウエイトベクトルないしは受信ウエイトベクトルの組み合わせで同時に空間多重伝送する際に用いる第1の信号処理部601を所定の数だけ選択する。この選択も、サービス運用を開始する前に事前に実施することが可能であり、例えば目標とする空間多重数が4であるならば、の組み合わせの70パターンの中で、各送受信ウエイトベクトルを規格化したベクトル同士の内積の絶対値(で六つの内積の絶対値が算出される)の最大値が最小となる組み合わせパターンであったり、内積の絶対値のべき乗和が最小となる組み合わせパターンであったり、相対的に相関が低い組み合わせの送受信ウエイトベクトルを用いて空間多重伝送を行う。その組み合わせで用いる第1の信号処理部601の組み合わせパターンも、基地局装置600側のウエイトベクトル/座標データベース607側に記録しておき、その記録された第1の信号処理部601の組み合わせパターンで通信を行っても良い。 Therefore, a situation may occur in which the correlation between the transmission / reception weight vectors corresponding to the individual first signal processing units 601 becomes high. In such a case, since efficient spatial multiplexing cannot be performed, the spatial multiplexing is used when simultaneously transmitting a plurality of first signal processing units 601 using a combination of transmission weight vectors or reception weight vectors having low correlation with each other. A predetermined number of the first signal processing units 601 are selected. This selection also can be implemented in advance before starting the service operation, e.g., if the spatial multiplexing number of the target is 4, in the 70 patterns of combinations of 8 C 4, each transceiver weights or a combination pattern the maximum value of the absolute value of the inner product between vectors normalized vector (4 absolute value of the six inner product C 2 is calculated) is minimized, minimum power sum of the absolute value of the inner product The spatial multiplexing transmission is performed by using the transmission / reception weight vector of the combination pattern having the following relationship or the combination having a relatively low correlation. The combination pattern of the first signal processing unit 601 used in the combination is also recorded in the weight vector / coordinate database 607 of the base station apparatus 600, and the combination pattern of the first signal processing unit 601 is recorded. Communication may be performed.

なお、通常は広帯域の通信を行うため、利用する周波数成分ごとに最適な第1の信号処理部601の組み合わせパターンは異なるので、これをサブキャリアごとに異なる第1の信号処理部601の組み合わせパターンを用いる構成としても良い。ないしは、全てのサブキャリアで同一の第1の信号処理部601の組み合わせパターンを用いる構成としても良く、この場合には例えば各サブキャリアにおける上述の内積の絶対値に対し、全サブキャリアで内積の絶対値の最大値が最小となる送受信ウエイトベクトルの組み合わせパターンを選択しても良いし、各内積の絶対値のべき乗値の全周波数成分に対する総和を最小とする送受信ウエイトベクトルの組み合わせパターンを選択しても良い。   In addition, since communication is normally performed over a wide band, the optimal combination pattern of the first signal processing unit 601 differs for each frequency component to be used. May be used. Alternatively, the same combination pattern of the first signal processing unit 601 may be used for all subcarriers. In this case, for example, the absolute value of the above inner product for each subcarrier is compared with the absolute value of the inner product for all subcarriers. A transmission / reception weight vector combination pattern that minimizes the maximum absolute value may be selected, or a transmission / reception weight vector combination pattern that minimizes the sum of power values of absolute values of all inner products for all frequency components may be selected. May be.

(第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルの基地局装置構成例)
図42は、第4の実施形態における基地局装置600の構成例を示すブロック図である。基地局装置600は、インタフェース回路77と、MAC層処理回路78と、第2の送信信号処理部71と、第1の送信信号処理部181−1〜181−4と、第1の受信信号処理部185−1〜185−4と、第2の受信信号処理部75と、通信制御回路614と、ウエイトベクトル/座標データベース607と、座標情報取得回路612と、時刻情報取得回路613とを備える。
(Base station apparatus configuration example of a train moving cell using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value)
FIG. 42 is a block diagram illustrating a configuration example of a base station device 600 according to the fourth embodiment. Base station apparatus 600 includes interface circuit 77, MAC layer processing circuit 78, second transmission signal processing section 71, first transmission signal processing sections 181-1 to 181-4, and first reception signal processing. It includes units 185-1 to 185-4, a second reception signal processing unit 75, a communication control circuit 614, a weight vector / coordinate database 607, a coordinate information acquisition circuit 612, and a time information acquisition circuit 613.

第4の実施形態の無線通信システムにおいても、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた空間多重を利用するため、基地局装置600は、第1の実施形態において図17に示した基地局装置70と同様の構成を備えるが、次の構成が異なる。第4の実施形態における基地局装置600は、ウエイトベクトル/座標データベース607と座標情報取得回路612と時刻情報取得回路613とを備える点と、通信制御回路120に代えて通信制御回路614を備える点とが基地局装置70と異なる。   Also in the wireless communication system according to the fourth embodiment, the base station apparatus 600 uses the spatial multiplexing using the virtual transmission paths corresponding to the plurality of first singular values. It has the same configuration as the base station device 70 shown, but differs in the following configuration. The base station apparatus 600 according to the fourth embodiment includes a weight vector / coordinate database 607, a coordinate information acquisition circuit 612, and a time information acquisition circuit 613, and includes a communication control circuit 614 instead of the communication control circuit 120. Are different from the base station device 70.

ウエイトベクトル/座標データベース607には、上述した様にして取得された、座標情報に対応付けられた送受信ウエイトベクトルが記憶されている。なお、基地局装置600に備えられる複数の第1の信号処理部601から幾つかを選択して利用する場合には、送受信ウエイトベクトルに加えて、利用する第1の信号処理部601を示す情報が対応付けられてウエイトベクトル/座標データベース607に記憶されている。複数の第1の信号処理部601それぞれは、第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185をそれぞれ一つずつ含む。   The weight vector / coordinate database 607 stores the transmission / reception weight vectors obtained as described above and associated with the coordinate information. When some of the plurality of first signal processing units 601 provided in the base station apparatus 600 are selected and used, information indicating the first signal processing unit 601 to be used is added to the transmission / reception weight vector. Are stored in the weight vector / coordinate database 607 in association with each other. Each of the plurality of first signal processing units 601 includes one first transmission signal processing unit 181 and one first reception signal processing unit 185.

座標情報取得回路612は、上述した手段により、走行中の列車603の位置を示す座標情報を取得する。時刻情報取得回路613は、現在時刻を示す時刻情報を取得する。通信制御回路614は、座標情報取得回路612により取得された座標情報に対応する送受信ウエイトベクトルをウエイトベクトル/座標データベース607から読み出す。通信制御回路614は、読み出した送受信ウエイトベクトルのうち送信ウエイトベクトルを第1の送信信号処理部181−1〜181−4へ、第2の送信信号処理部71を介して出力する。通信制御回路614は、第1の送信信号処理部181−1〜181−4に対して、送信ウエイトベクトルを用いて送信することを指示する。なお、通信制御回路614は、第2の送信信号処理部71を介さずに直接に第1の送信信号処理部181−1〜181−4へ送信ウエイトベクトルを出力してもよい。また、通信制御回路614は、読み出した送受信ウエイトベクトルのうち受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理部185−1〜185−4へ、第2の受信信号処理部75を介して出力する。通信制御回路614は、第1の受信信号処理部185−1〜185−4に対して、受信ウエイトベクトルを用いて受信することを指示する。なお、通信制御回路614は、第2の受信信号処理部75を介さずに直接に第1の受信信号処理部185−1〜185−4へ受信ウエイトベクトルを出力してもよい。   The coordinate information acquisition circuit 612 acquires the coordinate information indicating the position of the running train 603 by the means described above. The time information acquisition circuit 613 acquires time information indicating the current time. The communication control circuit 614 reads out a transmission / reception weight vector corresponding to the coordinate information acquired by the coordinate information acquisition circuit 612 from the weight vector / coordinate database 607. The communication control circuit 614 outputs the transmission weight vector among the read transmission / reception weight vectors to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 via the second transmission signal processing unit 71. The communication control circuit 614 instructs the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 to transmit using the transmission weight vector. Note that the communication control circuit 614 may directly output the transmission weight vector to the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 without passing through the second transmission signal processing unit 71. Further, the communication control circuit 614 outputs the reception weight vector among the read transmission / reception weight vectors to the first reception signal processing units 185-1 to 185-4 via the second reception signal processing unit 75. The communication control circuit 614 instructs the first reception signal processing units 185-1 to 185-4 to receive using the reception weight vector. Note that the communication control circuit 614 may directly output the reception weight vector to the first reception signal processing units 185-1 to 185-4 without passing through the second reception signal processing unit 75.

したがって、第4の実施形態における第1の送信信号処理部181−1〜181−4に備えられる第1の送信ウエイト処理部130は、第1の実施形態において図18に示した第1の送信信号処理部181に備えられる第1の送信ウエイト処理部130の様に、第1のチャネル情報取得回路131と第1のチャネル情報記憶回路132と第1の送信ウエイト算出回路133とを備える必要はなく、通信制御回路614から指示される送信ウエイトベクトルを第1の送信信号処理回路111へ出力することになる。同様に、第4の実施形態における第1の受信信号処理部185−1〜185−4に備えられる第1の受信ウエイト処理部160は、第1の実施形態において図19に示した第1の受信信号処理部185に備えられる第1の受信ウエイト処理部160の様に、第1のチャネル情報推定回路161と第1の受信ウエイト算出回路162とを備える必要はなく、通信制御回路614から指示される受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理回路158へ出力することになる。   Therefore, the first transmission weight processing section 130 provided in the first transmission signal processing sections 181-1 to 181-4 in the fourth embodiment is different from the first transmission signal processing section 130 shown in FIG. Like the first transmission weight processing unit 130 included in the signal processing unit 181, it is not necessary to include the first channel information acquisition circuit 131, the first channel information storage circuit 132, and the first transmission weight calculation circuit 133. Instead, the transmission weight vector specified by the communication control circuit 614 is output to the first transmission signal processing circuit 111. Similarly, the first reception weight processing section 160 provided in the first reception signal processing sections 185-1 to 185-4 in the fourth embodiment is different from the first reception signal processing section 160 shown in FIG. Unlike the first reception weight processing section 160 provided in the reception signal processing section 185, it is not necessary to include the first channel information estimation circuit 161 and the first reception weight calculation circuit 162. The received weight vector is output to the first received signal processing circuit 158.

ただし、サービス運用開始前にチャネル情報の取得を基地局装置600側で行う場合(図39に相当)には、受信した信号に対してチャネル推定を行う必要があるため、第1の受信ウエイト処理部160は第1のチャネル情報推定回路161を備える構成を取っても良い。同様に、受信ウエイトベクトルの算出のために、第1の受信ウエイト処理部160は第1の受信ウエイト算出回路162を備える構成を取っても良い。ただし、これらのチャネル推定や受信ウエイトベクトルの算出はサービス運用開始前の事前処理としてオフライン処理で実施することも可能なので、これらを必ずしも実装する構成である必要はない。前述の様に、仮に第1の受信ウエイト処理部160が第1のチャネル情報推定回路161のみを実装する場合には、第1の受信ウエイト処理部160は、第1のチャネル情報推定回路161により推定されたチャネル情報を通信制御回路614へ出力する。通信制御回路614は、第1の受信ウエイト処理部160から取得するチャネル情報を、図39(c)において示したステップS3922の処理で取得する時刻情報と対応付けて記録しておくことになる。図42では、この記録する機能を合わせて通信制御回路614内に実装しているものとし、明示的に図示をしていない。   However, if the channel information is acquired on the side of the base station apparatus 600 before the service operation starts (corresponding to FIG. 39), it is necessary to perform channel estimation on the received signal. Unit 160 may have a configuration including first channel information estimation circuit 161. Similarly, the first reception weight processing section 160 may have a configuration including a first reception weight calculation circuit 162 for calculating the reception weight vector. However, the channel estimation and the calculation of the reception weight vector can be performed in an off-line process as a pre-process before the start of the service operation, and therefore, it is not always necessary to implement them. As described above, if the first reception weight processing unit 160 implements only the first channel information estimation circuit 161, the first reception weight processing unit 160 The estimated channel information is output to the communication control circuit 614. The communication control circuit 614 records the channel information acquired from the first reception weight processing unit 160 in association with the time information acquired in the processing of step S3922 shown in FIG. In FIG. 42, it is assumed that this recording function is also mounted in the communication control circuit 614, and is not explicitly shown.

なお、第1の受信ウエイト処理部160が第1のチャネル情報推定回路161を備えない構成の場合には、第1の受信ウエイト処理部160は取得されたチャネル推定用のトレーニング信号のサンプリング値を通信制御回路614へ出力する。通信制御回路614は、第1の受信ウエイト処理部160から取得するサンプリング情報を、図39(c)において示したステップS3922の処理で取得する時刻情報と対応付けて記録しておくこととしても良い。この場合には、例えば図40のステップS4007の処理の代わりにサンプリングデータを読み出してチャネル推定処理を実施する処理とすれば良い。   In the case where the first reception weight processing section 160 does not include the first channel information estimation circuit 161, the first reception weight processing section 160 converts the acquired sampling value of the channel estimation training signal to Output to the communication control circuit 614. The communication control circuit 614 may record the sampling information acquired from the first reception weight processing unit 160 in association with the time information acquired in the process of step S3922 shown in FIG. . In this case, for example, instead of the process of step S4007 in FIG. 40, a process of reading sampling data and performing a channel estimation process may be performed.

なお、時刻情報取得回路613に関しては、サービス運用開始前に事前にチャネル情報を取得する際に必要であるため、実際のサービス運用の際には、この機能を省略することも可能である。また、列車ムービングセルに関しては基本的にPoint−to−Point型の通信となるので、スケジューリング処理回路781を省略することも可能である。ただし、固定設置される基地局装置600に対して端末局装置604は複数の列車に実装されるため、その列車ごとに微妙にウエイトベクトル/座標データベース607に記録される情報が異なる場合がある。このため、その場合にはウエイトベクトル/座標データベース607にその場所を通過する可能性のある全ての列車に関するデータベースを記録しておき、スケジューリング処理回路781では運行情報などを参照して、どの列車が通過するタイミングであるのかを管理する機能を備えることとしても構わない。   Note that the time information acquisition circuit 613 is necessary when acquiring channel information in advance before starting service operation, and therefore, it is possible to omit this function during actual service operation. In addition, since a point-to-point type communication is basically performed for a train moving cell, the scheduling processing circuit 781 can be omitted. However, since the terminal station device 604 is mounted on a plurality of trains with respect to the fixedly installed base station device 600, information recorded in the weight vector / coordinate database 607 may differ slightly for each train. For this reason, in that case, a database relating to all trains that may pass through the place is recorded in the weight vector / coordinate database 607, and the scheduling processing circuit 781 refers to operation information and the like to determine which train It may be provided with a function of managing whether or not it is time to pass.

また、サービス運用開始前のチャネル情報などの取得においては、通信制御回路614内に取得した様々な情報を記録することとしたが、当然ながらそれらの情報を他の回路内にて記録しておき、通信制御回路614を介して情報の読み出しができる構成であっても構わない。   In addition, when acquiring channel information and the like before the start of service operation, various information acquired in the communication control circuit 614 is recorded. However, such information is naturally recorded in other circuits. Alternatively, a configuration in which information can be read through the communication control circuit 614 may be employed.

(第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いた列車ムービングセルの端末局装置構成例)
図43は、第4の実施形態における端末局装置604の構成例を示すブロック図である。端末局装置604は、インタフェース回路67と、MAC層処理回路68と、送信部61と、受信部65と、通信制御回路624と、ウエイト行列/座標データベース606と、座標情報取得回路622と、時刻情報取得回路623とを備える。
(Example of terminal station device configuration of train moving cell using multiple virtual transmission paths corresponding to first singular value)
FIG. 43 is a block diagram illustrating a configuration example of a terminal station device 604 according to the fourth embodiment. The terminal station device 604 includes an interface circuit 67, a MAC layer processing circuit 68, a transmission unit 61, a reception unit 65, a communication control circuit 624, a weight matrix / coordinate database 606, a coordinate information acquisition circuit 622, And an information acquisition circuit 623.

第4の実施形態の無線通信システムにおいても、複数第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた空間多重を利用するため、端末局装置604は、第1の実施形態において図20に示した端末局装置60と同様の構成を備えるが、次の構成が異なる。第4の実施形態における端末局装置604は、ウエイト行列/座標データベース606と座標情報取得回路622と時刻情報取得回路623とを備える点と、通信制御回路121に代えて通信制御回路624を備える点とが端末局装置60と異なる。   In the wireless communication system of the fourth embodiment, too, since the spatial multiplexing using the virtual transmission paths corresponding to the plurality of first singular values is used, the terminal station device 604 is configured as shown in FIG. The configuration is the same as that of the terminal station device 60, but the following configuration is different. The terminal station device 604 according to the fourth embodiment includes a weight matrix / coordinate database 606, a coordinate information acquisition circuit 622, and a time information acquisition circuit 623, and includes a communication control circuit 624 instead of the communication control circuit 121. Are different from the terminal station device 60.

ウエイト行列/座標データベース606には、上述した様にして取得された、座標情報に対応付けられた送受信ウエイト行列(ベクトル)が記憶されている。なお、基地局装置600に関しては、基地局装置600に備えられる複数の第1の信号処理部601から幾つかを選択して利用する場合には、送受信ウエイトベクトルに加えて、利用する第1の信号処理部601を示す情報が座標情報に対応付けられてウエイト行列/座標データベース606に記憶されているが、端末局装置604においては物理的に異なる第1の信号処理部601を選択する訳ではないので、送受信ウエイト行列を構成するベクトルの情報の中に、基地局装置600の中のどの第1の信号処理部601を利用するかが含まれており、明示的にどの第1の信号処理部601を利用するかを記録する必要はない。ただし、基地局装置600が利用を想定する第1の信号処理部601の組み合わせと、端末局装置604が利用を想定する送受信ウエイト行列において、実際に利用される第1の信号処理部601の組み合わせは相互に一致したものとなっていなければならない。   The weight matrix / coordinate database 606 stores the transmission / reception weight matrix (vector) associated with the coordinate information acquired as described above. In addition, as for the base station apparatus 600, when selecting and using some from the plurality of first signal processing units 601 provided in the base station apparatus 600, in addition to the transmission / reception weight vector, the first Although the information indicating the signal processing unit 601 is stored in the weight matrix / coordinate database 606 in association with the coordinate information, the terminal station apparatus 604 does not select the physically different first signal processing unit 601. Since there is no information, the information of the vector forming the transmission / reception weight matrix includes which first signal processing unit 601 in the base station apparatus 600 is used, and explicitly indicates which first signal processing unit 601 is used. It is not necessary to record whether to use the unit 601. However, the combination of the first signal processing unit 601 assumed to be used by the base station device 600 and the first signal processing unit 601 actually used in the transmission / reception weight matrix assumed to be used by the terminal station device 604 Must be consistent with each other.

座標情報取得回路622は、上述した手段により、走行中の列車603の位置を示す座標情報を取得する。時刻情報取得回路623は、現在時刻を示す時刻情報を取得する。通信制御回路624は、座標情報取得回路622により取得された座標情報に対応付けられた送受信ウエイト行列をウエイト行列/座標データベース606から読み出す。通信制御回路624は、読み出した送信ウエイト行列を送信部61へ出力し、送信ウエイト行列を用いた送信を送信部61に行わせる。通信制御回路624は、受信時においては読み出した受信ウエイト行列を受信部65へ出力し、受信ウエイト行列を用いた受信を受信部65に行わせる。   The coordinate information acquisition circuit 622 acquires the coordinate information indicating the position of the running train 603 by the means described above. The time information acquisition circuit 623 acquires time information indicating the current time. The communication control circuit 624 reads out a transmission / reception weight matrix associated with the coordinate information acquired by the coordinate information acquisition circuit 622 from the weight matrix / coordinate database 606. Communication control circuit 624 outputs the read transmission weight matrix to transmitting section 61, and causes transmitting section 61 to perform transmission using the transmission weight matrix. The communication control circuit 624 outputs the read reception weight matrix to the reception unit 65 at the time of reception, and causes the reception unit 65 to perform reception using the reception weight matrix.

したがって、第4の実施形態における送信部61に備えられる第1の送信ウエイト処理部140は、第1の実施形態において図21に示した送信部61に備えられる第1の送信ウエイト処理部140の様に、チャネル情報取得回路141とチャネル情報記憶回路142と第1の送信ウエイト算出回路143とを備える必要は必ずしもなく(実装する場合には、サービス開始前の事前処理においてのみ利用することになり、通常運用時には必要ない)、通信制御回路624から指示された送信ウエイトベクトル(送信ウエイト行列を構成する列ベクトル)を送信信号処理回路811−1〜811−NSDMへ出力することになる。同様に、第4の実施形態における受信部65に備えられる第1の受信ウエイト処理部44は、第1の実施形態において図22に示した受信部65に備えられる第1の受信ウエイト処理部144の様に、サービス運用中においては通信制御回路624から指示された受信ウエイトベクトルを受信信号処理回路145へ出力することになる。 Therefore, the first transmission weight processing section 140 provided in the transmission section 61 in the fourth embodiment is different from the first transmission weight processing section 140 provided in the transmission section 61 shown in FIG. 21 in the first embodiment. As described above, it is not always necessary to include the channel information acquisition circuit 141, the channel information storage circuit 142, and the first transmission weight calculation circuit 143. not required during normal operation), it outputs the transmission weight vector designated by the communication control circuit 624 (column vectors constituting the transmission weight matrix) to the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM. Similarly, the first reception weight processing unit 44 provided in the reception unit 65 in the fourth embodiment is different from the first reception weight processing unit 144 provided in the reception unit 65 shown in FIG. 22 in the first embodiment. During the service operation, the reception weight vector specified by the communication control circuit 624 is output to the reception signal processing circuit 145.

ただし、サービス運用開始前にチャネル情報の取得を列車603側の端末局装置604が行う場合(図37に示した処理が行われる場合)、端末局装置604は、受信したトレーニング信号に基づいてチャネル推定を行う必要があるため、第1の受信ウエイト処理部144が第1のチャネル情報推定回路146を備える構成を取っても良い。ただし、これらのチャネル推定や受信ウエイトベクトル(行列)の算出はオフライン処理でも実施可能であるため、これらを必ずしも実装する構成である必要もない。前述の様に、第1の受信ウエイト処理部144が第1のチャネル情報推定回路146のみを備える場合には、第1の受信ウエイト処理部144は、第1のチャネル情報推定回路146により推定されたチャネル情報を通信制御回路624に出力する。通信制御回路624は、第1の受信ウエイト処理部144から取得するチャネル情報を、図37(c)において示したステップS3722の処理で取得する時刻情報と対応付けて記録しておくことになる。図43では、この記録する機能を合わせて通信制御回路624内に実装しているものとし、明示的には図示をしていない。第1の実施形態において、図23に示した端末局装置60の受信部65の別の構成例と図25に示した端末局装置60の送信部61の別の構成例とに関しても、上述の差分以外は全く同様の構成で対応可能である。   However, when the terminal station device 604 on the train 603 performs acquisition of channel information before starting service operation (when the process illustrated in FIG. 37 is performed), the terminal station device 604 performs channel acquisition based on the received training signal. Since the estimation needs to be performed, a configuration in which the first reception weight processing unit 144 includes the first channel information estimation circuit 146 may be adopted. However, since the channel estimation and the calculation of the reception weight vector (matrix) can be performed by off-line processing, it is not always necessary to implement them. As described above, when the first reception weight processing section 144 includes only the first channel information estimation circuit 146, the first reception weight processing section 144 is estimated by the first channel information estimation circuit 146. The channel information is output to the communication control circuit 624. The communication control circuit 624 records the channel information acquired from the first reception weight processing unit 144 in association with the time information acquired in the process of step S3722 shown in FIG. In FIG. 43, it is assumed that this recording function is also mounted in the communication control circuit 624, and is not explicitly shown. In the first embodiment, another configuration example of the reception unit 65 of the terminal station device 60 shown in FIG. 23 and another configuration example of the transmission unit 61 of the terminal station device 60 shown in FIG. Except for the difference, the same configuration can be used.

以上説明した様に、列車603に乗車するユーザが利用する情報端末などのトラヒックを集約して無線エントランスでマクロセルからのオフロードを図ろうとした場合、高速移動する列車603に備えられる端末局装置604と基地局装置600との間のチャネル時変動が問題になる。そこで、第4の実施形態における無線通信システムでは、電波の到来方向と列車603の移動方向とが概ね揃った環境では、第1特異値に対応する伝送路の時間変動は小さくなる傾向を積極的に利用する。具体的には、架線柱に複数の第1の信号処理部601を設置し、一方で座標情報とチャネル情報との関係を事前に取得してデータベース化し、ウエイト行列/座標データベース606とウエイトベクトル/座標データベース607とに記録して利用する。列車603に備えられる端末局装置604は、逐次、自らの座標を取得して、これを引数としてウエイト行列/座標データベース606から送受信ウエイト行列を読み出すことで、安定した通信を可能にして通信回線の大容量化を可能にすることができる。同様に基地局装置600は、列車603の座標情報を逐次取得して、これを引数としてウエイトベクトル/座標データベース607から第1の信号処理部601で利用する送受信ウエイトベクトルを読み出すことで、安定した通信を可能にして通信回線の大容量化を可能にすることができる。   As described above, when the traffic of the information terminal or the like used by the user who gets on the train 603 is aggregated and the offload from the macro cell is attempted at the wireless entrance, the terminal station device 604 provided in the train 603 moving at high speed Channel variation between the base station apparatus 600 and the base station apparatus 600 becomes a problem. Therefore, in the wireless communication system according to the fourth embodiment, in an environment where the arrival direction of the radio wave and the moving direction of the train 603 are substantially aligned, the time variation of the transmission path corresponding to the first singular value tends to decrease. Use for Specifically, a plurality of first signal processing units 601 are installed on the overhead wire column, while the relation between the coordinate information and the channel information is acquired in advance and made into a database, and the weight matrix / coordinate database 606 and the weight vector / The information is recorded in the coordinate database 607 and used. The terminal station device 604 provided in the train 603 sequentially obtains its own coordinates, and reads out the transmission / reception weight matrix from the weight matrix / coordinate database 606 using the coordinates as an argument, thereby enabling stable communication to enable stable communication. The capacity can be increased. Similarly, the base station apparatus 600 sequentially obtains the coordinate information of the train 603, and reads out the transmission / reception weight vector used by the first signal processing unit 601 from the weight vector / coordinate database 607 using this as an argument, thereby stabilizing the operation. Communication can be performed, and the capacity of a communication line can be increased.

本実施形態の無線通信システムでは、第1の送信信号処理部181それぞれは、第2の送信信号処理部71において変調処理などを施して得られたベースバンド信号に対して送信ウエイトベクトルを乗算して信号ベクトルの成分を生成する。第1の送信信号処理部181それぞれにおいて生成された信号の成分からなる信号ベクトルは、第1の送信信号処理部181に備えられるアンテナ素子から送信される。各アンテナ素子から送信される信号ベクトルの成分は、該アンテナ素子に対応する送信ウエイトベクトルとの乗算により得られた信号ベクトルの成分である。   In the wireless communication system of the present embodiment, each of the first transmission signal processing units 181 multiplies a baseband signal obtained by performing a modulation process or the like in the second transmission signal processing unit 71 by a transmission weight vector. To generate signal vector components. A signal vector composed of a signal component generated in each of the first transmission signal processing units 181 is transmitted from an antenna element provided in the first transmission signal processing unit 181. The component of the signal vector transmitted from each antenna element is a component of the signal vector obtained by multiplication with the transmission weight vector corresponding to the antenna element.

本実施形態の無線通信システムでは、第1の受信信号処理部185それぞれは、備えられた複数のアンテナ素子で受信した受信信号からベースバンド信号ベクトルを取得し、取得したベースバンド信号ベクトルと受信ウエイトベクトルとを乗算することで1系統の信号系列を取得する。第2の受信信号処理部75は、各第1の受信信号処理部185により取得された1系統の信号系列それぞれから、端末局装置から送信されたデータを再生する。   In the wireless communication system of the present embodiment, each of the first received signal processing units 185 acquires a baseband signal vector from a received signal received by a plurality of antenna elements provided, and acquires the acquired baseband signal vector and reception weight. By multiplying by a vector, one signal sequence is obtained. The second received signal processing unit 75 reproduces data transmitted from the terminal station device from each of the one signal sequence acquired by each first received signal processing unit 185.

なお、第4の実施形態の無線通信システムにおいて、基地局装置600は複数系統のデータ系列#1〜#Lを端末局装置604との間で空間多重伝送しているが、一系統のデータ系列を端末局装置604との間で送受信してもよい。   In the wireless communication system according to the fourth embodiment, the base station apparatus 600 performs spatial multiplex transmission of a plurality of data sequences # 1 to #L with the terminal station device 604. May be transmitted to and received from the terminal station device 604.

また、第1の送信信号処理部181に備えられるアンテナ素子が単一偏波のアンテナ素子である場合、第1の送信信号処理部181は、1系統の信号系列を送信する様にしてもよい。また、第1の送信信号処理部181に備えられるアンテナ素子が複数種類の偏波アンテナ素子であり、同時に複数種類の偏波アンテナ素子を用いる場合、第1の送信信号処理部181は、1系統のみないしは2系統までの信号系列を送信する様にしてもよい。また、第1の受信信号処理部185に備えられるアンテナ素子が単一の偏波アンテナ素子である場合、第1の受信信号処理部185は、受信信号から1系統のみのベースバンド信号を取得する様にしてもよい。また、第1の受信信号処理部185に備えられるアンテナ素子が複数種類の偏波アンテナ素子であり、同時に複数種類の偏波アンテナ素子を用いる場合、第1の受信信号処理部185は、1系統のみないしは2系統までのベースバンド信号を取得する様にしてもよい。   When the antenna element provided in first transmission signal processing section 181 is a single-polarization antenna element, first transmission signal processing section 181 may transmit one signal sequence. . When the antenna elements provided in the first transmission signal processing unit 181 are a plurality of types of polarization antenna elements and a plurality of types of polarization antenna elements are used at the same time, the first transmission signal processing unit 181 may be a single system. Only or a signal sequence of up to two systems may be transmitted. When the antenna element provided in first reception signal processing section 185 is a single polarization antenna element, first reception signal processing section 185 acquires only one baseband signal from the reception signal. You may do. When the antenna elements provided in the first reception signal processing unit 185 are a plurality of types of polarization antenna elements and a plurality of types of polarization antenna elements are used at the same time, the first reception signal processing unit 185 includes one system. Alternatively, baseband signals of up to two systems may be obtained.

[第5の実施形態]
[時間軸ビームフォーミングについて]
(基本原理の概要)
まず、間隔がd[m]の二つのアンテナ素子(第1アンテナ素子、第2アンテナ素子)を考える。通信相手局からの送信信号が非常に強い指向性を有し、且つ見通し環境であったとすると、この二つの第1、第2アンテナ素子に到来する信号は平面波で近似可能であり、第1、第2アンテナ素子の時刻tにおける受信信号をφ(t)、φ(t)で表すものとする。第k周波数成分の時刻tにおける信号成分をS(t)とすると、送信局と第1アンテナ素子との距離をL、中心周波数をf、周波数帯域幅をW、fを中心に−W/2から+W/2の間の第k周波数成分の周波数をf、無線周波数における第k周波数成分の波長をλとすれば、受信信号φ(t)は式(38)で表すことができる。
[Fifth Embodiment]
[About time axis beamforming]
(Overview of basic principles)
First, two antenna elements (a first antenna element and a second antenna element) having an interval of d [m] are considered. Assuming that a transmission signal from a communication partner station has a very strong directivity and is in a line-of-sight environment, signals arriving at the two first and second antenna elements can be approximated by plane waves, and The received signal at the time t of the second antenna element is represented by φ 1 (t) and φ 2 (t). When the signal component at time t k-th frequency component and S k (t), the distance between the transmitting station and the first antenna element L, and the center frequency f c, the frequency bandwidth W, around the f c - Assuming that the frequency of the k-th frequency component between W / 2 and + W / 2 is f k and the wavelength of the k-th frequency component in the radio frequency is λ k , the received signal φ 1 (t) is expressed by Expression (38). be able to.

Figure 0006676745
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ここで、到来方向が角度θであるとすると、平面波近似できる場合には受信信号φ(t)は受信信号φ(t)が(dsinθ)/c(ここでcは光速)だけ遅延して到来するとみなすことができるため、受信信号φ(t)は式(39)の様に近似可能である。 Here, the direction of arrival and an angle theta, (the c here the speed of light) the received signal phi 2 (t) is the received signal phi 1 (t) is (dsin) / c in the case where it can approximate plane wave only delayed Therefore, the received signal φ 2 (t) can be approximated as in Expression (39).

Figure 0006676745
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ここでΔtはサンプリング間隔Δt[s](=1/W)を表す。また係数αは、信号の帯域幅W[Hz]、到来方向の角度θ、アンテナ素子間隔d[m]、光速c[m/s]を用いて式(40)で表される。   Here, Δt represents a sampling interval Δt [s] (= 1 / W). The coefficient α is expressed by Expression (40) using the signal bandwidth W [Hz], the arrival direction angle θ, the antenna element interval d [m], and the light speed c [m / s].

Figure 0006676745
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この式(38)と式(39)とを比べると、式(39)の各周波数成分kにおいて式(41)で示す周波数軸上のウエイト(係数)w (freq−domain)が乗算されている。 Comparing Expression (38) with Expression (39), each frequency component k in Expression (39 ) is multiplied by a weight (coefficient) w k (freq-domain) on the frequency axis shown in Expression (41). I have.

Figure 0006676745
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この係数は周波数軸上の係数なので、IFFTにより時間軸上の係数に変換すると、時間軸上の第n(0≦n≦NFFT−1、NFFTはFFTポイント数)サンプルのウエイト(係数)w (time−domain)は式(42)で表される。 Since this coefficient is a coefficient on the frequency axis, if it is converted into a coefficient on the time axis by IFFT, the weight (coefficient) of the n-th (0 ≦ n ≦ NFFT- 1, NFFT is the number of FFT points) sample on the time axis w n (time-domain) is represented by equation (42).

Figure 0006676745
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ここで、先頭のn=0の時間軸ウエイトの絶対値の二乗値と、n=1からNFFT−1までのウエイトの絶対値の二乗値の総和の比を[dB]表示で表した値は、係数αの関数F(α)として下記の式(43)で表される。 Here, the value expressed in [dB] is the ratio of the sum of the square of the absolute value of the time axis weight of the leading n = 0 and the square of the absolute value of the weight from n = 1 to NFFT -1. Is expressed by the following equation (43) as a function F (α) of the coefficient α.

Figure 0006676745
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図44は、第5の実施形態における関数F(α)を示すグラフである。同図において、縦軸は関数F(α)の値、相対電力比(Relative power ratio)を示し、横軸はαの値を示す。関数F(α)は、先行波の受信電力と先行波以外の全遅延波の受信電力の比に相当する。同図より、αが十分小さいときには殆ど先行波の一つの成分が全体の電力の大半を占め、逆にαが大きくなると遅延波成分が大きくなることが分かる。   FIG. 44 is a graph illustrating a function F (α) according to the fifth embodiment. In the figure, the vertical axis indicates the value of the function F (α) and the relative power ratio, and the horizontal axis indicates the value of α. The function F (α) corresponds to the ratio between the received power of the preceding wave and the received power of all delayed waves other than the preceding wave. It can be seen from the figure that when α is sufficiently small, almost one component of the preceding wave occupies most of the entire power, and conversely, as α increases, the delayed wave component increases.

また、式(40)から分かる様に、帯域幅Wにもよるが、一般にはアンテナ素子間隔dが十分に狭ければαは小さい値となるため、アンテナ素子間隔を十分に狭めることで受信信号φ(t)の近似値は、受信信号φ(t)の値に先行波成分の係数を掛けることにより得ることが可能になる。つまり、周波数成分ごとに周波数軸上のウエイトw (freq−domain)が異なるために、従来はFFTにて時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換してからウエイトの乗算を行っていた。しかし、図44において関数F(α)が所定値(例えば30[dB])以上になる様にアンテナ素子間隔を狭めて係数αを小さくする設計をすれば、時間軸の信号に所定の係数を掛けるだけで受信信号φ(t)から受信信号φ(t)を式(44)の様に算出することが可能になる。 Also, as can be seen from equation (40), although it depends on the bandwidth W, in general, if the antenna element spacing d is sufficiently small, α will be a small value. The approximate value of φ 2 (t) can be obtained by multiplying the value of the received signal φ 1 (t) by the coefficient of the preceding wave component. That is, since the weight w k (freq-domain) on the frequency axis differs for each frequency component, conventionally, the signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis by FFT, and then the weight is multiplied. Was. However, in FIG. 44, if the function F (α) is designed to reduce the coefficient α by narrowing the antenna element interval so as to be equal to or more than a predetermined value (for example, 30 [dB]), the predetermined coefficient is added to the signal on the time axis. it is possible to calculate as only the receiving signal phi 1 (t) from the received signal phi 2 (t) the equation multiplied (44).

Figure 0006676745
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ここでは、受信信号φ(t)と受信信号φ(t)の関係を示したが、仮にリニアアレー状に間隔dでN本のアンテナ素子が設置されているとすれば、第mアンテナ素子の受信信号φ(t)は隣接する第(m−1)アンテナ素子の受信信号φm−1(t)を用いて式(45)で近似できる。 Here, the relationship between the received signal φ 1 (t) and the received signal φ 2 (t) has been shown. The received signal φ m (t) can be approximated by Expression (45) using the received signal φ m-1 (t) of the adjacent (m−1) th antenna element.

Figure 0006676745
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つまり、第mアンテナ素子の受信信号φ(t)は第1アンテナ素子の受信信号φ(t)を用いて式(46)で近似できる。 That is, the reception signal φ m (t) of the m- th antenna element can be approximated by Expression (46) using the reception signal φ 1 (t) of the first antenna element.

Figure 0006676745
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ただし、式(46)におけるcは、式(47)で与えられる。 Here, cm in Expression (46) is given by Expression (47).

Figure 0006676745
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ここで、以上の説明の数学的な意味を、式(41)と式(43)とを用いて整理しておく。まず、IFFT即ちフーリエ逆変換を行った際に一つの時間軸成分にエネルギーが集中する状況というのは、時間軸上ではデルタ関数的な振る舞いが見られていることを意味している。デルタ関数をフーリエ変換すると周波数軸上では定数となることが知られている。逆に、周波数軸上で定数に見える成分をIFFTすれば、時間軸上では高精度で単一の時間軸成分にて数学的な記述が可能になる。   Here, the mathematical meaning of the above description will be organized using Equation (41) and Equation (43). First, the situation in which energy is concentrated on one time-axis component when IFFT, that is, Fourier inverse transform is performed, means that a behavior like a delta function is seen on the time axis. It is known that the Fourier transform of a delta function becomes a constant on the frequency axis. Conversely, if IFFT is applied to a component that looks like a constant on the frequency axis, mathematical description can be made with high accuracy on the time axis using a single time axis component.

式(41)の右辺の前半部分は周波数成分に依存しない定数であり、後半部分の自然対数のべき指数に着目すると、−2πjfαΔtとなっている。第k周波数成分の周波数fは−W/2から+W/2の間の値を取り、サンプリング間隔Δtは1/Wであるので、fΔtは−1/2から1/2の値を取る。Exp(−2πjfαΔt)の複素位相は−απから+απであり、αが十分に小さければ複素位相は概ね0であり、Exp(−2πjfαΔt)は定数の1で近似可能である。つまり、αが十分に小さければw (freq−domain)は周波数依存性が無視可能である。αがある程度大きいと周波数依存性が無視できずに、フーリエ逆変換後に得られる周波数成分がデルタ関数型の振る舞いから乖離し、遅延波成分が無視できないことになる。 The first half of the right side of Expression (41) is a constant that does not depend on the frequency component, and when focusing on the exponent of the natural logarithm of the second half, it is -2πjf k αΔt. The frequency f k of the k-th frequency component takes a value between −W / 2 and + W / 2, and the sampling interval Δt is 1 / W, so that f k Δt takes a value from − か ら to 1 /. take. The complex phase of Exp (−2πjf k αΔt) is from −απ to + απ. If α is sufficiently small, the complex phase is approximately 0, and Exp (−2πjf k αΔt) can be approximated by a constant of 1. That is, if α is sufficiently small, the frequency dependence of w k (freq-domain) can be ignored. If α is large to some extent, the frequency dependence cannot be ignored, and the frequency component obtained after Fourier inverse transformation deviates from the behavior of the delta function type, and the delayed wave component cannot be ignored.

ここで定量的に係数αの値を議論するために、80GHz帯において周波数帯域幅1GHzを想定する。波長は3.75mmであり5ミリ間隔にアンテナ素子を配置し、d=0.005とする。到来波の角度範囲を±10度とすると、αの値は式(40)より0.005×sin(10°)×10/(3×10)=0.002894となる。これは角度では1.04度であり、殆ど周波数依存性がない定数となっていることが分かる。つまり、この周波数依存性が小さければ式(43)において関数F(α)の値は非常に大きな値となり、よりデルタ関数的になっていることが分かる。 Here, in order to quantitatively discuss the value of the coefficient α, a frequency bandwidth of 1 GHz is assumed in the 80 GHz band. The wavelength is 3.75 mm, the antenna elements are arranged at 5 mm intervals, and d = 0.005. Assuming that the angle range of the arriving wave is ± 10 degrees, the value of α is 0.005 × sin (10 °) × 10 9 / (3 × 10 8 ) = 0.002894 from equation (40). This is 1.04 degrees in angle, and it can be seen that this is a constant having almost no frequency dependence. That is, if the frequency dependence is small, the value of the function F (α) becomes a very large value in the equation (43), and it can be seen that the function F (α) is more like a delta function.

この様に、係数αが十分に小さく、Exp(−2πjfαΔt)が1で近似できる状況においては、式(42)はn=0の場合にのみ非ゼロの値となり、式(48)の様に近似可能である。 In this manner, in a situation where the coefficient α is sufficiently small and Exp (−2πjf k αΔt) can be approximated by 1, Equation (42) becomes a non-zero value only when n = 0, and Equation (48) Can be approximated as follows.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

式(47)にこれを代入すると、第mアンテナ素子の係数は式(49)で表される。   When this is substituted into Expression (47), the coefficient of the m-th antenna element is expressed by Expression (49).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

この様にして、N本のアンテナ素子それぞれの受信信号における複素位相の関係が取得できれば、各アンテナ素子の受信信号を合成する際の受信ウエイトを式(50)の様に定めることができる。   In this way, if the complex phase relationship in the received signals of each of the N antenna elements can be obtained, the reception weight when combining the received signals of each antenna element can be determined as in equation (50).

Figure 0006676745
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なお、この合成の受信ウエイトベクトルは最大比合成のウエイトとなっているが、見通し環境では概ね同程度の受信レベルであることが期待されるため、等利得合成の式(51)のウエイトであっても良い。   Although the reception weight vector of this combination is the weight of the maximum ratio combination, it is expected that the reception levels are approximately the same in a line-of-sight environment. May be.

Figure 0006676745
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つまり、(〜w,〜w,・・・, 〜w)なる受信ウエイトベクトルを各アンテナ素子の受信信号ベクトルに乗算することで、ターゲットとする送信アンテナ素子からの信号を抽出することが可能となる。 That is, the signal from the target transmitting antenna element is extracted by multiplying the received signal vector of each antenna element by the received weight vector (〜w 1 , ww 0 ,..., Ww N ). Becomes possible.

ここで、式(40)のαは経路長差に依存した係数になっており、リニアアレーであれば式(49)の形式で表すことができる他、他のアンテナ配列の場合にもアンテナ配置の幾何学的特徴を活用すれば、同様の手順でこの様な受信ウエイトを記述することができる。   Here, α in equation (40) is a coefficient depending on the path length difference, and can be expressed in the form of equation (49) if it is a linear array. If the geometric feature is utilized, such a reception weight can be described in a similar procedure.

なお、この係数cは式(47)より求める以外にも、直接、求めることも可能である。特にリニアアレー以外の場合には、その幾何学的配置の特徴を数式に反映しなくても、送信局側から送信された周期性のあるトレーニング信号を1周期分に亘り取得し、そのトレーニング信号の相互相関を基に、式(52)の様に算出することも可能である。ただし、j=m(j、mはアンテナ素子の番号を示す値であり、mの代わりにjと表記している)である。 Note that the coefficient cm can be directly obtained in addition to being obtained from the equation (47). In particular, in cases other than the linear array, the periodic training signal transmitted from the transmitting station is acquired over one period without reflecting the characteristic of the geometrical arrangement in the mathematical expression, and the training signal of the training signal is acquired. Based on the cross-correlation, it is also possible to calculate as in equation (52). Here, j = m (j and m are values indicating the number of the antenna element, and are written as j instead of m).

Figure 0006676745
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ここで、S(n)は第jアンテナ素子の第n番目のサンプリング値を表す。なお、ここでは1本のアンテナ素子対1本のアンテナ素子の信号に関する信号処理になっているので、回線利得的には1シンボルにおける値をそのまま使うのではなく、多数回の平均値を用いることでSNR値を高めることが望ましい。例えば、100シンボルの平均化を行えば、20dBのSNR特性の改善が見込めるので、必要なチャネル推定精度に合わせて平均化処理を行えば良い。ここでの平均化に際しては、基準となるアンテナ素子の複素位相を基準とし、相対チャネル情報を利用することも好ましい。ちなみに、ミリ波などの高周波数帯では位相雑音の影響が問題となるが、位相のふらつき方はある程度のランダム性が期待できるため、ここでの平均化処理により位相雑音の影響も合わせて抑圧した形での相関値を得ることができる。 Here, S j (n) represents the n-th sampling value of the j-th antenna element. Here, since signal processing is performed on a signal of one antenna element versus one antenna element, the value of one symbol should not be used as it is as a line gain, but an average value of many times should be used. It is desirable to increase the SNR value. For example, averaging 100 symbols can improve the SNR characteristic by 20 dB. Therefore, averaging may be performed according to the required channel estimation accuracy. In averaging here, it is also preferable to use relative channel information with reference to the complex phase of the reference antenna element. By the way, the effect of phase noise is a problem in high frequency bands such as millimeter waves, but since the degree of phase fluctuation can be expected to some degree of randomness, the effect of phase noise was also suppressed by averaging here. A correlation value in the form can be obtained.

ここで、上述のトレーニング信号は、OFDMのガードインターバルを伴う信号でも良いし、ガードインターバルを伴わない連続信号でも良い。これは、絶対的なチャネル情報を取得するためにはシンボルタイミングを正確に取得してチャネルを測定する必要があるが、送受信ウエイトの算出のためには基準となるアンテナ素子に対して複素位相がどの様な関係になっているかが相対的に分かれば良いためである。また、その他のトレーニング信号であっても、時間方向の自己相関が低い信号であれば同様に利用することは可能である。   Here, the training signal may be a signal with an OFDM guard interval or a continuous signal without a guard interval. This is because, in order to obtain absolute channel information, it is necessary to accurately acquire symbol timing and measure a channel. This is because it is only necessary to relatively understand the relationship. Further, other training signals can be similarly used as long as the signals have low autocorrelation in the time direction.

この様にして求めた係数を基に、式(50)又は式(51)により受信ウエイトの値を求めれば良い。この様にして求めた受信ウエイトに対し、例えば受信信号処理としては式(53)で1系統の時間軸の信号系列^S(n)を算出すれば良い。   The value of the reception weight may be obtained by the equation (50) or the equation (51) based on the coefficient thus obtained. With respect to the reception weight obtained in this manner, for example, in reception signal processing, a signal sequence 軸 S (n) on one time axis may be calculated by equation (53).

Figure 0006676745
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ここで、式(53)において〜wは1であり、式(53)ではS(n)にj=2からN’BS−Antまでの〜w(n)を加算する処理を行っている。この様にして求めた1系統の信号系列^S(n)を、第1特異値に対応した仮想的伝送路の信号を受信するための仮想的な1本の受信アンテナで受信した信号と見なし、受信信号処理を施せばよい。 Here, it to w 1 is 1 in the formula (53), is added to the formula to the (53) S 1 (n) from j = 2 N 'to BS-Ant of to w j S j (n) process It is carried out. One signal sequence ^ S (n) obtained in this way is regarded as a signal received by one virtual receiving antenna for receiving a signal on a virtual transmission path corresponding to the first singular value. , Reception signal processing may be performed.

一般に、狭帯域の信号であれば角度θの方向に対して2π(d・sinθ/c)/λの複素位相差をつけて信号を合成すれば、角度θ方向に指向性を向けることが可能であることが知られているが、帯域幅が1GHzとなる広帯域信号に対しては周波数成分ごとに複素位相差を変える必要がある。また、ビーム幅の狭い鋭い指向性で信号分離を図るためにはアンテナ素子間隔を広げることが好ましいが、この場合には周波数成分ごとの複素位相差をより大きくする(すなわち周波数依存性を強める)効果となって表れていた。このため、一般的にはアンテナ素子間隔を広げてアンテナ開口長を広くし、指向性ビームを絞りながら周波数成分ごとに異なるウエイトで広帯域に渡り指向性が安定的に形成される方法で通信を行うことを目指していた。しかし、アンテナ素子数を膨大な数にすることで指向性を絞ることができるのであれば、アンテナ開口長は寧ろ狭め、式(43)で示した評価関数F(α)により先行波以外の遅延波成分の寄与を無視可能なレベルと判断できる様にアンテナ素子間隔や到来波の方向θの範囲を限定する(すなわちαの値を限定する)ならば、広帯域信号に対しても異なるアンテナ素子の受信信号に所定の係数を乗算することで所定の方向から到来する信号を効率的に抽出し、その係数を利用して空間多重時の信号分離が時間軸上で実現可能となる。   In general, if a narrow-band signal is combined with a signal having a complex phase difference of 2π (d · sin θ / c) / λ with respect to the direction of the angle θ, directivity can be directed in the direction of the angle θ. However, for a wideband signal having a bandwidth of 1 GHz, it is necessary to change the complex phase difference for each frequency component. Further, in order to separate signals with sharp directivity having a narrow beam width, it is preferable to widen the antenna element interval. In this case, the complex phase difference for each frequency component is increased (that is, the frequency dependency is increased). It was effective. For this reason, in general, communication is performed by a method in which the directivity is stably formed over a wide band with different weights for each frequency component while narrowing the directional beam while widening the antenna aperture length by widening the interval between antenna elements. I was aiming for that. However, if the directivity can be narrowed by increasing the number of antenna elements to an enormous number, the antenna aperture length is rather narrowed, and the evaluation function F (α) shown in equation (43) is used to determine the delay other than the preceding wave. If the range of the antenna element interval and the direction θ of the arriving wave is limited (that is, the value of α is limited) so that the contribution of the wave component can be determined to be a negligible level, different antenna elements can be used even for a wideband signal. A signal arriving from a predetermined direction is efficiently extracted by multiplying the received signal by a predetermined coefficient, and signal separation at the time of spatial multiplexing can be realized on the time axis by using the coefficient.

例えば、第1の実施形態において図16に示した様な複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統用いて空間多重を行う場合には、式(49)ないしは式(52)に相当する係数を個別の仮想的伝送路に対応させて算出し、それに対して式(50)ないし式(51)を用いてウエイトベクトルを算出すれば、複数の信号系列を空間多重する際の第1段階の信号分離のための時間軸の受信ウエイトベクトルを算出することが可能となる。   For example, when spatial multiplexing is performed using a plurality of virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values as shown in FIG. 16 in the first embodiment, Equations (49) to (52) are used. Is calculated corresponding to each virtual transmission path, and a weight vector is calculated using Equations (50) to (51), whereby a plurality of signal sequences can be spatially multiplexed. It is possible to calculate the reception weight vector on the time axis for the first-stage signal separation.

また、周波数軸上のキャリブレーション処理と同様のキャリブレーション処理は時間軸上でも可能であり、各受信ウエイトベクトルに時間軸上のキャリブレーション係数を乗算すれば、同様に送信のための時間軸の送信ウエイトベクトルを取得することも可能である。   Also, the same calibration processing as the calibration processing on the frequency axis can be performed on the time axis. It is also possible to obtain a transmission weight vector.

(残留干渉成分の除去方法の概要)
上述の様にしてターゲットとする第1特異値に対応する仮想的伝送路の信号を抽出することが可能となるが、しかし、完全に直交関係にない仮想的伝送路同士の間では、相互に微弱ではあるが干渉信号が漏れ込むことになる。以下では、この干渉信号の除去方法について説明する。以下の干渉信号の除去方法は、基地局装置においては第2の受信信号処理部75における信号処理に相当する。上述の第1の実施形態の説明においても、第1の受信信号処理部185では完全に除去できない干渉信号を第2の受信信号処理部75を用いて2段階で除去していたが、本質的にはその信号処理と等価である。
(Outline of the method for removing residual interference components)
As described above, it is possible to extract the signal of the virtual transmission path corresponding to the target first singular value. However, between virtual transmission paths that are not completely orthogonal, mutual Although weak, the interference signal leaks. Hereinafter, a method of removing the interference signal will be described. The following interference signal removal method corresponds to signal processing in the second received signal processing unit 75 in the base station device. Also in the above description of the first embodiment, the interference signal that cannot be completely removed by the first received signal processing unit 185 is removed in two stages by using the second received signal processing unit 75, but it is essentially required. Is equivalent to the signal processing.

以下の説明では、例えば、第1の実施形態において図16に示した様に、基地局装置側に複数のアンテナ素子群を備えた第1の信号処理部が複数実装され、端末局装置側には複数のアンテナ素子で構成されるアンテナ素子群は一つであるケースを想定している。図45は、第5の実施形態における干渉信号の除去方法を説明する図である。同図に示す様に、第5の実施形態における無線通信システムは、基地局装置204と端末局装置206とを備える。基地局装置204は第1の信号処理部を複数備え、第1の信号処理部は複数のアンテナ素子を備える。各第1の信号処理部に備えられる複数のアンテナ素子は、それぞれが仮想的なアンテナ素子201、202、203を形成する。端末局装置206は、複数のアンテナ素子で形成されるアンテナ素子群205を備える。第5の実施形態における無線通信システムでは、基地局装置204と端末局装置206との間の通信経路は、仮想的なアンテナ素子201、202、203とアンテナ素子群205との間で通信が行われる系として捉えることができる。   In the following description, for example, as shown in FIG. 16 in the first embodiment, a plurality of first signal processing units each including a plurality of antenna element groups are mounted on the base station device side, and Supposes a case where there is one antenna element group composed of a plurality of antenna elements. FIG. 45 is a diagram illustrating a method of removing an interference signal according to the fifth embodiment. As shown in the figure, the wireless communication system according to the fifth embodiment includes a base station device 204 and a terminal station device 206. The base station device 204 includes a plurality of first signal processing units, and the first signal processing unit includes a plurality of antenna elements. The plurality of antenna elements provided in each first signal processing unit form virtual antenna elements 201, 202, and 203, respectively. The terminal station device 206 includes an antenna element group 205 formed by a plurality of antenna elements. In the wireless communication system according to the fifth embodiment, the communication path between the base station apparatus 204 and the terminal station apparatus 206 is such that communication is performed between the virtual antenna elements 201, 202, and 203 and the antenna element group 205. Can be regarded as a system that is

図45(a)は、第5の実施形態の無線通信システムにおけるダウンリンクで生じる干渉成分について示す図である。基地局装置204の仮想的なアンテナ素子201で形成される端末局装置206に向けた指向性ビーム(送信ビーム)を、端末局装置206のアンテナ素子群205が仮想的なアンテナ素子201に向けた指向性ビーム(受信ビーム)で受ける場合について検討する。この場合において、アンテナ素子群205の仮想的なアンテナ素子201に向けた受信ビームに、仮想的なアンテナ素子201から送信される信号ψの他に仮想的なアンテナ素子202から送信される信号ψの一部が漏れ込んでくるとき、信号ψの一部を干渉成分として除去することを考える。これは、図45(b)に示すアップリンクにおける干渉成分を除去することと等しく、信号処理的には同一の考え方で処理可能である。アップリンクにおいて、端末局装置206のアンテナ素子群205において形成される送信ビームであって仮想的なアンテナ素子201に向けた送信ビームで信号ψを送信する場合に、仮想的なアンテナ素子201が端末局装置206のアンテナ素子群205に向けた受信ビームに、アンテナ素子群205が仮想的なアンテナ素子202に向けて送信される信号ψの一部が漏れ込み、この漏れ込んだ信号ψの一部を干渉成分として除去することと等しい。 FIG. 45A is a diagram illustrating an interference component generated in a downlink in the wireless communication system according to the fifth embodiment. The directional beam (transmission beam) directed to the terminal station apparatus 206 formed by the virtual antenna element 201 of the base station apparatus 204 is directed by the antenna element group 205 of the terminal station apparatus 206 to the virtual antenna element 201. Consider the case of receiving with a directional beam (reception beam). In this case, the receive beam towards a virtual antenna elements 201 of the antenna element group 205, the signal transmitted from the virtual antenna elements 202 in addition to the signal [psi 1 transmitted from virtual antenna elements 201 [psi When a part of the signal 2 leaks, consider removing a part of the signal ψ2 as an interference component. This is equivalent to removing the interference component in the uplink shown in FIG. 45B, and can be processed in the same way in terms of signal processing. In the uplink, when transmitting the signal 1 1 with a transmission beam formed in the antenna element group 205 of the terminal station device 206 and directed to the virtual antenna element 201, the virtual antenna element 201 A part of the signal ψ 2 transmitted by the antenna element group 205 toward the virtual antenna element 202 leaks into the reception beam directed to the antenna element group 205 of the terminal station apparatus 206, and the leaked signal ψ 2 Is equivalent to removing a part of as an interference component.

まずダウンリンクを例に取れば、アンテナ素子群205において仮想的なアンテナ素子201に向かう角度θ方向からの到来波に対し、式(48)〜式(52)などで示す受信ウエイトベクトルで信号の待ち受けを行う。ここでは仮想的なアンテナ素子201からの信号ψを待ち受けているが、ここに角度θ’の方角の仮想的なアンテナ素子202からの信号ψが漏れ込んでくる。このとき、式(40)のθにθ’を代入したものを係数βとすると、端末局装置206のアンテナ素子群205の各アンテナ素子には、式(49)の係数αを係数βに置き換えた係数で信号ψが受信される。しかし、端末局装置206のアンテナ素子群205が仮想的なアンテナ素子201に向けた指向性ビームで待ち受けているときに乗算する受信ウエイトベクトルの各要素は、係数αを係数βに代えていない式(49)の複素共役を取った式(50)で表される受信ウエイトである。そのため、受信ウエイトの乗算で式(49)と式(50)との乗算で本来は複素位相が0にキャンセルされない。アンテナ素子群205を構成する第mアンテナ素子において係数Exp{2πjf(α−β)×(m−1)Δt}を掛け合わせて総和を取ったときには、それぞれの複素位相が異なる複素位相で合成されることになる。なお、m=1,2,…,Kであり、Kは端末局装置206に備えられるアンテナ素子群205を構成するアンテナ素子の数NMT−Antである。 First, taking the downlink as an example, in the antenna element group 205, for the arriving wave from the angle θ direction heading toward the virtual antenna element 201, the signal of the signal is represented by the reception weight vector represented by Expressions (48) to (52). Perform a standby. Here is awaiting a signal [psi 1 from virtual antenna elements 201, here the angle theta 'of direction of the virtual signal [psi 2 from the antenna element 202 comes leaks. At this time, if a value obtained by substituting θ ′ into θ in Expression (40) is a coefficient β, the coefficient α in Expression (49) is replaced with a coefficient β in each antenna element of the antenna element group 205 of the terminal station apparatus 206. signal [psi 2 is received by the coefficients. However, each element of the reception weight vector to be multiplied when the antenna element group 205 of the terminal station apparatus 206 is waiting with the directional beam directed to the virtual antenna element 201 is obtained by the equation in which the coefficient α is not replaced with the coefficient β. This is the reception weight represented by the equation (50) that takes the complex conjugate of (49). Therefore, the complex phase is not originally canceled to 0 by the multiplication of the expression (49) and the expression (50) in the multiplication of the reception weight. When taking the summation first m coefficients in the antenna element Exp multiplied by {2πjf c (α-β) × (m-1) Δt} constituting the antenna element group 205 is synthesized at each complex phase different complex phase Will be done. Here, m = 1, 2,..., K, and K is the number N MT-Ant of the antenna elements constituting the antenna element group 205 provided in the terminal station device 206.

ただし、ここでは異なる複素位相の合成と述べたが、実際には規則性のある合成であるため、第2の実施形態において説明した「見通しMIMO伝送の直交化のためのアンテナ配置条件」を満たす状況では、この総和を取った値が概ねゼロに収束する。ちなみに、仮想的なアンテナ素子201からの信号ψに対して式(50)又は式(51)で示した受信ウエイトを適用すると、アンテナ素子群205を構成する全てのアンテナ素子で受信する信号の複素位相は一定の値となる。これにより、同位相での信号の加算合成が可能になり、信号の振幅はNMT−Ant(アンテナ素子数)倍となり、大きな利得を得ることになる。 However, although it is described here that different complex phases are combined, since the combination is actually regular, the “antenna arrangement condition for orthogonalization of line-of-sight MIMO transmission” described in the second embodiment is satisfied. In circumstances, this summed value converges to approximately zero. Incidentally, applying the received weights shown in equation (50) or formula (51) with respect to the signal [psi 1 from virtual antenna elements 201, the signals received by all the antenna elements constituting the antenna element group 205 The complex phase has a constant value. As a result, it is possible to add and combine signals in the same phase, the amplitude of the signal becomes N MT-Ant (the number of antenna elements) times, and a large gain is obtained.

この様な手順により、受信側において基地局装置204の第j仮想的アンテナ素子に指向性を向けた際に、基地局装置204の第i仮想的アンテナ素子からの信号がどの様に受信されるかを把握すれば良い。上述の例では仮想的なアンテナ素子201に向けた指向性ビームで待ち受けた状態で仮想的なアンテナ素子202から送信された信号ψがどの様に漏れ込むかを表す信号は、式(49)のαを(α−β)に置き換えて全てのmに対して総和を取ることで得られる。この総和は式(54)の左辺の様に等比級数の和として与えられるため、等比級数の和の公式により下記の式で表される。 According to such a procedure, when the receiving side directs the directivity to the j-th virtual antenna element of the base station apparatus 204, how the signal from the i-th virtual antenna element of the base station apparatus 204 is received. You only have to figure out. Signal indicating whether virtual signal [psi 2 transmitted from the antenna element 202 from leaking to what kind in the state of waiting in the directional beam directed to virtual antenna elements 201 in the above example, the formula (49) Is replaced by (α-β) and the sum of all m is obtained. Since this sum is given as the sum of geometric series as shown on the left side of the equation (54), it is expressed by the following equation by the formula of the sum of geometric series.

Figure 0006676745
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ここで、f(α−β)NMT−AntΔtが整数となる場合には、等比級数の和がゼロとなり残留干渉は存在しなくなるが、一般的には残留干渉は残ることになるため、その干渉成分の抑圧が必要となる。 Here, when f c (α-β) N MT-Ant Δt is an integer, the sum of geometric series becomes zero and no residual interference exists, but generally, residual interference remains. Therefore, it is necessary to suppress the interference component.

一方、仮想的なアンテナ素子201からアンテナ素子群205に向けた指向性ビームでψ(t)を送信し、アンテナ素子群205から仮想的なアンテナ素子201に向けた指向性ビームで待ち受け、この状態で受信される信号^ψ(t)には、アンテナ素子群205から第1仮想的アンテナ素子に向けて送信した信号ψ(t)と第1仮想的アンテナ素子との間の関係を示す係数^h11を用いて、希望信号成分が^h11×ψ(t)として含まれることになる。同様に、第j仮想的アンテナ素子から送信される信号ψ(t)と、第i仮想的アンテナ素子からアンテナ素子群205に向けた受信ビームで受信される信号^ψ(t)との間の関係を示す係数^hijを用いて、信号ψ(t)の成分が^hij×ψ(t)だけ含まれると表現することができる。 On the other hand, ψ 1 (t) is transmitted from the virtual antenna element 201 with a directional beam directed to the antenna element group 205, and waits with a directional beam directed from the antenna element group 205 to the virtual antenna element 201. The signal 1 1 (t) received in the state includes the relationship between the signal ψ 1 (t) transmitted from the antenna element group 205 to the first virtual antenna element and the first virtual antenna element. using the coefficients ^ h 11 shown, to be included as a desired signal component ^ h 11 × ψ 1 (t ). Similarly, a signal ψ j (t) transmitted from the j-th virtual antenna element and a signal i i (t) received by a reception beam from the i-th virtual antenna element toward the antenna element group 205 are generated. Using a coefficient ^ h ij indicating the relationship between the signals, it can be expressed that the components of the signal i i (t) include only ^ h ij × ψ 1 (t).

ただし、ここで注意すべき点は、式(41)の周波数軸上のウエイトが周波数依存性を持たない場合には式(42)の時間軸ウエイトがn=0のみが非ゼロでその他が全てゼロとなるために上述の様な記述が可能となるが、式(41)のウエイトに周波数依存性が残る場合には、式(42)の時間軸ウエイトのn=1及びそれ以降の項も値を持ち、結果的にここまで単純な表現で表すことができない。そこで、この信号を周波数軸上の信号に変換して理解するならば、一般的には、係数^hijも信号ψ(t)及び信号^ψ(t)も周波数成分に分解し、第kサブキャリアに関しては、係数^hij (k)、信号ψ (k)(t)及び信号^ψ (k)(t)を用いて、信号^ψ (k)(t)には信号ψ (k)(t)の成分が^hij (k)×ψ (k)(t)含まれるものとして扱う必要がある。 However, it should be noted here that when the weights on the frequency axis of the equation (41) do not have frequency dependence, only the time axis weights of the equation (42) where n = 0 are non-zero and all others are non-zero. Since the value becomes zero, the above description is possible. However, if the weight of the equation (41) has frequency dependency, the term n = 1 of the time axis weight of the equation (42) and the subsequent terms are also used. It has a value and consequently cannot be expressed in such a simple expression. Therefore, if this signal is converted into a signal on the frequency axis and understood, generally, both the coefficient ^ h ij, the signal 1 1 (t) and the signal ^ ψ i (t) are decomposed into frequency components, For the k-th subcarrier, the signal i i (k) (t) is calculated using the coefficient ^ ij (k) , the signal ψ 1 (k) (t), and the signal ^ ψ i (k) (t). Must be treated as including the components of the signal 1 1 (k) (t) ^ h ij (k) × ψ 1 (k) (t).

ただし、逆に式(41)の周波数軸上のウエイトが周波数依存性を殆ど持たない場合には、式(42)の時間軸ウエイトのn=1及びそれ以降の項が高精度で0に近似可能になり、その場合にはこの後の処理に関しても時間軸での信号処理が可能になる。この様に、周波数軸での信号処理が必要であるか、ないしは時間軸での簡易な信号処理で対処可能であるかの判断は式(41)の周波数軸上のウエイトの周波数依存性次第であり、ターゲットとするシステムの各種パラメータによって決まるものである。したがって、システム設計的に全ての係数^hijの周波数依存性が無視可能で、それぞれの信号の分離は時間軸上の各サンプリング値間での信号処理で可能である場合には、図45に示した通信の状態は式(55)で表すことができる。ここで、Mは表記の都合上、空間多重数(仮想的伝送路数)を表す。 However, conversely, when the weight on the frequency axis in equation (41) has almost no frequency dependence, n = 1 of the time axis weight in equation (42) and the subsequent terms are approximated to 0 with high precision. In this case, the signal processing on the time axis becomes possible for the subsequent processing. As described above, whether the signal processing on the frequency axis is necessary or can be dealt with by simple signal processing on the time axis depends on the frequency dependence of the weight on the frequency axis in equation (41). Yes, depending on various parameters of the target system. Accordingly, in the case where the frequency dependence of all the coefficients 可能 h ij is negligible in the system design and the separation of each signal is possible by signal processing between each sampling value on the time axis, FIG. The communication state shown can be represented by equation (55). Here, M represents the number of spatial multiplexing (the number of virtual transmission paths) for convenience of notation.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

これは従来の周波数軸のMIMOの信号処理と同一の形式であるため、例えばこのチャネル行列の逆行列やMMSEによる線形処理により、若干の干渉信号が漏れ込んで観測される信号ベクトル(^ψ(t),^ψ(t),・・・,^ψ(t))から、干渉成分をキャンセルした信号ベクトル(ψ(t),ψ(t),・・・,ψ(t))を求めることができる。この様にして、複数の仮想的伝送路の間の信号を信号分離することができる。 Since this is the same format as that of the conventional MIMO signal processing on the frequency axis, a signal vector (^ ψ 1) in which a slight interference signal leaks and is observed by, for example, an inverse matrix of this channel matrix or linear processing by MMSE. (t), ^ ψ 2 ( t), ···, ^ ψ M (t)) from the cancellation signal vector interference components (ψ 1 (t), ψ 2 (t), ···, ψ M (T)). In this manner, signals between a plurality of virtual transmission paths can be separated.

ここで重要なのはこの式の意図するところであり、式(55)における時刻tとは任意の時刻に適用可能であり、瞬時値としての任意の時刻でこの関係式を理解すれば、これは全てのサンプリング値に対してこの同一時刻のサンプリング値間でこの関係が成立することを意味する。つまり、サンプリングをしたらFFTなどを実施することなく、そのサンプリング値のままで信号分離が可能であることを意味する。   What is important here is the intention of this equation. The time t in the equation (55) can be applied to any time, and if this relational expression is understood at any time as an instantaneous value, this becomes all This means that this relationship is established between the sampling values at the same time with respect to the sampling values. That is, it means that the signal can be separated without changing the sampling value without performing FFT or the like after sampling.

このため、上述の説明では主としてOFDM変調方式を適用する場合を想定して説明を行ったが、送信信号の先頭にトレーニング信号を付与し、このトレーニング信号を利用した何らかの手法で式(55)に相当するチャネル行列を事前に取得できれば、それによりFFTを行うことなく時間軸で信号分離が可能であり、シングルキャリア伝送を行う場合においては、式(55)で信号分離した信号に対して直接、シングルキャリア伝送の信号処理を施すことが可能である。   For this reason, in the above description, the description has been made mainly on the assumption that the OFDM modulation method is applied. If the corresponding channel matrix can be obtained in advance, it is possible to separate the signals on the time axis without performing FFT. It is possible to perform signal processing of single carrier transmission.

一般に、ミリ波などの高周波数帯の場合では位相雑音が無視できず、広帯域のOFDM信号などを用いる場合にはFFT処理により位相雑音成分がOFDMのサブキャリア間の直交性を破り、全帯域の周波数成分に雑音及びサブキャリア間のクロストークとして分散され、位相雑音の補正を行うことが困難な状態となることが予想される。シングルキャリア伝送であれば、逐次、シンボルごとに信号検出された信号と受信信号の関係から位相雑音成分を推定及び補償することが可能であり、比較的大きな位相雑音に対応することが可能であったが、従来技術では複数系列のシングルキャリア伝送の信号が空間上のMIMOチャネルで合成されてしまった場合、一旦、周波数上の信号に変換してからでなければ信号分離ができず、このためFFTの実施は必要不可欠であった。しかし、FFTの実施により位相雑音が補償不可能な状態に変換されてしまうため、位相雑音補償のためにはFFTを実施せずに実現可能な信号分離技術が必要であった。   Generally, in the case of a high frequency band such as a millimeter wave, phase noise cannot be ignored, and when a wideband OFDM signal or the like is used, the phase noise component breaks orthogonality between OFDM subcarriers by FFT processing, and the entire band is It is expected that noise and crosstalk between subcarriers will be dispersed in frequency components, making it difficult to correct phase noise. With single carrier transmission, it is possible to estimate and compensate for the phase noise component from the relationship between the signal detected and the received signal for each symbol, and it is possible to deal with relatively large phase noise. However, in the related art, when signals of a single-carrier transmission of a plurality of sequences are combined in a spatial MIMO channel, the signals cannot be separated unless they are once converted into signals on a frequency. Implementation of the FFT was essential. However, since the phase noise is converted into an uncompensable state by performing the FFT, a signal separation technique that can be realized without performing the FFT is required for the phase noise compensation.

なお、式(55)の時間軸上のMIMOチャネルに関しては、式(54)の様な理論的な解析演算により求める他に、例えば1OFDMシンボル相当の1周期分のトレーニング信号を用い、相関演算によりチャネル行列の各成分を直接求めることも可能である。複数のアンテナ素子で受信した受信信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを乗算する際の信号処理では、元々の信号のSNRが低かったので、ある程度の回数の平均化などの工夫が必要であった。しかし、第1特異値に対応する仮想的伝送路の信号を抽出するための受信ウエイトベクトルを乗算して得られた信号は既に指向性利得によりSNRが改善されているため、そこから受信ウエイトベクトルを算出する作業を相関演算で行う際には、必ずしも複数回の平均化処理は必要ではなく、例えば1OFDMシンボル相当の1周期分のトレーニング信号を用いて1回の処理で取得しても問題ない。   The MIMO channel on the time axis in Expression (55) is obtained by a theoretical analysis operation as shown in Expression (54), and a correlation operation is performed by using a training signal for one cycle corresponding to one OFDM symbol, for example. Each component of the channel matrix can be directly obtained. In the signal processing for multiplying the reception signal vector received by a plurality of antenna elements by the reception weight vector, the SNR of the original signal was low, so that some measure such as averaging was required. However, since the signal obtained by multiplying the reception weight vector for extracting the signal of the virtual transmission path corresponding to the first singular value has already been improved in SNR by the directivity gain, the reception weight vector When performing the operation of calculating by a correlation operation, it is not always necessary to perform the averaging process a plurality of times. For example, there is no problem if the averaging process is performed in a single process using a training signal for one cycle corresponding to one OFDM symbol. .

また、この式ではNFFT個のサンプル点としたが、特にFFTを用いる必然性はないので、式(56)のNFFTはOFDMのFFTポイント数でなければならない必然性はなく、任意の値とすることも可能である。 In this equation, N FFT sample points are used. However, since it is not necessary to use FFT in particular, N FFT in equation (56) does not necessarily have to be the number of OFDM FFT points, but is an arbitrary value. It is also possible.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここでの近似の条件は、第1特異値に対応する仮想的伝送路は送受信双方の指向性制御により、概ね干渉成分は抑圧されているものと仮定しており、言い換えればMIMOチャネル行列の対角成分の絶対値が非対角成分の絶対値に比較して、相対的に十分大きい場合に高精度で近似が可能となる。   The approximation conditions here are based on the assumption that the virtual transmission path corresponding to the first singular value is substantially suppressed in the interference component by the directivity control of both transmission and reception. In other words, the pair of the MIMO channel matrix When the absolute value of the angle component is relatively large compared to the absolute value of the off-diagonal component, approximation with high accuracy is possible.

この様にして取得した係数^hijを用い、式(55)のチャネル行列に対してZF法やMMSE法などによる線形ウエイトを両辺に乗算するなどの演算を施すことで時間軸信号の信号分離が実現され、その結果の時間軸の信号に対して例えばシングルキャリアの信号処理などを施せば、位相雑音が問題となる様なケースでも、既存のシングルキャリアにおける位相雑音対策を用いて高精度に信号検出処理を実施することが可能となる。 By using the coefficient ^ h ij obtained in this way and performing an operation such as multiplying both sides by a linear weight by the ZF method or the MMSE method on the channel matrix of Expression (55), the signal separation of the time axis signal is performed. If the resulting time axis signal is subjected to, for example, single-carrier signal processing, even in cases where phase noise is a problem, the existing single-carrier phase noise countermeasures can be used to achieve high accuracy. Signal detection processing can be performed.

なお、以上の説明では式(41)の周波数軸上のウエイトの周波数依存性が殆ど無視可能な場合、即ち式(42)の時間軸ウエイトのn=1及びそれ以降の項が高精度で0に近似可能な場合を中心に説明を行ったが、この様な条件を満たさない場合には、素直にFFT処理を施し、周波数軸上で個別に信号分離のための処理を行うことになる。   In the above description, when the frequency dependence of the weight on the frequency axis of the equation (41) is almost negligible, that is, n = 1 of the time axis weight in the equation (42) and the subsequent terms are 0 with high precision. The above description focuses on the case where approximation can be made. However, if such a condition is not satisfied, the FFT processing is performed straightforwardly, and processing for signal separation is individually performed on the frequency axis.

(時間軸ビームフォーミングの処理フロー)
図46は、第5の実施形態の無線通信システムにおける時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイト取得の処理を示すフローチャートである。図46(a)に示すフローチャートは、時間軸ビームフォーミングの第1段目の送受信ウエイトを取得する処理のフローチャートである。ここでは、例えば式(49)に示す様な各種パラメータから時間軸上での係数を求める方法ではなく、式(52)に示す様な相関係数を利用する場合について説明する。ただし、これらの値はそのウエイトの算出方法が異なるだけで、その算出方法を置き換えれば同様に解析的な手法も適用可能である。また、送受信ウエイトベクトルの取得は基地局装置側も端末局装置側も同様に必要であり、ここに記載の処理を双方向で実施することになる。以下では、ダウンリンクで行う処理について説明する。
(Time axis beam forming process flow)
FIG. 46 is a flowchart illustrating a process of acquiring transmission / reception weights for time-axis beamforming in the wireless communication system according to the fifth embodiment. The flowchart shown in FIG. 46A is a flowchart of the process of acquiring the transmission / reception weight of the first stage of the time axis beamforming. Here, for example, a case will be described in which a correlation coefficient as shown in Expression (52) is used instead of a method of obtaining a coefficient on the time axis from various parameters as shown in Expression (49). However, these values differ only in the method of calculating the weight, and an analytical method can be similarly applied by replacing the calculation method. Also, the acquisition of the transmission / reception weight vector is required for both the base station device side and the terminal station device side, and the processing described here is performed bidirectionally. In the following, processing performed on the downlink will be described.

まず、基地局装置は、チャネル推定用のトレーニング信号を送信する(ステップS4601)。ここでのトレーニング信号はチャネル推定を行うための信号であり、チャネル推定後のデータ通信で用いる伝送方式に依存しないものであり、例えばガードインターバルのない連続のOFDM信号でも良いし、自己相関の少ない所定の周期性を持ったトレーニング信号でも良い。また当然ながら、データ通信で用いる伝送方式にて用いられるトレーニング信号をそのまま用いることも可能である。   First, the base station device transmits a training signal for channel estimation (step S4601). The training signal here is a signal for performing channel estimation and does not depend on a transmission method used in data communication after channel estimation. A training signal having a predetermined periodicity may be used. Of course, it is also possible to use the training signal used in the transmission method used in the data communication as it is.

端末局装置は、基地局装置から送信されるトレーニング信号を各アンテナ素子で受信すると(ステップS4611)、それぞれの受信信号を個別に無線周波数からベースバンドへのダウンコンバート処理を施し、A/D変換の後にそのサンプリング値を記録する。このトレーニング信号を所定の周期(例えば100周期)取得し、各周期の信号を周期性に合わせて加算合成して平均化を行う(ステップS4612)。第jアンテナ素子の第nサンプルの平均化されたサンプリング値をS(n)とすれば、第1アンテナ素子に対する第jアンテナ素子の相関係数cを式(52)で求める(ステップS4613)。 Upon receiving the training signal transmitted from the base station apparatus by each antenna element (step S4611), the terminal station apparatus individually performs a down-conversion process from a radio frequency to a baseband on each received signal, and performs A / D conversion. After that, record the sampling value. This training signal is acquired in a predetermined cycle (for example, 100 cycles), and the signals of each cycle are added and synthesized according to the periodicity and averaged (step S4612). Assuming that the averaged sampling value of the n-th sample of the j-th antenna element is S j (n), the correlation coefficient c j of the j-th antenna element with respect to the first antenna element is obtained by Expression (52) (step S4613) ).

ステップS4613において得られた相関係数cの複素共役を取る(ないしは、更にその値をその絶対値で除算する)ことで第jアンテナ素子の受信ウエイトを算出し、これらを組み合わせて受信ウエイトベクトルを求める(ステップS4614)。特に空間多重を行わない場合には、単純に指向性形成の時間軸上で受信ウエイトベクトルは、この様にして算出される。ただし、第1の実施形態において示した図16の様に複数系統の信号を空間多重する場合には、図16の第1の信号処理部304−1〜304−4それぞれに対する上述の受信ウエイトベクトルを算出する。 The reception weight of the j-th antenna element is calculated by taking the complex conjugate of the correlation coefficient c j obtained in step S4613 (or further dividing the value by its absolute value), and combining them to obtain the reception weight vector. Is obtained (step S4614). In particular, when spatial multiplexing is not performed, the reception weight vector is simply calculated on the time axis of directivity formation. However, when spatially multiplexing a plurality of systems of signals as shown in FIG. 16 shown in the first embodiment, the above-described reception weight vector for each of the first signal processing units 304-1 to 304-4 in FIG. Is calculated.

インプリシット・フィードバックを行う際のキャリブレーション係数が、周波数依存性を持たない場合には、その周波数方向で共通のキャリブレーション係数を用い、時間軸上の受信ウエイトベクトルにキャリブレーション処理を実施し、送信ウエイトベクトルを取得する(ステップS4615)。取得した送受信ウエイトベクトルを記録管理し(ステップS4616)、その後の信号送受信にその送受信ウエイトベクトルを用いる。なお、何らかの手法でSNRの高い状態でトレーニング信号を受信できる場合には、平均化処理は省略することも可能である。また、キャリブレーション係数に周波数依存性がある場合でもその周波数ごとの偏差が比較的小さい場合には、全サブキャリアでのキャリブレーション係数の平均値を全サブキャリアに共通のキャリブレーション係数とみなして処理を行っても良い。この様にして、各第1特異値に対応する仮想的伝送路を抽出するための第1段目の受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトルを求めることができる。   If the calibration coefficient at the time of performing implicit feedback does not have frequency dependency, a calibration process is performed on the reception weight vector on the time axis using a common calibration coefficient in the frequency direction, A transmission weight vector is obtained (step S4615). The obtained transmission / reception weight vector is recorded and managed (step S4616), and the transmission / reception weight vector is used for subsequent signal transmission / reception. If the training signal can be received in a state where the SNR is high by any method, the averaging process can be omitted. Further, even when the calibration coefficient has frequency dependence, if the deviation for each frequency is relatively small, the average value of the calibration coefficients for all subcarriers is regarded as a calibration coefficient common to all subcarriers. Processing may be performed. In this way, the first-stage reception weight vector and transmission weight vector for extracting the virtual transmission path corresponding to each first singular value can be obtained.

図46(b)は、上述の様にして指向性利得を高めて受信した各仮想的伝送路の信号に対し、残留干渉除去のための2段目の(送)受信ウエイト行列を取得するための処理を示すフローチャートである。まず、基地局装置は図46(a)に示した処理で求めた送信ウエイトベクトルを用いてトレーニング信号を送信する(ステップS4621)。ここでのトレーニング信号は、チャネル推定を行うための信号であり、チャネル推定後のデータ通信で用いる伝送方式に依存しないものであっても良い。   FIG. 46 (b) is for acquiring a second-stage (transmission) reception weight matrix for removing the residual interference with respect to the signal of each virtual transmission path received by increasing the directivity gain as described above. 6 is a flowchart showing the processing of FIG. First, the base station device transmits a training signal using the transmission weight vector obtained by the processing shown in FIG. 46A (step S4621). The training signal here is a signal for performing channel estimation, and may be a signal that does not depend on a transmission method used in data communication after channel estimation.

端末局装置は、基地局装置から送信されるトレーニング信号を各アンテナ素子で受信すると(ステップS4631)、それぞれの受信信号を個別に無線周波数からベースバンドへのダウンコンバート処理を施し、A/D変換によりサンプリング値を取得する。これらの各アンテナ素子での受信信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを乗算する(ステップS4632)。この様にして取得した受信ウエイトベクトルごと(すなわち、第1特異値に対応する仮想的伝送路ごと)のトレーニング信号の相互相関を式(56)で取得し(ステップS4633)、チャネル行列を取得する(ステップS4634)。端末局装置は、取得したチャネル行列に基づいて受信ウエイト行列を算出し(ステップS4635)、算出した受信ウエイト行列を第2段目の時間軸ウエイト行列として記録管理する(ステップS4636)。   Upon receiving the training signal transmitted from the base station apparatus by each antenna element (step S4631), the terminal station apparatus individually performs a down-conversion process from a radio frequency to a baseband on each received signal, and performs A / D conversion. To obtain the sampling value. The reception signal vector at each of these antenna elements is multiplied by the reception weight vector (step S4632). The cross-correlation of the training signal for each reception weight vector thus obtained (that is, for each virtual transmission path corresponding to the first singular value) is obtained by equation (56) (step S4633), and a channel matrix is obtained. (Step S4634). The terminal station device calculates a reception weight matrix based on the acquired channel matrix (step S4635), and records and manages the calculated reception weight matrix as a second-stage time axis weight matrix (step S4636).

なお、基地局装置、端末局装置の両方が固定的に設置される無線エントランスなどの場合には、これらの1段目及び2段目のウエイトは時間的に殆ど変動しないので、サービス運用開始前に事前に取得しておけば、これを引き続き利用することもできる。一方、例えば列車ムービングセルなどにおいては、チャネルが高速で時変動することになるが、第1段目の受信ウエイトベクトルに関しては事前に取得してデータベース化することで、通信の都度、第1段目の送受信ウエイトベクトルを算出する必要はない。ただし、第2段目の受信ウエイト行列(ベクトル)に関しては、1段目の受信ウエイトベクトルの不完全性に依存して異なる状態で残留する干渉信号を除去するためのもので、一般的にはこれらは逐次更新する必要がある。この場合、ステップS4631からステップS4636の処理は、無線パケットの信号の受信の都度、実施することにしても良い。   Note that in the case of a wireless entrance where both the base station device and the terminal station device are fixedly installed, the weights of the first and second stages hardly change over time, and therefore, before the start of service operation. If you obtain it in advance, you can continue to use it. On the other hand, for example, in a train moving cell, the channel fluctuates at a high speed. There is no need to calculate the eye transmit / receive weight vector. However, the second-stage reception weight matrix (vector) is for removing an interference signal remaining in a different state depending on the imperfection of the first-stage reception weight vector, and is generally used. These need to be updated sequentially. In this case, the processing from step S4631 to step S4636 may be performed each time a wireless packet signal is received.

また、アクセス系に第1特異値に対応する複数の仮想的伝送路を利用する場合には、第2段目の受信ウエイト行列(ベクトル)だけではなく第1段目の送受信ウエイトベクトルも逐次更新する必要がある。後述する第8の実施形態において説明する図65に示すフレーム構成では、そのための送受信ウエイトベクトルを取得するためのトレーニング信号を収容するためのスロットとして、後述する第8の実施形態に示す例では、フレームの先頭のスロットと、フレームの末尾から四つのスロットを用いる。しかし、第2段目の受信ウエイト行列を算出するためのトレーニング信号は、前述のスロットに配置することも可能だが、これらのスロットとは別の途中のスロットの中の細分化されたサブスロットの先頭(すなわち無線パケットの先頭)に配置して、これを基に第2の受信ウエイト行列を算出する様にすることも可能である。   When a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value are used in the access system, not only the second-stage reception weight matrix (vector) but also the first-stage transmission / reception weight vector is sequentially updated. There is a need to. In the frame configuration shown in FIG. 65 described in an eighth embodiment described later, a slot for accommodating a training signal for acquiring a transmission / reception weight vector for that purpose is provided in an example described in an eighth embodiment described later. The first slot of the frame and the last four slots of the frame are used. However, the training signal for calculating the reception weight matrix of the second stage can be arranged in the above-mentioned slots, but the sub-slots of the subdivided sub-slots in intermediate slots different from these slots can be arranged. It is also possible to arrange at the head (that is, at the head of the wireless packet) and calculate the second reception weight matrix based on this.

(時間軸ビームフォーミングの回路構成)
図47は、第5の実施形態における基地局装置が備える第1の送信信号処理部381−jの構成例を示す図である。なお、jは、基地局装置が備える複数の第1の送信信号処理部381の中の通し番号を示す。同図に示す様に、第1の送信信号処理部381−jは、IFFT&GI付与回路813−jと、第1の送信信号処理回路311−jと、D/A変換器814−1〜814−N’BS−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−N’BS−Antと、フィルタ817−1〜817−N’BS−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−N’BS−Antと、アンテナ素子819−1〜819−N’BS−Antと、第1の送信ウエイト処理部330とを備える。第1の送信ウエイト処理部330は、第1のチャネル情報取得回路332と、第1のチャネル情報記憶回路333と、第1の送信ウエイト算出回路334とを備える。第5の実施形態における基地局装置の構成は、第1の実施形態における基地局装置70(図17)と同様の構成を有するが、第1の送信信号処理部181に代えて図47に示した第1の送信信号処理部381を備える点で異なる。
(Circuit configuration of time axis beam forming)
FIG. 47 is a diagram illustrating a configuration example of the first transmission signal processing unit 381-j included in the base station device according to the fifth embodiment. Note that j indicates a serial number in the plurality of first transmission signal processing units 381 provided in the base station apparatus. As shown in the figure, the first transmission signal processing unit 381-j includes an IFFT & GI addition circuit 813-j, a first transmission signal processing circuit 311-j, and D / A converters 814-1 to 814-. N ' BS-Ant , local oscillator 815, mixers 816-1 to 816-N' BS-Ant , filters 817-1 to 817-N ' BS-Ant , and high power amplifier (HPA) 818-1 to 818-1 818-N ′ BS-Ant , antenna elements 819-1 to 819-N ′ BS-Ant, and a first transmission weight processing unit 330. The first transmission weight processing unit 330 includes a first channel information acquisition circuit 332, a first channel information storage circuit 333, and a first transmission weight calculation circuit 334. The configuration of the base station apparatus according to the fifth embodiment has the same configuration as the base station apparatus 70 (FIG. 17) according to the first embodiment, but is shown in FIG. And a first transmission signal processing unit 381.

第5の実施形態における第1の送信信号処理部381−jは、第1の実施形態において図18に示した第1の送信信号処理部181−jに対し、時間軸ビームフォーミングを適用する場合の回路構成である。第1の送信信号処理部381−jと、図18に示した第1の送信信号処理部181−jとの差分は、多数のIFFT&GI付与回路813を一つに集約している点、第1の送信信号処理回路111−j及び第1の送信ウエイト処理部130に代えて第1の送信信号処理回路311及び第1の送信ウエイト処理部330を備える点、更にIFFT&GI付与回路813が第1の送信信号処理回路311の前段に配置された点である。   The first transmission signal processing unit 381-j in the fifth embodiment applies time-axis beamforming to the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG. 18 in the first embodiment. Circuit configuration. The difference between the first transmission signal processing unit 381-j and the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG. 18 is that a large number of IFFT & GI adding circuits 813 are integrated into one. In that a first transmission signal processing circuit 311 and a first transmission weight processing section 330 are provided in place of the transmission signal processing circuit 111-j and the first transmission weight processing section 130, and the IFFT & GI provision circuit 813 This is a point arranged before the transmission signal processing circuit 311.

また、図18に示した第1の送信信号処理部181−jでは周波数軸上での送信ウエイトベクトルの乗算が必須であったがためにOFDMにしろSC−FDEにしろ、周波数軸上での送信信号処理としてIFFT処理がいずれかの配置において必須であった。これに対して、第5の実施形態における第1の送信信号処理部381−jは、時間軸上においてサンプリングデータ単位での指向性ビーム形成の信号処理が可能であるため、IFFT&GI付与回路813をも省略し、純粋なシングルキャリアの信号処理とすることも可能である。この意味で、図47に示したIFFT&GI付与回路813は点線の四角で表現している。   Also, in the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG. 18, since multiplication of the transmission weight vector on the frequency axis is indispensable, regardless of OFDM or SC-FDE, IFFT processing was essential in any arrangement as transmission signal processing. On the other hand, the first transmission signal processing unit 381-j in the fifth embodiment can perform the directional beam forming signal processing in units of sampling data on the time axis. May also be omitted, and pure single-carrier signal processing may be performed. In this sense, the IFFT & GI providing circuit 813 shown in FIG. 47 is represented by a dotted square.

第5の実施形態の基地局装置に備えられる第1の送信信号処理部381−jの動作について説明する。第2の送信信号処理部71よりデジタルベースバンド信号が第1の送信信号処理部381−jに入力されると、これが周波数軸上の信号である場合にはIFFT&GI付与回路813−jにて周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換される。純粋なシングルキャリアの信号の様に時間軸でのサンプリングデータが入力されるシステムの場合には、IFFT&GI付与回路813−jを介すことなく(IFFT&GI付与回路813−jは省略する構成)、デジタルベースバンド信号は第1の送信信号処理回路311−jに入力される。第1の送信信号処理回路311−jは、1系統の信号系列に時間軸上の送信ウエイトベクトルをサンプリング値ごとに乗算し、この結果の送信信号ベクトルの各成分をアンテナ素子系統ごとのD/A変換器814−1〜814−N’BS−Antに出力する。これ以降の処理は図18に示した第1の送信信号処理部181−jにおいて行われる処理と同等である。 An operation of the first transmission signal processing unit 381-j provided in the base station device according to the fifth embodiment will be described. When the digital baseband signal is input from the second transmission signal processing unit 71 to the first transmission signal processing unit 381-j, if the digital baseband signal is a signal on the frequency axis, the IFFT & GI addition circuit 813-j determines the frequency. The signal on the axis is converted into a signal on the time axis. In the case of a system in which sampling data on the time axis is input like a signal of a pure single carrier, a digital signal is output without passing through the IFFT & GI adding circuit 813-j (the IFFT & GI adding circuit 813-j is omitted). The baseband signal is input to a first transmission signal processing circuit 311-j. The first transmission signal processing circuit 311-j multiplies one system signal sequence by a transmission weight vector on the time axis for each sampling value, and applies each component of the resulting transmission signal vector to a D / D signal for each antenna element system. A converters 841-1 to 814-N 'are output to BS-Ant . The subsequent processing is the same as the processing performed in the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG.

なお、第1の送信信号処理回路311−jにおいて信号系列に乗算される送信ウエイトベクトルは、図18に示した第1の送信信号処理部181−jと同様に信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部330に備えられている第1の送信ウエイト算出回路334から取得される。第1の送信ウエイト処理部330では、第1のチャネル情報取得回路332が、受信部にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120を経由して取得し、第1のチャネル情報記憶回路333に記憶させて逐次更新する。送信時には通信制御回路120からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路334は、宛先とする端末局装置に対応したチャネル情報を第1のチャネル情報記憶回路333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ベクトルを算出する。ここでの送信ウエイトベクトルの算出方法は上述の様な任意の方法を用いることができる。   Note that the transmission weight vector multiplied by the signal sequence in the first transmission signal processing circuit 311-j is the same as the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG. It is obtained from the first transmission weight calculation circuit 334 provided in the transmission weight processing unit 330. In the first transmission weight processing unit 330, the first channel information acquisition circuit 332 acquires the channel information acquired by the reception unit via the communication control circuit 120, and stores the acquired channel information in the first channel information storage circuit 333. It is stored and updated sequentially. At the time of transmission, in accordance with an instruction from the communication control circuit 120, the first transmission weight calculation circuit 334 reads channel information corresponding to the destination terminal station device from the first channel information storage circuit 333, and based on the read channel information. Calculates the transmission weight vector. The method for calculating the transmission weight vector here can be any method as described above.

なお、図17に示した通信制御回路120と図47に示す通信制御回路120では、厳密には通信制御回路120を介して転送するチャネル情報などの詳細が若干異なる。例えば、図17では一般の通信方式を対象としているため、サブキャリアごとに異なるチャネル情報を転送する必要があるが、図47の場合には時間軸上の単一のチャネル情報(すなわち、周波数依存性がなく、全サブキャリアで共通のチャネル情報)のみを転送すればよい。しかし、この様な具体的な情報の差分を除けばその他の機能は等価であるため、ここでは同一の符号を用いて説明することとする。   Note that the communication control circuit 120 shown in FIG. 17 and the communication control circuit 120 shown in FIG. 47 are slightly different in details such as channel information transferred via the communication control circuit 120 strictly. For example, in FIG. 17, different channel information needs to be transferred for each subcarrier because a general communication method is targeted, but in FIG. And only the common channel information for all subcarriers need to be transferred. However, since other functions are equivalent except for such a difference in specific information, description will be made using the same reference numerals.

更に図18に示した第1の送信信号処理部181−jでは各周波数成分の個別の送信ウエイトベクトルを求めるのに対し、第5の実施形態における第1の送信信号処理部381−jでは単一の時間軸成分での送信ウエイトベクトルのみを求める点が図18の第1の送信信号処理部181−jとの差分である。また、通信相手の無線局装置が固定設置されている場合には送信ウエイトベクトル自体を事前に算出して記録しておき、これを単に読み出すことで第1の送信信号処理回路311に対して送信ウエイトベクトルを通知する構成であっても良いし、更にはPoint−to−Point型の1対1通信であれば、第1の送信信号処理回路311内に直接送信ウエイトベクトルを記憶していても良い。   Further, the first transmission signal processing unit 181-j shown in FIG. 18 calculates an individual transmission weight vector for each frequency component, whereas the first transmission signal processing unit 381-j in the fifth embodiment simply obtains a transmission weight vector. The point that only the transmission weight vector in one time axis component is obtained is the difference from the first transmission signal processing unit 181-j in FIG. When the wireless station device of the communication partner is fixedly installed, the transmission weight vector itself is calculated and recorded in advance, and the transmission weight vector is simply read out to transmit to the first transmission signal processing circuit 311. The configuration may be such that a weight vector is notified, and further, in the case of a point-to-point type point-to-point communication, the transmission weight vector may be directly stored in the first transmission signal processing circuit 311. good.

図48は、第5の実施形態における基地局装置の第1の受信信号処理部385−jの構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、第1の受信信号処理部385−jは、アンテナ素子851−1〜851−N’BS−Antと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−N’BS−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−N’BS−Antと、フィルタ855−1〜855−N’BS−Antと、A/D変換器856−1〜856−N’BS−Antと、第1の受信信号処理回路358−jと、FFT回路857−jと、第1の受信ウエイト処理部360とを備える。第1の受信ウエイト処理部360は、第1のチャネル情報推定回路362と、第1の受信ウエイト算出回路363とを備える。 FIG. 48 is a block diagram illustrating a configuration example of the first reception signal processing unit 385-j of the base station device according to the fifth embodiment. As shown in the figure, the first received signal processing unit 385-j includes antenna elements 851-1 to 851-N ' BS-Ant and low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852-N' BS-Ant. , A local oscillator 853, mixers 854-1 to 854-N ' BS-Ant , filters 855-1 to 855-N' BS-Ant , and A / D converters 856-1 to 856-N ' BS-. Ant , a first reception signal processing circuit 358-j, an FFT circuit 857-j, and a first reception weight processing unit 360. The first reception weight processing section 360 includes a first channel information estimation circuit 362 and a first reception weight calculation circuit 363.

第5の実施形態における第1の受信信号処理部385−jは、第1の実施形態において図19に示した第1の受信信号処理部185−jに対し、時間軸ビームフォーミングを適用する場合の回路構成である。図19に示した第1の受信信号処理部185−jとの差分は、多数のFFT回路857を一つに集約している点、受信信号処理回路858及び第1の受信ウエイト処理部160に代えて第1の受信信号処理回路358及び第1の受信ウエイト処理部360を備える点、更にFFT回路857が第1の受信信号処理回路358の後段に配置された点である。   The first reception signal processing unit 385-j according to the fifth embodiment applies time-axis beamforming to the first reception signal processing unit 185-j illustrated in FIG. 19 in the first embodiment. Circuit configuration. The difference from the first reception signal processing unit 185-j shown in FIG. 19 is that the large number of FFT circuits 857 are integrated into one, Instead, a first reception signal processing circuit 358 and a first reception weight processing section 360 are provided, and an FFT circuit 857 is arranged at a subsequent stage of the first reception signal processing circuit 358.

また、図19に示した第1の受信信号処理部185−jでは周波数軸上での受信ウエイトベクトルの乗算が必須であったがためにOFDMにしろSC−FDEにしろ、周波数軸上での受信信号処理としてFFT処理がいずれかの配置において必須であった。これに対して、第5の実施形態における第1の受信信号処理部385−jは、時間軸上においてサンプリングデータ単位での指向性ビーム形成の信号処理が可能であるため、第1の受信信号処理部385−jからFFT回路857−jを省略し、純粋なシングルキャリアの信号処理を行うものとすることも可能である。更に言えば、図46(b)で示した様に、2段階のウエイト乗算の後段のウエイトにおいても時間軸の受信ウエイト行列を用いる場合にも、ここでのFFT回路857−jを省略し、更に時間軸上の信号処理を継続する構成とすることも可能である。この意味で、図48に示したFFT回路857−jは点線の四角で表現している。   Further, in the first reception signal processing unit 185-j shown in FIG. 19, since multiplication of the reception weight vector on the frequency axis is indispensable, regardless of OFDM or SC-FDE, FFT processing was indispensable in any arrangement as reception signal processing. On the other hand, the first received signal processing unit 385-j in the fifth embodiment can perform directional beam forming signal processing in units of sampling data on the time axis, so that the first received signal It is also possible to omit the FFT circuit 857-j from the processing unit 385-j and perform pure single-carrier signal processing. More specifically, as shown in FIG. 46B, the FFT circuit 857-j is omitted here even when the reception weight matrix on the time axis is used in the weights after the two-stage weight multiplication, Furthermore, it is also possible to adopt a configuration in which signal processing on the time axis is continued. In this sense, the FFT circuit 857-j shown in FIG. 48 is represented by a dotted square.

第5の実施形態の基地局装置に備えられる第1の受信信号処理部385−jの動作を説明する。アンテナ素子851−1〜851−N’BS−Antで受信された信号に対する処理のうち、ローノイズアンプ852−1〜852−N’BS−AntからA/D変換器856−1〜856−N’BS−Antまでにおいて行われる処理は、第1の実施形態の第1の受信信号処理部185−jにおける処理と同様の処理である。この処理により、受信された信号は、デジタルベースバンド信号(サンプリングデータ)に変換される。A/D変換器856−1〜856−N’BS−Antは、各サンプリングにおけるデジタルベースバンド信号で構成される受信信号ベクトルを第1の受信信号処理回路358−jに入力する。通信制御回路120からの指示に従い、第1の受信信号処理回路358−jは、第1の受信ウエイト処理部360より入力される時間軸上の受信ウエイトベクトルをサンプリング値ごとに受信信号ベクトルに乗算し、1系統の信号系列に変換する。 The operation of the first received signal processing unit 385-j provided in the base station device according to the fifth embodiment will be described. Among the processing on the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N ' BS-Ant , the low-noise amplifiers 852-1 to 852-N' BS-Ant to A / D converters 856-1 to 856-N '. The processing performed up to BS-Ant is the same processing as the processing in the first received signal processing unit 185-j of the first embodiment. By this processing, the received signal is converted into a digital baseband signal (sampling data). The A / D converters 856-1 to 856-N'BS- Ant input a received signal vector including a digital baseband signal in each sampling to the first received signal processing circuit 358-j. According to the instruction from the communication control circuit 120, the first reception signal processing circuit 358-j multiplies the reception signal vector on the time axis input from the first reception weight processing unit 360 by the sampling signal value for each sampling value. Then, it is converted into a single signal sequence.

OFDMやSC−FDEの様に、これ以降において周波数軸上の信号処理が必要である場合及びこの後段で周波数軸上の受信ウエイト行列を用いた処理を行う場合には、第1の受信信号処理回路358−jは、変換により得られた1系統の信号系列をFFT回路857−jへ出力し、FFT回路857−jにて時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換する。純粋なシングルキャリアの信号の様に時間軸上で全ての信号処理を行うシステムの場合、ないしはこの後段で引き続き時間軸の受信ウエイト行列を乗算する場合には、FFT回路857−jを介すことなく(FFT回路857−jは省略する構成)、この信号を出力する。FFT回路857−jは、第1の受信信号処理回路358−jから入力される信号を、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した所定のシンボルタイミングで、FFTにより時間軸上の信号を周波数軸上の信号(サブキャリアごとのデジタルベースバンド信号)に変換する。FFT回路857−jは、サブキャリアごとのデジタルベースバンド信号を第2の受信信号処理部75へ出力する。なお、上述の様に第1の受信信号処理部385−jがFFT回路857−jを備えない場合、第1の受信信号処理回路358−jは、時間軸上の受信ウエイトベクトルをサンプリング値ごとに受信信号ベクトルに乗算して得られる1系統分の信号を、第2の受信信号処理部75へ出力する。   When signal processing on the frequency axis is required thereafter, as in OFDM or SC-FDE, and when processing using a reception weight matrix on the frequency axis is performed at a subsequent stage, the first reception signal processing is performed. The circuit 358-j outputs one signal sequence obtained by the conversion to the FFT circuit 857-j, and the FFT circuit 857-j converts a signal on the time axis into a signal on the frequency axis. In the case of a system that performs all signal processing on the time axis like a pure single-carrier signal, or in the subsequent stage where the reception weight matrix on the time axis is continuously multiplied, the signal must be passed through the FFT circuit 857-j. (The FFT circuit 857-j is omitted), and this signal is output. The FFT circuit 857-j converts the signal input from the first received signal processing circuit 358-j into a signal on the time axis by FFT at a predetermined symbol timing determined by a timing detection circuit not shown. The signal is converted into a signal on the frequency axis (digital baseband signal for each subcarrier). FFT circuit 857-j outputs a digital baseband signal for each subcarrier to second received signal processing section 75. When the first reception signal processing unit 385-j does not include the FFT circuit 857-j as described above, the first reception signal processing circuit 358-j converts the reception weight vector on the time axis for each sampling value. And outputs a signal for one system obtained by multiplying the received signal vector to the second received signal processing unit 75.

なお、各A/D変換器856−1〜856−N’BS−Antにて取得する各サンプリングされた受信信号ベクトルがチャネル推定用のトレーニング信号に基づくものである場合には、この受信信号ベクトルは第1のチャネル情報推定回路362に入力される。第1のチャネル情報推定回路362は、上述の様な何らかの手法で各端末局装置のアンテナ素子819−1〜819−NMT−Antと、基地局装置70のアンテナ素子851−1〜851−N’BS−Antにより構成される仮想的なアンテナ素子との間のチャネル情報を時間軸上で推定(例えば式(52)に示した相関演算に相当)し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路363に出力する。第1の受信ウエイト算出回路363は、入力された時間軸上のチャネル情報を基に、その複素共役ないしは各成分ごとにその絶対値で除算した複素共役値で与えられる乗算すべき時間軸上の受信ウエイトベクトルを算出する。第1の実施形態において図19に示した第1の受信信号処理部185が各周波数成分の個別の受信ウエイトベクトルを求めるのに対し、第5の実施形態における基地局装置の第1の受信信号処理部385は、単一の時間軸成分の受信ウエイトベクトルのみを求める点が第1の受信信号処理部185との差分である。第1の受信ウエイト算出回路363は、この様にして算出した受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理回路358−jに出力する。なお、第1の受信ウエイト算出回路363による受信ウエイトベクトルの算出は、図46(a)において説明した処理に相当する。 When each sampled received signal vector obtained by each of the A / D converters 856-1 to 856-N'BS- Ant is based on a training signal for channel estimation, the received signal vector Is input to the first channel information estimation circuit 362. The first channel information estimating circuit 362 calculates the antenna elements 819-1 to 819 -N MT-Ant of each terminal station apparatus and the antenna elements 851-1 to 851 -N of the base station apparatus 70 by some method as described above. 'Estimate the channel information between the virtual antenna element constituted by BS-Ant on the time axis (corresponding to, for example, the correlation operation shown in equation (52)), and report the estimation result as the first reception weight. Output to the calculation circuit 363. Based on the input channel information on the time axis, the first reception weight calculating circuit 363 calculates the complex conjugate or the complex conjugate value obtained by dividing each component by its absolute value. Calculate the reception weight vector. In the first embodiment, the first reception signal processing unit 185 shown in FIG. 19 obtains an individual reception weight vector of each frequency component, whereas the first reception signal processing unit 185 shown in FIG. The difference between the processing unit 385 and the first reception signal processing unit 185 is that the processing unit 385 calculates only the reception weight vector of a single time axis component. The first reception weight calculation circuit 363 outputs the reception weight vector calculated in this way to the first reception signal processing circuit 358-j. The calculation of the reception weight vector by the first reception weight calculation circuit 363 corresponds to the processing described with reference to FIG.

また、送信元局の管理や、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120が管理する。ここで、通信相手の端末局装置が固定設置されている場合には受信ウエイトベクトル自体を事前に算出して記録しておき、これを単に読み出すことで第1の受信信号処理回路358−jに対して受信ウエイトベクトルを通知する構成であっても良いし、更にはPoint−to−Point型の1対1通信であれば、第1の受信信号処理回路358内に直接受信ウエイトベクトルを記憶していても良い。   In addition, the communication control circuit 120 manages control related to overall communication, such as management of a source station and overall timing control. Here, when the terminal station device of the communication partner is fixedly installed, the reception weight vector itself is calculated and recorded in advance, and this is simply read out to the first reception signal processing circuit 358-j. Alternatively, the reception weight vector may be notified, or in the case of a point-to-point type point-to-point communication, the reception weight vector is directly stored in the first reception signal processing circuit 358. May be.

なお、上述の説明は第1特異値に対応した仮想的伝送路のみを対象とした信号処理であるが、主として見通し波を意識した第1特異値に対応した仮想的伝送路を有効活用しながらも、例えば大型構造物などの比較的きれいな反射波成分なども補助的に活用する場合には、複数アンテナ素子間の同一時刻のサンプリング値間の係数を乗算した加算合成以外にも、数サンプルの遅延成分も含めた構成としても構わない。例えば基準アンテナを第1アンテナとし、1サンプリング・クロック分の遅延波が第jアンテナに漏れ込む係数を求める場合には、式(52)を拡張した下記の式(57)を用いれば良い。   In the above description, the signal processing is performed only on the virtual transmission line corresponding to the first singular value. However, while the virtual transmission line corresponding to the first singular value mainly considering the line of sight is effectively utilized. For example, when relatively clean reflected wave components such as large structures are also used in an auxiliary manner, in addition to addition and synthesis in which coefficients between sampling values at the same time between multiple antenna elements are multiplied, several samples of A configuration including a delay component may be used. For example, in the case where the reference antenna is the first antenna and a coefficient that causes a delayed wave of one sampling clock to leak into the j-th antenna is obtained, the following equation (57) obtained by expanding the equation (52) may be used.

Figure 0006676745
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ここでは式(52)と同様に、S(n)は第jアンテナ素子の第n番目のサンプリング値を表す。ここでは1本のアンテナ素子対1本のアンテナ素子の信号に関する信号処理になっているので、回線利得的には1シンボルにおける値をそのまま使うのではなく、多数回の平均値を用いることでSNR値を高めることが望ましい。この係数を基に、式(50)又は式(51)と同様にして受信ウエイトの値を求めれば良い。この様にして求めた受信ウエイトに対し、例えば受信信号処理としては以下の式(58)で1系統の時間軸の信号系列を算出すれば良い。 Here, S j (n) represents the n-th sampling value of the j-th antenna element, as in Expression (52). Here, since signal processing is performed on a signal of one antenna element versus one antenna element, the SNR is not obtained by using the value of one symbol as it is, but by using the average value of many times as the line gain. It is desirable to increase the value. Based on this coefficient, the value of the reception weight may be obtained in the same manner as in Expression (50) or Expression (51). With respect to the reception weight obtained in this manner, for example, in the reception signal processing, a signal sequence on one time axis may be calculated by the following equation (58).

Figure 0006676745
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ここで〜w’は、係数c’に対して式(50)又は式(51)を用いて算出した受信ウエイトである。この様にして、1サンプリング・クロック分の遅延波を考慮した処理を行うことも可能である。同様に、2サンプリング・クロック分の遅延波を考慮する場合には以下の式(59)を適用すれば良い。 Here, ww ′ j is a reception weight calculated using the equation (50) or the equation (51) for the coefficient c ′ j . In this manner, it is also possible to perform processing in consideration of a delay wave for one sampling clock. Similarly, when considering a delayed wave corresponding to two sampling clocks, the following equation (59) may be applied.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

Figure 0006676745
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ここで〜w’’は、係数c’’に対して式(50)又は式(51)を用いて算出した受信ウエイトである。同様の拡張を行えば、更なる遅延波成分を考慮することも可能になるが、式(58)及び式(60)の両者とも、式(53)に示した同一時刻のそれぞれのアンテナ素子のサンプリング値の信号に受信ウエイト〜wを乗算した信号を加算合成する成分を含んでいる点は共通の特徴であり、本実施形態の本質はここにある。 Here, ww ″ j is a reception weight calculated using the equation (50) or the equation (51) for the coefficient c ″ j . By performing a similar extension, it is possible to consider a further delayed wave component. However, both of Expressions (58) and (60) indicate that the respective antenna elements at the same time shown in Expression (53) that contains components for adding combines the signals obtained by multiplying the reception weight to w j to the signal sampling values is a common feature, the essence of this embodiment is here.

なお、本実施形態では、多数のアンテナ素子の送受信信号の合成において、周波数依存性のある送受信ウエイトを用い、周波数軸上で個別のサブキャリアごとに異なる送受信ウエイトを乗算する従来の指向性制御の代わりに、全サブキャリアで共通の送受信ウエイトを用いることで、サンプリング値ごとに時間軸上での指向性制御を可能としており、これは基地局装置及び端末局装置の双方で同様に用いることも可能であるし、ないしは基地局装置のみ又は端末局装置のみに実装することも可能である。上述の説明は基地局装置に関する説明であったが、以下に端末局装置に関する説明を行う。ここで基地局装置の場合と同様に、送信側及び受信側の双方において時間軸ビームフォーミングを適用することは可能である。   In the present embodiment, in the synthesis of transmission / reception signals of a large number of antenna elements, transmission / reception weights having frequency dependence are used, and the conventional directivity control of multiplying different transmission / reception weights for each individual subcarrier on the frequency axis. Instead, by using a common transmission / reception weight for all subcarriers, directivity control on the time axis can be performed for each sampling value, and this can be similarly used for both the base station apparatus and the terminal station apparatus. It is possible, or it can be implemented only in the base station device or only in the terminal station device. Although the above description is for a base station device, a description for a terminal station device will be given below. Here, similarly to the case of the base station apparatus, it is possible to apply time-axis beamforming on both the transmitting side and the receiving side.

図49は、第5の実施形態における端末局装置が備える送信部361の回路構成の例を示すブロック図である。同図に示す様に、送信部361は、第2の送信信号処理回路348と、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NSDMと、第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMと、加算合成回路812−1〜812−NMT−Antと、D/A変換器814−1〜814−NMT−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−NMT−Antと、フィルタ817−1〜817−NMT−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−NMT−Antと、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antと、第1の送信ウエイト処理部340とを備える。第1の送信ウエイト処理部340は、第1のチャネル情報取得回路341と、第1のチャネル情報記憶回路342と、第1の送信ウエイト算出回路343とを備える。第5の実施形態における端末局装置の構成は、第1の実施形態における端末局装置60(図20)と同様の構成を有するが、送信部61に代えて送信部361を備える点で異なる。 FIG. 49 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a transmission unit 361 included in a terminal station device according to the fifth embodiment. As shown in the figure, the transmission unit 361, a second transmission signal processing circuit 348, IFFT & GI imparting circuit 813-1~813-N SDM and the first transmission signal processing circuit 331-1~331-N SDM , Addition / synthesizing circuits 812-1 to 812-N MT-Ant , D / A converters 814-1 to 814-N MT-Ant , local oscillator 815, and mixers 816-1 to 816-N MT-Ant. A filter 817-1 to 817-N MT-Ant , a high power amplifier (HPA) 818-1 to 818-N MT-Ant , an antenna element 819-1 to 819-N MT-Ant, and a first A transmission weight processing unit 340. The first transmission weight processing section 340 includes a first channel information acquisition circuit 341, a first channel information storage circuit 342, and a first transmission weight calculation circuit 343. The configuration of the terminal station device in the fifth embodiment has the same configuration as the terminal station device 60 (FIG. 20) in the first embodiment, but differs in that a transmitting unit 361 is provided instead of the transmitting unit 61.

第5の実施形態における送信部361は、第1の実施形態において図25に示した送信部61に対し、時間軸ビームフォーミングを適用する場合の回路構成である。送信部361と、図25に示した送信部61との差分は、多数のIFFT&GI付与回路813を一つに集約している点、第1の送信ウエイト処理部140に代えて第1の送信ウエイト処理部340を備えている点、更にIFFT&GI付与回路813が第1の送信信号処理回路331の前段に配置された点である。   The transmission unit 361 according to the fifth embodiment has a circuit configuration when time-axis beamforming is applied to the transmission unit 61 illustrated in FIG. 25 in the first embodiment. The difference between the transmission unit 361 and the transmission unit 61 shown in FIG. The point is that the processing unit 340 is provided, and the IFFT & GI adding circuit 813 is arranged at a stage before the first transmission signal processing circuit 331.

また、図25に示した送信部61では周波数軸上での送信ウエイトベクトルの乗算が必須であったがためにOFDMにしろSC−FDEにしろ、周波数軸上での送信信号処理としてIFFT処理がいずれかの配置において必須であった。これに対して、第5の実施形態における送信部361は、時間軸上でサンプリングデータ単位での指向性ビーム形成の信号処理が可能であるため、IFFT&GI付与回路813をも省略し、純粋なシングルキャリアの信号処理とすることも可能である。この意味で、図中のIFFT&GI付与回路813は点線の四角で表現している。   Also, in the transmitting section 61 shown in FIG. 25, since multiplication of the transmission weight vector on the frequency axis is essential, IFFT processing is performed as transmission signal processing on the frequency axis regardless of OFDM or SC-FDE. Required in either arrangement. On the other hand, the transmitting unit 361 in the fifth embodiment can perform directional beam forming signal processing in units of sampling data on the time axis, so that the IFFT & GI adding circuit 813 is also omitted, and pure single It is also possible to perform carrier signal processing. In this sense, the IFFT & GI providing circuit 813 in the figure is represented by a dotted square.

第5の実施形態の端末局装置に備えられる送信部361の動作を説明する。空間多重数NSDM系統数分のデータ(データ入力#1〜#NSDM)がMAC層処理回路68より第2の送信信号処理回路348に入力されると、第2の送信信号処理回路348は、入力された各データ系統に対して送信信号処理を施して、デジタルベースバンド信号をデータ系統ごとに生成する。この信号処理は一般的なものであり、OFDMでもシングルキャリアでもSC−FDEでも、如何なる形式の無線信号であっても良い。また、送信信号に対する任意のプリコーディングを行う場合には、第2の送信信号処理回路348にてプリコーディングの信号処理を施す。第2の送信信号処理回路348から出力される信号が周波数軸上の信号である場合にはIFFT&GI付与回路813にて、信号系統ごとに周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する。純粋なシングルキャリアの信号の様に時間軸でのサンプリングデータが入力されるシステムの場合には、IFFT&GI付与回路813を介すことなく(すなわちIFFT&GI付与回路813を省略する構成)、第2の送信信号処理回路348は、信号処理により得られた各データ系統の信号を第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMに入力する。 The operation of the transmitting unit 361 provided in the terminal station device according to the fifth embodiment will be described. When data (data inputs # 1 to #N SDM ) corresponding to the number of spatial multiplexing N SDM systems are input from the MAC layer processing circuit 68 to the second transmission signal processing circuit 348, the second transmission signal processing circuit 348 The transmission signal processing is performed on each input data system to generate a digital baseband signal for each data system. This signal processing is general, and may be OFDM, single carrier, SC-FDE, or any type of wireless signal. In addition, when performing arbitrary precoding on the transmission signal, the second transmission signal processing circuit 348 performs precoding signal processing. If the signal output from the second transmission signal processing circuit 348 is a signal on the frequency axis, the IFFT & GI adding circuit 813 converts the signal on the frequency axis into a signal on the time axis for each signal system. In the case of a system in which sampling data on the time axis is input like a pure single-carrier signal, the second transmission is performed without passing through the IFFT & GI adding circuit 813 (that is, by omitting the IFFT & GI adding circuit 813). the signal processing circuit 348 inputs the signal of each data lines obtained by the signal processing to the first transmission signal processing circuit 331-1~331-N SDM.

図47に示した基地局装置が備える第1の送信信号処理部381−jは1系統の信号系列に対する信号処理を行っていた。これに対して、端末局装置では複数の信号系統の処理を行うため、端末局装置は、複数の第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMを備える構成になっている。第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMは、それぞれが対応するデータ系統の信号系列に時間軸上の送信ウエイトベクトルをサンプリング値ごとに乗算し、この結果の送信信号ベクトルの各成分を加算合成回路812−1〜812−NMT−Antに出力する。加算合成回路812−1〜812−NMT−Antは、それぞれが各第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMから入力される全ての信号系列の信号を加算合成し、同じ系統のD/A変換器814−1〜814−NSDMへ出力する。これ以降の処理は図25において示した送信部61において行われる処理と同等である。なお、第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMで各データ系統の信号系列に対して乗算される時間軸上の送信ウエイトベクトルは、送信部61と同様に信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部340に備えられている第1の送信ウエイト算出回路343より取得される。又は、上述の様に事前に取得しておいた時間軸上の送信ウエイトベクトルを第1の送信ウエイト処理部340内に記憶しておく構成として、そこから第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMに指示する構成であっても良い。 The first transmission signal processing unit 381-j included in the base station apparatus illustrated in FIG. 47 performs signal processing on one system of signal sequence. In contrast, for processing a plurality of signals lines in the terminal station apparatus, mobile station apparatus has a configuration comprising a plurality of first transmission signal processing circuit 331-1~331-N SDM. First transmission signal processing circuit 331-1~331-N SDM, each multiplied by the transmission weight vector on the time signal sequence of the corresponding data line axis for each sampling value, each of the transmission signal vector of the results The components are output to the additive synthesis circuits 812-1 to 812-NMT -Ant . Additively combining circuit 812-1~812-N MT-Ant is a signal of all signal sequences which are respectively input from the first transmission signal processing circuit 331-1~331-N SDM adds synthesized, the same strain To the D / A converters 814-1 to 814 -N SDM . The subsequent processing is the same as the processing performed in the transmitting unit 61 shown in FIG. The transmission weight vector on the time axis that is multiplied by the signal sequence of each data system in the first transmission signal processing circuits 331-1 to 331-N SDM is similar to the transmission unit 61 during signal transmission processing. It is obtained from the first transmission weight calculation circuit 343 provided in the first transmission weight processing section 340. Alternatively, the transmission weight vector on the time axis acquired in advance as described above is stored in the first transmission weight processing unit 340, and the first transmission signal processing circuit 331-1 is used therefrom. it may be configured to instruct the ~331-N SDM.

第1の送信ウエイト処理部340において、第1のチャネル情報取得回路341は、受信部365にて取得されたチャネル情報を通信制御回路121経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、第1のチャネル情報記憶回路342に記憶させる。信号の送信時には通信制御回路120からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路343は、宛先とする端末局装置に対応したチャネル情報を第1のチャネル情報記憶回路342から読み出し、読み出したチャネル情報を基に時間軸上の送信ウエイトベクトルを算出する。ここでの送信ウエイトベクトルの算出方法は上述の基地局装置と同様な任意の方法を用いることができる。更に図25において示した送信部61では各周波数成分の個別の送信ウエイトベクトルを求めるのに対し、第5の実施形態における第1の送信ウエイト算出回路343は単一の時間軸成分での送信ウエイトベクトルのみを求める点が送信部61との差分である。また、端末局装置が固定設置されている場合には送信ウエイトベクトル自体を事前に算出して記録しておき、これを単に読み出すことで第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDMに対して送信ウエイトベクトルを通知する構成であっても良いし、更にはPoint−to−Point型の1対1通信であれば、第1の送信信号処理回路331−1〜331−NSDM内に直接送信ウエイトベクトルを記憶していても良い。 In the first transmission weight processing unit 340, the first channel information acquisition circuit 341 separately acquires the channel information acquired by the reception unit 365 via the communication control circuit 121, and sequentially updates the acquired channel information. It is stored in the first channel information storage circuit 342. At the time of signal transmission, the first transmission weight calculation circuit 343 reads channel information corresponding to the destination terminal station device from the first channel information storage circuit 342 in accordance with an instruction from the communication control circuit 120, and reads the read channel information. The transmission weight vector on the time axis is calculated based on An arbitrary method similar to that of the above-described base station apparatus can be used for the method of calculating the transmission weight vector here. Further, the transmission unit 61 shown in FIG. 25 obtains an individual transmission weight vector for each frequency component, whereas the first transmission weight calculation circuit 343 in the fifth embodiment employs a transmission weight for a single time axis component. The point that only the vector is obtained is the difference from the transmission unit 61. When the terminal station apparatus is fixedly installed, the transmission weight vector itself is calculated and recorded in advance, and the transmission weight vector itself is simply read to obtain the first transmission signal processing circuits 331-1 to 331-N SDM. transmission weight to the vector may be configured to notify, if more Point-to-Point-type one-to-one communication with respect to the first transmission signal processing circuit 331-1~331-N in SDM May be directly stored in the transmission weight vector.

図50は、第5の実施形態における端末局装置の受信部365の構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、受信部365は、アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antと、ローノイズアンプ852−1〜852−NMT−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Nと、フィルタ855−1〜855−Nと、A/D変換器856−1〜856−Nと、第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMと、FFT回路857−1〜857−NSDMと、第2の受信信号処理回路359と、第1の受信ウエイト処理部354とを備える。第1の受信ウエイト処理部354は、第1のチャネル情報推定回路356と第1の受信ウエイト算出回路357とを備える。 FIG. 50 is a block diagram illustrating a configuration example of the receiving unit 365 of the terminal station device according to the fifth embodiment. As shown in the figure, the receiving unit 365 includes antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant , low noise amplifiers 852-1 to 852-N MT-Ant , a local oscillator 853, and mixers 854-1 to 854-1. 854-N, filters 855-1 to 855-N, A / D converters 856-1 to 856-N, first reception signal processing circuits 355-1 to 355-N SDM , and FFT circuit 857- comprising a one to eight hundred fifty-seven-N SDM, the second received signal processing circuit 359, and a first reception weight processing unit 354. The first reception weight processing section 354 includes a first channel information estimation circuit 356 and a first reception weight calculation circuit 357.

第5の実施形態における受信部365は、第1の実施形態において図23に示した受信部65に対し、時間軸ビームフォーミングを適用する場合の回路構成である。図23に示した受信部65との差分は、多数のFFT回路857を一つに集約した点、第1の受信信号処理回路155と第2の受信信号処理回路159と第1の受信ウエイト処理部154とに代えて第1の受信信号処理回路355と第2の受信信号処理回路359と第1の受信ウエイト処理部354とを備える点、更にFFT回路857−1〜857−NSDMと、が第1の受信信号処理回路355の後段に配置された点である。 The receiving unit 365 in the fifth embodiment has a circuit configuration in the case where time-axis beamforming is applied to the receiving unit 65 shown in FIG. 23 in the first embodiment. The difference from the receiving unit 65 shown in FIG. 23 is that a large number of FFT circuits 857 are integrated into one, the first received signal processing circuit 155, the second that provided in place of the part 154 and the first received signal processing circuit 355 and the second received signal processing circuit 359 and the first reception weight processing unit 354, a further FFT circuit 857-1~857-N SDM, Is disposed after the first reception signal processing circuit 355.

また、図23に示した受信部65では周波数軸上での受信ウエイトベクトルの乗算が必須であったがためにOFDMにしろSC−FDEにしろ、周波数軸上での受信信号処理としてFFT処理がいずれかの配置において必須であった。これに対して、第5の実施形態における受信部365は、時間軸上においてサンプリングデータ単位での指向性ビーム形成の信号処理が可能であるため、FFT回路857−1〜857−NSDMをも省略し、純粋なシングルキャリアの信号処理とすることも可能である。この意味で、図50に示したFFT回路857−1〜857−NSDMは点線の四角で表現している。 In addition, in the receiving unit 65 shown in FIG. 23, since multiplication of the reception weight vector on the frequency axis is essential, FFT processing is performed as reception signal processing on the frequency axis regardless of OFDM or SC-FDE. Required in either arrangement. In contrast, the reception section 365 in the fifth embodiment, since it is possible to signal processing beamforming at the sampling data unit on the time axis, also the FFT circuit 857-1~857-N SDM It is also possible to omit this and perform pure single-carrier signal processing. In this sense, FFT circuit 857-1~857-N SDM shown in FIG. 50 is expressed by a dotted line box.

第5の実施形態の端末局装置に備えられる受信部365の動作について説明する。アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信された信号に対する処理のうち、ローノイズアンプ852−1〜852−NMT−AntからA/D変換器856−1〜856−NMT−Antまでにおいて行われる処理は、第1の実施形態の受信部65における処理と同様の処理である。A/D変換器856−1〜856−NMT−Antは、各サンプリングにおけるデジタルベースバンド信号で構成される受信信号ベクトルを第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMに入力する。基地局装置においては、図48に示した様に第1の受信信号処理部385−jが1系統の信号系列の処理を行っていた。これに対して、端末局装置においては複数の信号系統の処理を行うため、受信部365は、複数の第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMを備える構成になっている。第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMは、通信制御回路121からの指示に従い、各信号系列に対応する時間軸上の受信ウエイトベクトルをサンプリング値ごとに受信信号ベクトルに乗算し、各信号系列の信号に変換する。各信号系列に対応する受信ウエイトベクトルは、第1の受信ウエイト処理部354から入力される。第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMは、得られた各信号系列の信号を、信号系列に対応するFFT回路857−1〜857−NSDMへ出力する。 An operation of the receiving unit 365 provided in the terminal station device according to the fifth embodiment will be described. Among the processing on the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant , the low-noise amplifiers 852-1 to 852-N MT-Ant to the A / D converters 856-1 to 856-N MT-Ant The processing performed up to is the same as the processing in the receiving unit 65 of the first embodiment. A / D converter 856-1~856-N MT-Ant inputs the received signal vector consisting of the digital baseband signal at each sampled first received signal processing circuit 355-1~355-N SDM . In the base station apparatus, as shown in FIG. 48, the first received signal processing unit 385-j performs processing of one signal sequence. In contrast, for processing a plurality of signals lines in the terminal station apparatus, the reception unit 365 has a structure comprising a plurality of first received signal processing circuit 355-1~355-N SDM. First received signal processing circuit 355-1~355-N SDM in accordance with an instruction from the communication control circuit 121, a receiving weight vector on the time axis corresponding to each signal series by multiplying the received signal vector for each sampled value Are converted into signals of each signal series. A reception weight vector corresponding to each signal sequence is input from first reception weight processing section 354. The first received signal processing circuits 355-1 to 355-N SDM output the obtained signals of the respective signal sequences to the FFT circuits 857-1 to 857-N SDM corresponding to the signal sequences.

なお、図20に示した通信制御回路121と図50に示す通信制御回路121では、厳密には通信制御回路121を介して転送するチャネル情報などの詳細が若干異なる。例えば、図20では一般の通信方式を対象としているため、サブキャリアごとに異なるチャネル情報を転送する必要があるが、図50の場合には時間軸上の単一のチャネル情報(すなわち、周波数依存性がなく、全サブキャリアで共通のチャネル情報)のみを転送すればよい。しかし、この様な具体的な情報の差分を除けばその他の機能は等価であるため、ここでは同一の符号を用いて説明することとする。   It should be noted that the communication control circuit 121 shown in FIG. 20 and the communication control circuit 121 shown in FIG. 50 are slightly different in details such as channel information transferred via the communication control circuit 121 strictly. For example, in FIG. 20, since a general communication scheme is targeted, different channel information needs to be transferred for each subcarrier, but in FIG. 50, a single channel information on the time axis (that is, And only the common channel information for all subcarriers need to be transferred. However, since other functions are equivalent except for such a difference in specific information, description will be made using the same reference numerals.

OFDMやSC−FDEの様に、これ以降において周波数軸上の信号処理が必要である場合には、FFT回路857−1〜857−NSDMにて時間軸上の各信号系列の信号を周波数軸上の信号に変換する。純粋なシングルキャリアの信号の様に時間軸上で全ての信号処理を行うシステムの場合、ないしはこの後段でも時間軸上の受信ウエイト行列を用いて信号処理を行う場合には、FFT回路857−1〜857−NSDMを介すことなく(すなわちFFT回路857−1〜857−NSDMを省略する構成とする)、各信号系列の信号は第2の受信信号処理回路359へ出力される。 As the OFDM and SC-FDE, which if necessary signal processing on the frequency axis in the following, the frequency axis signal of each signal sequence on the time axis at the FFT circuit 857-1~857-N SDM Convert to the above signal. In the case of a system that performs all signal processing on the time axis like a signal of a pure single carrier, or in a case where signal processing is performed using a reception weight matrix on the time axis even in the subsequent stage, the FFT circuit 857-1 is used. not through the ~857-N SDM (i.e. omitted from the FFT circuit 857-1~857-N SDM), the signal of each signal sequence is output to the second reception signal processing circuit 359.

例えば第2の受信信号処理回路359にて時間軸上の信号処理を行う場合には、第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMから空間多重数NSDMの次元の時間軸上の各信号系列の信号が入力され、これに時間軸上の受信ウエイト行列を乗算し、空間多重された信号系列の信号分離を時間軸上で実施し、分離された信号に対して必要に応じて信号検出処理を行い、再生されたデータ系列をMAC層処理回路68に出力する。 For example, when signal processing on the time axis is performed by the second reception signal processing circuit 359, the first reception signal processing circuit 355-1 to 355-N SDM determines the spatial multiplexing number N SDM on the time axis. The signal of each signal series is input, and this is multiplied by the reception weight matrix on the time axis, and the signal separation of the spatially multiplexed signal series is performed on the time axis. And performs a signal detection process, and outputs the reproduced data sequence to the MAC layer processing circuit 68.

ここで、第2の受信信号処理回路359が各信号系列の信号に対して乗算する受信ウエイト行列は、図46(b)に示した処理により得られる受信ウエイト行列である。ここでは、事前に取得した受信ウエイト行列を用いても良いし、無線パケットの受信の都度、第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMから入力される信号(無線パケット)の先頭に付与されたチャネル推定用のトレーニング信号を用い、式(56)に示した演算でチャネル情報に関するチャネル行列を取得し、これに対して一般的なMIMO信号処理として、ZF法やMMSE法などにより線形ウエイトを算出して受信ウエイト行列としても良い。この様にして信号分離されたNSDM系統の信号は、シングルキャリアの信号であればシングルキャリアの信号処理を行えば良いし、OFDMやSC−FDEであれば、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した所定のシンボルタイミングで、FFTにより時間軸上の信号を周波数軸上の信号(サブキャリアごとのデジタルベースバンド信号)に変換し、通常の復調処理を行い、再生されたデータ系列をMAC層処理回路68に出力する。 Here, the reception weight matrix by which the second reception signal processing circuit 359 multiplies the signal of each signal sequence is a reception weight matrix obtained by the processing shown in FIG. Here, it is possible to use the previously obtained reception weight matrix, each time receiving a wireless packet, the beginning of a signal input from the first received signal processing circuit 355-1~355-N SDM (wireless packet) , A channel matrix related to channel information is obtained by the operation shown in equation (56), and a general MIMO signal process is performed using the ZF method or the MMSE method. A linear weight may be calculated and used as a reception weight matrix. The signal of the NSDM system separated in this manner may be subjected to single-carrier signal processing if it is a single-carrier signal, or timing detection omitted here for OFDM or SC-FDE. A signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis (digital baseband signal for each subcarrier) by FFT at a predetermined symbol timing determined by the circuit for normal demodulation, and the demodulated data is reproduced. The sequence is output to the MAC layer processing circuit 68.

一方、第2の受信信号処理回路359にて周波数軸上の信号処理を行う場合には、FFT回路857−1〜857−NSDMから周波数軸上の信号が第2の受信信号処理回路359に入力され、事前に取得した受信ウエイト行列を用いても良いし、無線パケットの受信の都度、第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMから入力される信号(無線パケット)の先頭に付与されたチャネル推定用のトレーニング信号部分の情報と既知のトレーニング信号の関係を基にチャネル推定を行うことでチャネル行列を取得し、これに対して一般的なMIMO信号処理として、ZFやMMSEなどの線形ウエイトを算出して受信ウエイト行列としても良いし、MLDや簡易型のQR−MLDなどの非線形処理で信号検出処理を行っても良い。この様な信号検出処理を実施して再生されたデータ系列をMAC層処理回路68に出力する。なお、上述の説明における信号検出処理ないしは復調処理においては、必要に応じてデインタリーブや誤り訂正処理などを含む構成としても構わない。 On the other hand, when performing signal processing on the frequency axis in the second received signal processing circuit 359, the FFT circuit 857-1~857-N SDM to a signal on the frequency axis second received signal processing circuit 359 is input, may be used pre-obtained reception weight matrix, each time receiving a wireless packet, the beginning of a signal input from the first received signal processing circuit 355-1~355-N SDM (wireless packet) , A channel matrix is obtained by performing channel estimation based on the relationship between the information of the training signal portion for channel estimation and the known training signal given to ZF and MMSE as general MIMO signal processing. The weight may be calculated as a linear weight such as a reception weight matrix, or the signal detection processing may be performed by non-linear processing such as MLD or simplified QR-MLD. The data sequence reproduced by performing such signal detection processing is output to the MAC layer processing circuit 68. Note that the signal detection processing or demodulation processing in the above description may be configured to include deinterleaving, error correction processing, and the like as necessary.

なお、各A/D変換器856−1〜856−NMT−Antにて取得する各サンプリング値を成分とする受信信号ベクトルがチャネル推定用のトレーニング信号に対応するものである場合には、この受信信号ベクトルは第1のチャネル情報推定回路356に入力される。第1のチャネル情報推定回路356は、上述の基地局装置70と同様な何らかの手法で各端末局装置のアンテナ素子851−1〜851−NMT−Antと、基地局装置70の各仮想的アンテナ素子との間のチャネル情報を時間軸上で推定し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路357に出力する。第1の受信ウエイト算出回路357は、入力された時間軸上のチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトベクトルを算出する。第1の実施形態において図23に示した受信部65が各周波数成分の個別の送信ウエイトベクトルを求めるのに対し、第5の実施形態における端末局装置の受信部365は、単一の時間軸成分での送信ウエイトベクトルのみを求める点が受信部65との差分である。第1の受信ウエイト算出回路357は、この様にして算出した受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMに出力する。又は、上述の様に事前に取得しておいた時間軸上の受信ウエイトベクトルを第1の受信ウエイト処理部354内に記憶しておく構成として、そこから第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDMに指示する構成であっても良い。 If the received signal vector having each sampling value as a component obtained by each of the A / D converters 856-1 to 856-N MT-Ant corresponds to a training signal for channel estimation, this The received signal vector is input to first channel information estimation circuit 356. The first channel information estimating circuit 356 calculates the antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant of each terminal station apparatus and the virtual antennas of the base station apparatus 70 by some method similar to that of the base station apparatus 70 described above. Channel information between the device and the element is estimated on the time axis, and the estimation result is output to the first reception weight calculation circuit 357. The first reception weight calculation circuit 357 calculates a reception weight vector to be multiplied based on the input channel information on the time axis. In the first embodiment, the receiving unit 65 shown in FIG. 23 obtains an individual transmission weight vector for each frequency component, whereas the receiving unit 365 of the terminal station device according to the fifth embodiment uses a single time axis. The difference from the receiving unit 65 is that only the transmission weight vector of the component is obtained. First reception weight calculating circuit 357 outputs the reception weight vector calculated in this way in the first received signal processing circuit 355-1~355-N SDM. Alternatively, the reception weight vector on the time axis acquired in advance as described above is stored in the first reception weight processing unit 354, and the first reception signal processing circuit 355-1 is used therefrom. it may be configured to instruct the ~355-N SDM.

また、送信元局の管理や、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121が管理する。ここで、端末局装置が固定設置されている場合には受信ウエイトベクトル自体を事前に算出して記録しておき、これを単に読み出すことで第1の受信信号処理回路355に対して受信ウエイトベクトルを通知する構成であっても良いし、更にはPoint−to−Point型の1対1通信であれば、第1の受信信号処理回路355−1〜355−NSDM内に直接受信ウエイトベクトルを記憶していても良い。以上が第5の実施形態における端末局装置の受信部365の構成例の説明である。 Further, the communication control circuit 121 manages control related to the entire communication, such as management of the source station and overall timing control. Here, when the terminal station apparatus is fixedly installed, the reception weight vector itself is calculated and recorded in advance, and the reception weight vector is simply read out to the first reception signal processing circuit 355 to receive the reception weight vector. may be configured to notify, if even a one-to-one communication Point-to-Point type, the direct receiving weight vector to the first reception signal processing circuit 355-1~355-N SDM You may memorize it. The above is the description of the configuration example of the receiving unit 365 of the terminal station device according to the fifth embodiment.

第5の実施形態のポイントとしては、複数のアンテナ素子を備える場合において、アンテナ素子間の間隔を狭くすることにより、見通し波の経路長の差が十分に小さくなり、また周波数領域における受信ウエイトの周波数依存性が小さくなる傾向がある。このとき、IFFTなどにより受信ウエイトを時間領域に変換すると、殆ど第1波成分(見通し波の成分)が全体の受信電力のうちの大部分を占めることになる。この様な状況では、周波数領域において行われるMIMOの信号分離が、時間領域において実行可能になる。また、第1波成分のみを用いた時間領域において行えるMIMOの信号分離は、サンプリング値ごとに行うことができる。   The point of the fifth embodiment is that, when a plurality of antenna elements are provided, the difference between the path lengths of the line-of-sight waves is made sufficiently small by reducing the interval between the antenna elements, and the reception weight in the frequency domain is reduced. The frequency dependence tends to be small. At this time, if the reception weight is converted into the time domain by IFFT or the like, the first wave component (line-of-sight wave component) almost occupies most of the entire reception power. In such a situation, MIMO signal separation performed in the frequency domain can be performed in the time domain. Also, MIMO signal separation that can be performed in the time domain using only the first wave component can be performed for each sampling value.

そこで、第5の実施形態における無線通信システムでは、例えば信号受信時において、基地局装置が備える第1の受信信号処理部385と端末局装置が備え得る受信部365内の第1の受信信号処理回路355とが、チャネル行列を特異値分解して得られる第1特異値に対応する仮想伝送路の信号を受信信号から分離する第1段目の信号分離を時間軸上でサンプリング値ごとに実施する。その後、基地局装置が第1の受信信号処理部385の後段に備える第2の受信信号処理部75と端末局装置が備え得る受信部365内の第2の受信信号処理回路359とが、仮想伝送路間の信号を分離する第2段目の信号分離を実施する。第5の実施形態の無線通信システムの受信側の装置において、第2段目の信号分離を時間軸上で行う場合には、信号分離において用いられる受信ウエイト行列は、アンテナ素子ごとに受信した信号の相関値を求めることにより得られるチャネル行列に基づいて算出することが可能である。   Therefore, in the wireless communication system according to the fifth embodiment, for example, at the time of signal reception, the first reception signal processing unit 385 provided in the base station device and the first reception signal processing in the reception unit 365 provided in the terminal station device are provided. The circuit 355 performs a first-stage signal separation for separating a signal on a virtual transmission path corresponding to a first singular value obtained by singular value decomposition of a channel matrix from a received signal for each sampling value on a time axis. I do. Thereafter, the second reception signal processing unit 75 provided in the subsequent stage of the first reception signal processing unit 385 by the base station apparatus and the second reception signal processing circuit 359 in the reception unit 365 that the terminal station apparatus can include are virtually connected. A second-stage signal separation for separating signals between transmission paths is performed. In the device on the receiving side of the wireless communication system according to the fifth embodiment, when the second-stage signal separation is performed on the time axis, the reception weight matrix used in the signal separation is the signal received for each antenna element. Can be calculated based on the channel matrix obtained by obtaining the correlation value of.

MIMOの信号分離を時間領域において行うことにより、信号分離において必要だったFFTを省くことが可能となり、演算負荷及び演算回路を削減することができる。また、空間多重されたシングルキャリア伝送を行う際には、周波数軸上に信号を変換する必要がなくなるため、ミリ波等の高周波数帯で問題となる位相雑音の影響を、既存の純粋なシングルキャリア伝送での位相雑音補償技術を流用することが可能になる。また、基地局装置及び端末局装置におけるMIMO信号分離に対する演算負荷を削減しつつ、第1から第4の実施形態と同様に、見通し環境における直接波が支配的な状況において帯域の拡大を実現することができる。   By performing the MIMO signal separation in the time domain, it is possible to omit the FFT required for the signal separation, and to reduce the operation load and the operation circuit. In addition, when performing spatially multiplexed single-carrier transmission, it is not necessary to convert signals on the frequency axis. It becomes possible to use the phase noise compensation technique in carrier transmission. In addition, as in the first to fourth embodiments, the bandwidth can be expanded in a situation where direct waves are dominant in a line-of-sight environment, while reducing the calculation load for MIMO signal separation in the base station apparatus and the terminal station apparatus. be able to.

なお、第5の実施形態の無線通信システムでは、相関係数から受信ウエイト/送信ウエイトを求める構成について説明した。しかし、一部のサブキャリアに対してチャネル情報のフィードバックを行い、その平均値で全周波数帯の受信ウエイト/送信ウエイトを算出する様にしてもよい。   In the wireless communication system according to the fifth embodiment, the configuration has been described in which the reception weight / transmission weight is obtained from the correlation coefficient. However, channel information may be fed back to some subcarriers, and the reception weight / transmission weight of the entire frequency band may be calculated based on the average value.

[第6の実施形態]
[見通し波が支配的な場合のチャネル行列取得の近似解法]
(第6の実施形態の係る基本原理の概要)
上述の説明では、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に利用した空間多重伝送について説明した。この空間多重伝送ではチャネル行列を特異値分解し、その第1右特異ベクトルないしは第1左特異ベクトルを算出する必要がある。また、この特異値分解に用いる元のチャネル行列を取得するためには、チャネル推定及びチャネル情報のフィードバックが必要である。ここでは多数のアンテナ素子を用いることで利得の向上を図るため、多数の送信アンテナと多数の受信アンテナのそれぞれの数の積に相当するチャネル行列の成分を求める必要がある。一般的にはチャネル行列の成分の数に比例してチャネル推定用のトレーニング信号送信に伴うオーバヘッドが増加し、無視できない量となる。
[Sixth Embodiment]
[Approximate solution for channel matrix acquisition when line of sight is dominant]
(Overview of Basic Principle According to Sixth Embodiment)
In the above description, spatial multiplexing transmission that actively utilizes virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values has been described. In this spatial multiplexing transmission, it is necessary to perform singular value decomposition of a channel matrix and calculate a first right singular vector or a first left singular vector. Also, in order to obtain the original channel matrix used for this singular value decomposition, channel estimation and feedback of channel information are required. Here, in order to improve the gain by using a large number of antenna elements, it is necessary to find a component of a channel matrix corresponding to a product of the number of each of a large number of transmitting antennas and a large number of receiving antennas. In general, the overhead associated with the transmission of a training signal for channel estimation increases in proportion to the number of components of the channel matrix, and becomes an insignificant amount.

インプリシット・フィードバックは、例えばアップリンクのチャネル行列の取得ができた場合に、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行列を推定し、基地局装置のアンテナ素子数の増加に伴うオーバヘッドを削減することができる。一方、端末側に複数本のアンテナ素子があれば、各アンテナ素子から個別にトレーニング信号を送信しなければ、アップリンクのチャネル行列を取得できず、端末側のアンテナ素子数の増加に伴うオーバヘッドは削減することができない。   The implicit feedback is, for example, when the uplink channel matrix can be obtained, the downlink channel matrix is estimated by the calibration process, and the overhead associated with the increase in the number of antenna elements of the base station device can be reduced. it can. On the other hand, if there are a plurality of antenna elements on the terminal side, unless a training signal is individually transmitted from each antenna element, an uplink channel matrix cannot be obtained, and the overhead due to an increase in the number of antenna elements on the terminal side is Cannot be reduced.

端末側のアンテナ素子数が比較的少数の場合、例えば2本であれば偶数サブキャリアと奇数サブキャリアでそれぞれのアンテナがトレーニング信号を送信することにより、周波数軸上において2サブキャリア周期で独立してチャネル推定が可能である。この場合、その間のチャネル推定ができていないサブキャリアのチャネル情報を内挿補間で推定する。他にも直交化された複数のプリアンブル信号を用いることで効率的にチャネル推定を行うことは可能である。しかし、例えば16本や32本などの多素子のアンテナ素子を備える場合には、サブキャリア間隔が広がりすぎて内挿補間によるチャネル推定の精度が極端に低下してしまうという課題があり、効率的なチャネル推定及びそのフィードバックには限界が存在する。   When the number of antenna elements on the terminal side is relatively small, for example, if the number of antenna elements is two, each antenna transmits a training signal on even-numbered subcarriers and odd-numbered subcarriers. Channel estimation is possible. In this case, the channel information of the subcarrier for which channel estimation has not been performed is estimated by interpolation. In addition, it is possible to efficiently perform channel estimation by using a plurality of orthogonalized preamble signals. However, in the case where a multi-element antenna element such as 16 or 32 elements is provided, there is a problem that the subcarrier interval is too wide and the accuracy of channel estimation by interpolation is extremely reduced. There are limitations to channel estimation and its feedback.

更に、大規模アンテナを適用して回線利得を向上する場合においても、1素子のアンテナでは回線設計上では有効なチャネル推定ができるほどの高いSNR(信号雑音比)は期待できない。このため、例えばチャネル時変動がないことを前提とした長時間測定と平均化処理などが必要である。しかし、例えば列車ムービングセルの場合の様に時変動を伴う様なケースでは長時間平均化は採用することはできず、瞬時に必要な全てのパスのチャネル情報を取得する必要がある。一般のMIMOシステムでは、例えば送信側にN本のアンテナ素子を備える場合には、1OFDMシンボルのトレーニング信号をNシンボル利用してチャネル推定を行ったりしていた。しかし、上述の様に送受信局共に多数のアンテナ素子を備える場合には、N本のチャネル推定の間にチャネルが時変動する恐れがある。このため、可能な限り短時間で必要なチャネル情報を取得し終わるチャネル推定方法が必要となる。   Furthermore, even when a large-scale antenna is applied to improve the line gain, a single-element antenna cannot expect a high SNR (signal-to-noise ratio) enough to enable effective channel estimation in line design. For this reason, for example, long-term measurement and averaging processing on the assumption that there is no channel time variation are required. However, in a case involving time fluctuations, for example, in the case of a train moving cell, long-term averaging cannot be employed, and it is necessary to acquire channel information of all necessary paths instantaneously. In a general MIMO system, for example, when N antenna elements are provided on the transmission side, channel estimation is performed using N symbols of a training signal of one OFDM symbol. However, as described above, when both the transmitting and receiving stations are provided with a large number of antenna elements, there is a possibility that the channel may fluctuate during N channel estimation. For this reason, a channel estimation method is required in which necessary channel information is obtained in as short a time as possible.

ここで、上述の第1特異値に対する仮想的伝送路を積極的に利用する場合には、端末装置のアンテナ群及び基地局装置の各第1の信号処理部のアンテナ群は非常に狭い領域に集中して配置されている。このため、その微妙な位置のずれによりチャネル情報は微小に変化する。しかし、見通し波成分のみに着目するならば、その変化はチャネルベクトルの各成分の間の規則性を保った形で変化することが期待される。例えば、送信側であるアンテナ素子から送信した際の信号を受信側のアンテナ群で受信した場合、信号の経路長差に依存してチャネル情報は変化する。このため、この規則性がどの様なものであるかを「見通し波」のみを考慮した伝搬モデル上で取得し、その規則性を積極的に利用することでチャネル推定を効率的に実施することができる。以下では、このチャネル推定を効率的に実施する方法について説明する。   Here, when the virtual transmission path for the first singular value is positively used, the antenna group of the terminal device and the antenna group of each first signal processing unit of the base station device are located in a very narrow area. They are concentrated. For this reason, the channel information changes minutely due to the subtle displacement. However, if attention is paid only to the line-of-sight component, the change is expected to change in a form that maintains the regularity between the components of the channel vector. For example, when a signal transmitted from an antenna element on the transmission side is received by an antenna group on the reception side, channel information changes depending on a difference in path length of the signal. For this reason, it is necessary to obtain the type of this regularity on a propagation model that considers only the “line of sight wave”, and to efficiently use the regularity to efficiently perform channel estimation. Can be. Hereinafter, a method of efficiently performing the channel estimation will be described.

図51は、複数のアンテナ素子で受信した受信信号の概要を示す図である。この図において、符号221−1〜5はアンテナ素子であり、アンテナ素子221−1〜5が角度θ方向でアンテナ素子221−1から距離L離れた地点にある別のアンテナ素子(本図では図示していない)からの信号を受信する場合の状況を示している。ここで、第mアンテナ素子221−mでの時刻tの受信信号をΦ(t)として表している。角度θ方向からの到来波の第1アンテナ素子221−1の、送信アンテナからの距離をLとして、平面波近似を行った場合、波面は点線で示したラインとなる。 FIG. 51 is a diagram illustrating an outline of a reception signal received by a plurality of antenna elements. In this figure, reference numerals 221-1 to 221-1 denote antenna elements, and another antenna element in which the antenna elements 221-1 to 5 are located at a distance L from the antenna element 221-1 in the angle θ direction (FIG. (Not shown). Here, the received signal at the time t at the m-th antenna element 221-m is represented as Φ m (t). When the plane wave approximation is performed by setting the distance of the first antenna element 221-1 of the arriving wave from the angle θ direction from the transmission antenna to L, the wavefront becomes a line indicated by a dotted line.

したがって、第1アンテナ素子221−1と第mアンテナ素子221−mの到来距離の差分は図に示す様にΔLとなる。アンテナ素子間隔がdであれば、第mと第m+1アンテナ素子の経路差はd・sinθである。ただし、ここではリニアアレー以外の配置の場合も含めて一般化するためにΔLを用いて第1アンテナ素子221−1を基準に経路長差を規定している。ここで、第mアンテナ素子221−mの受信信号を第kサブキャリアφ (k)(t)に分けて表現すれば、第mアンテナ素子221−mでの時刻tの受信信号Φ(t)はサブキャリア成分の総和として下記の式(61)で表すことができる。 Therefore, the difference between the arrival distances of the first antenna element 221-1 and the m-th antenna element 221-m is ΔL m as shown in the figure. If the antenna element interval is d, the path difference between the mth and (m + 1) th antenna elements is d · sin θ. However, in this case, the path length difference is defined based on the first antenna element 221-1 using ΔL m for generalization including an arrangement other than the linear array. Here, if the received signal of the m-th antenna element 221-m is divided into k-th subcarriers φ m (k) (t) and expressed, the received signal Φ m (t) of the m-th antenna element 221-m at time t t) can be expressed by the following equation (61) as the sum of the subcarrier components.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、時刻tにおける送信信号成分をS(t)で表せば、中心周波数fに対し無線周波数f+fの受信信号は以下の式(62)で表すことができる。 Here, if indicated a transmission signal component at time t in S k (t), the received radio frequency signal f c + f k with respect to the center frequency f c can be expressed by the following equation (62).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、c (k)は第kサブキャリアにおいて第1アンテナ素子221−1での受信信号を基準とする際の第mアンテナ素子221−mでの受信信号の係数(相対チャネル情報)であり、下記の式(63)で与えられる。 Here, cm (k) is a coefficient (relative channel information) of the reception signal at the m-th antenna element 221-m when the reception signal at the first antenna element 221-1 is used as a reference in the k-th subcarrier. And is given by the following equation (63).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここでαは第mアンテナ素子221−mに関する定数であり、下記の関係式(式(64))で定義される。 Here, α m is a constant related to the m-th antenna element 221-m, and is defined by the following relational expression (Expression (64)).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

式(63)の右辺は二つの自然対数のべき乗の積で表記されているが、その前者はサブキャリアごとに周波数依存性のない定数で、アンテナ素子ごとに異なる値を取る一方、後者は周波数依存性を示す。Wが周波数帯域幅であることを考慮するとx=f/Wとすれば、αが1よりも小さい時に、xが−1/2から+1/2の間の値で変化するときに複素位相が2παxで直線的に変化する。この複素位相が直線的に変化する特徴を利用すれば、全てのサブキャリアにおいて受信ウエイトを算出しなくても、何点かサブキャリアを定めて複素位相成分の線形補間を行えば全サブキャリアでの受信ウエイトを算出することが可能となる。 The right side of equation (63) is expressed as the product of two natural logarithmic powers. The former is a constant without frequency dependence for each subcarrier and takes a different value for each antenna element, while the latter is a frequency Show dependencies. Considering that W is a frequency bandwidth, assuming that x = f k / W, when α m is smaller than 1, when x changes in a value between − / and + /, a complex phase linearly changes with 2πα m x. If the feature that the complex phase changes linearly is used, even if the reception weight is not calculated for all subcarriers, if some subcarriers are determined and linear interpolation of complex phase components is performed, all subcarriers can be used. Can be calculated.

なお、上述の説明では式(63)の右辺は絶対値が1の複素数となっているが、現実の測定結果では雑音や反射波の影響で厳密には絶対値が1の複素数とはならない。その様な場合には、観測されたc (k)をc (k)/|c (k)|で規格化した値に置換して下記の処理を施すこととする。また、この様にして規格化されたチャネル情報の複素共役値を用いて受信ウエイトを算出する場合には、そのウエイトは最大比合成ではなく等利得合成のウエイトとして求まることになるが、ここでは見通し波が支配的な環境を想定しているために、等利得合成と最大比合成で特性に大きな差がないことが期待される。 In the above description, the right side of Expression (63) is a complex number having an absolute value of 1, but the actual measurement result is not strictly a complex number having an absolute value of 1 due to the influence of noise and reflected waves. In such cases, observed c m a (k) c m (k) / | c m (k) | with substituted on normalized value and performing the following processes. When the reception weight is calculated by using the complex conjugate value of the channel information thus standardized, the weight is obtained not as the maximum ratio combination but as the equal gain combination weight. Since the environment where the line of sight wave is dominant is assumed, it is expected that there is no large difference in characteristics between equal gain combining and maximum ratio combining.

図52は、限定的なサブキャリアによるチャネル推定の概要を示す図である。この図においては、周波数帯域幅Wの中でf〜fの4つのサブキャリアに対し第mアンテナ素子に対してチャネル推定を行い、測定により得られた規格化された相対チャネル情報c (fk)に対し、自然対数(自然対数の底eを用いた対数)を取った値を2πjで除算した値をY(f)とする(式(65))。 FIG. 52 is a diagram illustrating an outline of channel estimation using limited subcarriers. In this figure, performs channel estimation for the m th antenna element in the frequency bandwidth W with respect to four sub-carriers f A ~f D, the relative channel information c m which is normalized obtained by measuring A value obtained by dividing a value obtained by taking a natural logarithm (a logarithm using a base e of the natural logarithm) with respect to (fk) by 2πj is defined as Y m (f k ) (Equation (65)).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

式(65)を参照すれば、f/Wをx、Y(f)をyとしてグラフにプロットすると、−1/2〜+1/2の間のxに対し、図52の右図の様に直線的にy=ax+bの直線上近傍に観測されたY(f)がプロットされることになる。したがって最小二乗法でこの直線のフィッティングを行えばチャネル情報の周波数依存性を取得することができる。従来からトレーニング信号を送信するサブキャリアを歯抜けにしてチャネル推定を行う技術はあった。しかし、それらは全帯域内でのチャネル情報の周波数依存性に関する情報がなかったため、観測された2点のサブキャリア間での直線的な内挿補間や、その2点の前後の周波数依存性を考慮して、非線形の内挿補間を行うなどの処理に限定されていた。本実施形態は、見通し波成分のみに着目する場合には全周波数帯域で複素位相的には直線的な周波数依存性を示すことを活用し、全帯域に渡りその周波数依存性を活用した線形補間を行うものである。ただし、ここで注意すべき点としては、複素数の自然対数を取る際に、eのべき乗部分に2πjの整数倍が加算されてもY(f)は同じ値となるため、その部分の補正を行わなければならない点が挙げられる。 Referring to the equation (65), if f k / W is x and Y m (f k ) is y, y is plotted on the graph. linear y = ax + b a straight line near the observed Y m of (f k) is to be plotted as a. Therefore, if this straight line is fitted by the least square method, the frequency dependence of the channel information can be obtained. Conventionally, there has been a technique for performing channel estimation by skipping subcarriers for transmitting a training signal. However, since there was no information on the frequency dependence of the channel information in the entire band, the linear interpolation between the two observed subcarriers and the frequency dependence before and after the two points were considered. In consideration of this, the processing has been limited to processing such as performing nonlinear interpolation. This embodiment utilizes linear frequency dependency in terms of complex phase in all frequency bands when focusing only on the line-of-sight component, and linear interpolation utilizing the frequency dependency over the entire band. Is what you do. However, it should be noted here that when taking the natural logarithm of a complex number, Y m (f k ) has the same value even if an integer multiple of 2πj is added to the exponent part of e. The point is that correction must be made.

例えば図52に示す例では、最小二乗法は回帰直線と4つの点(f/W,Y(f))、(f/W,Y(f))、(f/W,Y(f))、(f/W,Y(f))に対して実施する。また、これだけでなく、例えばそれぞれが±1及び0のいずれかのオフセット値で与えられるη、η、η、ηに対し、回帰直線と4つの点(f/W,Y(f)+η)、(f/W,Y(f)+η)、(f/W,Y(f)+η)、(f/W,Y(f)+η)との間で最小二乗法を実施してそれぞれのオフセット値の組み合わせごとにa,bを算出し、その中で下記の式(66)を最小にするa,bの組み合わせを真の回帰直線と見なせばよい。 For example, in the example shown in FIG. 52, the least squares method uses a regression line and four points (f A / W, Y m (f A )), (f B / W, Y m (f B )), (f C / W, Y m (f C )) and (f D / W, Y m (f D )). In addition to this, for example, with respect to η A , η B , η C , and η D given by any one of the offset values ± 1 and 0, respectively, a regression line and four points (f A / W, Y m (F A ) + η A ), (f B / W, Y m (f B ) + η B ), (f C / W, Y m (f C ) + η C ), (f D / W, Y m (f D ) + η D ), a and b are calculated for each combination of offset values, and the combination of a and b that minimizes the following equation (66) is calculated. It can be regarded as a true regression line.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

なお、ここでは4つの各サブキャリアにおいてオフセット値が−1、0、+1の値を取りえるので、これらすべての組み合わせとして3=81通りの最小二乗法を実施することになる。この様にして得られたa,bを用いて任意の周波数fに対し、下記の式(67)のチャネル情報を算出し、この複素共役として受信ウエイトを算出すればよい。 In this case, since the offset value can take a value of −1, 0, and +1 in each of the four subcarriers, 3 4 = 81 kinds of least squares methods are performed as a combination of all of them. Channel information of the following equation (67) may be calculated for an arbitrary frequency fk using a and b obtained in this manner, and the reception weight may be calculated as the complex conjugate.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

若干補足しておくと、この回帰直線の傾きである係数aは、式(64)のαに相当する物理量である。これが例えば1よりも十分に小さい値であれば、y=ax+bの直線はxが−1/2から1/2の間で変化したときにyの変化は1よりも十分小さく、雑音や反射波の影響を考慮してもオフセット量は±1の範囲で十分であると考えられる。しかし、ΔLの値がある程度大きくなるとyの変化は1を超える様になり、この様な場合には例えば0、±1、±2・・・などの選択の範囲を拡張することで対応可能となる。 Supplementing a little, the coefficient a, which is the slope of this regression line, is a physical quantity corresponding to α m in equation (64). If this is a value sufficiently smaller than 1, for example, the straight line of y = ax + b is such that when x changes between -1/2 and 1/2, the change of y is sufficiently smaller than 1 and noise and reflected waves It is considered that the offset amount within the range of ± 1 is sufficient even if the influence of the above is considered. However, when the value of ΔL m becomes large to some extent, the change of y exceeds 1, and in such a case, it is possible to cope by expanding the selection range of, for example, 0, ± 1, ± 2. Becomes

逆にΔLの値がある程度小さくなる場合には、例えばf/Wで観測されるY(f)と、その前後のf/W及びf/Wで観測されるY(f)、Y(f)はそれほど大きな差がつく訳ではない。この場合には|Y(f)−Y(f)+η|及び|Y(f)−Y(f)+η|の両方の値が所定の値(例えば0.5や0.3などの1より小さな値)より大きくなる様なオフセット量ηは、検討の対象外とすることも可能である。ここで、例えばY(f)、Y(f)などは両端の観測点なので、両端の観測点との比較の代わりに、一方のみと比較することとしても構わない。この様にすれば、オフセット量を考慮しながらも、検索の範囲を限定することが可能であり、個別の最小二乗法を行うことに伴う演算量の増大を抑えることが可能になる。 If the value of [Delta] L m is small to some extent, on the other hand, for example, f B / and Y m (f B) observed in W, it is observed at the front and rear of f A / W and f C / W Y m ( f A ) and Y m (f C ) do not differ so much. In this case, | Y m (f A) -Y m (f B) + η B | and | Y m (f C) -Y m (f B) + η B | of both values is a predetermined value (e.g., 0 The offset amount η B that is larger than (a value smaller than 1 such as 0.5 or 0.3) can be excluded from consideration. Here, for example, Y m (f A ), Y m (f D ), and the like are observation points at both ends. Therefore, instead of comparison with the observation points at both ends, comparison may be made with only one of the observation points. By doing so, it is possible to limit the search range while considering the offset amount, and it is possible to suppress an increase in the amount of calculation due to performing the individual least squares method.

以上のチャネル推定ではある送信アンテナからはサブキャリアを限定してトレーニング信号を送信すればよいため、全サブキャリアに対してトレーニング信号を送信する場合に比べて、送信電力を少数のサブキャリアに注力することができる様になる。例えば、全サブキャリア数が1000であるとすると、4つのサブキャリアに注力すると全サブキャリアに送信する場合に比べて250倍の送信電力で送信することができ、したがって10Log250≒24[dB]の回線利得を稼ぐことができる。したがって、その分だけチャネル推定精度は改善されることになる。   In the above channel estimation, it is only necessary to transmit a training signal with a limited number of subcarriers from a certain transmission antenna. Will be able to do it. For example, if the total number of subcarriers is 1000, when focusing on four subcarriers, it is possible to transmit at 250 times the transmission power as compared with the case of transmitting to all subcarriers. You can earn line gain. Therefore, the channel estimation accuracy is improved accordingly.

更に、上述のサブキャリアfからfとは異なるサブキャリアのf’からf’の4つのサブキャリアを用いれば、異なるアンテナ素子に対して同様のチャネル推定を同時に実施することが可能である。例えば、送信側に仮に250素子のアンテナが備えられていたとしても、それぞれが4つのサブキャリアのみで送信するならば、全体で1000のサブキャリアがあれば足りることになる。すなわち、250本のアンテナ素子と、多数(例えば100素子)のアンテナ素子でMIMOチャネルが構成されていたとしても、1回のチャネル推定で全てのサブキャリアの250×100のMIMOチャネル行列のチャネル情報が取得可能となる。 Furthermore, the use of the four sub-carriers 'f D from' f A different subcarriers and f D subcarriers f A described above, it can be simultaneously carried out in the same manner as the channel estimation for the different antenna elements It is. For example, even if the transmitting side is provided with an antenna of 250 elements, if each of them transmits with only four subcarriers, it is sufficient if there are a total of 1000 subcarriers. That is, even if a MIMO channel is composed of 250 antenna elements and a large number (for example, 100) of antenna elements, channel information of a 250 × 100 MIMO channel matrix of all subcarriers can be obtained by one channel estimation. Can be obtained.

ここで、仮に有効サブキャリア(データ通信で用いられるサブキャリア)数が4の倍数でない場合には、少なくともその端数の調整のための対応が必要である。例えば、あるアンテナ素子に関しては若干少なめの3サブキャリアのみを割り当てたトレーニング信号を一部で利用したり、ないしは一部の有効サブキャリアにはトレーニング信号の割り当てを行わずに調整したりしても良い。この辺はシステムパラメータ次第である。   Here, if the number of effective subcarriers (subcarriers used in data communication) is not a multiple of 4, at least a measure for adjusting the fraction is necessary. For example, with respect to a certain antenna element, a training signal to which only a slightly smaller number of 3 subcarriers are assigned may be partially used, or adjustment may be performed without assigning a training signal to some of the effective subcarriers. good. This neighborhood depends on system parameters.

ここで、例えば図16に示す様に、複数の第1の信号処理部304に複数のアンテナ素子を備えている場合を考える。各第1の信号処理部304に50本ずつのアンテナ素子が備えられ、更に5つの第1の信号処理部304−1〜5を備えていたとすれば、全体のアンテナ素子数は250本となる。上述の説明の様にこれらのアンテナを用いてダウンリンクにおけるチャネル情報を取得する場合、それらが全て一括で取得できることになる。また、第1特異値に対応する複数の仮想的伝送路を用いて空間多重を行う場合には、異なる第1の信号処理部304にまたがった送信指向性制御は行わないので、仮に第1の信号処理部304が10個備えられている場合には、同様の処理を第1から第5までの第1の信号処理部304と、第6から第10までの第1の信号処理部304との2回に分けてチャネル推定をすればよい。   Here, for example, as shown in FIG. 16, consider a case where a plurality of first signal processing units 304 include a plurality of antenna elements. Assuming that each of the first signal processing units 304 includes 50 antenna elements and further includes five first signal processing units 304-1 to 304-5, the total number of antenna elements is 250. . When channel information in the downlink is acquired using these antennas as described above, they can all be acquired collectively. Also, when spatial multiplexing is performed using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value, transmission directivity control over different first signal processing units 304 is not performed. When ten signal processing units 304 are provided, the same processing is performed by the first to fifth first signal processing units 304 and the sixth to tenth first signal processing units 304. Channel estimation may be performed twice.

重要なのは同一の第1の信号処理部304に関するアンテナ素子に関わるチャネル推定を同時に実施することであり、異なる第1の信号処理部304に属しているアンテナ素子同士では、一括してチャネル推定を実施する必要はない。ちなみに、サブキャリア数が2000ある場合には、4サブキャリア×50本アンテナ×(5セット+5セット)で2000となるため、2回に分ければチャネル推定は可能である。この様に、サブキャリア総数や一度のチャネル推定に用いるサブキャリア数などはシステム設計上のパラメータであり、その他の如何なる値でも同様に本実施形態は適用可能である。   What is important is that the channel estimation relating to the antenna element for the same first signal processing unit 304 is simultaneously performed, and the channel estimation is performed collectively for the antenna elements belonging to the different first signal processing units 304. do not have to. By the way, when the number of subcarriers is 2,000, 4 subcarriers × 50 antennas × (5 sets + 5 sets) becomes 2000, so that channel estimation is possible by dividing into two. As described above, the total number of subcarriers, the number of subcarriers used for one-time channel estimation, and the like are parameters in the system design, and the present embodiment is similarly applicable to any other values.

ここで、送信側が複数のアンテナ素子を用いてチャネル推定を行う際の注意点を説明する。まず、上述の説明では式(63)に示した様に、受信側の複数のアンテナ素子の受信信号を基準となるアンテナ素子(ここでは第1アンテナ素子を想定)の受信信号で除算しており、すなわち、絶対的なチャネル情報ではなくあくまでも第1アンテナ素子を基準にしたチャネル情報の相対的な関係として相対チャネル情報を用いていた。これを明示的に示せば、上述の手順で得られる相対チャネル行列Hrelativeは、第kサブキャリアの第j送信アンテナと第i受信アンテナの間のチャネル情報の成分をhij (k)とするならば、下記の式(68)で与えられる。 Here, points to be noted when the transmitting side performs channel estimation using a plurality of antenna elements will be described. First, in the above description, as shown in Expression (63), the reception signals of the plurality of antenna elements on the reception side are divided by the reception signals of the reference antenna element (here, the first antenna element is assumed). That is, the relative channel information is used as a relative relationship of the channel information based on the first antenna element instead of the absolute channel information. If this is explicitly shown, the relative channel matrix H relative obtained by the above-described procedure is such that the component of the channel information between the j-th transmitting antenna and the i-th receiving antenna of the k-th subcarrier is h ij (k) . Then, it is given by the following equation (68).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

相対チャネル行列Hrelativeの特徴は、第1行目の行ベクトルの各成分が1となっており、全て受信側の第1アンテナ素子を基準にした情報となっている点である。上述の最小二乗法で求めるサブキャリアごとの相対チャネル情報は全て第2アンテナ以降の受信アンテナに関するものであり、受信側の第1アンテナ素子に関するチャネル情報は上述の議論の外にある。勿論、Φ(t)に関するサンプリング情報を取得しているので、1OFDMシンボルに渡りこの情報を基にFFT処理などを通して絶対チャネル情報を得ることができる。しかし、上述の説明の様に例えば送信側の第1アンテナから送信する信号はサブキャリアfからfにおける信号のみで、例えば別のサブキャリアf’からf’における信号は送信側の第2のアンテナから送信する信号になる。 A feature of the relative channel matrix H relative is that each component of the row vector of the first row is 1, and all information is based on the first antenna element on the receiving side. The relative channel information for each subcarrier obtained by the above-mentioned least square method is all about the receiving antennas after the second antenna, and the channel information about the first antenna element on the receiving side is out of the above discussion. Of course, since the sampling information regarding Φ 1 (t) has been obtained, absolute channel information can be obtained through FFT processing or the like based on this information over one OFDM symbol. However, the signal to be transmitted for example from the first antenna of the transmitting side as described above in the description only signals in the f D subcarriers f A, the signal at the 'f D from' example, another subcarrier f A on the transmitting side The signal is transmitted from the second antenna.

すなわち、同一サブキャリアfに関しては第1送信アンテナのチャネル情報しか取得できないし、サブキャリアf’に関しては第2送信アンテナのチャネル情報しか取得できない。例えば偶数サブキャリアと奇数サブキャリアでアンテナ素子を変える場合、トレーニング信号が送信されていないサブキャリアのチャネル情報も線形補間で予測することはできるが、回線利得の不足を改善するために少数のサブキャリアにトレーニング信号を限定してしまうと、その間の線形補間は不可能になる。 That is, for the same sub-carrier f A to only be acquired channel information of the first transmission antenna, not only can obtain channel information of the second transmission antenna with respect to the subcarrier f A '. For example, when the antenna element is changed between the even subcarrier and the odd subcarrier, the channel information of the subcarrier to which the training signal is not transmitted can also be predicted by linear interpolation. If the training signal is limited to the carrier, linear interpolation between them becomes impossible.

しかし後述する様に、この行列を特異値分解する場合には、その左特異行列は式(68)の右辺の積の第2項の対角成分が如何なるものであっても、その影響を受けず同様の左特異行列を生じさせることになる。   However, as will be described later, when this matrix is subjected to singular value decomposition, the left singular matrix is affected by any diagonal component of the second term of the product of the right side of equation (68). Will result in a similar left singular matrix.

この理由は以下の通りである。まず、ある行列の全成分に所定の係数を乗算した場合、その行列を特異値分解すると、全ての特異値にその所定の係数が乗算されるのみで、右特異行列も左特異行列も同じ値となる。次に、式(68)の右辺の第2項の各対角成分の1/h1j (k)は見通し波で且つアンテナ素子がそれぞれ近傍にあるために、その受信信号の振幅に当たる|h1j (k)|はほぼ等しい値となる。 The reason is as follows. First, when all the elements of a matrix are multiplied by a predetermined coefficient, when the matrix is singular value-decomposed, all the singular values are only multiplied by the predetermined coefficient. Becomes Next, 1 / h 1j (k) of each diagonal component of the second term on the right side of Expression (68) is a line-of-sight wave and corresponds to the amplitude of the received signal | h 1j because the antenna elements are near each other. (K) | take substantially equal values.

すなわち、この行列全体に係数|h11 (k)|を乗算すると、式(68)の右辺の第2項の各対角成分は|h11 (k)|/h1j (k)となり、この対角項は全て絶対値が1で複素位相だけが異なる値となっている。この行列は任意の列ベクトル同士が直交していると共に、この行列の複素共役を取った行列の対角項は元の対角項の逆数となり、複素共役行列と元の行列を乗算した積が単位行列となっている。すなわち、これはユニタリー行列となっているため、式(68)の右辺の第1項の行列を特異値分解すると、左特異行列と特異値を対角項にもつ行列は共通で、右特異行列のみが上述のユニタリー行列で回転させられた右特異行列に変換させられた行列となるだけである。 That is, when this matrix is multiplied by the coefficient | h 11 (k) |, each diagonal component of the second term on the right side of Expression (68) becomes | h 11 (k) | / h 1j (k) . All diagonal terms have absolute values of 1 and differ only in the complex phase. In this matrix, arbitrary column vectors are orthogonal to each other, and the diagonal term of the matrix that takes the complex conjugate of this matrix is the reciprocal of the original diagonal term, and the product of multiplying the complex conjugate matrix and the original matrix is It is a unit matrix. That is, since this is a unitary matrix, when the matrix of the first term on the right side of the equation (68) is singular value-decomposed, the left singular matrix and the matrix having singular values as diagonal terms are common, and the right singular matrix Only the matrix converted to the right singular matrix rotated by the unitary matrix described above is obtained.

式(68)の右辺の第1項の行列である全体のチャネル行列が分からなくても、受信のための受信ウエイトベクトル算出には相対チャネル行列Hrelativeが分かれば十分であるということになる。ちなみに、受信ウエイトベクトルが分かればキャリブレーション処理により送信ウエイトベクトルも取得可能であり、結果的に上述の手法でチャネル推定を行えば、そのトレーニング信号を受信した側では受信ウエイトベクトルも送信ウエイトベクトルも、その両方が取得可能であることを意味している。 Even if the entire channel matrix, which is the matrix of the first term on the right side of Expression (68), is not known, it is sufficient to know the relative channel matrix H relative for calculating the reception weight vector for reception. By the way, if the reception weight vector is known, the transmission weight vector can also be obtained by the calibration process.As a result, if the channel estimation is performed by the above-described method, the reception weight vector and the transmission weight vector are not obtained on the side receiving the training signal. , Which means that both can be obtained.

この様に、上述の手法では例えばダウンリンクでチャネル推定を行うことで、端末局装置側の受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトル(ないしは、そのベクトルを組み合わせて形成したウエイト行列)を求めることが可能となったが、基地局装置側の受信ウエイトベクトル及び送信ウエイトベクトル(ないしは、そのベクトルを組み合わせて形成したウエイト行列)を求めるためには、端末局装置側から同様にトレーニング信号を送信し、アップリンクで同様の処理を行えばよいことになる。   Thus, in the above-described method, for example, by performing channel estimation on the downlink, it is possible to obtain the reception weight vector and the transmission weight vector (or the weight matrix formed by combining the vectors) on the terminal station apparatus side. However, in order to obtain a reception weight vector and a transmission weight vector (or a weight matrix formed by combining the vectors) on the base station apparatus side, a training signal is transmitted from the terminal station apparatus side in the same manner, and the uplink signal is transmitted. And the same processing may be performed.

(チャネル推定精度の向上のためのオプション機能)
なお、上述の方法を適用するシステムでは電波の到来方向が比較的狭い範囲に存在するケースをターゲットとしているため、指向性利得が高いアンテナ素子を利用することを想定している。この場合、見通し環境であれば見通し波が支配的となるために、上述の様にチャネル情報は周波数軸上で直線的な振る舞いを示すことが予想されるが、厳密には反射波の漏れ込みが若干予想されるため、その影響で周波数選択性歪により直線からずれた振る舞いを示す可能性がある。このずれの程度は反射波の電力の割合に依存するが、例えばたった4点のサブキャリアで回帰計算をするのでは精度が低くなる可能性がある。そこで、複数アンテナ素子のチャネル情報全体で包括的に回帰計算することを考える。
(Optional function for improving channel estimation accuracy)
Since a system to which the above method is applied targets a case where the direction of arrival of a radio wave is in a relatively narrow range, it is assumed that an antenna element having a high directivity gain is used. In this case, the line-of-sight wave is dominant in the line-of-sight environment, so the channel information is expected to show a linear behavior on the frequency axis as described above. Is expected to be slightly, and the effect may deviate from a straight line due to frequency-selective distortion. Although the degree of this shift depends on the ratio of the power of the reflected wave, for example, if regression calculation is performed using only four subcarriers, the accuracy may be low. Therefore, a comprehensive regression calculation is considered for the entire channel information of a plurality of antenna elements.

例えば、図51に示した様なリニアアレーを考えれば、第1アンテナ素子と第mアンテナ素子との経路長差ΔLは下記の関係式(69)となることが想定される。 For example, considering a linear array as shown in FIG. 51, it is assumed that the path length difference ΔL m between the first antenna element and the m-th antenna element is represented by the following relational expression (69).

Figure 0006676745
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すなわち、式(64)においてαは下記の関係式(70)で与えられる。 That is, in Expression (64), α m is given by the following Expression (70).

Figure 0006676745
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この場合、式(70)の拘束条件付きで全体のチャネル情報を取得すればよいことになる。なお、この拘束条件の適用の仕方には、幾つかのバリエーションが考えられる。例えば、全アンテナで個別に上述の最小二乗法によりa,bを求め、この直線の傾きaはαに一致するので2以上のmに対してa/(m−1)を演算してその平均値を求め、2以上のmに対する式(70)のαの平均値^αを求める。次に、第mアンテナに関しては(m−1)×^αをaに代入し、その傾きにおけるY切片を最小二乗法でアンテナ素子ごとに求めてもよい。 In this case, it suffices to acquire the entire channel information with the constraint condition of equation (70). It should be noted that there are some variations in how to apply the constraint. For example, a, and b determined by the least squares method described above individually for all antennas, the gradient a of the straight line by calculating a / (m-1) to two or more m because matching alpha m its an average value, an average value ^ alpha 2 of alpha 2 of the formula (70) with respect to two or more m. Next, with respect to the m antenna (m-1) by substituting × ^ alpha 2 in a, may be obtained Y-intercept in the slope for each antenna element by the least square method.

その他の方法としては、例えば以下の方法がある。電波の到来方向の角度θとアンテナ素子間隔dが得られた場合、αはd・sinθ×W/cで概ねの値が推定できるため、その近傍の複数の値を試験用のα値として与え、a=α(すなわち回帰直線の傾き)を(m−1)×αで与え、そのaを利用してアンテナごとに上述の様にオフセット値ηを導入した最小二乗法で第mアンテナのY切片の値b及びその際に利用したオフセット値群{η}を合わせて求め、このαとそれに対応した{b}{η}を用いて下記の式(71)で与えられるF(α,{b},{η})を算出する。 As another method, for example, there is the following method. If the arrival direction of the angle θ and the antenna element spacing d of the radio wave is obtained, alpha 2 is because it can estimate the approximate value d · sinθ × W / c, α 2 value for testing a plurality of values in the vicinity A = α m (ie, the slope of the regression line) is given by (m−1) × α 2 , and the a is used to introduce the offset value η k for each antenna as described above using the least squares method. The value of the Y-intercept b m of the m-th antenna and the offset value group {η k } used at that time are determined together, and using this α 2 and the corresponding {b mk }}, the following equation ( F (α 2 , {b m }, {η k }) given by (71) is calculated.

Figure 0006676745
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ここで、kに対する総和のΣは各アンテナ素子で用いたサブキャリアのみに対する総和を、ηは第mアンテナで用いた第kサブキャリアのオフセット値を意味する。この様なαに対するF(α,{b},{η})の中で、F(α,{b},{η})が最小となるときのαと、その際のY切片のセット{b}を用いて、各アンテナ素子の各サブキャリアのチャネル情報を取得することが可能となる。 Here, Σ of the sum with respect to k means the sum with respect to only the subcarriers used in each antenna element, and η k means the offset value of the k-th subcarrier used with the m-th antenna. F (α 2, {b m }, {η k}) for such alpha 2 in a, F (α 2, {b m }, {η k}) and alpha 2 when is minimum, Using the set of Y intercepts {b m } at that time, channel information of each subcarrier of each antenna element can be obtained.

ここで補足であるが、このY切片の値は本来はfΔL/cで与えられるため、アンテナ番号mに対して式(69)の周期性を持つはずである。しかし、例えば中心周波数が80GHzの場合を考えると、光速3×10で除算しても、f/cは267程度となりΔLの値が3.35mmとなると複素位相が1周回ってしまうことになる。fΔL/c+ηの様に2πを超えたことで折り返しのオフセットが付与された状態で観測されることになり、しかもそのオフセット値ηが比較的大きな値となり得るため、式(70)の様な比例関係が把握できなくなる。 Is a where supplemental originally value of the Y-intercept is because given by f c ΔL m / c, should have a periodicity of formula (69) with respect to antenna number m. However, for example, if the center frequency is considered the case of 80 GHz, even if divided by the speed of light 3 × 10 8, f c / c is the value of [Delta] L m becomes about 267 is 3.35mm complex phase resulting in Tsu orbiting 1 Will be. will be f c ΔL m / c + wrapping offset by exceeded 2π as the η is observed in a state of being applied, and since its offset value η can become a relatively large value, the formula (70) Such a proportional relationship cannot be grasped.

したがって、アンテナ素子ごとの回帰直線のbの値に設定する式(70)の様な拘束条件は簡易な形式では表現できず、それぞれが独立なY切片の値として評価すべき関係にある。これが、この問題の厳密解の算出を困難にする理由である。ただ、この様な効果を考慮した上で上述の最小二乗法の精度を高める工夫を施して取得したチャネル情報を用いて受信ウエイトベクトルを算出すれば、本実施形態を高精度で適用することが可能である。   Therefore, the constraint condition such as the equation (70) set to the value of b of the regression line for each antenna element cannot be expressed in a simple form, and each has a relationship to be evaluated as an independent Y-intercept value. This is why it is difficult to calculate an exact solution to this problem. However, if the reception weight vector is calculated using the channel information obtained by taking measures to increase the accuracy of the above-described least square method in consideration of such effects, the present embodiment can be applied with high accuracy. It is possible.

なお、上述の説明の例では4つのサブキャリアを利用する場合について例を示したが、当然ながら4以外のサブキャリア数であっても構わない。ここで利用するサブキャリア数が少ないと、最小二乗法の精度は落ちることになるが、逆にサブキャリア数を多くするとサブキャリア当たりの送信電力が減少するため、チャネル推定のSNRが低下して推定精度が劣化する。最小二乗法の回帰直線の傾きaに関しては複数の受信アンテナを併用して補正を行うことにより精度を高めることは可能であるが、Y切片のbに関しては上述の手法では精度を高めることができない。このため、実際のシステム設計ではこれらのバランスを取る形でチャネル推定に用いるサブキャリア数の最適化が図られることになる。   In the example described above, an example is shown in which four subcarriers are used, but the number of subcarriers other than four may naturally be used. If the number of subcarriers used is small, the accuracy of the least-squares method will decrease, but if the number of subcarriers is increased, the transmission power per subcarrier will decrease. The estimation accuracy deteriorates. The accuracy of the slope a of the regression line of the least-squares method can be improved by performing the correction using a plurality of receiving antennas in combination, but the accuracy of the above-described method cannot be improved for the Y intercept b. . For this reason, in an actual system design, the number of subcarriers used for channel estimation is optimized in a form that balances these.

また、上述の説明では1回のトレーニング信号の送信によるチャネル推定の説明を行ったが、式(63)から明らかな様に基準のアンテナ素子との相対チャネル情報を取得する場合には、異なるサブキャリアにおけるチャネル推定を同一時刻に行わなければならない必然性はない。例えば、サブキャリアfからfのみに対してチャネル推定を行った後、時刻を変えてで別のサブキャリアf’からf’についてもチャネル推定を行えば、8つのサブキャリアに対して情報の取得を行うことが可能となる。これらの処理を繰り返し行えば、より多くのサブキャリアを用いることで回帰直線のフィッティングの精度を高めることが可能である。 In the above description, the channel estimation by one transmission of the training signal has been described. However, as is apparent from equation (63), when acquiring the relative channel information with the reference antenna element, It is not necessary that channel estimation on the carrier be performed at the same time. For example, after the channel estimation for only f D subcarriers f A, by performing the channel estimation applies 'f D from' another subcarrier f A de changing the time, with respect to eight subcarriers It is possible to obtain information by using By repeating these processes, it is possible to increase the accuracy of fitting a regression line by using more subcarriers.

(完全なチャネル行列の取得方法に関する補足)
上述の説明では、例えばダウンリンクであれば端末局装置単独で、端末局装置側の受信ウエイト及び送信ウエイトを算出する場合を想定して式(68)の右辺の第2項の行列の各成分は不定としていた。しかし、仮に固定設置の無線エントランスや列車ムービングセルに適用する場合には、ダウンリンクで取得した情報とアップリンクで取得した情報とを集約し、両者を把握した上で処理を実施することが可能である。
(Supplement on how to obtain the complete channel matrix)
In the above description, each component of the matrix of the second term on the right side of equation (68) is assumed, for example, in the case of a downlink, assuming that the terminal station apparatus alone calculates the reception weight and the transmission weight on the terminal station apparatus side. Was indeterminate. However, if it is applied to a fixed-installed wireless entrance or train moving cell, it is possible to aggregate the information acquired on the downlink and the information acquired on the uplink, and perform processing after grasping both. It is.

例えば式(68)がダウンリンクの情報であるとすれば、アップリンクで求めた相対チャネル行列Hrelativeの第1列ベクトルの成分をキャリブレーション処理する。このキャリブレーション処理により換算されたダウンリンクの第kサブキャリアの第j送信アンテナと第i受信アンテナの間のチャネル情報の成分をh’ij (k)とすれば、アップリンクに対する上述の処理によりh’12 (k)/h’11 (k)、h’13 (k)/h’11 (k)、・・・、h’1M (k)/h’11 (k)が求まることになる。ダウンリンクの相対チャネル行列Hrelativeの各成分に係数h’11 (k)を乗算すると、右辺の第2項の行列の第(j,j)対角成分はh’11 (k)/h1j (k)となる。これがh’11 (k)/h’1j (k)で近似可能とすると、それはアップリンクに対して求めたh’12 (k)/h’11 (k)、h’13 (k)/h’11 (k)、・・・、h’1M (k)/h’11 (k)の逆数に相当する。したがって、この情報を用いることで全てのチャネル情報を求めることが可能となる。 For example, if the equation (68) is downlink information, the component of the first column vector of the relative channel matrix H relative obtained in the uplink is subjected to calibration processing. Assuming that the component of the channel information between the j-th transmitting antenna and the i-th receiving antenna of the k-th subcarrier in the downlink converted by this calibration process is h ′ ij (k) , the above-described process for the uplink is performed. h ′ 12 (k) / h ′ 11 (k) , h ′ 13 (k) / h ′ 11 (k) ,..., h ′ 1M (k) / h ′ 11 (k) . When each component of the downlink relative channel matrix Hrelative is multiplied by the coefficient h ′ 11 (k) , the (j, j) diagonal component of the matrix of the second term on the right side is h ′ 11 (k) / h 1j (K) . Assuming that this can be approximated by h ′ 11 (k) / h ′ 1j (k), it can be calculated as h ′ 12 (k) / h ′ 11 (k) and h ′ 13 (k) / h obtained for the uplink. '11 (k), ···, h' corresponds to the reciprocal of the 1M (k) / h '11 (k). Therefore, it is possible to obtain all channel information by using this information.

なお、補足であるが上述のチャネル推定の近似解法は、見通し波のみが支配的である条件を利用したチャネル推定方法であり、当然ながらその単独のMIMOチャネル行列の中では第1特異値の絶対値に対して第2特異値以下の特異値の絶対値は非常に小さな値となることが予想される。したがって、そのMIMOチャネルそのもので複数の信号系列を空間多重するには適さないものとなっている。しかし、異なるアンテナ群を複数用いて第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統、パラレルに利用するならば、効率的な空間多重伝送は可能である。この様な用途で利用するのであれば、この様なチャネル推定の近似解法は有効に機能することになる。   Note that, as a supplement, the above-described approximate solution of channel estimation is a channel estimation method using the condition that only the line-of-sight wave is dominant. Naturally, in the single MIMO channel matrix, the absolute It is expected that the absolute value of a singular value equal to or smaller than the second singular value will be a very small value. Therefore, it is not suitable for spatially multiplexing a plurality of signal sequences using the MIMO channel itself. However, if a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value are used in parallel using a plurality of different antenna groups, efficient spatial multiplexing transmission is possible. If used in such an application, such an approximate solution for channel estimation will function effectively.

更に、「チャネル推定精度の向上のためのオプション機能」に関しては受信側のアンテナ素子がリニアアレー状に配置されている場合を利用して、そのアンテナ素子ごとの経路長差の規則性を意識した精度向上のための信号処理を説明した。その前段の技術に関して、経路長差は一般のΔLとして説明した通り、そのアンテナ素子の配置に関して何ら制約を加えていない。あくまでも見通し波成分が支配的であることのみを前提とした議論であるため、オフセット値ηの範囲を多少拡張することを許容すれば、アンテナ素子の間隔が多少広かったとしてもこの技術は適用可能である。特にアンテナ素子間隔が広がると、相対チャネル行列Hrelativeの列ベクトルないしは行ベクトル同士は、相互に内積値の絶対値は比較的高いままだが、その各成分は殆ど不規則に変化する。しかし、適用条件としてアンテナ構成や配置に関する制約を特に強く限定してはいないため、見通し波が支配的な状況であれば広い条件で本実施形態は適用可能である。 Furthermore, regarding the "optional function for improving the channel estimation accuracy", the accuracy in consideration of the regularity of the path length difference for each antenna element is utilized by using the case where the antenna elements on the receiving side are arranged in a linear array. The signal processing for improvement has been described. Regarding the preceding technology, the path length difference does not impose any restrictions on the arrangement of the antenna elements as described as a general ΔL m . Since this discussion is based on the premise that the line of sight component is dominant, this technique can be applied even if the distance between the antenna elements is slightly widened if the range of the offset value η k is allowed to be slightly expanded. It is possible. In particular, when the antenna element spacing is widened, the column vectors or row vectors of the relative channel matrix H relative have relatively high absolute values of inner product values, but their components change almost irregularly. However, the present embodiment is applicable to a wide range of conditions if the line of sight wave is dominant, since restrictions on the antenna configuration and arrangement are not particularly strongly limited as applicable conditions.

(見通し波が支配的な場合のチャネル行列取得の近似解法の処理フロー)
以下にチャネル行列取得の近似解法の処理動作を図を用いて説明する。ここではアップリンクとダウンリンクの区別は特に行わず、基地局装置と端末局装置のいずれかがチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、他方がそのトレーニング信号を受信してチャネル行列を取得する。片方向でチャネル行列を取得した後に、同様の処理を逆方向で行えば、双方向のチャネル行列を取得することが可能である。第1特異値に対応する仮想的伝送路での送受信を行う際には、必ずしも完全なチャネル行列は必要ではなく、式(68)の様な相対チャネル行列Hrelativeが取得できればよいので、まずは相対チャネル行列の取得方法から説明する。また、説明の便宜上、ダウンリンクでトレーニング信号を送信する場合を例に取り説明を行う。
(Processing flow of approximate solution for channel matrix acquisition when line of sight is dominant)
Hereinafter, the processing operation of the approximate solution method for acquiring the channel matrix will be described with reference to the drawings. Here, no distinction is made between the uplink and the downlink, and one of the base station apparatus and the terminal station apparatus transmits a training signal for channel estimation, and the other receives the training signal and acquires a channel matrix. If a similar process is performed in the opposite direction after acquiring the channel matrix in one direction, it is possible to acquire a bidirectional channel matrix. When performing transmission and reception on the virtual transmission path corresponding to the first singular value, a complete channel matrix is not necessarily required, and it is sufficient to obtain a relative channel matrix H relative as in Expression (68). A method for obtaining a channel matrix will be described. Further, for convenience of explanation, a case where a training signal is transmitted on the downlink will be described as an example.

次に、図53を参照して、本実施形態におけるチャネル行列取得の近似解法の処理動作を説明する。図53は、本実施形態におけるチャネル行列取得の近似解法の処理動作を示すフローチャートである。まず、基地局装置がトレーニング信号を送信すると(ステップS5301)、端末局装置は各アンテナ素子でトレーニング信号を受信する(ステップS5302)。ここでの受信は、信号をローノイズアンプで増幅し、ミキサにて無線周波数からベースバンドの信号にダウンコンバートし、フィルタにて帯域外の信号成分を除去し、A/D変換によりサンプリングする。この信号にFFT処理を施して周波数軸上の信号に変換する。   Next, with reference to FIG. 53, a description will be given of a processing operation of an approximate solution method for obtaining a channel matrix in the present embodiment. FIG. 53 is a flowchart showing the processing operation of the approximate solution method for acquiring the channel matrix in the present embodiment. First, when the base station device transmits a training signal (step S5301), the terminal station device receives the training signal with each antenna element (step S5302). In this reception, the signal is amplified by a low noise amplifier, down-converted from a radio frequency to a baseband signal by a mixer, a signal component outside the band is removed by a filter, and sampling is performed by A / D conversion. This signal is subjected to FFT processing and converted into a signal on the frequency axis.

ここでのトレーニング信号は、サブキャリア当たりの送信電力を高めるために周波数軸上では特定のサブキャリアのみに送信信号が存在するトレーニング信号となっており、端末局装置は、その不連続なサブキャリアの中で信号成分が含まれるサブキャリアを抜き出して、当該サブキャリアのチャネル推定結果とする(ステップS5303)。そして、端末局装置は、この結果を基準となるアンテナの同様のチャネル推定結果で除算して式(63)のc)を取得する(ステップS5304)。 The training signal here is a training signal in which the transmission signal exists only on a specific subcarrier on the frequency axis in order to increase the transmission power per subcarrier, and the terminal station apparatus uses the discontinuous subcarrier. A subcarrier including a signal component is extracted from among the subcarriers, and is used as a channel estimation result of the subcarrier (step S5303). Then, the terminal station device divides the result by the same channel estimation result of the reference antenna to obtain cm ( k ) of Expression (63) (step S5304).

次に、端末局装置は、式(65)によりY(f)を求め(ステップS5305)、オフセット値ηを考慮した最小二乗法により式(66)を最小化するa,bを算出する(ステップS5306)。続いて、端末局装置は、ここで得られたa,bを基に式(67)に代入して各サブキャリアのチャネル推定を実施し(ステップS5307)、更にキャリブレーションを実施して双方向の相対チャネル行列を求め(ステップS5308)、これを相対チャネル行列として記録管理する(ステップS5309)。 Next, the terminal station device obtains Y m (f k ) using equation (65) (step S5305), and calculates a and b that minimize equation (66) by the least square method in consideration of offset value η k. (Step S5306). Subsequently, the terminal station device performs channel estimation for each subcarrier by substituting into Equation (67) based on a and b obtained here (step S5307), and further performs calibration to perform bidirectional communication. Is obtained (step S5308), and this is recorded and managed as a relative channel matrix (step S5309).

一方、実効的にはチャネル行列を記録管理するよりも送受信ウエイトベクトルの記録管理が重要であり、その場合に端末局装置は式(67)で各サブキャリアのチャネル推定結果を得た後、特異値分解を実施し、第1左特異ベクトルとして受信ウエイトベクトルを取得する(ステップS5310)。次に、端末局装置は、この受信ウエイトベクトルにキャリブレーション処理を施して(ステップS5311)、送信ウエイトベクトルを取得する。そして、端末局装置は、この様にして取得された送受信ウエイトベクトルを記録管理する(ステップS5312)。   On the other hand, it is more important to effectively manage the transmission and reception weight vectors than to record and manage the channel matrix. In this case, the terminal station apparatus obtains the channel estimation result of each subcarrier by equation (67), The value decomposition is performed, and the reception weight vector is acquired as the first left singular vector (step S5310). Next, the terminal station device performs a calibration process on the reception weight vector (step S5311) to obtain a transmission weight vector. Then, the terminal station device records and manages the transmission / reception weight vector thus obtained (step S5312).

以上は単一のアンテナ素子に閉じてチャネル推定を行う場合であるが、上述の様に複数アンテナ素子を考慮して推定精度の向上を図ることも可能である。図54は、複数アンテナを用いたチャネル行列の近似解法の処理動作を示すフローチャートである。図53に示す処理動作と同様に端末局装置において各アンテナ素子でトレーニング信号を受信すると、所定の受信処理を行い(ステップS5401−1〜S5401−3)、不連続なサブキャリアの中で信号成分が含まれるサブキャリアに関して抜き出して、当該サブキャリアのチャネル推定結果とする(ステップS5402−1〜S5402−3)。続いて、端末局装置は、この結果を、基準となるアンテナの同様のチャネル推定結果で除算して式(63)のc)を取得し(ステップS5403−1〜S5403−2)、式(65)により各アンテナ素子でY(f)を求める(ステップS5404−1〜5404−2)。 The above is a case in which channel estimation is performed with a single antenna element closed. However, as described above, it is also possible to improve estimation accuracy in consideration of a plurality of antenna elements. FIG. 54 is a flowchart showing a processing operation of an approximate solution method of a channel matrix using a plurality of antennas. As in the processing operation shown in FIG. 53, when receiving a training signal at each antenna element in the terminal station apparatus, a predetermined reception process is performed (steps S5401-1 to S5401-3), and a signal component is generated in the discontinuous subcarriers. Are extracted and used as channel estimation results for the subcarriers (steps S5402-1 to S5402-3). Subsequently, the terminal station device divides the result by the same channel estimation result of the reference antenna to obtain cm ( k ) of Expression (63) (Steps S5403-1 to S5403-2), Y m (f k ) is obtained for each antenna element according to equation (65) (steps S5404-1 to S5404-2).

ここで、端末局装置は、例えばαの値を所定の刻み幅で設定し、第mアンテナ素子のY(f)に対してa=(m−1)αとして回帰直線の傾斜を固定し、オフセット値を考慮して最小二乗法でbを求め、式(66)のF(α,{b},{η})を最小にするαを求め(ステップS5405)、そのαを用いて各アンテナ素子でオフセット値を考慮した最小二乗法を式(71)を用いて実施し(ステップS5406)、ここで得られたa,bを基に式(67)に代入して各サブキャリアのチャネル推定値を実施し(ステップS5407)、更にキャリブレーションを実施して(ステップS5408)、双方向の相対チャネル行列を求め、これを記録管理する(ステップS5409)。 Here, the terminal station apparatus, for example, alpha value of 2 is set at a certain interval, the slope of the regression line relative to the Y m of the m antenna elements (f k) as a = (m-1) α 2 are fixed and determine the b by the least square method in consideration of the offset value, F (α 2, {b m}, {η k}) of the formula (66) determine the alpha 2 that minimizes (step S5405) Using the α 2 , the least squares method in consideration of the offset value in each antenna element is performed using Equation (71) (Step S5406), and based on a and b obtained here, Equation (67) is used. Substitution is performed for the channel estimation value of each subcarrier (step S5407), and calibration is further performed (step S5408) to obtain a bidirectional relative channel matrix, which is recorded and managed (step S5409).

一方、実効的にはチャネル行列を記録管理するよりも送受信ウエイトベクトルの記録管理が重要であり、その場合に端末局装置は式(67)で各サブキャリアのチャネル推定結果を得た後、特異値分解を実施し、第1左特異ベクトルとして受信ウエイトベクトルを取得する(ステップS5410)。次に、端末局装置は、この受信ウエイトベクトルにキャリブレーション処理を施して(ステップS5411)、送信ウエイトベクトルを取得する。そして、端末局装置は、この様にして取得された送受信ウエイトベクトルを記録管理する(ステップS5412)。   On the other hand, it is more important to effectively manage the transmission and reception weight vectors than to record and manage the channel matrix. In this case, the terminal station apparatus obtains the channel estimation result of each subcarrier by the equation (67), Value decomposition is performed, and a reception weight vector is acquired as a first left singular vector (step S5410). Next, the terminal station device performs a calibration process on the reception weight vector (step S5411) to obtain a transmission weight vector. Then, the terminal station device records and manages the transmission / reception weight vector thus obtained (step S5412).

次に、図55を参照して、双方向のチャネル推定結果からチャネル行列の近似解を求める処理動作を説明する。図55は、双方向のチャネル推定結果からチャネル行列の近似解を求める処理動作を示すフローチャートである。まず、ダウンリンクについて説明する。基地局装置がトレーニング信号を送信すると(ステップS5501)、端末局装置は各アンテナ素子でトレーニング信号を受信する(ステップS5502)。   Next, a processing operation for obtaining an approximate solution of a channel matrix from a bidirectional channel estimation result will be described with reference to FIG. FIG. 55 is a flowchart showing a processing operation for obtaining an approximate solution of a channel matrix from a bidirectional channel estimation result. First, the downlink will be described. When the base station device transmits the training signal (step S5501), the terminal station device receives the training signal at each antenna element (step S5502).

ここでのトレーニング信号は、サブキャリア当たりの送信電力を高めるために周波数軸上では特定のサブキャリアのみに送信信号が存在するトレーニング信号となっており、端末局装置は、その不連続なサブキャリアの中で信号成分が含まれるサブキャリアを抜き出して、当該サブキャリアのチャネル推定結果とする(ステップS5503)。そして、端末局装置は、この結果を基準となるアンテナの同様のチャネル推定結果で除算して式(63)のc)を取得する(ステップS5504)。 The training signal here is a training signal in which the transmission signal exists only on a specific subcarrier on the frequency axis in order to increase the transmission power per subcarrier, and the terminal station apparatus uses the discontinuous subcarrier. A subcarrier including a signal component is extracted from among the subcarriers, and is used as a channel estimation result of the subcarrier (step S5503). Then, the terminal station device divides the result by the same channel estimation result of the reference antenna to obtain cm ( k ) of Expression (63) (step S5504).

次に、端末局装置は、式(65)によりY(f)を求め(ステップS5505)、オフセット値ηを考慮した最小二乗法により式(66)を最小化するa,bを算出する(ステップS5506)。続いて、端末局装置は、ここで得られたa,bを基に式(67)に代入して各サブキャリアのチャネル推定を実施する(ステップS5507)。 Next, the terminal station device obtains Y m (f k ) using equation (65) (step S5505), and calculates a and b that minimize equation (66) by the least squares method in consideration of offset value η k. (Step S5506). Subsequently, the terminal station device performs channel estimation for each subcarrier by substituting the obtained a and b into equation (67) based on the obtained a and b (step S5507).

次に、アップリンクについて説明する。端末局装置がトレーニング信号を送信すると(ステップS5508)、基地局装置は各アンテナ素子でトレーニング信号を受信する(ステップS5509)。   Next, the uplink will be described. When the terminal station device transmits the training signal (step S5508), the base station device receives the training signal at each antenna element (step S5509).

ここでのトレーニング信号は、サブキャリア当たりの送信電力を高めるために周波数軸上では歯抜けのトレーニング信号となっており、基地局装置は、その不連続なサブキャリアの中で信号成分が含まれるサブキャリアに関して抜き出して、当該サブキャリアのチャネル推定結果とする(ステップS5510)。そして、基地局装置は、この結果を基準となるアンテナの同様のチャネル推定結果で除算して式(63)のc)を取得する(ステップS5511)。 The training signal here is a training signal that is missing on the frequency axis in order to increase the transmission power per subcarrier, and the base station apparatus includes a signal component in the discontinuous subcarrier. The subcarrier is extracted and used as the channel estimation result of the subcarrier (step S5510). Then, the base station apparatus divides the result by the same channel estimation result of the reference antenna to obtain cm ( k ) in Expression (63) (Step S5511).

次に、基地局装置は、式(65)によりY(f)を求め(ステップS5512)、オフセット値ηを考慮した最小二乗法により式(66)を最小化するa,bを算出する(ステップS5513)。続いて、基地局装置は、ここで得られたa,bを基に式(67)に代入して各サブキャリアのチャネル推定を実施する(ステップS5514)。 Next, the base station apparatus obtains Y m (f k ) from equation (65) (step S5512), and calculates a and b that minimize equation (66) by the least squares method in consideration of offset value η k. (Step S5513). Subsequently, the base station apparatus performs channel estimation for each subcarrier by substituting the obtained a and b into equation (67) based on the obtained a and b (step S5514).

次に、式(68)によりアップリンクとダウンリンクの相対チャネル行列から絶対的チャネル行列を算出する(ステップS5515)。そして、キャリブレーションを実施し(ステップS5516)、これを双方向のチャネル行列として記録管理する(ステップS5517)。   Next, the absolute channel matrix is calculated from the relative channel matrix of the uplink and the downlink by equation (68) (step S5515). Then, calibration is performed (step S5516), and this is recorded and managed as a bidirectional channel matrix (step S5517).

ここでステップS5516のキャリブレーション処理であるが、基本的にはステップS5502からステップS5507の処理、及びステップS5509からステップS5516の個別の処理により、式(68)の第1行目の行ベクトル成分の不定性(チャネル情報の相対的な関係)以外は取得できる。このため、ステップS5515でそれぞれの情報を突き合わせてアップリングとダウンリンクの双方向の第1行目の行ベクトル成分の不定性を補ってやれば、キャリブレーションを行わずとも(すなわちステップS5516を省略する)双方向のチャネル行列を取得することも可能である。   Here, the calibration processing in step S5516 is performed. Basically, the processing in steps S5502 to S5507 and the individual processing in steps S5509 to S5516 are performed to calculate the row vector component of the first row in equation (68). Other than indefiniteness (relative relation of channel information) can be obtained. Therefore, if the information is matched in step S5515 to compensate for the uncertainty of the row vector component of the first row in both the uplink and downlink directions, calibration is not performed (ie, step S5516 is omitted). It is also possible to obtain a bidirectional channel matrix.

この様に、上述の説明は相対チャネル行列を求めるための手順であったが、アップリンクとダウンリンクの双方向の情報が分かれば、相対チャネル行列のみならず、絶対的な値としてチャネル行列を求めることができる。上述の説明と同様に各アンテナ素子でトレーニング信号を受信後、所定の処理により式(67)で各サブキャリアのチャネル推定を実施する。これをダウンリンクの端末局装置側と、アップリンクの基地局装置側で別々に取得する。取得された結果を両方集め、(h11 (k)/h11 (k),h12 (k)/h11 (k),h13 (k)/h11 (k),・・・,h1M (k)/h11 (k))を対角成分とする行列を相対チャネル行列の右から乗算することで式(68)の右辺の第1項目の行列に1/h11 (k)を乗算した絶対的なチャネル行列を取得することができる。これにキャリブレーション処理を施せば、双方向のチャネル行列が取得でき、これを記録管理する。 As described above, the above description is a procedure for obtaining the relative channel matrix. However, if information on both the uplink and the downlink is known, not only the relative channel matrix but also the channel matrix as an absolute value can be obtained. You can ask. After the training signal is received by each antenna element as in the above description, the channel estimation of each subcarrier is performed by equation (67) by a predetermined process. This is obtained separately on the downlink terminal station device side and on the uplink base station device side. Collected both obtained results, (h 11 (k) / h 11 (k), h 12 (k) / h 11 (k), h 13 (k) / h 11 (k), ···, h 1M (k) / h 11 (k)) to the first item of the matrix of the right side of the equation (68) by multiplying the matrix with diagonal elements right from the relative channel matrix 1 / h 11 a (k) The absolute multiplied channel matrix can be obtained. If this is subjected to a calibration process, a bidirectional channel matrix can be obtained, and this is recorded and managed.

以上説明した様に、見通し環境で且つアンテナ素子間隔が狭い場合には、チャネル情報に周波数依存性がある場合でも、相対チャネル情報の複素位相的には直線的な周波数依存性を示すことが期待できる。また、トレーニング信号に用いるサブキャリアを限定し、サブキャリア当たりの送信電力を高めて送信することで、指向性形成前のチャネル推定精度を向上させることが可能である。これらの特徴を利用し、少ないサブキャリアでチャネル推定を行う一方、取得できていないサブキャリアのチャネル情報を最小二乗法的に推定することで、精度を保って推定する方法を提供することができる。更に、アンテナ素子ごとに異なるサブキャリアを利用すれば、複数のアンテナ素子から同時にトレーニング信号を送信することが可能であり、インプリシット・フィードバックでは解決できない複数の送信アンテナへの対応が可能となり、同時に複数のアンテナ素子ないしはアンテナ素子群に対して同時にチャネル情報のフィードバックを効率的に行うことが可能になる。   As described above, in a line-of-sight environment and when the antenna element spacing is narrow, even if the channel information has frequency dependence, it is expected that the relative channel information will show a linear frequency dependence in terms of complex phase. it can. In addition, by limiting the subcarriers used for the training signal and increasing the transmission power per subcarrier for transmission, it is possible to improve the channel estimation accuracy before forming directivity. By using these features and performing channel estimation with a small number of subcarriers, it is possible to provide a method of estimating while maintaining accuracy by estimating channel information of subcarriers that have not been obtained by the least square method. . Furthermore, if a different subcarrier is used for each antenna element, it is possible to simultaneously transmit a training signal from a plurality of antenna elements, and it is possible to support a plurality of transmission antennas that cannot be solved by implicit feedback, Channel information can be efficiently and simultaneously fed back to a plurality of antenna elements or antenna element groups.

なお、実際のチャネルは反射波を含むのでチャネル情報は周波数軸上で直線とはならずに誤差を多く含むが、よりサンプル数が多いところで最小二乗法的な処理を行えば、見通し波成分の特徴を抽出することが可能であると期待される。   Since the actual channel contains the reflected wave, the channel information does not become a straight line on the frequency axis but includes many errors.However, if the least square method is performed at a larger number of samples, the line-of-sight wave component It is expected that features can be extracted.

[第7の実施形態]
[複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法]
(第7の実施形態係る基本原理の概要)
通常のMIMO伝送の場合には、アンテナ素子間の相関低減を目的として、アンテナ素子間隔を可能な範囲で離すことが理想的とされていた。しかし、上述の様に第1特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に利用するためには、寧ろアンテナ素子間隔を狭め、その相関を高めた方が良い。勿論、アンテナ素子間隔を1/2波長以下にしてしまうとアンテナ素子間の相互結合が無視できなくなるので、1/2波長程度の間隔を設定することは必要となるが、その程度の間隔を設定しているのであれば、アンテナの素子間隔を狭めて相関を高めることが理想的である。上述のチャネル推定の近似解法では、あまりアンテナ配置に関する制約を設けずに適用可能な方法を説明したが、これがアンテナの素子間隔を狭めて相関を高めた状態に限定するならば、これとは異なるより簡易な方法で、送受信ウエイトを算出することが可能になる。
[Seventh Embodiment]
[Approximate solution of weight vectors corresponding to a plurality of first singular values]
(Overview of Basic Principle According to Seventh Embodiment)
In the case of normal MIMO transmission, it has been considered ideal to keep the antenna element spacing as large as possible for the purpose of reducing the correlation between antenna elements. However, in order to actively use the virtual transmission path corresponding to the first singular value as described above, it is better to narrow the antenna element interval and increase the correlation. Of course, if the distance between the antenna elements is less than 1/2 wavelength, mutual coupling between the antenna elements cannot be ignored. Therefore, it is necessary to set a distance of about 1/2 wavelength. If so, it is ideal to reduce the element spacing of the antenna to increase the correlation. In the above-described approximate solution of channel estimation, a method which can be applied without much restriction on the antenna arrangement has been described. The transmission / reception weight can be calculated by a simpler method.

ここで、チャネル行列のチャネル相関自体は大きいが、例えば第1送信アンテナと第1受信アンテナの間のチャネル情報と、送信が同じ第1アンテナで受信が第2アンテナのチャネル情報と比較したとき、その値同士は経路長差に起因して全く異なる値を示している場合が殆どである。特異値分解をするためにはチャネル相関が強いか弱いかに関わらず、全く同様の演算を余儀なくされるため、仮に第1特異値に関する右特異ベクトルないしは左特異ベクトルのみを求めるのであっても、その演算に要する負荷は同様に軽微なものではない。特にアンテナ素子数が膨大であるために行列サイズが膨大になり、簡易な演算での第1特異値に対応する右特異ベクトル及び左特異ベクトルの算出が必要とされている。   Here, although the channel correlation itself of the channel matrix is large, for example, when the channel information between the first transmitting antenna and the first receiving antenna is compared with the channel information of the second antenna receiving with the same first antenna for transmission, In most cases, the values indicate completely different values due to the difference in path length. In order to perform singular value decomposition, it is necessary to perform exactly the same operation irrespective of whether the channel correlation is strong or weak. The load required for the calculation is also not insignificant. Particularly, since the number of antenna elements is enormous, the matrix size becomes enormous, and it is necessary to calculate the right singular vector and the left singular vector corresponding to the first singular value by a simple operation.

ここで、アンテナの相関が高いことを考慮して、以下の手法で第1特異値に対応する右特異ベクトル及び左特異ベクトルの近似解を求める。まず、受信ウエイトベクトルとして第1左特異ベクトルを用いる場合、各受信アンテナ素子の受信信号にそのウエイトベクトルを乗算することで、仮想的な1本のアンテナ素子を形成することになる。これは見通し波にチューンしたビームを形成することになるので、この受信アンテナ群から送信アンテナ群側に向けたビームとなっていることが予想される。送信側のアンテナ素子は少なくとも1/2波長程度以上の間隔をあけて設置されているため、厳密にはその広がりを考慮した形で特異値分解の第1右特異ベクトルは形成されることになるが、実質的には非常に狭いエリアに1本の仮想的アンテナ素子が配置された状態に近いため、これらの送信アンテナ群の重心付近に設置されている特定の1本のアンテナに向けた受信ウエイトベクトルで概ね近似できることが予想される。   Here, considering the high correlation of the antennas, an approximate solution of the right singular vector and the left singular vector corresponding to the first singular value is obtained by the following method. First, when the first left singular vector is used as the reception weight vector, one virtual antenna element is formed by multiplying the reception signal of each reception antenna element by the weight vector. Since this forms a beam tuned to the line of sight wave, it is expected that the beam is directed from the receiving antenna group to the transmitting antenna group side. Since the transmitting-side antenna elements are arranged at intervals of at least about 波長 wavelength, the first right singular vector of the singular value decomposition is formed strictly in a form that takes its spread into account. However, since it is close to a state in which one virtual antenna element is arranged in a very small area, reception toward a specific one antenna installed near the center of gravity of these transmission antenna groups is considered. It is expected that the approximation can be made approximately by the weight vector.

そこで、送信アンテナ群の重心付近の特定の1本の送信アンテナ素子に向けた受信ウエイトベクトルを求め、送信側では特異値分解により求めた第1右特異ベクトルを用いて伝送した場合の利得と、送受信ウエイトベクトル共に第1特異値に対応した右及び左特異ベクトルを用いた場合を考える。まず一例として、送受信相互に31素子のアンテナにより、行列の第(i,j)成分が式(20)の見通し波モデルで与えられるチャネル行列を仮定する。式(4)の様に特異値分解したときの第1右特異ベクトルをv、第1左特異ベクトルをuとする。これらを基に送受信ウエイトベクトルを形成した際の利得は下記の式(72)で与えられる。 Therefore, a reception weight vector directed to one specific transmission antenna element near the center of gravity of the transmission antenna group is determined, and a gain at the time of transmission using the first right singular vector determined by singular value decomposition on the transmission side, Let us consider a case where the right and left singular vectors corresponding to the first singular value are used as the transmission and reception weight vectors. First, as an example, a channel matrix is assumed in which the (i, j) -th component of the matrix is given by the line-of-sight wave model of Expression (20) using 31 antennas for transmission and reception. Let the first right singular vector be v 1 and the first left singular vector be u 1 when the singular value decomposition is performed as in equation (4). The gain when the transmission / reception weight vector is formed based on these is given by the following equation (72).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

一方、送信アンテナ群の31素子の中心の第16素子と受信アンテナ群の間のSIMOチャネルベクトル(h1,16,h2,16,h3,16,・・・,h31,16に対し、このエルミート共役ベクトルを規格化したベクトルを近似的に受信ウエイトベクトルwrx‐app.とする場合を考える(式(73))。 On the other hand, a SIMO channel vector (h 1,16 , h 2,16 , h 3,16 ,..., H 31,16 ) T between the 16th element at the center of the 31 elements of the transmission antenna group and the reception antenna group. , The vector obtained by normalizing this Hermite conjugate vector is approximately equivalent to the reception weight vector wrx-app. (Equation (73)).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

この場合の利得は以下に示す式(74)の通りである。   The gain in this case is as shown in the following equation (74).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

更に、片方向のみではなく双方向でアンテナ群の重心付近のアンテナ素子から限定的にトレーニング信号を送信して双方の受信ウエイトベクトルを求めると共に、そこからキャリブレーション処理により送信ウエイトベクトルを求める構成とすれば、送信ウエイトベクトルも受信ウエイトベクトルも同様のチャネル情報のフィードバックから送受信ウエイトベクトルの算出処理まで、極限的に簡略化することが可能になる。この際の利得は下記の式(75)で与えられる。   Further, a configuration in which a training signal is transmitted in a limited manner from the antenna element near the center of gravity of the antenna group not only in one direction but also in both directions to obtain both reception weight vectors, and a transmission weight vector is obtained therefrom by a calibration process. Then, the transmission weight vector and the reception weight vector can be extremely simplified from the same channel information feedback to the transmission / reception weight vector calculation processing. The gain at this time is given by the following equation (75).

Figure 0006676745
Figure 0006676745

ここで、Grx‐app.−Gideal及びGapp.−Gidealの分布特性を評価した結果を図56に示す。評価条件はアンテナ31素子を1波長間隔であるxy2次元平面上にリニアアレーとしてy軸に平行に配置し、x軸方向に距離L[m]離した点を中心に、x軸方向に±5[m]、y軸方向に±5[m]の範囲で一様な乱数で設置地点を定めてその利得差のCDF分布を評価した。パラメータとしては、周波数は20GHz、x方向の距離Lは20m、30m、及び100mの場合を評価している。 Here, Grx-app. -G ideal and G app. FIG. 56 shows the result of evaluating the distribution characteristics of -G ideal . The evaluation conditions were as follows. The antenna 31 elements were arranged as a linear array on an xy two-dimensional plane, which is one wavelength apart, parallel to the y-axis, and ± 5 [ m] and installation points were determined by uniform random numbers in the range of ± 5 [m] in the y-axis direction, and the CDF distribution of the gain difference was evaluated. As parameters, the case where the frequency is 20 GHz and the distance L in the x direction is 20 m, 30 m, and 100 m are evaluated.

これらの結果を見ると、近似ウエイトベクトルを用いる場合と特異値分解による理想的ウエイトベクトルを用いる場合で殆ど差がなく、送受信局間の距離が近いほど利得のギャップは大きくはなるが、距離が20mであっても利得差は0.25dB以下に収まっていることが分かる。すなわち本実施形態では、第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた信号伝送を行う場合において、この手法で基地局装置及び端末局装置の双方で受信ウエイトベクトルwrx‐app.を求めると共に、これにキャリブレーション処理を行い送信ウエイトベクトルwtx‐app.を求めて信号送受信を行うことにより、殆ど特異値分解で求めた最適送受信ウエイトベクトルを用いる場合と遜色のない通信を行うことができる。なお、ここでは周波数として20GHz帯を例にとって説明したが、80GHz帯など更に高い周波数となった場合には、波長が短くなることでアンテナ素子間隔を短縮可能になり、物理的にほぼ1点に近いところにアンテナが配置されるために、更に近似精度が高まり利得のギャップが無視可能になる。 Looking at these results, there is almost no difference between the case of using the approximate weight vector and the case of using the ideal weight vector by singular value decomposition, and the closer the distance between the transmitting and receiving stations, the larger the gain gap becomes. It can be seen that the gain difference is within 0.25 dB or less even at 20 m. That is, in the present embodiment, when performing signal transmission using the virtual transmission path corresponding to the first singular value, the reception weight vector w rx-app. And a calibration process is performed on the transmission weight vector w tx-app. By performing signal transmission / reception with the above, communication can be performed which is almost equal to the case where the optimum transmission / reception weight vector obtained by singular value decomposition is used. Here, the description has been given by taking the 20 GHz band as an example, but in the case of a higher frequency such as the 80 GHz band, the antenna element interval can be shortened by shortening the wavelength, so that it is physically almost one point. Since the antenna is arranged near, the approximation accuracy is further improved and the gain gap can be ignored.

(複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法のオプション)
以上は簡易なウエイトベクトル算出法の基本原理であるが、このままでは若干の課題が残る。例えば、上述の様に大規模なアンテナを用いることで回線設計上の利得を稼ぐ場合には、1本アンテナ対1本アンテナのチャネル推定の精度はあまり高いものとは言えない。そこで、「見通し波が支配的な場合のチャネル行列取得の近似解法」(第6の実施形態)で用いた技術と同様に、チャネル推定に用いるサブキャリア数を大幅に限定し、そこでサブキャリア当たりの送信電力を高めてそのサブキャリアに対するチャネル推定精度を向上させることを適用する。更に、アンテナ素子間額が狭いことを利用すると、チャネル推定においてトレーニング信号を送信する送信アンテナがアンテナ群の重心付近から若干離れていても、かなり良い精度でのチャネル推定を維持することが可能になる。
(Option for approximate solution of weight vectors corresponding to multiple first singular values)
The above is the basic principle of the simple weight vector calculation method, but some problems remain as it is. For example, when a large antenna is used to gain a gain in line design as described above, the accuracy of channel estimation for one antenna to one antenna is not very high. Therefore, similarly to the technique used in “approximate solution for channel matrix acquisition when line-of-sight waves are dominant” (sixth embodiment), the number of subcarriers used for channel estimation is greatly limited, and Is applied to improve the channel estimation accuracy for the subcarrier by increasing the transmission power of the subcarrier. Furthermore, by utilizing the fact that the amount of space between antenna elements is small, it is possible to maintain channel estimation with fairly high accuracy even when the transmitting antenna that transmits the training signal in channel estimation is slightly away from the vicinity of the center of gravity of the antenna group. Become.

例えば、図56と同様の評価を行う際に、重心付近のアンテナを用いずに、重心から少し離れたアンテナ素子を利用して送受信ウエイトベクトルを求めることを考える。一例として、1/2波長間隔で61素子をリニアアレー状に図56の評価と同様に配置し、重心に相当する第31アンテナ素子を利用した送受信ウエイトベクトルを用いる場合、15素子離れた第46アンテナ素子を用いる場合、リニアアレーの端にある第61アンテナ素子を用いる場合の利得を、送受信共に特異値分解を用いた理想的送受信ウエイトを用いた場合からの劣化量として評価する。   For example, when performing the same evaluation as in FIG. 56, it is considered that the transmission / reception weight vector is obtained using an antenna element slightly away from the center of gravity without using an antenna near the center of gravity. As an example, when 61 elements are arranged in a linear array in the same manner as in the evaluation of FIG. 56 at a half wavelength interval, and a transmission / reception weight vector using the 31st antenna element corresponding to the center of gravity is used, the 46th antenna separated by 15 elements is used. When the element is used, the gain when the 61st antenna element at the end of the linear array is used is evaluated as a deterioration amount from the case where an ideal transmission / reception weight using singular value decomposition is used for transmission and reception.

図57は、重心から離れたアンテナを用いた送受信ウエイトベクトル近似解における利得特性を示す図である。図から分かる様に、周波数20GHz、距離20mとかなり条件的には厳しい状況であっても、利得のギャップの中央値(CDF50%値)は第46アンテナ素子で0.5dB、第61アンテナ素子でも0.8dBである。この程度の利得の低下を許容すれば、全アンテナ61素子を用いて、それぞれが異なるサブキャリアのトレーニング信号を送信し、いずれかのアンテナ素子でトレーニング信号が送信された全ての周波数成分のトレーニング信号受信側の局における送受信ウエイトベクトルが簡易に求まることになる。   FIG. 57 is a diagram illustrating a gain characteristic in an approximate solution of transmission and reception weight vectors using an antenna distant from the center of gravity. As can be seen from the figure, the median gain gap (50% CDF value) is 0.5 dB for the 46th antenna element, and even for the 61st antenna element, even under severe conditions such as a frequency of 20 GHz and a distance of 20 m. 0.8 dB. If this degree of gain reduction is allowed, the training signals of different subcarriers are transmitted using all the 61 antenna elements, and the training signals of all the frequency components for which the training signals have been transmitted by any of the antenna elements are used. The transmission / reception weight vector at the receiving station can be easily obtained.

例えば、各アンテナ素子から4サブキャリアのトレーニング信号を送信し、アンテナ素子数が例えば64素子であるとすれば、256個のサブキャリアについて同時にチャネル推定を実施することが可能になる。上述の例では簡単のためにリニアアレーを例にして説明を行ったが、1/2波長間隔の正方格子状の16×16の正方アレーアンテナ(計256素子)を用いれば、上述の図57と同程度の特性が期待されるため、256素子を同時に用いれば1024個のサブキャリアを一度にチャネル推定することが可能になる。   For example, if a training signal of 4 subcarriers is transmitted from each antenna element and the number of antenna elements is, for example, 64, it is possible to simultaneously perform channel estimation for 256 subcarriers. In the above example, a linear array was described for the sake of simplicity. However, if a 16 × 16 square array antenna (256 elements in total) of a square lattice with a half wavelength interval is used, the above-described FIG. Since similar characteristics are expected, it is possible to estimate 1024 subcarriers at once by using 256 elements at the same time.

ここで仮にアップリンクを想定すると、端末局装置側にはそれほど多くのアンテナ素子を配置できない場合があるが、その場合でも「見通し波が支配的な場合のチャネル行列取得の近似解法」で説明した様に送受信ウエイトベクトルのベクトルの各成分(個別のアンテナ素子に対応)のサブキャリア間のウエイト値は複素位相的には緩やかな変動を示すことが分かっており、横軸にサブキャリア、縦軸に複素位相のグラフ上で見た場合、2π周期の折り返しも考慮してオフセット値の補正を行えば、全帯域内でウエイト値が直線的な緩やかな変化に収まっているとみなし、算出されたウエイト値の複素位相を−πから+πの範囲の外に拡張しながら線形補間することで取得できていないサブキャリアのウエイト値を取得することも可能である。なおこの場合、チャネル情報は基準アンテナの複素位相を基準とした相対チャネル情報を用い、その相対チャネル情報から受信ウエイトを求めることが好ましい。   Here, assuming an uplink, there may be cases where not so many antenna elements can be arranged on the terminal station apparatus side, but even in that case, it was described in "Approximate solution for channel matrix acquisition when line of sight is dominant" Similarly, it is known that the weight value between the subcarriers of each component of the transmission / reception weight vector (corresponding to an individual antenna element) shows a gradual variation in complex phase. In the graph of the complex phase, if the offset value is corrected in consideration of the return of the 2π period, the weight value is calculated assuming that the weight value falls within a linear gradual change in the entire band. It is also possible to acquire the weight value of a subcarrier that has not been acquired by performing linear interpolation while extending the complex phase of the weight value outside the range of -π to + π. In this case, it is preferable to use relative channel information based on the complex phase of the reference antenna as the channel information, and obtain the reception weight from the relative channel information.

ここで、全体アンテナの中の重心付近のアンテナ素子の利用の例について図58を参照して説明する。図58はリニアアレーを用いる場合のトレーニング信号の送信に用いるアンテナ素子の例を示す図である。この図においては、31素子のリニアアレーの場合を例に取り、その重心アンテナは真ん中の第16アンテナとなる(図では2重の丸で示している)。基本となるのは図58(a)の様に重心のアンテナ素子である第16素子のみをトレーニング信号の送信に用いるのだが、これではサブキャリア当たりの送信電力を向上するためにトレーニング信号の送信に用いるサブキャリアを制限すると、チャネル情報を取得可能なサブキャリアの数が減ってしまい、その間のチャネル情報の補間の精度が落ちてしまう。そこで、例えば図58(b)の様に重心±5素子内の範囲でトレーニング信号の送信を行ったり、図58(c)の様に±10素子内の範囲でトレーニング信号の送信を行ってもよい。図57に示した様に、チャネル推定精度に問題がなければ、図58(d)の様に全ての素子をトレーニング信号の送信に用いることも可能である。   Here, an example of using an antenna element near the center of gravity in the entire antenna will be described with reference to FIG. FIG. 58 is a diagram illustrating an example of an antenna element used for transmitting a training signal when a linear array is used. In this figure, the case of a linear array of 31 elements is taken as an example, and the center of gravity antenna is the 16th antenna in the middle (indicated by a double circle in the figure). Basically, as shown in FIG. 58 (a), only the sixteenth element, which is the antenna element at the center of gravity, is used for transmitting the training signal. When the number of subcarriers used for the channel information is limited, the number of subcarriers from which channel information can be obtained decreases, and the accuracy of interpolation of channel information during that period decreases. Therefore, for example, even if the training signal is transmitted within a range of ± 5 elements as shown in FIG. 58 (b), or the training signal is transmitted within a range of ± 10 elements as shown in FIG. 58 (c). Good. As shown in FIG. 57, if there is no problem in channel estimation accuracy, it is also possible to use all elements for transmitting the training signal as shown in FIG. 58 (d).

次に、図59は最密充填状の2次元アンテナ配置を用いる場合のトレーニング信号の送信に用いるアンテナ素子の例を示す図である。この図においては、37素子の2次元アレーの場合を例に取り、説明の都合上a〜z、A〜Kの記号を振っている。その重心アンテナは真ん中の第aアンテナとなる(図59では2重の丸で示している)。基本となるのは図59(a)の様に重心のアンテナ素子であるので第a素子のみをトレーニング信号の送信に用いるのだが、これではサブキャリア当たりの送信電力を向上するためにトレーニング信号の送信に用いるサブキャリアを制限すると、チャネル情報を取得可能なサブキャリアの数が減ってしまい、その間のチャネル情報の補間の精度が落ちてしまう。そこで、例えば図59(b)の様に第a素子に加えて第b〜s素子の範囲(図59では黒塗りの丸で示している)でトレーニング信号の送信を行い、残りの第t〜K素子のアンテナは、通信には用いるがチャネルフィードバックには用いない。ないしは、これらすべてのアンテナ素子をトレーニング信号の送信とデータ通信の双方で用いる構成であってもよい。   Next, FIG. 59 is a diagram illustrating an example of an antenna element used for transmitting a training signal when a close-packed two-dimensional antenna arrangement is used. In this figure, the case of a two-dimensional array of 37 elements is taken as an example, and the symbols a to z and A to K are given for convenience of explanation. The center-of-gravity antenna is the a-th antenna in the middle (indicated by a double circle in FIG. 59). Since the basis is the antenna element of the center of gravity as shown in FIG. 59 (a), only the a-th element is used for transmitting the training signal. However, in this case, in order to improve the transmission power per subcarrier, the training signal is not transmitted. If the subcarriers used for transmission are limited, the number of subcarriers from which channel information can be obtained decreases, and the accuracy of interpolation of channel information during that period decreases. Therefore, for example, as shown in FIG. 59 (b), the training signal is transmitted in the range of the bth to sth elements (shown by black circles in FIG. 59) in addition to the ath element, and the remaining tth to tth elements are transmitted. The K element antenna is used for communication but not for channel feedback. Alternatively, the configuration may be such that all of these antenna elements are used for both transmission of the training signal and data communication.

同様の考え方は、トレーニング信号の送信に利用可能なアンテナ素子数が少ない場合にも適用できる。例えば何らかの理由で1次元のリニアアレーを送受信に用いる場合に、トレーニング信号の送信には図58(b)に示す様な重心付近のアンテナ素子しかチャネル推定精度的には利用できないのだが、重心付近に別途、トレーニング信号送信のみに用いるアンテナ素子を追加して運用することも可能である。図60はリニアアレーの重心付近にトレーニング信号送信用のアンテナ素子を追加する場合の例を示す図である。この図に示す様にアンテナ素子E、D、C、B、A、z、r、g、a、d、l、t、u、v、w、x、yはリニアアレーを構成している。重心は第a素子であり、この素子の中心に最密充填状に第a〜s素子が配置されている。リニアアレーから外れるアンテナ素子b、c、e、f、h、i、j、k、m、n、o、p、q、sはデータ通信には用いないのだが、チャネル推定を行うためには第a〜s素子を用いてトレーニング信号を送信する。   The same concept can be applied when the number of antenna elements available for transmitting the training signal is small. For example, when a one-dimensional linear array is used for transmission / reception for some reason, only antenna elements near the center of gravity as shown in FIG. 58B can be used for channel estimation accuracy for transmitting a training signal. Separately, it is possible to add and operate an antenna element used only for training signal transmission. FIG. 60 is a diagram showing an example in which an antenna element for transmitting a training signal is added near the center of gravity of the linear array. As shown in this figure, the antenna elements E, D, C, B, A, z, r, g, a, d, l, t, u, v, w, x, and y constitute a linear array. The center of gravity is the element a, and the elements a to s are arranged at the center of this element in the closest packing manner. The antenna elements b, c, e, f, h, i, j, k, m, n, o, p, q, and s that are not in the linear array are not used for data communication. A training signal is transmitted using the a to s elements.

これは一例であり、例えば図59の様に最密充填状の2次元アンテナ配置を用いる場合にも、基本は5波長間隔で最密充填を行いながら、トレーニング信号は第a素子の周りに1/2波長間隔で最密充填状にアンテナ素子を集中的に配置して利用するという構成であっても構わない。この様にアンテナ素子の密度を重心付近で高め、トレーニング信号の送信はその重心付近のアンテナ素子のみを用いて送信しても構わない。また、図60の説明ではリニアアレーから外れるアンテナ素子b、c、e、f、h、i、j、k、m、n、o、p、q、sはデータ通信には用いないとしていたが、これらのアンテナ素子をデータ通信に用いてもに全く問題はない。   This is merely an example. For example, even when a close-packed two-dimensional antenna arrangement is used as shown in FIG. 59, the training signal is basically placed around the a-th element while performing close-packing at intervals of 5 wavelengths. A configuration may be used in which antenna elements are intensively arranged and used in a close-packed manner at an interval of 1/2 wavelength. As described above, the density of the antenna elements may be increased near the center of gravity, and the training signal may be transmitted using only the antenna elements near the center of gravity. Also, in the description of FIG. 60, the antenna elements b, c, e, f, h, i, j, k, m, n, o, p, q, and s deviating from the linear array are not used for data communication. There is no problem in using these antenna elements for data communication.

図61は、近似ウエイト値の線形補間の具体例を示す図である。グラフの横軸はサブキャリアを、縦軸はウエイト値の複素位相を表す。例えば、8サブキャリア間隔でf、f、f16、f25のウエイト値がそれぞれプロット点291〜294の様に取得できているとする。この複素位相はπから+πの範囲となる様に与えられているため、例えばプロット点291〜295を基に線形補間すると、f25のウエイト値の複素位相は+πを超えてしまい、実際の観測されたプロット点294は−π近辺の値となっている。しかし、サブキャリアがf16からf25に変化する際に複素位相が−2π近く変化することはあり得ないため、必然的にプロット点294に+2πのオフセットを加えたプロット点295が実際の複素位相と考えることができる。 FIG. 61 is a diagram illustrating a specific example of linear interpolation of approximate weight values. The horizontal axis of the graph represents the subcarrier, and the vertical axis represents the complex phase of the weight value. For example, it is assumed that the weight values of f 1 , f 9 , f 16 , and f 25 are obtained at plot intervals 291 to 294 at eight subcarrier intervals. This because complex phase are given so as to be a range of [pi from + [pi, linear interpolation based on example plot points 291-295, the complex phase of the weight value of f 25 is exceeds the + [pi, actual observations The plotted point 294 has a value near -π. However, since the subcarriers are complex phase when changes f 25 from f 16 can not cause any change near -2.pi., inevitably plotted points 295 plus the offset of the plot points 294 + 2 [pi actual complex It can be considered a phase.

この様にしてオフセットを加えて補正された複素位相値を用いれば、線形補間でその間の複素位相を求めることも可能である。例えば、サブキャリアf〜fに関しては、プロット点291とプロット点292の間を直線で結び内挿補間することも可能である。同様に、プロット点291〜293及びプロット点295を用いて最小二乗法を適用すれば、線形の回帰直線を求めることができるので、その回帰直線で各サブキャリアのウエイト値を与えてもよい。この際、取得済みのサブキャリアf、f、f16、f25のウエイト値をそのまま用いることも可能であるが、一方でそのまま用いずに、線形補間した予測値で置き換えてこれらのサブキャリアのウエイト値を与えると、雑音等の推定誤差成分を抑圧できる場合もある。更には、近傍のサブキャリアのウエイト値から2πのオフセットも考慮した上での変化量が、他のプロット点に加えて極端に大きな(例えば変化量が±π/2以上)プロット点は、推定精度が低いものとして線形補間から除外して精度を高めることも可能である。 By using the complex phase value corrected by adding the offset in this way, it is possible to obtain the complex phase therebetween by linear interpolation. For example, for sub-carrier f 2 ~f 8, it is also possible to between interpolation in tie between the plot points 291 and plot points 292 in a straight line. Similarly, if the least squares method is applied using the plot points 291 to 293 and the plot point 295, a linear regression line can be obtained, and the weight value of each subcarrier may be given by the regression line. At this time, it is possible to use the weight values of the acquired subcarriers f 1 , f 9 , f 16 , and f 25 as they are. When a weight value of a carrier is given, an estimation error component such as noise may be suppressed in some cases. Furthermore, in addition to the other plot points, an extremely large change point (for example, a change amount of ± π / 2 or more) in consideration of the offset of 2π from the weight value of the neighboring subcarrier is estimated. It is also possible to increase the accuracy by excluding the low accuracy from the linear interpolation.

次に、図62を参照して、基地局装置又は端末局装置が行う近似ウエイト値の線形補間における複素位相オフセットの判定処理の動作を説明する。図62は、近似ウエイト値の線形補間における複素位相オフセットの判定処理の動作を示すフローチャートである。ここでは、図62に示す処理動作を基地局装置が行うものとして説明する。ある程度チャネル推定に用いるサブキャリア数が確保できる場合(複数のアンテナ素子からトレーニング信号を送信する場合を含む)には、チャネル推定が実施されるサブキャリアの間隔は比較的狭くできるので、この場合には近接するサブキャリアのチャネル推定結果の複素位相の差は十分に小さいものと考えられる。   Next, with reference to FIG. 62, an operation of a complex phase offset determination process in linear interpolation of approximate weight values performed by the base station device or the terminal station device will be described. FIG. 62 is a flowchart showing the operation of the process of determining the complex phase offset in the linear interpolation of the approximate weight value. Here, description will be made assuming that the processing operation shown in FIG. 62 is performed by the base station apparatus. If the number of subcarriers used for channel estimation can be secured to some extent (including a case where training signals are transmitted from a plurality of antenna elements), the interval between subcarriers on which channel estimation is performed can be relatively narrow. It is considered that the difference between the complex phases of the channel estimation results of adjacent subcarriers is sufficiently small.

そこで、基地局装置は、離散的サブキャリアでチャネル推定を実施した後、複素位相情報補間のために送受信ウエイトベクトル(ないしはチャネルベクトルやチャネル行列)の各成分を読み出す(ステップS6201)。そして、基地局装置は、連続するサブキャリアのウエイト値WkとWk’を読み出す(ステップS6202)。このとき、ベクトルないし行列ごとに、取得されたチャネル情報の例えばサブキャリア番号の小さい方から順番に読み出す。そして、基地局装置は、取得された中で連続するサブキャリアのWkとWk’(離散的であるので、kとk’が隣接しているとは限らない)の複素位相θ(Wk)とθ(Wk’)を取得する(ステップS6203)。続いて、基地局装置は、複素位相θ(Wk’)とθ(Wk)の差が−π以下であれば+2πを加算し(ステップS6204、S6205)、逆に差がπ以上であれば−2πを減算(ステップS6206、S6207)して、補正後の複素位相θ(Wk)とθ(Wk’)の差の絶対値がπ以下となる様にする。   Therefore, after performing channel estimation using discrete subcarriers, the base station apparatus reads out each component of the transmission / reception weight vector (or channel vector or channel matrix) for complex phase information interpolation (step S6201). Then, the base station apparatus reads weight values Wk and Wk 'of the continuous subcarriers (step S6202). At this time, for each vector or matrix, the acquired channel information is read out, for example, in ascending order of the subcarrier number. Then, the base station apparatus calculates the complex phases θ (Wk) of Wk and Wk ′ of the continuous subcarriers that have been acquired (since they are discrete, k and k ′ are not necessarily adjacent). θ (Wk ′) is obtained (step S6203). Subsequently, the base station apparatus adds + 2π when the difference between the complex phases θ (Wk ′) and θ (Wk) is equal to or less than −π (steps S6204 and S6205), and conversely, when the difference is equal to or more than π. By subtracting 2π (steps S6206 and S6207), the absolute value of the difference between the corrected complex phase θ (Wk) and θ (Wk ′) becomes equal to or smaller than π.

基本的にはこれだけでも十分であるが、更に±π/2以上の複素位相差の情報は信憑性が低いと判断する場合には、補正後の複素位相θ(Wk)とθ(Wk’)の差分を再度比較し(ステップS6208、S6209)、その差が−π/2以下ないしはπ/2以上であればそのチャネル情報は信用性が薄いと判断してウエイト値Wk’を廃棄する(ステップS6210)。取得されている全サブキャリアに対して検査済みであれば処理を終了し、検査済みでなければ次のサブキャリアを読み出し、直前に処理を行ったサブキャリアの値との間で同様の処理を実施する(ステップS6211)。   Basically, this alone is sufficient. However, when it is determined that the information of the complex phase difference of ± π / 2 or more has low credibility, the corrected complex phases θ (Wk) and θ (Wk ′) Are compared again (steps S6208 and S6209). If the difference is equal to or less than -π / 2 or equal to or more than π / 2, the channel information is determined to be unreliable, and the weight value Wk ′ is discarded (step S6208). S6210). If all subcarriers that have been acquired have been inspected, the processing ends.If not, the next subcarrier is read out, and the same processing is performed between the values of the subcarriers that have been processed immediately before. This is performed (step S6211).

なお、複素位相としては補正処理を行っているが、実際のウエイト値はExp(jθ(k)で与えられるため、複素位相2πの補正はウエイトとしては何ら差が生じるものではない。あくまでも線形補間を行うための複素位相の補正を行うものである。この様にして補正を行った複素位相上で任意の補間処理を適用することが可能で、近接する2点の複素位相から線形補間してもよいし、複数点の複素位相から最小二乗法的に線形の補間をしてもよいし、その他の非線形の補間をしても構わない。また内挿補間に加えて、2点の外側の外挿補間を用いても構わない。   Although the correction processing is performed for the complex phase, since the actual weight value is given by Exp (jθ (k), the correction of the complex phase 2π does not cause any difference as a weight. It is possible to apply an arbitrary interpolation process on the corrected complex phase in this manner, and to perform linear interpolation from two adjacent complex phases. It is also possible to perform linear interpolation in a least-squares manner from the complex phases of a plurality of points, or to perform other non-linear interpolation. Extrapolation may be used.

なお、上述の様々な説明の中でチャネルベクトル、チャネル行列、送受信ウエイトベクトルなどの線形補間(最小二乗法による回帰計算)にて「オフセット値」を導入していたが、この様に取得済みのサブキャリア間での急激な複素位相の変化が伴わない様にして行う複素位相の補正は「オフセット値」の導入と基本的には等価であり、図62の処理を実施すれば、明示的な「オフセット値」の導入(複数のオフセット値の候補に対して最小二乗法による回帰計算を行うなどの処理)は必ずしも必要ではなく、省略することが可能である。なお上述の補正処理は、第6の実施形態における処理においても同様に活用可能である。   In the various descriptions above, the “offset value” was introduced by linear interpolation (regression calculation by the least squares method) of the channel vector, the channel matrix, the transmission / reception weight vector, etc. The correction of the complex phase performed without involving a rapid change in the complex phase between the subcarriers is basically equivalent to the introduction of the “offset value”. Introduction of “offset value” (processing such as performing regression calculation by a least squares method on a plurality of offset value candidates) is not always necessary and can be omitted. Note that the above-described correction processing can be similarly used in the processing in the sixth embodiment.

(複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法の処理)
次に、図63を参照して、複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法の処理動作を説明する。図63は、複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法の処理動作を示すフローチャートである。ここではアップリンクとダウンリンクは特に問わず、基地局装置と端末局装置のいずれかがチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、他方がそのトレーニング信号を受信してチャネルベクトルを取得し、この結果を用いて受信ウエイトベクトルを算出する。更にキャリブレーション処理により送信ウエイトベクトルも取得する。片方向で送受信ウエイトベクトルを取得した後に、同様のことを逆方向で行えば、双方向の送受信ウエイトベクトルを取得することが可能である。また、説明の便宜上、ダウンリンクでトレーニング信号を送信する場合を例にして以下の説明を行う。
(Processing of approximate solution of weight vector corresponding to a plurality of first singular values)
Next, the processing operation of the approximate solution method of the weight vector corresponding to the plurality of first singular values will be described with reference to FIG. FIG. 63 is a flowchart showing a processing operation of an approximate solution method of a weight vector corresponding to a plurality of first singular values. Here, regardless of the uplink and downlink, either the base station apparatus or the terminal station apparatus transmits a training signal for channel estimation, and the other receives the training signal and obtains a channel vector. Is used to calculate the reception weight vector. Further, a transmission weight vector is also obtained by a calibration process. By obtaining the transmission / reception weight vector in one direction and then performing the same operation in the opposite direction, it is possible to obtain a bidirectional transmission / reception weight vector. Also, for convenience of explanation, the following description will be made taking a case where a training signal is transmitted on the downlink as an example.

基地局装置は、サブキャリア当たりの送信電力を高めるために、全体の中の一部のサブキャリアを用いてトレーニング信号の送信を行う(ステップS6301)。このとき、アンテナ群の重心周辺のアンテナ素子によりトレーニング信号の送信を行う。端末局装置ではこのトレーニング信号を受信し、所定の受信処理を行う(ステップS6302)。ここでの受信処理は、信号をローノイズアンプで増幅し、ミキサにて無線周波数からベースバンドの信号にダウンコンバートし、フィルタにて帯域外の信号成分を除去し、A/D変換によりサンプリングし、この信号にFFT処理を施して周波数軸上の信号に変換するなどの処理である。端末局装置は、この様にして得られたチャネルベクトルに対して複素共役を取り(及び必要に応じて規格化処理を含む)受信ウエイトベクトルを算出する(ステップS6303)。   The base station apparatus transmits a training signal using some subcarriers in the whole in order to increase transmission power per subcarrier (step S6301). At this time, the training signal is transmitted by the antenna elements around the center of gravity of the antenna group. The terminal station device receives the training signal and performs a predetermined receiving process (step S6302). In the reception process, the signal is amplified by a low-noise amplifier, down-converted from a radio frequency to a baseband signal by a mixer, a signal component outside the band is removed by a filter, and sampled by A / D conversion. Processing such as performing FFT processing on this signal to convert it into a signal on the frequency axis is performed. The terminal station apparatus calculates a reception weight vector by taking a complex conjugate (and, if necessary, including a normalization process) for the channel vector obtained in this way (step S6303).

続いて、端末局装置は、ここの複素位相の補正処理(図62に示す処理)を実施する(ステップS6304)。そして、端末局装置は、線形補間等で全サブキャリアのチャネルベクトルを取得する(ステップS6305)。続いて、端末局装置は、線形補間や非線形補間など様々な補間処理で取得できていないサブキャリアの受信ウエイトベクトルを予測し、全ての受信ウエイトベクトルを取得後にキャリブレーション処理で送信ウエイトベクトルを算出する(ステップS6306)。最後に端末局装置は、送信ウエイトベクトルを記録管理する(ステップS6307)。   Subsequently, the terminal station device performs the complex phase correction process (the process shown in FIG. 62) (step S6304). Then, the terminal station device acquires channel vectors of all subcarriers by linear interpolation or the like (step S6305). Subsequently, the terminal station device predicts the reception weight vector of the subcarrier that has not been obtained by various interpolation processes such as linear interpolation and nonlinear interpolation, and calculates the transmission weight vector by the calibration process after obtaining all the reception weight vectors. (Step S6306). Finally, the terminal station device records and manages the transmission weight vector (step S6307).

以上説明した様に、見通し環境で第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用するための送受信ウエイトを取得する場合には、アンテナ素子群が非常に狭いところに限定されていることを利用し、そのアンテナ群の重心付近の単一アンテナ素子を用いて受信信号ベクトルを取得し、その複素共役を取ることで極めて容易に受信ウエイトを算出することができる。キャリブレーション処理を行えば送信ウエイトも取得可能であり、この処理を双方向で行えば、基地局装置及び端末局装置は簡単に第1特異値に対応する仮想的伝送路の送受信ウエイトを近似的に求めることができる。また、重心付近のアンテナのみをトレーニング信号送信に用いる一方、データの送受信には開口長を広げたアンテナ素子全体を用いることで、回線利得の向上や空間多重特性を高めることも可能である。   As described above, when the transmission / reception weight for using the virtual transmission path corresponding to the first singular value is obtained in the line-of-sight environment, the fact that the antenna element group is limited to a very narrow place is used. Then, a reception signal vector is obtained using a single antenna element near the center of gravity of the antenna group, and the reception weight can be calculated extremely easily by taking its complex conjugate. If the calibration process is performed, the transmission weight can also be obtained. If the process is performed in both directions, the base station device and the terminal station device can easily approximate the transmission and reception weight of the virtual transmission path corresponding to the first singular value. Can be sought. In addition, while only the antenna near the center of gravity is used for training signal transmission, data transmission / reception can use the entire antenna element with an increased aperture length to improve line gain and spatial multiplexing characteristics.

なお、送信側で送信ウエイトベクトルが既知であれば、重心付近のアンテナのみを利用して且つ利用するサブキャリアを限定してトレーニング信号を送信するまでもなく、全サブキャリア、ないしは若干間引きしたサブキャリアを用いて全アンテナ素子で送信ウエイトベクトルを用い指向性形成を行い利得を高めてトレーニング信号を送信することも可能である。このため、送信ウエイトベクトルの初期値を取得するための手法として本実施形態を利用し、送信ウエイトベクトルを取得後はその送信ウエイトベクトルを用いて指向性形成を行いトレーニング信号を送信し、この様に回線利得が高められた状態でチャネル推定を行い、そのチャネルベクトルの複素共役により受信ウエイトベクトルを高精度で求め、その高精度の受信ウエイトベクトルに対してキャリブレーション処理を施すことで高精度の送信ウエイトベクトルを求めるなどの手順を踏んでもよい。この様な処理の繰り返しを逐次行うことにより、定常的な通信状態においてはより安定的な状況で通信を行うことが可能になる。   If the transmission weight vector is known on the transmitting side, it is not necessary to transmit a training signal by using only the antenna near the center of gravity and limiting the subcarriers to be used. It is also possible to transmit a training signal by increasing the gain by forming a directivity using transmission weight vectors in all antenna elements using a carrier. For this reason, the present embodiment is used as a method for acquiring the initial value of the transmission weight vector, and after acquiring the transmission weight vector, forming a directivity using the transmission weight vector, transmitting the training signal, and Channel estimation is performed with the line gain increased, the reception weight vector is obtained with high accuracy by the complex conjugate of the channel vector, and the calibration process is performed on the high-precision reception weight vector to achieve high accuracy. A procedure such as obtaining a transmission weight vector may be performed. By repeating such processing sequentially, communication can be performed in a more stable state in a steady communication state.

[第8の実施形態]
[複数の無線局における同時チャネル推定について]
(第8の実施形態に係る基本原理の概要)
上述の「見通し波が支配的な場合のチャネル行列取得の近似解法」及び「複数の第1特異値に対応するウエイトベクトルの近似解法」では、トレーニング信号を送信するサブキャリアを限定することで1本アンテナ対1本アンテナのチャネル推定精度を高めることができることを示した。また、これらの技術では、複数のアンテナからサブキャリアの異なるトレーニング信号を同時に送信し、それにより異なるアンテナ素子に関するチャネル情報を取得することができる。
[Eighth Embodiment]
[Simultaneous channel estimation in multiple wireless stations]
(Overview of Basic Principle According to Eighth Embodiment)
In the above “approximate solution for obtaining a channel matrix when line of sight waves are dominant” and “approximate solution for weight vector corresponding to a plurality of first singular values”, 1 It has been shown that the channel estimation accuracy of one antenna to one antenna can be improved. Further, in these techniques, training signals with different subcarriers are simultaneously transmitted from a plurality of antennas, so that channel information on different antenna elements can be obtained.

これらの技術の説明では、例えば同じ端末局装置の複数のアンテナ素子から異なるサブキャリアを用いてトレーニング信号を送信したり、ないしは図16に示す様に基地局装置303側において複数の第1の信号処理部304を含む場合について説明した。この場合、第1の信号処理部304のアンテナ素子からのトレーニング信号の送信を基地局装置303内部の通信制御回路等でそれぞれのタイミングを調整し、それらがタイミングを揃えて一斉にトレーニング信号を送信する様に制御していた。これに対し、そのほかの条件においても複数のアンテナ素子のチャネル推定を同時に行うことが有効な場合がある。その一例としては、上述の様に無線エントランス回線に本実施形態を適用する以外に、スモールセル基地局装置のアクセス系に用いて利用することがあげられる。   In the description of these techniques, for example, a training signal is transmitted from a plurality of antenna elements of the same terminal station apparatus using different subcarriers, or a plurality of first signals are transmitted on the base station apparatus 303 side as shown in FIG. The case where the processing unit 304 is included has been described. In this case, the transmission of the training signal from the antenna element of the first signal processing unit 304 is adjusted by a communication control circuit or the like inside the base station device 303, and the training signals are transmitted at the same time with the timing adjusted. Was controlled to do so. On the other hand, it may be effective to simultaneously perform channel estimation for a plurality of antenna elements under other conditions. As an example, in addition to applying the present embodiment to the wireless entrance line as described above, it can be used for the access system of the small cell base station apparatus.

図64は、同一エリア内に存在する複数のスモールセル間での同時チャネル推定を行う装置構成を示す図である。図64において、左図には例えば一例としてビル街のビル壁面に複数のスモールセル基地局装置231〜234が設置され、その基地局装置231〜234の周囲にそれぞれのサービスエリアが広がる環境を表している。このサービスエリアには、基地局装置231〜234との間で無線通信を行う端末局装置235〜239が存在する。端末局装置235はスモールセル基地局装置231の配下にあり、端末局装置236はスモールセル基地局装置232の配下にあり、端末局装置237はスモールセル基地局装置233の配下にあり、端末局装置238及び端末局装置239はスモールセル基地局装置234の配下にある。   FIG. 64 is a diagram illustrating an apparatus configuration for performing simultaneous channel estimation between a plurality of small cells existing in the same area. In FIG. 64, the left diagram shows, for example, an environment in which a plurality of small cell base station devices 231 to 234 are installed on a building wall of a building street, and the respective service areas spread around the base station devices 231 to 234. ing. In this service area, there are terminal station devices 235 to 239 that perform wireless communication with the base station devices 231 to 234. The terminal station device 235 is under the control of the small cell base station device 231, the terminal station device 236 is under the control of the small cell base station device 232, and the terminal station device 237 is under the control of the small cell base station device 233. The device 238 and the terminal station device 239 are under the control of the small cell base station device 234.

背景技術の中でも説明した通り、スモールセルは局所的にトラヒックが集中するエリアのトラヒックをマクロセルからオフロードするために設置される。トラヒックが集中するエリアに対して、狭いエリアのスモールセルを設定し、そのスモールセル内の端末局に限定してそのスモールセル基地局装置が通信を行うことになる。マクロセルであれば置局設計を厳密に行い、マクロセル間での相互干渉のレベルを管理して周波数資源のリユースを行うのが一般的である。しかし、スモールセルはあくまでもトラヒック集中などの要求条件に合わせてスポット的に設置されるものであり、置局設計が計画的に実施されるとは限らない。   As described in the background art, a small cell is installed to offload traffic in an area where traffic is locally concentrated from a macro cell. A small cell in a narrow area is set for an area where traffic is concentrated, and the small cell base station apparatus performs communication only for terminal stations in the small cell. In the case of a macro cell, it is general to perform station placement design strictly, manage the level of mutual interference between macro cells, and reuse frequency resources. However, small cells are installed in a spot manner in accordance with required conditions such as traffic concentration, and station design is not always performed systematically.

その様な環境で、回線利得の確保という要求条件に合わせて相互干渉を低減することを目的として、Massive MIMO技術を用いたスモールセル構成技術が注目されている。このスモールセルでは相互干渉を低減するために、1素子当たりの送信電力は高くないが、多数のアンテナ素子で形成する指向性利得により膨大な回線利得を確保する。しかし、その回線利得を確保するには各送信アンテナ素子対受信アンテナ素子間のMIMOチャネル行列が既知である必要があり、このためのチャネルフィードバック技術は重要である。   In such an environment, a small cell configuration technology using Massive MIMO technology has been attracting attention for the purpose of reducing mutual interference in accordance with a requirement for securing line gain. In this small cell, the transmission power per element is not high in order to reduce mutual interference, but a huge line gain is secured by the directional gain formed by a large number of antenna elements. However, to secure the channel gain, the MIMO channel matrix between each transmitting antenna element and receiving antenna element needs to be known, and the channel feedback technique for this is important.

更に、この回線利得を効率的に得るためにはチャネル推定の精度も重要になるが、チャネル推定のためにトレーニング信号を送信した際に、同一サブキャリアにて近隣のスモールセルからの干渉波が受信される場合には、その干渉信号によりチャネル推定精度が大幅に劣化し、十分な回線利得を確保できないばかりでなく、所望の方向以外への輻射も大きくなるために、相互干渉が大きくなるリスクもある。この問題は、Pilot Contamination(パイロット・コンタミネーション)と呼ばれており、相互干渉によるトレーニング信号の汚染の問題は重要な問題である。   Furthermore, the accuracy of channel estimation is also important in order to obtain this line gain efficiently, but when a training signal is transmitted for channel estimation, interference waves from neighboring small cells on the same subcarrier are generated. In the case of reception, the channel estimation accuracy is greatly degraded due to the interference signal, and not only sufficient line gain cannot be secured, but also radiation in directions other than the desired direction increases, so that the risk of mutual interference increasing. There is also. This problem is called Pilot Contamination, and the problem of contamination of the training signal due to mutual interference is an important problem.

この問題を単純に回避するには、スモールセルごとにトレーニング信号の送信タイミングをずらす(近隣の何処かのスモールセルでトレーニング信号が送信されている場合には、他のスモールセルでは通信を控える)ことが有効と見なされていた。しかし、この方法ではチャネル推定用のトレーニング信号によるオーバヘッドが大きくなり、MACレイヤにおける伝送効率が低下することになる。特に5Gにおけるスモールセルでは超多数の端末局装置を一つの基地局装置が一括で収容することが想定されているため、それらの端末局装置が頻繁にトレーニング信号を送信し、且つスモールセルごとに送信タイミングを棲み分けるとなると大幅にMAC効率が低下することになる。   To simply avoid this problem, shift the transmission timing of the training signal for each small cell (when the training signal is transmitted in some small cells in the vicinity, refrain from communication in other small cells) Was considered valid. However, in this method, the overhead due to the training signal for channel estimation increases, and the transmission efficiency in the MAC layer decreases. In particular, in a small cell in 5G, since it is assumed that one base station device collectively accommodates an extremely large number of terminal station devices, those terminal station devices frequently transmit a training signal and each small cell has If the transmission timing is separated, the MAC efficiency will be greatly reduced.

そこで、図64の右図に示した様に、全体の周波数帯域幅Wの中の多数のサブキャリアの中で、各基地局装置231〜234はサブキャリアを棲み分けて、ダウンリンクで同一時刻に揃えてトレーニング信号を送信する。同様に、各スモールセルの端末局装置235〜238も、全体の周波数帯域幅Wの中の多数のサブキャリアの中でそれぞれサブキャリアを棲み分けて、アップリンクで同一時刻に揃えてトレーニング信号を送信する。例えば、基地局装置231及び端末局装置235は右図の複数のサブキャリア群241を利用し、基地局装置232及び端末局装置236は複数のサブキャリア群242を利用し、基地局装置233及び端末局装置237は右図の複数のサブキャリア群243を利用し、基地局装置234及び端末局装置238は右図の複数のサブキャリア群244を利用する。これらは周波数軸上では重なりがないため、同一時刻に同一周波数(同一サブキャリア)の混信がなく、Pilot Contaminationの問題は発生しない。   Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 64, among a number of subcarriers in the entire frequency bandwidth W, each of the base station devices 231 to 234 separates subcarriers and performs the same time in downlink. And send the training signal. Similarly, the terminal station devices 235 to 238 of each small cell also segregate subcarriers among a large number of subcarriers in the entire frequency bandwidth W and align training signals at the same time on the uplink. Send. For example, the base station device 231 and the terminal station device 235 use a plurality of subcarrier groups 241 in the right diagram, the base station device 232 and the terminal station device 236 use a plurality of subcarrier groups 242, and the base station device 233 and the The terminal station device 237 uses a plurality of subcarrier groups 243 in the right diagram, and the base station device 234 and the terminal station device 238 use a plurality of subcarrier groups 244 in the right diagram. Since they do not overlap on the frequency axis, there is no interference of the same frequency (same subcarrier) at the same time, and the problem of pilot containment does not occur.

また、アップリンクに関しては、例えば基地局装置234の配下の端末局装置238と端末局装置239が、例えば端末局装置238がサブキャリア群244を用いる一方で、端末局装置239が(基地局装置233と端末局装置237がサブキャリア群243で通信していないという前提で)サブキャリア群243を用いてトレーニング信号を送信し、端末局装置238と端末局装置239のチャネル情報を同時に推定する様に構成することも可能である。   For the uplink, for example, the terminal station device 238 and the terminal station device 239 under the control of the base station device 234, for example, while the terminal station device 238 uses the subcarrier group 244, the terminal station device 239 It is assumed that the training signal is transmitted using the subcarrier group 243 and that the channel information of the terminal station device 238 and the terminal station device 239 are simultaneously estimated (assuming that the terminal station device 233 and the terminal station device 237 are not communicating with each other). It is also possible to configure.

一般には、基地局装置は装置規模を大型化することが許容される一方、端末局装置側はあまり装置規模を増大させることができない。また、図16に示す様に複数の第1の信号処理部304を備え、それぞれが多数のアンテナ素子を備えている場合には、一つの基地局装置が備えるアンテナ総数に対して端末局装置のアンテナ総数は少ないことが予想される。その場合、上述の様に同一セル内(ないしは異なるセルを含めてもよい)の多数の端末局装置とのチャネル推定を同時に行うことは理に適っている。   In general, the base station device is allowed to increase the device scale, while the terminal station device side cannot increase the device scale so much. Also, as shown in FIG. 16, when a plurality of first signal processing units 304 are provided, and each of the plurality of first signal processing units 304 is provided with a large number of antenna elements, the number of antennas of the terminal station It is expected that the total number of antennas will be small. In this case, it is reasonable to simultaneously perform channel estimation with many terminal station devices in the same cell (or may include different cells) as described above.

具体的には、例えば基地局装置が5つの第1の信号処理部304を備え、それぞれが各50素子のアンテナ素子を備えているとする。一つのアンテナ素子につき4つのサブキャリアにおいてトレーニング信号を送信する場合には、4×50×5=1000で1000ものサブキャリアのチャネル推定が同時に行えることになる。更に全体のサブキャリア数が2000であれば、例えば基地局装置231及び基地局装置233が偶数サブキャリアを、基地局装置232及び基地局装置234が奇数サブキャリアを利用してチャネル推定を行うことが可能である。アンテナの指向性特性などにも依存するが、基地局装置側の個々のアンテナ素子はある程度の強さの指向性を備えているとすると、隣接するスモールセルには干渉を与えうるが、次隣接のスモールセルとは与被干渉が無視可能な場合もあり、その様な場合には上述の設定が成り立つことになる。   Specifically, for example, it is assumed that the base station apparatus includes five first signal processing units 304, each of which includes 50 antenna elements. When a training signal is transmitted on four subcarriers per antenna element, channel estimation of 1000 subcarriers can be performed simultaneously with 4 × 50 × 5 = 1000. Further, if the total number of subcarriers is 2000, for example, the base station apparatus 231 and the base station apparatus 233 perform channel estimation using even subcarriers, and the base station apparatus 232 and the base station apparatus 234 use odd subcarriers. Is possible. Depending on the directivity characteristics of the antenna, etc., assuming that each antenna element on the base station apparatus side has a certain degree of directivity, adjacent small cells may interfere with each other, In some cases, the interference may be negligible with such a small cell, and in such a case, the above-described setting is established.

一方で、端末局装置の備えるアンテナ素子数が25素子であるとすると、1素子当たり4つのサブキャリアを利用するとして、一つの端末局装置の合計で100のサブキャリアを利用することになる。しかし、一つの基地局装置がチャネル推定に利用するサブキャリアが1000であるため、同時に10局の端末局装置がアップリンクのチャネル推定用のトレーニング信号を同時に送信しても同一時刻に同一周波数(同一サブキャリア)での混信がなく、これらに対して同時にチャネル推定ができることになる。ダウンリンクに関しては、基地局装置がトレーニング信号を1回送信すると、それを受信した全端末局装置が同時に自局に対するダウンリンクのチャネル推定が可能である。しかし、アップリンクに関しては各端末局装置が個別にトレーニング信号を送信しなければならず、そのトレーニング信号の送信に伴うオーバヘッドによるMAC効率の低下を如何に食い止め、一方ではチャネル推定精度を如何に高めるかは課題である。   On the other hand, assuming that the number of antenna elements provided in the terminal station apparatus is 25, four subcarriers are used per element, so that one terminal station apparatus uses 100 subcarriers in total. However, since the number of subcarriers used by one base station apparatus for channel estimation is 1000, even if ten terminal station apparatuses simultaneously transmit uplink channel estimation training signals at the same time, the same frequency ( There is no interference on the same subcarrier), and channel estimation can be performed on these at the same time. Regarding the downlink, when the base station device transmits the training signal once, all the terminal station devices that have received the training signal can simultaneously perform downlink channel estimation for the own station. However, for the uplink, each terminal station device must individually transmit a training signal, and how to prevent a decrease in MAC efficiency due to overhead associated with the transmission of the training signal, and how to increase channel estimation accuracy Is an issue.

ここで、上述のチャネル推定を異なるスモールセル間、又は同一のスモールセル内の異なる端末局装置間でサブキャリアを変えて同時に送受信するためには、(1)各端末局装置が送信すべきトレーニング信号のサブキャリアの把握ができること、(2)各端末局装置がトレーニング信号を送信すべきタイミングを把握できること、が重要になる。   Here, in order to simultaneously transmit and receive the above-described channel estimation between different small cells or between different terminal station apparatuses in the same small cell while changing subcarriers, (1) training to be transmitted by each terminal station apparatus It is important to be able to grasp the subcarriers of the signal, and (2) to be able to grasp the timing at which each terminal station device should transmit a training signal.

図65は、本実施形態におけるフレーム構成の例を示す図である。図65において、符号251−1〜251−3は基地局装置がダウンリンクでトレーニング信号を送信するためのスロット、符号252−1〜252−3は基地局装置と端末局装置間でデータ通信を行うためのスロットである。また、符号253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3はそれぞれ端末局装置がアップリンクでトレーニング信号を送信するためのスロットを表す。また、スロット251−1からスロット256−1までの時間長、同様にスロット251−2からスロット256−2までの時間長、スロット251−3からスロット256−3までの時間長はそれぞれ基本フレーム周期Tb−frameである。厳密には、スロット256−1の末尾とスロット251−2の間、スロット256−2の末尾とスロット251−3の間などでは、アップリンクからダウンリンクへの切り替えが行われるために、ガードタイムとして所定の時間を設定してもよい。 FIG. 65 is a diagram illustrating an example of a frame configuration according to the present embodiment. In FIG. 65, reference numerals 251-1 to 251-3 denote slots for the base station device to transmit training signals on the downlink, and reference numerals 252-1 to 252-3 denote data communication between the base station device and the terminal station devices. It is a slot for performing. Reference numerals 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3 allow the terminal station device to transmit a training signal on the uplink. Represents a slot. The time length from slot 251-1 to slot 256-1, the time length from slot 251-2 to slot 256-2, and the time length from slot 251-3 to slot 256-3 are each the basic frame period. Tb-frame . Strictly, between the end of the slot 256-1 and the slot 251-2, between the end of the slot 256-2 and the slot 251-3, etc., the switching from the uplink to the downlink is performed. May be set as a predetermined time.

また図65に示す例では、基本フレームをN回繰り返す長周期のスーパーフレーム構造を取り、このスーパーフレーム内の異なる基本フレーム内のスロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3はそれぞれ異なる端末局装置がアップリンクのトレーニング信号を送信するために割り当てられている。スロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3のいずれか一つに着目すれば、それぞれがサブキャリアのグループに分割されている。上述の例では、全体で1000のサブキャリアに対し、一つの端末局装置が25本のアンテナ素子が各4サブキャリアでトレーニング信号を送信するとしていた。このため、例えば第j(jは1〜10の整数)グループのサブキャリアは0〜99の整数mに対し第(10×m+j)サブキャリアを用いることにして、第n基本フレームの第n’(図では253から256の4スロットが割り当てられるので、n’は1〜4の整数)スロットで第jグループのサブキャリアを用いるなどと端末局装置に割り当てを行う。   In the example shown in FIG. 65, a superframe structure having a long cycle in which a basic frame is repeated N times is adopted, and slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, and 254-1 to 253-3 in different basic frames in the superframe are taken. 255-1 to 255-3 and 256-1 to 256-3 are allocated to different terminal station devices to transmit uplink training signals. Focusing on any one of the slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3, each is divided into subcarrier groups. Have been. In the above-described example, one terminal station apparatus transmits training signals on four subcarriers in each of 25 antenna elements for a total of 1000 subcarriers. For this reason, for example, for the subcarriers of the j-th group (j is an integer of 1 to 10), the (10 × m + j) -th subcarrier is used for the integer m of 0 to 99, and the n′th subframe of the nth basic frame is used. (Since four slots from 253 to 256 are allocated in the figure, n 'is an integer of 1 to 4.) The sub-carriers of the j-th group are allocated to the slots, and the allocation is performed to the terminal station apparatus.

なお、図65では各基本フレーム内の先頭に毎フレーム、スロット251−1〜251−3を割り当てているが、長周期のスーパーフレーム構造の中に一つ以上含まれていれば良く、スーパーフレーム内の所定の基本フレームの先頭に配置されていれば、全ての基本フレームの先頭に配置されなくても対応は可能である。同様にスロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3なども、各基本フレーム内で同数のスロットとして記載されているが、必ず同数である必要はなく、場合によっては一つも含まない基本フレームが存在しても構わない。   In FIG. 65, slots 251-1 to 251-3 are assigned to each frame at the beginning of each basic frame, but it is sufficient that at least one slot is included in a long-period superframe structure. If it is arranged at the head of a predetermined basic frame in the above, it is possible to handle even if it is not arranged at the head of all basic frames. Similarly, the slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3 are described as the same number of slots in each basic frame. However, the number of frames does not necessarily have to be the same, and in some cases, there may be a basic frame that does not include any basic frame.

またデータ通信用スロット252−1〜252−3は、例えばインプリシット・フィードバックを行うことを想定して時分割のTDDを前提とするのであれば、端末局装置からの帯域要求やネットワーク側から基地局装置に到着するデータに応じて、適応的にデータ通信用スロット252−1〜252−3内の帯域の割り当てが行われることになる。この際、アップリンクとダウンリンクの時間長が固定的に設定されていてもよいし、トラヒックの状況に応じて割り当てを可変としてもよい。そのいずれにしても、本実施形態は適用可能である。また、このデータ通信用スロット252−1〜252−3は更に細分化されて、細かなスロット単位に送受信を行う。   The data communication slots 252-1 to 252-3 may be provided with a bandwidth request from a terminal station device or a base station from the network side if time division TDD is assumed on the assumption that implicit feedback is performed. Bands in the data communication slots 252-1 to 252-3 are adaptively allocated according to data arriving at the station device. At this time, the uplink and downlink time lengths may be fixedly set, or the allocation may be variable according to the traffic situation. In any case, the present embodiment is applicable. Further, the data communication slots 252-1 to 252-3 are further subdivided to perform transmission and reception in units of fine slots.

なお、各基地局装置及び端末局装置は、例えばGPS(Global Positioning System)やその他の何らかの手段でスーパーフレーム及び基本フレームの先頭タイミングが既知であるものとする。GPS以外でもマクロセルの信号を活用したり、その他の無線システムでタイミング情報を通知しても構わない。また、新たにエリア内に入ってきた端末局装置は、最初に基地局に帰属処理を求めてアクセスする必要があるが、そのアクセスのためにはダウンリンクのチャネル推定を行い、その推定結果より求めた受信ウエイトベクトルとアップリンクの送信ウエイトベクトルを取得しないと、多数のアンテナを用いることによる回線利得を確保することができない。   It is assumed that each base station device and terminal station device have a known start timing of a super frame and a basic frame by, for example, GPS (Global Positioning System) or some other means. Other than the GPS, the signal of the macro cell may be used, or the timing information may be notified by another wireless system. In addition, a terminal station device newly entering the area needs to first access the base station for belonging processing, but for that access, performs downlink channel estimation, and based on the estimation result, Unless the obtained reception weight vector and uplink transmission weight vector are obtained, it is not possible to secure the line gain by using a large number of antennas.

通常の無線システムではタイミング検出に利用可能な信号を無線パケットの先頭に付与することが一般的であるが、本実施形態においてはスロット256−1〜256−3の信号はサブキャリア的に歯抜けになっている不完全な信号であると共に指向性形成を行っていない同報的な信号であるため、一般的にはタイミング検出にはあまり適さない信号である。また、これとは別のタイミング検出用の信号を基地局装置が送信したとしても、端末局装置側で受信ウエイトベクトルを用いた指向性ビームを形成しないと、回線利得不足で基地局装置からのタイミング検出用の信号を受信できない。したがって、基本フレーム及びスーパーフレームの先頭は既知であるとするための何らかのメカニズムが本実施形態では実装されていることが好ましく、以下の説明ではこれらのタイミング情報は既知であるものとする。このタイミング情報は、GPSなどの他の無線システムを活用して把握しても良いし、マクロセルの情報を利用して把握(すなわちマクロセルの通信の周期性に同期)しても構わない。   In an ordinary wireless system, a signal usable for timing detection is generally added to the head of a wireless packet. In the present embodiment, signals in slots 256-1 to 256-3 are omitted as subcarriers. Since the signal is an imperfect signal and has no directivity, it is a signal that is generally not very suitable for timing detection. Further, even if the base station apparatus transmits another signal for timing detection, if the terminal station apparatus does not form a directional beam using the reception weight vector, the base station apparatus cannot transmit signals due to insufficient line gain. The signal for timing detection cannot be received. Therefore, it is preferable that some mechanism for assuming that the heads of the basic frame and the superframe are known is implemented in the present embodiment, and in the following description, it is assumed that such timing information is known. This timing information may be grasped by utilizing another radio system such as GPS, or may be grasped by utilizing information of a macrocell (that is, synchronized with the periodicity of communication of the macrocell).

(複数の無線局による同時チャネル推定の処理フロー)
ここで、エリア内に新たに入ってきた端末局装置と基地局装置の間の通信開始のための処理動作を説明する。図66は、エリア内に新たに入ってきた端末局装置と基地局装置の間の通信開始のための処理動作を示すフローチャートである。端末局装置が通信を開始すると(例えばユーザが端末局装置の電源を入れた場合)、端末局装置は所定の手段で基本フレーム及びスーパーフレームの先頭タイミングを取得すると共に(ステップS6601)、フレーム先頭のトレーニング信号を受信する(ステップS6602)。そして、端末局装置は、受信したスロット251−1〜251−3からダウンリンクでの受信ウエイトベクトル、及びアップリンクでの送信ウエイトベクトルを取得する(ステップS6603)。
(Processing flow of simultaneous channel estimation by multiple radio stations)
Here, a processing operation for starting communication between the terminal station device and the base station device newly entering the area will be described. FIG. 66 is a flowchart showing a processing operation for starting communication between the terminal station device and the base station device newly entering the area. When the terminal station apparatus starts communication (for example, when the user turns on the power of the terminal station apparatus), the terminal station apparatus obtains the start timing of the basic frame and the superframe by a predetermined means (step S6601), and Is received (step S6602). Then, the terminal station device acquires a reception weight vector on the downlink and a transmission weight vector on the uplink from the received slots 251-1 to 251-3 (step S6603).

次に、端末局装置は、スロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3のいずれかのスロット及びそのいずれかのサブキャリアのグループの中で、ランダムアクセス用のスロットとしてシステムに割り当てられた条件のスロットで且つ同様にランダムアクセス用のサブキャリアとしてシステムに割り当てられた条件のサブキャリアの組合せをランダムアクセス用のスロットとみなし(ステップS6604)、そこにチャネル推定用のトレーニング信号をランダムアクセスで送信する(ステップS6605)。例えば、基本フレーム末尾のスロット256−1〜256−3の所定のサブキャリア(上述の例では、10のグループに分かれており、その全てのグループでもよいし、一部のグループでもよい)をランダムアクセス用のスロットとしてもよいし、スーパーフレーム内の例えば先頭の基本フレーム内の末尾のスロット256−1内の所定のグループのサブキャリアにのみランダムアクセス用のスロットを配置してもよい。   Next, the terminal station apparatus determines any one of the slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3, and any one of the slots. In a group of subcarriers, a combination of subcarriers with conditions assigned to the system as slots for random access and subcarriers with conditions similarly assigned to the system as subcarriers for random access (Step S6604), and a training signal for channel estimation is transmitted by random access thereto (step S6605). For example, predetermined subcarriers in the slots 256-1 to 256-3 at the end of the basic frame (in the above example, divided into ten groups, all of the groups or some of the groups) may be randomly assigned. A slot for access may be used, or a slot for random access may be arranged only in a predetermined group of subcarriers in the last slot 256-1 in the first basic frame in the superframe.

基地局装置は、毎回、そのランダムアクセススロットを受信する(ステップS6621)とFFT処理を行い、ランダムアクセススロットとしてトレーニング信号が含まれている可能性のあるサブキャリアの受信レベルを取得する(ステップS6622)。そして、基地局装置は、受信された信号の当該サブキャリアが所定のレベルであれば(ステップS6623)、新規の端末局装置からのイニシャルアクセスとみなし、そのトレーニング信号からアップリンクのチャネル推定を実施する(ステップS6624)。続いて、基地局装置は、アップリンクの受信ウエイトベクトルの算出と共に、キャリブレーションによりダウンリンクの送信ウエイトベクトルを取得する(ステップS6625)。基地局装置は、ここで取得した送信ウエイトベクトルを用いて、データ通信用スロット252−1〜252−3の中の細分化されたいずれかのスロットにその端末局装置宛てにアップリンクでの信号送信のためのスロット割り当て指示の信号送信を行う(ステップS6626)。ここでは、基地局装置は端末局装置の素性を把握していないため、割当の指示に端末局装置の識別番号などを用いることはできないため、ランダムアクセスした端末局装置に対する初期アクセスの指示として、例えば端末局装置がトレーニング信号をランダムアクセスで送信したスロット、サブキャリア等の情報を明記し、端末局装置に自局への割り当てであることを知らしめる。   Each time the base station apparatus receives the random access slot (step S6621), it performs FFT processing and acquires the reception level of a subcarrier that may include a training signal as a random access slot (step S6622). ). Then, if the subcarrier of the received signal is at a predetermined level (step S6623), the base station apparatus regards this as initial access from a new terminal station apparatus, and performs uplink channel estimation from the training signal. (Step S6624). Subsequently, the base station apparatus calculates the downlink reception weight vector and acquires the downlink transmission weight vector by calibration (step S6625). Using the transmission weight vector obtained here, the base station apparatus transmits an uplink signal addressed to the terminal station apparatus to any of the subdivided slots among the data communication slots 252-1 to 252-3. Signal transmission of a slot assignment instruction for transmission is performed (step S6626). Here, since the base station apparatus does not know the identity of the terminal station apparatus, it is not possible to use the identification number of the terminal station apparatus or the like for the assignment instruction. For example, the information such as the slot and subcarrier at which the terminal station apparatus transmitted the training signal by random access is specified, and the terminal station apparatus is informed that the assignment is to the own station.

これを受けて、端末局装置は上述のランダムアクセスでのトレーニング信号送信後には、取得した受信ウエイトベクトルで指向性ビームを形成し、タイムアウトを判定しながら(ステップS6606)基地局装置からの信号を待ち受ける(ステップS6607)。基地局装置が送信したスロット割り当て指示の信号を上述の受信ウエイトベクトルを用いて受信できた(ステップS6608)場合には、その指示されたスロットを用いて自局の情報を収容した制御情報を送信し(ステップS6609)、その基地局への帰属要求を行う。   In response to this, after transmitting the training signal by the random access described above, the terminal station device forms a directional beam with the obtained reception weight vector, and determines a timeout (step S6606) and transmits a signal from the base station device. It waits (step S6607). If the slot assignment instruction signal transmitted by the base station apparatus can be received using the above-described reception weight vector (step S6608), control information containing information of the own station is transmitted using the designated slot. (Step S6609), and a request for belonging to the base station is made.

基地局装置は、自局が割り当てたスロットにおいて、先のランダムアクセスのスロットで取得した受信ウエイトベクトルを用いてタイムアウトを判定しながら(ステップS6627)端末局装置からの信号受信を待ち受け、端末局装置及び基地局装置の双方で指向性ビームを形成して確保した回線利得を活かして、高品質で信号受信を行う(ステップS6628)。基地局装置はこれらの情報交換の後に装置の帰属を自局のデータベース上で管理する(ステップS6629)。   The base station apparatus waits for a signal from the terminal station apparatus while determining a timeout in the slot assigned by the base station using the reception weight vector acquired in the previous random access slot (step S6627). The signal is received with high quality by utilizing the line gain secured by forming a directional beam in both the base station apparatus and the base station apparatus (step S6628). After exchanging the information, the base station device manages the belonging of the device on its own database (step S6629).

また、基地局装置は、スロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3のいずれかのスロット及びそのいずれかのサブキャリアのグループをその端末局装置とのチャネルフィードバック用のスロットとして割り当てを行い(ステップS6630)、その内容を同様にデータ通信用スロット252−1〜252−3の中の細分化されたスロットで通知する。これを受けて、端末局装置は、アップリンクにおいて基地局装置にトレーニング信号を定期的に送信するチャネル推定用スロットを把握する(ステップS6610)。以降は、データ通信用スロット252−1〜252−3の中の細分化されたスロット内で帯域割り当てや帯域要求を行い、適宜、基地局装置も端末局装置も送受信ウエイトベクトルを更新しながら通信を続ける。   In addition, the base station apparatus is configured to use any one of the slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3, and any one of the slots. The group of carriers is allocated as a slot for channel feedback with the terminal station device (step S6630), and the contents are similarly notified by subdivided slots among data communication slots 252-1 to 252-3. I do. In response to this, the terminal station device grasps a channel estimation slot for periodically transmitting a training signal to the base station device on the uplink (step S6610). Thereafter, band allocation and band request are performed in the subdivided slots among the data communication slots 252-1 to 252-3, and the base station apparatus and the terminal station apparatus appropriately communicate while updating the transmission / reception weight vector. Continue.

なお、以上の処理において詳細説明は省略したが、符号誤りにより正常な情報交換ができずに処理が停滞することを回避するために、一般的な技術であるタイマーを張り応答の有無をタイムアウトにより管理する技術を組み合わせて適用することも可能である。また、第1の実施形態に示した様に基地局装置が複数の第1の信号処理部を実装する場合、帰属要求などの制御情報の情報量は限られているため、複数の第1の信号処理部を活用して空間多重を行いながら通信を行う必然性はなく、特定の一つの第1の信号処理部を選択し、その第1の信号処理部に向けた送信ウエイトベクトルのみを利用して制御情報を送信することとしても構わない。同様に、基地局装置からの制御情報の送信においても、特定の一つの第1の信号処理部を選択し、空間多重を行わずに制御情報の送信を行う構成にしても構わない。   Although detailed description has been omitted in the above processing, in order to avoid stagnation of processing due to incorrect information exchange due to code errors, a general technique of setting a timer is used to determine whether there is a response by timeout. It is also possible to apply a combination of management technologies. In addition, when the base station device implements a plurality of first signal processing units as shown in the first embodiment, the amount of control information such as an association request is limited, so that a plurality of first There is no necessity to perform communication while performing spatial multiplexing by utilizing the signal processing unit. Therefore, one specific first signal processing unit is selected, and only the transmission weight vector directed to the first signal processing unit is used. Alternatively, the control information may be transmitted. Similarly, in transmitting control information from the base station apparatus, a configuration may be adopted in which one specific first signal processing unit is selected and control information is transmitted without performing spatial multiplexing.

次に、図67を参照して、本実施形態における基地局装置の送受信信号処理動作を説明する。図67は、基地局装置の送受信信号処理動作を示すフローチャートである。図67において、(a)が受信処理、(b)が送信処理を示している。まず受信処理を説明する。基地局装置はフレームタイミングを取得する(ステップS6701)と、基本フレーム先頭のスロットに後続するデータ通信用スロットにおいて、基地局集中制御故に把握している端末局からの無線パケットの受信タイミングを認識する(ステップS6702)。そして、基地局装置は、メモリより当該端末局装置に対する自局の複数の第1の信号処理部304における受信ウエイトベクトルを読み出し(ステップS6703)、各第1の信号処理部の受信信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを乗算する(ステップS6704)。   Next, a transmission / reception signal processing operation of the base station device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 67 is a flowchart showing the transmission / reception signal processing operation of the base station apparatus. In FIG. 67, (a) shows a reception process, and (b) shows a transmission process. First, the receiving process will be described. Upon acquiring the frame timing (step S6701), the base station apparatus recognizes the reception timing of the wireless packet from the terminal station, which is grasped due to the centralized base station control, in the data communication slot subsequent to the first slot of the basic frame. (Step S6702). Then, the base station apparatus reads out the reception weight vectors of the plurality of first signal processing units 304 of the own station for the terminal station apparatus from the memory (step S6703), and receives the reception weight vectors of the respective first signal processing units. The weight vector is multiplied (step S6704).

続いて、基地局装置は、仮想的伝送路ごとにそれぞれ1系統の信号としたものを集約し、各無線パケットの先頭領域で受信したトレーニング信号に対するチャネル推定結果に基づき(ステップS6705)、線形の第2の受信ウエイト行列を算出し(ステップS6706)、これを用いて信号検出処理を行う(ステップS6707)。そして、基地局装置は、データが複数シンボルに渡る間は同様に信号検出処理を繰り返し(ステップS6708)、データ終了後にはフレームの終了か否かを判断し(ステップS6709)、フレームが継続する場合には上述の処理(他の端末局装置からの信号受信)を繰り返す。基地局装置は、フレームの終了時には、フレーム末尾の端末局装置側からトレーニング信号を送信するためのスロットを受信し(ステップS6710)、この受信信号を基に当該端末局装置に関する送受信ウエイトベクトルを算出してこれを記録・管理し、処理を終了する(ステップS6711)。   Next, the base station apparatus aggregates one signal for each virtual transmission path, and based on the channel estimation result for the training signal received in the head area of each wireless packet (step S6705), A second reception weight matrix is calculated (step S6706), and a signal detection process is performed using the matrix (step S6707). Then, the base station apparatus repeats the signal detection processing in the same manner as long as the data covers a plurality of symbols (step S6708), and determines whether or not the frame is completed after the data is completed (step S6709). , The above-described processing (signal reception from another terminal station apparatus) is repeated. At the end of the frame, the base station apparatus receives a slot for transmitting a training signal from the terminal station apparatus at the end of the frame (step S6710), and calculates a transmission / reception weight vector for the terminal station apparatus based on the received signal. Then, this is recorded and managed, and the process ends (step S6711).

次に送信処理を説明する。基地局装置はフレームタイミングを取得する(ステップS6721)と、端末局装置が第1の信号処理部で用いる受信ウエイトベクトルを算出するためのトレーニング信号を基本フレーム先頭のスロットで送信する(ステップS6722)。そして、基地局装置は、基地局集中制御故に把握している端末局装置への無線パケットの送信タイミングを認識する(ステップS6723)と、メモリより当該端末局装置に対する自局の複数の第1の信号処理部304における送信ウエイトベクトルを読み出す(ステップS6724)。   Next, transmission processing will be described. When the base station device acquires the frame timing (step S6721), the terminal station device transmits a training signal for calculating the reception weight vector used in the first signal processing unit in the first slot of the basic frame (step S6722). . Then, the base station apparatus recognizes the transmission timing of the wireless packet to the terminal station apparatus that has been grasped due to the base station centralized control (step S6723), and stores a plurality of first stations of the own station for the terminal station apparatus from the memory. The transmission weight vector in the signal processing unit 304 is read (step S6724).

続いて、基地局装置は、送信信号を生成した(ステップS6725)後に第1の送信ウエイトベクトルを各第1の信号処理部ごとに乗算し(ステップS6726)、信号送信を行う(ステップS6727)。基地局装置は、データが継続する場合には以上の処理を繰り返し(ステップS6728)、データが終了した場合にはフレームの終了であるか否かを判断し(ステップS6729)、フレームが終了していなければ次の送信処理ないしは図67(a)の受信処理を繰り返す。フレーム終了であれば処理を終了する。   Subsequently, after generating the transmission signal (step S6725), the base station apparatus multiplies the first transmission weight vector for each first signal processing unit (step S6726), and performs signal transmission (step S6727). The base station apparatus repeats the above processing if the data continues (step S6728), and determines whether or not the frame has ended if the data has ended (step S6729), and the frame has ended. If not, the next transmission processing or the reception processing of FIG. 67 (a) is repeated. If the frame has ended, the process ends.

次に、図68を参照して、本実施形態における端末局装置の送受信信号処理動作を説明する。図68は、端末局装置の送受信信号処理動作を示すフローチャートである。図68において、(a)が受信処理、(b)が送信処理を示している。まず受信処理を説明する。端末局装置はフレームタイミングを取得する(ステップS6801)と、基本フレーム先頭のスロットにて基地局装置が送信したトレーニング信号を受信し(ステップS6802)、これを基に第1の受信ウエイトベクトルを仮想的伝送路毎(複数の第1の信号処理部毎)に算出する(ステップS6803)。端末局装置は、基地局装置より無線パケットを受信する(ステップS6804)と、メモリより当該端末局装置の複数の第1の信号処理部304における受信ウエイトベクトルを読み出し、受信信号ベクトルに各仮想的伝送路に対応する受信ウエイトベクトルを乗算する(ステップS6805)。   Next, a transmission / reception signal processing operation of the terminal station device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 68 is a flowchart showing the transmission / reception signal processing operation of the terminal station device. In FIG. 68, (a) shows a reception process, and (b) shows a transmission process. First, the receiving process will be described. Upon acquiring the frame timing (step S6801), the terminal station apparatus receives the training signal transmitted by the base station apparatus in the first slot of the basic frame (step S6802), and based on this, sets the first reception weight vector to a virtual value. It is calculated for each dynamic transmission path (for each of the plurality of first signal processing units) (step S6803). Upon receiving the wireless packet from the base station apparatus (step S6804), the terminal station apparatus reads out the reception weight vectors in the plurality of first signal processing units 304 of the terminal station apparatus from the memory, and converts each of the virtual weights into a reception signal vector. The receiving weight vector corresponding to the transmission path is multiplied (step S6805).

次に、端末局装置は、仮想的伝送路ごとにそれぞれ1系統の信号としたものを集約し、各無線パケットの先頭領域で受信したトレーニング信号に対するチャネル推定結果(ステップS6806)に基づき、線形の第2の受信ウエイト行列を算出し(ステップS6807)、これを用いて信号検出処理を行う(ステップS6808)。端末局装置は、データが複数シンボルに渡る間は同様に信号検出処理を繰り返す(ステップS6809)。そして、端末局装置は、データ終了後にはフレームの終了か否かを判断し(ステップS6810)、フレームが継続する場合には自局宛ての割り当てがある場合には上述の受信処理を繰り返す。フレームの終了時には処理を終了する。   Next, the terminal station device aggregates one signal for each virtual transmission path, and based on the channel estimation result (step S6806) for the training signal received in the head area of each wireless packet, obtains a linear signal. A second reception weight matrix is calculated (step S6807), and a signal detection process is performed using this (step S6808). The terminal station device repeats the signal detection process similarly while the data covers a plurality of symbols (step S6809). After the end of the data, the terminal station device determines whether or not the frame has ended (step S6810), and if the frame continues, if there is an assignment to its own station, repeats the above-described reception processing. At the end of the frame, the process ends.

次に送信処理を説明する。端末局装置は、フレームタイミングを取得する(ステップS6821)と、上述の受信処理で求めた受信ウエイトベクトルに対してキャリブレーション処理を施し、第1の送信ウエイトベクトルを算出する(ステップS6822)。そして、端末局装置は、自局の送信タイミングを認識する(ステップS6823)と、送信信号を生成した(ステップS6824)後に、第1の送信ウエイトベクトルを各仮想的伝送路ごとの信号に乗算し(ステップS6825)、乗算した結果をアンテナ素子ごとに加算合成して信号送信を行う(ステップS6826)。   Next, transmission processing will be described. Upon acquiring the frame timing (step S6821), the terminal station device performs a calibration process on the reception weight vector obtained in the above-described reception process, and calculates a first transmission weight vector (step S6822). When recognizing the transmission timing of the own station (step S6823), the terminal station device generates a transmission signal (step S6824), and then multiplies the signal for each virtual transmission path by the first transmission weight vector. (Step S6825), the result of the multiplication is added and synthesized for each antenna element, and signal transmission is performed (Step S6826).

次に、端末局装置は、データが継続する場合には以上の処理を繰り返し(ステップS6827)、データが終了した場合にはフレームの終了であるか否かを判断し(ステップS6828)、フレームが終了していなければ自局宛ての割り当てがある場合には次の送信処理を繰り返す。フレーム終了であれば、端末局装置は、フレーム末尾のトレーニング信号用に自局に割り当てられたスロット及びサブキャリアでトレーニング信号を送信して(ステップS6829)処理を終了する。   Next, the terminal station device repeats the above processing when the data is continued (step S6827), and determines whether or not the frame is completed when the data is completed (step S6828). If it has not been completed, the next transmission processing is repeated if there is an assignment to the own station. If the frame has ended, the terminal station device transmits a training signal in the slot and subcarrier allocated to the own station for the training signal at the end of the frame (step S6829), and ends the process.

なお、ここでは詳細を省略したが、以上の処理は基本的には周波数軸上で各サブキャリアごとに実施する。以上の処理は、前提条件として図69で示した構成の場合の説明である。図69は、前提条件となるフレーム構成を示す図である。この図において、符号257−1〜257−3はトレーニング信号、258−1〜258−3はデータペイロードを表す。上述の図67及び図68の説明では、第1の受信ウエイトベクトルを乗算して集約した複数の仮想的伝送路ごとの信号系列に対し、まず初めにMIMO伝送の信号分離用のチャネル推定を行うこととして説明したが、これにはトレーニング信号257−1〜257−3を用いる。トレーニング信号257−1〜257−3、データペイロード258−1〜258−3についてはアップリンクかダウンリンクかを明示していない様に、時分割でアップリンクとダウンリンクを適応的に使い分けることが可能である。例えば、トレーニング信号257−1〜257−2、データペイロード258−1〜258−2がダウンリンクの信号(基地局が送信)で、トレーニング信号257−3、データペイロード258−3がアップリンクの信号(端末局が送信)であってもよいし、全てがダウンリンク、全てがアップリンクでも構わない。いずれにしても、トレーニング信号257−1〜257−3はアップリンク、ダウンリンクに係らず第1の送信ウエイトベクトルが乗算された回線利得が確保された信号であるため、十分な受信レベルで高い精度でチャネル推定が可能である。   Although the details are omitted here, the above processing is basically performed for each subcarrier on the frequency axis. The above processing has been described in the case of the configuration shown in FIG. 69 as a precondition. FIG. 69 is a diagram showing a frame configuration as a precondition. In this figure, reference numerals 257-1 to 257-3 indicate training signals, and reference numerals 258-1 to 258-3 indicate data payloads. In the above description of FIG. 67 and FIG. 68, first, channel estimation for signal separation of MIMO transmission is performed on signal sequences for each of a plurality of virtual transmission paths that are aggregated by multiplying by the first reception weight vector. As described above, the training signals 257-1 to 257-3 are used for this. For the training signals 257-1 to 257-3 and the data payloads 258-1 to 258-3, it is possible to adaptively use the uplink and the downlink in a time-division manner so that it is not specified whether the uplink or the downlink is used. It is possible. For example, the training signals 257-1 to 257-2 and the data payloads 258-1 to 258-2 are downlink signals (transmitted by the base station), and the training signal 257-3 and the data payload 258-3 are uplink signals. (Transmitted by the terminal station), all may be downlink, and all may be uplink. In any case, the training signals 257-1 to 257-3 are signals having a sufficient line gain multiplied by the first transmission weight vector irrespective of the uplink or the downlink, and therefore have a high reception level at a sufficient level. Channel estimation is possible with high accuracy.

一方、トレーニング信号251−1〜251−3は、全て第1の送信ウエイトベクトルで指向性形成がなされていない信号であるため、少数のサブキャリアに送信電力を集中させているとはいえ、チャネル推定精度は相対的に低い。しかし、運用上問題のないチャネル推定精度を確保できているのであれば、このトレーニング信号251−1〜251−3を用いて第2の受信ウエイト行列を算出することも可能である。この場合には、図69の代わりに図70に示す様にトレーニング信号257−1〜257−3を省略し、データペイロード258−1〜258−3のみで通信を行うことになる。図70は、トレーニング信号を省略し、データペイロードのみで通信を行う例を示す図である。   On the other hand, since the training signals 251-1 to 251-3 are all signals in which directivity is not formed by the first transmission weight vector, the transmission power is concentrated on a small number of subcarriers. The estimation accuracy is relatively low. However, if it is possible to secure channel estimation accuracy that does not cause a problem in operation, it is also possible to calculate the second reception weight matrix using the training signals 251-1 to 251-3. In this case, the training signals 257-1 to 257-3 are omitted as shown in FIG. 70 instead of FIG. 69, and communication is performed using only the data payloads 258-1 to 258-3. FIG. 70 is a diagram illustrating an example in which the training signal is omitted and communication is performed using only the data payload.

なお、図69に示したトレーニング信号257−1〜257−3はMIMO伝送の信号分離用のチャネル推定を行うためのもので、例えば空間多重数が多ければその分の直交したトレーニング信号が必要であり、それ相応のシンボル数のオーバヘッドが必要である。しかし、図70ではMIMO伝送の信号分離用のチャネル推定はフレーム先頭のトレーニング信号251−1〜251−3を最大限活用して行うとした場合には、空間多重された信号系列が綺麗に分離された独立な信号系列の信号検出・復調処理に必要なチャネル推定だけを行えばよく、全てのトレーニング信号を同時に(例えばOFDMであれば1シンボルで)送信し、受信側では信号分離の後にあたかもSISO(Single Input Single Output)の信号であるかの様に受信信号処理を行うこともできる。この意味では、図70においても、SISOの信号の信号検出・復調用のトレーニング信号を含んでいるとしてもよい。   The training signals 257-1 to 257-3 shown in FIG. 69 are for performing channel estimation for signal separation of MIMO transmission. For example, if the number of spatial multiplexing is large, orthogonal training signals are necessary for the number. Yes, and a corresponding symbol number overhead is required. However, in FIG. 70, if it is assumed that the channel estimation for signal separation in MIMO transmission is performed by making full use of the training signals 251-1 to 251-3 at the head of the frame, the spatially multiplexed signal sequence is clearly separated. It is only necessary to perform channel estimation necessary for signal detection and demodulation processing of the independent signal sequence thus performed. All training signals are transmitted at the same time (for example, one symbol in OFDM), and the receiving side is as if after signal separation. The received signal processing can be performed as if the signal was a SISO (Single Input Single Output) signal. In this sense, FIG. 70 may include a training signal for signal detection / demodulation of the SISO signal.

次に、図71を参照して、本実施形態における他の第2の受信ウエイト行列算出の処理動作について説明する。図71は、他の第2の受信ウエイト行列算出の処理動作を示すフローチャートである。この処理動作はアップリンクにおける基地局装置の処理、及びダウンリンクにおける端末局装置の処理の両方に適用可能である。また、アップリンクであればフレーム末尾の端末局装置から送信されるトレーニング信号に対して実施され、ダウンリンクであればフレーム先頭の基地局装置から送信されるトレーニング信号に対して実施される。又は、図69で示したトレーニング信号257−1〜251−3に対して実施してもよい。ここでは、基地局装置の動作として説明する。   Next, another processing operation of calculating the second reception weight matrix in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 71 is a flowchart illustrating another processing operation of calculating the second reception weight matrix. This processing operation can be applied to both processing of the base station apparatus in the uplink and processing of the terminal station apparatus in the downlink. In the case of the uplink, the training is performed on the training signal transmitted from the terminal station device at the end of the frame, and in the case of the downlink, the training is performed on the training signal transmitted from the base station device at the beginning of the frame. Alternatively, the processing may be performed on the training signals 257-1 to 251-3 shown in FIG. Here, the operation of the base station apparatus will be described.

まず、基地局装置は、トレーニング信号を受信する(ステップS7101)と、仮想的伝送路ごとに第1の受信ウエイトベクトルを算出する(ステップS7102)。なお、この第1の受信ウエイトベクトルは、スロット253−1〜253−3、254−1〜254−3、255−1〜255−3、256−1〜256−3のいずれかのスロット及びそのいずれかのサブキャリアのグループを用いて算出した受信ウエイトベクトルを代用しても構わない。基地局装置は、その後にこの第1の受信ウエイトベクトルを算出するのに用いたトレーニング信号に仮想的伝送路ごとに第1の受信ウエイトベクトルを乗算する(ステップS7103)。この乗算により仮想的伝送路の数の信号系列が取得される。この仮想的伝送路ごとのトレーニング信号の受信は、仮想的伝送路ごとにサブキャリアが棲み分けられているため、それぞれの仮想的伝送路間のクロストーク成分も個別に抽出可能であり、個別に抽出されるチャネル推定結果が式(55)のチャネル行列の各成分に相当する。この様にして得られたチャネル行列を基に、第2の受信ウエイト行列を算出する(ステップS7104)。   First, upon receiving a training signal (step S7101), the base station apparatus calculates a first reception weight vector for each virtual transmission path (step S7102). In addition, this first reception weight vector is any one of the slots 253-1 to 253-3, 254-1 to 254-3, 255-1 to 255-3, and 256-1 to 256-3, and its slot. A reception weight vector calculated using any one of the subcarrier groups may be used instead. The base station apparatus then multiplies the training signal used to calculate the first reception weight vector by the first reception weight vector for each virtual transmission path (step S7103). By this multiplication, signal sequences of the number of virtual transmission paths are obtained. In the reception of the training signal for each virtual transmission path, since subcarriers are separated for each virtual transmission path, the crosstalk component between each virtual transmission path can also be individually extracted, and individually. The extracted channel estimation result corresponds to each component of the channel matrix of Expression (55). A second reception weight matrix is calculated based on the channel matrix thus obtained (step S7104).

例えば、仮想的伝送路の数が3の場合を例に取り説明を行う。一例として、第1の仮想的伝送路は3の倍数のサブキャリアを、第2の仮想的伝送路は3の倍数+1のサブキャリアを、第3の仮想的伝送路は3の倍数+2のサブキャリアを利用してトレーニング信号を送信しているとする。この時、受信信号の各サブキャリア成分に対して第1の仮想的伝送路の受信ウエイトを乗算した信号に着目する。3の倍数のサブキャリアに着目すると、第1の受信ウエイトベクトルを乗算後の希望信号のチャネル推定を行うことができるので、3×3のチャネル行列のh11成分が取得できる。 For example, the case where the number of virtual transmission paths is 3 will be described as an example. As an example, the first virtual transmission path has a multiple of 3 subcarriers, the second virtual transmission path has a multiple of 3 + 1 subcarriers, and the third virtual transmission path has a multiple of 3 + 2 subcarriers. It is assumed that a training signal is transmitted using a carrier. At this time, attention is paid to a signal obtained by multiplying each subcarrier component of the received signal by the reception weight of the first virtual transmission path. Focusing on 3 multiple subcarriers, since the first receiving weight vector may perform channel estimation of the desired signal after the multiplication, h 11 components of the channel matrix of 3 × 3 can be obtained.

これに対し、3の倍数+1のサブキャリアに着目すると、第2の仮想的伝送路の信号が第1の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh12成分が取得できる。同様に、3の倍数+2のサブキャリアに着目すると、第3の仮想的伝送路の信号が第1の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh13成分が取得できる。 On the other hand, when attention is paid to subcarriers of a multiple of 3 + 1, a signal component of the signal of the second virtual transmission path leaking into the first virtual transmission path can be extracted. 12 components can be obtained. Similarly, focusing on a subcarrier of a multiple of 3 + 2, it is possible to extract a signal component of a signal on the third virtual transmission path leaking into the first virtual transmission path, so that h 13 of the 3 × 3 channel matrix can be extracted. Components can be obtained.

同様に、第2の仮想的伝送路の受信ウエイトを乗算した信号に着目する。3の倍数+1のサブキャリアに着目すると、第2の受信ウエイトベクトルを乗算後の希望信号のチャネル推定を行うことができるので、3×3のチャネル行列のh22成分が取得できる。これに対し、3の倍数のサブキャリアに着目すると、第1の仮想的伝送路の信号が第2の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh21成分が取得できる。同様に、3の倍数+2のサブキャリアに着目すると、第3の仮想的伝送路の信号が第2の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh23成分が取得できる。 Similarly, attention is paid to a signal obtained by multiplying the reception weight of the second virtual transmission path. Focusing on subcarriers 3 multiples +1, since the second receiving weight vector may perform channel estimation of the desired signal after the multiplication, h 22 components of the channel matrix of 3 × 3 can be obtained. On the other hand, when attention is paid to subcarriers that are multiples of 3, a signal component leaking from the first virtual transmission path to the second virtual transmission path can be extracted, so that h 21 of the 3 × 3 channel matrix can be extracted. Components can be obtained. Similarly, paying attention to subcarriers of a multiple of 3 + 2, a signal component leaking from the third virtual transmission path into the second virtual transmission path can be extracted, so that h 23 of the 3 × 3 channel matrix can be extracted. Components can be obtained.

更に同様に、第3の仮想的伝送路の受信ウエイトを乗算した信号に着目する。3の倍数+2のサブキャリアに着目すると、第3の受信ウエイトベクトルを乗算後の希望信号のチャネル推定を行うことができるので、3×3のチャネル行列のh33成分が取得できる。これに対し、3の倍数のサブキャリアに着目すると、第1の仮想的伝送路の信号が第3の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh31成分が取得できる。同様に、3の倍数+1のサブキャリアに着目すると、第2の仮想的伝送路の信号が第3の仮想的伝送路に漏れ込む信号成分を抽出できるため、3×3のチャネル行列のh32成分が取得できる。 Further similarly, attention is paid to a signal obtained by multiplying the reception weight of the third virtual transmission path. Focusing on multiples of 3 + 2 subcarrier, because the third receiving weight vector may perform channel estimation of the desired signal after the multiplication, h 33 components of the channel matrix of 3 × 3 can be obtained. On the other hand, when attention is paid to subcarriers that are multiples of 3, a signal component of the signal on the first virtual transmission path leaking into the third virtual transmission path can be extracted, so that h 31 of the 3 × 3 channel matrix can be extracted. Components can be obtained. Similarly, focusing on a subcarrier of a multiple of 3 + 1, a signal component of the signal on the second virtual transmission path leaking into the third virtual transmission path can be extracted, and therefore, h 32 of the 3 × 3 channel matrix can be extracted. Components can be obtained.

この様にして3×3の全ての行列要素が取得できる。ここでは仮想的伝送路数が3の場合を例に取り説明したが、同様に任意の数の仮想的伝送路に対しても、チャネル行列を取得することが可能である。これらのチャネル行列が取得できれば、そこから先は普通のMIMOチャネルを利用した空間多重の信号処理と同様であるため、ZF型の線形ウエイトや、MMSE型の線形ウエイトの利用の他、MLDやQR−MLDなどの非線形信号処理も含めて任意の信号処理により千号検出を実施することが可能である。上述の図67及び図68の説明では、線形の受信ウエイト行列を利用する場合の例を示したが、上述の様に当然ながら任意のMIMOチャネルの信号検出処理を適用することも可能である。   In this way, all 3 × 3 matrix elements can be obtained. Here, the case where the number of virtual transmission paths is 3 has been described as an example, but a channel matrix can be obtained for an arbitrary number of virtual transmission paths. If these channel matrices can be obtained, the subsequent processing is the same as that of spatial multiplexing signal processing using an ordinary MIMO channel. -Thousands of signals detection can be performed by arbitrary signal processing including nonlinear signal processing such as MLD. In the above description of FIG. 67 and FIG. 68, an example in which a linear reception weight matrix is used has been described. However, as described above, signal detection processing of an arbitrary MIMO channel can be applied as a matter of course.

なお、ここでは仮想的伝送路ごとにトレーニング信号に用いるサブキャリアを分けることで直交化を図る例を示したが、その他の直交化したトレーニング信号を空間多重する信号系列ごとに付与できるならば、その直交性を利用して図69で示したトレーニング信号257−1〜257−3を用いて同様の信号処理を行うことも可能である。例えば、OFDMであれば3OFDMシンボルを用い、各信号系列ごとのトレーニング信号を時間的にずらして利用するならば、全サブキャリアを用いてチャネル推定を行うことも当然可能である。   Here, an example is shown in which orthogonalization is performed by dividing subcarriers used for a training signal for each virtual transmission path, but if other orthogonalized training signals can be added to each signal sequence to be spatially multiplexed, Using the orthogonality, similar signal processing can be performed using the training signals 257-1 to 257-3 shown in FIG. For example, in the case of OFDM, if 3 OFDM symbols are used, and if a training signal for each signal sequence is used while being shifted in time, it is naturally possible to perform channel estimation using all subcarriers.

(時間軸ビームフォーミングの活用)
上述の時間軸ビームフォーミングの項でも説明を行ったが、一般にアンテナ素子が非常に狭いエリアに存在する場合には、そのアンテナ素子ごとの受信ウエイト(すなわち受信ウエイトベクトルの各成分)の周波数依存性は比較的小さいことが予想される。各仮想的伝送路間の信号分離度を高めるためには、可能な限り最適な受信ウエイトを用いることにより、各アンテナ素子の受信信号の複素位相をそれぞれのサブキャリアで揃えて加算合成することが好ましい。しかし、後段において2段目の受信ウエイト行列を用いて仮想的伝送路間のクロストーク成分を高精度で分離できるのであれば、第1の受信ウエイトベクトルの精度はある程度低くても大きな問題とはならない。
(Utilization of time axis beam forming)
As described in the above-mentioned section on time-axis beamforming, in general, when an antenna element exists in a very small area, the frequency dependence of the reception weight (that is, each component of the reception weight vector) for each antenna element is described. Is expected to be relatively small. In order to increase the degree of signal separation between each virtual transmission path, it is possible to add and combine the complex phases of the received signals of each antenna element with their respective subcarriers by using the best possible reception weight. preferable. However, if the crosstalk component between the virtual transmission paths can be separated with high accuracy using the reception weight matrix of the second stage at the subsequent stage, the first reception weight vector is not a serious problem even if the accuracy is low to some extent. No.

例えば、Sin(θ)とSin(θ+δ)の加算について考える。三角関数の公式より、下記の関係式(76)が得られる。   For example, consider the addition of Sin (θ) and Sin (θ + δ). From the trigonometric function formula, the following relational expression (76) is obtained.

Figure 0006676745
Figure 0006676745

この式は、加算時の効率が同位相合成が不完全で位相誤差δが存在する場合には、同位相合成により振幅が2倍ではなく2×Cos(δ/2)倍となることを意味する。δが30度の場合を例に取れば、振幅がCos(30/2)=0.9659・・・となり、約3.4%の利得損失となる。すなわち、全てのアンテナで誤差が30度以内であれば、この誤差による利得の損失は0.3dB程度でしかない。δが60度であっても約13.4%の利得損失で約1.2dBでしかない。   This equation means that if the efficiency at the time of addition is incomplete with in-phase synthesis and there is a phase error δ, the amplitude will be 2 × Cos (δ / 2) times instead of 2 times by the in-phase synthesis. I do. Taking the case where δ is 30 degrees as an example, the amplitude becomes Cos (30/2) = 0.6959..., and the gain loss is about 3.4%. That is, if the error is within 30 degrees for all antennas, the gain loss due to this error is only about 0.3 dB. Even when δ is 60 degrees, it is only about 1.2 dB with a gain loss of about 13.4%.

したがって、図44のF(α)が30dBを超える様な領域でない場合においても、その後段で周波数軸上の信号分離処理を行うことを前提とするならば、第1の信号処理部304で実施する時間軸のビームフォーミングは低い精度で実施しても、限定的な利得の低下を許容することができれば何ら問題がないことを意味する。すなわち、図65のトレーニング信号251−1〜251−3で周波数軸上の受信ウエイトベクトルを取得した後、受信ウエイトベクトルの各要素について、周波数ごとの受信ウエイトをIFFT処理することで時間軸上のウエイトに変換する。そして、この先頭成分(見通し波成分に相当)の値のみを用いて時間軸上の受信ウエイトベクトルを構成する。各サンプリング値において、各アンテナ素子のサンプリング値により構成されるサンプリング値の受信信号ベクトルに時間軸の受信ウエイトベクトルを乗算すると、指向性制御により回線利得が高められた状態のサンプリング信号を仮想的伝送路ごとに取得可能である。この様にするとタイミング検出が可能な状態の受信信号が取得できることになる。   Therefore, even in a case where F (α) in FIG. 44 is not an area exceeding 30 dB, the first signal processing unit 304 executes the processing if it is assumed that signal separation processing on the frequency axis is performed in the subsequent stage. Even if beamforming on the time axis is performed with low accuracy, it means that there is no problem if a limited decrease in gain can be tolerated. That is, after the reception weight vector on the frequency axis is obtained from the training signals 251-1 to 251-3 in FIG. 65, the reception weight for each frequency is subjected to the IFFT processing for each element of the reception weight vector, so that the reception weight vector on the time axis is obtained. Convert to weight. Then, a reception weight vector on the time axis is formed using only the value of the head component (corresponding to the line-of-sight component). At each sampling value, a reception signal vector of a sampling value constituted by a sampling value of each antenna element is multiplied by a reception weight vector on a time axis, and a sampling signal in a state where a line gain is increased by directivity control is virtually transmitted. It can be obtained for each road. In this way, it is possible to obtain a received signal in a state where the timing can be detected.

なお、チャネル時変動の速度が基本フレーム周期に対してある程度緩やかであるならば、トレーニング信号251−1〜251−3を受信した際に、複数回の信号から抽出された相対チャネル情報(すなわち、基準アンテナの複素位相を基準にした相対的複素位相を用いたチャネル情報)を平均化すれば、雑音成分を抑圧してチャネル推定精度を高めることも可能である。平均化を行わないのであれば、相対チャネル情報ではなく絶対的なチャネル情報をそのまま用いることも可能である。   If the speed of the channel time variation is moderate to some extent with respect to the basic frame period, when receiving the training signals 251-1 to 251-3, the relative channel information extracted from the signal a plurality of times (ie, By averaging channel information using a relative complex phase based on the complex phase of the reference antenna, noise components can be suppressed and channel estimation accuracy can be improved. If averaging is not performed, it is also possible to use absolute channel information instead of relative channel information.

次に、図72を参照して、本実施形態に時間軸ビームフォーミングを適用した場合の他の信号処理動作を説明する。図72は、時間軸ビームフォーミングの他の信号処理動作を示すフローチャートである。第5の実施形態の説明においては、送信側の1本のアンテナ素子と受信側の1本のアンテナ素子の間のSNRが回線設計的に大幅に不足していることを考慮して式(52)などを利用する場合について説明を行ったが、第6の実施形態、第7の実施形態、第8の実施形態に示した技術により、送信側の1本のアンテナ素子対受信側の1本のアンテナ素子間のチャネル情報を、周波数軸上で高精度に求めることが可能になったため、その周波数軸上のチャネル情報を利用して、IFFT処理により時間軸ビームフォーミングに用いる時間軸のチャネル情報を取得することが可能になる。ここではダウンリンクにおける端末局装置の処理を例として示すが、同様の処理はアップリンクにおいても可能である。まず、基地局装置はフレーム先頭領域でチャネル推定用のトレーニング信号を送信する(ステップS7201)。端末局装置では、このトレーニング信号を受信し、受信信号処理を実施する(ステップS7211)。上述の様に、本信号処理ではガードインターバルを含まないOFDMシンボル周期より若干長めの長さのトレーニング信号を想定しており、大雑把なフレームタイミングを基準としても、適当なFFTウインドウで切り出したサンプリング信号を用いてFFT処理を行う。   Next, with reference to FIG. 72, another signal processing operation when time-axis beamforming is applied to the present embodiment will be described. FIG. 72 is a flowchart showing another signal processing operation of time-axis beamforming. In the description of the fifth embodiment, considering that the SNR between one antenna element on the transmission side and one antenna element on the reception side is significantly short in line design, the equation (52) is used. ) Is described, but one antenna element on the transmitting side and one antenna element on the receiving side are obtained by the techniques shown in the sixth, seventh, and eighth embodiments. Channel information between the antenna elements can be obtained with high accuracy on the frequency axis, and the channel information on the time axis used for time-axis beamforming by IFFT processing using the channel information on the frequency axis It becomes possible to obtain. Here, the processing of the terminal station apparatus in the downlink is shown as an example, but the same processing is also possible in the uplink. First, the base station apparatus transmits a training signal for channel estimation in the frame head area (step S7201). The terminal station device receives the training signal and performs a received signal process (step S7211). As described above, in the present signal processing, a training signal having a length slightly longer than the OFDM symbol period that does not include the guard interval is assumed, and the sampling signal cut out by an appropriate FFT window even with a rough frame timing as a reference. To perform the FFT processing.

次に、端末局装置は、このFFT処理を行った信号に対して既知のトレーニング信号を参照してチャネル推定を行い、仮想的伝送路ごとにチャネル情報(ないしは基準アンテナに対する仮想的伝送路ごとに相対チャネル情報)を取得する。ここで得られたチャネル情報は仮想的伝送路ごとに特定のサブキャリアのみに情報が存在する状態になっているため、線形補間などの任意の方法を用い、取得できていないサブキャリア成分に関しても同様にチャネル推定結果を得ておく(ステップS7212)。更に取得されたチャネル情報を基に、周波数軸上での受信ウエイトベクトルを算出する(ステップS7213)。   Next, the terminal station apparatus performs channel estimation on the signal subjected to the FFT processing with reference to a known training signal, and performs channel information for each virtual transmission path (or for each virtual transmission path for the reference antenna). Relative channel information). Since the channel information obtained here is in a state where information exists only in a specific subcarrier for each virtual transmission path, using an arbitrary method such as linear interpolation, even for a subcarrier component that has not been obtained. Similarly, a channel estimation result is obtained (step S7212). Further, based on the acquired channel information, a reception weight vector on the frequency axis is calculated (step S7213).

次に、端末局装置は、この各アンテナ素子のウエイト情報のサブキャリアに対し、IFFT処理を施す(ステップS7214)。そして、端末局装置は、この結果得られた時間軸上のウエイト情報の中で、先頭成分(見通し波成分に相当)の値を抜き出し、各アンテナ素子の時間軸上の受信ウエイトを算出し、これらをベクトルの成分とする受信ウエイトベクトルを仮想的伝送路ごとに取得する(ステップS7215)。この時間軸の受信ウエイトベクトルにキャリブレーション処理を施す(ステップS7216)。続いて、端末局装置は、送信ウエイトベクトルを算出し、これらの1段目の時間軸上の送受信ウエイトベクトルを記録・管理する(ステップS7217)。   Next, the terminal station device performs an IFFT process on the subcarrier of the weight information of each antenna element (step S7214). Then, the terminal station apparatus extracts the value of the leading component (corresponding to the line-of-sight component) from the weight information on the time axis obtained as a result, calculates the reception weight on the time axis of each antenna element, A reception weight vector having these as vector components is obtained for each virtual transmission path (step S7215). Calibration processing is performed on the reception weight vector on this time axis (step S7216). Subsequently, the terminal station device calculates a transmission weight vector, and records and manages the transmission weight vector on the time axis of the first stage (step S7217).

上述の説明は、初段の時間軸ウエイト算出動作であるが、後段の周波数軸ウエイト算出は以下の様に行う。端末局装置は、時間軸上の受信ウエイトベクトルを算出した段階(ステップS7215)で、この受信ウエイト算出に用いた上述の受信トレーニング信号の各サンプリング値に対し、アンテナ素子ごとのサンプリング値を要素とする受信信号ベクトル(サンプリング値)に仮想的伝送路ごとの受信ウエイトベクトルを乗算し、個々の仮想的伝送路の信号系列ごとに分離する(ステップS7221)。続いて、端末局装置は、得られた仮想的伝送路の数分のサンプリング値の信号系列に対して個別にFFT処理を実施し、既知のトレーニング信号を参照してチャネル推定を行う(ステップS7222)。ここでのチャネル推定結果は仮想的伝送路ごとにトレーニング信号が割りあてられたサブキャリアのみが所望の仮想的伝送路のチャネル推定結果となり、トレーニング信号が存在しないサブキャリアは異なる仮想的伝送路からのクロストーク成分を表す。   In the above description, the time axis weight calculation operation of the first stage is performed, but the frequency axis weight calculation of the subsequent stage is performed as follows. At the stage of calculating the reception weight vector on the time axis (step S7215), the terminal station device uses the sampling value of each antenna element as an element with respect to each sampling value of the reception training signal used for the calculation of the reception weight. The received signal vector (sampling value) is multiplied by the reception weight vector for each virtual transmission line, and separated for each signal sequence of each virtual transmission line (step S7221). Subsequently, the terminal station device individually performs FFT processing on the signal sequences of the sampling values corresponding to the number of the obtained virtual transmission paths, and performs channel estimation with reference to the known training signal (step S7222). ). Here, the channel estimation result is such that only the subcarriers to which the training signal is allocated for each virtual transmission path are channel estimation results of the desired virtual transmission path, and the subcarriers for which no training signal exists are transmitted from different virtual transmission paths. Represents a crosstalk component.

なお、ここでは時間軸上のウエイト情報の中で先頭成分(見通し波成分に相当)の値を抜き出して利用する場合を紹介したが、式(57)で示した1サンプルの遅延成分の時間軸の受信ウエイトはIFFTした第2成分を基に、式(59)で示した2サンプルの遅延成分の時間軸の受信ウエイトはIFFTした第3成分を基に、それぞれ算出することが可能である。同様にそれ以上の遅延波成分についても利用することは可能である。   Here, the case where the value of the leading component (corresponding to the line-of-sight component) is extracted from the weight information on the time axis and used is introduced, but the time axis of the delay component of one sample shown in Expression (57) is used. Can be calculated based on the IFFT second component, and the reception weight on the time axis of the two-sample delay component shown in equation (59) can be calculated based on the IFFT third component. Similarly, it is possible to use a delayed wave component larger than that.

次に、端末局装置は、第kサブキャリアにおける第i仮想的伝送路に送信された信号が第j仮想的伝送路に漏れ込むチャネル情報をhji (k)とすれば、これらは特定のサブキャリアのみに情報が存在する状態となっているために、線形補間等で抜けたサブキャリアの補間処理を行い、異なる仮想的伝送路からのクロストーク成分を含む完全な状態のチャネル行列を取得する(ステップS7223)。そして、端末局装置は、この様にして得られた受信ウエイト行列を基に信号分離のための受信ウエイト行列を算出し(ステップS7224)、これを第2段目の周波数軸上の受信ウエイト行列として記録・管理する(ステップS7225)。 Next, the terminal station apparatus determines that the channel information leaked to the j-th virtual transmission path by the signal transmitted to the i-th virtual transmission path in the k-th subcarrier is h ji (k) . Since information is present only in the subcarriers, interpolation processing of the subcarriers that have been dropped by linear interpolation or the like is performed, and a complete channel matrix including crosstalk components from different virtual transmission paths is obtained. (Step S7223). Then, the terminal station apparatus calculates a reception weight matrix for signal separation based on the reception weight matrix obtained in this manner (step S7224), and uses this as a reception weight matrix on the frequency axis of the second stage. Is recorded and managed (step S7225).

以上の様にして取得した第1段目の時間軸送受信ウエイトベクトル及び第2段目の周波数軸受信ウエイト行列は、後続するフレーム内で継続的に使いまわすことが可能である。   The first-stage time-axis transmission / reception weight vector and the second-stage frequency-axis reception weight matrix acquired as described above can be continuously used in a subsequent frame.

以上説明した様に、見通し環境で第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用するための送受信ウエイトの取得では、少数のサブキャリアでチャネル推定を行い、アンテナ素子間隔が狭く且つ見通し波が支配的である場合にはチャネル情報の周波数依存性が小さくなるという特性を利用して、線形補間等で残りのサブキャリアの送受信ウエイトを推定することが可能である。このため、複数の無線局においてサブキャリアが重ならない形で同時並行的にチャネル推定を行うことが可能になる。これを効率的に行うために、フレームの中に基地局装置及び個別の端末局装置がチャネル推定するためのトレーニング信号を、周期性を持つフレーム構成の中で固定的なスロットとして、同一サブキャリアで相互に干渉を及ぼさない様にタイミングとサブキャリアを棲み分けてスロット割り当てを行い、そのスロットで周期的にチャネルフィードバックを行う様にした。   As described above, in obtaining transmission / reception weights for using the virtual transmission path corresponding to the first singular value in the line-of-sight environment, channel estimation is performed using a small number of subcarriers, the antenna element interval is small, and the line-of-sight wave is small. If it is dominant, it is possible to estimate the transmission / reception weight of the remaining subcarriers by linear interpolation or the like, utilizing the characteristic that the frequency dependence of the channel information is reduced. Therefore, it is possible to perform channel estimation simultaneously and in parallel in a form in which subcarriers do not overlap in a plurality of wireless stations. In order to perform this efficiently, a training signal for channel estimation by the base station apparatus and the individual terminal station apparatuses in a frame is set as a fixed slot in a frame configuration having periodicity, and is transmitted in the same subcarrier. In order to avoid mutual interference, the timing and subcarriers are segregated, slots are allocated, and channel feedback is periodically performed in the slots.

なお、従来技術におけるチャネル情報のフィードバックを行うためのトレーニング信号は、そのトレーニング信号に後続するペイロード部分に送信局の識別番号などを付与するのが一般的である。しかも、チャネル情報の周波数依存性が大きいことが一般的であるため、アンテナごとのチャネル情報の推定を全サブキャリアでできる様に設計されていた。これらのオーバヘッドは非常に大きく、MAC効率を大幅に損ねる原因となっていた。しかし、第8の実施形態では、このトレーニング信号は基地局装置ないしは端末局装置ごとに、既知の固定的な場所(スロット及びサブキャリア)に割り当てられるので、後続するペイロードに送信局の識別番号などを付与する必要もなければ、一つのスロットでサブキャリアを棲み分けながら、同時に多数のチャネル推定・チャネルフィードバックが可能となるという特徴を併せ持つ。   Note that a training signal for performing feedback of channel information in the related art generally adds an identification number of a transmitting station to a payload portion subsequent to the training signal. In addition, since the frequency dependence of the channel information is generally large, it has been designed so that the estimation of the channel information for each antenna can be performed for all subcarriers. These overheads were very large, causing a significant loss in MAC efficiency. However, in the eighth embodiment, the training signal is assigned to a known fixed location (slot and subcarrier) for each base station device or terminal station device. If it is not necessary to add, it is possible to simultaneously perform a large number of channel estimation and channel feedback while separating subcarriers in one slot.

[第9の実施形態]
以上の第8の実施形態の説明では、チャネル情報ないしは送受信ウエイトが周波数依存性を持つ場合を中心に説明を行ってきた。しかし、第5の実施形態で示した様に、チャネル情報ないしは送受信ウエイトに周波数依存性がない場合にも拡張することは可能である。
[Ninth embodiment]
In the above description of the eighth embodiment, description has been made mainly on the case where the channel information or the transmission / reception weight has frequency dependency. However, as shown in the fifth embodiment, the present invention can be extended to a case where the channel information or the transmission / reception weight has no frequency dependency.

上述の第5の実施形態では、例えば式(52)などを用いることで、受信したトレーニング信号の時間軸上での相関値評価からチャネル情報を取得していた。式(52)の意味するところは、仮にチャネル情報に周波数依存性がなければ、式(52)のΣの中の各サンプリング時刻のS(n)S(n)は雑音成分を除けば全て一定の値となることから、NFFT個のサンプリング値で雑音成分が平均化され、結果的に高いチャネル推定精度で相対チャネル情報(アンテナごとの相関値)を取得することができた。 In the fifth embodiment described above, channel information is obtained from the correlation value evaluation on the time axis of the received training signal by using, for example, Expression (52). Equation (52) means that if the channel information has no frequency dependence, S j (n) S 1 (n) * at each sampling time in Σ in equation (52) excludes noise components. For example, since the values are all constant, the noise components are averaged by the N FFT sampling values, and as a result, relative channel information (correlation value for each antenna) can be obtained with high channel estimation accuracy.

しかし、第8の実施形態では周波数軸上で異なるアンテナ素子からの信号が混在するために、異なる端末局装置や異なるアンテナ素子からの信号が混在する受信信号の相関を取ると、特定の送信アンテナからの信号の受信アンテナごとの相関ではなく、異なる端末局装置や異なるアンテナ素子からの信号が混在した状態での相関値が取得されることになり、本来求めるべき特定の端末局装置や特定のアンテナ素子に対する相関値を抽出することができない。異なる端末局装置や異なるアンテナ素子からの信号が混在した状態は、FFTを実施することで簡単に信号分離することが可能であるが、この場合には取得された各サブキャリアのチャネル推定結果が、十分に高いチャネル推定精度(すなわち十分なSNR特性)であることが求められる。   However, in the eighth embodiment, since signals from different antenna elements are mixed on the frequency axis, if a correlation is made between received signals in which signals from different terminal station apparatuses and different antenna elements are mixed, a specific transmission antenna Rather than the correlation of the signal from each receiving antenna, the correlation value in a state where signals from different terminal station devices and different antenna elements are mixed is obtained, and the specific terminal station device and the specific The correlation value for the antenna element cannot be extracted. In a state where signals from different terminal station apparatuses and different antenna elements are mixed, it is possible to easily perform signal separation by performing FFT. In this case, the obtained channel estimation result of each subcarrier is , It is required that the channel estimation accuracy be sufficiently high (that is, sufficient SNR characteristics).

上述の第6の実施形態、第7の実施形態、第8の実施形態では使用するサブキャリア数を一例として4と制限することでそのチャネル推定精度を高めていたが、これらのチャネル推定結果が周波数依存性を持たないのであれば、これらのチャネル推定結果を更に平均化し、その平均値により全サブキャリアで共通のチャネル情報を取得することが可能である。   In the above-described sixth, seventh, and eighth embodiments, the number of subcarriers to be used is limited to four as an example to increase the channel estimation accuracy. If there is no frequency dependency, it is possible to further average these channel estimation results and acquire the common channel information for all subcarriers based on the average value.

Figure 0006676745
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ここで、c(f)はサブキャリアfにおける周波数軸上のチャネル情報を表す。ないしは、基準となるアンテナの複素位相を基準とした相対チャネル情報を用いてもよい。 Here, c j (f k ) represents channel information on the frequency axis in the subcarrier f k . Alternatively, relative channel information based on the complex phase of a reference antenna may be used.

また、ここでは4サブキャリアを利用する場合を例に取り、4つの利用サブキャリアfにおける平均を意図して1/4の係数が明記されているが、その他のサブキャリア数であればその数に合わせて平均化を行う。この結果得られたチャネル情報は式(52)で得られたものと等価であり、式(50)や式(51)などを用いて受信ウエイトを算出する。 Here, taking the case of using four subcarriers as an example, a coefficient of 1/4 is specified for the purpose of averaging the four used subcarriers fk . Averaging is performed according to the number. The channel information obtained as a result is equivalent to that obtained by equation (52), and the reception weight is calculated using equation (50) or equation (51).

なお、第8の実施形態に加えて第7の実施形態においても同様であるが、チャネル情報を取得するためのトレーニング信号として4つのサブキャリアを含むトレーニング信号を利用する場合を例示して説明したが、このサブキャリア数は4である屹然性はなく、その他の任意のサブキャリア数であっても構わない。その究極の条件として、利用サブキャリア数を1とすることも可能である。   Note that, although the same applies to the seventh embodiment in addition to the eighth embodiment, a case where a training signal including four subcarriers is used as a training signal for acquiring channel information has been described as an example. However, the number of subcarriers is 4 and there is no probability, and any other number of subcarriers may be used. As the ultimate condition, the number of used subcarriers can be set to one.

上述の第5の実施形態では、基地局装置側の各第1の信号処理部のアンテナ素子間隔を狭めて、非常にチャネル情報ないしは送受信ウエイトの周波数依存性が小さい状況を作り出し、その結果として全サブキャリアで共通のチャネル情報ないしは送受信ウエイトとなる様にしていた。複数サブキャリアを利用することにより測定誤差の抑圧を期待することは可能であるが、究極の条件として単一のサブキャリアを利用するにはそれなりのメリットが存在する。   In the fifth embodiment described above, the antenna element spacing of each first signal processing unit on the base station apparatus side is narrowed to create a situation in which the frequency dependence of channel information or transmission / reception weight is extremely small. Common carrier channel information or transmission / reception weights are used for subcarriers. Although it is possible to expect the suppression of the measurement error by using a plurality of subcarriers, there is a certain merit in using a single subcarrier as the ultimate condition.

この単一のサブキャリアのみを利用するトレーニング信号としては、アンテナ素子ごとの相対チャネル情報を取得するのが目的であるならば(すなわちタイミング検出などの目的を伴わない場合)、仮にOFDMを用いる場合であってもガードインターバルを付与する必要はなく、割り当てられるサブキャリアの周波数の単なる正弦波(すなわち無変調の信号)の連続送信を用いることになる。この信号の特徴は、完全に振幅が一定の信号であるために平均の送信電力と瞬時の送信電力の時間的な変動の比率PAPR(Peak to Average Power Ratio)が1となっている点である。   If the purpose of this training signal using only a single subcarrier is to obtain relative channel information for each antenna element (that is, if there is no purpose such as timing detection), a case where OFDM is used Even in this case, it is not necessary to add a guard interval, and continuous transmission of a simple sine wave (that is, an unmodulated signal) of the frequency of the allocated subcarrier is used. The characteristic of this signal is that since the amplitude of the signal is completely constant, the ratio PAPR (Peak to Average Power Ratio) of the temporal variation between the average transmission power and the instantaneous transmission power is 1. .

一般にOFDMを用いる場合には、QPSKなどの振幅一定の変調方式を用いた場合であっても、サブキャリアごとに独立な信号を合成するために、時間と共に信号の振幅が変動する。このためPAPRは相対的に大きな値となり、平均の送信電力に比べてピーク時の送信電力は非常に大きな値になる。ハイパワーアンプの線形性には限界があるため、このピーク時の電力がハイパワーアンプの線形領域を超える場合には、非線形歪が発生して通信特性が劣化する。このため、OFDMでは所謂バックオフと呼ばれる送信電力のマージンを見込み、そのマージン分だけ送信電力を下げて信号送信を行う。   In general, when OFDM is used, even when a modulation method having a constant amplitude such as QPSK is used, the amplitude of a signal fluctuates with time in order to synthesize an independent signal for each subcarrier. For this reason, the PAPR has a relatively large value, and the transmission power at the peak has a very large value compared to the average transmission power. Since the linearity of the high power amplifier is limited, if the power at the peak exceeds the linear region of the high power amplifier, non-linear distortion occurs and communication characteristics deteriorate. For this reason, in OFDM, a transmission power margin called so-called back-off is expected, and signal transmission is performed by lowering the transmission power by the margin.

回線設計的に見れば、例えば1024ポイントFFTを利用する(有効サブキャリアとして1000程度を利用)システムでは、少なくとも10dB程度のバックオフを見込む必要があった。しかし、完全な振幅一定の正弦波であれば、その様なバックオフを見込む必要がなくなるため、そのバックオフ値分だけ実効的な送信電力を高めて送信することが可能になる。なお、このバックオフ値分の送信電力を高めることは単一サブキャリアを用いる場合以外でも利用可能であり、例えば4サブキャリアを利用する場合でも各サブキャリアの初期位相を任意の値に調整し、1シンボル周期でのPAPRが最小になる様にトレーニング信号を構成することで、その際のPAPR値に応じてより低いバックオフ値での運用が可能になる。   From the viewpoint of circuit design, for example, in a system using a 1024-point FFT (using about 1000 as an effective subcarrier), it is necessary to expect a backoff of at least about 10 dB. However, in the case of a sine wave having a completely constant amplitude, it is not necessary to expect such a back-off, and it is possible to increase the effective transmission power by the back-off value and transmit the signal. It should be noted that increasing the transmission power for this back-off value can be used even when a single subcarrier is not used. For example, even when using four subcarriers, the initial phase of each subcarrier is adjusted to an arbitrary value. By configuring the training signal so that the PAPR in one symbol period is minimized, operation with a lower back-off value according to the PAPR value at that time becomes possible.

なお、トレーニング信号の送信に際し、他のデータ通信で用いる最小のバックオフ値をxdBとするときに、トレーニング信号の送信時のバックオフ値を(x/2)dB以下と設定することが望ましい。具体的には、トレーニング信号の送信時のバックオフ値を0dBとすることが望ましい。   When the minimum back-off value used in other data communication is xdB when transmitting the training signal, it is desirable to set the back-off value at the time of transmitting the training signal to (x / 2) dB or less. Specifically, it is desirable to set the back-off value at the time of transmitting the training signal to 0 dB.

この結果、例えば1000サブキャリア分の送信電力を一つのサブキャリアに注力するならばそこで30dB(=10Log101000)の回線利得を稼ぐことが可能になると共に、更にバックオフ分の10dB程度の回線利得を上乗せした良好な状態でのチャネル推定が可能になる。つまり、40dB程度の改善が期待できることになる。元々、ミリ波帯などの高周波数帯では、周波数の高さ故に回線設計的に厳しかった。例えば周波数が10倍になれば、自由空間伝搬損の周波数に依存する項による損失の増大は20dBである。また、ハイパワーアンプの出力も相対的に低下する。 As a result, for example, if the transmission power for 1000 subcarriers is focused on one subcarrier, a line gain of 30 dB (= 10 Log 10 1000) can be obtained, and a line of about 10 dB for the back-off can be obtained. Channel estimation in a good state with an added gain is possible. That is, an improvement of about 40 dB can be expected. Originally, in high frequency bands such as the millimeter wave band, circuit design was strict due to the high frequency. For example, if the frequency is increased by a factor of 10, the increase in the loss due to the frequency dependent term of the free space propagation loss is 20 dB. Further, the output of the high power amplifier also relatively decreases.

更には、Massive MIMOでは100以上のRF機器を実装する必要から、個々の機器の価格の低減も期待され、廉価な部品材料の利用でアンプの線形性も低下する。結果的に30dB以上の回線利得を追加で確保しなければチャネル推定精度が低下する問題があったが、1サブキャリアないしは4サブキャリア程度に注力し且つPAPR値を抑えて送信電力を高めたチャネル推定では、これらの問題を解決することができる。   Further, in the Massive MIMO, since it is necessary to mount 100 or more RF devices, it is expected that the price of each device is reduced, and the linearity of the amplifier is reduced by using inexpensive component materials. As a result, there is a problem that the channel estimation accuracy is reduced unless a line gain of 30 dB or more is additionally secured. However, a channel that focuses on one or four subcarriers and suppresses the PAPR value to increase transmission power Estimation can solve these problems.

なお、アンテナ1素子当たりで1サブキャリアのみを用いてチャネル推定を行うと、実際には様々な反射波成分の影響を受けて、そのサブキャリアにおけるチャネル推定結果は見通し波成分のみによるチャネル情報とは異なる値を示す可能性がある。しかし、第7の実施形態に示した様に、トレーニング信号を送信する無線局側には複数のアンテナ素子が備えられており、複数のアンテナ素子から異なるサブキャリアの無変調の連続信号を送信するならば、トレーニング信号を受信する無線局では複数のサブキャリアのトレーニング信号を受信することになる。得られたチャネル情報から相対チャネル情報を取得すれば、送信側のアンテナ素子が異なることの影響は相対的に小さく、これら複数のアンテナ素子で得られた相対チャネル情報は周波数軸上で概ね定数と見なせるはずである。この特徴を利用して平均化処理を行えば、サブキャリアごとに影響の受け方が異なる反射波成分を相対的に抑圧し、実効的には見通し波成分を抽出した形の時間軸の相対チャネル情報を取得でき、これを基に時間軸の送受信ウエイトを算出することが可能となる。   When channel estimation is performed using only one subcarrier per antenna element, the effect of various reflected wave components actually affects the channel estimation result of that subcarrier. May indicate different values. However, as shown in the seventh embodiment, a radio station transmitting a training signal is provided with a plurality of antenna elements, and transmits unmodulated continuous signals of different subcarriers from the plurality of antenna elements. Then, the wireless station receiving the training signal will receive training signals of a plurality of subcarriers. If relative channel information is obtained from the obtained channel information, the influence of different antenna elements on the transmitting side is relatively small, and the relative channel information obtained with these multiple antenna elements is substantially constant on the frequency axis. Should be considered. If averaging is performed using this feature, the reflected wave components that are affected differently for each subcarrier are relatively suppressed, and the relative channel information on the time axis in the form of effectively extracting the line-of-sight component Can be obtained, and the transmission / reception weight on the time axis can be calculated based on this.

なお、ここでの平均化処理とは基本的には複素位相の平均化を意図しているが、概ね振幅が一定であると期待され、且つ複素位相の変動幅も小さいことが予想されるため、複素数で与えられるチャネル情報そのものを複素平面上で単純に平均化しても構わない。   Note that the averaging process here is basically intended to average the complex phase. However, since the amplitude is expected to be substantially constant and the variation width of the complex phase is expected to be small. Alternatively, the channel information itself given by a complex number may be simply averaged on a complex plane.

[第10の実施形態]
[第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用したマルチユーザMIMO伝送]
(第10の実施形態に係る基本原理の概要)
以上の説明においては、例えば図16に示す様に各第1の信号処理部304は単一の端末局装置302と基地局装置303の間で単一の信号系列を送受信し、複数の第1の信号処理部304を用いる全体として空間多重伝送を行っていた。これは、基地局装置303と端末局装置302との間の通信はシングルユーザMIMOでの伝送を行っていることに相当する。しかし、当然ながら複数の端末局装置302と基地局装置303の間で空間多重伝送(すなわちマルチユーザMIMO)を行う場合に関しても適用可能である。
[Tenth embodiment]
[Multi-user MIMO transmission using virtual transmission path corresponding to first singular value]
(Overview of Basic Principle According to Tenth Embodiment)
In the above description, for example, as shown in FIG. 16, each first signal processing unit 304 transmits and receives a single signal sequence between a single terminal station device 302 and base station device 303, The spatial multiplexing transmission is performed as a whole using the signal processing unit 304. This is equivalent to that communication between the base station apparatus 303 and the terminal station apparatus 302 is performed by single-user MIMO transmission. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a case where spatial multiplexing transmission (that is, multi-user MIMO) is performed between a plurality of terminal station apparatuses 302 and base station apparatuses 303.

通常マルチユーザMIMOでは、複数の端末局装置に対して同時に同一周波数上で信号送信を行う際に、相互の信号がお互いの端末局装置間で相互干渉とならない様に、ダウンリンクではヌル形成を行いながら信号送信を行っていた。しかし、そのヌル形成はチャネルの時変動がある場合には破れて残留干渉が発生する可能性がある。これは、送信指向性制御に用いる送信ウエイトは、所定の周期で行うチャネルフィードバック結果に基づいいて算出するのであるが、このチャネルのフィードバックに伴うオーバヘッドを抑えるために、それほど頻繁にはチャネルのフィードバックを行えず、結果的に過去に取得したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出せざるを得ないことによる。したがって、どれほど高精度に送信ウエイトを算出しても、時間の経過でチャネルの変動があれば意味はなく、逆に言えばチャネルの時変動の影響を受けにくい伝送方式が求められる。   Normally, in multi-user MIMO, when signals are simultaneously transmitted on the same frequency to a plurality of terminal station apparatuses, null formation is performed in the downlink so that mutual signals do not cause mutual interference between the terminal station apparatuses. Signal transmission was performed while performing. However, the null formation can be broken if there is a time variation of the channel, resulting in residual interference. This is because the transmission weight used for transmission directivity control is calculated based on the result of channel feedback performed at a predetermined cycle, but in order to suppress the overhead associated with the feedback of this channel, the feedback of the channel is performed so frequently. This cannot be performed, and as a result, the transmission weight must be calculated based on the channel information acquired in the past. Therefore, no matter how highly accurate the transmission weight is calculated, it is meaningless if the channel changes over time, and conversely, a transmission system that is less susceptible to the time fluctuation of the channel is required.

第1の実施形態に示した第1特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に用いる場合には、その伝送路上で得られる回線利得の値が反射波を利用した他の伝送路上での利得よりも相対的に高く、更に、基地局装置側及び端末装置側の双方に多数のアンテナ素子を用いる場合には、そのアンテナ素子数の積に応じた回線利得が追加で得られることを考慮すると、完全なヌル制御を敢えて形成するまでもなく、所望のSIR特性を得ることが可能になる。   When the virtual transmission line corresponding to the first singular value shown in the first embodiment is positively used, the value of the line gain obtained on the transmission line is different from that on the other transmission line using the reflected wave. Considering that when a large number of antenna elements are used on both the base station apparatus side and the terminal apparatus side, a line gain corresponding to the product of the number of antenna elements can be additionally obtained. Then, a desired SIR characteristic can be obtained without intentionally forming complete null control.

図73は第10の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置及び端末局装置の構成を示す図である。図16との違いは、図16では端末局装置が端末局装置302のみであったのが、図73では端末局装置が端末局装置302に加えて端末局装置308、309が加わっている点であり、基地局装置303の各第1の信号処理部304−1〜304−4において、それぞれ端末局装置302、308、309に向けて第1特異値に対応する仮想的伝送路を形成してマルチユーザMIMO伝送を行うことになる。   FIG. 73 is a diagram illustrating a configuration of a base station device and a terminal station device when multiuser MIMO is applied in the tenth embodiment. 16 is different from FIG. 16 in that the terminal station apparatus is only the terminal station apparatus 302 in FIG. 16, but in FIG. 73, the terminal station apparatuses are added to the terminal station apparatus 302 and the terminal station apparatuses 308 and 309 are added. In each of the first signal processing units 304-1 to 304-4 of the base station apparatus 303, a virtual transmission path corresponding to the first singular value is formed toward each of the terminal station apparatuses 302, 308, and 309. Multi-user MIMO transmission.

従来であれば複数の第1の信号処理部304−1〜304−4を実装することがなかったので、単一の端末局装置に対して複数の信号系列を同時に空間多重する場合には、ひとつの送受信信号処理回路が異なる送受信ウエイトベクトルを用いてマルチユーザMIMOの信号処理を行う。ここでは、各端末局装置間で相互干渉が発生しない様に、送信側では完全なヌル制御を行う必要があった。   Conventionally, a plurality of first signal processing units 304-1 to 304-4 have not been implemented, so when a plurality of signal sequences are simultaneously spatially multiplexed for a single terminal station device, One transmission / reception signal processing circuit performs multi-user MIMO signal processing using different transmission / reception weight vectors. Here, it is necessary to perform complete null control on the transmitting side so that mutual interference does not occur between the terminal station devices.

一方、本発明の実施形態では、従来のマルチユーザMIMOと違い、第1の信号処理部304−1〜304−4のそれぞれはひとつの端末局装置にはひとつの送受信ウエイトベクトルを用いた1系統分の信号処理しか行わない。例えば、ひとつの第1の信号処理部304−1からは、端末局装置302、308、309に対して各1系統ずつ、合計で3系統分の信号の送信を行う。この時、それぞれの端末局装置302、308、309に対する第1特異値に対応する仮想的伝送路に向けた送信ウエイトベクトルをそれぞれv11、v12、v13とする。これらは、上述の個別のシングルユーザMIMO用の送信ウエイトベクトルであるので相互に直交はしていない。これに対し、実際にマルチユーザMIMOに用いる送信ウエイトベクトルv’11、v’12、v’13は、ベクトルv’11はv12及びv13に直交する様に、ベクトルv’12はv11及びv13に直交する様に、ベクトルv’13はv11及びv12に直交する様に設定する。具体的には、端末局装置302に対する送信ウエイトベクトルv’11は、グラムシュミットの直交化を用いて以下の式(78)で表される。 On the other hand, according to the embodiment of the present invention, unlike the conventional multi-user MIMO, each of the first signal processing units 304-1 to 304-4 uses one transmission / reception weight vector for one terminal station apparatus. Only signal processing is performed. For example, one first signal processing unit 304-1 transmits signals to the terminal station devices 302, 308, and 309, one system each, for a total of three systems. At this time, the transmission weight vector for the virtual transmission path corresponding to the first singular value for each of the terminal stations 302,308,309 and v 11, v 12, v 13, respectively. Since these are transmission weight vectors for the individual single-user MIMO described above, they are not orthogonal to each other. On the other hand, transmission weight vectors v ′ 11 , v ′ 12 , and v ′ 13 that are actually used for multi-user MIMO are as follows: vector v ′ 11 is orthogonal to v 12 and v 13 , and vector v ′ 12 is v 11 and v so as to orthogonal to 13, the vector v '13 to set so that orthogonal to v 11 and v 12. Specifically, the transmission weight vector v ′ 11 for the terminal station device 302 is expressed by the following equation (78) using Gram-Schmidt orthogonalization.

Figure 0006676745
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これを端末局装置308、309に対して同様に処理を行いv’12、v’13を求めれば良い。以上は第1の信号処理部304−1に対する説明だが、同様の処理を第1の信号処理部304−2〜304−3に対しても行えば良い。この様にして、第1の信号処理部304−1に対する送信ウエイトベクトルv’11〜v’13、第1の信号処理部304−2に対する送信ウエイトベクトルv’21〜v’23、第1の信号処理部304−3に対する送信ウエイトベクトルv’31〜v’33、第1の信号処理部304−4に対する送信ウエイトベクトルv’41〜v’43を求めれば良い。以上の処理により、第1の信号処理部304−1〜304−4においてそれぞれ3系統の信号系列を送信し、合計で12系統の空間多重伝送を行うことが可能になる。ここでの補足としては、従来のマルチユーザMIMOの場合と異なり、例えばj≠1なるjに対して送信ウエイトベクトルv’11とv’2jは直交しておらず、完全なヌル形成にはなっていない。しかし、これらは送信元の第1の信号処理部304も異なれば、受信する端末局装置も異なる組み合わせなので、相関の小さな仮想的伝送路であるが故に相互干渉は相対的に小さくなる。この根拠は上述の様に、第1特異値の絶対値が突出して高い利得を示す点と、基地局装置と端末局装置の多数のアンテナ素子の積から来るピンポイントの高い指向性利得に起因する。このため、送信ウエイトベクトルv’11とv’2jの直交性の担保は不要になるのである。 This process is similarly performed on the terminal station devices 308 and 309 to obtain v ′ 12 and v ′ 13 . The above is the description of the first signal processing unit 304-1, but the same processing may be performed on the first signal processing units 304-2 to 304-3. In this manner, the transmission weight vectors v ′ 11 to v ′ 13 for the first signal processing unit 304-1, the transmission weight vectors v ′ 21 to v ′ 23 for the first signal processing unit 304-2, and the first The transmission weight vectors v ′ 31 to v ′ 33 for the signal processing unit 304-3 and the transmission weight vectors v ′ 41 to v ′ 43 for the first signal processing unit 304-4 may be obtained. According to the above processing, the first signal processing units 304-1 to 304-4 transmit three signal sequences, respectively, and can perform spatial multiplexing transmission of 12 systems in total. As a supplement, the transmission weight vectors v ′ 11 and v ′ 2j are not orthogonal to j, for example, j = 1, unlike the case of the conventional multi-user MIMO, resulting in complete null formation. Not. However, since these are different combinations of the first signal processing unit 304 of the transmission source and the terminal station device of the reception, the mutual interference is relatively small because of the virtual transmission path having a small correlation. This basis is due to the fact that the absolute value of the first singular value shows a remarkably high gain as described above, and the high directivity gain at the pinpoint resulting from the product of a large number of antenna elements of the base station device and the terminal station device. I do. Therefore, the orthogonality of the collateral transmission weight vector v '11 and v' 2j are become unnecessary.

なお、同様の処理はアップリンクにおける基地局装置側の処理に対しても同様に行えば良い。すなわち、上述の式(78)は送信ウエイトベクトルに関する直交化処理を示したものであるが、全く同様の直交関係を受信ウエイトに適用し、それぞれの端末局装置302、308、309に対する第1特異値に対応する仮想的伝送路に向けた受信ウエイトベクトルをそれぞれv11、v12、v13と読み替え、マルチユーザMIMOに用いる受信ウエイトベクトルv’11、v’12、v’13を、ベクトルv’11はv12及びv13に直交する様に、ベクトルv’12はv11及びv13に直交する様に、ベクトルv’13はv11及びv12に直交する様に設定するれば良い。この際の受信ウエイト算出は式(78)がそのまま適用可能である。また無線局装置側は全くマルチユーザMIMOであることを意識することなく、上述の第1の実施形態における無線局装置と全く同じ処理及び回路構成で良い。 Note that the same processing may be performed similarly to the processing on the base station apparatus side in the uplink. That is, although the above equation (78) shows the orthogonalization process related to the transmission weight vector, the same orthogonal relationship is applied to the reception weight, and the first singularity for each of the terminal station devices 302, 308, and 309 is obtained. The reception weight vectors directed to the virtual transmission path corresponding to the values are read as v 11 , v 12 , and v 13 , respectively, and the reception weight vectors v ′ 11 , v ′ 12 , and v ′ 13 used for multi-user MIMO are replaced with the vector v '11 so as to orthogonal to the v 12 and v 13, the vector v' as the 12 orthogonal to the v 11 and v 13, it Rure be set so that orthogonal to the vector v '13 v 11 and v 12 . Expression (78) can be applied as it is to the reception weight calculation at this time. Further, the radio station apparatus side may have exactly the same processing and circuit configuration as the radio station apparatus according to the above-described first embodiment without being conscious of multi-user MIMO.

この場合の基地局装置303の回路構成は、図6と比較して、変更が必要となる。図74は、本発明の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置303に対応する基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4に対応する第1の送信信号処理部182の回路構成を表す図である。図74では、マルチユーザMIMO伝送として、図73に示す様に同時に空間多重する端末局装置の数は3局としている。図74の構成は図6の構成と類似しているが、第1の送信信号処理回路113−1〜113−3は同時に空間多重を行う3局の端末局装置に対応したものであり、更に送信ウエイト処理部150では、同時に空間多重を行う3局の端末局装置に対し第1特異値に対応した仮想的伝送路での送信に用いるマルチユーザMIMO用の送信ウエイトベクトルを生成及び管理する。具体的に送信ウエイト処理部150では、チャネル情報取得回路151において、受信部にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路152に記憶する。信号の送信時には通信制御回路120からの指示に従い、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路153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152から読み出し、読み出したチャネル情報を基に上記の式(78)の様にして送信ウエイトベクトルを算出する。ここで注意すべき点は、シングルユーザMIMOの場合には第1右特異ベクトルを算出してそのまま送信ウエイトベクトルとして利用したが、マルチユーザMIMOの場合には同一の第1の信号処理部内で各端末局装置間の送信ウエイトベクトルの直交化を図るために、例えば端末局装置302に対する第1右特異ベクトルから、端末局装置308に対する第1右特異ベクトルの成分、及び端末局装置309に対する第1右特異ベクトルの成分を減算し、相互に直交する形で信号送信を行うことになる。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路153は、この様にして算出した送信ウエイトを第1の送信信号処理回路113−1〜113−3に出力する。   In this case, the circuit configuration of the base station device 303 needs to be changed as compared with FIG. FIG. 74 is a diagram illustrating first transmission corresponding to first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of base station apparatus 70 corresponding to base station apparatus 303 when multi-user MIMO is applied in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a signal processing unit 182. In FIG. 74, as shown in FIG. 73, the number of terminal station apparatuses to be simultaneously spatially multiplexed for multi-user MIMO transmission is three. The configuration of FIG. 74 is similar to the configuration of FIG. 6, except that the first transmission signal processing circuits 113-1 to 113-3 correspond to three terminal station apparatuses that perform spatial multiplexing simultaneously. The transmission weight processing unit 150 generates and manages a transmission weight vector for multi-user MIMO used for transmission on a virtual transmission path corresponding to the first singular value for three terminal stations that perform spatial multiplexing at the same time. Specifically, in the transmission weight processing unit 150, the channel information acquisition circuit 151 separately acquires the channel information acquired by the reception unit via the communication control circuit 120, and sequentially updates the acquired channel information while sequentially updating the channel information. 152. At the time of signal transmission, in accordance with an instruction from the communication control circuit 120, the multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 153 reads channel information corresponding to the destination station from the channel information storage circuit 152, and based on the read channel information. Then, the transmission weight vector is calculated as in the above equation (78). It should be noted here that in the case of single-user MIMO, the first right singular vector is calculated and used as it is as the transmission weight vector. In order to orthogonalize the transmission weight vector between the terminal station devices, for example, the first right singular vector component for the terminal station device 308 and the first right singular vector component for the terminal station device 308 and the first right singular vector for the terminal station device 309 are obtained. The components of the right singular vector are subtracted, and signal transmission is performed in a mutually orthogonal manner. The multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 153 outputs the transmission weight calculated in this way to the first transmission signal processing circuits 113-1 to 113-3.

次に、図75に第10の実施形態における、マルチユーザMIMO適用時の基地局装置303に対応する基地局装置70の第1の受信信号処理部185−1〜185−4に対応する第1の受信信号処理部186の回路構成を示す。図75でも、マルチユーザMIMO伝送として、図73に示す様に同時に空間多重する端末局装置の数は3局としている。図73の構成は図7の構成と類似しているが、第1の受信信号処理回路114−1〜114−3は同時に空間多重を行う3局の端末局装置に対応したものであり、更に受信ウエイト処理部170では、同時に空間多重を行う3局の端末局装置に対し第1特異値に対応した仮想的伝送路での受信に用いるマルチユーザMIMO用の受信ウエイトベクトルを生成及び管理する。具体的に受信ウエイト処理部170では通信制御回路120からの指示に従い、チャネル情報推定回路172においてFFT回路857より入力される情報を基に、各サブキャリア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)から、端末局装置302、308、309に対応する各端末局装置60のアンテナ素子と、基地局装置303に対応する基地局装置70の各アンテナ素子851との間のチャネル情報をサブキャリアごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路173に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路173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ベクトルをサブキャリアごとに算出する。ここで、式(78)はシングルユーザMIMOの場合の送信ウエイトベクトルvを用いた処理を説明したが、同様にこれをシングルユーザMIMOの場合の受信ウエイトベクトルuに置き換えれば、そのまま式(78)が適用できる。この際、各アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信された信号を合成する受信ウエイトベクトルは端末局装置60ごとに異なり、抽出すべき端末局装置60に対応する第1の受信信号処理回路114−1〜114−3それぞれ個別に算出する。なお、この信号処理の後段の第2の受信信号処理部75においては、同一の無線局装置からの各信号系列間のクロストーク成分を除去することになるたが、前段の処理で端末局装置間の相互干渉成分は十分に低下出来ていることが予想されるため、ここでの受信ウエイト行列の算出時にはマルチユーザMIMOを意識する必要はなく、無線局装置ごとに個別にMIMO信号検出処理を行えば良い。ただし、異なる無線局装置に対しては個別のMIMO信号検出処理が必要になるため、同時に空間多重を行う無線局装置の分だけ、並列的に第2の受信信号処理部75を備える必要がある。 Next, FIG. 75 illustrates a first embodiment corresponding to the first reception signal processing units 185-1 to 185-4 of the base station device 70 corresponding to the base station device 303 when multi-user MIMO is applied in the tenth embodiment. 3 shows a circuit configuration of the received signal processing unit 186. Also in FIG. 75, as shown in FIG. 73, the number of terminal station apparatuses to be spatially multiplexed simultaneously for multi-user MIMO transmission is three. The configuration of FIG. 73 is similar to the configuration of FIG. 7, but the first received signal processing circuits 114-1 to 114-3 correspond to three terminal station apparatuses that perform spatial multiplexing at the same time. The reception weight processing section 170 generates and manages reception weight vectors for multi-user MIMO used for reception on a virtual transmission path corresponding to the first singular value for the three terminal stations that perform spatial multiplexing simultaneously. Specifically, in the reception weight processing section 170, according to the instruction from the communication control circuit 120, the channel information estimation circuit 172 separates the known signal for channel estimation into each subcarrier based on the information input from the FFT circuit 857 in the channel information estimation circuit 172. From the (preamble signal or the like added to the head of the wireless packet), the antenna elements of the terminal station apparatuses 60 corresponding to the terminal station apparatuses 302, 308, and 309 and the antenna elements of the base station apparatus 70 corresponding to the base station apparatus 303 Channel information with element 851 is estimated for each subcarrier, and the estimation result is output to multi-user MIMO reception weight calculation circuit 173. The multi-user MIMO reception weight calculation circuit 173 calculates a reception weight vector to be multiplied for each subcarrier based on the input channel information. Here, equation (78) describes processing using the transmission weight vector v in the case of single-user MIMO. Similarly, if this is replaced with the reception weight vector u in the case of single-user MIMO, equation (78) can be used as it is. Can be applied. At this time, the reception weight vector for combining the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-N MT-Ant differs for each terminal station apparatus 60, and the first reception vector corresponding to the terminal station apparatus 60 to be extracted. The signal processing circuits 114-1 to 114-3 are individually calculated. In the second reception signal processing unit 75 at the subsequent stage of the signal processing, the crosstalk component between the respective signal sequences from the same radio station device is removed. Since it is expected that the mutual interference component between the antennas can be sufficiently reduced, it is not necessary to be aware of multi-user MIMO when calculating the reception weight matrix here, and the MIMO signal detection processing must be performed individually for each wireless station apparatus. Just do it. However, since separate MIMO signal detection processing is required for different wireless station devices, the second received signal processing unit 75 needs to be provided in parallel for the wireless station devices that perform spatial multiplexing at the same time. .

この様に、第1の送信信号処理部181と第2の送信信号処理部71との間の情報、及び第1の受信信号処理部185と第2の受信信号処理部75との間の情報が複数系統に拡張される差はあるが、複数の第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185を用いて単一の端末局装置との間で空間多重伝送を行う点で、従来技術とは異なる構成となっている。   Thus, information between the first transmission signal processing unit 181 and the second transmission signal processing unit 71 and information between the first reception signal processing unit 185 and the second reception signal processing unit 75 Although there is a difference that is extended to a plurality of systems, spatial multiplex transmission with a single terminal station apparatus using a plurality of first transmission signal processing units 181 and first reception signal processing units 185 is performed. Thus, the configuration is different from that of the related art.

以上の様に、第10の実施形態の無線通信システム90は、基地局装置303(第1の無線局装置)と、端末局装置308などの複数の端末局装置(第2の無線局装置)とを備える。第10の実施形態の基地局装置303は、第1のアンテナ素子群を有する複数の第1の信号処理部304と、複数の第1の信号処理部に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する第2の信号処理部305(厳密にはインタフェース回路、MAC層処理回路、通信制御回路などのその他の基地局装置機能を含む)とを有する。第10の実施形態の端末局装置308は、第2のアンテナ素子群と、第2のアンテナ素子群を介して第1の信号処理部との無線通信を実行する送受信部とを有する。端末局装置302と端末局装置309とも同様である。   As described above, the wireless communication system 90 of the tenth embodiment includes a plurality of terminal station apparatuses (second wireless station apparatuses) such as the base station apparatus 303 (first wireless station apparatus) and the terminal station apparatus 308. And The base station device 303 according to the tenth embodiment performs a plurality of first signal processing units 304 having a first antenna element group and signal processing of wireless communication associated with the plurality of first signal processing units. A second signal processing unit 305 (strictly including other base station apparatus functions such as an interface circuit, a MAC layer processing circuit, and a communication control circuit). The terminal station device 308 according to the tenth embodiment includes a second antenna element group and a transmission / reception unit that executes wireless communication with the first signal processing unit via the second antenna element group. The same applies to the terminal station device 302 and the terminal station device 309.

第10の実施形態の第1の信号処理部304は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列の送信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出する。第1の信号処理部304は、端末局装置ごとに送信信号を生成し、生成した送信信号に送信ウエイトベクトルを乗算することによって信号ベクトルを生成する。第1の信号処理部304は、同一時刻に空間多重する端末局装置について信号ベクトルを加算合成する。第1の信号処理部304は、加算合成した信号ベクトルに基づく信号を複数の端末局装置に対して同一時刻に同一周波数チャネルを用いて第1のアンテナ素子群から送信する。   The first signal processing unit 304 of the tenth embodiment converts the transmission weight vector of the MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group into the first weight of the MIMO channel matrix. It is calculated based on at least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to one singular value, or at least one of an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector. . First signal processing section 304 generates a transmission signal for each terminal station device, and generates a signal vector by multiplying the generated transmission signal by a transmission weight vector. First signal processing section 304 adds and synthesizes signal vectors for terminal station apparatuses spatially multiplexed at the same time. First signal processing section 304 transmits a signal based on the signal vector obtained by addition and synthesis from the first antenna element group to a plurality of terminal station apparatuses at the same time and using the same frequency channel.

第10の実施形態の第1の信号処理部304は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列の受信ウエイトベクトルを、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて第2の無線局装置ごとに算出する。第1の信号処理部304は、第1のアンテナ素子群を介して受信された信号に基づく信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを端末局装置ごとに乗算することによって、端末局装置ごとに1系統の信号系列を生成する。第2の信号処理部305は、生成した信号系列に基づく信号から残留干渉成分を除去する。   The first signal processing unit 304 of the tenth embodiment converts the reception weight vector of the MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group into the first weight of the MIMO channel matrix. A second right singular vector and / or a first left singular vector corresponding to one singular value, or a second based on at least one of an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector Is calculated for each wireless station device. First signal processing section 304 multiplies a signal vector based on a signal received via the first antenna element group by a reception weight vector for each terminal station apparatus, thereby forming one system of signal for each terminal station apparatus. Generate a series. The second signal processing unit 305 removes a residual interference component from a signal based on the generated signal sequence.

すなわち、第1の信号処理部は、第1のアンテナ素子群と第2の無線局装置ごとの第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトルを、第2の無線局装置ごとのMIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて、同一時刻に空間多重する他の第2の無線局装置の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方のいずれかに直交する様に算出する。第1の信号処理部は、第2の無線局装置ごとに送信信号を生成し、生成した送信信号に送信ウエイトベクトルを乗算することによって送信信号ベクトルを生成する。第1の信号処理部は、同一時刻に空間多重する第2の無線局装置について送信信号ベクトルを加算合成し、加算合成した信号ベクトルの各成分に基づく信号を対応する第1のアンテナ素子から複数の第2の無線局装置に対して送信する。   That is, the first signal processing unit calculates the transmission weight vector for the MIMO channel matrix used for the wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group for each of the second wireless station devices as the second At least one of the first right singular vector and the first left singular vector corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix for each wireless station device, or an approximate solution of the first right singular vector and the first left singular vector Based on at least one of the approximate solutions, at least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to a first singular value of another second wireless station apparatus spatially multiplexed at the same time, or The calculation is performed so as to be orthogonal to at least one of the approximate solution of the first right singular vector and the approximate solution of the first left singular vector. The first signal processing unit generates a transmission signal for each second wireless station device, and generates a transmission signal vector by multiplying the generated transmission signal by a transmission weight vector. The first signal processing unit adds and combines transmission signal vectors for the second wireless station apparatus spatially multiplexed at the same time, and outputs a plurality of signals based on each component of the added and combined signal vector from the corresponding first antenna element. To the second wireless station device.

また、第1の信号処理部は、第1のアンテナ素子群と第2の無線局装置ごとの第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する受信ウエイトベクトルを、第2の無線局装置ごとのMIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて、同一時刻に空間多重する他の第2の無線局装置の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方、又は、第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方のいずれかに直交する様に算出する。第1の信号処理部は、第1のアンテナ素子群を介して受信された信号に基づく信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを第2の無線局装置ごとに乗算することによって、第2の無線局装置ごとに1系統の信号系列を生成する。第2の信号処理部は、生成した第1の信号処理部ごとの複数の信号系列に基づく信号から残留干渉成分を除去する。   Further, the first signal processing unit calculates a reception weight vector for a MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element group and the second antenna element group for each of the second wireless station devices as a second weight vector. At least one of the first right singular vector and the first left singular vector corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix for each wireless station device, or an approximate solution of the first right singular vector and the first left singular vector Based on at least one of the approximate solutions, at least one of a first right singular vector and a first left singular vector corresponding to a first singular value of another second wireless station apparatus spatially multiplexed at the same time, or The calculation is performed so as to be orthogonal to at least one of the approximate solution of the first right singular vector and the approximate solution of the first left singular vector. The first signal processing unit multiplies a signal vector based on a signal received via the first antenna element group by a reception weight vector for each second wireless station apparatus, thereby obtaining a second signal for each second wireless station apparatus. , A single signal sequence is generated. The second signal processing unit removes a residual interference component from the generated signal based on the plurality of signal sequences for each first signal processing unit.

これによって、第10の実施形態の基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム90及び無線通信方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。第10の実施形態の基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム90及び無線通信方法は、マルチユーザMIMOを実行する場合でも、見通し環境が支配的な環境で伝送容量を増大させることが可能となる。   This allows the base station device 70, the terminal station device 60, the wireless communication system 90, and the wireless communication method of the tenth embodiment to increase the transmission capacity by MIMO in an environment where the line-of-sight environment is dominant. The base station device 70, the terminal station device 60, the wireless communication system 90, and the wireless communication method according to the tenth embodiment can increase the transmission capacity in an environment where the line-of-sight environment is dominant even when performing multi-user MIMO. It becomes possible.

[第11の実施形態]
[第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホール構成法]
(第11の実施形態に係る基本原理の概要)
第5の実施形態では、時間軸ビームフォーミングを用い、1系統のデジタルベースバンドのサンプリングデータに、アンテナ系統ごと及びサンプリング値ごとに送信ウエイトを乗算し、これにより第1特異値に対応する仮想的伝送路での伝送のための指向性形成を行っていた。ここでの送信ウエイトの乗算はサンプリングデータに直接行うことが可能であるため、図12(a)に示したモバイル・フロントホールの構成と同様に、BBU側ではデジタルベースバンドのサンプリングデータの生成までの信号処理を全て実装し、光ファイバ上では1系統のデジタルベースバンドのサンプリングデータを伝送し、残りの処理をRRH側で実施することを可能としている。RRH側では、時間軸ビームフォーミングのための送信ウエイト乗算処理が必要となるが、この送信ウエイト情報は光ファイバ上で転送し、この転送された送信ウエイトをRRH側ではデジタルベースバンドのサンプリングデータに乗算して送信するだけなので、無線通信方式に依存する処理は基本的には全てBBU側に実装されることになる。唯一、RRH内で無線通信方式に依存する要素は、送信指向性制御が周波数依存性を持たない点であり、実質的には多素子のアンテナにより非常に狭い指向性ビームを形成して通信を行うことを意味する。この指向性ビームは理想的には見通し環境にある通信の相手局に向けたビームであることが好ましいが、仮に見通しがなくても非常に強い反射波が到来する場合には、その反射点に向けた指向性ビームを形成することで対応可能である。非常に微弱ながら、非常に多くの反射波を寄せ集め、結果的にそれなりの受信レベルとなる様な状況では、第1特異値に対応する仮想的伝送路の回線利得は見通し環境に比べて劣化するが、元々、距離減衰が大きく回線設計的に厳しい高周波数帯であるため指向性利得の高いアンテナ素子を用いる傾向があり、現実問題としては非常に多数の多重反射波を活用するケースは稀であると予想される。このため、特に高周波数帯を用いる無線システムにおけるモバイル・フロントホールとしては、第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いて時間軸ビームフォーミングを行うことで、大規模アンテナを活用しながら光ファイバ上の情報伝送容量を抑えることは可能である。
[Eleventh embodiment]
[Mobile Fronthaul Construction Method Using Virtual Transmission Path Corresponding to First Singular Value]
(Overview of Basic Principle According to Eleventh Embodiment)
In the fifth embodiment, one-system digital baseband sampling data is multiplied by transmission weights for each antenna system and for each sampling value using time-axis beamforming, whereby a virtual system corresponding to the first singular value is obtained. Directivity was formed for transmission on a transmission line. Since the multiplication of the transmission weight here can be directly performed on the sampling data, the BBU side generates digital baseband sampling data in the same manner as in the mobile fronthaul configuration shown in FIG. All of the above signal processing is implemented, and one system of digital baseband sampling data is transmitted on the optical fiber, and the remaining processing can be performed on the RRH side. On the RRH side, transmission weight multiplication processing for time axis beamforming is required. This transmission weight information is transferred on an optical fiber, and the transferred transmission weight is converted into digital baseband sampling data on the RRH side. Since only multiplication and transmission are performed, all processing depending on the wireless communication system is basically implemented on the BBU side. The only element in the RRH that depends on the radio communication method is that the transmission directivity control has no frequency dependence. In practice, a very narrow directional beam is formed by a multi-element antenna to perform communication. Means to do. This directional beam is ideally a beam destined for the communication partner station in the line-of-sight environment, but if a very strong reflected wave arrives even without line-of-sight, This can be dealt with by forming a directional beam directed at this point. In a situation in which a very large number of reflected waves are collected, although very weak, resulting in a moderate reception level, the line gain of the virtual transmission line corresponding to the first singular value deteriorates compared to the line-of-sight environment. However, originally, there is a tendency to use antenna elements with high directivity gain because of the high frequency band, which has a large distance attenuation and is severe in line design.As a practical problem, it is rare to use a very large number of multiple reflected waves. Is expected. For this reason, in particular, as a mobile fronthaul in a wireless system using a high frequency band, by performing time-axis beamforming using a virtual transmission path corresponding to the first singular value, light is transmitted while utilizing a large-scale antenna. It is possible to reduce the information transmission capacity on the fiber.

なお、この送信ウエイト情報を光ファイバ上で転送する際の情報容量を見積もる。例えば、OFDMを用いる場合を考え、その際のFFTポイント数を例えば1024とする。この場合、例えば256サンプル数のガードインターバルを想定すれば、1OFDMのサンプル数は1280サンプルになる。これに対し、例えば256素子のアンテナ素子を用いる場合には、256個の送信ウエイト情報が必要になる(送信ウエイトベクトルとしては256次元であるため)。一つの送信ウエイト情報のビット数と1サンプルのビット数を同じだとすれば、丁度、送信ウエイト情報は20%分の情報に相当する。つまり、全てのOFDMシンボルごとに毎回、送信ウエイト情報を転送する場合であっても、図12(a)に示したモバイル・フロントホールの構成に比べて20%増しで収まることになる。これは、図13(a)に示したモバイル・フロントホールの構成では256倍の情報量になるのに比べれば圧倒的に少なく、概ね図12(a)に示した構成と同程度である。更に言えば、毎OFDMシンボルごとに送信ウエイト情報を転送するのではなく、数OFDMシンボルごとに送信ウエイト情報を転送することとすれば、更に送信ウエイト情報の情報量を圧縮することも可能である。ないしは、送信ウエイト情報の変更時のみに送信ウエイト情報を転送する構成としても構わない。この様にすることで、BBU側に無線伝送方式に依存する信号処理機能を集約し、RRH側には必要最小限の第1特異値に対応する仮想的伝送路を構成するための時間軸ビームフォーミング機能を実装する構成にすることが可能になる。   In addition, the information capacity at the time of transmitting the transmission weight information on the optical fiber is estimated. For example, consider the case of using OFDM, and assume that the number of FFT points at that time is, for example, 1024. In this case, assuming a guard interval of 256 samples, for example, the number of samples of one OFDM is 1280. On the other hand, when using, for example, 256 antenna elements, 256 pieces of transmission weight information are required (because the transmission weight vector has 256 dimensions). Assuming that the number of bits of one piece of transmission weight information is the same as the number of bits of one sample, the transmission weight information exactly corresponds to information for 20%. In other words, even if the transmission weight information is transferred every time every OFDM symbol, the transmission weight information can be increased by 20% compared to the configuration of the mobile fronthaul shown in FIG. This is overwhelmingly less than the information volume of 256 times in the configuration of the mobile fronthaul shown in FIG. 13A, and is substantially the same as the configuration shown in FIG. 12A. Furthermore, if the transmission weight information is transferred every few OFDM symbols instead of transferring the transmission weight information every every OFDM symbol, it is possible to further reduce the information amount of the transmission weight information. . Alternatively, the transmission weight information may be transferred only when the transmission weight information is changed. In this way, the signal processing functions depending on the radio transmission system are integrated on the BBU side, and the time axis beam for configuring the virtual transmission path corresponding to the minimum necessary first singular value is arranged on the RRH side. A configuration in which a forming function is mounted can be realized.

図76は、第11の実施形態における第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要を示す図である。ここではネットワーク側からユーザに向けての方向に関する信号の伝送(BBUからRRH方向)に関する機能のみを抜粋した。図において、符号401はMAC層処理回路、符号402は送信信号処理回路、符号403は時間軸信号生成回路、符号454は光インタフェース回路、符号455は光ファイバ、符号456は光インタフェース回路、符号457は時間軸送信ウエイト乗算回路、符号427はD/A変換器、符号428はRF処理回路、符号429はアンテナ素子、符号432は送信ウエイト処理回路、符号441−4はBBU、符号442−4はRRHを表す。MAC層処理回路401、送信信号処理回路412、時間軸信号生成回路403及び時間軸送信ウエイト乗算回路457は全体で無線に関するベースバンド信号処理を行う領域446−1及び領域446−2を構成する。   FIG. 76 is a diagram showing an outline of the function allocation of the mobile fronthaul using the virtual transmission path corresponding to the first singular value in the eleventh embodiment. Here, only the function related to signal transmission in the direction from the network side to the user (from the BBU to the RRH direction) is extracted. In the figure, reference numeral 401 denotes a MAC layer processing circuit, reference numeral 402 denotes a transmission signal processing circuit, reference numeral 403 denotes a time axis signal generation circuit, reference numeral 454 denotes an optical interface circuit, reference numeral 455 denotes an optical fiber, reference numeral 456 denotes an optical interface circuit, and reference numeral 457. Is a time axis transmission weight multiplying circuit, 427 is a D / A converter, 428 is an RF processing circuit, 429 is an antenna element, 432 is a transmission weight processing circuit, 441-4 is BBU, and 442-4 is Indicates RRH. The MAC layer processing circuit 401, the transmission signal processing circuit 412, the time axis signal generation circuit 403, and the time axis transmission weight multiplication circuit 457 constitute an area 446-1 and an area 446-2 for performing baseband signal processing related to wireless as a whole.

図17及び図47と図76との対比で言えば、図17のMAC層処理回路78が図76のMAC層処理回路401に対応する。図17の第2の送信信号処理部71が図76の送信信号処理回路412に対応する。図47のIFFT&GI付与回路813が時間軸信号生成回路403に対応する。図47における第1の送信信号処理回路311が図76の時間軸送信ウエイト乗算回路457に対応する。図47のD/A変換器814−1〜814−N’BS−Antは図76のD/A変換器427に対応する。図47のミキサ816−1〜816−N’BS−Ant、フィルタ817−1〜817−N’BS−Ant、ハイパワーアンプ818−1〜818−N’BS−AntはRF処理回路428に対応する。アンテナ素子819−1〜819−N’BS−Antはアンテナ素子429に対応する。図47の第1の送信ウエイト処理部330は図76の送信ウエイト処理回路432に対応する。 In comparison with FIGS. 17 and 47 and FIG. 76, the MAC layer processing circuit 78 of FIG. 17 corresponds to the MAC layer processing circuit 401 of FIG. The second transmission signal processing unit 71 in FIG. 17 corresponds to the transmission signal processing circuit 412 in FIG. The IFFT & GI adding circuit 813 in FIG. 47 corresponds to the time axis signal generating circuit 403. The first transmission signal processing circuit 311 in FIG. 47 corresponds to the time axis transmission weight multiplication circuit 457 in FIG. D / A converters 814-1 to 814 -N ′ BS-Ant in FIG. 47 correspond to D / A converter 427 in FIG. Mixer 816-1~816-N 'BS-Ant, filter 817-1~817-N' in FIG. 47 BS-Ant, high-power amplifier 818-1~818-N 'BS-Ant corresponding to the RF processing circuit 428 I do. The antenna elements 819-1 to 819 -N ′ BS-Ant correspond to the antenna element 429. The first transmission weight processing section 330 in FIG. 47 corresponds to the transmission weight processing circuit 432 in FIG.

図76において、ネットワーク側からBBU441−1に送信すべき信号が入力されると、MAC層処理回路401はMAC層の信号処理を行い、無線区間での送受信に用いるフレームフォーマットと、ネットワーク側を流れるデータのフレームフォーマットの変換・終端を行い、無線パケットのフォーマットの信号を送信信号処理回路412に入力する。送信信号処理回路412では、無線信号の送信信号処理を行う。ここでは特に無線区間の伝送方式は限定されず、例えばOFDMを用いるのであれば、必要に応じて誤り訂正の符号化、インタリーブ、サブキャリアごとの変調処理などを行う。この様にして生成した信号は、時間軸信号生成回路403にて時間軸の信号に変換される。例えば、先ほどのOFDMの場合を例に取れば、IFFTを行い周波数軸の信号を時間軸の信号に変換すると共に、ガードインターバルを挿入し、シンボル間の波形整形処理などを施す。この結果、デジタルベースバンド信号の各サンプリング値が時系列で連続する信号に変換される。一方、例えばここでは図示していないBBUの受信側の受信ウエイト処理回路において収集した受信ウエイト情報などは、同じくここでは図示していない通信制御回路などを介して(又は直接的に)送信ウエイト処理回路432に提供する。送信ウエイト処理回路432では、この受信ウエイト情報などにキャリブレーション処理を施し、送信ウエイトを算出する。時間軸信号生成回路403で生成したデジタルベースバンド信号の各サンプリング値と送信ウエイト処理回路432で算出した送信ウエイト情報とは、光インタフェース回路454にて所定のフレームフォーマットに変換され、電気信号から光信号に変換されて光ファイバ455に出力される。   In FIG. 76, when a signal to be transmitted to the BBU 441-1 is input from the network side, the MAC layer processing circuit 401 performs signal processing of the MAC layer, and transmits a frame format used for transmission and reception in a wireless section and flows on the network side. The data frame format is converted and terminated, and a signal in the format of a wireless packet is input to the transmission signal processing circuit 412. The transmission signal processing circuit 412 performs transmission signal processing of a wireless signal. Here, the transmission method in the wireless section is not particularly limited. For example, if OFDM is used, error correction coding, interleaving, modulation processing for each subcarrier, and the like are performed as necessary. The signal generated in this manner is converted to a time-axis signal by the time-axis signal generation circuit 403. For example, taking the case of OFDM as an example, IFFT is performed to convert a signal on the frequency axis into a signal on the time axis, insert a guard interval, and perform waveform shaping processing between symbols. As a result, each sampling value of the digital baseband signal is converted into a signal that is continuous in time series. On the other hand, for example, the reception weight information collected by the reception weight processing circuit on the receiving side of the BBU not shown here is transmitted (or directly) through the communication control circuit or the like not shown here (or directly). Circuit 432. The transmission weight processing circuit 432 performs a calibration process on the reception weight information and the like to calculate a transmission weight. Each sampling value of the digital baseband signal generated by the time axis signal generation circuit 403 and the transmission weight information calculated by the transmission weight processing circuit 432 are converted into a predetermined frame format by the optical interface circuit 454, and the optical signal is converted from the electrical signal to the optical signal. The signal is converted to a signal and output to the optical fiber 455.

光ファイバ455に出力された信号は、RRH442−4側に伝達され、RRH442−4では光インタフェース回路456にて光信号を電気信号に変換し、所定のフォーマットの信号を終端し、デジタルベースバンド信号としてサンプリング値の情報列を、更に送信ウエイト情報をそれぞれ再生する。このデジタルベースバンド信号としてサンプリング値と送信ウエイト情報とは共に時間軸送信ウエイト乗算回路457に入力される。時間軸送信ウエイト乗算回路457では、デジタルベースバンド信号としてサンプリング値にサンプリング値単位でアンテナ系統ごとの送信ウエイトを乗算する。送信ウエイトが乗算された各サンプリング値はD/A変換器427に入力され、D/A変換器427は所定のクロックレートでアンテナ系統ごとの信号をアナログベースバンド信号に変換し、RF処理回路458ではアンテナ系統ごとにアップコンバータで無線周波数の信号に変換し、アンテナ系統ごとにフィルタにて帯域外輻射信号を除去した後にアンテナ系統ごとにハイパワーアンプで増幅し、これをアンテナ素子429より空間に送信する。   The signal output to the optical fiber 455 is transmitted to the RRH 442-4 side, where the optical interface circuit 456 converts the optical signal into an electric signal, terminates a signal of a predetermined format, and outputs a digital baseband signal. To reproduce the information sequence of the sampling value and the transmission weight information. Both the sampling value and the transmission weight information are input to the time axis transmission weight multiplication circuit 457 as this digital baseband signal. The time axis transmission weight multiplying circuit 457 multiplies the sampling value as a digital baseband signal by the transmission weight of each antenna system in sampling value units. Each sampled value multiplied by the transmission weight is input to a D / A converter 427, which converts a signal for each antenna system into an analog baseband signal at a predetermined clock rate, and an RF processing circuit 458. In each antenna system, the signal is converted into a radio frequency signal by an up-converter, the out-of-band radiation signal is removed by a filter for each antenna system, and then amplified by a high-power amplifier for each antenna system. Send.

以上の様に、全体で無線通信の基地局装置に相当する機能を、光ファイバにて仲介されるBBU441−4とRRH442−4とに機能を分けて収容する。ここでの特徴は、ネットワーク側の局舎内に備えるBBU441−4に無線のデジタルベースバンド信号処理が集約されているため、無線通信方式の変更が何かあったとしても、全てがBBU441−4側の変更で済むというメリットがある。   As described above, the function corresponding to the base station apparatus for wireless communication as a whole is accommodated separately in the BBU 441-4 and the RRH 442-4, which are mediated by optical fibers. The feature here is that the radio digital baseband signal processing is centralized in the BBU 441-4 provided in the station on the network side, so that even if there is any change in the radio communication system, all of the BBU 441-4 There is a merit that the change on the side is enough.

以上の説明は、図17の第1の送信信号処理部181が一つのみの場合に対応するが、当然ながら複数の第1の送信信号処理部181を備えるケースに関しても同様に構成することは可能である。図77は、第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要(ダウンリンク)を示す図である。ここではネットワーク側からユーザに向けての方向(ダウンリンク)に関する信号の伝送(BBU441−5からRRH442−4a、442−4bへの方向)に関する機能のみを抜粋した。同図において、符号461はMAC層処理回路、符号462は送信信号処理回路、符号403a〜403bは時間軸信号生成回路、符号454a〜454bは光インタフェース回路、符号455a〜455bは光ファイバ、符号456a〜456bは光インタフェース回路、符号457a〜457bは時間軸送信ウエイト乗算回路、符号427a〜427bはD/A変換器、符号428a〜428bはRF処理回路、符号429a〜429bはアンテナ素子、符号470は送信ウエイト処理回路、符号441−5はBBU、符号442−4a〜442−4bはRRHを表す。   The above description corresponds to the case where only one first transmission signal processing unit 181 in FIG. 17 is provided. It is possible. FIG. 77 is a diagram illustrating an outline (downlink) of the function sharing of the mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. Here, only the function related to signal transmission (direction from BBU 441-5 to RRH 442-4a, 442-4b) regarding the direction (downlink) from the network side to the user is extracted. In the figure, reference numeral 461 denotes a MAC layer processing circuit, reference numeral 462 denotes a transmission signal processing circuit, reference numerals 403a to 403b denote time axis signal generation circuits, reference numerals 454a to 454b denote optical interface circuits, reference numerals 455a to 455b denote optical fibers, and reference numeral 456a. 456a to 456b are optical interface circuits, 457a to 457b are time axis transmission weight multiplication circuits, 427a to 427b are D / A converters, 428a to 428b are RF processing circuits, 429a to 429b are antenna elements, and 470 is The transmission weight processing circuit, reference numeral 441-5 indicates BBU, and reference numerals 442-4a to 442-4b indicate RRH.

図77において、図76と同じものには同じ符号を付与している。図77のRRH442−4a〜442−4bは図76のRRH442−4と同じものが複数系統存在しているため、識別のために接尾辞a、bを付与している。時間軸信号生成回路403a〜403b、光インタフェース回路454a〜454b及び光ファイバ455a〜455bも同様に、図76と同じものRRH442−4a〜442−4bの系統数分だけ利用される。信号の処理としては図76と同一であるが、MAC層処理回路461、送信信号処理回路462は、RRH442−4a〜442−4bの系統数分だけの信号系列を処理することになる。例えば、一つの端末局装置にMIMOを利用して空間多重を行うのであれば、MAC層処理回路461は一つの端末局装置の信号としてMAC層の処理を行う一方、送信信号処理回路462では空間多重を意識して複数系統の信号にシリアル・パラレル変換して、それぞれに対して送信信号処理を行うことになる。送信ウエイト処理回路470は、例えばここでは図示していないBBUの受信側の受信ウエイト処理回路において収集した受信ウエイト情報などを、同じくここでは図示していない通信制御回路などを介して(又は直接的に)情報取得する。この複数系統分の受信ウエイト情報を基にキャリブレーションなどの処理を行い、それぞれの送信ウエイトを算出し、その送信ウエイトに対応するRRH442−4a〜442−4bに対して送信ウエイト情報を転送する。なお、送信ウエイト処理回路470は、第5の実施形態における第1の送信ウエイト処理部330、340と同様に送信ウエイトを取得してもよい。   77, the same components as those in FIG. 76 are denoted by the same reference numerals. Since RRHs 442-4a to 442-4b in FIG. 77 have the same system as the RRH 442-4 in FIG. 76, a suffix a or b is added for identification. Similarly, the time axis signal generation circuits 403a to 403b, the optical interface circuits 454a to 454b, and the optical fibers 455a to 455b are also used for the same number of RRHs 442-4a to 442-4b as those in FIG. The signal processing is the same as that of FIG. 76, but the MAC layer processing circuit 461 and the transmission signal processing circuit 462 process signal sequences for the number of RRHs 442-4a to 442-4b. For example, if spatial multiplexing is performed on one terminal station using MIMO, the MAC layer processing circuit 461 processes the MAC layer as a signal of one terminal station, while the transmission signal processing circuit 462 performs spatial processing on the signal. In consideration of multiplexing, serial-to-parallel conversion is performed on signals of a plurality of systems, and transmission signal processing is performed on each. The transmission weight processing circuit 470 receives the reception weight information collected by the reception weight processing circuit on the receiving side of the BBU not shown here, for example, via a communication control circuit also not shown here (or directly 2) Get information. Processing such as calibration is performed based on the reception weight information for the plurality of systems, transmission weights are calculated, and the transmission weight information is transferred to the RRHs 442-4a to 442-4b corresponding to the transmission weights. Note that the transmission weight processing circuit 470 may acquire the transmission weight similarly to the first transmission weight processing units 330 and 340 in the fifth embodiment.

次に、図78は、第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールの機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。ここではユーザ側からネットワークに向けての方向(アップリンク)に関する信号の伝送(RRH444−1a、444−1bからBBU443−1への方向)に関する機能のみを抜粋した。同図において、符号471はMAC層処理回路、符号472は受信信号処理回路、符号474a〜474bは光インタフェース回路、符号475a〜475bは光ファイバ、符号476a〜476bは光インタフェース回路、符号473a〜473bは時間軸受信ウエイト乗算回路、符号477a〜477bはA/D変換器、符号478a〜478bはRF処理回路、符号479a〜479bはアンテナ素子、符号480は受信ウエイト処理回路、符号481a〜481bは相関算出回路、符号443−1はBBU、444−1a〜444−1bはRRHを表す。図78は、図77に対応するものとして複数系統のRRH444−1a〜444−1bを表記したが、図76と同様に1系統のみであっても構わない。   Next, FIG. 78 is a diagram illustrating an outline (uplink) of the function allocation of the mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. Here, only the function related to signal transmission (direction from RRH 444-1a, 444-1b to BBU 443-1) related to the direction (uplink) from the user side to the network is extracted. In the figure, reference numeral 471 denotes a MAC layer processing circuit, reference numeral 472 denotes a reception signal processing circuit, reference numerals 474a to 474b denote optical interface circuits, reference numerals 475a to 475b denote optical fibers, reference numerals 476a to 476b denote optical interface circuits, and reference numerals 473a to 473b. Is a time axis reception weight multiplication circuit, reference numerals 477a to 477b are A / D converters, reference numerals 478a to 478b are RF processing circuits, reference numerals 479a to 479b are antenna elements, reference numeral 480 is a reception weight processing circuit, and reference numerals 481a to 481b are correlations. The calculation circuit 443-1 represents BBU, 444-1a to 444-1b represents RRH. FIG. 78 shows a plurality of systems of RRHs 444-1a to 444-1b as corresponding to FIG. 77, but only one system may be used as in FIG.

図78において、アンテナ素子479a〜479bが信号を受信すると、RF処理回路478a〜478bではアンテナ系統ごとにローノイズアンプで信号を増幅し、ミキサにて全体で共通のローカル発振器の信号と乗算して信号をダウンコンバートし、フィルタで帯域外の信号を除去することでアナログベースバンド信号をアンテナ系統ごとに生成する。この信号をA/D変換器477a〜477bにてサンプリングを行い、アンテナ系統ごとのデジタルベースバンド信号のサンプル値のデータ列を生成する。これに対し時間軸受信ウエイト乗算回路473a〜473bは受信ウエイトを乗算して加算合成(受信信号ベクトルに受信ウエイトベクトルを乗算する)し、1系統のデジタルベースバンド信号に変換する。一方、A/D変換器477a〜477bでは、デジタルベースバンド信号のサンプル値のデータ列を相関算出回路481a〜481bにも合わせて出力する。   In FIG. 78, when the antenna elements 479a to 479b receive a signal, the RF processing circuits 478a to 478b amplify the signal with a low-noise amplifier for each antenna system, and multiply the signal by a common local oscillator signal as a whole with a mixer. Is down-converted, and an out-of-band signal is removed by a filter to generate an analog baseband signal for each antenna system. This signal is sampled by A / D converters 477a to 477b to generate a data sequence of sample values of a digital baseband signal for each antenna system. On the other hand, the time axis reception weight multiplying circuits 473a to 473b multiply the reception weights and add and synthesize (multiply the reception signal vector by the reception weight vector) to convert it into one system of digital baseband signal. On the other hand, the A / D converters 477a to 477b also output the data sequence of the sample values of the digital baseband signal to the correlation calculation circuits 481a to 481b.

相関算出回路481a〜481bでは、アンテナ素子479a〜479bの中の第2〜第NAntのアンテナ素子の受信信号のサンプリング値に、それぞれ第1のアンテナ素子の受信信号のサンプリング値の複素共役値を乗算し、所定の期間の演算結果を加算する。同様に、アンテナ素子479a〜479bの第1〜第NAntのアンテナ素子の受信信号のサンプリング値にそのサンプル値の複素共役を乗算し、所定の期間の演算結果を加算する。以上の結果をもとに、式(52)で相関演算を行い、その複素共役を取ることで各アンテナ素子の受信ウエイトを算出する。なお、相関算出回路481a〜481bには、BBU443−1側の受信ウエイト処理回路480からタイミング指示の信号が、光インタフェース回路474a〜474b、光ファイバ475a〜475b、光インタフェース回路476a〜476b経由で入力される。 The correlation calculation circuit 481A~481b, the sampled values of the received signals of the second to the N Ant antenna elements in the antenna elements 479A~479b, a complex conjugate value of the sampling values of the received signal of the first antenna element Multiply and add the operation results for a predetermined period. Similarly, the sampling values of the received signals of the first to Nth Ant elements of the antenna elements 479a to 479b are multiplied by the complex conjugate of the sampled values, and the calculation results for a predetermined period are added. Based on the above results, a correlation operation is performed by equation (52), and the complex conjugate is calculated to calculate the reception weight of each antenna element. The correlation calculation circuits 481a to 481b receive timing indication signals from the reception weight processing circuit 480 of the BBU 443-1 via the optical interface circuits 474a to 474b, the optical fibers 475a to 475b, and the optical interface circuits 476a to 476b. Is done.

相関算出回路481a〜481bは、そのタイミング信号を受信するごとに式(52)を用いて相関演算を行うと共に、各加算のメモリ値のリセットを行う。相関算出回路481a〜481bは、ここで取得した相関情報を全アンテナ系列分まとめて、光インタフェース回路476a〜476b、光ファイバ475a〜475b、光インタフェース回路474a〜474b経由で受信ウエイト処理回路480に転送する。受信ウエイト処理回路480は、ここで受信した相関情報に基づいて受信ウエイト情報を算出し、算出した受信ウエイト情報を記録管理し、必要に応じて相関情報又は受信ウエイト情報を送信ウエイト処理回路470に通知して、ここでキャリブレーション処理等を行って送信ウエイト算出に利用する。   Each time the timing signal is received, the correlation calculation circuits 481a and 481b perform the correlation operation using the equation (52) and reset the memory value of each addition. The correlation calculation circuits 481a to 481b collect the correlation information obtained here for all antenna sequences and transfer them to the reception weight processing circuit 480 via the optical interface circuits 476a to 476b, the optical fibers 475a to 475b, and the optical interface circuits 474a to 474b. I do. The reception weight processing circuit 480 calculates reception weight information based on the correlation information received here, records and manages the calculated reception weight information, and transmits the correlation information or the reception weight information to the transmission weight processing circuit 470 as necessary. A notification is made and a calibration process or the like is performed here and used for calculating the transmission weight.

また、受信ウエイト処理回路480は、BBU443−1及びRRH442−4a〜442−4bの受信処理のスケジューリング情報を把握し(例えば、ここでは図示していない通信制御回路や、ないしはMAC層処理回路471で管理するスケジューリング情報などを参照して把握する)、どのタイミングで受信ウエイトを切り替えるべきかを判断し、その切り替えタイミングを示すタイミング指示を、光インタフェース回路474a〜474b、光ファイバ475a〜475b、光インタフェース回路476a〜476b経由で相関算出回路481a〜481bに出力する。このタイミング指示は、この光インタフェース回路474a〜474b、光ファイバ475a〜475b、光インタフェース回路476a〜476bを経由することによるタイムラグを考慮したものとなる。相関算出回路481a〜481bは、この切り替えのタイミング指示を受けると、その直前に算出していた相関情報を基に算出した受信ウエイト情報を、時間軸受信ウエイト乗算回路473a〜473bに出力する。時間軸受信ウエイト乗算回路473a〜473bでは、この切り替えの指示があるまでの間は、最後に指示された受信ウエイト情報を受信信号に乗算し続ける。   Further, the reception weight processing circuit 480 grasps the scheduling information of the reception processing of the BBU 443-1 and the RRHs 442-4a to 442-4b (for example, the communication control circuit or the MAC layer processing circuit 471 not shown here). It grasps by referring to the scheduling information to be managed, etc.), determines at what timing the reception weight should be switched, and issues a timing instruction indicating the switching timing to the optical interface circuits 474a to 474b, the optical fibers 475a to 475b, and the optical interface. The signals are output to the correlation calculation circuits 481a to 481b via the circuits 476a to 476b. This timing instruction takes into account the time lag caused by passing through the optical interface circuits 474a to 474b, the optical fibers 475a to 475b, and the optical interface circuits 476a to 476b. Upon receiving the switching timing instruction, the correlation calculation circuits 481a to 481b output the reception weight information calculated based on the correlation information calculated immediately before to the time axis reception weight multiplication circuits 473a to 473b. The time axis reception weight multiplying circuits 473a to 473b continue to multiply the reception signal by the reception weight information specified last until the switching instruction is given.

図79は、第11の実施形態における相関検出回路481(481a,481b)の概要を示す図である。同図において、符号491−2〜491−NAnt及び符号495−1〜495−NAntは乗算器、符号492−2〜492−NAnt及び符号496−1〜496−NAntは加算器、符号493−2〜493−NAnt及び符号497−1〜497−NAntはメモリ、符号498−1〜498−NAntは平方根取得回路、符号494は相関演算制御部を表す。相関算出回路481は、A/D変換器477、時間軸受信ウエイト乗算回路473、光インタフェース回路476と接続されている。更に、光インタフェース回路476、光ファイバ475、光インタフェース回路474を介してBBU443−1側の受信ウエイト処理回路480とも接続されている。 FIG. 79 is a diagram showing an outline of the correlation detection circuit 481 (481a, 481b) in the eleventh embodiment. In the drawing, reference numerals 491-2 to 491-N Ant and reference numerals 495-1 to 495-N Ant are multipliers, reference numerals 492-2 to 492-N Ant and reference numerals 496-1 to 496-N Ant are adders, Reference numerals 493-2 to 493 -N Ant and reference numerals 497-1 to 497 -N Ant denote memories, reference numerals 498-1 to 498 -N Ant denote square root acquisition circuits, and reference numeral 494 denotes a correlation operation control unit. The correlation calculation circuit 481 is connected to the A / D converter 477, the time axis reception weight multiplication circuit 473, and the optical interface circuit 476. Further, it is also connected to a reception weight processing circuit 480 on the BBU 443-1 side via an optical interface circuit 476, an optical fiber 475, and an optical interface circuit 474.

相関算出回路481は、A/D変換器477から各アンテナ系統のサンプリング値が入力されると、アンテナ素子479の中の第1〜第NAntのアンテナ素子の受信信号のサンプリング値に対し、乗算器491−2〜491−NAntにおいて、アンテナ素子479の第1アンテナのサンプリング値の複素共役値とアンテナ素子479の中の第2〜第NAntのアンテナ素子のサンプリング値を乗算し、乗算結果を加算器492−2〜492−NAntに出力する。加算器492−2〜492−NAntは、入力された値とメモリ493−2〜493−NAntの値とを加算し、加算結果をメモリ493−2〜493−NAntへ入力して記憶させる。加算器492−2〜492−NAntとメモリ493−2〜493−NAntの間で順繰りに算出値を回すことで、相関結果が順次加算され、その累積値が求められていく。BBU443−1側の受信ウエイト処理回路480から光インタフェース回路474、光ファイバ475、光インタフェース回路476を介して相関値のリセットの指示がメモリ493−2〜493−NAntに入力されると、メモリ493−2〜493−NAntは、その累積値を相関演算制御部494に出力し、自らの値をゼロにリセットする。 When the sampling value of each antenna system is input from the A / D converter 477, the correlation calculation circuit 481 multiplies the sampling values of the reception signals of the first to Nth Ant elements in the antenna element 479 by multiplication. vessel in 491-2~491-N Ant, multiplied by the sampled value of the second to N Ant antenna elements in the first complex conjugate value of the sampling values of the antenna and the antenna element 479 of the antenna element 479, a multiplication result Is output to the adders 492-2 to 492-N Ant . Adder 492-2~492-N Ant adds the value of the input value and the memory 493-2~493-N Ant, stored by entering the addition result to the memory 493-2~493-N Ant Let it. By rotating the calculated values between the adders 492-2 to 492-N Ant and the memories 492-2 to 493-N Ant sequentially, the correlation results are sequentially added, and the accumulated value is obtained. When an instruction to reset the correlation value is input from the reception weight processing circuit 480 of the BBU 443-1 via the optical interface circuit 474, the optical fiber 475, and the optical interface circuit 476 to the memories 493-2 to 493-N Ant , Each of the 493-2 to 493 -N Ant outputs the accumulated value to the correlation operation control unit 494, and resets its own value to zero.

上述の処理と並行し、A/D変換器477から各アンテナ系統のサンプリング値が入力されると、アンテナ素子479の中の第1〜第NAntのアンテナ素子の受信信号のサンプリング値は乗算器495−1〜495−NAntにも入力され、アンテナ素子479の第1〜NAntアンテナのサンプリング値と、その複素共役値とが乗算器495−1〜495−NAntにて乗算され、サンプリング値の絶対値の2乗値が加算器496−1〜496−NAntに出力される。加算器496−1〜496−NAntは、入力された値とメモリ497−1〜497−NAntの値とを加算し、加算結果をメモリ497−1〜497−NAntに入力して記憶させる。加算器496−1〜496−NAntとメモリ497−1〜497−NAntの間で順繰りに算出値を回すことで、サンプリング値の絶対値の2乗値が順次加算され、その累積値が求められていく。 In parallel with the above processing, when the sampling values of the respective antenna systems are input from the A / D converter 477, the sampling values of the reception signals of the first to Nth Ant elements in the antenna element 479 are multiplied by the multiplier. 495-1 to 495-N Ant , and the sampling values of the first to N Ant antennas of the antenna element 479 and their complex conjugate values are multiplied by multipliers 495-1 to 495-N Ant to perform sampling. The square value of the absolute value of the value is output to adders 496-1 to 496-N Ant . Adder 496-1~496-N Ant adds the value of the input value and the memory 497-1~497-N Ant, stored by entering the addition result in the memory 497-1~497-N Ant Let it. The calculated values are sequentially turned between the adders 496-1 to 496-N Ant and the memories 497-1 to 497-N Ant , whereby the square values of the absolute values of the sampled values are sequentially added, and the accumulated value is calculated. It will be required.

BBU443−1側の受信ウエイト処理回路480から光インタフェース回路474、光ファイバ475、光インタフェース回路476を介して相関値のリセットの指示がメモリ497−1〜497−NAntに入力されると、メモリ497−1〜497−NAntはその累積値を平方根取得回路498−1〜498−NAntに出力し、自らの値をゼロにリセットする。平方根取得回路498−1〜498−NAntは、累積値の平方根を求め、その値を相関演算制御部494に出力する。相関演算制御部494は、式(52)で相関演算を行い、更にその複素共役を取ることにより受信ウエイトを算出する。この受信ウエイト情報は、全てのアンテナ系統に関する情報を集約し、光インタフェース回路476、光ファイバ475、光インタフェース回路474を介して受信ウエイト処理回路480に転送する。同様に、この受信ウエイトは時間軸受信ウエイト乗算回路473にも入力される。 When an instruction to reset the correlation value is input from the reception weight processing circuit 480 of the BBU 443-1 via the optical interface circuit 474, the optical fiber 475, and the optical interface circuit 476 to the memories 497-1 to 497-N Ant , 497-1~497-N Ant outputs the accumulated value to the square root acquisition circuit 498-1~498-N Ant, reset their values to zero. The square root obtaining circuits 498-1 to 498-N Ant obtain the square root of the accumulated value and output the value to the correlation operation control unit 494. The correlation operation control unit 494 calculates the reception weight by performing the correlation operation by the equation (52) and further taking the complex conjugate. The reception weight information aggregates information on all antenna systems and transfers the information to the reception weight processing circuit 480 via the optical interface circuit 476, the optical fiber 475, and the optical interface circuit 474. Similarly, this reception weight is also input to the time axis reception weight multiplication circuit 473.

図80は、第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた別のモバイル・フロントホールの機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。ここではユーザ側からネットワークに向けての方向(アップリンク)に関する信号の伝送(RRH444−2a〜444−2bからBBU443−2への方向)に関する機能のみを抜粋した。同図において、符号484a〜484bは光インタフェース回路、符号485a〜485bは光ファイバ、符号486a〜486bは光インタフェース回路、符号482は受信ウエイト処理回路、符号481a〜481bは相関算出回路、符号443−2はBBU、符号444−2a〜444−2bはRRHを表す。   FIG. 80 is a diagram illustrating an outline (uplink) of another mobile fronthaul function sharing using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. Here, only functions related to signal transmission (direction from RRH 444-2a to 444-2b to BBU 443-2) from the user side to the network (uplink) are extracted. In the figure, reference numerals 484a to 484b denote optical interface circuits, reference numerals 485a to 485b denote optical fibers, reference numerals 486a to 486b denote optical interface circuits, reference numeral 482 denotes a reception weight processing circuit, reference numerals 481a to 481b denote correlation calculation circuits, and reference numeral 443-43. 2 represents BBU, and reference numerals 444-2a to 444-2b represent RRH.

また、同図において、図78と同じものには同じ符号を付与している。図80と図78との差分は、時間軸受信ウエイト乗算回路473に対して入力する受信ウエイトを、BBU443−2側の受信ウエイト処理回路482から光インタフェース回路484、光ファイバ485、光インタフェース回路486を介して通知する点である。このため、直前に受信したトレーニング信号を参照して算出した受信ウエイトを必ずしも用いずに、受信ウエイト処理回路482側で管理した過去に取得した受信ウエイトを用いる様に指示することが可能となっている。   Also, in this figure, the same components as those in FIG. 78 are denoted by the same reference numerals. The difference between FIG. 80 and FIG. 78 is that the reception weight input to the time axis reception weight multiplication circuit 473 is converted from the reception weight processing circuit 482 on the BBU 443-2 side to the optical interface circuit 484, the optical fiber 485, and the optical interface circuit 486. The point is to be notified via. Therefore, it is possible to instruct to use the previously obtained reception weight managed by the reception weight processing circuit 482 without necessarily using the reception weight calculated with reference to the training signal received immediately before. I have.

その他のバリエーションとしては、図78において、相関算出回路481a、481bに受信ウエイトの記憶・管理機能を実装し、図80の様に受信ウエイト情報をそのものを光ファイバ475で通知する代わりに、相関算出回路481で管理する受信ウエイトの識別番号などをBBU443−1からRRH444−1a、444−1bへ通知して、その識別番号を基に相関算出回路481a、481bが自らに記憶していた受信ウエイト情報を読み出して、これを時間軸受信ウエイト乗算回路473に出力するという構成でも良い。   As another variation, in FIG. 78, the correlation calculation circuits 481a and 481b are provided with a reception weight storage / management function, and instead of notifying the reception weight information by the optical fiber 475 as shown in FIG. The BBU 443-1 notifies the RRH 444-1a, 444-1b of the identification number of the reception weight managed by the circuit 481, and the reception weight information stored in the correlation calculation circuits 481a, 481b based on the identification number. May be read out and output to the time axis reception weight multiplying circuit 473.

次に、本実施形態におけるモバイル・フロントホール構成をマルチユーザMIMOに適用する場合の実施形態について説明を行う。図81は、第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールのマルチユーザMIMO適用時の機能分担の概要(ダウンリンク)を示す図である。ここでは、ネットワーク側からユーザに向けての方向(ダウンリンク)に関する信号の伝送(BBU441−6からRRH442−6への方向)に関する機能のみを抜粋した。同図において、符号463は送信信号処理回路、符号464は送信ウエイト処理回路、符号465は加算合成回路、符号441−6はBBU、符号442−6はRRHを表す。   Next, an embodiment in which the mobile fronthaul configuration in the present embodiment is applied to multi-user MIMO will be described. FIG. 81 is a diagram illustrating an outline (downlink) of function sharing when multiuser MIMO is applied to a mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. . Here, only the function related to signal transmission (direction from BBU 441-6 to RRH 442-6) related to the direction (downlink) from the network side to the user is extracted. In the figure, reference numeral 463 denotes a transmission signal processing circuit, reference numeral 464 denotes a transmission weight processing circuit, reference numeral 465 denotes an addition / synthesis circuit, reference numeral 441-6 denotes BBU, and reference numeral 442-6 denotes RRH.

同図において、図77と同じものには同じ符号を付与している。ここまでの説明では、基本的に複数のRRHは一つの端末局装置とシングルユーザMIMOとして空間多重通信を行っても良いし、相互干渉が限定的であるものとして、異なる端末局装置と通信を行っても良いとして説明を行ってきた。これに対し、図81では一つのRRH442−6から異なる端末局装置に信号送信を行うマルチユーザMIMOに拡張しており、マルチユーザMIMOに関する第10の実施形態の説明に用いた図74を引用しながら解説する。ただし、図74に関しては必ずしも時間軸ビームフォーミングを前提とはしなかったが、ここでは時間軸ビームフォーミングを行う場合の図74の例を基に説明を行う。   In the figure, the same components as those in FIG. 77 are denoted by the same reference numerals. In the description so far, basically, a plurality of RRHs may perform spatial multiplexing communication with one terminal station apparatus as a single-user MIMO, or perform communication with different terminal station apparatuses on the assumption that mutual interference is limited. I have explained that I can go. On the other hand, in FIG. 81, the one RRH 442-6 is extended to a multi-user MIMO that performs signal transmission to different terminal station devices, and FIG. 74 used for describing the tenth embodiment related to the multi-user MIMO is referred to. While explaining. However, although FIG. 74 is not necessarily premised on time-axis beamforming, the description will be made based on the example of FIG. 74 in the case of performing time-axis beamforming.

マルチユーザMIMOへの対応のために、図74に示したマルチユーザMIMO適用時の基地局装置303に対応する基地局装置70の第1の送信信号処理部181の構成において、図74の第1の送信信号処理回路113−1〜113−3に対応する処理を図81の送信信号処理回路463が実施する。また、図74の加算合成回路812−1〜812−N’BS−Antに対応する処理を図81の加算合成回路465が実施する。更に図74の送信ウエイト処理部150に対応する処理を図81の送信ウエイト処理回路464が実施する構成とした。更に、加算合成回路465には、図77における複数のRRH442−4a〜442−bの時間軸送信ウエイト乗算回路457a〜457bそれぞれの出力が入力される。加算合成回路465は、同じアンテナ素子で送信される信号同士を加算合成し、加算結果をD/A変換器427aへ出力する。加算合成回路465により、2系統の送信信号が一つの信号に合成される。 In order to support multi-user MIMO, in the configuration of first transmission signal processing section 181 of base station apparatus 70 corresponding to base station apparatus 303 when multi-user MIMO is applied as shown in FIG. The processing corresponding to the transmission signal processing circuits 113-1 to 113-3 is performed by the transmission signal processing circuit 463 in FIG. Also, processing corresponding to the addition / synthesis circuits 812-1 to 812-N'BS- Ant in FIG. 74 is performed by the addition / synthesis circuit 465 in FIG. Further, the processing corresponding to the transmission weight processing unit 150 in FIG. 74 is configured to be performed by the transmission weight processing circuit 464 in FIG. Further, the outputs of the time axis transmission weight multiplication circuits 457a to 457b of the plurality of RRHs 442-4a to 442-b in FIG. 77 are input to the addition and synthesis circuit 465. The addition / combination circuit 465 adds and combines signals transmitted by the same antenna element and outputs the addition result to the D / A converter 427a. The addition and combining circuit 465 combines the two transmission signals into one signal.

また、図77の説明では、二つのRRH442−5a〜442−bは、一つの端末局装置に信号送信しても良いし、異なる端末局装置に送信しても良かったが、ここではマルチユーザMIMOであるので、異なる信号系列それぞれは異なる端末局装置に対して送信されることになる。以上の差分を除けば、図77と基本的には同様の構成で、同様の信号処理を行っている。ここで、光インタフェース回路454a〜454b、光ファイバ455a〜455b、光インタフェース回路456a〜456bに関しては、物理的に異なる光ファイバ、光インタフェース回路を経由してBBU441−6とRRH442−6の間を結ぶ場合の例を示したが、大容量の伝送を実現可能な光ファイバを用いれば、物理的には同一の光インタフェース回路、同一の光ファイバに集約して情報交換を行うことも可能である。この意味では、図81の示すものは「論理的な伝送路」と見なして理解をすれば良い。   In the description of FIG. 77, the two RRHs 442-5a to 442-b may transmit signals to one terminal station device or may transmit signals to different terminal station devices. Because of MIMO, different signal sequences are transmitted to different terminal station devices. Except for the difference described above, the same signal processing is performed with the basically same configuration as in FIG. Here, the optical interface circuits 454a to 454b, the optical fibers 455a to 455b, and the optical interface circuits 456a to 456b connect between the BBU 441-6 and the RRH 442-6 via physically different optical fibers and optical interface circuits. Although an example of the case has been described, if an optical fiber capable of realizing a large-capacity transmission is used, it is also possible to physically exchange information by integrating the same optical interface circuit and the same optical fiber. In this sense, what is shown in FIG. 81 may be understood as a “logical transmission path”.

図82は、第11の実施形態における複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いたモバイル・フロントホールのマルチユーザMIMO適用時の機能分担の概要(アップリンク)を示す図である。ここではユーザ側からネットワーク側に向けての方向(アップリンク)に関する信号の伝送(RRH444−3からBBU443−3への方向)に関する機能のみを抜粋した。同図において、符号466は受信信号処理回路、符号467は受信ウエイト処理回路、符号443−3はBBU、符号444−3はRRHを表す。同図において、図80と同じものには同じ符号を付与している。ここでの説明においても、異なる端末局装置からの信号を一つのRRHにて受信するマルチユーザMIMOへの拡張について、マルチユーザMIMOに関する説明を行う図75を用いて解説する。ただし、図75に関しては必ずしも時間軸ビームフォーミングを前提とはしなかったが、ここでは時間軸ビームフォーミングを行う場合の図75の例を基に説明を行う。   FIG. 82 is a diagram illustrating an overview (uplink) of function sharing when multiuser MIMO is applied to a mobile fronthaul using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values according to the eleventh embodiment. . Here, only the function related to signal transmission (direction from RRH 444-3 to BBU 443-3) in the direction (uplink) from the user side to the network side is extracted. In the figure, reference numeral 466 denotes a reception signal processing circuit, reference numeral 467 denotes a reception weight processing circuit, reference numeral 443-3 denotes BBU, and reference numeral 444-3 denotes RRH. 80, the same components as those in FIG. 80 are denoted by the same reference numerals. Also in this description, extension to multi-user MIMO in which signals from different terminal stations are received by one RRH will be described with reference to FIG. 75 which describes multi-user MIMO. Note that FIG. 75 is not necessarily premised on time-axis beam forming. However, here, description will be made based on the example of FIG. 75 in the case of performing time-axis beam forming.

マルチユーザMIMOへの対応のために、図75に示したマルチユーザMIMO適用時の基地局装置303に対応する基地局装置70の第1の受信信号処理部186の構成において、図75の第1の受信信号処理回路114−1〜114−3に対応する処理を図82の時間軸受信ウエイト乗算回路483が実施する。第5の実施形態においては、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する仮想的伝送路を抽出する信号処理を基地局装置の第1の受信信号処理部385が行う。また、第10の実施形態の様にマルチユーザMIMO適用時には、第1の受信信号処理部186がMIMOチャネル行列の第1特異値に対応する仮想的伝送路を抽出する信号処理を行う。第1の実施形態においては、この信号処理で完全に除去できなかった干渉成分を後段の第2の受信信号処理部75にて除去している。これに対して、第11の実施形態では、受信信号処理回路466が完全に除去できなかった干渉成分を除去する2段目の信号処理を実施する。この様に2段階の信号処理を実施することで、効率的に信号分離を行うことが可能になる。   In order to support multi-user MIMO, in the configuration of first reception signal processing section 186 of base station apparatus 70 corresponding to base station apparatus 303 when applying multi-user MIMO shown in FIG. The processing corresponding to the received signal processing circuits 114-1 to 114-3 is performed by the time axis reception weight multiplication circuit 483 of FIG. In the fifth embodiment, the first received signal processing unit 385 of the base station device performs signal processing for extracting a virtual transmission path corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix. Also, when multi-user MIMO is applied as in the tenth embodiment, the first received signal processing unit 186 performs signal processing for extracting a virtual transmission path corresponding to the first singular value of the MIMO channel matrix. In the first embodiment, an interference component that cannot be completely removed by this signal processing is removed by a second received signal processing unit 75 at the subsequent stage. On the other hand, in the eleventh embodiment, the second-stage signal processing for removing the interference component that the reception signal processing circuit 466 could not completely remove is performed. By performing the two-stage signal processing in this manner, it is possible to efficiently perform signal separation.

また、図75の受信ウエイト処理部170に対応する処理を図82の受信ウエイト処理回路467が実施する構成とした。更に、図75においては一つのRRH444−1内の一つの時間軸受信ウエイト乗算回路473にのみ信号出力していたのに対し、図82では一つのA/D変換器477aからの出力を、複数の時間軸受信ウエイト乗算回路483a〜483bに対して出力している。   Further, the processing corresponding to the reception weight processing section 170 of FIG. 75 is configured to be performed by the reception weight processing circuit 467 of FIG. Further, in FIG. 75, a signal is output only to one time-axis reception weight multiplication circuit 473 in one RRH 444-1, whereas in FIG. 82, a plurality of outputs from one A / D converter 477a are output. To the time axis reception weight multiplying circuits 483a to 483b.

複数の時間軸受信ウエイト乗算回路483a〜483bでは、それぞれ異なる端末局装置に対応した時間軸の受信ウエイトベクトルを同一の受信信号ベクトルに乗算する。その乗算結果は、光インタフェース回路486a〜486b、光ファイバ485a〜485b、光インタフェース回路484a〜484bをそれぞれ経由して、受信信号処理回路466に入力される。以上の差分を除けば、図80と基本的には同様の構成で、同様の信号処理を行っている。ここで、光インタフェース回路486a〜486b、光ファイバ485a〜485b、光インタフェース回路484a〜484bに関しては、物理的に異なる光ファイバ、光インタフェース回路を経由してRRH444−3とBBU443−3の間を結ぶ場合の例を示したが、大容量の伝送を実現可能な光ファイバを用いれば、物理的には同一の光インタフェース回路、同一の光ファイバに集約して情報交換を行うことも可能である。この意味では、図82の示すものは「論理的な伝送路」と見なして理解をすれば良い。   The plurality of time axis reception weight multiplication circuits 483a to 483b multiply the same reception signal vector by the time axis reception weight vectors corresponding to different terminal station devices. The multiplication result is input to the reception signal processing circuit 466 via the optical interface circuits 486a to 486b, the optical fibers 485a to 485b, and the optical interface circuits 484a to 484b. Except for the above difference, the same signal processing is performed with the basically same configuration as in FIG. Here, the optical interface circuits 486a to 486b, the optical fibers 485a to 485b, and the optical interface circuits 484a to 484b connect the RRH 444-3 and the BBU 443-3 via physically different optical fibers and optical interface circuits. Although an example of the case has been described, if an optical fiber capable of realizing a large-capacity transmission is used, it is also possible to physically exchange information by integrating the same optical interface circuit and the same optical fiber. In this sense, what is shown in FIG. 82 may be understood as "logical transmission path".

第11の実施形態の無線通信システムでは、第1の送信手段及び第3の送信手段としての光インタフェース回路454をBBUが備える。光インタフェース回路454は、時間軸信号生成回路403により生成されるサンプリングデータ列と、送信ウエイト情報(送信ウエイトベクトル)とをRRHへ送信する。また、受信ウエイト取得手段としての受信ウエイト処理回路480、482、467をBBUが備える。受信ウエイト処理回路は、RRHが端末局装置からの受信に用いる受信ウエイト情報(受信ウエイトベクトル)を取得する。受信ウエイト情報は、RRHにおいて算出される相関値に基づいて算出される。また、受信ウエイト処理回路は、RRHに対して相関値や受信ウエイト情報の算出を指示する。   In the wireless communication system according to the eleventh embodiment, the BBU includes an optical interface circuit 454 as a first transmission unit and a third transmission unit. The optical interface circuit 454 transmits the sampling data sequence generated by the time axis signal generation circuit 403 and transmission weight information (transmission weight vector) to the RRH. The BBU includes reception weight processing circuits 480, 482, and 467 as reception weight acquisition means. The reception weight processing circuit acquires reception weight information (reception weight vector) used by the RRH for reception from the terminal station device. The reception weight information is calculated based on the correlation value calculated in the RRH. Further, the reception weight processing circuit instructs the RRH to calculate a correlation value and reception weight information.

また、第11の実施形態の無線通信システムでは、第2の送信手段としての時間軸受信ウエイト乗算回路473をRRHが備える。時間軸受信ウエイト乗算回路473は、A/D変換器477から出力されるデジタルベースバンド信号のサンプル値のデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列に対して受信ウエイトをサンプリングデータごとに順次乗算し、乗算結果を加算合成して一系統のサンプリングデータ列を生成し、光インタフェース回路456を介して一系統のサンプリングデータ系列をBBUへ送信する。第4の送信手段としての光インタフェース回路456をRRHが備える。光インタフェース回路456は、相関算出回路481により算出される相関情報を全アンテナ系列分まとめて、光インタフェース回路476を介してBBUへ送信する。   In the wireless communication system according to the eleventh embodiment, the RRH includes a time-axis reception weight multiplication circuit 473 as a second transmission unit. The time-base reception weight multiplying circuit 473 sequentially multiplies the reception sampling signal vector sequence, which is the data sequence of the sample values of the digital baseband signal output from the A / D converter 477, by the reception weight for each sampling data, The multiplication results are added and combined to generate one system of sampling data sequence, and one system of sampling data sequence is transmitted to the BBU via the optical interface circuit 456. The RRH includes an optical interface circuit 456 as a fourth transmission unit. The optical interface circuit 456 combines the correlation information calculated by the correlation calculation circuit 481 for all antenna sequences, and transmits the collected information to the BBU via the optical interface circuit 476.

また、第11の実施形態の無線通信システムでは、第1の受信手段及び第2の受信手段としての光インタフェース回路456、476をRRHが備える。光インタフェース回路456は、BBUから送信ウエイト情報(送信ウエイトベクトル)及びサンプリングデータ列とを受信する。光インタフェース回路476は、BBUから受信ウエイト情報(受信ウエイトベクトル)を受信する。受信ウエイト算出手段としての相関算出回路481をRRHが備える。相関算出回路481は、端末局装置から送信された既知の信号をアンテナ素子479それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数のアンテナ素子479のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、基準アンテナ素子で受信した既知の信号と他のアンテナ素子479で受信した既知の信号との所定のサンプル数に亘る相関値を算出し、算出した相関値に基づいて受信ウエイトベクトルを算出する。   In the wireless communication system according to the eleventh embodiment, the RRH includes optical interface circuits 456 and 476 as first receiving means and second receiving means. The optical interface circuit 456 receives transmission weight information (transmission weight vector) and a sampling data sequence from the BBU. The optical interface circuit 476 receives reception weight information (reception weight vector) from the BBU. The RRH includes a correlation calculation circuit 481 as reception weight calculation means. The correlation calculating circuit 481 sets one of the plurality of antenna elements 479 as a reference antenna element based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station apparatus is received by each of the antenna elements 479, And a known signal received by another antenna element 479 over a predetermined number of samples, and a reception weight vector is calculated based on the calculated correlation value.

以上の対応により、第11の実施形態における無線通信システムによれば、BBUからRRH方向へのダウンリンクにおいても、RRHからBBU方向へのアップリンクにおいても、更にはマルチユーザMIMOへの拡張も含めて、RRHに多素子のアンテナを備えることで光ファイバ上を流れる情報容量を膨大にすることなく、従来より僅かに情報量が増加する程度のインパクトで、モバイル・フロントホールの基本的な狙いを維持したままの機能配分の最適化が可能となり、RRHと端末局装置とが見通し環境にあり直接波が支配的な状況において帯域の拡大を実現することができる。   According to the above correspondence, according to the wireless communication system in the eleventh embodiment, even in the downlink from the BBU to the RRH direction, in the uplink from the RRH to the BBU direction, and further including the extension to the multi-user MIMO By providing a multi-element antenna on the RRH, the basic aim of the mobile fronthaul can be achieved without increasing the information capacity flowing on the optical fiber, and with the impact that the amount of information slightly increases compared to the past. The function allocation can be optimized while maintaining it, and the band can be expanded in a situation where the RRH and the terminal station are in a line-of-sight environment and direct waves are dominant.

なお、第11の実施形態における無線通信システムでは、BBUとRRHとの間の通信媒体に光ファイバを用いる構成を説明したが、他の媒体、例えば同軸線などの電気信号を伝送する媒体や無線回線を用いる様にしてもよい。   In the wireless communication system according to the eleventh embodiment, the configuration has been described in which an optical fiber is used as a communication medium between the BBU and the RRH. A line may be used.

[各種実施形態の関係に関する補足事項]
まず、本発明の実施形態は、その基本として第1の実施形態に示した複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用して、複数の信号系列を空間多重することを共通の特徴としている。具体的な各実施形態との関連を以下に整理する。
[Supplementary information regarding the relationship between various embodiments]
First, the embodiments of the present invention basically use the virtual transmission paths corresponding to the plurality of first singular values shown in the first embodiment to spatially multiplex a plurality of signal sequences. Features. The relationship with each specific embodiment is summarized below.

(本発明第2の実施形態との組み合わせ)
本発明第2の実施形態は、本発明第1の実施形態を効率的に実現するための、基地局装置側の第1の信号処理部の配置間隔の最適化に関する具体的な実施の形態を示すものである。第4の実施形態の場合には、基地局装置と列車との距離が時間と共に変化するために、本第2の実施形態に示した最適化条件は直接的に利用できないが、その他の実施形態においては、本第2の実施形態を活用することは可能である。具体的には、第3の実施形態においては、サテライト基地局装置と統括基地局装置は固定的に設置されているため、サテライト基地局装置を第1の信号処理部と見なし、統括基地局装置を端末局装置と見なし、サテライト基地局装置と統括基地局装置の間で複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いて空間多重伝送を行うとするならば、サテライト基地局装置を直線状に配置し、その配置条件が統括基地局装置とサテライト基地局装置との間の平均の距離に対して所定の条件を満たす様に設置すれば、第3の実施形態と第2の実施形態及び第1の実施形態を組み合わせた運用が可能である。また、図32に示した様な第3の実施形態のサテライト基地局装置を用いた場合の例に対し、サテライト基地局装置の代わりに純粋に第1の実施形態を用いて本技術をアクセス系に適用する場合の図83に示す利用形態においては、第1の信号処理部と地上の端末局装置との間の平均的な距離に対し、第2の実施形態で示した第1の信号処理部の配置間隔の最適化を行えば、完全な直交条件からは外れるものの、概ね良好な直交関係は維持できることから、各端末局装置と基地局装置との間の通信を安定化させることが可能になる。このため、本技術をアクセス系に適用する場合でも、第2の実施形態と第1の実施形態を組み合わせた運用は可能である。このアクセス系への適用という意味では、第8の実施形態及び第10の実施形態も該当しており、これらの実施形態に更に第2の実施形態と第1の実施形態を組み合わせた運用も可能である。
(Combination with the second embodiment of the present invention)
The second embodiment of the present invention relates to a specific embodiment relating to optimization of the arrangement interval of the first signal processing unit on the base station apparatus side in order to efficiently realize the first embodiment of the present invention. It is shown. In the case of the fourth embodiment, since the distance between the base station apparatus and the train changes with time, the optimization conditions shown in the second embodiment cannot be used directly, but in other embodiments, In this case, it is possible to utilize the second embodiment. Specifically, in the third embodiment, since the satellite base station device and the control base station device are fixedly installed, the satellite base station device is regarded as a first signal processing unit, and the control base station device is controlled. Is regarded as a terminal station device, and if spatial multiplexing transmission is performed using a virtual transmission path corresponding to a plurality of first singular values between the satellite base station device and the controlling base station device, the satellite base station device is The third embodiment and the second embodiment can be arranged in such a manner that they are arranged in a straight line and the arrangement conditions satisfy predetermined conditions with respect to the average distance between the control base station apparatus and the satellite base station apparatus. Operation combining the mode and the first embodiment is possible. Further, in contrast to an example in which the satellite base station device according to the third embodiment as shown in FIG. 32 is used, the present technology is applied to an access system using the purely first embodiment instead of the satellite base station device. In the application form shown in FIG. 83 in the case of applying the present invention to the first signal processing shown in the second embodiment, the average distance between the first signal processing unit and the terrestrial terminal station apparatus is increased. By optimizing the arrangement intervals of the units, it is possible to stabilize the communication between each terminal station device and the base station device because it is possible to maintain a good orthogonal relationship, although it deviates from the perfect orthogonal condition. become. For this reason, even when the present technology is applied to an access system, operation combining the second embodiment and the first embodiment is possible. In the sense of application to this access system, the eighth embodiment and the tenth embodiment are also applicable, and operation in which the second embodiment and the first embodiment are further combined with these embodiments is also possible. It is.

なお、第2の実施形態の説明において、例えば図29では基地局装置側のアンテナ素子をパラボラアンテナに置き換えて説明を行った通り、端末局装置側は複数のアンテナ素子を備えている状況を想定しながらも、基地局装置側は第1の実施形態の第1の信号処理部に示した様な多素子アンテナ群を必ずしも備える必要はなく、超高利得な1本のアンテナ素子で実質的に端末局装置側は複数のアンテナ素子との組み合わせで第1特異値に対応する仮想的伝送路を構成することは可能である。   In the description of the second embodiment, for example, as illustrated in FIG. 29, the antenna element on the base station apparatus side is replaced with a parabolic antenna, and it is assumed that the terminal station apparatus side has a plurality of antenna elements. However, the base station apparatus side does not necessarily need to include the multi-element antenna group as shown in the first signal processing unit of the first embodiment, and it is substantially an ultra-high gain single antenna element. The terminal station device side can configure a virtual transmission path corresponding to the first singular value by combining with a plurality of antenna elements.

(本発明第3の実施形態との組み合わせ)
上述の様に、第4の実施形態の場合には列車側の端末局装置と基地局装置間の直接的な通信に特化されるため、2ホップの中継伝送を行う本発明第3の実施形態との組み合わせは考えにくいが、本発明第3の実施形態と第2の実施形態の組み合わせが可能であると同様に、第4の実施形態の他の運用条件においてはその他の実施形態との組み合わせに関しても適用可能である。例えば、第1の実施形態をシングルユーザMIMO伝送で行うだけでなく、第10の実施形態に示す様にマルチユーザMIMO伝送に拡張可能な様に、第3の実施形態に第10の実施形態(及び第1の実施形態)を組み合わせ、第3の実施形態のサテライト基地局装置を活用しながら、マルチユーザMIMOを実現することも可能である。
(Combination with Third Embodiment of the Present Invention)
As described above, in the case of the fourth embodiment, since it is specialized in direct communication between the terminal device on the train side and the base station device, the third embodiment of the present invention that performs 2-hop relay transmission Although it is difficult to imagine a combination with the embodiment, similarly to the case where the combination of the third embodiment and the second embodiment of the present invention is possible, other operation conditions of the fourth embodiment are different from those of the other embodiments. It is also applicable for combinations. For example, the third embodiment can be extended to multi-user MIMO transmission as shown in the tenth embodiment in addition to performing the first embodiment by single-user MIMO transmission. And the first embodiment), it is also possible to realize multi-user MIMO while utilizing the satellite base station apparatus of the third embodiment.

(本発明第4の実施形態との組み合わせ)
上述の様に本発明第4の実施形態は一種独特な利用形態ではあるが、ここでは第5の実施形態に示す時間軸での指向性形成の信号処理を組み合わせて行っても良いし、そのチャネル推定の処理において、本発明第6及び第7の実施形態と組み合わせて利用することも可能である。ここではあくまでも、列車側の1台の端末局装置と基地局装置の間の1対1の通信を例に説明をしており、この意味でシングルユーザMIMO伝送が基本となるのであるが、例えば複数の列車が同一区間に同時に存在する様なケースにおいては、それらの列車ごとに周波数チャネルを変えて棲み分ける以外にも、第10の実施形態に示したマルチユーザMIMOを組み合わせて利用すれば、同一チャネルで複数の列車との通信を同時並行的に実現することが可能になり、これにより周波数資源を有効活用することは可能である。
(Combination with Fourth Embodiment of the Present Invention)
As described above, the fourth embodiment of the present invention is a kind of unique use form. However, here, the signal processing for forming directivity on the time axis shown in the fifth embodiment may be performed in combination. In the process of channel estimation, it can be used in combination with the sixth and seventh embodiments of the present invention. Here, one-to-one communication between one terminal station device and a base station device on the train side is described as an example. In this sense, single-user MIMO transmission is fundamental. In a case where a plurality of trains are simultaneously present in the same section, besides changing the frequency channel for each of those trains, if the multi-user MIMO shown in the tenth embodiment is used in combination, Communication with a plurality of trains can be realized simultaneously and in parallel on the same channel, thereby making it possible to effectively use frequency resources.

(本発明第5の実施形態との組み合わせ)
本発明第5の実施形態の意図する技術は、無線通信方式としてシングルキャリア伝送のシステムであったりOFDMなどのマルチキャリアのシステムであったり、如何なる条件のシステムにも適用可能である。OFDMなどの周波数軸上の信号処理を前提とするシステムの場合には、本発明第5の実施形態の適用の直接的なメリットは少ない(ただし、FFT回路及びIFFT回路の実装数を抑えることは可能)が、例えば第11の実施形態の様にモバイル・フロントホールでRRH側に大規模なアンテナを実装する場合には、OFDMなどのマルチキャリアのシステムであっても、光ファイバ上で伝送する情報容量を圧縮しながら大規模なアンテナに拡張するために、時間軸上の信号を光ファイバ上で伝送し、RRH側では第5の実施形態に示す時間軸ビームフォーミングを利用することになる。この意味で、第11の実施形態は第5の実施形態(及び第1の実施形態)を組み合わせて運用することを前提としている。
(Combination with the fifth embodiment of the present invention)
The technology intended in the fifth embodiment of the present invention can be applied to a system under any conditions, such as a single carrier transmission system or a multicarrier system such as OFDM as a wireless communication system. In the case of a system based on signal processing on the frequency axis such as OFDM, the direct merit of applying the fifth embodiment of the present invention is small (however, it is not possible to reduce the number of FFT circuits and IFFT circuits mounted). However, for example, when a large-scale antenna is mounted on the RRH side in the mobile fronthaul as in the eleventh embodiment, transmission is performed on an optical fiber even in a multicarrier system such as OFDM. In order to expand the information capacity to a large-scale antenna while compressing the information capacity, a signal on the time axis is transmitted on an optical fiber, and the RRH side uses time-axis beamforming described in the fifth embodiment. In this sense, the eleventh embodiment is based on the premise that the fifth embodiment (and the first embodiment) is operated in combination.

(本発明第6及び第7の実施形態との組み合わせ)
本発明第6の実施形態及び第7の実施形態は、指向性形成に用いるチャネル情報のフィードバックのための手段を示す実施形態であり、本発明の全ての実施形態において組み合わせて利用可能である。これは、第1の実施形態の説明で用いた典型的な固定設置型の端末局装置においても利用可能であるし、アクセス系においてチャネルが時変動する環境においても適用可能である。本発明の第8の実施形態では、特にアクセス系においての利用を想定し、複数の隣接セルや同一セル内の複数の端末局装置間で同時にチャネル推定を実施するための具体的な構成法を示したものであり、本発明第6の実施形態及び第7の実施形態の組み合わせを想定した実施形態となっている。更に、通常であればチャネル推定における回線利得が不足する第4の実施形態に示す列車側の端末局装置と基地局装置との間のチャネル推定にも回線利得向上のために利用可能であり、第4の実施形態に本発明第6の実施形態及び第7の実施形態(及び第1の実施形態)を組み合わせて運用することも可能である。
(Combination with the sixth and seventh embodiments of the present invention)
The sixth and seventh embodiments of the present invention are embodiments showing means for feeding back channel information used for forming directivity, and can be used in combination in all embodiments of the present invention. This can be used in a typical fixed installation type terminal station device used in the description of the first embodiment, and can also be applied in an environment where a channel varies with time in an access system. In the eighth embodiment of the present invention, a specific configuration method for simultaneously performing channel estimation between a plurality of adjacent cells or a plurality of terminal station devices in the same cell is assumed, particularly for use in an access system. This is an embodiment assuming a combination of the sixth embodiment and the seventh embodiment of the present invention. Further, the line gain in the channel estimation is normally insufficient for channel estimation between the train-side terminal station device and the base station device shown in the fourth embodiment, which can be used for improving the line gain, It is also possible to operate the fourth embodiment in combination with the sixth and seventh embodiments (and the first embodiment) of the present invention.

特に第6の実施形態と第7の実施形態を直接組み合わせる具体的な実施形態としては、端末局装置又は基地局装置のアンテナ素子間で、サブキャリアの重複を避けて離散的なサブキャリアにトレーニング信号に割り当てる場合、端末局装置又は基地局装置の各アンテナ素子が同一の仮想的アンテナ素子より送信されたものとみなし、複数の異なるアンテナ素子からの複数のサブキャリアに対して取得した相対チャネル情報に対し、最小二乗法などを用いてトレーニング信号の割り当てのないサブキャリアを含めた相対チャネル情報を取得し、この相対チャネル情報を基にその相対チャネル情報の複素位相差をキャンセルする受信ウエイト(及びキャリブレーション処理により送信ウエイトも取得可能)を算出することが可能である。   In particular, as a specific embodiment that directly combines the sixth embodiment and the seventh embodiment, training is performed on discrete subcarriers between antenna elements of a terminal station device or a base station device while avoiding overlapping of subcarriers. When assigning to signals, it is assumed that each antenna element of the terminal station apparatus or the base station apparatus is transmitted from the same virtual antenna element, and relative channel information obtained for a plurality of subcarriers from a plurality of different antenna elements. In response to this, a relative weight including subcarriers to which no training signal is assigned is acquired using a least squares method or the like, and a reception weight (and a weight that cancels the complex phase difference of the relative channel information based on the relative channel information) The transmission weight can also be obtained by the calibration process).

(本発明第11の実施形態との組み合わせ)
本発明第11の実施形態は、本発明第1の実施形態における第1の信号処理部と第2の信号処理部を隔離し、その間を光ファイバを用いて運用する形態と類似している。ただし、第1の実施形態では送信及び受信の指向性形成の各種信号処理を第1の信号処理部に集約していたのに対し、第11の実施形態では第2の信号処理部に対応するBBU側に集約したものとなっている。しかし、複数の第1の特異値に対応する仮想的伝送路を積極的に活用して空間多重伝送を行う場合には、その基本原理を共用することになり、この点で第11の実施形態と第5の実施形態と第1の実施形態の組み合わせに対応した運用(第1の信号処理部の配置は厳密には異なるが、第1特異値に対応した仮想的伝送路を活用する意味では第1の実施形態に対応すると考えられる)となっている。また、第11の実施形態でも示した様に、第10の実施形態に示したマルチユーザMIMO伝送への拡張も可能であり、この場合には第11の実施形態と第10の実施形態と第5の実施形態と第1の実施形態の組み合わせに対応した運用となっている。なお、上述の様に第4の実施形態に示す列車ムービングセルに関しても、第11の実施形態を利用して複数の第1の信号処理部をRRHと見なし、光ファイバを介してBBU側の第2の信号処理部との間で情報交換する構成とすれば、第11の実施形態と第4の実施形態と第1の実施形態の組み合わせに対応した運用とすることも可能である。当然、これに複数の列車の端末局装置を含むマルチユーザMIMOを組み合わせれば、同時に第10の実施形態を組み合わせることとなる。
(Combination with the eleventh embodiment of the present invention)
The eleventh embodiment of the present invention is similar to the first embodiment of the present invention in which the first signal processing unit and the second signal processing unit are separated, and the space between them is operated using an optical fiber. However, in the first embodiment, various signal processes for forming directivity of transmission and reception are integrated in the first signal processing unit, whereas in the eleventh embodiment, the signal processing corresponds to the second signal processing unit. It is integrated on the BBU side. However, when spatial multiplexing transmission is performed by positively utilizing virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values, the basic principle is shared. And operation corresponding to the combination of the fifth embodiment and the first embodiment (although the arrangement of the first signal processing unit is strictly different, in the sense of utilizing the virtual transmission path corresponding to the first singular value). It is considered to correspond to the first embodiment). Further, as shown in the eleventh embodiment, the extension to the multi-user MIMO transmission shown in the tenth embodiment is also possible. In this case, the eleventh embodiment, the tenth embodiment, and the The operation corresponds to the combination of the fifth embodiment and the first embodiment. As described above, also regarding the train moving cell shown in the fourth embodiment, the plurality of first signal processing units are regarded as RRHs using the eleventh embodiment, and the second signal processing unit on the BBU side is connected via an optical fiber. With a configuration in which information is exchanged between the second signal processing unit and the second signal processing unit, an operation corresponding to a combination of the eleventh embodiment, the fourth embodiment, and the first embodiment is possible. Naturally, if this is combined with a multi-user MIMO including terminal stations of a plurality of trains, the tenth embodiment will be combined at the same time.

以上示した様に、本発明の各種実施形態は相互に組み合わせて運用することが可能である。   As described above, various embodiments of the present invention can be operated in combination with each other.

[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説明する。
[Other supplementary items of the embodiment according to the present invention]
Hereinafter, some supplementary items related to the embodiment according to the present invention will be described.

本発明の各実施形態の説明では、受信側のアンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)と送信側のアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)には、それぞれ異なる番号を振って個別に説明を行っているが、当然ながら送信系と受信系にTDD−SWなどを介して共通化したアンテナ素子(851−1〜851−(N’BS−Ant)又は819−1〜819−(N’BS−Ant))として扱うことも可能である。特に、インプリシット・フィードバックを行う場合には、送信系と受信系のアンテナの共用化は必須であり、アップリンクとダウンリンクを時間的に切り替えるTDD制御が基本となる。ここでのTDD−SWの切り替えは、通信制御回路120等により管理・制御されることになる。 In the description of the embodiments of the present invention, the receiving side of the antenna element 851-1~851- (N 'BS-Ant) and the transmission side of the antenna element 819-1~819- (N' BS-Ant) is Although different numbers have been assigned to the individual elements, the antenna elements (851-1 to 851- (N'BS -Ant )) or the antenna elements shared by the TDD-SW and the like for the transmission system and the reception system are naturally understood. 819-1 to 819- (N'BS -Ant )). In particular, when performing implicit feedback, it is essential to share antennas for the transmission system and the reception system, and TDD control that switches the uplink and the downlink in time is fundamental. The switching of the TDD-SW here is managed and controlled by the communication control circuit 120 and the like.

また、基地局装置に関する受信側のアンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)及び送信側のアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)と、端末局装置に関する受信側のアンテナ素子851−1〜851−(NMT−Ant)及び送信側のアンテナ素子819−1〜819−(NMT−Ant)とでは、それぞれ説明を簡単化するために共通の番号を使用して説明をしている。しかし、基地局装置に関するアンテナ素子のサイズや指向性利得などの要求条件と、端末局装置のアンテナ素子のサイズや指向性利得などの要求条件は一般には一致せず、機能としては同一であるために番号としては同一の番号を付与したが、実際の運用ではサイズや指向性利得などの点で異なる条件のアンテナ素子を利用しても構わない。その他の回路としても同様で、それぞれ説明を簡単化するために共通の番号を使用して説明をしているが、例えばハイパワーアンプ818−1〜818−(N’BS−Ant及びNMT−Ant)、ローノイズアンプ852−1〜852−(N’BS−Ant及びNMT−Ant)などにおいても、同様にアンプの増幅率、消費電力、サイズや許容発熱量などの要求条件要求条件は一般には一致せず、機能としては同一であるために番号としては同一の番号を付与したが、実際の運用では異なる条件の回路を利用しても構わない。 In addition, receiving-side antenna elements 851-1 to 851- (N ′ BS-Ant ) and transmitting-side antenna elements 819-1 to 819- (N ′ BS-Ant ) related to the base station apparatus and reception related to the terminal station apparatus. Common numbers are used for the antenna elements 851-1 to 851- (N MT-Ant ) on the transmission side and the antenna elements 819-1 to 819- (N MT-Ant ) on the transmission side, respectively, to simplify the description. It is explained. However, requirements such as the size and directional gain of the antenna element of the base station apparatus and the requirements such as the size and directional gain of the antenna element of the terminal station apparatus do not generally match, and the functions are the same. Are given the same numbers, but in actual operation, antenna elements having different conditions in terms of size, directivity gain, etc. may be used. The same applies to the other circuits, although the description using a common number in order to simplify the description, respectively, for example, high-power amplifier 818-1~818- (N 'BS-Ant and N MT- Ant ), low-noise amplifiers 852-1 to 852- (N'BS -Ant and NMT -Ant ), etc., also have similar requirements such as amplification factor, power consumption, size and allowable heat generation. Are not the same, and the functions are the same, so the same numbers are given as numbers. However, in actual operation, circuits with different conditions may be used.

また本発明の実施形態における送信ウエイトベクトルとは、送信ウエイト行列の各列ベクトル(又は一部の列ベクトル)を意味し、同時に空間多重する信号系列のひとつに着目したベクトル表記された送信ウエイトである。具体的には、複数の信号系列を空間多重する際の送信ウエイト行列の各列ベクトルは、複数の信号系列の中のある信号系列に着目したウエイト(送信ウエイトベクトルの成分)をベクトル表記したもので、空間多重する端末局装置のチャネルベクトルないしはチャネル行列を基に全体の送信ウエイト行列生成の過程で順次取得されるものである。したがって、送信ウエイトベクトルの生成(及び、「算出」「決定」「乗算」「成分」などの言葉が後続する場合も同様)とは、全体としては送信ウエイト行列の生成と等価であり、特にその行列の行ベクトルないしは列ベクトルを順番に生成する手順を意識した際に、「送信ウエイト行列の生成」と等価な意味で「送信ウエイトベクトルの生成」の様に標記している場合もある。   In addition, the transmission weight vector in the embodiment of the present invention means each column vector (or a part of column vectors) of the transmission weight matrix, and is a transmission weight expressed as a vector focusing on one of the spatially multiplexed signal sequences. is there. Specifically, each column vector of the transmission weight matrix when spatially multiplexing a plurality of signal sequences is a vector representation of a weight (a component of the transmission weight vector) focusing on a certain signal sequence among the plurality of signal sequences. The transmission weight matrix is sequentially acquired based on the channel vector or the channel matrix of the terminal station apparatus to be spatially multiplexed. Therefore, generation of a transmission weight vector (and the same also when words such as “calculation”, “determination”, “multiplication”, and “component” follow) are equivalent to generation of a transmission weight matrix as a whole, and in particular, When considering the procedure of sequentially generating the row vector or the column vector of the matrix, it may be described as "generation of transmission weight vector" in a meaning equivalent to "generation of transmission weight matrix".

また同様に、本発明の実施形態における受信ウエイトベクトルとは、受信ウエイト行列の各行ベクトル(又は一部の行ベクトル)を意味し、同時に空間多重された信号系列のひとつに着目したベクトル表記された受信ウエイトである。具体的には、複数の信号系列が空間多重された際の受信ウエイト行列の各行ベクトルは、複数の信号系列の中のある信号系列に着目したウエイト(受信ウエイトベクトルの成分)をベクトル表記したもので、空間多重された端末局装置のチャネルベクトルないしはチャネル行列を基に全体の受信ウエイト行列生成の過程で順次取得されるものである。したがって、受信ウエイトベクトルの生成(及び、「算出」「決定」「乗算」「成分」などの言葉が後続する場合も同様)とは、全体としては受信ウエイト行列の生成と等価であり、特にその行列の行ベクトルないしは列ベクトルを順番に生成する手順を意識した際に、「受信ウエイト行列の生成」と等価な意味で「受信ウエイトベクトルの生成」の様に標記している場合もある。   Similarly, the reception weight vector in the embodiment of the present invention means each row vector (or a part of the row vector) of the reception weight matrix, and is represented by a vector noting one of the spatially multiplexed signal sequences at the same time. This is the reception weight. Specifically, each row vector of the reception weight matrix when a plurality of signal sequences are spatially multiplexed is a vector representation of a weight (a component of the reception weight vector) focusing on a certain signal sequence among the plurality of signal sequences. In the process of generating the entire reception weight matrix based on the spatially multiplexed channel vectors or channel matrices of the terminal station device, they are sequentially acquired. Therefore, the generation of the reception weight vector (and the same when words such as “calculation”, “determination”, “multiplication”, and “component” follow) are equivalent to the generation of the reception weight matrix as a whole, and in particular, When considering the procedure of sequentially generating the row vector or the column vector of the matrix, it may be described as "generation of reception weight vector" in a meaning equivalent to "generation of reception weight matrix".

また更に、本発明の実施形態における「送信ウエイトベクトル」、「受信ウエイトベクトル」、「チャネル(情報)ベクトル」、「送信信号ベクトル」、「受信信号ベクトル」など、様々な形で「ベクトル」との表記をしているが、これらは全て各アンテナ素子に対応したところの「送信ウエイト」、「受信ウエイト」、「チャネル(情報)」、「送信信号」、「受信信号」を成分とするベクトルであり、各実施形態の中で明示的に「ベクトル」との記載がなくても、当該実施形態においてそれらを成分とするものがそれらの「ベクトル」であることは明らかであり、必要に応じてこれらの内容を補って理解されるべきである。更に、「送信信号ベクトル」、「受信信号ベクトル」における「送信信号」及び「受信信号」とは、各アンテナ素子に対応した、ないしは各アンテナ素子に基づく送信又は受信信号であり、実際に送受信される無線周波数のアナログではなく、デジタル化されたベースバンド(又は中間周波数)の信号でもよい。この信号とは、周波数軸上の信号及び時間軸上のサンプリング信号の両方を含むものである。したがって、以上の実施形態の説明では明示的な記載を省略した部分もあるが、これらの信号は無線周波数で送受信される信号そのものだけではなく、これらの信号と無線周波数で送受信される信号との間では、何らかの信号処理が施されていても構わない。   Furthermore, in the embodiments of the present invention, “vector” is used in various forms such as “transmission weight vector”, “reception weight vector”, “channel (information) vector”, “transmission signal vector”, and “reception signal vector”. These are all vectors corresponding to the respective antenna elements, and each of the vectors has "transmission weight", "reception weight", "channel (information)", "transmission signal", and "reception signal" as components. Even if there is no explicit description of “vector” in each embodiment, it is clear that those components are those “vectors” in the embodiment, and if necessary, Should be understood in addition to these contents. Further, the "transmission signal" and the "transmission signal" and "reception signal" in the "reception signal vector" are transmission or reception signals corresponding to each antenna element or based on each antenna element, and are actually transmitted and received. Instead of analog radio frequency signals, digitalized baseband (or intermediate frequency) signals may be used. This signal includes both a signal on the frequency axis and a sampling signal on the time axis. Therefore, in the description of the above-described embodiments, some parts have not been explicitly described, but these signals are not limited to the signals themselves transmitted and received at the radio frequency, but also include the signals and the signals transmitted and received at the radio frequency. Between them, some signal processing may be performed.

また、本発明の実施形態におけるチャネル推定に関する説明では、1回のチャネル推定でチャネル情報を取得する場合に加えて、複数回のチャネル推定結果を平均化する場合についても説明している。例えば大規模なアンテナ素子を活用することによる回線利得を考慮すれば、1本アンテナと1本アンテナの間の回線設計においては回線利得は不足していても問題ない一方、その大規模アンテナによる指向性利得を稼ぐためには適切な送受信ウエイトが必要であり、その送受信ウエイトの算出に必要なチャネル情報は基本的に1本アンテナと1本アンテナとの間のチャネル推定結果に基づくため、ここで回線利得が不足するとその後の指向性利得を得ることができなくなってしまう。このための対策として、非特許文献2などではトレーニング信号を複数シンボル受信し、その受信信号の平均化処理により回線利得の不足を補っていた。この複数回の推定結果の平均化としては、数シンボルに渡り周期的なトレーニング信号が連続する場合において、その周期性を活用して数シンボルに渡る短時間平均化を行う手法と、離散的な時刻において行われるチャネル推定結果を複数回分だけ寄せ集めて平均化を行う長時間平均化を行う手法がある。ここで短時間平均化の場合には、平均化を行う複数シンボルは連続しているが故に、全てシンボルタイミングがその周期性故に保存しているものと考えられるため、特に基準となるアンテナ素子の複素位相を基準とする相対チャネルとして扱う必要はなかった。これに対し、離散的な時刻において行われるチャネル推定結果に関しては、そのシンボルタイミングが同一となる必然性が一般的にはないため、そのシンボルタイミングの誤差に伴う影響を排除するために、相対チャネル情報を取得して平均化する構成を取る必要があった。この場合、基準となるアンテナ素子のチャネル情報の複素位相は全てゼロ(すなわち実数値を取る)であるものと見なされる。これらの相対チャネル情報の算出においては、全てのアンテナ素子のチャネル情報に、基準アンテナの複素位相θに対してExp(−jθ)を乗算する他、全てのアンテナ素子のチャネル情報を、基準となるアンテナ素子のチャネル情報で除算する形で求めても良い。この様な相対チャネル情報の活用は、一般にはシンボルタイミングが異なるチャネル推定結果の平均化には必須であるが、シンボルタイミングが共通となる場合には、一般的には送受信ウエイトの算出に際して相対チャネル情報を用いる必要はない。単純に、取得したチャネル情報に対して式(1)や式(7)などを用いて送受信ウエイトを計算すれば良かった。しかし、仮にシンボルタイミングが共通となる場合であっても相対チャネル情報を活用しても全く問題は生じないため、上述の説明としては時として相対チャネル情報として説明を行ったり、単純なチャネル情報をそのまま用いて説明している場合がある。しかし、その差は上述の様な差であり、相対チャネル情報を用いることが必須である訳ではない。   Further, in the description related to the channel estimation in the embodiment of the present invention, a case where the channel information is averaged by a plurality of times, in addition to a case where the channel information is acquired by a single channel estimation, is also described. For example, considering the line gain by utilizing a large-scale antenna element, there is no problem even if the line gain is insufficient in the line design between one antenna and one antenna, while the directivity by the large-scale antenna is not problematic. An appropriate transmission / reception weight is required in order to obtain a transmission gain, and channel information necessary for calculating the transmission / reception weight is basically based on a channel estimation result between one antenna and one antenna. If the line gain is insufficient, the subsequent directivity gain cannot be obtained. As a countermeasure for this, in Non-Patent Document 2 and the like, a training signal is received with a plurality of symbols, and the received signal is averaged to compensate for the shortage of the line gain. As the averaging of the estimation result of the plurality of times, when a periodic training signal is continuous over several symbols, a method of performing short-time averaging over several symbols using the periodicity, and a discrete There is a method of performing long-term averaging in which channel estimation results performed at a time are collected and averaged for a plurality of times. Here, in the case of short-time averaging, since a plurality of symbols to be averaged are continuous, it is considered that all symbol timings are preserved because of their periodicity. It was not necessary to treat it as a relative channel with reference to the complex phase. On the other hand, regarding channel estimation results performed at discrete times, it is not generally necessary that the symbol timings be the same. It was necessary to adopt a configuration for acquiring and averaging. In this case, the complex phases of the channel information of the reference antenna element are all assumed to be zero (that is, take a real value). In calculating the relative channel information, the channel information of all antenna elements is multiplied by Exp (−jθ) for the complex phase θ of the reference antenna, and the channel information of all antenna elements is used as a reference. It may be obtained by dividing by the channel information of the antenna element. Such utilization of relative channel information is generally indispensable for averaging channel estimation results having different symbol timings. However, when symbol timings are common, the relative channel information is generally used for calculating transmission / reception weights. There is no need to use information. It was sufficient to simply calculate the transmission / reception weight for the acquired channel information by using Expressions (1) and (7). However, even if the symbol timing is common, even if the relative channel information is utilized, no problem occurs at all. Therefore, the above description is sometimes described as relative channel information, or simple channel information is used. In some cases, the description has been made by using it as it is. However, the difference is as described above, and it is not essential to use the relative channel information.

また相対チャネル情報とは、基準アンテナの複素位相を基準として複素位相に補正を加えたチャネル情報として扱うことも可能であるし、振幅まで含めて基準となるアンテナのチャネル情報で各アンテナ素子のチャネル情報を除算したものであっても良い。各相対チャネル情報の振幅は、例えば式(7)で表される最大比合成の受信ウエイトの時には意味を持つが、式(1)で表される等利得合成の送受信ウエイトの場合には意味を持たない。更に、実際的には見通し環境ではアンテナごとの振幅の偏差は極めて限定的なことが期待され、その場合には全てを同一の振幅と近似しても大きな差はない。そもそも、送受信ウエイトの絶対値には大きな意味はなく、有限の量子化ビット数の中で効率的な値となる様に別途最適化される必要はあるが、その様な量子化ビット数に係る議論は本発明の実施形態とは全く別の議論であり、既存の技術の中で最適化を図れば良い。その意味で、送受信ウエイトベクトルのベクトルとしての大きさ(絶対値)はここでは特別な意味は持たず、任意の係数を乗算した送受信ウエイトベクトルもその統計的な性質は保存されるものとしてここでは説明を行っている。   The relative channel information can be treated as channel information obtained by correcting the complex phase with reference to the complex phase of the reference antenna, or the channel information of each antenna element can be used as the reference channel information including the amplitude. It may be obtained by dividing information. For example, the amplitude of each relative channel information has a meaning in the case of the reception weight of the maximum ratio combining expressed by the equation (7), but has the meaning in the case of the transmission and reception weight of the equal gain combining expressed by the equation (1). do not have. Further, actually, in a line-of-sight environment, it is expected that the deviation of the amplitude for each antenna is extremely limited, and in that case, there is no large difference even if all are approximated to the same amplitude. In the first place, the absolute value of the transmission / reception weight has no significant meaning and needs to be separately optimized so as to be an efficient value within a finite number of quantization bits. The discussion is completely different from the embodiment of the present invention, and optimization may be performed in existing technology. In this sense, the magnitude (absolute value) of the transmission / reception weight vector as a vector has no special meaning here, and the transmission / reception weight vector multiplied by an arbitrary coefficient is also assumed here as its statistical property is preserved. Explains.

以上の相対チャネル情報を用いることで、本発明の実施形態では各種信号処理を簡易化することができる。一方、従来のMIMO伝送技術では、例えば受信ウエイト行列の乗算処理が直接的に信号検出に適した状態に変換する処理までを含むものとして説明されることが多かった。つまり、SISOの信号であっても信号検出処理のためには、受信信号をチャネル推定結果で除算し、チャネルの歪を受けた受信信号からI、Q軸を正しく設定したコンスタレーション上の信号点に変換する必要があった。本発明の実施形態において、第1の信号処理部で行う送受信ウエイトの乗算処理とは、あくまでも指向性利得の確保と大雑把な信号分離のための信号処理を主なる目的としており、この様に送受信ウエイトの乗算により多数のアンテナ素子をあたかも1本の仮想的アンテナ素子として扱うことを可能とするだけで、受信信号をチャネル推定結果で除算し、チャネルの歪を受けた受信信号からI、Q軸を正しく設定したコンスタレーション上の信号点に変換する処理までは含んでいない。しかし、受信側においてはその後段において、信号検出などの処理を行うことも可能であり、これらの処理は従来のMIMO伝送ないしはSISO伝送で行う信号処理と同一の信号処理を適用することが可能である。特に基地局装置の受信系では、第2の信号処理回路において、これらの処理が実施されることになる。   By using the above relative channel information, in the embodiment of the present invention, various kinds of signal processing can be simplified. On the other hand, in the conventional MIMO transmission technology, for example, the multiplication process of the reception weight matrix is often described as including the process of directly converting to a state suitable for signal detection. In other words, even for an SISO signal, for signal detection processing, the received signal is divided by the channel estimation result, and the signal points on the constellation in which the I and Q axes are correctly set from the received signal subjected to channel distortion. Had to be converted to In the embodiment of the present invention, the main purpose of the multiplication processing of transmission / reception weights performed by the first signal processing unit is mainly to secure directivity gain and perform signal processing for rough signal separation. By simply allowing a large number of antenna elements to be treated as one virtual antenna element by weight multiplication, the received signal is divided by the channel estimation result, and the I and Q axes are divided from the received signal subjected to channel distortion. Does not include the process of converting into a signal point on a constellation in which is set correctly. However, on the receiving side, it is also possible to perform processing such as signal detection in the subsequent stage, and it is possible to apply the same signal processing as that performed in the conventional MIMO transmission or SISO transmission to these processings. is there. In particular, in the receiving system of the base station device, these processes are performed in the second signal processing circuit.

また、送信局側の異なるアンテナ素子から、限定的なサブキャリア成分より構成されるトレーニング信号を、各アンテナ素子で割り当てられるサブキャリアの重複を避けて送信する場合、周波数軸上での重複がない核トレーニング信号は空間上で合成されて、受信局側ではより多くのサブキャリア成分を含むトレーニング信号として受信されることになる。この意味で、受信局側では送信側の各アンテナ素子で送信したトレーニング信号とは異なるが、空間上で合成されたトレーニング信号(「合成トレーニング信号」と呼ぶ)をあたかも通常のトレーニング信号と見なして信号処理を行うことが可能になる。この様な合成トレーニング信号の利用に際しても、チャネル情報を基準となるアンテナ素子との相対値である相対チャネル情報に変換して利用することが有効である。   Also, when transmitting a training signal composed of limited subcarrier components from different antenna elements on the transmitting station side while avoiding duplication of subcarriers assigned by each antenna element, there is no overlap on the frequency axis The nuclear training signals are combined in space and are received at the receiving station as a training signal containing more subcarrier components. In this sense, the receiving station differs from the training signal transmitted by each antenna element on the transmitting side, but considers a training signal synthesized in space (referred to as a “synthesized training signal”) as if it were a normal training signal. Signal processing can be performed. When using such a combined training signal, it is effective to convert the channel information into relative channel information, which is a relative value with respect to a reference antenna element, and use it.

また以上の説明においては、簡単のためサブキャリアを表すk(例えば第k周波数成分等)を省略したり、更には個別のサブキャリアに関する説明も省略されているところがあるが、本発明の実施形態の想定するシステムは広帯域のシステムであり、チャネル情報や送受信ウエイト、更には送信信号や受信信号などにおける全ての信号処理は、第5の実施形態における時間軸上での信号処理などを除き、基本的には周波数軸上でサブキャリアごとに個別に規定され処理されるべきものである。したがって、説明を簡略化する上で、多くの説明においてサブキャリアを明示的に表す添え字を省略して説明していた。しかし、これらの説明は、実際にはサブキャリアごとに個別に行われるものであり、その際にはサブキャリアを表す添え字を付加して理解すれば説明を厳密に解釈可能である。各信号処理回路の内部では、例えば送信側におけるIFFT処理の前段までの信号処理(一例としてOFDM変調方式を想定すれば、ビット列のインタリーブ処理、信号点のマッピング、信号の変調処理、送信ウエイトベクトルの乗算などを含む)は全てサブキャリアごとに行われるものであり、同様に受信側におけるFFT処理後の信号処理(同じくOFDM変調方式を想定すれば、受信ウエイトの乗算、信号検出処理、信号のデマッピング、デインタリーブ処理など)も全てサブキャリアごとに行われるものである。   In the above description, k (for example, the k-th frequency component, etc.) representing a subcarrier is omitted for simplicity, and further description of individual subcarriers is omitted. Is a wideband system, and all signal processing on channel information, transmission / reception weights, transmission signals and reception signals, etc., is basically the same as the signal processing on the time axis in the fifth embodiment. Specifically, it should be individually defined and processed for each subcarrier on the frequency axis. Therefore, in order to simplify the description, the subscripts that explicitly indicate the subcarriers have been omitted in many descriptions. However, these descriptions are actually performed individually for each subcarrier, and in such a case, the description can be interpreted strictly if understood by adding a subscript indicating the subcarrier. Inside each signal processing circuit, for example, signal processing up to a stage prior to the IFFT processing on the transmission side (for example, assuming an OFDM modulation method, bit string interleaving processing, signal point mapping, signal modulation processing, transmission weight vector The multiplication and the like are all performed for each subcarrier. Similarly, the signal processing after the FFT processing on the receiving side (similarly, if the OFDM modulation method is assumed, the multiplication of the reception weight, the signal detection processing, and the signal Mapping, deinterleaving, etc.) are all performed for each subcarrier.

また回路構成上は、それぞれのサブキャリアごとに個別の回路を備えてもよいし、同一の処理を実施することからサブキャリアごとにシリアルに順番に処理を行い、回路をサブキャリアに対して共用化することも可能である。更には、この中間的に、複数の回路を用意して、サブキャリアを適宜分割し、複数の回路でパラレルな処理をシリアルに実施する処理としても構わない。これらは全ての実施形態に共通する話である。   In terms of circuit configuration, an individual circuit may be provided for each subcarrier, or the same processing is performed, so that processing is performed serially for each subcarrier and the circuit is shared with the subcarriers It is also possible to convert. Further, a plurality of circuits may be prepared in the middle, subcarriers may be appropriately divided, and a plurality of circuits may perform processing in parallel in a serial manner. These are common to all embodiments.

また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末局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局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局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局装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。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の実施形態を適用することができる。   In addition, since all subcarriers are used for communication with the same terminal station device in the OFDM modulation scheme, transmission / reception weights (average transmission / reception weight vectors and real-time transmission / reception weight matrices) at that time are common to all subcarriers. The transmission / reception weights for the combined terminal station devices will be used. However, in OFDMA, since assignments to terminal station apparatuses of different combinations are arranged in a patchwork manner on the time axis and the frequency axis, they are assigned for each time (OFDM symbol) and each frequency (subcarrier). It is necessary to use the transmission / reception weight for the terminal station device. However, except for the difference, OFDM and OFDMA can be processed in exactly the same way. In this specification, the description has been made with a focus on OFDM. can do.

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、送信側で送信ウエイトベクトルを乗算し、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可能と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。この場合には、OFDM変調方式の信号処理の代わりにシングルキャリアでの信号処理を行った後、ダウンリンクであればシングルキャリアの時間軸上の信号に対してFFT処理を施すことで各サブキャリアの信号成分を生成し、これらの信号成分をOFDM変調方式で生成される各サブキャリアの信号と見なして本発明の実施形態により生成された送信ウエイトベクトルを乗算すれば良い。同様にアップリンクであれば、受信信号をFFT処理した信号をOFDM変調方式の場合と同様に扱い、本発明により生成された受信ウエイトベクトルを乗算することで信号分離するが、その信号分離されたサブキャリアの信号に対してIFFT処理を施すことで時間軸上のシングルキャリアの信号に変換すれば良い。この様に一部の信号処理にOFDM変調方式とSC−FDEでは差異があるが、送受信ウエイトの生成と乗算処理などは共通であり、これらどちらの信号方式であっても本発明の実施形態は適用可能である。   Also, there are various operational variations regarding SC-FDE. However, multiplying the transmission weight vector on the transmission side, and processing the received signal after signals transmitted from each antenna element are combined in space, and In each of the above-described configuration examples, the processing performed by the conventional SC-FDE can be directly applied to any of the reception signal processing after the reception weight is multiplied by the reception weight and the signals of the respective antenna elements are added and combined. Since it has a configuration, it can be applied to all variations of SC-FDE. In this case, after performing signal processing on a single carrier instead of signal processing of the OFDM modulation method, if a downlink is used, FFT processing is performed on a signal on the time axis of the single carrier so that each subcarrier is processed. May be generated, and these signal components may be regarded as signals of each subcarrier generated by the OFDM modulation method and multiplied by the transmission weight vector generated according to the embodiment of the present invention. Similarly, in the case of the uplink, the signal obtained by performing the FFT processing on the received signal is treated in the same manner as in the case of the OFDM modulation method, and the signal is separated by multiplying the reception weight vector generated according to the present invention. By performing IFFT processing on the subcarrier signal, the signal may be converted into a single carrier signal on the time axis. Thus, although some signal processing is different between the OFDM modulation method and the SC-FDE, the generation of transmission / reception weights and the multiplication processing are common, and the embodiment of the present invention is applied to both of these signal methods. Applicable.

また、空間多重伝送では複数系列の信号がパラレル伝送されるが、これらの信号系列に対して行う誤り訂正などの処理は、上述の実施形態ではそれぞれの信号系列ごとに独立に施す場合を例に取って説明したが、当然ながら送信側において誤り訂正符号化後の信号をシリアル/パラレル変換して空間多重する信号系列に分離し、受信側においては誤り訂正処理を行う前の状態の信号に対してパラレル/シリアル変換を施し、その後に1系統のビタビ復号などの誤り訂正処理を施しても構わない。更にはその他のバリエーションも含めて本発明の実施形態の本質とは関係なく、任意の誤り訂正処理を行っても構わない。この場合、MAC層処理回路と第2の信号処理部などとの信号の交換は空間多重数系統にて行われるのではなく、例えば1系統の信号として情報交換が行われたりすると共に、シリアル/パラレル変換及びパラレル/シリアル変換や、誤り訂正に対応する機能などが第2の信号処理部などに含まれることになる。   Further, in spatial multiplexing transmission, signals of a plurality of sequences are transmitted in parallel. In the above-described embodiment, processing such as error correction performed on these signal sequences is performed independently for each signal sequence. As described above, on the transmission side, the signal after error correction coding is serially / parallel-converted and separated into spatially multiplexed signal sequences on the transmission side, and the signal on the reception side before error correction processing is performed on the reception side. Parallel / serial conversion, and then error correction processing such as one-system Viterbi decoding may be performed. Furthermore, any error correction processing may be performed regardless of the essence of the embodiment of the present invention, including other variations. In this case, the exchange of signals between the MAC layer processing circuit and the second signal processing unit and the like is not performed by a spatial multiplexing system, for example, information is exchanged as one system signal and serial / multiplexing is performed. A function corresponding to parallel conversion, parallel / serial conversion, and error correction is included in the second signal processing unit and the like.

また、上記の説明では特異値分解の右特異ベクトルを活用する旨説明をしたが、特異値分解対象の行列を転置した行列を特異値分解した左特異ベクトルは、転置しない行列に対する特異値分解の右特異ベクトルと等価である。同様に、元のチャネルベクトルにエルミート共役のベクトルを乗算して固有値分解を行っても、右特異ベクトルないしは左特異ベクトルと等価なベクトルを求めることが出来る。この意味で「右特異ベクトル」に数学的に等価なベクトルを活用する場合も、本発明の実施形態の意図する「右特異ベクトル」の範囲となる。同様に、左特異ベクトルに数学的に等価なベクトルを活用する場合も、本発明の実施形態の意図する「左特異ベクトル」の範囲となる。   In the above description, the right singular vector of the singular value decomposition is used.However, the left singular vector obtained by performing the singular value decomposition of the matrix obtained by transposing the matrix to be subjected to the singular value decomposition, It is equivalent to the right singular vector. Similarly, a vector equivalent to the right singular vector or the left singular vector can be obtained by performing eigenvalue decomposition by multiplying the original channel vector by the Hermitian conjugate vector. In this sense, the use of a vector mathematically equivalent to the “right singular vector” is also within the range of the “right singular vector” intended by the embodiment of the present invention. Similarly, when a mathematically equivalent vector is used as the left singular vector, the range of the “left singular vector” intended by the embodiment of the present invention is used.

更に、上記の説明では基地局側の各第1の信号処理部と端末局装置との間では、第1特異値に対応する仮想的伝送路のみを利用し、第2特異値以降の特異値に対応する仮想的伝送路は利用しないとして説明したが、例えばV偏波とH偏波などの複数の偏波に関する共用アンテナを利用する場合などは、一つの第1の信号処理部においてそれぞれの偏波アンテナにおいて第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用することになるため、形式上は一つの第1の信号処理部において二つの特異値に対応する仮想的伝送路を活用していることに相当する。特に、若干の偏波間の漏れ込みが存在する場合には、2種類の偏波アンテナの全てを第1の信号処理部が一括で収容及び信号処理することで偏波間のクロストーク成分を抑圧することが可能になり、即ち第1特異値と第2特異値に対応する仮想的伝送路を利用することが伝送効率的には優れることになる。この場合、数学的な表現上は第1特異値と第2特異値を活用することに相当するが、実効上は、各偏波アンテナ群ごとに第1特異値に対応した仮想的伝送路を利用することに相当する。本発明の意図するところは、この様な偏波アンテナを活用する場合の様に相互に相関が非常に低いことが予想される複数のアンテナ群を利用する場合においては、信号処理的ないしは回路的には同一の第1の信号処理部にて活用する場合でも、それぞれのアンテナ群に対して実効的に対応する第1特異値に対応する仮想的伝送路を並列的に活用する場合を含め、実効的な意味での第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用した空間多重伝送を複数の第1の信号処理部を用いて伝送するところにある。また、基地局装置が備える複数の第1の信号処理部においては、それぞれ個別のローカル発振器信号を用いてベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバート処理を行うことを基本とする。ただし、それぞれのローカル発振器の信号は可能な限り準同期的に振る舞うことが好ましく、このために共通の基準クロックなどの基準信号を第3の信号処理部から供給しても構わない。ないしは、第2の信号処理部から中間周波数の基準信号を第1の信号処理部に供給し、それを例えば逓倍処理することでベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバートを行うための無線周波数の信号を生成することも可能である。ここで用いる中間周波数の値、及び逓倍処理を行う回路の安定性次第では、送信信号処理においても複数の第1の信号処理部間の無線信号の複素位相の不確定性が限定的である場合もあり、この場合には第2の信号処理部における複数の第1の信号処理部間のプリコーディング処理を実施することも可能になる。しかし、基本的には少なくとも第2の信号処理部から複数の第1の信号処理部に供給される基準信号は、第2の信号処理部における複数の第1の信号処理部間のケーブル上での損失を低減するために、ベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバート処理に用いるローカル信号の周波数の1/2以下とすることが基本となり、この意味でローカル発振器は複数の第1の信号処理部間で独立となる。ただし、基地局装置と端末局装置が近距離で配置される場合には、式(29)のLが小さくなり、結果的に第1の信号処理部間の間隔を短縮することが可能であり、ケーブル損失の値次第では、第2の信号処理部からローカル発振器の信号を複数の第1の信号処理部に対して直接供給する構成とすることも可能である。   Further, in the above description, only the virtual transmission path corresponding to the first singular value is used between each first signal processing unit on the base station side and the terminal station device, and the singular value after the second singular value is used. Has been described as not using the virtual transmission path corresponding to the above, but when using a shared antenna for a plurality of polarizations such as V polarization and H polarization, for example, one first signal processing unit Since the virtual transmission path corresponding to the first singular value is utilized in the polarization antenna, the virtual transmission path corresponding to the two singular values is utilized in a single first signal processing unit in terms of form. Is equivalent to having In particular, when there is a slight leakage between the polarizations, the first signal processing unit collectively accommodates and processes the two types of polarization antennas, thereby suppressing the crosstalk component between the polarizations. That is, it is possible to use the virtual transmission path corresponding to the first singular value and the second singular value to improve transmission efficiency. In this case, the mathematical expression corresponds to utilizing the first singular value and the second singular value, but in effect, a virtual transmission path corresponding to the first singular value is provided for each polarization antenna group. It is equivalent to using. The intention of the present invention is to use a plurality of antenna groups that are expected to have a very low correlation with each other, such as when utilizing such a polarized antenna. Even when utilizing the same first signal processing unit, including the case where the virtual transmission path corresponding to the first singular value effectively corresponding to each antenna group is utilized in parallel, The point is that spatial multiplexing transmission utilizing a virtual transmission path corresponding to a first singular value in an effective sense is transmitted using a plurality of first signal processing units. In addition, the plurality of first signal processing units included in the base station apparatus basically perform up-conversion and down-conversion between baseband and radio frequencies using individual local oscillator signals. However, it is preferable that the signals of the respective local oscillators behave quasi-synchronously as much as possible. For this purpose, a reference signal such as a common reference clock may be supplied from the third signal processing unit. Alternatively, a reference signal of an intermediate frequency is supplied from the second signal processing unit to the first signal processing unit, and a radio signal for performing up-conversion and down-conversion between the baseband and the radio frequency by, for example, multiplying the reference signal. It is also possible to generate a signal of a frequency. Depending on the value of the intermediate frequency used here and the stability of the circuit for performing the multiplication processing, the uncertainty of the complex phase of the radio signal between the plurality of first signal processing units is limited even in the transmission signal processing. In this case, it is also possible to perform a precoding process between the plurality of first signal processing units in the second signal processing unit. However, basically, at least the reference signal supplied from the second signal processing unit to the plurality of first signal processing units is transmitted on a cable between the plurality of first signal processing units in the second signal processing unit. In order to reduce the loss of the signal, it is fundamental that the frequency of the local signal used in the up-conversion and down-conversion processing between the baseband and the radio frequency should be equal to or less than 1/2 of the frequency of the local signal. The signal processing units become independent. However, when the base station apparatus and the terminal station apparatus are arranged at a short distance, L in Expression (29) becomes small, and as a result, the interval between the first signal processing units can be reduced. Depending on the value of the cable loss, it is also possible to directly supply the signal of the local oscillator from the second signal processing section to the plurality of first signal processing sections.

また、第3の実施形態を実現する上で統括基地局は、サテライト基地局装置と統括基地局間の通信を管理するのみならず、サテライト基地局装置と端末局装置間の通信も合わせて管理を行うことになる。上述の様に、複数のサテライト基地局装置の中から着目する端末局装置にとって相関の低い通信を行うことが可能なサテライト基地局装置を選択して通信を行う場合などは、統括基地局装置が利用すべきサテライト基地局装置をスケジューリング処理として選択し、その選択結果をサテライト基地局装置に指示して通信を行うことになる。更には、図33に示す様に複数のスモールセルにまたがった通信を行う場合などは特に、利用するサテライト基地局装置との距離にばらつきが見られ、回線設計上の利得差がある場合などは、送信電力制御などの管理が必要になる場合もある。これらの管理機能は統括基地局装置側で実装し、各種無線通信制御を安定的に実現することになる。   In implementing the third embodiment, the control base station not only manages communication between the satellite base station device and the control base station, but also manages communication between the satellite base station device and the terminal station device. Will be done. As described above, when selecting a satellite base station apparatus capable of performing communication with low correlation for a terminal station apparatus of interest from among a plurality of satellite base station apparatuses and performing communication, the controlling base station apparatus The satellite base station to be used is selected as the scheduling process, and the result of the selection is instructed to the satellite base station to perform communication. Further, particularly when communication is performed over a plurality of small cells as shown in FIG. 33, especially when there is a variation in the distance from the satellite base station device to be used and when there is a gain difference in the line design, In some cases, management such as transmission power control is required. These management functions are implemented on the control base station apparatus side, and various wireless communication controls are stably realized.

また、第10の実施形態の説明においては、BBU内の送信ウエイト処理回路432、464、470から光ファイバ455、455a、455bを介してRRH側に送信ウエイトを通知する構成とすると共に、BBU内の受信ウエイト処理回路467、480、482から光ファイバ475a、475b、485a、485bを介してRRH側に受信ウエイトを通知及びRRH側の相関算出回路481a、481b、483a、483bから光ファイバ475a、475b、485a、485bを介してBBU側に受信ウエイト情報又は受信側のチャネル情報を通知する構成を示したが、ここでBBUとRRH間で交換される情報は必ずしも送受信ウエイト情報そのものをデジタル的に表記したものである必要はない。例えば、RRH側が送受信時に利用するビームパターンがメニュー化されており、各ビームパターンに対応させて多数の送受信ウエイトを形成するための係数がRRH内でリスト化されているのであれば、そのビームパターンの識別子としての番号をコードブックとして管理し、そのコードブック値をBBUとRRH間で交換しても構わない。この場合には、RRH側の相関算出回路481a、481b、483a、483bでは、算出された各アンテナ素子ごとの相関値をコードブック上の係数と比較し、最も係数との誤差が小さいコードブック値を選択する機能と、その選択されたコードブック値を通知する構成とすることも可能である。   In the description of the tenth embodiment, the transmission weight processing circuits 432, 464, and 470 in the BBU are configured to notify the RRH side of the transmission weight via the optical fibers 455, 455a, and 455b, From the reception weight processing circuits 467, 480, 482 to the RRH side via the optical fibers 475a, 475b, 485a, 485b, and the correlation calculation circuits 481a, 481b, 483a, 483b on the RRH side from the optical fibers 475a, 475b. , 485a, 485b, the reception weight information or the channel information of the reception side is notified to the BBU side. Here, the information exchanged between the BBU and the RRH is not necessarily the transmission / reception weight information itself digitally described. It doesn't have to be. For example, if a beam pattern used by the RRH for transmission / reception is prepared in a menu, and coefficients for forming a large number of transmission / reception weights corresponding to each beam pattern are listed in the RRH, the beam pattern is used. May be managed as a codebook, and the codebook value may be exchanged between the BBU and the RRH. In this case, the correlation calculation circuits 481a, 481b, 483a, and 483b on the RRH side compare the calculated correlation value for each antenna element with the coefficient on the codebook, and determine the codebook value with the smallest error from the coefficient. And a function of notifying the selected codebook value.

更に、特に本発明をアクセス系で利用する場合などでは、基地局装置のアンテナ設置位置が低所に設置されている場合などにおいて、端末局装置のアンテナ素子と基地局装置のアンテナ素子が見通し環境にない条件下でも安定して通信を行えることが求められる場合がある。この場合には、第1特異値の第2特異値以降に対する優位性が薄れ、結果的にアンテナ素子全体を複数のグループに分割して信号処理することによる分割損の影響で、十分な利得を確保できない場合も考えられる。この様な場合、例えば複数の第1の信号処理部に分割した場合よりも従来通りに全てのアンテナ素子を一か所に集約し、普通にMIMO伝送を行った方が特性的には優れることが予想される。この様な場合も含めてシステムを設計する場合、一例としては複数の第1の信号処理部の中の一部(例えばひとつ)に他の第1の信号処理部よりもアンテナ素子数を多く実装し、状況に応じてその特殊な第1の信号処理部にて第2特異値以降をも活用したMIMO伝送を行う場合と、各第1の信号処理部がそれぞれ第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いてMIMO伝送を行う場合とを、モード切替しながら運用することも可能である。例えば、この特殊な第1の信号処理部のアンテナ素子数を256素子、その他の第1の信号処理部のアンテナ素子数を64とし、端末装置との見通しが概ね確保できると判断された場合には第1特異値に対応する仮想的伝送路を四つ利用して4多重を行い、見通しが確保できない場合には特殊な第1の信号処理部の256素子アンテナ素子を用いて通常のMIMO通信を行っても良い。この時、この特殊な第1の信号処理部は他の複数の第1の信号処理部の近傍に設置されている必然性はなく、例えば特殊な第1の信号処理部は低所に、残りの複数の第1の信号処理部は高所に設置するなど、物理的に明確な差を設けても構わない。この場合、低所に設置した特殊な第1の信号処理部は端末局装置との見通しが確保されている可能性が低いのであれば、第1特異値に対応した仮想的伝送路を活用するのは高所に設置した第1の信号処理部のみとしても構わない。これらを適宜、モード切替をするなどすれば、環境に対応して最適な条件にて常に通信を行うことが可能である。なお、この特殊な第1の信号処理部に対応した装置は必ずしも同一の第2の信号処理部に収容されている必要はない。例えば、本発明実施形態に示す第1特異値に対応した仮想的伝送路を活用したMIMO伝送を行う基地局装置とは別に、第2特異値以降も活用する従来の基地局装置をもその近傍に設置し、両者が協調しながら状況に応じて端末局装置が最適な基地局装置を選択して通信を行う構成とすることも可能である。   Further, particularly when the present invention is used in an access system, when the antenna installation position of the base station apparatus is installed at a low place, the antenna element of the terminal station apparatus and the antenna element of the base station apparatus are placed in a line-of-sight environment. In some cases, it is required that communication can be performed stably even under conditions not described above. In this case, the superiority of the first singular value over the second singular value is reduced, and as a result, sufficient gain is obtained due to the division loss caused by dividing the entire antenna element into a plurality of groups and performing signal processing. In some cases, it cannot be secured. In such a case, for example, it is better to collect all antenna elements in one place and perform MIMO transmission as usual, as compared to a case where the antenna elements are divided into a plurality of first signal processing units. Is expected. When designing a system including such a case, as an example, a number (for example, one) of a plurality of first signal processing units is mounted with a larger number of antenna elements than other first signal processing units. Depending on the situation, the MIMO transmission utilizing the second and subsequent singular values in the special first signal processing unit is performed depending on the situation. It is also possible to operate while switching the mode between the case where MIMO transmission is performed using a dynamic transmission path. For example, when the number of antenna elements of this special first signal processing unit is 256 and the number of antenna elements of the other first signal processing units is 64, it is determined that the prospect of the terminal device can be generally secured. Performs four multiplexing using four virtual transmission paths corresponding to the first singular value, and when the line of sight cannot be secured, normal MIMO communication using a 256-element antenna element of a special first signal processing unit May be performed. At this time, there is no necessity that the special first signal processing unit is installed near other plural first signal processing units. For example, the special first signal processing unit is located at a low place, and The plurality of first signal processing units may be provided at a high place, and may have a physically distinct difference. In this case, the special first signal processing unit installed in a low place uses a virtual transmission path corresponding to the first singular value if there is a low possibility that the view to the terminal station device is secured. May be only the first signal processing unit installed at a high place. By appropriately switching the modes, it is possible to always perform communication under optimum conditions corresponding to the environment. The device corresponding to the special first signal processing unit does not necessarily need to be accommodated in the same second signal processing unit. For example, apart from the base station apparatus that performs MIMO transmission using the virtual transmission path corresponding to the first singular value shown in the embodiment of the present invention, a conventional base station apparatus that also uses the second singular value and subsequent ones is close to the base station apparatus. It is also possible to adopt a configuration in which both terminals cooperate and the terminal station device selects an optimal base station device and performs communication in accordance with the situation.

また、第2の実施形態においては、基地局装置側の第1の信号処理部又は指向性アンテナ素子を直線上に配置する場合に関する規定を行ったが、その他の実施形態においては第1の信号処理部の配置は直線上に配置される必然性はなく、2次元的な広がりを持つ配置であっても構わない。特に本発明をアクセス系で利用する場合などは、ビルの壁面への第1の信号処理部の配置を2次元的に配置することで、各第1の信号処理部間の相関を低減することも可能となる。   Further, in the second embodiment, the provision has been made regarding the case where the first signal processing unit or the directional antenna element on the base station apparatus side is arranged on a straight line. The arrangement of the processing units does not necessarily have to be arranged on a straight line, and may be an arrangement having a two-dimensional spread. Particularly, when the present invention is used in an access system, the correlation between the first signal processing units is reduced by arranging the first signal processing units on the wall surface of the building two-dimensionally. Is also possible.

なお、以上に説明した各実施形態では、Massive MIMOのインプリシット・フィードバックを前提とした構成について説明した。しかし、厳密にはMAC効率を無視して議論すれば、制御情報を用いてエクスプリシット・フィードバックを用いる方法でも問題はない。   In each of the embodiments described above, the configuration has been described on the premise of the implicit feedback of Massive MIMO. However, strictly ignoring the MAC efficiency, there is no problem in a method using explicit feedback using control information.

また、以上の説明においては送受信信号と送受信ウエイトの乗算処理はベースバンド上で行うこととして説明を行ったが、それは典型的な信号処理を示すものであり、それと等価な信号処理をベースバンド信号と無線周波数のRF信号の間の中間的なIF(Intermediate Frequency)信号上で実施することも当然ながら可能である。信号処理的にはより低い周波数帯で処理を行う方が簡易ではあるが、第5世代移動通信ではミリ波帯などの高周波数帯で、数百から1GHzもの帯域幅で通信を行うため、中心周波数を数GHzのIF帯で処理を行っても処理の困難さは大きく変わらない。本発明明細書におけるベースバンド信号ないしはベースバンド帯とは、デジタル信号処理を行うことが可能な周波数帯という広義の意味で用いており、この意味では狭義の意味でのベースバンド帯とは異なるIF帯での信号処理であっても、本質的に本発明を適用することは可能であり、本発明の請求の範囲はこの様な広義のベースバンド信号、ベースバンド帯を含むものである。   In the above description, the multiplication processing of the transmission / reception signal and the transmission / reception weight has been described as being performed on the baseband. However, this shows typical signal processing, and equivalent signal processing is performed on the baseband signal. Of course, it is also possible to implement the present invention on an intermediate IF (Intermediate Frequency) signal between the RF signal and the radio frequency RF signal. In terms of signal processing, it is easier to perform processing in a lower frequency band. However, in the fifth generation mobile communication, communication is performed in a high frequency band such as a millimeter wave band with a bandwidth of several hundred to 1 GHz. Even if the processing is performed in the IF band of several GHz, the difficulty of the processing does not change much. In the specification of the present invention, a baseband signal or a baseband is used in a broad sense of a frequency band in which digital signal processing can be performed. In this sense, an IF different from the baseband in a narrow sense is used. The present invention is essentially applicable to signal processing in a band, and the scope of the present invention covers such a broad baseband signal and baseband.

また、本発明では無線局装置が備えるアンテナ素子の数が膨大であるために、その内の例えば若干の本数のアンテナ素子を例外的な信号処理の対象としても、残りの大多数のアンテナ素子の効果により概ね期待する特性を得ることが可能である。しかし、この様な一部のアンテナ素子を例外的に処理したとしても、大勢的には残りのアンテナ素子を用いた信号処理の結果が特性の大勢を決めることになるため、この様な一部の例外処理の適用を行ったとしても、その例外適用による拡張効果が得られることなく寧ろ効果が制限されるのであれば、本発明の請求の範囲とするべきである。   Further, in the present invention, since the number of antenna elements provided in the wireless station device is enormous, for example, even if a small number of the antenna elements are to be subjected to exceptional signal processing, for example, It is possible to obtain generally expected characteristics by the effect. However, even if some of such antenna elements are exceptionally processed, the result of signal processing using the remaining antenna elements largely determines the majority of the characteristics. Even if the exception processing is applied, if the effect is rather limited without obtaining the expanded effect by the exception application, the present invention should be covered by the claims.

前述した実施形態における基地局装置、端末局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、こ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、実行することによって実現してもよい。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ェアを含むものとする。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を送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その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の様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。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よく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすで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であってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。   The base station device and the terminal station device in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read and executed by a computer system. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a “computer-readable recording medium” refers to a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Such a program may include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case. The program may be for realizing a part of the functions described above, or may be a program that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, It may be realized using hardware such as a PLD (Programmable Logic Device) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。   As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, it is apparent that the above embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. is there. Therefore, additions, omissions, replacements, and other changes may be made to the components without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

1…基地局装置、
2…無線局装置、
3…見通し波、
4…構造物による安定反射波、
5…地上付近の多重反射波、
6…地上付近の多重反射波、
7…構造物、
11…送信局、
12…受信局、
21…ハイパワーアンプ(HPA)、
22…ローノイズアンプ(LNA)、
23…時分割スイッチ(TDD−SW)、
24…アンテナ素子
25…無線モジュール、
26…アンテナ端子、
27…同軸ケーブル、
31…統括基地局装置、
32…サテライト基地局装置、
33…端末局装置、
34…統括基地局装置、
35…サテライト基地局装置、
36…端末局装置、
37…構造物、
38…構造物、
39…セル、
40…無線通信システム、
41…基地局装置、
50…無線通信システム、
51…端末局装置、
52…無線通信システム、
53…無線通信システム、
60…端末局装置、
61…送信部、
65…受信部、
67…インタフェース回路、
68…MAC層処理回路、
70…基地局装置、
71…第2の送信信号処理部、
75…第2の受信信号処理部、
77…インタフェース回路、
78…MAC層処理回路、
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、
90…無線通信システム、
111…第1の送信信号処理回路、
113…送信信号処理回路、
114…受信信号処理回路、
120…通信制御回路、
121…通信制御回路、
130…第1の送信ウエイト処理部、
131…第1のチャネル情報取得回路、
132…第1のチャネル情報記憶回路、
133…第1の送信ウエイト算出回路、
140…第1の送信ウエイト処理部、
141…チャネル情報取得回路、
142…チャネル情報記憶回路、
143…第1の送信ウエイト算出回路、
144…第1の受信ウエイト処理部、
145…受信信号処理回路、
146…第1のチャネル情報推定回路、
147…第1の受信ウエイト算出回路、
148…第2の送信信号処理回路、
149…送信ウエイト算出回路、
150…送信ウエイト処理部、
151…チャネル情報取得回路、
152…チャネル情報記憶回路、
153…マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路、
154…第1の受信ウエイト処理部、
155…第1の受信信号処理回路、
156…第1のチャネル情報推定回路、
157…第1の受信ウエイト算出回路、
158…第1の受信信号処理回路、
159…第2の受信信号処理回路、
160…第1の受信ウエイト処理部、
161…第1のチャネル情報推定回路、
162…第1の受信ウエイト算出回路、
170…受信ウエイト処理部、
172…チャネル情報推定回路、
173…マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路、
181…第1の送信信号処理部、
182…第1の送信信号処理部、
185…第1の受信信号処理部、
186…第1の受信信号処理部、
190…第2の受信信号処理回路、
191…チャネル行列取得回路、
192…受信ウエイト行列算出回路、
193…受信ウエイト行列乗算回路、
194…信号検出回路、
201…仮想的なアンテナ素子、
202…仮想的なアンテナ素子、
203…仮想的なアンテナ素子、
204…基地局装置、
205…アンテナ素子群、
206…端末局装置、
221−1〜5…アンテナ素子、
231、232、233、234…基地局装置、
235、236、237、238、239…端末局装置、
241、242、243、244…サブキャリア、
251−1〜3、253−1〜3、254−1〜3、255−1〜3、256−1〜3…スロット、
252−1〜3…データ通信用スロット、
257−1〜3…トレーニング信号、
258−1〜3…データペイロード、
291〜295…プロット点、
301…基地局装置、
302…端末局装置、
303…基地局装置、
304…第1の信号処理部、
305…第2の信号処理部、
306…基地局装置、
307…パラボラアンテナ、
308…端末局装置、
309…端末局装置、
310…基地局装置アンテナ、
311…第1の送信信号処理回路、
312…端末局装置アンテナ素子群、
320…端末局装置アンテナ素子群、
330…第1の送信ウエイト処理部、
331…第1の送信信号処理回路、
332…第1のチャネル情報取得回路、
333…第1のチャネル情報記憶回路、
334…第1の送信ウエイト算出回路、
340…第1の送信ウエイト処理部、
341…第1のチャネル情報取得回路、
342…第1のチャネル情報記憶回路、
343…第1の送信ウエイト算出回路、
348…第2の送信信号処理回路、
354…第1の受信ウエイト処理部、
355…第1の受信信号処理回路、
356…第1のチャネル情報推定回路、
357…第1の受信ウエイト算出回路、
358…第1の受信信号処理回路、
359…第2の受信信号処理回路、
360…第1の受信ウエイト処理部、
361…送信部、
362…第1のチャネル情報推定回路、
363…第1の受信ウエイト算出回路、
365…受信部、
381…第1の送信信号処理部、
385…第1の受信信号処理部、
401…MAC層処理回路、
403,403a,403b…時間軸信号生成回路、
412…送信信号処理回路、
427,427a,427b…D/A変換器、
428,428a,428b…RF処理回路、
429,429a,429b…アンテナ素子、
432…送信ウエイト処理回路、
441−4,441−5,441−6…BBU、
442−4,442−4a,442−4b,442−6…RRH、
443−1,443−2,443−3…BBU、
444−1a,444−1b,444−2a,444−2b,444−3…RRH、
446−1,446−2…領域、
454,454a,454b…光インタフェース回路、
455,455a,455b…光ファイバ、
456,456a,456b…光インタフェース回路
457,457a,457b…時間軸送信ウエイト乗算回路、
461…MAC層処理回路、
462…送信信号処理回路、
463…送信信号処理回路、
464…送信ウエイト処理回路、
465…加算合成回路、
466…受信信号処理回路、
467…受信ウエイト処理回路、
470…送信ウエイト処理回路、
471…MAC層処理回路、
472…受信信号処理回路、
473a,473b…時間軸受信ウエイト乗算回路、
474a,474b…光インタフェース回路、
475a,475b…光ファイバ、
476a,476b…光インタフェース回路、
477a,477b…A/D変換器、
478a,478b…RF処理回路、
479a,479b…アンテナ素子、
480…受信ウエイト処理回路、
481,481a,481b…相関算出回路、
482…受信ウエイト処理回路、
483a,483b…時間軸受信ウエイト乗算回路、
484a,484b…光インタフェース回路、
485a,485b…光ファイバ、
486a,486b…光インタフェース回路、
491−2,491−3,491−NAnt…乗算器、
492−2,492−3,492−NAnt…加算器、
493−2,493−3,493−NAnt…メモリ、
494…相関演算制御部、
495−1,495−2,495−3,495−NAnt…乗算器、
496−1,496−2,496−3,496−NAnt…加算器、
497−1,497−2,497−3,497−NAnt…メモリ、
498−1,498−2,498−3,498−NAnt…平方根取得回路、
600…基地局装置、
601、601−1、601−2、601−3、601−4、601−5、601−6、601−7、601−8…第1の信号処理部、
602−1、602−2、602−3、602−4、602−5、602−6、602−7、602−8…幾何学的座標情報、
603…列車、
604…端末局装置、
605…カメラ、
606…ウエイト行列/座標データベース、
607…ウエイトベクトル/座標データベース、
612…座標情報取得回路、
613…時刻情報取得回路、
614…通信制御回路、
622…座標情報取得回路、
623…時刻情報取得回路、
624…通信制御回路、
700…アンテナ素子、
701…TDD−SW、
702…ローノイズアンプ(LNA)、
703…ミキサ、
704…フィルタ、
705…A/D変換器、
706…FFT回路、
707…受信ウエイト乗算回路、
708…送信ウエイト乗算回路、
709…IFFT&GI付与回路、
710…D/A変換器、
711…ミキサ、
712…フィルタ、
713…ハイパワーアンプ、
714…TDD−SW、
721…アンテナ素子、
722…ローノイズアンプ(LNA)、
723…ミキサ、
724…フィルタ、
725…A/D変換器、
726…FFT回路、
727…受信ウエイト乗算回路、
728…送信ウエイト乗算回路、
729…IFFT&GI付与回路、
730…D/A変換器、
731…ミキサ、
732…フィルタ、
733…ハイパワーアンプ、
740…送信ウエイト処理部、
741…ローカル発振器
742…ローカル発振器
743…通信制御回路、
781…スケジューリング処理回路、
811…送信信号処理回路、
812…加算合成回路、
813…IFFT&GI付与回路、
814…D/A変換器、
815…ローカル発振器、
816…ミキサ、
817…フィルタ、
818…ハイパワーアンプ、
819…アンテナ素子、
820…通信制御回路、
821…第1の送信信号処理回路、
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…アンテナ素子、
852…ローノイズアンプ(LNA)、
853…ローカル発振器、
854…ミキサ、
855…フィルタ、
856…A/D変換器、
857…FFT回路、
858…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. Base station device,
2. Radio station device,
3 ... line of sight,
4… Stable reflected waves from the structure,
5: multiple reflected waves near the ground
6: multiple reflected waves near the ground,
7 ... Structure,
11 ... transmitting station,
12 ... receiving station,
21 High power amplifier (HPA),
22 Low noise amplifier (LNA),
23: time division switch (TDD-SW),
24 ... antenna element 25 ... wireless module,
26 ... antenna terminal,
27 ... Coaxial cable,
31 ... Controlling base station device,
32 satellite base station device,
33 ... terminal station device,
34 ... Controlling base station device,
35 ... Satellite base station device,
36 ... terminal station device,
37 ... structure,
38 ... structure,
39 ... cell,
40 ... wireless communication system,
41 ... base station device,
50 ... wireless communication system,
51 ... terminal station device,
52 ... wireless communication system,
53 ... Wireless communication system,
60 ... terminal station device,
61 ... transmitter,
65 ... receiving unit,
67 ... Interface circuit,
68 MAC layer processing circuit,
70 ... base station device,
71 second transmission signal processing unit,
75 ... second reception signal processing unit,
77 ... Interface circuit,
78 MAC layer processing circuit,
80 ... base station device,
81: transmitting unit,
85 receiving part,
87 ... Interface circuit,
88 ... MAC layer processing circuit
90 ... wireless communication system,
111: first transmission signal processing circuit,
113 ... Transmission signal processing circuit,
114 ... received signal processing circuit,
120 ... communication control circuit,
121 ... communication control circuit,
130 ... first transmission weight processing unit
131: first channel information acquisition circuit
132 a first channel information storage circuit;
133: first transmission weight calculation circuit
140 ... first transmission weight processing unit,
141 ... channel information acquisition circuit
142 ... channel information storage circuit
143 first transmission weight calculation circuit,
144: first reception weight processing unit;
145 ... Reception signal processing circuit,
146 ... first channel information estimation circuit,
147 first reception weight calculation circuit,
148 ... second transmission signal processing circuit,
149 ... transmission weight calculation circuit,
150: transmission weight processing unit
151 ... channel information acquisition circuit
152 channel information storage circuit,
153: Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit
154... A first reception weight processing unit;
155 ... first reception signal processing circuit,
156 first channel information estimation circuit,
157: first reception weight calculation circuit
158 ... first reception signal processing circuit,
159: second reception signal processing circuit,
160 ... first reception weight processing section
161, a first channel information estimation circuit;
162: first reception weight calculation circuit,
170: reception weight processing unit,
172... Channel information estimation circuit
173 ... Multi-user MIMO reception weight calculation circuit
181 ... first transmission signal processing unit,
182 ... first transmission signal processing unit,
185: first reception signal processing unit,
186 ... first received signal processing unit,
190 ... second received signal processing circuit,
191, a channel matrix acquisition circuit,
192: reception weight matrix calculation circuit
193: reception weight matrix multiplication circuit
194 ... signal detection circuit,
201: virtual antenna element,
202: virtual antenna element,
203: virtual antenna element,
204: base station device,
205 ... antenna element group,
206 ... terminal station device,
221-1 to 5 ... antenna elements,
231, 232, 233, 234 ... base station devices,
235, 236, 237, 238, 239 ... terminal station device,
241, 242, 243, 244... Subcarriers,
251-1-3, 253-1-3, 254-1-3, 255-1-3, 256-1-3 ... slots,
252-1 to 3 ... slots for data communication,
257-1-3 ... training signal,
258-1 ... data payload,
291-295 ... plot points,
301 ... base station apparatus,
302 ... terminal station device,
303: base station apparatus,
304: first signal processing unit,
305 ... second signal processing unit,
306 ... base station device,
307 ... parabolic antenna,
308: terminal station device,
309: terminal station device,
310 ... base station apparatus antenna,
311 ... first transmission signal processing circuit,
312 ... terminal station device antenna element group
320: terminal station device antenna element group
330 ... first transmission weight processing unit
331: first transmission signal processing circuit,
332: first channel information acquisition circuit
333: first channel information storage circuit,
334 ... first transmission weight calculation circuit
340... First transmission weight processing unit;
341, a first channel information acquisition circuit;
342 a first channel information storage circuit;
343: a first transmission weight calculation circuit;
348 a second transmission signal processing circuit;
354 first reception weight processing unit,
355 ... first reception signal processing circuit,
356... A first channel information estimation circuit;
357: first reception weight calculation circuit,
358 ... first reception signal processing circuit,
359 ... second reception signal processing circuit,
360: first reception weight processing unit;
361 ... transmitting unit,
362... A first channel information estimation circuit;
363: first reception weight calculation circuit,
365 receiving unit,
381: a first transmission signal processing unit;
385: first reception signal processing unit,
401 ... MAC layer processing circuit,
403, 403a, 403b ... time axis signal generation circuit,
412 ... transmission signal processing circuit,
427, 427a, 427b ... D / A converter,
428, 428a, 428b ... RF processing circuit,
429, 429a, 429b ... antenna elements,
432 ... transmission weight processing circuit,
441-4, 441-5, 441-6 ... BBU,
442-4, 442-4a, 442-4b, 442-6 ... RRH,
443-1, 443-2, 443-3 ... BBU,
444-1a, 444-1b, 444-2a, 444-2b, 444-3 ... RRH,
446-1, 446-2 ... area,
454, 454a, 454b ... optical interface circuit,
455, 455a, 455b ... optical fiber,
456, 456a, 456b ... optical interface circuits 457, 457a, 457b ... time axis transmission weight multiplication circuits
461: MAC layer processing circuit,
462: transmission signal processing circuit,
463 ... transmission signal processing circuit,
464: transmission weight processing circuit,
465 ... addition synthesis circuit,
466 ... Reception signal processing circuit
467: reception weight processing circuit,
470 ... transmission weight processing circuit,
471 MAC layer processing circuit,
472: reception signal processing circuit,
473a, 473b ... time axis reception weight multiplication circuit,
474a, 474b ... optical interface circuit,
475a, 475b ... optical fiber,
476a, 476b ... optical interface circuit,
477a, 477b ... A / D converter,
478a, 478b ... RF processing circuit,
479a, 479b ... antenna elements,
480... Reception weight processing circuit,
481, 481a, 481b... Correlation calculation circuit,
482: reception weight processing circuit
483a, 483b: Time axis reception weight multiplication circuit,
484a, 484b ... optical interface circuit,
485a, 485b ... optical fiber,
486a, 486b ... optical interface circuit,
491-2, 491-3, 491-N Ant ... Multiplier,
492-2, 492-3, 492-N Ant ... adder,
493-2, 493-3, 493-N Ant ... memory,
494: correlation operation control unit,
495-1, 495-2, 495-3, 495-N Ant ... multiplier,
496-1, 496-2, 496-3, 496-N Ant ... adder,
497-1, 497-2, 497-3, 497-N Ant ... memory,
498-1,498-2,498-3,498-N Ant ... Square root acquisition circuit,
600 ... base station device,
601, 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5, 601-6, 601-7, 601-8 ... first signal processing unit,
602-1, 602-2, 602-3, 602-4, 602-5, 602-6, 602-7, 602-8 ... geometric coordinate information,
603 ... train,
604: terminal station device,
605 ... camera,
606: weight matrix / coordinate database,
607: weight vector / coordinate database,
612 ... Coordinate information acquisition circuit
613: time information acquisition circuit
614 ... communication control circuit,
622 ... Coordinate information acquisition circuit
623: time information acquisition circuit
624: communication control circuit,
700 ... antenna element,
701: TDD-SW,
702: Low noise amplifier (LNA),
703 ... mixer,
704 ... filter,
705 A / D converter,
706 ... FFT circuit,
707: reception weight multiplication circuit,
708: transmission weight multiplication circuit,
709: IFFT & GI addition circuit,
710 ... D / A converter,
711 ... mixer,
712 ... filter,
713: High power amplifier,
714... TDD-SW,
721: antenna element,
722: Low noise amplifier (LNA),
723 ... mixer,
724 ... filter,
725 ... A / D converter,
726 ... FFT circuit,
727: reception weight multiplication circuit,
728: transmission weight multiplication circuit,
729: IFFT & GI addition circuit,
730 ... D / A converter,
731 ... mixer,
732 ... filter,
733 ... High power amplifier,
740: transmission weight processing unit
741 local oscillator 742 local oscillator 743 communication control circuit
781... Scheduling processing circuit
811 ... transmission signal processing circuit,
812 ... addition synthesis circuit,
813: IFFT & GI provision circuit,
814 ... D / A converter,
815: Local oscillator,
816: mixer,
817 ... filter,
818 ... High power amplifier,
819: antenna element,
820: communication control circuit,
821: a first transmission signal processing circuit,
830: transmission weight processing unit
831 ... channel information acquisition circuit,
832: channel information storage circuit,
833: Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit
851 ... antenna element,
852: Low noise amplifier (LNA),
853: Local oscillator,
854 ... mixer,
855 ... filter,
856: A / D converter,
857: FFT circuit,
858: reception signal processing circuit,
860: reception weight processing unit
861... Channel information estimation circuit
862 ... Multi-user MIMO reception weight calculation circuit,
881 ... Scheduling processing circuit

Claims (3)

複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムであって、
前記無線装置は、
前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信手段と、
前記端末局装置から送信された既知の信号を前記アンテナ素子それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、前記基準アンテナ素子で受信した前記既知の信号と他の前記アンテナ素子で受信した前記既知の信号との所定のサンプル数に亘る相関値を時間領域で前記アンテナ素子ごとに算出する相関算出手段と、
前記相関算出手段により前記アンテナ素子ごとに算出された前記相関値を用いて受信ウエイトベクトルを算出する受信ウエイト算出手段と、
前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記受信ウエイト算出手段により算出された前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信手段と、
を備え、
前記ベースバンド装置は、
前記相関算出手段に対して前記相関値の算出を指示し、前記受信ウエイト算出手段に対して前記受信ウエイトベクトルの算出を指示し、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理手段、
を備える、
無線通信システム。
A wireless communication system including a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device, and a terminal station device that wirelessly communicates with the wireless device,
The wireless device,
Radio reception that receives a signal transmitted from the terminal station device through each of the antenna elements and generates a received sampling signal vector sequence that is a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each of the antenna elements from the received signal. Means,
Based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station device is received by each of the antenna elements, any one of the plurality of antenna elements is used as a reference antenna element, and the signal received by the reference antenna element is used as the reference antenna element. Correlation calculation means for calculating a correlation value over a predetermined number of samples of a known signal and the known signal received by another antenna element for each antenna element in a time domain,
A reception weight calculation unit that calculates a reception weight vector using the correlation value calculated for each antenna element by the correlation calculation unit,
Multiplication means for sequentially multiplying the reception sampling signal vector sequence by the reception weight vector calculated by the reception weight calculation means for each sampling data,
A second transmission unit that transmits the one-system sampling data sequence generated by the multiplication unit to the baseband device;
With
The baseband device,
Wherein instructs calculation of the correlation value for correlation calculating means instructs the calculation of the pre-Symbol receiving weight vector with respect to the reception weight calculation unit, wherein the sampling data string of the one system received from the wireless device Reception signal processing means for reproducing data transmitted by the terminal station device,
Comprising,
Wireless communication system.
データの送信元となる前記端末局装置は複数あり、
前記乗算手段は、送信元の前記端末局装置ごとの前記受信ウエイトベクトルそれぞれと前記受信サンプリング信号ベクトル列とをサンプリングデータごとに乗算し、
前記第2の送信手段は、
送信元の前記端末局装置の数の前記一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信し、
前記受信信号処理手段は、
送信元の前記端末局装置ごとの前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置それぞれが送信したデータを再生する、
請求項1に記載の無線通信システム。
There are a plurality of the terminal station devices as a data transmission source,
The multiplying means multiplies each of the reception weight vectors for each of the transmission source terminal station devices and the reception sampling signal vector sequence for each sampling data,
The second transmitting means,
Transmitting the one-system sampling data sequence of the number of the terminal station devices of the transmission source to the baseband device,
The reception signal processing means,
Reproducing the data transmitted by each of the terminal station devices from the one-system sampling data sequence for each of the transmission source terminal station devices,
The wireless communication system according to claim 1.
複数のアンテナ素子を備える無線装置と、前記無線装置を制御するベースバンド装置と、前記無線装置と無線通信する端末局装置と、を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記ベースバンド装置が、前記無線装置に対して相関値及び受信ウエイトベクトルの算出を指示する指示ステップと、
前記無線装置が、前記ベースバンド装置から指示を受けると、前記端末局装置から送信された既知の信号を前記アンテナ素子それぞれで受信したときの信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子のいずれか一つを基準アンテナ素子とし、前記基準アンテナ素子で受信した前記既知の信号と他の前記アンテナ素子で受信した前記既知の信号との所定のサンプル数に亘る前記相関値を時間領域で前記アンテナ素子ごとに算出する相関算出ステップと、
前記相関算出ステップにより前記アンテナ素子ごとに算出された前記相関値を用いて前記受信ウエイトベクトルを算出する受信ウエイト算出ステップと、
前記無線装置が、前記端末局装置から送信された信号を前記アンテナ素子それぞれを介して受信し、受信した信号から前記アンテナ素子それぞれに対応するベースバンド信号のサンプリングデータ列である受信サンプリング信号ベクトル列を生成する無線受信ステップと、
前記無線装置が、前記受信サンプリング信号ベクトル列に対して前記受信ウエイト算出ステップにおいて算出された前記受信ウエイトベクトルをサンプリングデータごとに順次乗算する乗算ステップと、
前記無線装置が、前記乗算ステップにおいて生成した一系統のサンプリングデータ列を前記ベースバンド装置へ送信する第2の送信ステップと、
前記ベースバンド装置が、前記無線装置から受信した前記一系統のサンプリングデータ列から前記端末局装置が送信したデータを再生する受信信号処理ステップと、
を有する無線通信方法。
A wireless communication method in a wireless communication system including a wireless device including a plurality of antenna elements, a baseband device that controls the wireless device, and a terminal station device that wirelessly communicates with the wireless device,
An instruction step in which the baseband device instructs the wireless device to calculate a correlation value and a reception weight vector,
When the wireless device receives an instruction from the baseband device, any one of the plurality of antenna elements based on a signal when a known signal transmitted from the terminal station device is received by each of the antenna elements. One as a reference antenna element, and the correlation value over a predetermined number of samples between the known signal received by the reference antenna element and the known signal received by another antenna element is calculated for each of the antenna elements in a time domain. a correlation calculation step of calculating, the
A reception weight calculation step of calculating the reception weight vector using the correlation value calculated for each antenna element by the correlation calculation step,
The wireless device receives a signal transmitted from the terminal station device via each of the antenna elements, and a received sampling signal vector sequence which is a sampling data sequence of a baseband signal corresponding to each of the antenna elements from the received signal. Wireless receiving step of generating
A multiplication step in which the wireless device sequentially multiplies the reception weight vector calculated in the reception weight calculation step with respect to the reception sampling signal vector sequence for each sampling data;
A second transmission step of transmitting, to the baseband device, the one-system sampling data sequence generated in the multiplication step,
A reception signal processing step in which the baseband device reproduces data transmitted by the terminal station device from the one-system sampling data sequence received from the wireless device,
A wireless communication method comprising:
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JP3718337B2 (en) * 1998-01-08 2005-11-24 株式会社東芝 Adaptive variable directional antenna
JP3475163B2 (en) * 2000-09-08 2003-12-08 三洋電機株式会社 Wireless device
CN1784840B (en) * 2003-03-04 2010-12-29 日本电气株式会社 Adaptive antenna reception device having preferable reception quality of directivity beam from the initial stage
US8478190B2 (en) * 2011-05-02 2013-07-02 Motorola Mobility Llc Multi-cell coordinated transmissions in wireless communication network
JP5643168B2 (en) * 2011-09-05 2014-12-17 日本電信電話株式会社 Base station apparatus, radio communication method, and radio communication system
JP5886738B2 (en) * 2012-12-26 2016-03-16 日本電信電話株式会社 Base station apparatus, radio communication method, and radio communication system
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