JP5702702B2 - Wireless communication system, wireless communication apparatus, and wireless communication method - Google Patents

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Description

本発明は、同一の周波数帯域を用い、異なる複数の送信アンテナ素子より独立な信号系列を空間多重し、複数の通信相手への情報伝達を実現する高速な無線通信システムであるマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output；多入力多出力）伝送を行う無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法に関する。   The present invention is a multi-user MIMO (Multiple MIMO) that is a high-speed wireless communication system that uses the same frequency band, spatially multiplexes independent signal sequences from a plurality of different transmission antenna elements, and realizes information transmission to a plurality of communication partners. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method that perform transmission (input multiple output).

近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚ましい。これらの無線通信システムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。   In recent years, as the high-speed wireless access system using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band, the IEEE802.11g standard, the IEEE802.11a standard, and the like are remarkable. In these wireless communication systems, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method, which is a technique for stabilizing characteristics in a multipath fading environment, is used, and a maximum transmission rate of 54 Mbps is realized. .

今後、更なる高速な無線通信システムを用いたサービスが増加すると考えられる。それに伴い、無線通信システムにおける端末装置が大幅に増大することが予想される。しかし、通信に利用できる周波数帯域は有限であるために、端末装置数が増大すると、周波数チャネルが逼迫して、周波数チャネルの割り当てを受けられない端末装置が生じ、端末装置を通信に利用できないユーザが生じてしまう。   In the future, services using even higher-speed wireless communication systems are expected to increase. Accordingly, it is expected that the number of terminal devices in the wireless communication system will increase significantly. However, since the frequency band that can be used for communication is limited, if the number of terminal devices increases, the frequency channels become tight, resulting in terminal devices that cannot receive frequency channel assignment, and users who cannot use the terminal devices for communication Will occur.

そこで、最近、伝送速度の高速化、大容量化の技術として、最も注目されているのがマルチユーザＭＩＭＯ送信技術である。図６は、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術が適用される無線通信システムの構成を示す概略図である。マルチユーザＭＩＭＯ送信技術は、図６に示すような無線通信システムにおいて、基地局装置（アクセスポイント（Access Point；ＡＰ））９１においてＮ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）本の送信アンテナ素子から同一周波数、かつ同一タイミングで異なる独立な信号をそれぞれＭ（ｕ）個（ｕ＝１，…，Ｕ）のアンテナ素子を持つＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の通信相手である端末装置（Station；ＳＴＡ））９２−１〜９２−Ｕに送信する。このとき、Ｕ個の通信相手の受信アンテナ素子全体を巨大な受信アレーとみなして、下りスループットの向上を実現する技術である。   Therefore, recently, multi-user MIMO transmission technology has attracted the most attention as a technology for increasing the transmission speed and increasing the capacity. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wireless communication system to which the multiuser MIMO transmission technique is applied. In the radio communication system as shown in FIG. 6, the multi-user MIMO transmission technology uses N (N is a natural number of N ≧ 2) transmission antenna elements in a base station apparatus (access point (AP)) 91. Terminals which are U (U is a natural number of U ≧ 2) communication partners having M (u) (u = 1,..., U) antenna elements each having the same frequency and different independent signals. (Station (STA)) 92-1 to 92-U. At this time, it is a technique that realizes an improvement in downlink throughput by regarding the entire receiving antenna elements of U communication partners as a huge receiving array.

マルチユーザＭＩＭＯ送信技術としては、ＺＦ（Zero forcing；ゼロフォーシング）法や、ＭＭＳＥ（Minimum mean square error；最小２乗誤差）法などがある（非特許文献１）。これらの通信技術では、送信側の基地局装置において、自装置に備えられているアンテナ素子と、各端末装置に備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を得て、得られたチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。   Examples of multi-user MIMO transmission techniques include a ZF (Zero Forcing) method and an MMSE (Minimum mean square error) method (Non-Patent Document 1). In these communication technologies, the base station apparatus on the transmission side obtains channel information indicating the characteristics of the propagation channel between the antenna element provided in the own apparatus and the antenna element provided in each terminal apparatus. The transmission weight is calculated based on the obtained channel information.

一般的には、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術を用いて複数の送信相手に信号を伝送する前に、基地局装置９１でチャネル情報を得るために、予め端末装置９２でチャネル情報（伝達関数）を推定して基地局装置９１にチャネル情報をフィードバックする。その情報を元に基地局装置９１でウエイトを演算してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う。
もしくは、基地局装置９１と端末装置９２との間でＴＤＤ（Time Division Duplex；時分割複信）を用いている場合、各端末装置９２から送信された既知信号を用いて、基地局装置９１で上りリンクチャネル情報を推定し、予め測定しておいたキャリブレーションの値を用いて補正したチャネル情報をチャネル情報として用い、基地局装置９１で送信ウエイトを演算してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う（例えば、非特許文献２）。 In general, the channel information (transfer function) is estimated in advance by the terminal device 92 in order to obtain channel information by the base station device 91 before transmitting signals to a plurality of transmission partners using the multi-user MIMO transmission technique. Then, channel information is fed back to the base station apparatus 91. Based on this information, the base station apparatus 91 calculates the weight and performs multi-user MIMO transmission.
Alternatively, when TDD (Time Division Duplex) is used between the base station device 91 and the terminal device 92, the base station device 91 uses the known signal transmitted from each terminal device 92. The uplink channel information is estimated, and the channel information corrected using the calibration value measured in advance is used as the channel information, and the base station apparatus 91 calculates the transmission weight and performs multi-user MIMO transmission (for example, Non-Patent Document 2).

M. Joham, et al., “Linear transmit processing in MIMO communications systems,” IEEE Trans. Signal Processing, pp. 2700-2712, vol. 53, no. 8, Aug. 2005.M. Joham, et al., “Linear transmit processing in MIMO communications systems,” IEEE Trans. Signal Processing, pp. 2700-2712, vol. 53, no. 8, Aug. 2005. IEEE, “Part 11: Wireless LAN Medium Access Control （MAC) and Physical Layer （PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput,” IEEE 802.11n-2009, Oct. 2009.IEEE, “Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput,” IEEE 802.11n-2009, Oct. 2009.

しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、基地局装置と各端末装置との間のチャネル情報を取得した後に、送信ウエイトを算出するためにチャネル情報の逆行列演算を行う必要があり、送信側である基地局装置の回路規模が大きくなってしまうという問題がある。更に、送信ウエイトの算出に時間が掛かってしまうと、伝搬チャネルの時間変動により、チャネル情報を取得した際の伝搬チャネルの特性と、送信ウエイトを用いて送信を行う際の伝搬チャネルの特性とに差が生じ、算出した送信ウエイトが最適なものでなくなってしまうことがある。この場合、算出した送信ウエイトを用いて送信を行うと、伝送特性が劣化してしまうという問題がある。すなわち、伝搬チャネルの時変動に対して、高速に送信ウエイトを算出する演算ができない場合、マルチユーザＭＩＭＯ伝送による伝送速度の高速化、及び大容量化を達成できないことがあるという問題がある。また、非特許文献２に記載されている技術においても、非特許文献１と同様の問題がある。   However, the technique described in Non-Patent Document 1 needs to perform inverse matrix calculation of channel information in order to calculate transmission weight after acquiring channel information between the base station apparatus and each terminal apparatus. There is a problem that the circuit scale of the base station apparatus on the side becomes large. Furthermore, if it takes a long time to calculate the transmission weight, the propagation channel characteristics when the channel information is acquired and the propagation channel characteristics when transmission is performed using the transmission weight due to the time variation of the propagation channel. A difference may occur and the calculated transmission weight may not be optimal. In this case, if transmission is performed using the calculated transmission weight, there is a problem that transmission characteristics deteriorate. That is, there is a problem that when the calculation for calculating the transmission weight at high speed cannot be performed with respect to the time variation of the propagation channel, the transmission speed and the capacity can not be increased by the multiuser MIMO transmission. The technique described in Non-Patent Document 2 also has the same problem as Non-Patent Document 1.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、装置間のチャネル情報に基づいた送信ウエイトの算出に要する時間を短縮することができる無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a radio communication system and a radio communication apparatus that can reduce the time required to calculate a transmission weight based on channel information between apparatuses. And providing a wireless communication method.

上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備える第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置とにより構成される無線通信システムであって、前記第１の通信装置は、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記第２の通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、前記チャネル情報取得部が前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記第２の通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを用いて前記第２の通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成部とを備えていることを特徴とする無線通信システムである。   In order to solve the above problems, the present invention is a wireless communication system including a first communication device including a plurality of antenna elements and a plurality of second communication devices communicating with the first communication device. The first communication device is a channel indicating characteristics of a propagation channel between the plurality of antenna elements provided in the own device and the antenna elements provided in each of the second communication devices. A channel information acquisition unit for acquiring information, and each time the channel information acquisition unit acquires the channel information, the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel is updated based on the acquired channel information, and all the channel information Based on the information indicating the inverse characteristic of the propagation channel calculated by using the transmission channel for calculating the transmission weight when the data to be transmitted to the second communication device is spatially multiplexed. A weight calculation unit, and a transmission signal generation unit that generates a transmission signal by weighting data to be transmitted to the second communication device using the transmission weight calculated by the transmission weight calculation unit. A wireless communication system.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第２の通信装置の数をＵとした場合、前記送信ウエイト算出部は、前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報としての行列ＲＵの初期値Ｒ０を設定する初期値設定部と、ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の前記第２の通信装置に対する前記チャネル情報を取得すると、行列Ｒｕ−１と、前記取得したチャネル情報とから行列Ｒｕを逐次算出する逆行列算出部と、前記逆行列算出部が算出した行列ＲＵを用いて前記送信ウエイトを算出するチャネル行列乗算部とを有することを特徴とする。 Further, the present invention is the invention described above, the case where the number of the second communication device has a U, the transmission weight calculating unit, an initial matrix R U as information indicating an inverse characteristic of the propagation channel When the initial value setting unit for setting the value R 0 and the channel information for the u (1 ≦ u ≦ U) -th second communication device are acquired, the matrix R u−1 and the acquired channel information are obtained. the inverse matrix calculation unit for sequentially calculating the matrix R u, and having a channel matrix multiplication unit for calculating the transmission weight using the matrix R U of the inverse matrix calculation unit has calculated.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記送信ウエイト算出部は、前記第２の通信装置それぞれにおける信号対雑音電力比を用いて前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。   Also, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the transmission weight calculation unit calculates the transmission weight using a signal-to-noise power ratio in each of the second communication devices.

また、上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備え、複数の通信装置と通信する無線通信装置であって、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、前記チャネル情報取得部が前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを用いて前記通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成部とを備えていることを特徴とする無線通信装置である。 In order to solve the above problem, the present invention is a wireless communication apparatus that includes a plurality of antenna elements and communicates with a plurality of communication apparatuses, the plurality of antenna elements included in the own apparatus, A channel information acquisition unit that acquires channel information indicating characteristics of a propagation channel between the antenna elements provided in each communication device, and the acquired channel information each time the channel information acquisition unit acquires the channel information. The information indicating the reverse characteristic of the propagation channel is updated based on the information, and the data to be transmitted to the communication device is spatially multiplexed based on the information indicating the reverse characteristic of the propagation channel calculated using all the channel information. A transmission weight calculation unit for calculating a transmission weight at the time of transmission, and transmission to the communication device using the transmission weight calculated by the transmission weight calculation unit Is a wireless communication apparatus according to claim that a transmission signal generating unit for generating a transmission signal by weighting the that data.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記通信装置の数をＵとした場合、前記送信ウエイト算出部は、前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報としての行列ＲＵの初期値Ｒ０を設定する初期値設定部と、ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の前記通信装置に対する前記チャネル情報を取得すると、行列Ｒｕ−１と、前記取得したチャネル情報とから行列Ｒｕを逐次算出する逆行列算出部と、前記逆行列算出部が算出した行列ＲＵを用いて前記送信ウエイトを算出するチャネル行列乗算部とを有することを特徴とする。 Further, the present invention is the invention described above, when the number of the communication device as a U, the transmission weight calculating unit, an initial value R 0 of the matrix R U as information indicating an inverse characteristic of the propagation channel When the channel information for the u (1 ≦ u ≦ U) th communication device is acquired, the matrix R u−1 is sequentially calculated from the matrix R u −1 and the acquired channel information. the inverse matrix calculating unit which is characterized by having a channel matrix multiplication unit for calculating the transmission weight using the matrix R U of the inverse matrix calculation unit has calculated.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記送信ウエイト算出部は、前記通信装置それぞれにおける信号対雑音電力比を用いて前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。   Also, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the transmission weight calculation unit calculates the transmission weight using a signal-to-noise power ratio in each of the communication devices.

また、上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備える第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置とにより構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記第２の通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、前記チャネル情報取得ステップにおいて前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記第２の通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、前記送信ウエイト算出ステップにおいて算出した送信ウエイトを用いて前記第２の通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。   In order to solve the above problem, the present invention provides a wireless communication configured by a first communication device including a plurality of antenna elements and a plurality of second communication devices communicating with the first communication device. A wireless communication method in a system, comprising: channel information indicating characteristics of a propagation channel between the plurality of antenna elements provided in its own device and the antenna elements provided in each of the second communication devices. Every time the channel information is acquired in the channel information acquisition step to be acquired and the channel information acquisition step, the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel is updated based on the acquired channel information, and all the channel information is used. Based on the information indicating the inverse characteristic of the propagation channel calculated in step S2, the data to be transmitted to the second communication device is transmitted at the time of spatial multiplexing. A transmission weight calculation step for calculating a weight, and a transmission signal generation step for generating a transmission signal by weighting data to be transmitted to the second communication device using the transmission weight calculated in the transmission weight calculation step. A wireless communication method characterized by the above.

この発明によれば、第１の通信装置は、自装置と各第２の通信装置との間のチャネル情報を取得し、取得したチャネル情報を用いて、第１の通信装置と第２の通信装置との間の伝搬チャネルの逆特性を示す情報を逐次的に算出する。これにより、すべての第２の通信装置との間のチャネル情報を取得するまで待たずとも、得られたチャネル情報を用いて伝搬チャネルの逆特性を示す情報を算出することができ、送信ウエイトの算出に要する時間を短縮することができる。   According to this invention, the first communication device acquires channel information between itself and each second communication device, and uses the acquired channel information to perform the first communication device and the second communication. Information indicating the reverse characteristics of the propagation channel with the device is sequentially calculated. As a result, it is possible to calculate the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel using the obtained channel information without waiting until the channel information between all the second communication devices is acquired. The time required for calculation can be shortened.

第１実施形態における無線通信システム１が具備する基地局装置１００及び端末装置２００−１〜２００−Ｕの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 100 and the terminal devices 200-1 to 200-U which the radio | wireless communications system 1 in 1st Embodiment comprises. 同実施形態における基地局装置１００と端末装置２００との動作を説明するためのフレームシーケンスの一例である。It is an example of the frame sequence for demonstrating operation | movement with the base station apparatus 100 and the terminal device 200 in the embodiment. 同実施形態における送信ウエイト算出回路１０６の構成を示す概略ブロック図である。3 is a schematic block diagram showing a configuration of a transmission weight calculation circuit 106 in the same embodiment. FIG. 第２実施形態における無線通信システム２が具備する基地局装置４００及び端末装置５００−１〜５００−Ｕの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 400 and the terminal devices 500-1 to 500-U with which the radio | wireless communications system 2 in 2nd Embodiment comprises. 同実施形態における基地局装置４００と端末装置５００との動作を説明するためのフレームシーケンスの一例である。It is an example of the frame sequence for demonstrating operation | movement with the base station apparatus 400 and the terminal device 500 in the embodiment. マルチユーザＭＩＭＯ送信技術が適用される無線通信システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the radio | wireless communications system to which multiuser MIMO transmission technology is applied.

図面を参照して、本発明の実施形態における無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法を説明する。
以下説明する各実施形態における無線通信システムでは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて空間多重したデータを送信する基地局装置（第１の通信装置、無線通信装置）と、空間多重されたデータを受信するＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の端末装置（第２の通信装置、通信装置）とを具備する場合を例にして説明する。なお、本実施形態の構成において、端末装置を１台とすればシングルユーザＭＩＭＯ（単に、ＭＩＭＯ）となる。また、無線通信システムにおいて、端末装置が空間多重されたデータを送信し、基地局装置が空間多重されたデータを受信する構成も可能である。 A wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the wireless communication system in each embodiment described below, a base station device (first communication device, wireless communication device) that transmits spatially multiplexed data using multiuser MIMO transmission and spatially multiplexed data are received. An example will be described in which U (U is a natural number U ≧ 2) terminal devices (second communication device and communication device) are provided. In the configuration of the present embodiment, if one terminal device is used, single user MIMO (simply MIMO) is used. Further, in the radio communication system, a configuration in which the terminal apparatus transmits spatially multiplexed data and the base station apparatus receives spatially multiplexed data is possible.

（Ａ．第１実施形態）
図１は、第１実施形態における無線通信システム１が具備する基地局装置１００及び端末装置２００−１〜２００−Ｕの構成を示す概略ブロック図である。無線通信システム１が具備する各端末装置２００−１〜２００−Ｕは同じ構成を有している。以下、すべての端末装置２００−１〜２００−Ｕを示す場合、あるいはいずれか１つを示す場合、端末装置２００という。 (A. First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating configurations of a base station device 100 and terminal devices 200-1 to 200-U included in the wireless communication system 1 according to the first embodiment. Each terminal device 200-1 to 200-U included in the wireless communication system 1 has the same configuration. Hereinafter, when all the terminal devices 200-1 to 200-U are shown, or when any one is shown, it is called the terminal device 200.

基地局装置１００は、データ発生回路１０１と、送信信号生成回路１０２と、無線部１０３−１〜１０３−Ｎ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）と、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと、チャネル情報復元回路１０５と、送信ウエイト算出回路１０６とを備えている。   The base station apparatus 100 includes a data generation circuit 101, a transmission signal generation circuit 102, radio units 103-1 to 103-N (N is a natural number of N ≧ 2), antenna elements 104-1 to 104-N, A channel information restoration circuit 105 and a transmission weight calculation circuit 106 are provided.

データ発生回路１０１は、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎとの間の伝搬チャネルの特性を推定するためのトレーニング信号系列を生成する。またデータ発生回路１０１は、各端末装置２００に送信する送信データ系列を生成する。
データ発生回路１０１が生成するトレーニング信号系列は、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子との間のすべての伝搬チャネルの特性を推定できるパターンを含むデータ系列である。データ発生回路１０１は、公知の技術を用いて、このパターンを生成する。例えば、非特許文献２に記載されている直交パターンをトレーニング信号系列として用いてもよい。 The data generation circuit 101 is a training signal for estimating the characteristics of the propagation channel between the antenna element provided in each terminal device 200 and the antenna elements 104-1 to 104-N provided in the terminal device 200. Generate a series. In addition, the data generation circuit 101 generates a transmission data sequence to be transmitted to each terminal device 200.
The training signal sequence generated by the data generation circuit 101 is all propagated between the antenna elements 104-1 to 104-N provided in the base station apparatus 100 and the antenna elements provided in each terminal apparatus 200. It is a data series including a pattern capable of estimating channel characteristics. The data generation circuit 101 generates this pattern using a known technique. For example, you may use the orthogonal pattern described in the nonpatent literature 2 as a training signal series.

送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１が生成したトレーニング信号系列又は送信データ系列から、送信信号を生成する。例えば、ＯＦＤＭ信号を送信する場合、送信信号生成回路１０２は、トレーニング信号系列又は誤り訂正符号化された送信データ系列を通信に用いる各サブキャリアにマッピングする。また、送信信号生成回路１０２は、各サブキャリアにマッピングしたトレーニング信号系列又は送信データ系列を、サブキャリア単位もしくは全サブキャリア共通でシンボル変調を行う。ここで、シンボル変調として、例えば、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying；二位相偏移変調）や、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying；四位相偏移変調）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation；直交振幅変調）などを用いる。あるいは、他の変調方式を用いてシンボル変調を行ってもよい。
また、送信信号生成回路１０２は、シンボル変調した信号に対して、送信ウェイト算出回路１０６が算出する送信ウエイトに基づいて、送信ビームフォーミングによるマルチユーザＭＩＭＯの信号を生成する。ただし送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（サウンディングフレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミング処理を行わない。
また、送信信号生成回路１０２は、シンボル変調した信号もしくは送信ビームフォーミング処理後の信号に対して、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；逆高速フーリエ変換）によりＯＦＤＭ変調を行い、ガードインターバルを挿入して送信信号の時間系列を生成する。 The transmission signal generation circuit 102 generates a transmission signal from the training signal sequence or transmission data sequence generated by the data generation circuit 101. For example, when transmitting an OFDM signal, the transmission signal generation circuit 102 maps a training signal sequence or a transmission data sequence subjected to error correction coding to each subcarrier used for communication. Further, the transmission signal generation circuit 102 performs symbol modulation on the training signal sequence or transmission data sequence mapped to each subcarrier in units of subcarriers or in common to all subcarriers. Here, as symbol modulation, for example, BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), etc. Use. Alternatively, symbol modulation may be performed using other modulation schemes.
The transmission signal generation circuit 102 generates a multi-user MIMO signal by transmission beamforming based on the transmission weight calculated by the transmission weight calculation circuit 106 for the symbol-modulated signal. However, when transmitting a signal without performing transmission beamforming (including the case of transmitting a sounding frame), the transmission signal generation circuit 102 does not perform transmission beamforming processing.
Further, the transmission signal generation circuit 102 performs OFDM modulation on the symbol-modulated signal or the signal after the transmission beamforming process by IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), and inserts a guard interval for transmission. Generate a time series of signals.

無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、送信信号生成回路１０２がトレーニング信号系列又は送信データ系列から生成した送信信号をディジタル−アナログ変換し、更に、送信に利用する周波数帯域の無線信号に周波数変換する。また、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、それぞれに１つずつ接続されたアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎから生成した信号を送信する。
また、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、端末装置２００から送信されるチャネル情報を含む信号系列をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して受信し、受信した信号系列をベースバンドのディジタル信号に変換してチャネル情報復元回路１０５に出力する。ここで、チャネル情報は、各端末装置２００と自装置（基地局装置１００）との間の下りリンク、つまり基地局装置１００から各端末装置２００へ送信した場合の伝搬チャネルの特性を示す情報である。 Radio sections 103-1 to 103 -N digital-analog-convert transmission signals generated from transmission signal generation circuit 102 from training signal sequences or transmission data sequences, and further frequency-convert them into radio signals in a frequency band used for transmission. To do. In addition, the radio units 103-1 to 103-N transmit signals generated from the antenna elements 104-1 to 104-N connected to the radio units 103-1 to 103-N, respectively.
Radio sections 103-1 to 103-N receive signal sequences including channel information transmitted from terminal apparatus 200 via antenna elements 104-1 to 104-N, and receive the received signal sequences in baseband. It is converted into a digital signal and output to the channel information restoration circuit 105. Here, the channel information is information indicating the characteristics of the propagation channel in the downlink between each terminal apparatus 200 and the own apparatus (base station apparatus 100), that is, when transmitted from the base station apparatus 100 to each terminal apparatus 200. is there.

チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎから入力される信号系列からチャネル情報を復元し、復元したチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６に出力する。ここで、チャネル情報復元回路１０５によるチャネル情報の復元には、端末装置２００においてチャネル情報を圧縮する際に用いた圧縮方法に対応する復元方法を用いる。例えば、圧縮方法及び復元方法として、非特許文献２に記載された方法を用いる。なお、非特許文献２に記載された方法以外の公知の方法を用いてもよい。   Channel information restoration circuit 105 restores channel information from the signal sequence input from radio sections 103-1 to 103 -N, and outputs the restored channel information to transmission weight calculation circuit 106. Here, for the restoration of the channel information by the channel information restoration circuit 105, a restoration method corresponding to the compression method used when the terminal device 200 compresses the channel information is used. For example, the method described in Non-Patent Document 2 is used as the compression method and decompression method. In addition, you may use well-known methods other than the method described in the nonpatent literature 2. FIG.

次に、端末装置２００の構成について説明する。各端末装置２００は、上述したように同じ構成を有しているので、ここでは端末装置２００−１について説明する。図１に示すように、端末装置２００−１は、アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）と、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）と、受信信号復調回路２０３−１と、送信信号生成回路２０４−１と、チャネル情報推定回路２０５−１と、チャネル情報圧縮回路２０６−１とを備えている。ここで、Ｍ（ｕ）は、ｕ（ｕ＝１，…，Ｕ）番目の端末装置２００−ｕに備えられているアンテナ素子の数を示す。Ｍ（ｕ）は、端末装置２００−１〜２００−Ｕにおいて同じ数でもよいし、端末装置２００−１〜２００−Ｕごとに異なっていてもよい。   Next, the configuration of the terminal device 200 will be described. Since each terminal device 200 has the same configuration as described above, the terminal device 200-1 will be described here. As illustrated in FIG. 1, the terminal device 200-1 includes antenna elements 201-1-1 to 201-1 -M (1), radio units 202-1-1 to 202-1 -M (1), A reception signal demodulation circuit 203-1, a transmission signal generation circuit 204-1, a channel information estimation circuit 205-1 and a channel information compression circuit 206-1 are provided. Here, M (u) indicates the number of antenna elements provided in the u (u = 1,..., U) -th terminal device 200-u. M (u) may be the same number in the terminal devices 200-1 to 200-U, or may be different for each of the terminal devices 200-1 to 200-U.

アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）は、それぞれが無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）に１対１に接続されている。
無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）は、それぞれに接続されているアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）を介して、基地局装置１００から送信される信号を受信し、アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）で受信した信号ごとにベースバンドのディジタル信号系列に変換して、受信信号復調回路２０３−１と、チャネル情報推定回路２０５−１とに出力する。
また、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）は、送信信号生成回路２０４−１から入力される送信信号をアナログ信号の無線信号に変換し、変換した無線信号をアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）を介して送信する。 The antenna elements 201-1-1 to 201-1 -M (1) are connected to the wireless units 202-1-1 to 202-1 -M (1), respectively, on a one-to-one basis.
Radio units 202-1-1 to 202-1 -M (1) transmit from base station apparatus 100 via antenna elements 201-1-1 to 201-1 -M (1) connected to each. The received signal is converted to a baseband digital signal sequence for each signal received by the antenna elements 201-1-1-1 to 201-1-M (1), and the received signal demodulation circuit 203-1, It outputs to the information estimation circuit 205-1.
Also, the radio units 202-1-1 to 202-1 -M (1) convert the transmission signal input from the transmission signal generation circuit 204-1 into an analog radio signal, and the converted radio signal is an antenna element. It transmits via 201-1-1-201-1-M (1).

受信信号復調回路２０３−１は、各無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）が出力するディジタル信号系列を復調、復号し、得られたデータ系列を出力する。
送信信号生成回路２０４−１は、基地局装置１００に備えられている送信信号生成回路１０２と同様に、チャネル情報圧縮回路２０６−１により圧縮されたチャネル情報から送信信号を生成して無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）に出力する。 Received signal demodulation circuit 203-1 demodulates and decodes the digital signal sequence output from each of radio sections 202-1-1 through 202-1 -M (1), and outputs the obtained data sequence.
Similar to the transmission signal generation circuit 102 provided in the base station apparatus 100, the transmission signal generation circuit 204-1 generates a transmission signal from the channel information compressed by the channel information compression circuit 206-1 and generates a radio unit 202. Output to -1-1 to 202-1-M (1).

チャネル情報推定回路２０５−１は、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）から入力されるディジタル信号系列に含まれるトレーニング信号系列から、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎとアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）との間のチャネル情報を推定する。チャネル情報の推定方法は、公知の技術により行う。例えば、ＬＳ（Least Square；最小２乗）法によりチャネル情報を推定する（参考文献１：I. Barhumi, et el., “Optimal training design for MIMO OFDM systems in mobile wireless channels,” IEEE Trans. Sig. Process., vol. 51, no. 6, June 2003.）。   Channel information estimation circuit 205-1 is an antenna provided in base station apparatus 100 from a training signal sequence included in a digital signal sequence input from radio sections 202-1-1-202-1-M (1). Channel information between the elements 104-1 to 104-N and the antenna elements 201-1-1 to 201-1-M (1) is estimated. The channel information estimation method is performed by a known technique. For example, channel information is estimated by the LS (Least Square) method (reference document 1: I. Barhumi, et el., “Optimal training design for MIMO OFDM systems in mobile wireless channels,” IEEE Trans. Sig. Process., Vol. 51, no. 6, June 2003.).

チャネル情報圧縮回路２０６−１は、チャネル情報推定回路２０５−１により推定されるチャネル情報を量子化、及び圧縮して送信信号生成回路２０４−１に出力する。ここで、チャネル情報の圧縮方法としては、上述した復元方法と同様に公知の技術、例えば非特許文献２に記載された方法などを用いるようにしてもよい。なお、本実施形態において、端末装置２００は、圧縮されたチャネル情報を送信することのみを説明したが、トレーニング信号系列や、他のデータ信号を送信するようにしてもよい。   Channel information compression circuit 206-1 quantizes and compresses the channel information estimated by channel information estimation circuit 205-1 and outputs the result to transmission signal generation circuit 204-1. Here, as a method for compressing channel information, a known technique such as the method described in Non-Patent Document 2 may be used in the same manner as the above-described restoration method. In the present embodiment, the terminal device 200 has only been described for transmitting compressed channel information. However, a training signal sequence and other data signals may be transmitted.

次に、本実施形態の基地局装置１００と端末装置２００との動作について説明する。
図２は、本実施形態における基地局装置１００と端末装置２００との動作を説明するためのフレームシーケンスの一例である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置１００及び各端末装置２００から送信されるフレームが示されている。以下の説明において、端末装置２００−ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、端末装置２００−１〜２００−Ｕのいずれか１つを示す。また、基地局装置１００と端末装置２００とはＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access；時分割多元接続）を用いた通信を行う。また、各端末装置２００が基地局装置１００にチャネル情報をフィードバックする際には、予め定められた順番（例えば、端末装置２００−１から順に端末装置２００−Ｕまでの順）でフィードバックを行う場合について説明し、その際、第ｕ番目の端末装置２００−ｕからチャネル情報フィードバックフレームが受信された時刻をｔ１ｕ（ｕ＝１，２，…，Ｕ））とするものとする。なお、各端末装置２００がチャネル情報をフィードバックする順序は、フィードバックを行う都度、基地局装置１００から各端末装置２００に通知するようにしてもよい。 Next, operations of the base station apparatus 100 and the terminal apparatus 200 according to the present embodiment will be described.
FIG. 2 is an example of a frame sequence for explaining operations of the base station apparatus 100 and the terminal apparatus 200 in the present embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates time, and frames transmitted from the base station apparatus 100 and each terminal apparatus 200 are illustrated. In the following description, the terminal device 200-u (1 ≦ u ≦ U) indicates any one of the terminal devices 200-1 to 200-U. In addition, the base station apparatus 100 and the terminal apparatus 200 perform communication using TDMA (Time Division Multiple Access). Further, when each terminal device 200 feeds back channel information to the base station device 100, the feedback is performed in a predetermined order (for example, in order from the terminal device 200-1 to the terminal device 200-U). In this case, it is assumed that the time at which the channel information feedback frame is received from the u-th terminal device 200-u is t 1u (u = 1, 2,..., U)). The order in which each terminal device 200 feeds back channel information may be notified from the base station device 100 to each terminal device 200 each time feedback is performed.

まず、基地局装置１００において、データ発生回路１０１がトレーニング信号系列を生成し、送信信号生成回路１０２がデータ発生回路１０１により生成されたトレーニング信号系列から送信信号を生成し、無線部１０３−１〜１０３−Ｎが生成された送信信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介し、サウンディングフレームとして信号を各端末装置２００に送信する。
各端末装置２００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）がアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置１００から送信されたサウンディングフレームを受信する。そして、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が受信したサウンディングフレームをベースバンドのディジタル信号系列に変換し、チャネル情報推定回路２０５−ｕが変換されたディジタル信号系列に基づいてチャネル情報を推定する。 First, in the base station apparatus 100, the data generation circuit 101 generates a training signal sequence, the transmission signal generation circuit 102 generates a transmission signal from the training signal sequence generated by the data generation circuit 101, and the radio units 103-1 to 103-1. The transmission signal in which 103-N is generated is transmitted to each terminal device 200 as a sounding frame via the antenna elements 104-1 to 104-N.
In each terminal apparatus 200-u, the radio units 202-u-1 to 202-u-M (u) are connected from the base station apparatus 100 via the antenna elements 201-u-1 to 201-u-M (u). Receive the transmitted sounding frame. Then, the sounding frames received by the radio units 202-u-1 to 202-u-M (u) are converted into baseband digital signal sequences, and the channel information estimation circuit 205-u is based on the converted digital signal sequences. Channel information.

チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、チャネル情報推定回路２０５−ｕにより推定されたチャネル情報を量子化、及び圧縮して送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。送信信号生成回路２０４−ｕがチャネル情報圧縮回路２０６−ｕにより圧縮されたチャネル情報を送信信号に変換し、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が送信信号をアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介してチャネル情報フィードバックフレームとして基地局装置１００に送信する。このとき、端末装置２００−１、端末装置２００−２、…、端末装置２００−Ｕの順に異なるタイミングで、チャネル情報フィードバックフレームを送信する（時刻ｔ１１，ｔ１２，…，ｔ１Ｕ）。 The channel information compression circuit 206-u quantizes and compresses the channel information estimated by the channel information estimation circuit 205-u and outputs it to the transmission signal generation circuit 204-u. The transmission signal generation circuit 204-u converts the channel information compressed by the channel information compression circuit 206-u into a transmission signal, and the radio units 202-u-1 to 202-u-M (u) convert the transmission signal into antenna elements. It transmits to the base station apparatus 100 as a channel information feedback frame via 201-u-1 to 201-u-M (u). In this case, the terminal device 200-1, the terminal device 200-2, ..., at different timings in the order of the terminal device 200-U, and transmits the channel information feedback frame (time t 11, t 12, ..., t 1U).

基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して各端末装置２００−ｕから送信された信号を受信すると、受信した信号をベースバンドのディジタル信号に変換し、チャネル情報復元回路１０５に順次出力する。チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報をチャネル情報フィードバックフレームの順に復元する。送信ウエイト算出回路１０６は、復元されたチャネル情報順に用いて送信ウエイトを算出する。
送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して上述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する。なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（サウンディングフレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングは行わない。 In the base station apparatus 100, when the radio units 103-1 to 103-N receive the signals transmitted from the terminal apparatuses 200-u via the antenna elements 104-1 to 104-N, the received signals are converted into baseband. Are sequentially output to the channel information restoration circuit 105. The channel information restoration circuit 105 restores the compressed channel information included in the baseband digital signal converted by the radio units 103-1 to 103-N in the order of channel information feedback frames. The transmission weight calculation circuit 106 calculates the transmission weight using the restored channel information in the order.
The transmission signal generation circuit 102 performs the above-described signal processing on the transmission signal input from the data generation circuit 101, and further generates a multi-user MIMO radio signal using the transmission weight calculated by the transmission weight calculation circuit 106. Then, the generated radio signal is transmitted to the terminal device 200 as a data frame via the antenna elements 104-1 to 104-N. When transmitting a signal without performing transmission beamforming (including when transmitting a sounding frame), the transmission signal generation circuit 102 does not perform transmission beamforming.

各端末装置２００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置１００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号をベースバンドのディジタル信号に変換して受信信号復調回路２０３−ｕに出力する。受信信号復調回路２０３−ｕは、入力されたディジタル信号からデータ系列を復調、復号して出力する。   In each terminal apparatus 200-u, the radio units 202-u-1 to 202-u-M (u) are connected to the base station apparatus 100 via the antenna elements 201-u-1 to 202-u-M (u). The received radio signal is received, converted into a baseband digital signal, and output to the received signal demodulation circuit 203-u. The reception signal demodulation circuit 203-u demodulates and decodes the data series from the input digital signal and outputs the data series.

次に、本実施形態の基地局装置１００に備えられている送信ウエイト算出回路１０６における送信ウエイトの生成処理について説明する。ここで説明する処理は、チャネル情報フィードバックフレームが受信された後に行う処理であり、上述したように、復元されたチャネル情報を順に用いて演算を行い、送信ウエイトを算出する。なお、以下では、説明を簡単にするために、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子数が１本、つまりＭ（ｕ）＝１（ｕ＝１，２，．．．，Ｕ）である場合について説明する。   Next, transmission weight generation processing in the transmission weight calculation circuit 106 provided in the base station apparatus 100 of the present embodiment will be described. The processing described here is processing performed after the channel information feedback frame is received, and as described above, calculation is performed using the restored channel information in order to calculate the transmission weight. In the following, in order to simplify the description, the number of antenna elements provided in each terminal device 200 is one, that is, M (u) = 1 (u = 1, 2,..., U). A case will be described.

図３は、本実施形態における送信ウエイト算出回路１０６の構成を示す概略ブロック図である。送信ウエイト算出回路１０６は、初期値設定回路３０１、逆行列算出回路３０２、及びチャネル行列乗算回路３０３を有している。
初期値設定回路３０１は、予め次式（１）を用いて、送信ウエイトを生成する際に用いる逆行列Ｒ（ｋ）−１の初期値Ｒ０（ｋ）−１の設定をサブキャリアごとに行い、各サブキャリアの初期値Ｒ０（ｋ）−１を逆行列算出回路３０２に出力する。 FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the transmission weight calculation circuit 106 in the present embodiment. The transmission weight calculation circuit 106 includes an initial value setting circuit 301, an inverse matrix calculation circuit 302, and a channel matrix multiplication circuit 303.
The initial value setting circuit 301 uses the following equation (1) in advance to set the initial value R 0 (k) −1 of the inverse matrix R (k) −1 used when generating the transmission weight for each subcarrier. The initial value R 0 (k) −1 of each subcarrier is output to the inverse matrix calculation circuit 302.

Figure 0005702702
Figure 0005702702

ここで、ｋはサブキャリア番号を示し、ＩＮはＮ×Ｎの単位行列を示す。δは任意の正の実数もしくは０であり、予め定められた値である。また、δはサブキャリアごとに異なる値を設定してもよいし、同じ値でもよい。 Here, k denotes the subcarrier number, I N denotes the unit matrix of N × N. δ is an arbitrary positive real number or 0, and is a predetermined value. Also, δ may be set to a different value for each subcarrier or the same value.

逆行列算出回路３０２は、初期値設定回路３０１で生成された逆行列の初期値Ｒ０（ｋ）−１と、チャネル情報復元回路１０５から入力されるチャネル情報とを用いて、逆行列演算を行う。ここで、逆行列算出回路３０２は、各端末装置２００からフィードバックされたチャネル情報が受信された順に、逆行列演算を行う。
具体的には、時刻ｔ１ｕ（ｕ＝１，２，…Ｕ）において端末装置２００からチャネル情報がフィードバックされる都度、チャネル情報復元部１０５がチャネル情報を復元し、その後、逆行列算出回路３０２が第１番目の端末装置２００から第（ｕ−１）番目の端末装置２００−（ｕ−１）までのチャネル情報から算出された逆行列Ｒｕ−１（ｋ）−１から、ベクトルｐｕ（ｋ）、及び変数ｑｕ（ｋ）を次式（２）及び次式（３）を用いて算出する。 The inverse matrix calculation circuit 302 performs an inverse matrix operation using the initial value R 0 (k) −1 of the inverse matrix generated by the initial value setting circuit 301 and the channel information input from the channel information restoration circuit 105. Do. Here, the inverse matrix calculation circuit 302 performs an inverse matrix operation in the order in which the channel information fed back from each terminal device 200 is received.
Specifically, every time channel information is fed back from the terminal device 200 at time t 1u (u = 1, 2,... U), the channel information restoration unit 105 restores the channel information, and then the inverse matrix calculation circuit 302. From the inverse matrix R u−1 (k) −1 calculated from the channel information from the first terminal device 200 to the (u−1) th terminal device 200- (u−1), the vector p u (K) and the variable q u (k) are calculated using the following equations (2) and (3).

Figure 0005702702
Figure 0005702702

Figure 0005702702
Figure 0005702702

ここで、式（２）における上付きＨはエルミート転置を表す。ベクトルｈｕ（ｋ）は端末装置２００−ｕと基地局装置１００との間のチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、次式（４）で与えられる。 Here, the superscript H in Equation (2) represents Hermitian transposition. The vector h u (k) is the k-th frequency component of the channel information vector between the terminal device 200-u and the base station device 100, and is given by the following equation (4).

Figure 0005702702
Figure 0005702702

ここで、Ｈｕ，ｎ（ｋ）は端末装置２００−ｕと、基地局装置１００の第ｎアンテナ素子との間に対するチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分である。 Here, H u, n (k) is a k-th frequency component of an estimated value of channel information between the terminal apparatus 200-u and the n-th antenna element of the base station apparatus 100.

逆行列算出回路３０２は、得られたベクトルｐｕ（ｋ）及び変数ｑｕ（ｋ）を用いてチャネル情報から算出された逆行列Ｒｕ（ｋ）−１を次式（５）のように更新する。 The inverse matrix calculation circuit 302 calculates the inverse matrix R u (k) −1 calculated from the channel information using the obtained vector p u (k) and the variable q u (k) as shown in the following equation (5). Update.

Figure 0005702702
Figure 0005702702

上記の式（５）による演算を、すべての端末装置２００−１〜２００−Ｕに対して、逐次的に演算を行い第Ｕ番目の端末装置２００−Ｕに対するチャネル情報が得られることで算出される逆行列ＲＵ（ｋ）−１が得られたらその結果をチャネル行列乗算回路３０３に出力する。 The calculation according to the above equation (5) is calculated by sequentially calculating all the terminal devices 200-1 to 200-U and obtaining channel information for the U-th terminal device 200-U. If the inverse matrix R U (k) −1 is obtained, the result is output to the channel matrix multiplication circuit 303.

チャネル行列乗算回路３０３は、逆行列算出回路３０２が算出した逆行列ＲＵ（ｋ）−１と、チャネル情報復元回路１０５から入力される各端末装置２００のチャネル情報とを入力値として、送信ビームフォーミングウエイト（送信ウエイト）を算出する。第ｋサブキャリアにおける送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）は、次式（６）を用いて算出される。 The channel matrix multiplication circuit 303 uses the inverse matrix R U (k) −1 calculated by the inverse matrix calculation circuit 302 and the channel information of each terminal device 200 input from the channel information restoration circuit 105 as input values, and transmits a transmission beam. Forming weight (transmission weight) is calculated. The transmission beamforming weight W (k) in the kth subcarrier is calculated using the following equation (6).

Figure 0005702702
Figure 0005702702

チャネル行列乗算回路３０３は、算出した送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）を送信信号生成回路１０２に出力する。
なお、基地局装置１００において、各端末装置２００におけるＳＮＲ（Signal-to-noise power ratio；信号対雑音電力比）が得られる場合には、得られたＳＮＲも用いて送信ウエイトＷ（ｋ）を演算することにより、雑音強調が抑圧されて特性を改善することができる。具体的には、ＳＮＲが得られる場合、チャネル行列乗算回路３０３は、式（６）において用いるチャネル情報ベクトルｈｕ（ｋ）に替えて、次式（７）で与えられるチャネル情報ベクトルｈ’ｕ（ｋ）を用いて送信ウエイトＷ（ｋ）を算出する。 The channel matrix multiplication circuit 303 outputs the calculated transmission beamforming weight W (k) to the transmission signal generation circuit 102.
In addition, in the base station apparatus 100, when SNR (Signal-to-noise power ratio) in each terminal apparatus 200 is obtained, the transmission weight W (k) is also calculated using the obtained SNR. By calculating, noise enhancement is suppressed and the characteristics can be improved. Specifically, when the SNR is obtained, the channel matrix multiplication circuit 303 replaces the channel information vector h u (k) used in Equation (6) with the channel information vector h ′ u given by the following Equation (7). A transmission weight W (k) is calculated using (k).

Figure 0005702702
Figure 0005702702

ここで、式（７）におけるＰｕは端末装置２００−ｕにおけるＳＮＲの測定値を示す。ＳＮＲは、チャネル情報と同様に、端末装置２００で推定して基地局装置１００にフィードバックするようにしてもよいし、各端末装置２００から同じ送信電力で既知の信号を送信し、基地局装置１００で受信した信号に基づいてＳＮＲを推定するようにしてもよい。 Here, P u in the equation (7) shows the measured values of the SNR at the terminal 200-u. Similarly to the channel information, the SNR may be estimated by the terminal device 200 and fed back to the base station device 100, or a known signal may be transmitted from each terminal device 200 with the same transmission power, and the base station device 100 The SNR may be estimated on the basis of the signal received in step (b).

上述のように、基地局装置１００において、各端末装置２００から順次フィードバックされるチャネル情報を用いて、基地局装置１００と各端末装置２００との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報（行列）に対する逆行列を逐次的に算出し、逆行列を更新することにより、チャネル情報に対する逆行列の算出に要する時間を短縮することができる。すなわち、送信ウエイト算出回路１０６は、チャネル情報復元回路１０５がチャネル情報を取得する都度、取得したチャネル情報に基づいて基地局装置１００とすべての端末装置２００との間の伝搬チャネルの逆特性を示す逆行列Ｒｕ（ｋ）−１を更新し、すべてのチャネル情報を用いた逆行列ＲＵ（ｋ）−１を算出する。このとき、送信ウエイト算出回路１０６は、最後の端末装置２００からチャネル情報を受信してから、式（２）、式（３）、式（５）及び式（７）の演算を行えば、送信ウエイトを算出することができる。式（２）、式（３）、式（５）及び式（７）の演算により、基地局装置１００とすべての端末装置２００との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報行列が得られてから逆行列の算出を開始する場合よりも、送信ウエイトＷ（ｋ）の算出に要する時間を削減することができる。
その結果、送信ウエイトＷ（ｋ）の算出に要する時間（オーバーヘッド）を削減することができ、また、伝搬チャネルの時間変動の影響を低減することができ、無線通信システム１のスループットを向上させることができる。
また、各端末装置２００に対するチャネル情報ベクトルを受信すると、逐次的に逆行列を算出するようにしたので、式（２）、式（３）及び式（５）における行列演算を簡単化して演算量を減らすことができ、当該演算を処理する回路の回路規模を削減することができる。 As described above, in the base station apparatus 100, channel information (matrix) indicating the characteristics of the propagation channel between the base station apparatus 100 and each terminal apparatus 200 using the channel information sequentially fed back from each terminal apparatus 200. By sequentially calculating the inverse matrix for and updating the inverse matrix, the time required to calculate the inverse matrix for the channel information can be shortened. That is, every time the channel information restoration circuit 105 acquires channel information, the transmission weight calculation circuit 106 indicates the inverse characteristics of the propagation channel between the base station apparatus 100 and all the terminal apparatuses 200 based on the acquired channel information. The inverse matrix R u (k) −1 is updated, and the inverse matrix R U (k) −1 using all channel information is calculated. At this time, the transmission weight calculation circuit 106 receives the channel information from the last terminal device 200 and then performs the calculations of Expression (2), Expression (3), Expression (5), and Expression (7). The weight can be calculated. A channel information matrix indicating the characteristics of the propagation channel between the base station apparatus 100 and all the terminal apparatuses 200 is obtained by the calculations of the expressions (2), (3), (5), and (7). Therefore, the time required for calculating the transmission weight W (k) can be reduced as compared with the case where the calculation of the inverse matrix is started.
As a result, it is possible to reduce the time (overhead) required for calculating the transmission weight W (k), to reduce the influence of time fluctuation of the propagation channel, and to improve the throughput of the wireless communication system 1. Can do.
Further, when the channel information vector for each terminal device 200 is received, the inverse matrix is calculated sequentially, so that the matrix operations in Equation (2), Equation (3), and Equation (5) are simplified to reduce the amount of computation. And the circuit scale of the circuit that processes the calculation can be reduced.

なお、上述した第１実施形態は、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex；周波数分割複信）及びＴＤＤいずれの場合でも利用することが可能である。ＦＤＤの場合は、上りリンクと下りリンクの使用する周波数帯域を異なるものにすればよい。   The first embodiment described above can be used in both cases of FDD (Frequency Division Duplex) and TDD. In the case of FDD, the frequency bands used by the uplink and the downlink may be different.

（Ｂ．第２実施形態）
図４は、第２実施形態における無線通信システム２が具備する基地局装置４００及び端末装置５００−１〜５００−Ｕの構成を示す概略ブロック図である。本実施形態における無線通信システム２は、ＴＤＤを前提としたシステムである点が第１実施形態の無線通信システム１と異なる。また、無線通信システム２が具備する各端末装置５００−１〜５００−Ｕは同じ構成を有している。以下、すべての端末装置５００−１〜５００−Ｕを示す場合、あるいはいずれか１つを示す場合、端末装置５００という。また、無線通信システム２において、第１実施形態の無線通信システム１と同じ機能部に対しては同じ符号を付して、その説明を省略する。 (B. Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating configurations of the base station device 400 and the terminal devices 500-1 to 500-U included in the wireless communication system 2 according to the second embodiment. The wireless communication system 2 in the present embodiment is different from the wireless communication system 1 in the first embodiment in that the system is based on TDD. Moreover, each terminal device 500-1 to 500-U included in the wireless communication system 2 has the same configuration. Hereinafter, when all the terminal devices 500-1 to 500-U are shown, or when any one is shown, it is called the terminal device 500. Moreover, in the radio | wireless communications system 2, the same code | symbol is attached | subjected to the same function part as the radio | wireless communications system 1 of 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

基地局装置４００は、データ発生回路１０１と、送信信号生成回路１０２と、無線部１０３−１〜１０３−Ｎ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）と、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと、チャネル情報推定回路４０５と、送信ウエイト算出回路１０６とを備えている。基地局装置４００は、チャネル情報復元回路１０５に替えてチャネル情報推定回路４０５を備えている点が基地局装置１００（図１）と異なる。
チャネル情報推定回路４０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎから入力される信号系列に含まれるトレーニング信号系列を検出し、検出したトレーニング信号系列に基づいて、基地局装置４００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと各端末装置５００に備えられている各アンテナ素子との間の上りリンクのチャネル情報を推定する。更に、チャネル情報推定回路４０５は、推定した上りリンクのチャネル情報と、予め測定しておいたキャリブレーションの補正値とを用いて、下りリンクのチャネル情報を算出する。チャネル情報推定回路４０５は、キャリブレーションを行う際、公知の技術、例えば非特許文献２に記載されている方法を用いる。また、チャネル情報推定回路４０５は、算出した下りリンクのチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６に出力する。 Base station apparatus 400 includes data generation circuit 101, transmission signal generation circuit 102, radio units 103-1 to 103-N (N is a natural number of N ≧ 2), antenna elements 104-1 to 104-N, A channel information estimation circuit 405 and a transmission weight calculation circuit 106 are provided. The base station apparatus 400 is different from the base station apparatus 100 (FIG. 1) in that a channel information estimation circuit 405 is provided instead of the channel information restoration circuit 105.
Channel information estimation circuit 405 detects a training signal sequence included in the signal sequence input from radio sections 103-1 to 103-N, and is provided in base station apparatus 400 based on the detected training signal sequence. Uplink channel information between the antenna elements 104-1 to 104-N and each antenna element included in each terminal device 500 is estimated. Further, the channel information estimation circuit 405 calculates downlink channel information using the estimated uplink channel information and a calibration correction value measured in advance. When performing calibration, the channel information estimation circuit 405 uses a known technique, for example, a method described in Non-Patent Document 2. Also, the channel information estimation circuit 405 outputs the calculated downlink channel information to the transmission weight calculation circuit 106.

端末装置５００−１は、アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）と、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）と、受信信号復調回路２０３−１と、送信信号生成回路２０４−１と、データ発生回路５０６−１とを備えている。端末装置５００−１は、チャネル情報推定回路２０５−１及びチャネル情報圧縮回路２０６−１に替えてデータ発生回路５０６−１を備えている点が端末装置２００−１（図１）と異なる。本実施形態においては、端末装置５００がチャネル情報を推定し、フィードバックする必要がないためである。
データ発生回路５０６−１は、各端末装置５００に備えられているアンテナ素子と、基地局装置４００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎとの間のチャネル情報を推定するためのトレーニング信号系列と、端末装置５００−１〜５００−Ｕから基地局装置４００へ送信する送信データ系列とを生成する。データ発生回路５０６−１は、生成したトレーニング信号系列と、生成した送信データ系列とを送信信号生成回路２０４−１に出力する。 The terminal device 500-1 includes antenna elements 201-1-1 to 201-1-M (1), radio units 202-1-1 to 202-1-M (1), and a received signal demodulation circuit 203-1. A transmission signal generation circuit 204-1 and a data generation circuit 506-1. The terminal device 500-1 is different from the terminal device 200-1 (FIG. 1) in that the terminal device 500-1 includes a data generation circuit 506-1 instead of the channel information estimation circuit 205-1 and the channel information compression circuit 206-1. This is because the terminal device 500 does not need to estimate and feed back channel information in the present embodiment.
The data generation circuit 506-1 is for estimating channel information between the antenna elements provided in each terminal device 500 and the antenna elements 104-1 to 104-N provided in the base station device 400. A training signal sequence and a transmission data sequence to be transmitted from the terminal devices 500-1 to 500-U to the base station device 400 are generated. The data generation circuit 506-1 outputs the generated training signal sequence and the generated transmission data sequence to the transmission signal generation circuit 204-1.

次に、本実施形態の基地局装置４００と端末装置５００との動作について説明する。
図５は、本実施形態における基地局装置４００と端末装置５００との動作を説明するためのフレームシーケンスの一例である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置４００及び各端末装置５００から送信されるフレームが示されている。以下の説明において、端末装置５００−ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、端末装置５００−１〜５００−Ｕのいずれか１つを示す。また、基地局装置４００と端末装置５００とはＴＤＭＡを用いた通信を行う。また、各端末装置５００が基地局装置４００にトレーニング信号系列を送信する際には、予め定められた順番（例えば、端末装置５００−１から順に端末装置５００−Ｕまでの順）でトレーニング信号系列を送信する場合について説明し、その際、第ｕ番目の端末装置５００−ｕ（ｕ＝１，２，…，Ｕ）からチャネル情報フィードバックフレームが受信された時刻をｔ２ｕとするものとする。 Next, operations of the base station apparatus 400 and the terminal apparatus 500 according to the present embodiment will be described.
FIG. 5 is an example of a frame sequence for explaining operations of the base station apparatus 400 and the terminal apparatus 500 in the present embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates time, and frames transmitted from the base station device 400 and each terminal device 500 are shown. In the following description, the terminal device 500-u (1 ≦ u ≦ U) indicates any one of the terminal devices 500-1 to 500-U. The base station apparatus 400 and the terminal apparatus 500 perform communication using TDMA. When each terminal device 500 transmits a training signal sequence to the base station device 400, the training signal sequence in a predetermined order (for example, the order from the terminal device 500-1 to the terminal device 500-U). , And the time when the channel information feedback frame is received from the u-th terminal device 500-u (u = 1, 2,..., U) is assumed to be t 2u .

端末装置５００−ｕにおいて、データ生成回路５０６−ｕは上りリンクチャネル情報を推定するためのトレーニング信号系列を生成して送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。送信信号生成回路２０４−ｕは、データ生成回路５０６−ｕにより生成されたトレーニング信号系列から送信信号を生成する。無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、送信信号生成回路２０４−ｕが生成した送信信号をサウンディングフレームとして基地局装置４００に送信する（時刻ｔ２１，ｔ２２，…，ｔ２Ｕ）。ここで、サウンディングフレームは、ＴＤＭＡで順番に送信される。また、各端末装置５００が送信する順番は、予め定めておいてもよし、基地局装置４００が各端末装置５００に送信する順番を事前に通知するようにしてもよい。 In the terminal device 500-u, the data generation circuit 506-u generates a training signal sequence for estimating uplink channel information and outputs the training signal sequence to the transmission signal generation circuit 204-u. The transmission signal generation circuit 204-u generates a transmission signal from the training signal sequence generated by the data generation circuit 506-u. The radio units 202-1-1 to 202-1 -M (u) are transmission signals generated by the transmission signal generation circuit 204-u via the antenna elements 201-u-1 to 201 -u-M (u). Are transmitted to the base station apparatus 400 as sounding frames (time t 21 , t 22 ,..., T 2U ). Here, the sounding frames are transmitted in order by TDMA. Further, the order in which each terminal apparatus 500 transmits may be determined in advance, or the order in which the base station apparatus 400 transmits to each terminal apparatus 500 may be notified in advance.

基地局装置４００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して、端末装置５００から送信された順にサウンディングフレームを受信し、受信したサウンディングフレームに含まれる信号をベースバンドのディジタル信号に変換する。チャネル情報推定回路４０５は、各無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたディジタル信号に含まれるトレーニング信号系列を検出し、該トレーニング信号系列を送信した端末装置５００との間の上りリンクのチャネル情報を推定し、推定した上りリンクのチャネル情報とキャリブレーションの補正値とから下りリンクのチャネル情報を推定する。このとき、チャネル情報推定回路４０５は、サウンディングフレームを受信した順に下りリンクのチャネル情報を推定する。   In base station apparatus 400, radio sections 103-1 to 103-N receive sounding frames in the order transmitted from terminal apparatus 500 via antenna elements 104-1 to 104-N, and are included in the received sounding frames. Convert the signal to a baseband digital signal. The channel information estimation circuit 405 detects a training signal sequence included in the digital signal converted by each of the radio units 103-1 to 103-N, and performs an uplink communication with the terminal device 500 that has transmitted the training signal sequence. Channel information is estimated, and downlink channel information is estimated from the estimated uplink channel information and calibration correction values. At this time, the channel information estimation circuit 405 estimates downlink channel information in the order in which the sounding frames are received.

送信ウエイト算出回路１０６は、チャネル情報推定回路４０５が推定したチャネル情報を用いて順に演算を行い、送信ウエイトを算出する。このとき、送信ウエイト算出回路１０６は、第１実施形態において説明したように、第ｕ番目の端末装置５００−ｕに対応する下りリンクのチャネル情報が得られると、第１番目の端末装置５００−１から第（ｕ−１）番目の端末装置５００−（ｕ−１）までのチャネル情報から算出された逆行列Ｒｕ−１（ｋ）−１から逆行列Ｒｕ（ｋ）−１を順次算出する。送信ウエイト算出回路１０６は、第Ｕ番目の端末装置２００−Ｕに対するチャネル情報を用いて逆行列ＲＵ（ｋ）−１を算出すると、逆行列ＲＵ（ｋ）−１から送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトを送信信号生成回路１０２に出力する。
送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して上述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置５００に送信する。なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングは行わない。 The transmission weight calculation circuit 106 performs operations in order using the channel information estimated by the channel information estimation circuit 405 to calculate a transmission weight. At this time, as described in the first embodiment, when the downlink channel information corresponding to the u-th terminal device 500-u is obtained, the transmission weight calculation circuit 106 receives the first terminal device 500-. The inverse matrix R u-1 (k) −1 to the inverse matrix R u (k) −1 calculated from the channel information from the 1st to (u−1) th terminal device 500- (u−1) is sequentially applied. calculate. When the transmission weight calculation circuit 106 calculates the inverse matrix R U (k) −1 using the channel information for the U-th terminal device 200-U, the transmission weight calculation circuit 106 calculates the transmission weight from the inverse matrix R U (k) −1. The calculated transmission weight is output to the transmission signal generation circuit 102.
The transmission signal generation circuit 102 performs the above-described signal processing on the transmission signal input from the data generation circuit 101, and further generates a multi-user MIMO radio signal using the transmission weight calculated by the transmission weight calculation circuit 106. Then, the generated radio signal is transmitted as data frames to the terminal device 500 via the antenna elements 104-1 to 104-N. When transmitting a signal without performing transmission beamforming, the transmission signal generation circuit 102 does not perform transmission beamforming.

各端末装置５００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置４００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号をベースバンドのディジタル信号に変換して受信信号復調回路２０３−ｕに出力する。受信信号復調回路２０３−ｕは入力されたディジタル信号からデータ系列を復調、復号して出力する。   In each terminal apparatus 500-u, the radio units 202-u-1 to 202-u-M (u) are connected to the base station apparatus 400 via the antenna elements 201-u-1 to 201-u-M (u). The received radio signal is received, converted into a baseband digital signal, and output to the received signal demodulation circuit 203-u. The received signal demodulation circuit 203-u demodulates and decodes the data series from the input digital signal and outputs it.

上述のように、本実施形態の無線通信システム２においても、第１実施形態と同様に、チャネル情報が得られてからチャネル情報に対する逆行列の算出に要する時間を短縮することができる。これにより、送信ウエイトＷ（ｋ）の算出に要する時間（オーバーヘッド）を削減することができ、また、伝搬チャネルの時間変動の影響を低減することができ、無線通信システム２のスループットを向上させることができる。   As described above, also in the wireless communication system 2 of the present embodiment, the time required to calculate the inverse matrix for the channel information after the channel information is obtained can be shortened as in the first embodiment. As a result, the time (overhead) required to calculate the transmission weight W (k) can be reduced, and the influence of time fluctuation of the propagation channel can be reduced, thereby improving the throughput of the radio communication system 2. Can do.

なお、上述の各実施形態では、各端末装置２００、５００が備えているアンテナ素子が１本の場合について説明したが、アンテナ素子が複数であってよい。この場合、端末装置２００、５００に対するチャネル情報として複数のチャネル情報ベクトルが得られるが、得られた個々のベクトルを異なる端末装置のチャネル情報ベクトルと見立てることにより、上述の説明と同様に演算可能である。
また、上述の各実施形態では、無線通信システム１、２において、基地局装置１００、４００がＯＦＤＭ信号を送信する場合について説明したが、シングルキャリア信号や（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access；直交周波数分割多元接続）信号などを送信するようにしてもよい。
また、上述の各実施形態において、マルチユーザＭＩＭＯによる送信を例にして説明したが、マルチユーザＭＩＭＯ伝送に限らず、ビームフォーミングを行う送信を行う無線通信システムに適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the case where each terminal device 200, 500 has one antenna element has been described, but a plurality of antenna elements may be provided. In this case, a plurality of channel information vectors are obtained as channel information for the terminal devices 200 and 500. By regarding each obtained vector as a channel information vector of a different terminal device, calculation can be performed in the same manner as described above. is there.
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the base station apparatuses 100 and 400 transmit OFDM signals in the wireless communication systems 1 and 2 has been described. However, a single carrier signal or (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access; Connection) signal or the like may be transmitted.
In each of the above-described embodiments, transmission by multi-user MIMO has been described as an example. However, the present invention is not limited to multi-user MIMO transmission, and can be applied to a wireless communication system that performs transmission by beam forming.

なお、本発明における送信ウエイト算出回路１０６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより初期値設定回路３０１、逆行列算出回路３０２、及びチャネル行列乗算回路３０３による処理を行わせ、送信ウエイトを算出させるようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。   Note that a program for realizing the function of the transmission weight calculation circuit 106 in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby executing an initial operation. The transmission weight may be calculated by causing the value setting circuit 301, the inverse matrix calculation circuit 302, and the channel matrix multiplication circuit 303 to perform processing. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

本発明は、例えば、無線ＬＡＮや、携帯電話などの無線通信システムに用いることができる。   The present invention can be used in, for example, a wireless communication system such as a wireless LAN or a mobile phone.

１，２…無線通信システム
９１…基地局装置
９２…端末装置
１００，４００…基地局装置（第１の通信装置，無線通信装置）
１０１…データ発生回路
１０２…送信信号生成回路
１０３−１，１０３−２，１０３−Ｎ…無線部
１０４−１，１０４−２，１０４−Ｎ…アンテナ素子
１０５…チャネル情報復元回路（チャネル情報取得部）
１０６…送信ウエイト算出回路
２００，２００−１，２００−ｕ，２００−Ｕ，５００，５００−１，５００−ｕ，５００−Ｕ…端末装置（第２の通信装置，通信装置）
２０１−１−１，２０１−１−２，２０１−１−Ｍ（ｕ），２０１−Ｕ−１，２０１−Ｕ−Ｍ（Ｕ）…アンテナ素子
２０２−１−１，２０２−１−２，２０２−１−Ｍ（１）…無線部
２０３−１…受信信号復調回路
２０４−１…送信信号生成回路
２０５−１…チャネル情報推定回路
２０６−１…チャネル情報圧縮回路
３０１…初期値設定回路
３０２…逆行列算出回路
３０３…チャネル行列乗算回路
４０５…チャネル情報推定回路（チャネル情報取得部）
５０６−１…データ発生回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Wireless communication system 91 ... Base station apparatus 92 ... Terminal apparatus 100, 400 ... Base station apparatus (1st communication apparatus, wireless communication apparatus)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Data generation circuit 102 ... Transmission signal generation circuit 103-1, 103-2, 103-N ... Radio | wireless part 104-1, 104-2, 104-N ... Antenna element 105 ... Channel information restoration circuit (Channel information acquisition part) )
106: Transmission weight calculation circuit 200, 200-1, 200-u, 200-U, 500, 500-1, 500-u, 500-U ... Terminal device (second communication device, communication device)
201-1-1, 201-1-2, 201-1-M (u), 201-U-1, 201-UM (U) ... antenna elements 202-1-1, 202-1-2, 202-1-M (1) wireless section 203-1 reception signal demodulation circuit 204-1 transmission signal generation circuit 205-1 channel information estimation circuit 206-1 channel information compression circuit 301 initial value setting circuit 302 ... Inverse matrix calculation circuit 303 ... Channel matrix multiplication circuit 405 ... Channel information estimation circuit (channel information acquisition unit)
506-1: Data generation circuit

Claims (5)

複数のアンテナ素子を備える第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置とにより構成される無線通信システムであって、
前記第１の通信装置は、
自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記第２の通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、
前記チャネル情報取得部が前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記第２の通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、
前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを用いて前記第２の通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成部と
を備え、
前記第２の通信装置の数をＵとした場合、
前記送信ウエイト算出部は、
前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報としての行列Ｒ Ｕ の初期値Ｒ ０ を設定する初期値設定部と、
ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の前記第２の通信装置に対する前記チャネル情報ｈ ｕ を取得すると、行列Ｒ ｕ−１ と前記取得したチャネル情報ｈ ｕ とから式（Ａ）及び式（Ｂ）によりベクトルｐ ｕ 及び変数ｑ ｕ を算出し、式（Ｃ）により行列Ｒ ｕ を逐次算出する逆行列算出部と、
前記逆行列算出部が算出した行列Ｒ Ｕ を用いて前記送信ウエイトを算出するチャネル行列乗算部と
を有する
Figure 0005702702
 ことを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system including a first communication device including a plurality of antenna elements and a plurality of second communication devices communicating with the first communication device,
The first communication device is:
A channel information acquisition unit for acquiring channel information indicating characteristics of a propagation channel between the plurality of antenna elements provided in the own device and the antenna elements provided in each of the second communication devices;
Each time the channel information acquisition unit acquires the channel information, the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel is updated based on the acquired channel information, and the inverse of the propagation channel calculated using all the channel information is updated. A transmission weight calculation unit for calculating a transmission weight when spatially multiplexing data to be transmitted to the second communication device based on information indicating characteristics;
A transmission signal generation unit that generates a transmission signal by weighting data to be transmitted to the second communication device using the transmission weight calculated by the transmission weight calculation unit ;
When the number of the second communication devices is U,
The transmission weight calculation unit
An initial value setting unit for setting an initial value R 0 of the matrix R U as information indicating an inverse characteristic of the propagation channel,
u (1 ≦ u ≦ U) -th when acquiring the channel information h u for the second communication device, the matrix R u-1 and the acquired channel information h u Tocharian formula (A) and (B) To calculate a vector p u and a variable q u , and sequentially calculate a matrix R u according to equation (C) ,
A channel matrix multiplication unit for calculating the transmission weight using the matrix R U of the inverse matrix calculation unit has calculated
Have
Figure 0005702702
 A wireless communication system. 前記送信ウエイト算出部は、
前記第２の通信装置それぞれにおける信号対雑音電力比を用いて前記送信ウエイトを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。 The transmission weight calculation unit
The wireless communication system according to claim 1 , wherein the transmission weight is calculated using a signal-to-noise power ratio in each of the second communication devices. 複数のアンテナ素子を備え、複数の通信装置と通信する無線通信装置であって、
自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、
前記チャネル情報取得部が前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、
前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを用いて前記通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成部と
を備え、
前記通信装置の数をＵとした場合、
前記送信ウエイト算出部は、
前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報としての行列Ｒ Ｕ の初期値Ｒ ０ を設定する初期値設定部と、
ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の前記通信装置に対する前記チャネル情報ｈ ｕ を取得すると、行列Ｒ ｕ−１ と前記取得したチャネル情報ｈ ｕ とから式（Ａ）及び式（Ｂ）によりベクトルｐ ｕ 及び変数ｑ ｕ を算出し、式（Ｃ）により行列Ｒ ｕ を逐次算出する逆行列算出部と、
前記逆行列算出部が算出した行列Ｒ Ｕ を用いて前記送信ウエイトを算出するチャネル行列乗算部と
を有する
Figure 0005702702
 ことを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device comprising a plurality of antenna elements and communicating with a plurality of communication devices,
A channel information acquisition unit for acquiring channel information indicating characteristics of a propagation channel between the plurality of antenna elements provided in the own device and the antenna elements provided in each of the communication devices;
Each time the channel information acquisition unit acquires the channel information, the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel is updated based on the acquired channel information, and the inverse of the propagation channel calculated using all the channel information is updated. A transmission weight calculation unit for calculating a transmission weight when spatially multiplexing data to be transmitted to the communication device based on information indicating characteristics;
A transmission signal generator that generates a transmission signal by weighting data to be transmitted to the communication device using the transmission weight calculated by the transmission weight calculator ;
When the number of the communication devices is U,
The transmission weight calculation unit
An initial value setting unit for setting an initial value R 0 of the matrix R U as information indicating an inverse characteristic of the propagation channel,
When the channel information h u for the u (1 ≦ u ≦ U) th communication device is acquired, the vector p is obtained from the matrix R u−1 and the acquired channel information h u by the equations (A) and (B). an inverse matrix calculator that calculates u and a variable q u and sequentially calculates a matrix R u according to the equation (C) ;
A channel matrix multiplication unit for calculating the transmission weight using the matrix R U of the inverse matrix calculation unit has calculated
Have
Figure 0005702702
 A wireless communication apparatus. 前記送信ウエイト算出部は、
前記通信装置それぞれにおける信号対雑音電力比を用いて前記送信ウエイトを算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。 The transmission weight calculation unit
The wireless communication device according to claim 3 , wherein the transmission weight is calculated using a signal-to-noise power ratio in each of the communication devices. 複数のアンテナ素子を備える第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置とにより構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、
自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記第２の通信装置それぞれに備えられているアンテナ素子との間の伝搬チャネルの特性を示すチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、
前記チャネル情報取得ステップにおいて前記チャネル情報を取得する都度、前記取得したチャネル情報に基づいて前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報を更新し、すべての前記チャネル情報を用いて算出した前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報に基づいて、前記第２の通信装置に送信するデータを空間多重する際の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
前記送信ウエイト算出ステップにおいて算出した送信ウエイトを用いて前記第２の通信装置に送信するデータに重み付けして送信信号を生成する送信信号生成ステップと
を有し、
前記第２の通信装置の数をＵとした場合、
前記送信ウエイト算出ステップは、
前記伝搬チャネルの逆特性を示す情報としての行列Ｒ Ｕ の初期値Ｒ ０ を設定する初期値設定ステップと、
ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の前記第２の通信装置に対する前記チャネル情報ｈ ｕ を取得すると、行列Ｒ ｕ−１ と前記取得したチャネル情報ｈ ｕ とから式（Ａ）及び式（Ｂ）によりベクトルｐ ｕ 及び変数ｑ ｕ を算出し、式（Ｃ）により行列Ｒ ｕ を逐次算出する逆行列算出ステップと、
前記逆行列算出ステップにおいて算出した行列Ｒ Ｕ を用いて前記送信ウエイトを算出するチャネル行列乗算ステップと
を含む
Figure 0005702702
 ことを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication method in a wireless communication system configured by a first communication device including a plurality of antenna elements and a plurality of second communication devices communicating with the first communication device,
A channel information acquisition step of acquiring channel information indicating characteristics of a propagation channel between the plurality of antenna elements provided in the own device and the antenna elements provided in each of the second communication devices;
Each time the channel information is acquired in the channel information acquisition step, the information indicating the reverse characteristics of the propagation channel is updated based on the acquired channel information, and the inverse of the propagation channel calculated using all the channel information is updated. A transmission weight calculating step for calculating a transmission weight when spatially multiplexing data to be transmitted to the second communication device based on information indicating characteristics;
Possess a transmission signal generation step of generating a transmission signal by weighting the data to be transmitted to the second communication device using the transmission weight calculated in the transmission weight calculation step,
When the number of the second communication devices is U,
The transmission weight calculating step includes:
And initial value setting step of setting the initial value R 0 of the matrix R U as information indicating an inverse characteristic of the propagation channel,
u (1 ≦ u ≦ U) -th when acquiring the channel information h u for the second communication device, the matrix R u-1 and the acquired channel information h u Tocharian formula (A) and (B) Calculating a vector p u and a variable q u by the following formula , and an inverse matrix calculating step of sequentially calculating a matrix R u by the equation (C) ;
A channel matrix multiplication step of calculating the transmission weight using the matrix R U calculated in the inverse matrix calculating step
including
Figure 0005702702
 A wireless communication method.
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