JP2004072566A

JP2004072566A - Radio transmitting device

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Publication number: JP2004072566A
Application number: JP2002231056A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Hara; 原　嘉孝; Akinori Taira; 平　明徳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP4097129B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously transmit a plurality of signals parallelly by using a plurality of transmitting and receiving beams. <P>SOLUTION: A radio transmitting device is provided with a transmitting station 5 which respectively copies K transmission signals S<SB>k</SB>(t) by N transmission signals S<SB>k</SB>(t) at a time, multiplies each of them by different weight W<SB>kN</SB>for transmission, forms N transmission beams by applying signal synthesis to them by K at a time and transmits the N transmission beams from N transmission antennas 2, and with a receiving station 7 which receives the transmitted N transmission beams as K receiving vectors composed of M components by M receiving antennas 3, respectively multiplies them by weight V<SB>km</SB>for reception and forms K receiving beams by applying signal synthesis of them by M at a time. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線伝送装置に関し、特に、送受信局で複数のアンテナを用いて信号伝送を行う無線伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信において高速信号伝送を行う信号伝送方法として、近年送受信局で複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムの研究が盛んに行われている。ＭＩＭＯシステムでは、送受信局で複数のアンテナを用いることにより、送受信局で１アンテナのみを用いる場合に比べて、高容量が達成可能であることが知られている。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムでは、スペースタイムコーディング（Ｓｐａｃｅ−ＴｉｍｅＣｏｄｉｎｇ）を用いる手法とビーム形成を用いる手法がある。スペースタイムコーディングを用いる手法では、図１５に示すように送信側で信号の符号化を行ない、各アンテナから無相関の信号を送信する。本構成では、送信局で信号への重み付け乗算を行わないため、重み付け乗算を行う後述の本発明とは構成が大きく異なる。
【０００４】
そこで、スペースタイムコーディングを用いる手法ではなく、従来の技術として、ビーム形成を用いる場合について述べる。ビーム形成を用いる従来例としては、例えば、唐沢、”時空間通信モデリング”、２００１ＳＩＴＡワークショップ、Ｎｏｖ．２００１．に記載されているものがある。図１６に、送受信ビーム形成を行う際の送受信局の構成を示す。図１６において、１０１は送信用ウエイト乗算装置（送信局）、１０２は伝搬路、１０３は受信用ウエイト乗算装置（受信局）である。この方法では、送信局で送信ビーム形成を行い、受信局で受信ビーム形成を行うが、この方法の信号処理構成について以下では説明を行う。ここでは、送信アンテナをＮ本、受信アンテナをＭ本として説明を進める。また、送信アンテナｎから受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎとし、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］と表す。
【０００５】
図１６に示すように、送信局では、送信すべき時間系列のデータＳ（ｔ）に対し、アンテナごとに送信ウエイトＷ_１ｎを乗じて信号を送信する。送信信号は伝搬路Ｈ（符号１０２）を通って、Ｍ本の受信アンテナで信号受信される。受信局では、Ｍ本のアンテナでの受信信号に対し、アンテナｍでウエイトｖ_１ｍを乗じた後、信号合成を行なう。
【０００６】
以下では、この一連の課程を数式を用いて表す。受信アンテナｍにおける受信信号をｘ_ｍ（ｐ）とすると、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Ｈｗｓ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｎ］^Ｔは送信ウエイトベクトル、ｚ_ｍ（ｐ）はアンテナｍでの干渉雑音成分、ｚ（ｐ）＝［ｚ_１（ｐ），・・・，ｚ_Ｍ　（ｐ）］^Ｔは干渉雑音ベクトルを表す。また、受信側でのウエイト乗算、信号合成後の最終出力ｙは次式で与えられる。
ｙ（ｐ）＝ｖ^Ｔｘ（ｐ）
＝ｖ^Ｔ　Ｈｗｓ（ｐ）＋ｖ^Ｔｚ（ｐ）
送信ウエイトｗ，受信ウエイトｖにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく受信信号レベルが高くなるよう送受信ウエイト決定する。
【０００７】
この一連の信号処理は、図１７に示す送受信ビームパターンを用いて説明することもできる。送信側では複数アンテナからの重み付け送信により、方向によって送信信号電力が異なり、送信ビームが形成される。また、受信側でも同様に受信ビームが形成される。このように送受信局がそれぞれビーム形成を行うことにより、高い信号電力での信号受信することが可能となる。なお、図１６の信号処理構成と図１７のビームパターンは同一の現象を異なる説明法で示したのみである。特に、ビームパターンは直観的に理解しやすい利点がある。逆に、信号処理構成は厳密な説明を記述する際に適しており、以下では、信号処理の詳細に重点をおいて説明する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビーム形成法では、１対１通信において１つの信号を送受信する際に、複数の信号を同時に並列伝送することができなかった。そのため、送信可能な信号の伝送速度には制限が生じていた。このため、さらに高速な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して十分対応できないという問題点があった。
【０００９】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、複数の信号を同時に並列伝送することが可能な無線伝送装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ｋ個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、送信されたＮ個の前記送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとして受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する１以上の受信局とを備えた無線伝送装置である。
【００１１】
また、前記受信局の前記受信用ウエイトは、ＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定される。
【００１２】
また、前記受信局の個々の前記受信ビームにおける前記受信用ウエイトの乗算演算において、共通の相関行列を用いる。
【００１３】
また、前記送信局において用いられる各前記送信用ウエイトは、相互に直交している。
【００１４】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^ＨＨ、行列Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈ、または、行列Ｈ^ＨＲ^−１Ｈの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いる。
【００１５】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いる。
【００１６】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定する。
【００１７】
また、この発明は、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行う。
【００１８】
また、前記送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行う。
【００１９】
また、前記受信局で用いる前記受信用ウエイトを最初に決定し、当該受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送して、前記送信局で当該信号を受信し、その受信データをもとに前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを決定する。
【００２０】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知する。
【００２１】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知する。
【００２２】
また、この発明は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号を生成する通信要求信号生成部と、生成された前記通信要求信号を相手方に送信するとともに当該通信要求信号に対する相手方からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ部と、前記アレーアンテナ部において受信される前記通信要求応答信号を解析して各アンテナの送信用ウエイトを計算するウエイト解析部と、前記ウエイト解析部により計算された前記送信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部とを備えた無線伝送装置である。
【００２３】
また、この発明は、各アンテナの送受信ウエイトを解析して送受信局の有する各アレーアンテナ間の伝送路を推定する伝送路推定部と、推定された前記伝送路から使用可能な通信チャネルを検索する通信チャネル検索部と、検索された使用可能な前記通信チャネルの中から実際の通信に使用するチャネルを選択する使用チャネル選択部と、選択された使用する各チャネルへの信号電力配分を計算する電力配分計算部と、使用チャネル情報と電力配分情報とから各アンテナの受信用ウエイトを計算するウエイト計算部と、計算された前記受信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と、前記通信要求信号に対する通信要求応答信号を生成する通信要求応答信号生成部とを備えた無線伝送装置である。
【００２４】
また、送受信間で用いる複数の空間チャネルに対応する送信ウエイトと受信ウエイトとは、伝搬路に応じて設定される。
【００２５】
また、前記送信局から制御信号が送信され、前記受信局はその制御信号を用いて複数の空間チャネルを設定する。
【００２６】
また、前記受信局は、設定した前記複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定する。
【００２７】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定される。
【００２８】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行う。
【００２９】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信する。
【００３０】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象ではない他の送受信局に対して送信停止を指令するものである。
【００３１】
また、この発明は、送受信を行うための複数の端末装置を備えた無線伝送装置であって、前記端末装置は、送受信の対象ではない他の端末に対して、利用方向別に、送信停止を指令するための少なくとも１以上の送信停止信号を送信する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態は、複数の送受信ビームを用いて伝送する方式に関するものである。図１は、本実施の形態の構成を示す構成図である。図１において、１は送信信号、２は送信アンテナ（アレーアンテナ）、３は受信アンテナ（アレーアンテナ）、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。送信用ウエイト乗算装置５内には、図に示すように、送信信号ｓ_ｋ（ｔ）をＮ個複写するための信号コピー手段と、当該Ｎ個の送信信号ｓ_ｋ（ｔ）に異なるウエイトｗ_ｋｎ（ｋ＝１，・・・，Ｋ、ｎ＝１，・・・，Ｎ）を乗ずる乗算器とが設けられている。以下、図１を用いて本発明の概要について説明する。
【００３３】
本実施の形態では、１対１通信において、送受信局がそれぞれ複数のビームを用いて複数の信号を並列伝送する。図１において、送信局では、まず、Ｋ個の信号１ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を用意し、それぞれをＮ個ずつ複写して、Ｎ個の信号ｓ_ｋ（ｔ）に対してウエイトｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ　（ｋ＝１，・・・，Ｋ）をそれぞれ乗じた後、Ｋ個ずつ信号合成して、Ｎ個のアンテナ２から信号を送信する。このような構成により、送信局ではＫ個のビーム形成が行われる。
【００３４】
伝搬路６を経た後、受信側ではＭ個のアンテナ３を用いて信号を受信する。従って、受信ベクトルは、Ｍ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとなる。すなわち、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）＝［ｚ_１，・・・，ｚ_Ｍ］^Ｔは干渉雑音ベクトルを表す。上式において、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては相互を分離受信することも可能となる。
【００３５】
また、受信側ではアンテナｍでウエイトｖ_ｋｍを乗算し、信号ｋのための信号合成を行う。他の信号に対しても同様であり、受信側ではＫ個のビームが形成される。このように、本実施の形態の送受信局では、送信局及び受信局で複数のビーム形成を行って信号受信する。図２に本実施の形態を用いた場合の送受信ビームの形成の一例を示す。図２において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。図２の構成において、信号ｋに対するウエイト乗算、信号合成後の最終出力４ｙ_ｋ（ｐ）は次式で与えられる。
ｙ_ｋ（ｐ）＝ｖ_ｋ ^Ｔｘ（ｐ）
＝Σ_ｋ’＝１　^Ｋ　ｖ_ｋ ^Ｔ　Ｈｗ_ｋ’ｓ_ｋ’（ｐ）＋ｖ_ｋ ^Ｔｚ（ｐ）
送信ウエイトｗ_ｋ，受信ウエイトｖ_ｋにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく信号ｋの受信レベルが高くなるよう送受信のウエイトを決定する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、送受信局で複数のビームを形成することにより、複数の信号を同時に並列伝送することができるので、さらなる拘束な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して対応できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施の形態では、上述の実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の受信ウエイトを用いる場合について述べる。
【００３８】
実施の形態１において、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては複数の信号を相互に分離受信することも可能となる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、受信ベクトルをＭＭＳＥ合成基準に従って決定する。ＭＭＳＥ合成機準では、ＳＭＩアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等があるが、ここで用いるアルゴリズムはそのいずれであっても構わない。例えば、信号ｋの信号の受信ウエイトをＳＭＩアルゴリズムを用いて決定する際には、受信ウエイトｖ_ｋは次式で与えられる。ここで、Φは相関行列、Φ^−１はその逆行列である。
ｖ_ｋ＝Φ^−１ｕ_ｋ
Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
ここで、ｐ０はウエイト演算サンプル数を表す。この演算アルゴリズム自体は従来方法と同じものを用いており、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズムの場合にも同様に演算することができる。図３にＳＭＩアルゴリズムを用いた場合の受信局の構成を示す。図３において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。本実施の形態においては、受信局７が、図に示すように、受信ウエイトを決定するためのＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを内部に備えている。
【００４０】
本実施の形態では、（１つではなく）複数のビームを用いて１対１通信において送受信を行う際に、複数の受信ウエイトの決定において、ＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いることに特徴を持つ。なお、図３の例においては、ＳＭＩアルゴリズムを用いる場合が示されているが、この場合に限らず、例えば、ＲＬＳアルゴリズムやＬＭＳアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズム以外に、最大比合成型ウエイト演算法を用いる方法も可能である。この場合には、受信ウエイトは次式に従い決定する。
ｖ_ｋ＝ｕ_ｋ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
【００４２】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズムや最大比合成型以外にも従来型の多くのウエイト演算アルゴリズムが存在し、本発明の複数ビームを用いた１対１通信に適用することが可能である。すなわち、本実施の形態では、受信ウエイトの決定において特定のウエイト演算アルゴリズムを用いて信号受信することで、より効率的な各信号の受信を行う。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、受信ウエイトをＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定するようにしたので、信号受信にふさわしい受信ビームのウエイト演算法を用いることにより、高品質な信号受信が可能となる。
【００４４】
実施の形態３．
上述の実施の形態２において、受信ウエイトの演算にＳＭＩアルゴリズムを用いる場合には、各受信ビームで相関行列共通化を行うことも可能である。この信号処理方法を図４に示す。図４において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、１０は受信アンテナ３によって受信された受信信号ｘ_ｍ（ｐ）が入力されて、受信ベクトルｘ（ｐ）から、相関行列Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈおよびその逆行列Φ^−１を演算する相関行列演算部である。相関行列演算部１０で求められた相関行列Φおよびその逆行列Φ^−１は、各受信ウエイトの演算を行う際に、ＳＭＩアルゴリズムにて共通に用いられる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、基本構成は実施の形態２と同じであるが、ここでは、相関行列演算部１０を設けたことにより、各ビームで用いる相関行列演算及びその逆行列演算を共通化している。このような構成により受信ウエイトを計算する際の演算量を削減することが可能となる。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図５に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図５において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。上述したように、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。この際、ベクトルＨｗ_ｋが信号によって大きく異なるほど、受信側で個々の信号に対して独自のビームを形成し、信号分離することが容易となる。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、送信ウエイトｗ_ｋが相互に直交関係にあるように送信ビーム形成を行う。直交関係は次式で与えられる。
ｗ_ｋ１ ^Ｈ　ｗ_ｋ２＝０　　　　　ｋ１，ｋ２＝１，・・・，Ｋ　　　　（１）
送信アンテナがＮ個の場合、このような直交ビームは最大でＮ個作成可能であり、この手法を用いる場合のＫの最大値はＮということになる。このように、直交した送信ウエイトを用いて送信すると、各信号の受信ベクトルＨｗ_ｋは相互に異なるベクトルとなる可能性が高い。相互のベクトルＨｗ_ｋが大きく異なる場合には、各信号の離受信が容易となり、並列信号伝送を高品質に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、式（１）を満たす直交送信ウエイトを決定する手段としてはさまざまな方法が考えられる。例えば、Ｎが２，４，８，１６，３２，・・・といった２の累乗の場合には、
ｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ
の各要素をウォルシュ符号などを用いて表現することにより、ウエイトベクトルの相関が相互に０となる状態を作ることができる。４アンテナの場合には
ｗ_１＝［　１，　１，　１，　１］^Ｔ
ｗ_２＝［　１，　１，　−１，　−１］^Ｔ
ｗ_３＝［１，　−１，　１，　−１］^Ｔ
ｗ_４＝［１，　−１，　−１，　１］^Ｔ
となる。この他にも一般的なＮに対してグラムシュミットの直交化法を用いてウエイトベクトルを決定する方法も可能である。また、その他の手法による直交化ベクトルを用いることによっても、本手法の伝送品質を向上することが可能である。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、送信局において相互に直交した送信ウエイトを用いて送信することにより、伝播情報などを用いなくても、相互のチャネルを直交に近い状態とすることが可能となる。
【００５０】
実施の形態５．
本実施の形態では、複数の送受信ビームを用いた伝送方法におけるブロック構成について示す。図１８は、本実施の形態を示すブロック構成図である。図１８において、（ａ）はデータ送信要求局の構成、（ｂ）はデータ受信局の構成を示したものである。
【００５１】
図１８（ａ）において、Ｓ５１は送信信号、５２は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号Ｓ５２を生成する通信要求信号生成部、５１は送信信号と通信要求信号とを切り替えるスイッチ、５３はスイッチ５１から出力される送信信号Ｓ５３に、重み付け信号Ｓ５６に基づいて各ビーム毎のウエイトを乗算するウエイト制御部、５５は、各ビーム毎、各アンテナ毎に重み付け合成された情報Ｓ５４を送信するとともに、通信要求信号に対する受信局からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ、Ｓ５５は受信局からの通信要求応答信号の各アンテナ出力、５４はアンテナ出力Ｓ５５を解析し、使用チャネル毎の重み付け信号Ｓ５６を生成するウエイト解析部である。また、図１８（ｂ）において、５６は受信局側アレーアンテナ、Ｓ５６は送信要求局からの通信要求信号の各アンテナ出力、５７はアンテナ出力Ｓ５６の情報から、各送受信アンテナ間の伝送路応答Ｓ５７を推定する伝送路推定部、５８は伝送路応答Ｓ５７を解析し、各通信チャネルの状態Ｓ５８を出力する通信チャネル検索部、５９は通信チャネルの状態Ｓ５８を元に使用チャネルの選択を行う使用チャネル選択部、６０は使用チャネルに関する情報Ｓ５９を元に各チャネルの電力割り当てを決定する電力配分計算部、６１は各チャネルの電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０を利用し、各チャネル、各アンテナのウエイトを計算するウエイト計算部、６２は通信要求応答信号Ｓ６２を生成する通信要求応答信号生成部、６３はウエイト情報Ｓ６１に基づいて各アンテナのウエイトを制御し、通信要求応答信号Ｓ６２の重み付け信号Ｓ６３の生成や、アンテナ出力Ｓ６４を重み付け合成して受信信号Ｓ６５を生成するウエイト制御部である。
【００５２】
本実施の形態の動作を説明する。送信要求の発生したデータ送信要求局（以下Ａ局）は通信要求信号Ｓ５２を生成し、アンテナ５５から送信を行う。この際、ウエイト制御は行わないのが普通である。通信要求信号を受信したデータ受信局（以下Ｂ局）は通信要求信号のアンテナ出力Ｓ５６を用いて送信アンテナ５５と受信アンテナ５６との間の伝送路推定を行い、伝送路応答Ｓ５７を生成する。この伝送路応答Ｓ５７を基に通信チャネル検索部５８では各通信チャネル（ビーム）の状態を調べチャネル状態情報Ｓ５８を生成する。通信チャネルの最大数は送受信アンテナの数によって規定されるが、使用チャネル選択部５９では各チャネルの状態をもとにＡ局・Ｂ局間の通信に使用するチャネルを選択する。さらに、各使用チャネルに関する種々の情報から、最も効率的な通信が可能となるよう、電力配分計算部６０により各チャネルの電力配分を計算し、次に、ウエイト計算部６１により電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０からデータ送受信時のアンテナウエイトＳ６１を計算する。その後、通信要求応答信号生成部６２により各チャネルで直行する通信要求応答信号Ｓ６２を生成し、計算されたアンテナウエイトＳ６１を用いて重み付け合成を行い、Ａ局に向けて重み付け信号Ｓ６３の送信を行う。Ａ局では、ウエイト解析部５４において、Ｂ局からの通信要求応答信号Ｓ６２を受信した際の各アンテナ出力Ｓ５５を解析することにより、使用通信チャネル（ビーム）を知ることができるため、この情報に基づいて各チャネルのアンテナウエイトＳ５６を決定する。ウエイト制御部５３ではこのウエイト情報Ｓ５６に従って重み付けを行い、データの送信を開始する。Ｂ局ではＡ局からの受信情報Ｓ６４にすでに設定済のウエイトＳ６１で重み付け合成を行い、受信信号Ｓ６５を取り出す。なお、Ａ局において伝送路情報が既知の場合には通信要求応答信号Ｓ６２は各チャネル毎に直交する必要は無い。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、上記のような構成を取ることで、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり，複数チャネル（ビーム）を利用した効率的な通信が可能となる。
【００５４】
以下の実施の形態では、本構成を実現する種々の実施例を示す。
【００５５】
実施の形態６．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送受信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図６に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図６において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００５６】
本実施の形態では、行列Ｈ^ＨＨの固有ベクトルを用いて送信ビーム形成を行う。なお、ここで、行列Ｈ^Ｈとは、行列Ｈの複素共役転置行列である。そこで、行列Ｈ^ＨＨの性質について以下に概要を示す。行列Ｈ^ＨＨの固有値をλ_ｎ、固有ベクトルをｅ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）とし、
Ｅ＝［ｅ_１，ｅ_２，・・・，ｅ_Ｎ］
Λ＝ｄｉａｇ［λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｎ］
を定義すると、次式が成り立つ。
Ｈ^ＨＨ＝ＥΛＥ
ここで、Ｈ^ＨＨはエルミート行列であり、行列Ｅはユニタリ行列となる。従って、以下の関係を満たす。
Ｅ^ＨＥ＝ＥＥ^Ｈ＝Ｉ
このような行列の性質を用いて本実施の形態の方法について説明する。
【００５７】
本実施の形態では、ウエイト制御部５３において送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとして伝送する。このとき、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^Ｋａ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ａ_ｋ＝　Ｈ　ｗ_ｋ
ここで、ａ_ｋは受信局から見た等価的な信号ｋの伝搬ベクトルである。行列Ａ＝［ａ_１，・・・，ａ_Ｎ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｎ］を定義すると、次式が成り立つ。
Ａ^ＨＡ＝Ｗ^Ｈ　Ｈ^ＨＨ　Ｗ
＝Ｅ^Ｈ　Ｈ^ＨＨ　Ｅ
＝Λ
この結果より、等価伝搬ベクトルａ_ｋは互いに直交することが分かる。従って、ウエイト制御部６３において受信ウエイトｖ_ｋ＝ａ_ｋ ^＊を用いてアンテナ間でアレー信号処理を行うと、信号ｋに対する出力ｋは
ｙ_ｋ（ｐ）＝ａ_ｋ ^Ｈｘ（ｐ）
＝λ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋　ａ_ｋ ^Ｈ　ｚ（ｐ）
となり、他の信号は除去される。このように、ウエイト制御部５３で送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとし、ウエイト制御部６３で受信ウエイトをｖ_ｋ＝（Ｈ　ｗ_ｋ）^＊とすることにより、Ｋ個の送信信号を相互に干渉なく伝送できる。この通信路を以下直交チャネルと呼ぶ。この方法により、通信品質の劣化なく、従来方法よりも高速な伝送に対応可能となる。なお、固有方程式　Ｈ^ＨＨｗ_ｋ＝λ_ｋｗ_ｋの左側からＨを加えると、Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｋ＝λ_ｋｖ_ｋの関係が成り立つ。従って、送信ウエイトｖ_ｋはＨ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとなっている。なお、ここで、Ｈ^＊は、行列Ｈの共役転置行列であり、Ｈ^Ｔは、行列Ｈの転置行列である。
【００５８】
また、ここでは本実施の形態の通信容量を把握するため、シャノン容量の指標に基づいて通信容量を測定する。簡単のため、雑音ベクトルが受信局の各アンテナで無相関である状態、すなわちＥ［ｚ　ｚ^Ｈ］＝Ｐ_ｚＩの関係を満たす場合を想定する。また、Ｋ＝Ｎとし、各送信ビームに対して同一電力Ｐｓの送信電力を用いるものとする。このとき、ａ_ｋの間の直交性より、各出力における雑音ａ_ｋ ^Ｈ　ｚ（ｐ）は無相関となる。結局、信号ｋの信号電力はＰｓλ_ｋ ^２雑音電力はＰ_ｚλ_ｋとなり、送信ウエイトｗ_ｋ受信ウエイトｖ_ｋで形成されるｋ番目の直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられる。送受信局間では等価的にＮ個の直交チャネルが形成され、通信容量は次式で与えられる。
Ｃ　＝　Σ_ｋ＝１　^Ｋ　ｌｏｇ_２（１＋（Ｐｓ／Ｐ_ｚ　）λ_ｋ　）
従来のビーム形成では、通信容量はこの１チャネル分であったので、本方法によって通信容量は大きく向上する。
【００５９】
また、スペースタイムコーディングを用いた場合の通信容量は次式で与えられる。
Ｃ　＝　ｌｏｇ_２　ｄｅｔ（Ｉ＋（Ｐ_ｓ／Ｐ_ｚ）Ｈ^ＨＨ）
＝　Σ_ｋ＝１　^Ｎｌｏｇ_２　（１＋（Ｐ_ｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋ　）
このように、各ビームへ同一送信電力を割当てた場合には、通信容量はスペースタイムコーディングを用いた場合と一致する。
【００６０】
なお、本実施の形態では伝搬ベクトルＨの情報を用いてウエイト決定する。伝搬ベクトルＨの推定方法としてこれまでにさまざまな方法が考えられているが、ここでは既存のどのような方法でＨを推定しても構わない。また、必ずしも各送信ビームの電力を全て一定としなくても良い。（全送信電力一定のもとで）送信ビームごとの電力を変化させると、さらに全体の通信容量を向上させることも可能である。その際には、スペースタイムコーディングを用いた場合よりもさらに通信容量を向上させることもできる。
【００６１】
このように、本実施の形態の方法を用いると、従来のビーム形成法よりも大きな通信容量が可能である。また、スペースタイムコーディングを用いる手法と比べても同等若しくはそれ以上の通信容量を確保することが可能である。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００６３】
実施の形態７．
本実施の形態では、上述の実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式における伝搬路Ｈの推定法の一例について述べる。図７に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図７において、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、２０は送信信号に対応する受信フィルタである。
【００６４】
送信局では、伝搬路Ｈを推定するにあたり、通信要求信号生成部５２においてアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信する信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｎ（ｔ）は次式の関係を満たす。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｓ_ｋ１（ｐ）ｓ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００６５】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ　ｓ_ｎ（ｐ）　＋ｚ_ｍ（ｐ）
各受信アンテナ５６に続く伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタ２０の出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ　＋（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊ｚ_ｍ（ｐ）
第２項は雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。
【００６６】
このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路推定を行うことができる。
【００６７】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態６に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて、ウエイト計算部６１で行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００６８】
ここまでは、送信側（Ａ局）から直交信号を送信し、受信側（Ｂ局）で伝搬路推定を行った。逆に、同様の制御を受信側（Ｂ局）から送信側（Ａ局）に行うことも可能である。すなわち、Ｂ局の各アンテナから直交信号を送信し、送信側（Ａ局）で伝搬路推定を行う。図８に本制御における送受信局の構成を示す。このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路推定を行うことが可能となる。
【００６９】
なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて行列Ｈ^ＨＨの固有値分解を行い、Ｎ個の固有ベクトルを情報通信時の各ビームの送信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１２に示す。なお、必ずしもＮ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｎ個の範囲内において送信ビームを形成することが可能となる。
【００７０】
このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路情報を把握することにより、伝搬路推定結果Ｈを用いて送受信ウエイトを決定できる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて受信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７２】
実施の形態８．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、受信側で干渉信号が存在する場合の効果的な送受信ウエイトの決定法に関するものである。図９に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図９において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００７３】
本実施の形態では実施の形態１と同様に、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）は干渉雑音ベクトルであり、雑音のみならず干渉成分も含んでいる。また、アンテナ間でも相関が存在し、Ｒ_ＩＮ　＝Ｅ［ｚ（ｐ）ｚ（ｐ）^Ｈ］の関係を満たす。
【００７４】
本実施の形態では、受信側でＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルを用いて受信ビームを形成する。また、送信側ではＨ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈの固有ベクトルを用いて送信ビームを形成する。すなわち、送受信ベクトルはそれぞれ次式を満たす。
Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈｗ_ｎ＝ρ_ｎ　ｗ_ｎ
Ｒ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎ　ｖ_ｎ
ここで、Ｒ_ＩＮは受信局における干渉雑音行列でありある。また、ρ_ｎは固有値を表すが、Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１ＨとＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔは同一固有値を持つ。
【００７５】
このようなウエイトを用いると、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ_ＩＮ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７６】
また、Ｒ_ＩＮの代わりに全受信信号の相関行列Ｒ＝Ｅ［ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ］を用いる構成でも良い受信品質が得られる。図１０に本実施の形態における送受信局の構成を示す。この場合には、送受信ウエイトの満たす固有方程式はそれぞれ
Ｒ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎｖ_ｎ
となる。このような構成によっても、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７７】
以上のように、本実施の形態においては、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７８】
実施の形態９．
本実施の形態では、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする方法に関するものである。図１３に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００７９】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信局からアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）は次式の関係を満たす。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｓ_ｋ１（ｐ）ｓ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８０】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ　ｓ_ｎ（ｐ）　＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。
【００８１】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ　＋（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊ｚ_ｍ（ｐ）　（２）
第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路Ｈを推定することができる。
【００８２】
さらに、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐ１　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ　　　　　　　　　　　　（３）
ここで、式（２）と式（３）のΣの範囲は異なっていても構わない。
【００８３】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態８に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態８に基づけば、推定されたΦ，Ｈを用いて、ウエイト計算部６１で行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００８４】
以上のように、本実施の形態においては、高精度な伝搬路推定を用いて高精度なウエイトの決定が可能となる。
【００８５】
実施の形態１０．
本実施の形態は、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする実施の形態９とは異なる方法に関するものである。具体的には、相関行列演算方法が異なる。図１９に本実施の形態における送受信機の構成を示す。
【００８６】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信機からアンテナごとに異なる送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８７】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎｓ_ｎ（ｐ）＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。ここで、ｐ＝１は送信信号ｓ_ｎ（ｐ）の開始サンプルであり、ｐ＝＜０ではｓ_ｎ（ｐ）＝０である。
【００８８】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７（図１８参照）では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ＋（雑音干渉項）
第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから信号を送信することにより、伝搬路Ｈの（ｍ，ｋ）要素をｇ（ｍ，ｋ）として推定する。
【００８９】
また、本実施の形態では、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ_ＩＮ＝Σ_ｐ＜＝０　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ここでは、ｐ＜＝０の送信信号ｓ_ｋ（ｐ）が存在しない区間を用いて干渉雑音成分のみを推定している。
【００９０】
このように計算した結果から行列Φ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００９１】
本実施の形態では、送信信号ｓ_１（ｔ），・・・ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）の存在しない区間を用いて、あらかじめ干渉雑音成分の相関行列Φ_ＩＮを計算する。このように干渉雑音成分の相関行列演算を予め行うことにより、精度のよい相関行列を得ることができる。また、Φ_ＩＮ ^−１Ｈ^＊Ｈ^Ｔ　の固有値分解の際によい受信ウエイトと固有値を得ることが可能となる。
【００９２】
実施の形態１１．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、送信ウエイトを決定する一方法に関するものである。本実施の形態では、受信ウエイトｖ_ｋを先に決め、その結果を利用して送信ウエイトを決定する。図１４に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００９３】
Ｂ局の受信ウエイトｖ_ｋが決まると受信局では通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイト制御部６３において既に決定したウエイトｖ_ｋを乗じた後各アンテナから送信する。Ａ局では信号ｒ_ｋ（ｐ）の整合フィルタを各アンテナに用意し、各アンテナでの検出値ｑ_ｋｎをベクトル化（ｑ_ｋ＝［ｑ_ｋ１，ｑ_ｋ２，・・・，ｑ_ｋＮ］^Ｔ）する。また、最終的にウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。ここで、｜・｜はベクトルのノルムを表す。この方法は、受信局におけるｖ_ｋの決定方法にかかわらず用いることが可能である。
【００９４】
この関係を数式的に説明すると、以下のようになる。実施の形態５〜８では、送信ウエイトｗ_ｋと受信ウエイトｖ_ｋは以下の関係を満たしている。
ｖ_ｋ＝　（Ｈｗ_ｋ）^＊
つまり、Ｖ＝［ｖ_１，・・・，ｖ_Ｋ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｋ］を用いると、次式に書きなおすこともできる。
ＨＷ＝Ｖ^＊
Ｈ^ＨＨＷ＝Ｈ^ＨＶ
ＷＡ＝Ｈ^ＨＶ^＊
Ｗ^＊Λ^＊＝Ｈ^ＴＶ
この式において、右辺はＢ局からベクトルｖ_ｍで信号送信を行った際にＡ局で受け取る受信ベクトルを表している。このように、Ａ局ではＢ局からの信号を用いて送信ウエイトを決定することが可能となる。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、受信側のビーム形成に用いる受信ウエイトを最初に決定し、受信ウエイトを用いて受信側から信号を伝送して送信側で該信号を受信し、その受信データをもとに送信ウエイトを決定することで、送信ウエイトを少ない制御量で効率的に決定することができる。
【００９６】
実施の形態１２．
本実施の形態では、実施の形態１１において端末Ｂの各アンテナから送信する信号ｒ_ｋ（ｐ）に関するものである。
【００９７】
本実施の形態では、送信信号ｒ_ｋ（ｐ）として以下に示す時間的に直交した信号を用いる。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｒ_ｋ１（ｐ）ｒ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を用いることにより、Ａ局でのより高精度な伝搬路推定を行う。
【００９８】
以下に、Ａ局での詳細な信号処理を示す。Ａ局では以下に示す信号を受信する。
ｘ_Ａ（ｐ）　＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎ　Ｈ^Ｔｖ_ｎ　ｒ_ｎ（ｐ）＋ｚ_Ａ（ｐ）
ここで、ｚ_Ａ（ｐ）は端末Ａにおける雑音成分を表す。Ａ局では信号を受信すると信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応した整合フィルタを用いて、次式の相関演算を行う。
ｑ_ｎ＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｒ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_Ａ（ｐ）
＝　Ｈ^Ｔｖ_ｎ＋（雑音成分）
実施の形態１１で説明したように、Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝λ^＊ _ｎｗ_ｎ＊の関係にある。そこで、送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。
【００９９】
本実施の形態では、Ｂ局からの送信信号として時間的に直交関係にある信号を複数のビームから同時送信することによって、Ａ局における伝搬路推定ベクトルｑ_ｎをよい精度で推定することができる。
【０１００】
実施の形態１３．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う方法に関するものである。
【０１０１】
実施の形態７では送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。本実施の形態では、通信チャネル検索部５８において、伝搬路推定部５７からでの推定結果に基づき、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有値λ_ｋを算出する。
【０１０２】
実施の形態６では各直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられ、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値と大きく関連していることを示したが、ここでは固有値λ_ｋを用いて該直交チャネルが利用可能であるか否かの判断を行う。すなわち、使用チャネル選択部５９では固有値λ_ｋの値に応じて利用の可否を決定する。具体的な決定方法の１つとしては固有値λ_ｋが閾値λ_ｔｈ以上であれば利用し、それ以外の場合には利用しない構成が考えられる。しかし、他の決定方法であっても構わない。
【０１０３】
次に、電力配分計算部６０では、選択した固有値λ_ｋを用いて必要な送信電力値を決定し、直交チャネルで用いる送信電力値を決定する。電力配分計算部６０で特別な処理を行わない場合には、選択したチャネルに対して均等な電力が配分される。また、直交チャネルごとに変調方式又は符号化方法を変えることも可能である。この場合にも固有値λ_ｋに基づき、利用する変調方式又は符号化方法を決定する。また、特別な処理を行わない場合には、標準的なＱＰＳＫ信号が選択される。
【０１０４】
図２０に送信電力、変調方式及び符号化方法を決定する方法の一例を示す。本図に示すように、Ｂ局は固有値λｋに対応して送信電力、変調方式及び符号化方法を決定するためのテーブルを有している。Ｂ局は固有値λｋを算出すると本図のテーブルに基づき、固有値λｋの大きさに応じて変調方式と符号化方法を決定する。なお、本図では一例として送信電力、変調方式及び符号化方法を同時に決定する場合を示したが、固有値λｋから送信電力、変調方式または符号化方法の一部のみを決定することも可能である。
【０１０５】
また、Ｂ局は選択した直交チャネル及びそのチャネルで用いる電力配分、変調方式、符号化法を決定すると、実施の形態７と同じくウエイト計算部６１において受信ウエイトをｖ_ｋとする。ここで、受信ウエイトは行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとして与えられるが、固有ベクトルは、通信チャネル検索部５８において、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値を計算する際に同時に得ることも可能である。ここでは、ウエイト計算部６１において独立に計算を行っても通信チャネル検索部５８での結果を利用しても構わない。
【０１０６】
このように、受信ウエイトｖ_ｋを決定すると、Ｂ局は実施の形態１１に示す方法により、通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイトｖ_ｋに対応した送信ビームを用いてＡ局に信号を伝送する。図２１にＢ局からＡ局へ送信する信号フォーマットの一例を示す。本送信信号はでは送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のあとに、さらに要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータが含まれている。実施の形態１１に示すようにＡ局ではＢ局からの信号を受信すると、ウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。また、要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータを受信することにより、通信時に用いる送信電力、変調方式、符号化方法を決定することができる。なお、図２１の信号フォーマットは一例であり、他のフォーマットでも構わない。
【０１０７】
このような一連の操作によって、送受信局では直交チャネルの中からいくつかのチャネルを選択して、通信に利用することができる。なお、ここでは実施の形態７の伝送方式の場合を例に固有値λ_ｋに応じて、ビームを選定して通信を行う方法を示したが、実施の形態８、９で示す干渉信号が存在する場合には、行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、得られた固有値ρ_ｎに応じて同様のビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定を行う。従って、本実施の形態で述べたビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定は行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行う場合にも適用可能である。
【０１０８】
実施の形態１４．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルを認識する方法に関するものである。
【０１０９】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。
【０１１０】
また、Ａ局ではウエイト解析部５４において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応する整合フィルタを用いて信号受信（実施の形態１１）し、ベクトルｑ_ｋを算出するが、検出されるベクトルｑ_ｋは利用チャネルに対応するベクトルのみとなる。これは、利用チャネルに対応する送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のみをＢ局から送信するためである。従って、Ａ局ではウエイト解析部５４において検出されたベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、Ｂ局が利用しようとしているチャネルを認識することができる。この場合には、制御情報を送らなくてもＡ局はベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、利用しようとするチャネルを認識できる。
【０１１１】
また、Ａ局は利用チャネルのベクトルｑ_ｋから送信ウエイトｗ_ｋを決定し、利用チャネルのみを用いてＡ局からＢ局への情報通信を開始することができる。なお、特別な処理を行わない場合にはＡ局は利用する各直交チャネルにおいてあらかじめ決められた同一の電力で信号送信を行う。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態によれば、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知することができる。
【０１１３】
実施の形態１５．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルと同時に情報通信時の送信電力及び変調方法を認識する方法に関するものである。
【０１１４】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部５８において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。この際、Ｂ局からの送信信号ｒ_ｋ（ｐ）には情報通信を行う際の要求送信電力及び要求変調方式が含まれる。送信信号ｒ_ｋ（ｐ）内での要求送信電力及び要求変調方式の記述方法はあらかじめ決定される方法に従うが、一例としてスペクトル拡散を利用する方法がある。すなわち、Ｂ局の各ビームからの直交した送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を拡散信号として、その上に要求送信電力及び要求変調方式の情報を乗じて送信する。Ａ局では、ウエイト解析部において、対応する整合フィルタを用いて信号受信することにより逆拡散を行い、要求送信電力及び要求変調方式に関するデータを抽出する。
【０１１５】
このような方法により、Ａ局は利用する各直交チャネルにおける要求送信電力及び要求変調方式を把握できる。
【０１１６】
実施の形態１６．
本実施の形態は、ＭＩＭＯシステムにおいて送受信ウエイトを決定する制御方法と同時にアクセス制御を行う方法に関するものである。
【０１１７】
図２２は本実施の形態の制御方法及びアクセス方法を説明する図であり、送受信を行う端末Ａ，Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在している。以下では、送信局を端末Ａ、受信局を端末Ｂとして本実施の形態のウエイト制御方法及びアクセス方法を説明する。本実施の形態では、端末Ａからの端末Ｂへ要求（ＲＥＱ；ｒｅｑｕｅｓｔ）信号を送信し、端末Ｂから端末Ａへのチャネル通知（ＲＥＰ；ｒｅｐｏｒｔ）信号を返信する。この２段階の信号伝送を用いて送受信ウエイトを決定する。図２３は本実施の形態の制御で用いる信号フォーマットの一例である。図２３（ａ）はＲＥＱ信号の一例、（ｂ）はＲＥＰ信号の一例を表している。図２４、２５、２６はそれぞれ本実施の形態におけるＲＥＱ信号、ＲＥＰ信号、通信信号伝送時の各端末における動作を示している。
【０１１８】
以下、本実施の形態について説明する。端末Ａは送信したい情報が発生すると、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂにその旨を通知する。この段階で端末Ａは端末Ｂの正確な位置を把握しておらず、端末Ａの周辺には端末Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在する。このような状況の中で、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂ，Ｃ，Ｄの中から端末Ｂをサーチし、通信開始要求を行う。
【０１１９】
図２３（ａ）に見られるように、ＲＥＱ信号はパイロット信号部と制御信号により構成される。ここで、パイロット信号の一例としては実施の形態９で示した端末Ａから時間的に直交した信号を送信する構成がある。また、制御信号部の一例としては図２３（ａ）に示す送受信端末のユーザＩＤを含む構成がある。ここで、ＲＥＱ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ｂ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２０】
端末Ａの周辺に存在する端末Ｂ，Ｃ，ＤはＲＥＱ信号のパイロット信号部を検出すると、ＲＥＱ信号が到来したことを認識する。次に、各端末はＲＥＱ信号の制御信号部を確認する。制御信号のユーザＩＤを確認することにより、ＲＥＱ信号が自端末に対する通信要求か否かを確認できる。
【０１２１】
図２４に示すように端末ＢはＲＥＱ信号が自端末への通信要求であることを確認すると、パイロット信号部を用いて端末Ａ，Ｂ間の伝搬状態を測定する。また、伝搬測定結果に基づき直交チャネルを算出し、各直交チャネルの利用の可否を決定する。具体的な直交チャネルの算出手順としては実施の形態９に述べた例がある。
【０１２２】
一方、端末Ｃ，ＤはＲＥＱ信号が自端末への要求信号でないことを確認すると、以後の処理を行うことなく、待機状態に入る。このように、ＲＥＱ信号の送信により、多くの端末の中から通信の対象である端末Ｂに要求信号を送ることができる。
【０１２３】
端末Ｂは直交チャネルを算出し、要求送信電力または変調方式または符号化方法を決定する。また、必要な情報をＲＥＰ信号を用いて端末Ａへ通知する。ＲＥＰ信号の一例としては、図２３（ｂ）に示すパイロット信号部と制御信号部を有する構成がある。パイロット信号部の一例としては、実施の形態１１で述べた構成が考えられる。また、制御信号部の一例として図２３（ｂ）に示すユーザＩＤと要求送信電力または要求変調方式または要求符号化方法などを含む構成がある。なお、ＲＥＰ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ａ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２４】
図２５に示すように端末ＡはＲＥＰ信号を受信すると、その伝搬係数を推定することにより、送信ウエイトを決定する。送信ウエイトの決定方法の一例としては実施の形態１１で述べた方法がある。また、周辺端末Ｃ，Ｄ　もＲＥＰ信号の検出を行い、これから端末Ｂが通信を受信する状態に入ることを認識する。このとき、端末Ｃ，Ｄは端末Ｂの信号受信を妨害しないように新たな送信を控える。すなわち、端末Ｃ，ＤがＲＥＰ信号受信後に新たな送信を控えることで、端末Ｂは妨害を受けることなく安定した通信を行うことが可能となる（図２６）。
【０１２５】
このように、ＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いた制御により送受信ウエイト制御を行うと同時にアクセス制御を行う。具体的には、ＲＥＱ信号により端末Ａは端末Ｂのサーチを行う。同時に、端末ＢはＲＥＱ信号を利用して伝搬路推定及び直交チャネルの決定を行う。また、ＲＥＰ信号では端末Ｂから端末Ａに通信に必要なデータを通知する。同時に端末Ｃ，Ｄにおける新たな通信の停止を行う。端末Ｃ，Ｄの新たな通信の停止により端末Ａ，Ｂは安定した通信を行うことが可能となる。
【０１２６】
このようにＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いてウエイト制御と同時にアクセス制御を行うことにより、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことが可能となる。このような制御により、無線ＬＡＮに見られる分散型のネットワーク環境でも安定した通信が可能となる。
【０１２７】
なお、本実施の形態に示すように、端末Ｂは端末ＡへのＲＥＰ信号を送信することにより同時に周辺端末Ｃ，Ｄへ通信停止要求を行う。この際、ＲＥＰ信号は通信に必要な空間チャネルに対してのみ通信停止要求を行うため、利用しない空間チャネルでは他の端末の通信停止は要求されない。従って、必要な空間領域のみでの通信停止を行い、周辺端末の不必要な通信停止を低減する。
【０１２８】
現在、無線ＬＡＮの分野では周辺端末の通信停止を要求する一つの方法として、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）／ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）プロトコルが知られている。そこでは通信を開始するに当たって、受信端末（受信局）は全方向に対して一様にＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）信号を送信し、ＣＴＳ信号を受信した周辺端末は一定時間通信を停止する。
【０１２９】
しかし、本実施の形態に見られるように、方向別に必要な空間チャネルのみに対して通信停止要求を行うことにより、不必要な周辺端末の通信停止を低減することができる。この通信停止制御は受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３０】
本実施の形態では、送信局及び受信局が複数のアンテナを用いる場合に対して、他の端末Ｃ，Ｄの通信停止を行う場合の説明を行ったが、方向別の通信停止制御の利用方法は、その場合に限られるものではない。通信停止の制御方法は、上述の本実施の形態に限らず、送信局及び受信局が単一のアンテナを用いる場合をはじめ、受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３１】
実施の形態１７．
本実施の形態は、マルチキャリア通信システムにおいてＭＩＭＯシステムを実現する方法に関するものである。
【０１３２】
最近無線通信では、より高速伝送、高速移動の可能なシステムへの要求が高く、無線周波数帯において広帯域な信号の伝送を行う必要が生じている。広帯域信号の伝送に関しては、複数のキャリアを同時に用いて信号の並列伝送を行うマルチキャリア方式が特に注目を集めている。マルチキャリア伝送方式では、低速なデータを周波数上で並列に配置し、異なるキャリアを用いて同時に送信する。信号の並列伝送を行うことによって伝送速度の向上を図っている。
【０１３３】
図２７にマルチキャリア通信システムの基本構成図を示す。図に示すように、信号送信部では複数の信号を異なる複数の周波数に多重し、信号伝送する。また、受信側では異なる複数の周波数に多重した信号を分離し、各キャリアの受信信号とする。図２８は複数キャリアに多重された信号を表した図である。本図に示すように、マルチキャリア信号送信部で多重された信号は複数の周波数に多重されて伝送される。この際、各キャリアで伝送される信号は独立に扱うことができる。すなわち、シングルキャリア伝送の場合と同じく、各キャリアごとに個別に扱うことができる。
【０１３４】
従って、実施の形態１〜１６ではシングルキャリア伝送の場合を対象に説明したが、同様の信号処理はマルチキャリア伝送方式でも適用できる。
【０１３５】
図２９にマルチキャリア伝送システムに本発明のＭＩＭＯシステムを適用した信号処理構成を示す。本図に示すように各キャリアごとに実施の形態１〜１６に示すＭＩＭＯシステムを構成することにより、マルチキャリア伝送方式に対しても本発明のＭＩＭＯシステムを適用することができる。また、マルチキャリア伝送方式に適用することによって、周波数と空間領域を有効に利用した高速伝送が可能となる。
【０１３６】
【発明の効果】
この発明は、Ｋ個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、送信されたＮ個の前記送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとして受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する１以上の受信局とを備えた無線伝送装置であるので、複数の送受信ビームを用いることにより、複数の信号を同時に並列伝送することが可能となる。
【０１３７】
また、前記受信局の前記受信用ウエイトは、ＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定されるので、信号受信にふさわしい受信ビームのウエイト演算法を用いることにより、高品質な信号受信が可能となる。
【０１３８】
また、前記受信局の個々の前記受信ビームにおける前記受信用ウエイトの乗算演算において、共通の相関行列を用いるので、複数の受信ビーム形成に際してウエイト演算の際の相関行列演算を共通化することにより、演算量の削減が可能となる。
【０１３９】
また、前記送信局において用いられる各前記送信用ウエイトは、相互に直交しているため、送信局において相互に直交した送信用ウエイトを用いて送信することにより、伝播情報等を用いなくとも相互のチャネルを直交に近い状態とすることが可能となる。
【０１４０】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^ＨＨ、行列Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈ、または、行列Ｈ^ＨＲ^−１Ｈの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いるので、伝搬路情報を用いて送信ウエイト決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【０１４１】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いるので、伝搬路情報を用いて送信用ウエイトを決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【０１４２】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定するので、伝搬路情報を用いて利用すべき直交チャネルを選択することが可能となる。
【０１４３】
また、この発明は、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うので、伝搬路推定を行う際に、アンテナごとに時間的に直交する信号を用いて伝送することにより、高精度な伝搬路推定が可能となる。
【０１４４】
また、前記送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うので、整合フィルタを用いた高精度な伝搬路推定を用いて高精度なウエイト決定が可能となる。
【０１４５】
また、前記受信局で用いる前記受信用ウエイトを最初に決定し、当該受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送して、前記送信局で当該信号を受信し、その受信データをもとに前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを決定するので、送信ウエイトを少ない制御量で効率的に決定することができる。
【０１４６】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知するため、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知できる。
【０１４７】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知するため、各直交チャネルにおける要求送信電力、要求変調方式を通知できる。
【０１４８】
また、この発明は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号を生成する通信要求信号生成部と、生成された前記通信要求信号を相手方に送信するとともに当該通信要求信号に対する相手方からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ部と、前記アレーアンテナ部において受信される前記通信要求応答信号を解析して各アンテナの送信用ウエイトを計算するウエイト解析部と、前記ウエイト解析部により計算された前記送信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部とを備えた無線伝送装置であるので、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり、複数チャネルを利用した効率的な通信が可能となる。
【０１４９】
また、各アンテナの送受信ウエイトを解析して送受信局の有する各アレーアンテナ間の伝送路を推定する伝送路推定部と、推定された前記伝送路から使用可能な通信チャネルを検索する通信チャネル検索部と、検索された使用可能な前記通信チャネルの中から実際の通信に使用するチャネルを選択する使用チャネル選択部と、選択された使用する各チャネルへの信号電力配分を計算する電力配分計算部と、使用チャネル情報と電力配分情報とから各アンテナの受信用ウエイトを計算するウエイト計算部と、計算された前記受信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と、前記通信要求信号に対する通信要求応答信号を生成する通信要求応答信号生成部とを備えた無線伝送装置であるので、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり、複数チャネルを利用した効率的な通信が可能となる。
【０１５０】
また、送受信間で用いる複数の空間チャネルに対応する送信ウエイトと受信ウエイトとは、伝搬路に応じて設定されるので、伝搬路に合わせた高精度なウエイト決定が可能となる。
【０１５１】
また、前記送信局から制御信号が送信され、前記受信局はその制御信号を用いて複数の空間チャネルを設定するので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５２】
また、前記受信局は、設定した前記複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定するので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５３】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定されるので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５４】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行うので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５５】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信するので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５６】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象でない他の送受信局に対して送信停止を指令するものであるため、送受信の対象でない端末からの新たな通信の発生を停止することができるため、通信のさらなる安定化を図ることができる。
【０１５７】
また、この発明は、送受信を行うための複数の端末装置を備えた無線伝送装置であって、前記端末装置は、送受信の対象ではない他の端末に対して、利用方向別に、送信停止を指令するための少なくとも１以上の送信停止信号を送信するので、送受信の対象でない端末からの新たな通信の発生を停止することができるため、通信のさらなる安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における送受信ビーム形勢を表す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態６における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態８における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態７及び９におけるウエイト決定方法を示した説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態１１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１５】従来技術におけるスペースタイムコーディングを利用した送受信信号処理構成の基本構成図である。
【図１６】従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の基本構成図である。
【図１７】従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の送受信ビーム形成を示した説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２０】本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信電力、変調方式および符号化方法を決定するためのテーブルを示した説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信信号の信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置の制御で用いる信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２４】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２５】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２６】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２７】マルチキャリア通信システムの基本構成を示した構成図である。
【図２８】複数キャリアに多重された信号を示した説明図である。
【図２９】マルチキャリア伝送システムに本発明の実施の形態１〜１６における無線伝送装置を適用した場合の信号処理構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１　送信信号、２　送信アンテナ、３　受信アンテナ、４　受信信号、１０　相関行列演算部、２０，２１　受信フィルタ、３０　伝搬路推定用直交信号、３１　固有ベクトル演算法、３２　相関行列演算部、３３　伝搬行列演算部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless transmission device, and particularly to a wireless transmission device that performs signal transmission using a plurality of antennas at a transmitting / receiving station.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a signal transmission method for performing high-speed signal transmission in wireless communication, research on a MIMO (Multi-Input @ Multi-Output) system in which a transmitting / receiving station uses a plurality of antennas has been actively conducted. It is known that in a MIMO system, a higher capacity can be achieved by using a plurality of antennas in a transmitting / receiving station than in a case where only one antenna is used in a transmitting / receiving station.
[0003]
In the MIMO system, there are a method using space time coding (Space-Time Coding) and a method using beamforming. In the technique using space time coding, as shown in FIG. 15, a signal is encoded on the transmission side, and an uncorrelated signal is transmitted from each antenna. In the present configuration, the transmitting station does not perform weighted multiplication on the signal, so that the configuration is significantly different from the present invention described below in which weighted multiplication is performed.
[0004]
Therefore, a case where beam forming is used as a conventional technique, instead of a technique using space time coding, will be described. As a conventional example using beam forming, for example, Karasawa, “Spatio-Temporal Communication Modeling”, 2001 SITA Workshop, Nov. 2001. There are those described in. FIG. 16 shows a configuration of a transmitting / receiving station when transmitting / receiving beam forming is performed. In FIG. 16, reference numeral 101 denotes a transmission weight multiplication device (transmission station), 102 denotes a propagation path, and 103 denotes a reception weight multiplication device (reception station). In this method, a transmitting station performs transmission beamforming and a receiving station performs reception beamforming. The signal processing configuration of this method will be described below. Here, the description proceeds with N transmitting antennas and M receiving antennas. Also, the propagation coefficient from the transmitting antenna n to the receiving antenna m is h_mnAnd the propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn].
[0005]
As shown in FIG. 16, the transmitting station assigns a transmission weight W for each antenna to the time-series data S (t) to be transmitted._1nAnd transmit the signal. The transmission signal passes through the propagation path H (reference numeral 102) and is received by M reception antennas. At the receiving station, a weight v obtained by the antenna m with respect to the signals received by the M antennas_1m, And then perform signal synthesis.
[0006]
In the following, this series of steps will be represented using mathematical formulas. The received signal at the receiving antenna m is x_m(P), the received vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by the following equation.
x (p) = Hws (p) + z (p)
Here, w = [w₁, ..., w_N]^TIs the transmission weight vector, z_m(P) is the interference noise component at antenna m, z (p) = [z₁(P), ..., z_M(P)]^TRepresents an interference noise vector. The final output y after weight multiplication and signal synthesis on the receiving side is given by the following equation.
y (p) = v^Tx (p)
= V^THws (p) + v^Tz (p)
Various determination methods can be considered for the transmission weight w and the reception weight v. The transmission and reception weights are determined so that the reception signal level becomes as high as possible.
[0007]
This series of signal processing can be described using the transmission / reception beam pattern shown in FIG. On the transmitting side, transmission signal power varies depending on the direction due to weighted transmission from a plurality of antennas, and a transmission beam is formed. Further, a reception beam is similarly formed on the reception side. Since the transmitting and receiving stations each perform beam forming, it is possible to receive signals with high signal power. Note that the signal processing configuration of FIG. 16 and the beam pattern of FIG. 17 only show the same phenomenon by different explanation methods. In particular, the beam pattern has an advantage that it is easy to understand intuitively. Conversely, the signal processing configuration is suitable for describing a strict description, and the following description focuses on the details of the signal processing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional beam forming method, when one signal is transmitted and received in one-to-one communication, a plurality of signals cannot be simultaneously transmitted in parallel. For this reason, the transmission speed of a transmittable signal has been limited. For this reason, there is a problem that it is not possible to sufficiently cope with a user's request to perform higher-speed wireless communication.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a wireless transmission device capable of simultaneously transmitting a plurality of signals in parallel.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, N transmission signals are copied N each, multiplied by different transmission weights, and K signals are combined to form N transmission beams to transmit. One or more transmitting stations, and the received N transmitted beams are received as K received vectors composed of M components, each of which is multiplied by a different receiving weight, and each of them is multiplied by M. The radio transmission apparatus includes one or more reception stations that form K reception beams by combining signals.
[0011]
Further, the receiving weight of the receiving station is determined using an MMSE combining criterion or a maximum ratio combining method.
[0012]
In addition, a common correlation matrix is used in the multiplication operation of the reception weights in the individual reception beams of the reception station.
[0013]
The transmission weights used in the transmitting station are orthogonal to each other.
[0014]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^HH, matrix H^HR_IN ^-1H or matrix H^HR^-1A plurality of eigenvectors of H are used as the transmission weights.
[0015]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^-1 ^*H^*H^TOr matrix R^-1 ^*H^*H^TAre used as the transmission weights.
[0016]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^-1 ^*H^*H^TOr matrix R^-1 ^*H^*H^TThe transmission / reception beam, modulation scheme, transmission power, and / or coding method are determined using the plurality of eigenvalues.
[0017]
Further, according to the present invention, each of the transmitting and receiving stations includes a plurality of antennas, and one of the transmitting and receiving stations individually transmits signals orthogonal in time between the antennas for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations transmits Is provided for each antenna, and the propagation path is estimated using the output of the matched filter.
[0018]
Further, the transmitting and receiving station includes a plurality of antennas, respectively, and transmits a signal that is temporally orthogonal between antennas from one of the transmitting and receiving stations individually for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations corresponds to the transmitted signal. A matched filter is provided for each antenna, and propagation path estimation is performed using the output of the matched filter.
[0019]
Further, the receiving weight used in the receiving station is first determined, a signal is transmitted from the receiving station using the receiving weight, the signal is received by the transmitting station, and the received data is The transmission weight to be used by the transmitting station is determined.
[0020]
Also, when transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, a signal to be transmitted is transmitted using only a channel selected in advance, thereby notifying the other station of a channel to be used.
[0021]
Further, when transmitting a signal from the receiving station using the reception weight, by adding a required transmission power or a required modulation method to the signal to be transmitted, the required transmission power or the required transmission power in each transmission / reception beam during information communication. The requested modulation scheme is notified to the other station.
[0022]
Also, the present invention provides a communication request signal generating unit for generating a communication request signal for requesting the other party to perform communication, and transmits the generated communication request signal to the other party and transmits the generated communication request signal to the other party. An array antenna unit for receiving a communication request response signal of the antenna, a weight analysis unit for analyzing the communication request response signal received by the array antenna unit and calculating a transmission weight of each antenna, and a calculation performed by the weight analysis unit. And a weight control unit for controlling transmission / reception weights of the respective antennas based on the determined transmission weights.
[0023]
Further, the present invention analyzes a transmission / reception weight of each antenna and estimates a transmission path between each array antenna of the transmission / reception station, and searches for an available communication channel from the estimated transmission path. A communication channel searching unit, a used channel selecting unit for selecting a channel to be used for actual communication from the searched available communication channels, and a power for calculating a signal power allocation to each of the selected used channels A distribution calculation unit, a weight calculation unit that calculates a reception weight of each antenna from the used channel information and the power distribution information, and a weight control that controls a transmission and reception weight of each antenna based on the calculated reception weight. And a communication request response signal generation unit that generates a communication request response signal for the communication request signal.
[0024]
Further, transmission weights and reception weights corresponding to a plurality of spatial channels used between transmission and reception are set according to the propagation path.
[0025]
Also, a control signal is transmitted from the transmitting station, and the receiving station sets a plurality of spatial channels using the control signal.
[0026]
Further, the receiving station calculates, for each of the plurality of set spatial channels, a value of a parameter for measuring a reception weight and communication quality, and based on the value of the parameter, a spatial channel used for transmission / reception. Select a modulation method, transmission power, or coding method.
[0027]
In addition, the receiving station transmits a control signal to the transmitting station using the selected spatial channel, so that the transmission weight at the transmitting station is determined based on the control signal.
[0028]
Also, based on a control signal transmitted between transmission and reception, both control of transmission and reception weights and access control are performed.
[0029]
Further, by transmitting a signal in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from a plurality of receiving stations, and the searched receiving station transmits a control signal for notifying a use channel with a directivity. Transmit to the transmitting station using an antenna.
[0030]
The control signal transmitted from the receiving station notifies the transmitting station of the use channel and instructs another transmitting / receiving station that is not a transmission / reception target to stop transmission.
[0031]
Further, the present invention is a wireless transmission device including a plurality of terminal devices for performing transmission and reception, wherein the terminal device instructs another terminal that is not a transmission and reception target to stop transmission for each use direction. At least one or more transmission stop signals are transmitted.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
This embodiment relates to a method of transmitting using a plurality of transmission / reception beams. FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna (array antenna), 3 is a reception antenna (array antenna), 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, 7 Denotes a receiving station (receiving weight multiplying device). As shown in the figure, the transmission signal s_kSignal copying means for copying N (t), and the N transmission signals s_k(T) different weight w_kn(K = 1,..., K, n = 1,..., N). Hereinafter, an outline of the present invention will be described with reference to FIG.
[0033]
In the present embodiment, in one-to-one communication, a transmitting and receiving station transmits a plurality of signals in parallel using a plurality of beams, respectively. In FIG. 1, the transmitting station first sets K signals 1s₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) is prepared, and each of them is copied N times to obtain N signals s_kWeight w for (t)_k= [W_k1, ..., w_kN]^TAfter multiplying by (k = 1,..., K), K signals are combined, and signals are transmitted from N antennas 2. With such a configuration, the transmitting station performs K beamforming.
[0034]
After passing through the propagation path 6, the receiving side receives a signal using the M antennas 3. Therefore, the reception vectors are K reception vectors composed of M components. That is, the reception vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by the following equation.
x (p) = Σ_{k = 1} ^KH w_kS_k(P) + z (p)
Here, z (p) = [z₁, ..., z_M]^TRepresents an interference noise vector. In the above equation, the received vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. That is, each signal is received by the receiving station with a different reception vector, and depending on the receiving method, the signals can be received separately from each other.
[0035]
On the receiving side, weight v_kmTo perform signal synthesis for the signal k. The same applies to other signals, and K beams are formed on the receiving side. As described above, in the transmitting / receiving station of this embodiment, the transmitting station and the receiving station perform a plurality of beamformings to receive signals. FIG. 2 shows an example of transmission / reception beam formation in the case where the present embodiment is used. In FIG. 2, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplication device), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). In the configuration of FIG. 2, the weight k is multiplied by the signal k, and the final output 4y after signal synthesis_k(P) is given by the following equation.
y_k(P) = v_k ^Tx (p)
= Σ_{k '= 1} ^KV_k ^THw_{k '}s_{k '}(P) + v_k ^Tz (p)
Transmission weight w_k, Receiving weight v_kVarious determination methods are conceivable, but the transmission and reception weights are determined so that the reception level of the signal k becomes as high as possible.
[0036]
As described above, in the present embodiment, since a plurality of signals can be simultaneously transmitted in parallel by forming a plurality of beams at the transmitting and receiving stations, it is possible to meet a user's request to perform more restricted wireless communication. The effect that it can respond to it is acquired.
[0037]
Embodiment 2 FIG.
In the present embodiment, a case where a specific reception weight is used in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 1 described above will be described.
[0038]
In Embodiment 1, reception vector x (p) = [x when transmission is performed using a plurality of transmission weights₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1} ^KH w_kS_k(P) + z (p)
Here, the reception vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. That is, each signal is received by the receiving station with a different reception vector, and depending on the receiving method, a plurality of signals can be separately received.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, the reception vector is determined according to the MMSE combining standard. In the MMSE synthesis standard, there are an SMI algorithm, an RLS algorithm, an LMS algorithm, and the like, but any of the algorithms used here may be used. For example, when determining the reception weight of the signal k using the SMI algorithm, the reception weight v_kIs given by the following equation. Where Φ is the correlation matrix, Φ^-1Is its inverse matrix.
v_k= Φ^-1u_k
Φ = Σ_{p = 1} ^{p = po}X (p) x (p)^H
u_k= Σ_{p = 1} ^{p = po}X (p) s_k(P)^*
Here, p0 represents the number of weight calculation samples. The calculation algorithm itself is the same as the conventional method, and the same calculation can be performed in the case of the RLS algorithm and the LMS algorithm. FIG. 3 shows a configuration of a receiving station when the SMI algorithm is used. In FIG. 3, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). In the present embodiment, the receiving station 7 includes an MMSE reference algorithm such as an SMI algorithm for determining a reception weight, as shown in FIG.
[0040]
This embodiment is characterized in that when transmitting and receiving in one-to-one communication using a plurality of beams (instead of one), an MMSE reference algorithm such as an SMI algorithm is used in determining a plurality of reception weights. Have. Although the case of using the SMI algorithm is shown in the example of FIG. 3, the present invention is not limited to this case. For example, a similar effect can be obtained by using an MMSE reference algorithm such as an RLS algorithm or an LMS algorithm. Can be
[0041]
In addition to the MMSE reference type algorithm, a method using a maximum ratio combining type weight calculation method is also possible. In this case, the reception weight is determined according to the following equation.
v_k= U_k
u_k= Σ_{p = 1} ^{p = po}X (p) s_k(P)^*
[0042]
In addition, there are many conventional weight calculation algorithms other than the MMSE reference type algorithm and the maximum ratio combining type, which can be applied to one-to-one communication using a plurality of beams according to the present invention. That is, in the present embodiment, signals are received using a specific weight calculation algorithm in determining the reception weight, so that each signal can be received more efficiently.
[0043]
As described above, according to the present embodiment, the reception weight is determined by using the MMSE combining criterion or the maximum ratio combining method. Therefore, by using the reception beam weight calculation method suitable for signal reception, the reception weight can be increased. High quality signal reception becomes possible.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
In the above-described second embodiment, when the SMI algorithm is used for the calculation of the reception weight, it is possible to use the same correlation matrix for each reception beam. This signal processing method is shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device), 10 is a received signal x received by the receiving antenna 3_m(P) is input, and from the reception vector x (p), the correlation matrix Φ = Σ_{p = 1} ^{p = po}X (p) x (p)^HAnd its inverse matrix Φ^-1Is a correlation matrix calculation unit. The correlation matrix Φ obtained by the correlation matrix calculation unit 10 and its inverse matrix Φ^-1Is commonly used in the SMI algorithm when calculating each reception weight.
[0045]
As described above, in the present embodiment, the basic configuration is the same as that of the second embodiment, but here, by providing the correlation matrix operation unit 10, the correlation matrix operation used for each beam and its inverse matrix The operation is common. With such a configuration, it is possible to reduce the amount of calculation when calculating the reception weight.
[0046]
Embodiment 4 FIG.
In the present embodiment, a method for improving the efficiency of signal transmission by using a specific transmission weight in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 1 will be described. FIG. 5 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment. In FIG. 5, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplication device), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). As described above, the reception vector x (p) = [x when transmission is performed using a plurality of transmission weights₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1} ^KH w_kS_k(P) + z (p)
Here, the reception vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. At this time, the vector Hw_kThe greater the difference between the signals, the easier it is to form a unique beam for each signal on the receiving side and separate the signals.
[0047]
Therefore, in the present embodiment, the transmission weight w_kAre formed in such a way that are orthogonal to each other. The orthogonal relation is given by the following equation.
w_k1 ^HW_k2= 0 (k1, k2 = 1, ..., K) (1)
When N transmitting antennas are used, N orthogonal beams can be created at the maximum, and the maximum value of K when this method is used is N. As described above, when transmission is performed using orthogonal transmission weights, the reception vector Hw of each signal is obtained._kAre likely to be mutually different vectors. Mutual vector Hw_kWhen the signals greatly differ from each other, it becomes easy to separate and receive the signals, and parallel signal transmission can be performed with high quality.
[0048]
Note that various methods can be considered as means for determining the orthogonal transmission weight that satisfies Expression (1). For example, when N is a power of 2 such as 2, 4, 8, 16, 32,.
w_k= [W_k1, ..., w_kN]^T
Is expressed using Walsh codes or the like, it is possible to create a state in which the correlation between the weight vectors is mutually zero. In the case of 4 antennas
w₁= [$ 1, $ 1, $ 1, $ 1]^T
w₂= [1, 1, -1, -1]^T
w₃= [1, -1, 1, -1]^T
w₄= [1, -1, -1, 1]^T
It becomes. In addition, a method of determining a weight vector using a general Gram-Schmidt orthogonalization method for N is also possible. Also, the transmission quality of the present method can be improved by using an orthogonal vector by another method.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, by using transmission weights that are orthogonal to each other at the transmitting station, the mutual channels can be made nearly orthogonal without using propagation information or the like. Becomes possible.
[0050]
Embodiment 5 FIG.
In the present embodiment, a block configuration in a transmission method using a plurality of transmission / reception beams will be described. FIG. 18 is a block diagram showing the present embodiment. In FIG. 18, (a) shows the configuration of a data transmission requesting station, and (b) shows the configuration of a data receiving station.
[0051]
In FIG. 18A, S51 is a transmission signal, 52 is a communication request signal generation unit that generates a communication request signal S52 for requesting the other party to perform communication, and 51 switches between the transmission signal and the communication request signal. The switch 53 is a weight control unit that multiplies the transmission signal S53 output from the switch 51 by the weight of each beam based on the weighting signal S56, and 55 is information S54 weighted and synthesized for each beam and each antenna. , An array antenna for receiving a communication request response signal from the receiving station in response to the communication request signal, S55 analyzing each antenna output of the communication request response signal from the receiving station, 54 analyzing the antenna output S55, and Is a weight analysis unit that generates the weighting signal S56. In FIG. 18B, reference numeral 56 denotes an array antenna on the receiving station side, S56 denotes each antenna output of a communication request signal from the transmission requesting station, and 57 denotes a transmission path response S57 between the transmitting and receiving antennas based on information on the antenna output S56. A communication channel estimator 58 for analyzing the transmission channel response S57 and outputting a state S58 of each communication channel, and a communication channel searching unit 59 for selecting a used channel based on the state S58 of the communication channel. The selector 60 is a power allocation calculator that determines the power allocation of each channel based on the information S59 on the used channel. The 61 uses the channel information S60 including the power allocation of each channel to determine the weight of each channel and each antenna. A weight calculating unit for calculating; 62, a communication request response signal generating unit for generating a communication request response signal S62; 63, a weight Controls weights of each antenna based on the distribution S61, generation and weighted signal S63 in the communication request response signal S62, a weight control unit for generating a reception signal S65 by weighting and combining the antenna outputs S64.
[0052]
The operation of the present embodiment will be described. The data transmission request station (hereinafter referred to as station A) that has generated the transmission request generates a communication request signal S52 and transmits the signal from the antenna 55. At this time, the weight control is not usually performed. The data receiving station (hereinafter, station B) that has received the communication request signal estimates the transmission path between the transmission antenna 55 and the reception antenna 56 using the antenna output S56 of the communication request signal, and generates a transmission path response S57. On the basis of the transmission path response S57, the communication channel search unit 58 checks the state of each communication channel (beam) and generates channel state information S58. The maximum number of communication channels is defined by the number of transmission / reception antennas. The channel selection unit 59 selects a channel to be used for communication between the stations A and B based on the state of each channel. Further, from various information about each used channel, the power distribution of each channel is calculated by the power distribution calculating unit 60 so that the most efficient communication is possible, and then the channel including the power allocation is calculated by the weight calculating unit 61. An antenna weight S61 at the time of data transmission / reception is calculated from the information S60. After that, the communication request response signal generation section 62 generates a communication request response signal S62 that is orthogonal to each channel, performs weighting synthesis using the calculated antenna weight S61, and transmits the weighting signal S63 to the station A. . In the station A, the weight analysis unit 54 can know the used communication channel (beam) by analyzing each antenna output S55 when receiving the communication request response signal S62 from the station B. The antenna weight S56 of each channel is determined on the basis of this. The weight control unit 53 performs weighting according to the weight information S56 and starts data transmission. The station B weights and synthesizes the reception information S64 from the station A with the weight S61 already set, and extracts the reception signal S65. When the transmission path information is known at the station A, the communication request response signal S62 does not need to be orthogonal for each channel.
[0053]
As described above, in the present embodiment, by adopting the above configuration, it is possible to synchronize the channels used between the transmitting and receiving stations, and to perform efficient communication using a plurality of channels (beams). Becomes possible.
[0054]
In the following embodiments, various examples for realizing the present configuration will be described.
[0055]
Embodiment 6 FIG.
In the present embodiment, a method for improving the efficiency of signal transmission using a specific transmission / reception weight in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 5 will be described. FIG. 6 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment. In FIG. 6, reference numeral 5 denotes a transmitting station (transmitting weight multiplier), 6 denotes a propagation path, and 7 denotes a receiving station (receiving weight multiplier).
[0056]
In the present embodiment, the matrix H^HTransmit beamforming is performed using the eigenvectors of H. Here, the matrix H^HIs the complex conjugate transpose of the matrix H. Then, the matrix H^HThe properties of H are outlined below. Matrix H^HLet the eigenvalue of H be λ_n,Eigenvector e_n(N = 1, 2,..., N),
E = [e₁, E₂, ..., e_N]
Λ = diag [λ₁, Λ₂, ..., λ_N]
Is defined as follows.
H^HH = EΛE
Where H^HH is a Hermitian matrix, and matrix E is a unitary matrix. Therefore, the following relationship is satisfied.
E^HE = EE^H= I
The method according to the present embodiment will be described using the properties of such a matrix.
[0057]
In this embodiment, the weight control unit 53 sets the transmission weight to w._n= E_nTransmitted as At this time, the reception vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by the following equation.
x (p) = Σ_{k = 1} ^Ka_kS_k(P) + z (p)
a_k= H w_k
Where a_kIs an equivalent propagation vector of the signal k as viewed from the receiving station. Matrix A = [a₁, ..., a_N], W = [w₁, ..., w_N], The following equation holds.
A^HA = W^HH^HH W
= E^HH^HH E
= Λ
From this result, the equivalent propagation vector a_kAre orthogonal to each other. Accordingly, the reception weight v_k= A_k ^*When array signal processing is performed between antennas using
y_k(P) = a_k ^Hx (p)
= Λ_kS_k(P) + a_k ^HZ (p)
And other signals are removed. As described above, the transmission weight is set to w by the weight control unit 53._n= E_nAnd the weight control unit 63 sets the reception weight to v_k= (H w_k)^*By doing so, K transmission signals can be transmitted without mutual interference. This communication path is hereinafter referred to as an orthogonal channel. According to this method, it is possible to cope with higher-speed transmission than the conventional method without deteriorating the communication quality. Note that the eigen equation H^HHw_k= Λ_kw_kWhen H is added from the left side of^*H^Tv_k= Λ_kv_kHolds. Therefore, the transmission weight v_kIs H^*H^TIs the eigenvector. Here, H^*Is the conjugate transpose of the matrix H, H^TIs the transposed matrix of the matrix H.
[0058]
Further, here, in order to grasp the communication capacity of the present embodiment, the communication capacity is measured based on the Shannon capacity index. For simplicity, the noise vector is uncorrelated at each antenna of the receiving station, ie, E [z z^H] = P_zAssume that the relationship of I is satisfied. Further, it is assumed that K = N and the same transmission power Ps is used for each transmission beam. At this time, a_kThe noise a at each output due to the orthogonality between_k ^HZ (p) is uncorrelated. After all, the signal power of the signal k is Psλ_k ²Noise power is P_zλ_kAnd transmission weight w_kReceive weight v_kThe SINR of the k-th orthogonal channel formed by (Ps / P_z) Λ_kGiven by N orthogonal channels are equivalently formed between the transmitting and receiving stations, and the communication capacity is given by the following equation.
C = Σ_{k = 1} ^KLog₂(1+ (Ps / P_z) Λ_k)
In the conventional beam forming, the communication capacity is equivalent to this one channel, so that the communication capacity is greatly improved by this method.
[0059]
The communication capacity when space time coding is used is given by the following equation.
C = log₂Det (I + (P_s/ P_z) H^HH)
= Σ_{k = 1} ^Nlog₂(1+ (P_s/ P_z) Λ_k)
As described above, when the same transmission power is assigned to each beam, the communication capacity is equal to that when space time coding is used.
[0060]
In the present embodiment, the weight is determined using the information of the propagation vector H. Various methods have been considered as a method for estimating the propagation vector H. Here, H may be estimated by any existing method. Also, the power of each transmission beam does not necessarily have to be constant. By changing the power for each transmission beam (under a constant total transmission power), it is possible to further improve the overall communication capacity. In that case, the communication capacity can be further improved as compared with the case where space time coding is used.
[0061]
As described above, when the method of the present embodiment is used, a communication capacity larger than that of the conventional beam forming method is possible. Further, it is possible to secure a communication capacity equal to or more than that of the technique using space time coding.
[0062]
As described above, according to the present embodiment, by determining the transmission weight using propagation path information, it is possible to construct a plurality of mutually orthogonal interference-free orthogonal channels.
[0063]
Embodiment 7 FIG.
In the present embodiment, an example of a method of estimating the propagation path H in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams according to Embodiment 5 will be described. FIG. 7 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment. In FIG. 7, 6 is a propagation path, 7 is a receiving station (receiving weight multiplier), and 20 is a receiving filter corresponding to a transmission signal.
[0064]
In the transmitting station, when estimating the propagation path H, the communication request signal generator 52 transmits a different signal for each antenna. At this time, each transmission signal is set so that the signal to be transmitted is orthogonal within the range of sample 1 to sample p0. That is, the transmission signal s corresponding to each antenna₁(T), ..., s_k(T), ..., s_N(T) satisfies the following relationship.
Σ_{p = 1} ^{p = po}S_k1(P) s_k2(P)^*= P0 k1 = k2
= 0 other times
Such an orthogonal signal is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0065]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mnS_n(P) + z_m(P)
In the propagation path estimating section 57 following each receiving antenna 56, a matched filter corresponding to each transmission signal is prepared. The output g (m, k) of the matched filter 20 corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.
g (m, k) = (1 / p0) Σ_{p = 1} ^poS_k(P)^*X_m(P)
= H_mk{+ (1 / p0)}_{p = 1} ^poS_k(P)^*z_m(P)
The second term is a noise term, and the larger the value of p0, the smaller the noise.
[0066]
As described above, by transmitting the orthogonal signal from each antenna on the transmitting side, it is possible to perform channel estimation.
[0067]
Here, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the transmission path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. It is possible to determine the reception weight based on the obtained propagation path information. An example of the weight determination method is described in Embodiment 6, but can be applied to other weight determination methods. According to the sixth embodiment, the weight calculation unit 61 calculates the matrix H using the estimated H.^*H^TIs performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not necessary to use all M weights, and it is possible to form a reception beam within a range of 1 to M weights.
[0068]
Up to this point, orthogonal signals have been transmitted from the transmitting side (station A), and the propagation path has been estimated on the receiving side (station B). Conversely, the same control can be performed from the receiving side (station B) to the transmitting side (station A). That is, the orthogonal signal is transmitted from each antenna of the station B, and the transmission side (station A) performs channel estimation. FIG. 8 shows the configuration of the transmitting / receiving station in this control. In this way, it is possible to perform propagation path estimation between the A and B stations.
[0069]
According to the sixth embodiment, the matrix H is calculated using the estimated H.^HEigenvalue decomposition of H is performed, and N eigenvectors are used as transmission weights of each beam during information communication. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not necessary to use all N weights, and it is possible to form transmission beams within the range of 1 to N weights.
[0070]
Thus, by grasping the propagation path information between the A and B stations, the transmission / reception weight can be determined using the propagation path estimation result H.
[0071]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to construct a plurality of orthogonal channels free from mutual interference by determining the reception weight using the propagation path information.
[0072]
Embodiment 8 FIG.
The present embodiment relates to a method for determining an effective transmission / reception weight when an interference signal exists on the reception side in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment. FIG. 9 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment. In FIG. 9, reference numeral 5 denotes a transmitting station (transmitting weight multiplier), 6 denotes a propagation path, and 7 denotes a receiving station (receiving weight multiplier).
[0073]
In the present embodiment, as in Embodiment 1, the reception vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by the following equation.
x (p) = Σ_{k = 1} ^KH w_kS_k(P) + z (p)
Here, z (p) is an interference noise vector, which includes not only noise but also interference components. Also, there is a correlation between antennas, and R_IN= E [z (p) z (p)^H].
[0074]
In the present embodiment, R_IN ^{-1 *}H^*H^TIs formed using the eigenvectors of On the transmitting side, H^HR_IN ^-1A transmit beam is formed using the eigenvectors of H. That is, the transmission and reception vectors satisfy the following equations.
H^HR_IN ^-1Hw_n= Ρ_nW_n
R_IN ^{-1 *}H^*H^Tv_n= Ρ_nV_n
Where R_INIs the interference noise matrix at the receiving station. Also, ρ_nRepresents an eigenvalue, but H^HR_IN ^-1H and R_IN ^{-1 *}H^*H^THave the same eigenvalue.
[0075]
Using such a weight makes it possible to receive a signal from a desired transmitting station with high quality while suppressing interference even when an interference signal exists at the receiving station. Note that, at the receiving station, R_IN, H can be considered, but any method may be used.
[0076]
Also, R_INInstead of the correlation matrix of all received signals R = E [x (p) x (p)^H], Good reception quality can be obtained. FIG. 10 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment. In this case, the eigen equations satisfied by the transmission and reception weights are respectively
R^{-1 *}H^*H^Tv_n= Ρ_nv_n
It becomes. Even with such a configuration, it is possible to receive a signal from a desired transmitting station with high quality while suppressing interference even when an interference signal exists at the receiving station. Although various methods for estimating R and H at the receiving station are conceivable, any method may be used.
[0077]
As described above, in the present embodiment, by determining the transmission weight using propagation path information, even when there is an interfering component correlated between antennas at the receiving station, a plurality of mutual interference components can be determined. It is possible to construct no orthogonal channels.
[0078]
Embodiment 9 FIG.
The present embodiment relates to a method for enabling high-speed weight calculation, among the reception weight formation methods in the eighth embodiment. FIG. 13 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment.
[0079]
In the present embodiment, when determining the reception weight before the start of information communication, a different signal is transmitted from the transmitting station for each antenna. At this time, each transmission signal is set so that the transmission signal is orthogonal within the range of sample 1 to sample p0. That is, the transmission signal s corresponding to each antenna₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) satisfies the following relationship.
Σ_{p = 1} ^{p = po}S_k1(P) s_k2(P)^*= P0 k1 = k2
= 0 other times
Such an orthogonal signal is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0080]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mnS_n(P) + z_m(P)
Where z_m(P) is an interference noise component, which has a correlation between antennas.
[0081]
In the propagation path estimating unit 57 following each receiving antenna, a matched filter corresponding to each transmission signal is prepared. The output g (m, k) of the matched filter corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.
g (m, k) = (1 / p0) Σ_{p = 1} ^poS_k(P)^*X_m(P)
= H_mk{+ (1 / p0)}_{p = 1} ^poS_k(P)^*z_m(P) (2)
The second term is an interference noise term, and the noise decreases as p0 increases. As described above, the transmission path H can be estimated by transmitting the orthogonal signal from each antenna on the transmission side.
[0082]
Further, the correlation matrix of the received signal is estimated by the following equation.
Φ = Σ_{p = 1} ^{p = p1}X (p) x (p)^H(3)
Here, the range of Σ in Equation (2) and Equation (3) may be different.
[0083]
Here, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the transmission path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. It is possible to determine the reception weight based on the obtained propagation path information. An example of the weight determination method is described in Embodiment 8, but can be applied to other weight determination methods. According to the eighth embodiment, the weight calculation unit 61 calculates the matrix Φ using the estimated Φ and H.^-1 ^*H^*H^TIs performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not necessary to use all M weights, and it is possible to form a reception beam within a range of 1 to M weights.
[0084]
As described above, in the present embodiment, it is possible to determine weights with high accuracy using highly accurate channel estimation.
[0085]
Embodiment 10 FIG.
The present embodiment relates to a receiving weight forming method according to the eighth embodiment, which is particularly different from the ninth embodiment that enables high-speed weight calculation. Specifically, the correlation matrix calculation method is different. FIG. 19 shows the configuration of the transceiver according to the present embodiment.
[0086]
In the present embodiment, when determining the reception weight before the start of information communication, the transmission signal s different for each antenna from the transmitter.₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0087]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mns_n(P) + z_m(P)
Where z_m(P) is an interference noise component, which has a correlation between antennas. Here, p = 1 is the transmission signal s_nStarting sample of (p), s when p = <0_n(P) = 0.
[0088]
The propagation path estimator 57 (see FIG. 18) subsequent to each receiving antenna has a matched filter corresponding to each transmission signal. The output g (m, k) of the matched filter corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.
g (m, k) = (1 / p0) Σ_{p = 1} ^poS_k(P)^*X_m(P)
= H_mk+ (Noise interference term)
The second term is an interference noise term, and the noise decreases as p0 increases. As described above, by transmitting a signal from each antenna on the transmission side, the (m, k) element of the propagation path H is estimated as g (m, k).
[0089]
Further, in the present embodiment, the correlation matrix of the received signal is estimated by the following equation.
Φ_IN= Σ_{p <= 0}X (p) x (p)^H
Here, the transmission signal s of p <= 0_kOnly the interference noise component is estimated using the section where (p) does not exist.
[0090]
From the result calculated in this way, the matrix Φ_IN ^-1 ^*H^*H^TIs performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not necessary to use all M weights, and it is possible to form a reception beam within a range of 1 to M weights.
[0091]
In the present embodiment, the transmission signal s₁(T), ... s_k(T), ..., s_KUsing a section where (t) does not exist, a correlation matrix Φ_INIs calculated. By performing the correlation matrix calculation of the interference noise component in advance in this way, a highly accurate correlation matrix can be obtained. Also, Φ_IN ^-1H^*H^TIt is possible to obtain good reception weights and eigenvalues in the eigenvalue decomposition of.
[0092]
Embodiment 11 FIG.
The present embodiment relates to a method for determining a transmission weight in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams according to the fifth embodiment. In the present embodiment, the reception weight v_kIs determined first, and the transmission weight is determined using the result. FIG. 14 shows the configuration of the transmitting / receiving station in the present embodiment.
[0093]
Station B reception weight v_kIs determined at the receiving station, the communication request response signal generation unit 62 generates the transmission signal r._k(P) is prepared, and the weight v already determined by the weight control unit 63._kAnd then transmit from each antenna. At station A, signal r_kThe matched filter of (p) is prepared for each antenna, and the detected value q at each antenna is_knIs vectorized (q_k= [Q_k1, Q_k2, ..., q_kN]^T). Finally, the transmission weight is set to w in the weight analysis unit 54._k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_k|. Here, | · | represents the norm of the vector. This method uses v_kCan be used irrespective of the method of determining.
[0094]
This relationship is described mathematically as follows. In the fifth to eighth embodiments, the transmission weight w_kAnd receiving weight v_kSatisfies the following relationship.
v_k= (Hw_k)^*
That is, V = [v₁, ..., v_K], W = [w₁, ..., w_K] Can be rewritten into the following equation.
HW = V^*
H^HHW = H^HV
WA = H^HV^*
W^*Λ^*= H^TV
In this equation, the right side is the vector v_mRepresents a reception vector received by the station A when a signal is transmitted. Thus, the station A can determine the transmission weight using the signal from the station B.
[0095]
As described above, according to the present embodiment, a reception weight used for beamforming on the reception side is first determined, a signal is transmitted from the reception side using the reception weight, and the signal is received on the transmission side. By determining the transmission weight based on the received data, the transmission weight can be efficiently determined with a small control amount.
[0096]
Embodiment 12 FIG.
In the present embodiment, a signal r transmitted from each antenna of terminal B in Embodiment 11_k(P).
[0097]
In the present embodiment, the transmission signal r_kThe following temporally orthogonal signals are used as (p).
Σ_{p = 1} ^{p = po}R_k1(P) r_k2(P)^*= P0 k1 = k2
= 0 other times
By using such orthogonal signals, more accurate propagation path estimation at station A is performed.
[0098]
Hereinafter, detailed signal processing in the station A will be described. Station A receives the following signals.
x_A(P) = Σ_{n = 1} ^NH^Tv_nR_n(P) + z_A(P)
Where z_A(P) represents a noise component at terminal A. At the station A, when receiving the signal, the signal r_kUsing the matched filter corresponding to (p), a correlation operation of the following equation is performed.
q_n= (1 / p0) Σ_{p = 1} ^poR_k(P)^*X_A(P)
= H^Tv_n+ (Noise component)
As described in the eleventh embodiment, H^Tv_{n =}λ^* _nw_{n *}In a relationship. Therefore, the transmission weight is set to w_k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_k|.
[0099]
In the present embodiment, by simultaneously transmitting, from a plurality of beams, signals orthogonal in time as transmission signals from station B, the propagation path estimation vector q_nCan be estimated with good accuracy.
[0100]
Embodiment 13 FIG.
The present embodiment relates to a method of performing communication by selecting only some orthogonal channels (beams) in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment.
[0101]
In the seventh embodiment, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the transmission path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. In the present embodiment, communication channel search section 58 uses matrix H based on the estimation result from propagation path estimation section 57.^*H^TTo obtain M eigenvalues λ_kIs calculated.
[0102]
In the sixth embodiment, the SINR of each orthogonal channel is (Ps / P_z) Λ_kAnd the matrix H^*H^TIt is shown that the eigenvalue λ_kIs used to determine whether the orthogonal channel is available. That is, the used channel selection unit 59 uses the eigenvalue λ_kIs determined according to the value of. One of the specific determination methods is the eigenvalue λ_kIs the threshold λ_thA configuration is considered in which the above is used and not used otherwise. However, other determination methods may be used.
[0103]
Next, in the power distribution calculation unit 60, the selected eigenvalue λ_kIs used to determine a required transmission power value, and a transmission power value used in the orthogonal channel is determined. When no special processing is performed by the power distribution calculation unit 60, uniform power is distributed to the selected channel. It is also possible to change the modulation method or the encoding method for each orthogonal channel. Also in this case, the eigenvalue λ_k, A modulation method or an encoding method to be used is determined. If no special processing is performed, a standard QPSK signal is selected.
[0104]
FIG. 20 shows an example of a method for determining the transmission power, the modulation scheme, and the encoding method. As shown in the figure, the station B has a table for determining a transmission power, a modulation method, and an encoding method corresponding to the eigenvalue λk. When calculating the eigenvalue λk, the station B determines a modulation scheme and an encoding method according to the magnitude of the eigenvalue λk based on the table in FIG. Note that, although the case where the transmission power, the modulation scheme, and the encoding method are simultaneously determined is shown as an example in this drawing, it is also possible to determine only a part of the transmission power, the modulation scheme, or the encoding method from the eigenvalue λk. .
[0105]
When the station B determines the selected orthogonal channel and the power distribution, modulation method, and coding method to be used for the channel, the station B calculates the reception weight as v in the weight calculation unit 61 as in the seventh embodiment._kAnd Here, the reception weight is a matrix H^*H^TThe eigenvector is given by a matrix H in the communication channel searching unit 58.^*H^TCan also be obtained at the same time as calculating the eigenvalue of. Here, the weight may be calculated independently in the weight calculation unit 61 or the result in the communication channel search unit 58 may be used.
[0106]
Thus, the reception weight v_kWhen station B is determined, the communication request response signal generating section 62 transmits the transmission signal r_kPrepare (p), weight v_kA signal is transmitted to the A station using the transmission beam corresponding to. FIG. 21 shows an example of a signal format transmitted from the station B to the station A. This transmission signal is a transmission signal r_kAfter (p), data related to the required transmission power, the required modulation method, and the required encoding method are further included. As shown in Embodiment 11, when station A receives a signal from station B, weight analyzing section 54 changes the transmission weight to w._k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_k|. In addition, by receiving data on the required transmission power, the required modulation scheme, and the required encoding method, it is possible to determine the transmission power, the modulation scheme, and the encoding method used during communication. Note that the signal format in FIG. 21 is an example, and other formats may be used.
[0107]
By such a series of operations, the transmitting / receiving station can select some channels from the orthogonal channels and use them for communication. Here, the eigenvalue λ is taken as an example in the case of the transmission scheme of the seventh embodiment._kThe method of selecting a beam and performing communication according to is described above. However, when the interference signal described in the eighth and ninth embodiments exists, the matrix Φ^-1 ^*H^*H^TAnd the resulting eigenvalue ρ_n, The same beam selection, transmission power, modulation method, and coding method are determined. Therefore, the beam selection, transmission power, modulation method, and coding method described in the present embodiment are determined by the matrix Φ^-1 ^*H^*H^TCan be applied to the case where eigenvalue decomposition is performed.
[0108]
Embodiment 14 FIG.
In the present embodiment, in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams according to the thirteenth embodiment, when only a part of orthogonal channels (beams) is selected and communication is performed, an orthogonal channel used by a base station is recognized. How to do it.
[0109]
In the thirteenth embodiment, station B determines a channel to be used in a used channel search unit. Receive weight v_kIs determined by the communication request response signal generation unit 62,_k(P) is prepared. At this time, the reception weight v corresponding to the used channel is used._kTransmission signal r to station A using only_kSend (p).
[0110]
In the station A, the weight analyzer 54 outputs the transmission signal r._kThe signal is received using the matched filter corresponding to (p) (Embodiment 11), and the vector q_kIs calculated, but the detected vector q_kIs only the vector corresponding to the used channel. This is the transmission signal r corresponding to the usage channel._kThis is because only (p) is transmitted from the B station. Therefore, in the station A, the vector q detected by the weight analysis unit 54_k, The channel that the station B is trying to use can be recognized. In this case, even if the control information is not sent, the station A receives the vector q_k, The channel to be used can be recognized.
[0111]
Station A has a vector q of the used channel._kSend weight w from_kIs determined, and information communication from the station A to the station B can be started using only the use channel. When no special processing is performed, the station A transmits a signal at the same power determined in advance in each orthogonal channel to be used.
[0112]
As described above, according to the present embodiment, the channel to be used can be notified to the other station without using a control signal.
[0113]
Embodiment 15 FIG.
In the present embodiment, in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 13, when only some of the orthogonal channels (beams) are selected and communication is performed, simultaneously with the orthogonal channels used by the base station, The present invention relates to a method for recognizing a transmission power and a modulation method at the time of information communication.
[0114]
In the thirteenth embodiment, the station B determines a channel to be used in the used channel search unit 58. Receive weight v_kIs determined by the communication request response signal generation unit 62,_k(P) is prepared. At this time, the reception weight v corresponding to the used channel is used._kTransmission signal r to station A using only_kSend (p). At this time, the transmission signal r from the station B_k(P) includes a required transmission power and a required modulation method for performing information communication. Transmission signal r_kThe description method of the required transmission power and the required modulation method in (p) follows a predetermined method. As an example, there is a method using spread spectrum. That is, the orthogonal transmission signal r from each beam of station B_k(P) is used as a spread signal, and is multiplied by information of a required transmission power and a required modulation scheme, and transmitted. In station A, the weight analysis unit performs despreading by receiving a signal using the corresponding matched filter, and extracts data relating to the required transmission power and the required modulation scheme.
[0115]
By such a method, the station A can grasp the required transmission power and the required modulation scheme in each orthogonal channel to be used.
[0116]
Embodiment 16 FIG.
The present embodiment relates to a method for performing access control simultaneously with a control method for determining transmission / reception weights in a MIMO system.
[0117]
FIG. 22 is a diagram illustrating a control method and an access method according to the present embodiment. In addition to terminals A and B that perform transmission and reception, terminals C and D exist. Hereinafter, the weight control method and the access method of the present embodiment will be described with the transmitting station as terminal A and the receiving station as terminal B. In the present embodiment, a request (REQ; request) signal is transmitted from terminal A to terminal B, and a channel notification (REP; report) signal from terminal B to terminal A is returned. The transmission / reception weight is determined using the two-stage signal transmission. FIG. 23 shows an example of a signal format used in the control of the present embodiment. FIG. 23A shows an example of the REQ signal, and FIG. 23B shows an example of the REP signal. FIGS. 24, 25, and 26 show the operation of each terminal at the time of transmitting the REQ signal, the REP signal, and the communication signal in the present embodiment, respectively.
[0118]
Hereinafter, the present embodiment will be described. When the information to be transmitted is generated, the terminal A notifies the terminal B of the occurrence using the REQ signal. At this stage, the terminal A does not know the exact position of the terminal B, and terminals C and D other than the terminal B exist around the terminal A. In such a situation, the terminal B is searched from the terminals B, C, and D using the REQ signal, and a communication start request is made.
[0119]
As shown in FIG. 23A, the REQ signal is composed of a pilot signal part and a control signal. Here, as an example of the pilot signal, there is a configuration in which a signal orthogonal in time is transmitted from terminal A shown in Embodiment 9. Further, as an example of the control signal unit, there is a configuration including the user ID of the transmitting / receiving terminal shown in FIG. Here, the pilot signal portion of the REQ signal is a signal sequence known to the peripheral terminals B, C, and D.
[0120]
When the terminals B, C, and D existing around the terminal A detect the pilot signal portion of the REQ signal, they recognize that the REQ signal has arrived. Next, each terminal checks the control signal part of the REQ signal. By confirming the user ID of the control signal, it can be confirmed whether or not the REQ signal is a communication request for the terminal itself.
[0121]
As shown in FIG. 24, when the terminal B confirms that the REQ signal is a request for communication to its own terminal, the terminal B measures the propagation state between the terminals A and B using the pilot signal part. Also, orthogonal channels are calculated based on the propagation measurement results, and whether or not each orthogonal channel can be used is determined. As a specific orthogonal channel calculation procedure, there is an example described in the ninth embodiment.
[0122]
On the other hand, when the terminals C and D confirm that the REQ signal is not a request signal to the own terminal, the terminals C and D enter a standby state without performing subsequent processing. As described above, by transmitting the REQ signal, a request signal can be transmitted from the many terminals to the terminal B to be communicated.
[0123]
Terminal B calculates the orthogonal channel, and determines the required transmission power or modulation scheme or coding method. Also, the terminal A is notified of necessary information using the REP signal. As an example of the REP signal, there is a configuration having a pilot signal section and a control signal section shown in FIG. As an example of the pilot signal unit, the configuration described in Embodiment 11 can be considered. As an example of the control signal unit, there is a configuration including a user ID and a required transmission power, a required modulation method, a required encoding method, and the like shown in FIG. Note that the pilot signal portion of the REP signal is a signal sequence known to peripheral terminals A, C, and D.
[0124]
As shown in FIG. 25, upon receiving the REP signal, terminal A determines the transmission weight by estimating the propagation coefficient. As an example of the method of determining the transmission weight, there is the method described in the eleventh embodiment. The peripheral terminals C and D # also detect the REP signal, and recognize that the terminal B will enter a state of receiving communication from now on. At this time, the terminals C and D refrain from performing new transmission so as not to disturb the signal reception of the terminal B. That is, since terminals C and D refrain from performing new transmission after receiving the REP signal, terminal B can perform stable communication without being disturbed (FIG. 26).
[0125]
As described above, the transmission and reception wait control is performed by the control using the REQ signal and the REP signal, and the access control is performed at the same time. Specifically, the terminal A searches for the terminal B according to the REQ signal. At the same time, the terminal B performs channel estimation and orthogonal channel determination using the REQ signal. In the REP signal, terminal B notifies terminal A of data necessary for communication. At the same time, new communication in the terminals C and D is stopped. The termination of the new communication between the terminals C and D enables the terminals A and B to perform stable communication.
[0126]
As described above, by performing access control simultaneously with weight control using the REQ signal and the REP signal, a target terminal can be searched from many terminals, and stable communication can be performed during communication. Such control enables stable communication even in a distributed network environment found in a wireless LAN.
[0127]
Note that, as shown in the present embodiment, terminal B transmits a REP signal to terminal A, and simultaneously issues a communication stop request to peripheral terminals C and D. At this time, since the REP signal issues a communication stop request only to a spatial channel necessary for communication, communication stop of another terminal is not required for an unused spatial channel. Therefore, the communication is stopped only in the necessary space area, and unnecessary communication stop of the peripheral terminal is reduced.
[0128]
At present, in the field of wireless LAN, RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) protocol is known as one method for requesting communication suspension of peripheral terminals. In starting communication, the receiving terminal (receiving station) transmits a CTS (Clear to Send) signal uniformly in all directions, and the peripheral terminals receiving the CTS signal stop communication for a certain period of time.
[0129]
However, as seen in the present embodiment, unnecessary communication stop of peripheral terminals can be reduced by making a communication stop request only for a necessary spatial channel in each direction. This communication stop control can be applied in any environment where the receiving station performs beam forming.
[0130]
In the present embodiment, a description has been given of a case where communication stop of other terminals C and D is performed when a transmitting station and a receiving station use a plurality of antennas. Is not limited to that case. The communication stop control method is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to any environment where the receiving station performs beam forming, including the case where the transmitting station and the receiving station use a single antenna.
[0131]
Embodiment 17 FIG.
This embodiment relates to a method for realizing a MIMO system in a multicarrier communication system.
[0132]
Recently, in wireless communication, there is a high demand for a system capable of higher-speed transmission and higher-speed movement, and it is necessary to transmit a wideband signal in a radio frequency band. Regarding the transmission of wideband signals, a multicarrier system that performs parallel transmission of signals using a plurality of carriers simultaneously has attracted particular attention. In the multi-carrier transmission method, low-speed data is arranged in parallel on a frequency and transmitted simultaneously using different carriers. The transmission speed is improved by performing parallel transmission of signals.
[0133]
FIG. 27 shows a basic configuration diagram of the multicarrier communication system. As shown in the figure, the signal transmitting unit multiplexes a plurality of signals into a plurality of different frequencies and transmits the signals. On the receiving side, the signals multiplexed on a plurality of different frequencies are separated and used as the received signal of each carrier. FIG. 28 is a diagram illustrating a signal multiplexed on a plurality of carriers. As shown in the figure, the signal multiplexed by the multicarrier signal transmission unit is multiplexed on a plurality of frequencies and transmitted. At this time, the signal transmitted by each carrier can be handled independently. That is, as in the case of single carrier transmission, each carrier can be individually handled.
[0134]
Therefore, the first to sixteenth embodiments have been described for single-carrier transmission, but the same signal processing can be applied to a multi-carrier transmission scheme.
[0135]
FIG. 29 shows a signal processing configuration in which the MIMO system of the present invention is applied to a multicarrier transmission system. By configuring the MIMO systems described in Embodiments 1 to 16 for each carrier as shown in this drawing, the MIMO system of the present invention can be applied to a multicarrier transmission scheme. Further, by applying the present invention to a multi-carrier transmission system, high-speed transmission using frequencies and spatial domains effectively can be performed.
[0136]
【The invention's effect】
According to the present invention, K transmission signals are copied N by N each, multiplied by different transmission weights, and K signals are combined to form N transmission beams for transmission. One or more transmitting stations, and the received N transmitted beams are received as K received vectors composed of M components, each of which is multiplied by a different receiving weight, and each of them is multiplied by M. Since the wireless transmission apparatus includes one or more receiving stations that form K reception beams by combining signals, it is possible to transmit a plurality of signals simultaneously and in parallel by using a plurality of transmission and reception beams. Become.
[0137]
Further, since the receiving weight of the receiving station is determined by using the MMSE combining criterion or the maximum ratio combining method, it is possible to receive a high-quality signal by using a receiving beam weight calculating method suitable for signal reception. It becomes.
[0138]
Further, in the multiplication operation of the reception weights in the individual reception beams of the reception station, since a common correlation matrix is used, the correlation matrix operation in the weight operation in forming a plurality of reception beams is shared, The amount of calculation can be reduced.
[0139]
Further, since the transmission weights used in the transmitting station are orthogonal to each other, the transmission weights are transmitted using the transmission weights orthogonal to each other at the transmitting station, so that mutual transmission weights can be obtained without using propagation information or the like. It is possible to make the channel nearly orthogonal.
[0140]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^HH, matrix H^HR_IN ^-1H or matrix H^HR^-1Since a plurality of eigenvectors of H are used as the transmission weights, the transmission weight is determined by using the propagation path information. It is possible to construct a quadrature channel without any error.
[0141]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^-1 ^*H^*H^TOr matrix R^-1 ^*H^*H^TSince the plurality of eigenvectors are used as the transmission weights, the transmission weights are determined using the propagation path information. It is possible to construct an orthogonal channel without interference.
[0142]
The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one of N transmitting antennas n to one of M receiving antennas. the propagation coefficient to m_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is represented by a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the antennas of the interference component is R_IN, When the correlation matrix between the antennas of all the received signals is represented by R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^-1 ^*H^*H^TOr matrix R^-1 ^*H^*H^TSince the transmission / reception beam, modulation scheme, transmission power, and / or coding method are determined using the plurality of eigenvalues, the orthogonal channel to be used can be selected using the propagation path information.
[0143]
Further, according to the present invention, each of the transmitting and receiving stations includes a plurality of antennas, and one of the transmitting and receiving stations individually transmits signals orthogonal in time between the antennas for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations transmits the transmitted signal. Is provided for each antenna, and the propagation path estimation is performed using the output of the matched filter.When performing the propagation path estimation, transmission is performed using a signal that is orthogonal in time for each antenna. Thus, highly accurate propagation path estimation becomes possible.
[0144]
Further, the transmitting and receiving station includes a plurality of antennas, respectively, and transmits a signal that is temporally orthogonal between antennas from one of the transmitting and receiving stations individually for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations corresponds to the transmitted signal. Since a matched filter is provided for each antenna and the propagation path is estimated using the output of the matched filter, it is possible to determine the weight with high accuracy using the highly accurate propagation path estimation using the matched filter.
[0145]
Further, the receiving weight used in the receiving station is first determined, a signal is transmitted from the receiving station using the receiving weight, the signal is received by the transmitting station, and the received data is Since the transmission weight used in the transmitting station is determined in advance, the transmission weight can be efficiently determined with a small control amount.
[0146]
Also, when transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, by transmitting the signal using only a channel selected in advance, to notify the other station of the channel to be used, a control signal The channel to be used can be notified to the other station without using.
[0147]
Further, when transmitting a signal from the receiving station using the reception weight, by adding a required transmission power or a required modulation method to the signal to be transmitted, the required transmission power or the required transmission power in each transmission / reception beam during information communication. Since the required modulation scheme is reported to the other station, the required transmission power and the required modulation scheme in each orthogonal channel can be reported.
[0148]
Further, the present invention provides a communication request signal generating unit for generating a communication request signal for requesting the other party to perform communication, and transmitting the generated communication request signal to the other party and transmitting the generated communication request signal to the other party. An array antenna unit for receiving a communication request response signal of the antenna, a weight analysis unit for analyzing the communication request response signal received by the array antenna unit and calculating a transmission weight of each antenna, and a calculation performed by the weight analysis unit. And a weight control unit that controls the transmission / reception weight of each antenna based on the transmission weight thus set, so that it is possible to synchronize the channels used between the transmission / reception stations. Efficient communication using channels can be performed.
[0149]
A transmission channel estimating unit for analyzing a transmission / reception weight of each antenna and estimating a transmission channel between the array antennas of the transmitting / receiving station; and a communication channel searching unit for searching for an available communication channel from the estimated transmission channel. And, a used channel selection unit that selects a channel to be used for actual communication from the searched available communication channels, and a power distribution calculation unit that calculates a signal power distribution to each of the selected used channels. A weight calculation unit that calculates the reception weight of each antenna from the used channel information and the power distribution information, and a weight control unit that controls the transmission and reception weight of each antenna based on the calculated reception weight, A communication request response signal generation unit for generating a communication request response signal for the communication request signal; It is possible to synchronize the used channel, it is possible to efficiently communication using multiple channels.
[0150]
Further, since the transmission weight and the reception weight corresponding to a plurality of spatial channels used between transmission and reception are set according to the propagation path, it is possible to determine the weight with high accuracy according to the propagation path.
[0151]
Further, since a control signal is transmitted from the transmitting station and the receiving station sets a plurality of spatial channels using the control signal, stable communication can be performed during communication.
[0152]
Further, the receiving station calculates, for each of the plurality of set spatial channels, a value of a parameter for measuring a reception weight and communication quality, and based on the value of the parameter, a spatial channel used for transmission / reception. Since a modulation method, transmission power, or an encoding method is selected, stable communication can be performed during communication.
[0153]
Further, by transmitting the control signal to the transmitting station by the receiving station using the selected spatial channel, the transmission weight in the transmitting station is determined based on the control signal, so that the communication during the stable Communication can be performed.
[0154]
Also, since both the control of the transmission / reception weight and the control of the access are performed based on the control signal transmitted between the transmission and the reception, a target terminal can be searched from many terminals, and stable communication can be performed at the time of communication. .
[0155]
Further, by transmitting a signal in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from a plurality of receiving stations, and the searched receiving station transmits a control signal for notifying a use channel with a directivity. Since transmission is performed to the transmitting station using an antenna, a target terminal can be searched from many terminals, and stable communication can be performed during communication.
[0156]
In addition, the control signal transmitted from the receiving station notifies the transmitting station of the use channel and instructs another transmitting / receiving station that is not a target of transmission / reception to stop transmission. Therefore, it is possible to stop the occurrence of new communication from a terminal other than the terminal, so that communication can be further stabilized.
[0157]
Further, the present invention is a wireless transmission device including a plurality of terminal devices for performing transmission and reception, wherein the terminal device instructs another terminal that is not a transmission and reception target to stop transmission for each use direction. Since at least one or more transmission stop signals are transmitted, the occurrence of new communication from a terminal that is not a transmission / reception target can be stopped, so that communication can be further stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating transmission / reception beam configurations in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a weight determination method according to the seventh and ninth embodiments of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 15 is a basic configuration diagram of a transmission / reception signal processing configuration using space time coding in a conventional technique.
FIG. 16 is a basic configuration diagram of transmission / reception signal processing using transmission / reception beamforming in the related art.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing transmission / reception beam formation in transmission / reception signal processing using transmission / reception beam formation in the conventional art.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a table for determining a transmission power, a modulation scheme, and an encoding method in a wireless transmission apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a signal format of a transmission signal in a wireless transmission device according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a wireless transmission device according to Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal format used for control of the wireless transmission device according to Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a wireless transmission device according to Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a wireless transmission device according to Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a wireless transmission device according to Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 27 is a configuration diagram showing a basic configuration of a multicarrier communication system.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a signal multiplexed on a plurality of carriers.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing a signal processing configuration in a case where the wireless transmission devices according to Embodiments 1 to 16 of the present invention are applied to a multicarrier transmission system.
[Explanation of symbols]
1 {transmission signal, 2} transmission antenna, 3} reception antenna, 4} reception signal, 10} correlation matrix operation unit, 20, 21} reception filter, 30} orthogonal signal for propagation path estimation, 31} eigenvector operation method, 32} correlation matrix operation unit, 33} propagation matrix Arithmetic unit.

Claims

One or more transmissions in which K transmission signals are copied N each, multiplied by different transmission weights, and K signals are combined to form N transmission beams to transmit. Bureau,
The received N transmission beams are received as K reception vectors composed of M components, each of which is multiplied by a different reception weight, and M signals are combined to obtain K transmission vectors. A wireless transmission apparatus comprising: one or more receiving stations that form the receiving beam of (1).

The wireless transmission device according to claim 1, wherein the receiving weight of the receiving station is determined using an MMSE combining criterion or a maximum ratio combining method.

The wireless transmission apparatus according to claim 1, wherein a common correlation matrix is used in the multiplication operation of the reception weights in each of the reception beams of the reception station.

4. The wireless transmission device according to claim 1, wherein the transmission weights used in the transmission station are orthogonal to each other.

The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas,
The propagation coefficient from one of the N transmitting antennas n to one of the M receiving antennas m is h _mn , the propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is a matrix H = [h _mn ], and the interference component between the antennas is When a correlation matrix is represented by R _IN and a correlation matrix between antennas of all received signals is represented by R, a plurality of eigenvectors of the matrix H ^H H, the matrix H ^H R _IN ^-1 H, or the matrix H ^H R ^-1 H 5. The wireless transmission device according to claim 1, wherein the transmission weight is used as the transmission weight.

The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas,
The propagation coefficient from one transmitting antenna n out of N to one receiving antenna m out of M is h _mn , the propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is a matrix H = [h _mn ], and the interference component is the correlation matrix _{R iN,} a correlation matrix between the total received signal antenna when expressed as R, the matrix ^H * ^{H T,} matrices _R ^iN ^-1 * ^{^H} * ^H ^T, or matrix ^R ^-1 * ^H * ^H The wireless transmission device according to claim 1, wherein a plurality of ^T eigenvectors are used as the transmission weight.

The transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas,
The propagation coefficient from one transmitting antenna n out of N to one receiving antenna m out of M is h _mn , the propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is a matrix H = [h _mn ], and the interference component is the correlation matrix _{R iN,} a correlation matrix between the total received signal antenna when expressed as R, the matrix ^H * ^{H T,} matrices _R ^iN ^-1 * ^{^H} * ^H ^T, or matrix ^R ^-1 * ^H * ^H 7. The radio transmission apparatus according to claim 1, wherein the transmission / reception beam, the modulation scheme, the transmission power, and / or the encoding method are determined using a plurality of eigenvalues of ^T.

Each transmitting and receiving station has a plurality of antennas,
A signal that is orthogonal in time between antennas from one of the transmitting and receiving stations is individually transmitted for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations includes a matched filter corresponding to the transmitted signal for each antenna,
A wireless transmission apparatus for performing propagation path estimation using an output of the matched filter.

The transmitting and receiving stations each include a plurality of antennas,
A signal that is orthogonal in time between antennas from one of the transmitting and receiving stations is individually transmitted for each antenna, and the other of the transmitting and receiving stations includes a matched filter corresponding to the transmitted signal for each antenna,
The wireless transmission device according to claim 7, wherein propagation path estimation is performed using an output of the matched filter.

The receiving weight used by the receiving station is first determined, a signal is transmitted from the receiving station using the receiving weight, the signal is received at the transmitting station, and the received data is received based on the received data. The wireless transmission device according to claim 1, wherein the transmission weight used in a transmission station is determined.

When transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, a signal to be transmitted is transmitted using only a channel selected in advance, thereby notifying a channel to be used to the other station. Item 11. The wireless transmission device according to item 10.

When transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, a required transmission power or a required modulation method is added to a signal to be transmitted, so that a required transmission power or a required modulation in each transmission / reception beam at the time of information communication is added. The wireless transmission apparatus according to claim 10, wherein the scheme is notified to the other station.

A communication request signal generation unit that generates a communication request signal for requesting the other party to perform communication,
An array antenna unit that transmits the generated communication request signal to the other party and receives a communication request response signal from the other party with respect to the communication request signal,
A weight analysis unit that analyzes the communication request response signal received in the array antenna unit and calculates a transmission weight of each antenna,
A wireless transmission device, comprising: a weight control unit that controls a transmission / reception weight of each antenna based on the transmission weight calculated by the weight analysis unit.

A transmission path estimator that analyzes transmission / reception weights of each antenna and estimates a transmission path between each array antenna of the transmission / reception station,
A communication channel search unit that searches for an available communication channel from the estimated transmission path;
A use channel selection unit that selects a channel to be used for actual communication from the searched usable communication channels,
A power distribution calculation unit that calculates a signal power distribution to each of the selected channels to be used,
A weight calculation unit that calculates the reception weight of each antenna from the used channel information and the power distribution information,
Based on the calculated reception weight, a weight control unit that controls the transmission / reception weight of each antenna,
14. The wireless transmission device according to claim 13, further comprising: a communication request response signal generation unit that generates a communication request response signal for the communication request signal.

The wireless transmission apparatus according to claim 1, wherein the transmission weight and the reception weight corresponding to a plurality of spatial channels used between transmission and reception are set according to a propagation path.

The wireless transmission apparatus according to claim 15, wherein a control signal is transmitted from the transmitting station, and the receiving station sets a plurality of spatial channels using the control signal.

The receiving station calculates, for each of the set plurality of spatial channels, a parameter value for measuring a reception weight and communication quality, and based on the parameter value, a spatial channel used for transmission and reception, a modulation scheme. 17. The wireless transmission apparatus according to claim 16, wherein a transmission power or an encoding method is selected.

18. The transmission weight at the transmission station is determined based on the control signal by the reception station transmitting a control signal to the transmission station using the selected spatial channel. A wireless transmission device according to claim 1.

The wireless transmission device according to claim 1, wherein both the control of the transmission and reception weight and the control of the access are performed based on a control signal transmitted between the transmission and the reception.

By transmitting signals in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from among a plurality of receiving stations,
20. The wireless transmission apparatus according to claim 19, wherein the searched receiving station transmits a control signal for notifying a use channel to the transmitting station using a directional antenna.

The control signal transmitted from the reception station notifies the transmission channel of the use channel to the transmission station and instructs another transmission / reception station that is not a transmission / reception target to stop transmission. Item 21. The wireless transmission device according to item 20.

A wireless transmission device including a plurality of terminal devices for performing transmission and reception,
The wireless transmission device according to claim 1, wherein the terminal device transmits at least one or more transmission stop signals for instructing a transmission stop for each use direction to another terminal that is not a transmission / reception target.