JP6534904B2 - Terminal station apparatus, method of controlling terminal station apparatus, and method of manufacturing terminal station apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、端末局装置、端末局装置の制御方法及び端末局装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a terminal station device , a control method for the terminal station device, and a method for manufacturing the terminal station device.
[まえがき]
現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。対策として、第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかし、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。
[Foreword]
At present, with the explosive spread of smartphones, microwave resources with high convenience are depleted in frequency resources. As measures, the transition from the 3rd generation mobile phone to the 4th generation mobile phone and the assignment of new frequency bands are being performed. However, since there are many operators who want to provide services, the frequency resources allocated to each operator are limited.
携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナ・システムによる周波数利用効率の向上を目指す検討が進められている。既に普及している無線標準規格IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.11nでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるMIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送技術を用いて空間多重伝送を行う。これにより、IEEE802.11nでは、伝送容量を高めて周波数利用効率を向上させている。なお、MIMOという用語は、一般には送信局及び受信局共に複数アンテナ素子を備えることを想定して使われる。受信側が単数アンテナ素子の場合には、MIMOではなく、MISO(Multiple Input Single Output)という用語が使われる。ただし、以下では、これらを全て包含する意味でMIMOという用語を用いる。 In the service of mobile phones, studies are underway to improve the frequency utilization efficiency by a multi-antenna system using a plurality of antenna elements. The already widespread wireless standard IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11n uses Multiple Input Multiple Output (MIMO) transmission technology that uses multiple antenna elements for both transmission and reception. Space multiplexing transmission. Thus, in IEEE 802.11n, transmission capacity is increased to improve frequency utilization efficiency. The term "MIMO" is generally used on the assumption that a transmitting station and a receiving station have multiple antenna elements. When the receiving side is a single antenna element, the term MISO (Multiple Input Single Output) is used instead of MIMO. However, in the following, the term MIMO is used in the sense of including all of them.
また、最近の通信技術としては、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式やSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization)方式の様に、複数の周波数成分(サブキャリア)に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。以下では、特にOFDMやSC−FDEの区別をせず、それらに共通する一般的な方式を前提として「サブキャリア」という用語を用いて説明する。 In addition, as a recent communication technology, it is divided into a plurality of frequency components (subcarriers) such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation scheme and SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) scheme, and the frequency axis is divided. A system that performs signal processing is common. The following description will be made using the term “subcarrier” on the premise of a general scheme common to OFDM and SC-FDE without particular distinction.
MIMO伝送技術においては、送信局と受信局との間の伝送路情報を知ることで、より効率的な伝送を行うことが可能となる。最も単純な例としては、受信側で複数のアンテナの場合を示したが、送信側にN本のアンテナ素子を備え、受信側に1本のアンテナ素子のみを備える場合、N本のアンテナ素子から送信される信号が受信側のアンテナ素子において同位相合成される様に送信側で指向性制御を行う。これにより、回線利得を高めることができる。具体的には、第kサブキャリアにおける送信局の第jアンテナ素子から受信局のアンテナ素子までの間のチャネル情報をhj (k)としたときに、そのアンテナ素子に対して下記の式(1)の送信ウエイトwj (k)を算出し、これを送信信号に乗算したものを各アンテナ素子から送信する(等利得合成)。なお、本明細書におけるチャネル情報とは実運用上の回路構成や信号処理及び制御の手順を考慮し、厳密には、送信系及び受信系のRF(Radio Frequency)回路内のアンプ、フィルタ等の複素位相の回転及び振幅の変動情報などを含むものとする。 In the MIMO transmission technology, more efficient transmission can be performed by knowing transmission path information between the transmitting station and the receiving station. As the simplest example, the case of multiple antennas on the receiving side has been shown, but in the case of including N antenna elements on the transmitting side and only one antenna element on the receiving side, N antenna elements The directivity control is performed on the transmission side such that the signals to be transmitted are combined in phase by the antenna element on the reception side. This can increase the line gain. Specifically, when channel information from the j-th antenna element of the transmitting station to the antenna element of the receiving station in the k-th subcarrier is h j (k) , The transmission weight w j (k) of 1) is calculated, and the transmission signal multiplied by this is transmitted from each antenna element (equal gain combining). Note that the channel information in the present specification takes into account the practical circuit configuration and the procedure of signal processing and control, and strictly speaking, an amplifier, a filter, etc. in an RF (Radio Frequency) circuit of a transmitting system and a receiving system. It is assumed that complex phase rotation and amplitude fluctuation information and the like are included.
送信側の第1アンテナ素子から第Nアンテナ素子それぞれに対応するチャネル情報を成分とするベクトル(h1 (k),…,hj (k),…,hN (k))をチャネルベクトルh(k)と称する。また、送信側の第1アンテナ素子から第Nアンテナ素子に対応する送信ウエイトを成分とするベクトル(w1 (k),…,wj (k),…,wN (k))T(Tは転置を表す。)を送信ウエイトベクトルw(k)と称する。なお、厳密には、ダウンリンクにおけるチャネルベクトル→h(k)(「h(k)」の前の記号「→」は、hの上に付与されてベクトルを表すための記号である)は行ベクトル、送信ウエイトベクトル→w(k)は列ベクトルとして表記されるべきである。しかし、以下では、簡単のために、記号「→」を省略すると共に行ベクトルと列ベクトルとを区別せずに表記する。また、以降の説明では受信信号Rx、送信信号Tx及びノイズnに関する表記も同様に「→」を付与してベクトルであることを明示すべきであるが、他に紛らわしい表記がないので「→」を省略して説明する。受信信号Rxは、送信信号Tx及びノイズnに対して下記の式(2)で与えられる。 A vector (h 1 (k) ,..., H j (k) ,..., H N (k) ) having channel information corresponding to each of the first antenna element on the transmitting side to the Nth antenna element as a channel vector h It is called (k) . Also, vector a transmission weight corresponding from the first antenna element of the transmission side to the N antenna elements and components (w 1 (k), ... , w j (k), ..., w N (k)) T (T Represents transposition ) is referred to as a transmission weight vector w (k) . Strictly speaking, the channel vector in the downlink → h (k) (the symbol “→” in front of “h (k) ” is a symbol given on h to represent a vector) is a line The vector, transmit weight vector → w (k), should be written as a column vector. However, in the following, for the sake of simplicity, the symbol “→” is omitted and the row vector and the column vector are described without distinction. Also, in the following description, the notation relating to the reception signal Rx, the transmission signal Tx and the noise n should be similarly given “→” to clearly indicate that it is a vector, but since there is no misleading notation “→” I omit and explain. The reception signal Rx is given by the following equation (2) for the transmission signal Tx and the noise n.
式(1)を式(2)に代入すると、チャネルベクトルh(k)の各成分hj (k)の絶対値を全アンテナ成分に亘って加算した値がチャネル利得として得られる。各アンテナ素子からの送信電力を1本アンテナで送信する場合と同じままとするならば、N本アンテナ素子であれば、受信信号の振幅は1本のアンテナ素子で送信した場合のN倍になるものと期待される。受信信号電力は、振幅の2乗に比例するからN2倍にまで改善される。この値が複数のアンテナ素子をアレーアンテナとして利用した場合の利得である。厳密には、アレーアンテナそのものの利得としては、(総送信電力一定のもとでの評価した結果である)受信電力N倍と解釈されるのが一般的であるが、以下の説明では実運用環境を想定し、1素子当たりの送信電力一定の場合を基準として説明を行う。 Substituting equation (1) into equation (2), the value obtained by adding the absolute value of each component h j (k) of channel vector h (k) over all antenna components is obtained as a channel gain. If the transmission power from each antenna element is kept the same as in the case of transmission by one antenna, the amplitude of the received signal is N times that in the case of transmission by one antenna element in the case of N antenna elements Expected to be. The received signal power is improved to N 2 times since it is proportional to the square of the amplitude. This value is a gain when a plurality of antenna elements are used as an array antenna. Strictly speaking, the gain of the array antenna itself is generally interpreted as N times the received power (as a result of evaluation under a constant total transmission power). Assuming an environment, the description will be made based on the case where the transmission power per element is constant.
一般的には、シャノンの定理により、SNR(Signal-Noise Ratio)の改善量に対する伝送容量の増加は、低SNR領域ほど大きく、高SNR領域ほど小さいことが知られている。そのため、回線利得の改善によって伝送容量の向上を目指すより、受信側にも複数のアンテナ素子を備え、空間多重によって伝送容量の向上を目指すことが多い。空間多重によって伝送容量の増加を目指すのがMIMO伝送技術である。 In general, it is known that the increase in transmission capacity with respect to the improvement amount of the signal-noise ratio (SNR) is larger in the low SNR region and smaller in the high SNR region according to Shannon's theorem. Therefore, rather than aiming to improve the transmission capacity by improving the channel gain, the reception side is often provided with a plurality of antenna elements, and the transmission capacity is often aimed to be improved by spatial multiplexing. MIMO transmission technology aims to increase the transmission capacity by spatial multiplexing.
図1にMIMO伝送の概要を示す。ここではある周波数に着目した説明として、サブキャリアないし周波数を表す添え字「k」は省略している。図1において、符号11は送信局、符号12は受信局を表す。この例では送信局11、受信局12共に2本のアンテナ素子を備えており、送信局11の送信アンテナ#1と受信局12の受信アンテナ#1との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh11、送信局11の送信アンテナ#1と受信局12の受信アンテナ#2との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh21、送信局11の送信アンテナ#2と受信局12の受信アンテナ#1との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh12、送信局11の送信アンテナ#2と受信局12の受信アンテナ#2との間のチャネル情報(振幅、複素位相の回転量を表す情報)をh22として表せば、送信局11の2本の送信アンテナから送信される信号t1、t2と、受信局12の2本の受信アンテナで受信される信号r1、r2との間には、雑音信号n1、n2を用いて以下の式(3)で表される。
FIG. 1 shows an outline of MIMO transmission. Here, as an explanation focusing on a certain frequency, a suffix “k” representing a subcarrier or a frequency is omitted. In FIG. 1,
基本的にMIMO伝送では、受信側の受信信号とチャネル行列を基に、送信側の信号を推定する。式(3)の雑音項が十分に小さければ、両辺にチャネル行列の逆行列を乗算することで、受信信号から送信信号を推定することができる。送信側で所定の送信ウエイト行列を乗算し、更に受信側でも所定の受信ウエイトを乗算することで伝送特性を改善でき、より効率的な伝送が可能になる。例えば複数の送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間のチャネル情報が既知の場合には、そのチャネル行列を特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)し、固有モードでの伝送を行うことで伝送容量を最大化する。 Basically, in MIMO transmission, the signal on the transmission side is estimated based on the reception signal on the reception side and the channel matrix. If the noise term in equation (3) is sufficiently small, the transmission signal can be estimated from the reception signal by multiplying both sides by the inverse of the channel matrix. The transmission characteristics can be improved by multiplying the predetermined transmission weight matrix on the transmission side and further multiplying the predetermined reception weight on the reception side, and more efficient transmission becomes possible. For example, when channel information between a plurality of transmitting antenna elements and a receiving antenna element is known, the channel matrix is subjected to singular value decomposition (SVD) and transmission in the eigenmode is performed. Maximize transmission capacity.
具体的には、下記の式(4)の様に、チャネル行列Hをユニタリー行列UとV及び特異値λを対角成分に持つ対角行列Dに分解する。 Specifically, the channel matrix H is decomposed into a diagonal matrix D having a unitary matrix U and V and singular values λ as diagonal components as shown in the following equation (4).
この際、送信ウエイト行列としてユニタリー行列Vを用いれば、受信信号ベクトルRxは、送信信号ベクトルTx、ノイズベクトルnに対して、下記の式(5)で与えられる。 At this time, if a unitary matrix V is used as the transmission weight matrix, the reception signal vector Rx is given by the following equation (5) for the transmission signal vector Tx and the noise vector n.
受信側では、ユニタリー行列Uのエルミート共役の行列UHを乗算することで、下記の式(6)を得る。 On the receiving side, the following equation (6) is obtained by multiplying the matrix U H of Hermitian conjugates of the unitary matrix U.
式(6)において、対角行列Dの非対角成分はゼロであるから、送信信号のクロスタームは既にキャンセルされ、信号分離された状態となる。また、ノイズベクトルは受信ウエイト行列UHを乗算され、座標軸が回転されて表されるノイズベクトルn’に変換されているが、ベクトルの統計的特徴は元のノイズベクトルと等価なままである。 In the equation (6), since the non-diagonal components of the diagonal matrix D are zero, the cross terms of the transmission signal are already canceled and the signals are separated. Also, although the noise vector is multiplied by the reception weight matrix U H and converted to the noise vector n ′, which is expressed by rotating the coordinate axis and represented, the statistical features of the vector remain equivalent to the original noise vector.
図2に、固有モード伝送の概念図を示す。図2(a)は基本のMIMOチャネルを示し、図2(b)は送受信ウエイト行列の乗算を行った状況を示し、図2(c)は固有モード伝送で形成される仮想的な伝送路を示している。送信局11と受信局12との各送受信アンテナの間のチャネル行列Hは、式(4)で示した通り、特異値分解により特異値λを各対角成分に持つ行列Dと、二つのユニタリー行列U、VHの積で表される。ここで図2(b)及び式(5)で示す様に送信側で送信ウエイト行列V、受信側で受信ウエイト行列UHを用いると、式(4)のユニタリー行列の部分に乗算されて単位行列となり、結果的に式(6)に示す様に非対角成分がゼロで対角成分のみが非ゼロの行列Dで表すことが可能になる。これはあたかも、図2(c)に示す様に、特異値λ1、λ2・・・で表される仮想的なチャネルの伝送路がパラレルに張られた状況に相当する。このとき、各特異値λの絶対値の2乗値が個別の信号系列の回線利得に相当する。各特異値λは、信号系統ごとに異なる値となる。この固有モードの特異値に合わせて伝送モードを最適化することによって、伝送容量を最大化することができる。伝送モードは、変調多値数と誤り訂正の符号化率などの組み合わせで定まる信号伝送の具体的なモードである。
FIG. 2 shows a conceptual diagram of eigenmode transmission. FIG. 2 (a) shows a basic MIMO channel, FIG. 2 (b) shows a situation in which transmission and reception weight matrices are multiplied, and FIG. 2 (c) shows a virtual transmission path formed by eigenmode transmission. It shows. The channel matrix H between the transmitting and receiving antennas of the
ここで、MIMOチャネルのチャネル行列の各成分が独立で無相関であれば、各特異値の絶対値はそれぞれが比較的大きな値となる。例えば反射波が多数存在し、見通し波の受信電力が相対的に低い場合には、上述の様に各特異値は比較的大きな値を持つことになる。一方で、送受信アンテナが見通し環境にあり、反射波があまり存在しない様な場合には、第1特異値の絶対値だけが極端に大きく、第2特異値以降の特異値の絶対値は極端に小さくなる傾向がある。このため、一般的にはMIMO伝送はマルチパス環境に適していると言われ、見通し波が支配的な場合にはあまり適さないと言われている。 Here, if each component of the channel matrix of the MIMO channel is independent and uncorrelated, the absolute value of each singular value becomes a relatively large value. For example, when there are many reflected waves and the received power of the sight wave is relatively low, each singular value will have a relatively large value as described above. On the other hand, when the transmitting / receiving antenna is in the line-of-sight environment and there is not much reflected wave, only the absolute value of the first singular value is extremely large and the absolute value of the singular value after the second singular value is extremely It tends to be smaller. For this reason, it is generally said that MIMO transmission is suitable for a multipath environment, and not so suitable when the line of sight is dominant.
上記は、1台の基地局装置と1台の端末局装置とを想定したシングルユーザMIMO伝送技術に関する説明である。同様の説明は、1台の基地局装置と複数台の端末局装置との間において同時に同一周波数軸上で通信を行うマルチユーザMIMOにも拡張可能である。マルチユーザMIMOにおいては、一般に、各端末局装置は空間多重する合計の信号系統数よりも少ない本数のアンテナ素子で通信を行う。そのため、ダウンリンクにおいては、送信側で事前にユーザ間干渉を抑圧するための指向性制御を行う。具体的な式は若干異なるが、基本的には上記の固有モード伝送と同様に、チャネル行列を把握した上でそれに合わせた送信ウエイトを用いる。 The above is a description of a single-user MIMO transmission technology assuming one base station apparatus and one terminal station apparatus. The same description can be extended to multi-user MIMO in which communication is simultaneously performed on the same frequency axis between one base station apparatus and a plurality of terminal stations. In multi-user MIMO, in general, each terminal station apparatus communicates with a smaller number of antenna elements than the total number of signal systems to be spatially multiplexed. Therefore, in the downlink, directivity control is performed in advance for suppressing inter-user interference on the transmission side. Although the specific equation is slightly different, basically, as with the above-mentioned eigenmode transmission, after grasping the channel matrix, a transmission weight in accordance with it is used.
また、上記の説明では、ダウンリンクを中心に説明を行ったが、アップリンクにおいても同様に事前にチャネル情報を把握した上で、そのチャネル情報を利用した通信を行うことができる。例えば、最初に説明したアレーアンテナとしての処理においては、式(1)にて与えられる同位相合成のウエイトを受信ウエイトとして用いる他、最大比合成のウエイトとして、下記の式(7)で与えられるものを用いることも可能である。 Further, in the above description, the explanation was made focusing on the downlink, but also in the uplink, it is possible to perform communication using the channel information after grasping the channel information in advance similarly. For example, in the processing as the array antenna described first, in addition to using the in-phase combining weight given by equation (1) as the receiving weight, it is given by the following equation (7) as the maximum ratio combining weight It is also possible to use one.
式(7)の定数Cは適宜定められる係数である。ベクトルの各成分の中でhj (k)の絶対値が大きいものは大きな重みで足し合わされ、また、小さな信号は小さな重みで足し合わされる様にCが決定される。これにより、SNRの大きな信号を重視し、SNRの小さな信号の雑音が過度に影響を与えない様に調整が図られる。 The constant C in the equation (7) is a coefficient which is appropriately determined. Among the components of the vector, those with large absolute values of h j (k) are added with a large weight, and C is determined such that a small signal is added with a small weight. In this way, a signal with a large SNR is emphasized, and adjustments are made so that the noise of the signal with a low SNR does not excessively affect.
なお、送信ウエイトの算出のためにはダウンリンクのチャネル情報が必要になるが、これは様々な形のチャネルフィードバックにより実現可能である。最も単純な例では、ダウンリンクで基地局装置が送信したトレーニング信号を端末局装置が受信し、その受信結果をアップリンクの制御情報に収容して通知することが可能である。一般に、この様なループバックを行うチャネル推定方法を、エクスプリシット・フィードバックと呼ぶ。この他には、例えば基地局装置の装置内部でのアップリンクのチャネル情報とダウンリンクのチャネル情報との換算に必要となるキャリブレーション係数を事前に取得しておき、アップリンクでチャネル推定を行った後、このキャリブレーション係数を乗算することでダウンリンクのチャネル情報を推定することも可能である。この方法はインプリシット・フィードバックと呼ばれる。アンテナ数が膨大となる大規模アンテナの場合には、インプリシット・フィードバックが一般的には有利とされている。ただし、本発明においてはチャネルフィードバックの方法は特に限定せず、一般的なチャネル推定方法が利用可能であるとしている。 In addition, although downlink channel information is required to calculate transmission weights, this can be realized by various forms of channel feedback. In the simplest example, the terminal station apparatus can receive a training signal transmitted by the base station apparatus on the downlink, and the reception result can be accommodated in uplink control information and notified. In general, a channel estimation method that performs such loopback is called explicit feedback. Besides this, for example, calibration coefficients necessary for converting uplink channel information and downlink channel information in the base station apparatus are acquired in advance, and channel estimation is performed on the uplink. After that, it is also possible to estimate downlink channel information by multiplying this calibration coefficient. This method is called implicit feedback. Implicit feedback is generally favored for large scale antennas where the number of antennas is huge. However, in the present invention, the method of channel feedback is not particularly limited, and it is assumed that a general channel estimation method can be used.
[将来モバイルネットワークの方向性]
前述の通り、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、更なる伝送容量の増大が求められている。現在の無線通信の研究においては、第4世代の携帯電話に続く第5世代の携帯電話のための技術検討が進められており、ここでは第4世代の更に10倍以上の伝送容量を実現することが求められている。ここでは単に、一つの基地局装置とその配下の無線システムの伝送容量の増大のみではなく、単位面積当たりの伝送容量の増大も合わせて求められている。具体的には、新宿、渋谷、銀座や大手町など、人が多く集まる場所では単に無線システムの伝送容量増大だけでは対処できず、一つの基地局装置のカバーするエリア面積を縮小し(以降、「スモールセル」と呼ぶ)、より狭い面積で同等の伝送容量を実現し、そのスモールセルを多数設定することでスモールセルの数に比例する伝送容量を実現する。ただし、このスモールセルは人が集まり更なる伝送容量が必要となる場所に設置することが求められるため、広大なエリア面積を持つマクロセルの様に置局設計が十分にできない。元々、周波数資源が枯渇する中でスモールセルを導入するため、複数の周波数チャネルが利用可能であるならば、それは周波数繰り返し(周波数リユース)としてその資源を活用するのではなく、同一場所にて複数の周波数チャネルを利用することでトータルの伝送容量を増やすことが好ましい。したがって、同一周波数チャネルであっても、置局設計なしに比較的近距離でスモールセルの繰り返し設置ができる技術が求められる。
Future Mobile Network Directions
As described above, with the explosive spread of smartphones, a further increase in transmission capacity is required. In current wireless communication research, technology is being studied for the 5th generation mobile phone following the 4th generation mobile phone, and in this case, 10 times more transmission capacity than the 4th generation is realized. Is required. Here, not only the increase in transmission capacity of one base station apparatus and the wireless system under the control thereof, but also the increase in transmission capacity per unit area are required together. Specifically, in areas where people gather, such as Shinjuku, Shibuya, Ginza and Otemachi, simply increasing the transmission capacity of the wireless system can not cope with it, and reduce the area area covered by one base station device (hereinafter, The same transmission capacity is realized in a smaller area (referred to as “small cell”), and a large number of small cells are set to realize a transmission capacity proportional to the number of small cells. However, since this small cell is required to be installed at a place where people gather and need further transmission capacity, it is not possible to sufficiently design a station as a macro cell having a large area area. Originally, if multiple frequency channels are available to introduce a small cell while the frequency resources are exhausted, it will not utilize that resource as frequency reuse (frequency reuse) but multiple at the same place It is preferable to increase the total transmission capacity by utilizing the frequency channel of Therefore, there is a need for a technology that allows repeated installation of small cells at relatively short distances without station design even with the same frequency channel.
更に、マイクロ波帯の周波数資源が枯渇する中で、10Gbit/s以上の伝送容量を実現するためには周波数帯域幅をある程度確保する必要があり、そのためにはより高い周波数帯の活用が期待される。しかし、回線設計的には周波数が10倍になると自由空間伝搬損失は20dB増加するため、同一の送信電力であれば伝搬の到達距離は見通し環境においては1/10に縮小されてしまう。更には送信側のハイパワーアンプの大出力化に関しても、周波数が高くなるほど困難になり、1アンテナ当たりの送信電力を限定的としながらも、回線設計的に十分に10Gbit/s以上の伝送容量を実現できる技術が求められる。 Furthermore, while the frequency resources of the microwave band are exhausted, it is necessary to secure a certain frequency bandwidth in order to realize a transmission capacity of 10 Gbit / s or more, and for that purpose, utilization of higher frequency bands is expected. Ru. However, since the free space propagation loss increases by 20 dB when the frequency becomes 10 times in line design, the reach of propagation is reduced to 1/10 in the line-of-sight environment with the same transmission power. Furthermore, with regard to increasing the output of the high-power amplifier on the transmission side, the higher the frequency, the harder it becomes, and while limiting the transmission power per antenna, the transmission capacity of 10 Gbit / s or more is enough for line design. Technologies that can be realized are required.
この様な観点から、現在、大規模MIMO(Massive MIMO)伝送技術が注目を集めている。Massive MIMO伝送技術では、基地局装置側のアンテナ本数を最大でも数本程度であった従来のMIMO伝送よりも少なくとも一桁以上増加させ、数十本〜数百本の多数のアンテナ素子を用いることで、宛先とする端末局装置への回線利得向上と、宛先以外の端末局装置への与被干渉を低減する。Massive MIMOの実現方法、適用方法については様々なバリエーションがあり、所謂スモールセルに関しては、宛先以外の端末局装置への与被干渉の低減を「セル間干渉の抑圧」に活用している。またMassive MIMO伝送技術としては、当然ながら従来技術と同様に、大規模なMIMO行列を単純に単一の端末局装置で利用するシングルユーザMIMOとしての利用の他、複数の端末局装置で同時通信を行うマルチユーザMIMOとしての利用もある。ここでマルチユーザMIMOとしての利用においては、スモールセルの場合とは異なり同一エリア内の端末局装置間の「ユーザ間干渉の抑圧」に非常に冗長な数のアンテナ素子数を活用することも可能である。以下では、これらの大規模アンテナに関する技術の一例として、大規模アンテナシステム(例えば、非特許文献1から非特許文献4参照)について簡単に説明する。
From such a point of view, large-scale MIMO (Massive MIMO) transmission technology is currently attracting attention. In Massive MIMO transmission technology, the number of antennas on the base station apparatus side is increased by at least one digit or more compared to the conventional MIMO transmission that is several at most and several tens to several hundreds of antenna elements are used Then, the channel gain improvement to the destination terminal station apparatus and the interference to the terminal station apparatus other than the destination are reduced. There are various variations in the implementation method and application method of Massive MIMO, and in the case of a so-called small cell, the reduction of interference to terminal stations other than the destination is utilized for “suppression of inter-cell interference”. Also, as Massive MIMO transmission technology, as in the prior art, of course, simultaneous communication with a plurality of terminal stations is possible in addition to use as single-user MIMO where a large-scale MIMO matrix is simply used in a single terminal station. There is also a use as multi-user MIMO that performs Here, in the case of use as multi-user MIMO, it is possible to utilize a very redundant number of antenna elements for “suppression of inter-user interference” between terminal stations within the same area unlike in the case of small cells. It is. Below, a large scale antenna system (for example, refer
[大規模アンテナシステムの概要]
図3は、大規模アンテナシステムの概要を示す図である。図3においては、基地局装置1、無線局装置2、見通し波3、構造物による安定反射波4、地上付近の多重反射波5〜6、構造物7が示されている。図3の大規模アンテナシステムにおいては、基地局装置1は、多数(例えば100本以上)のアンテナ素子を備え、ビルの屋上や高い鉄塔の上など高所に設置される。無線局装置2も同様に、ビルの屋上、家屋の屋根の上、電信柱や鉄塔の上など高所に設置される。そのため、基地局装置1と無線局装置2との間は概ね見通し環境にあり、その間には見通し波3のパスや大型の安定的な構造物7による安定反射波4のパスなどに加え、地上付近での車や人などの移動体などによる多重反射波5、6のパスが混在する。なお、指向性アンテナを用いる場合などは特に、地上付近の多重反射波5、6は、見通し波3及び安定反射波4などに比べて受信レベルが低くなる。
[Overview of large scale antenna system]
FIG. 3 is a schematic view of a large scale antenna system. In FIG. 3, a
図4は、見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。図4(a)は見通し外環境でのインパルス応答を、図4(b)は見通し環境でのインパルス応答をそれぞれ示している。図4(a)及び図4(b)において、横軸は遅延時間を表し、縦軸は各遅延波の受信レベルを表す。図4(a)に示した見通し外環境の場合、見通し区間の直接波成分は存在せず、様々な経路の多重反射波が数多く成分として存在し、各振幅及び複素位相は時間と共にランダムに激しく変動する。 FIG. 4 is a diagram showing an impulse response in the line-of-sight environment and the non-line-of-sight environment. FIG. 4 (a) shows an impulse response in a non-line-of-sight environment, and FIG. 4 (b) shows an impulse response in a line-of-sight environment. In FIG. 4A and FIG. 4B, the horizontal axis represents the delay time, and the vertical axis represents the reception level of each delay wave. In the case of the non-line-of-sight environment shown in FIG. 4 (a), there are no direct wave components in the line-of-sight section, many multiple reflected waves of various paths exist as components, and each amplitude and complex phase are randomly and strongly with time. fluctuate.
これに対し、図3に示した大規模アンテナシステムの様な見通し環境を想定する場合、見通し波3、構造物7による安定反射波4の安定パスは受信レベルが高い。見通し波3、構造物7による安定反射波4よりも一般的に遅延量が大きい時変動パスの多重反射波は、多重反射と経路長に伴う減衰により、図4(b)に示す様に相対的に受信レベルが小さくなる。この様なチャネル情報を複数回取得して平均化すると、安定パスの成分は振幅及び複素位相ともに毎回安定して同様の値が得られる。しかし、時変動パスの成分は複素空間上でランダムに合成され平均化されて平均値0に近づく。そのため、平均化により安定成分のみを効果的に抽出することが可能になる。なお、絶対的なチャネル情報はシンボルタイミングに依存し、このシンボルタイミングが異なるとチャネル情報の平均化を適切に行うことができない。
On the other hand, when assuming a line-of-sight environment like the large-scale antenna system shown in FIG. 3, the stable path of the stable reflected
この様な問題を解決するために、非特許文献2では基準となるアンテナ素子の複素位相を基準とした相対チャネル情報(ないしは、各チャネル情報を基準アンテナのチャネル情報で除算したものと考えても良い)を活用する技術が紹介されている。この様な平均化が伴わない場合には相対チャネル情報を用いず、絶対的なチャネル情報を用いて議論することが可能であるが、その様な場合でも送受信ウエイトの算出においては相対チャネル情報を用いても何ら問題は生じない。以降の説明では平均化処理を行うことも含めて包括的に扱うために、チャネル情報は基本的に基準アンテナの複素位相を基準とした相対チャネル情報として扱うこととする。
In order to solve such a problem, in
この様にして得られる時変動のない安定パスのチャネル情報を基に、基地局装置1(図3参照)は送受信ウエイトを算出する。基地局装置1は、算出した送受信ウエイトを用いて多数のアンテナ素子で同位相合成を行うための指向性制御を行う。上記の送受信ウエイトを用いることで、基地局装置1は、指向性制御のターゲットとする通信相手の無線局装置への指向性利得をアンテナ本数Nの2乗倍に比例して高めることができる。
The base station apparatus 1 (see FIG. 3) calculates transmission / reception weights based on the time-independent channel information of stable paths obtained in this manner. The
また、宛先以外の無線局装置への与干渉の指向性利得はN倍に留まるため、相対的に希望信号と干渉信号との間には単純計算でN倍のギャップが生じる。結果的にSIR(Signal to Interference Ratio)の期待値は10Log10(N)[dB]となる。この期待値は、Nが100の場合には20dBとなる。更に相関の小さな無線局装置を選択的に空間多重する場合には、更なるSIR特性の改善が期待され、より高い空間多重が実現できる。 Further, since the directivity gain of the interference to the radio station apparatus other than the destination remains N times, a gap of N times in a simple calculation is relatively generated between the desired signal and the interference signal. As a result, the expected value of Signal to Interference Ratio (SIR) is 10 Log 10 (N) [dB]. This expected value is 20 dB when N is 100. Further, if the radio station apparatus with small correlation is selectively spatially multiplexed, further improvement of the SIR characteristic is expected, and higher spatial multiplexing can be realized.
非特許文献3及び非特許文献4には、上記の送受信ウエイトでは抑圧しきれない干渉を更に抑圧するための技術や、チャネル情報の相関(チャネル相関)のより低い無線局装置の組み合わせを選択する技術が紹介されている。超高次の空間多重を実現するためには、チャネル情報の相関の小さな無線局装置を組み合わせることが重要である。基地局装置の多数のアンテナ素子と第j無線局装置のアンテナ素子との間の第kサブキャリアに関するチャネル情報を成分とするチャネルベクトルhj (k)(「hj (k)」はベクトルであり、本来は記号「→」をhの上に付与してベクトルであることを明示すべきであるが省略する。以下、同様に説明の上では省略する。)と、別の第i無線局装置におけるチャネルベクトルhi (k)との間のチャネル相関は以下の式(8)で与えられる。
In
見通し環境を想定するシステムでは、見通し波のみで構成される仮想的なチャネルモデルを想定し、無線局装置側の各アンテナと基地局装置の間のチャネルベクトルhi (k)の相関が小さい場合には空間多重には適し、逆に相関が大きい場合には空間多重には適さない状況となる。 The system assumed a sight environment, assuming a virtual channel model consisting only of sight waves, when the correlation of the channel vector h i between the antenna and the base station apparatus of the radio station apparatus (k) is small In the case where the correlation is large, the situation is not suitable for spatial multiplexing.
[スモールセルにおける大規模MIMOについて]
上述の式(8)の説明においては、無線局装置側が1本アンテナであることを想定し、異なる無線局装置であれば空間的な広がりによりチャネルベクトルの相関は一般的には低くなることが想定されていた。これに対し、第5世代の携帯電話においてはユーザ当たりのスループット向上を目的として、無線局装置側にも多数のアンテナを実装し、同様に基地局装置側にも多数のアンテナを実装する。最近の研究報告の中では基地局装置側のアンテナ素子数を256素子、無線局装置側のアンテナ素子数を16素子として、256×16のサイズの大規模MIMOによる大容量化の検討がなされている。ここではユーザが携帯する無線局装置はサイズ的にも携帯可能な小規模なものであることが想定される。更に、例えば基地局装置も隣接するスモールセル間の相互干渉を低減すること、更には人が集中する場所への設置などを考えると、既存のビルの壁面(例えば地上高20m程度)に設置し、各アンテナ素子に指向性を与え、上方から下方を見下ろす形で限定的なエリアを照射する形態が予想される。この場合、ビルの壁面などに大型のアンテナを設置することは安全性や設置の容易性などの観点から好ましくない。ミリ波や準ミリ波などの高い周波数帯の利用の場合、波長が短くなるのに伴いアンテナ素子の小型化やアンテナの指向性形成が容易になり、基地局装置であっても非常に狭い領域に多数のアンテナを多数詰め込んだ小型アンテナ・セットを利用することが期待される。
[About large-scale MIMO in small cells]
In the description of Equation (8) above, it is assumed that the wireless station apparatus side is a single antenna, and if different wireless station apparatuses, the correlation of the channel vector is generally lowered due to the spatial spread. It was assumed. On the other hand, in the fifth generation mobile phone, a large number of antennas are mounted on the wireless station apparatus side and a large number of antennas are also mounted on the base station apparatus side in order to improve throughput per user. In the recent research report, with the number of antenna elements on the base station side being 256 elements, and the number of antenna elements on the wireless station side being 16 elements, a study was made to increase the capacity by large scale MIMO of 256 × 16 size. There is. Here, it is assumed that the radio station apparatus carried by the user is small in size and portable. Furthermore, for example, in consideration of reducing mutual interference between adjacent small cells, and installation in a place where people concentrate, for example, base stations are installed on the walls of existing buildings (for example, about 20 m above ground level) It is expected that radiation is given to each antenna element to irradiate a limited area in the form of looking down from above. In this case, installing a large antenna on the wall of a building or the like is not preferable from the viewpoints of safety and ease of installation. In the case of using a high frequency band such as a millimeter wave or a quasi-millimeter wave, as the wavelength becomes shorter, miniaturization of the antenna element and formation of directivity of the antenna become easy, and a very narrow area even in the base station device It is expected to use a small antenna set packed with a large number of antennas.
この場合、例えば単一無線局装置内の複数のアンテナ素子のうちの第j及び第iアンテナ素子の間のチャネル相関を上記の式(8)により求めるならば、ユーザ側の無線局装置のアンテナ素子の間隔が非常に短く、且つ基地局装置と無線局装置間との見通しが確保できている条件下では、アンテナ素子の間のチャネル相関が非常に大きなMIMOチャネルと見ることができる。上述の様に基地局装置がビルの壁面などの高所に下方を見下ろす形で設置され、ユーザは無線局装置としてのスマートフォン等を手に持ち利用する場合には、基地局装置と無線局装置との各アンテナ素子間は概ね見通し環境となることが期待され、この様な状況は一般的な使用環境であると予想される。 In this case, if, for example, the channel correlation between the j-th and i-th antenna elements of the plurality of antenna elements in the single radio station apparatus is determined by the above equation (8), the antenna of the radio station apparatus on the user side Under the condition that the element spacing is very short and the line of sight between the base station apparatus and the radio station apparatus can be secured, it can be regarded as a MIMO channel in which the channel correlation between the antenna elements is very large. As described above, when the base station apparatus is installed at a high position such as a wall of a building looking down from the bottom and the user holds a smartphone etc. as a radio station apparatus in hand, the base station apparatus and the radio station apparatus It is expected that the antenna elements between the antenna element and the antenna element will be generally in a line-of-sight environment, and such a situation is expected to be a general use environment.
この場合、MIMO行列を特異値分解した場合、第1特異値の絶対値は見通し波成分を利用して非常に高い値になるが、第2特異値以降の高次の特異値は、第1特異値に比較して相対的に非常に小さくなる傾向になる。つまり、MIMOチャネルを活用した空間多重伝送としては、第1特異値に対応する第1のパスに関しては非常に回線利得に余裕がある状況であるが、第2特異値以上の高次のパスに関しては、相対的に効率は良くない状況と言える。 In this case, when the MIMO matrix is subjected to singular value decomposition, the absolute value of the first singular value becomes a very high value using the line-of-sight component, but the high order singular values after the second singular value are the first It tends to be very small relatively to the singular value. In other words, as spatial multiplexing transmission utilizing MIMO channels, there is much room for channel gain for the first path corresponding to the first singular value, but for higher order paths higher than the second singular value Is a relatively inefficient situation.
この問題を回避するためには、例えば基地局装置のアンテナ素子を小規模な筐体に集約せず、空間的な広がりを確保することが理想的である。例えば、基地局装置のアンテナ素子を10m程度の直線状に均等配置するリニアアレー状に組めば、仮に見通し波が支配的である場合であっても基地局装置のアンテナ素子の空間的な広がりにより、MIMOチャネルとしては第2特異値以上の高次の特異値の絶対値を大きくし、容量の増加に寄与すると期待することができる。しかし、この様な大規模な構造物にすることはアンテナ設置の構造上も好ましくない。例えば基地局装置側のアンテナ素子数を256素子とする場合、約4cm間隔で256個のアンテナ素子を個別にビルの壁面に設置するのは設置工事の負担を増大させる。一方で、既にリニアアレーに組んだ構造物をビル壁面に設置する際には、その構造物が大型化するために、ビルの壁面に設置するのは安全対策上厳しいものがある。更に全てのアンテナ素子で協調的に伝送するためには、一つの基地局装置の筐体から無線周波数の信号をケーブルで10m程度の空間的な広がりを持つアンテナ素子に分配する必要があり、特に高い周波数帯での信号伝送のケーブル損失は無視できない。例えば無線周波数として20GHzを想定すれば、10mで10dB以上のケーブル損失となり、折角、アンテナ素子数の増大で稼いだ回線利得を損なうことになりかねない。 In order to avoid this problem, for example, it is ideal not to integrate the antenna elements of the base station apparatus in a small-sized housing, but to ensure spatial spread. For example, if the antenna elements of the base station apparatus are assembled in a linear array in which the antenna elements of the base station apparatus are equally arranged in a linear shape of about 10 m, the spatial spread of the antenna elements of the base station apparatus is As the MIMO channel, it can be expected that the absolute value of the high-order singular value higher than the second singular value is increased to contribute to the increase in capacity. However, such a large scale structure is not preferable in terms of the structure of the antenna installation. For example, when the number of antenna elements on the base station apparatus side is 256 elements, individually installing 256 antenna elements at intervals of about 4 cm increases the load of installation work. On the other hand, when a structure assembled in a linear array is installed on the wall of a building, it may be difficult to install it on the wall of the building in order to increase the size of the structure. Furthermore, in order to transmit in a coordinated manner with all the antenna elements, it is necessary to distribute radio frequency signals from one case of a base station apparatus to antenna elements having a spatial extent of about 10 m by a cable, in particular Cable losses in signal transmission in high frequency bands are not negligible. For example, assuming 20 GHz as a radio frequency, a cable loss of 10 dB or more at 10 m may result in loss of acquired line gain due to an increase in the number of antenna elements at the angle.
この様な理由のため、見通し波が支配的な大規模MIMOの運用において、少なくとも無線局装置側のアンテナを小型化することが求められる場合には、シングルユーザMIMOによる空間多重伝送で大容量化を図ることは困難となる。 For such reasons, in large-scale MIMO operation where line-of-sight waves dominate, it is required to miniaturize at least the antenna on the wireless station apparatus side. Making it difficult.
[MIMO伝送の装置構成例]
(全体の回路構成)
図5は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。ここではマルチユーザMIMOシステムとして説明を行うが、空間多重する対象が異なる端末局装置の代わりに、同一無線局装置内の複数のアンテナ素子で複数の信号系列を行うと理解すれば、基本的に装置構成はシングルユーザMIMOシステムと同一である。図5に示す様に、基地局装置80は、送信部81、受信部85、インタフェース回路87、MAC(Medium Access Control)層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。MAC層処理回路88はスケジューリング処理回路881を有している。
[Device configuration example of MIMO transmission]
(Whole circuit configuration)
FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of
基地局装置80は、インタフェース回路87を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路87は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路88に出力する。MAC層処理回路88は、基地局装置80全体の動作の管理制御を行う通信制御回路820の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路87で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末局装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路881は、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。マルチユーザMIMOでは、複数の端末局装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に出力される。
The
(送信部81の回路構成)
図6は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。図6に示す様に、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM(NSDMは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−NBS−Ant(NBS−Antは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−NBS−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−NBS−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−NBS−Antと、フィルタ817−1〜817−NBS−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−NBS−Antと、アンテナ素子819−1〜819−NBS−Antと、送信ウエイト処理部830とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMと、送信ウエイト処理部830とは、図5において示した通信制御回路820に接続されている。
(Circuit configuration of transmission unit 81)
FIG. 6 is a schematic block diagram showing an example of a configuration of
送信ウエイト処理部830は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路832と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路833とを備えている。ここで、図6における送信信号処理回路811−1〜811−NSDMの添え字のNSDMは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−NBS−Antからアンテナ素子819−1〜819−NBS−Antまでの回路の添え字のNBS−Antは、基地局装置80が備えるアンテナ素子数を表す。NBS−Antは、例えば、100である。
The transmission
マルチユーザMIMOでは、複数の端末局装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、宛先の端末局装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#NSDM)がMAC層処理回路88から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、各信号系列の信号に対して変調処理をサブキャリアごとに行う。更に、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、変調処理がなされたベースバンド信号に送信ウエイトをサブキャリアごとに乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−NBS−Antに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路812−1〜812−NBS−Antに入力される。
In multi-user MIMO, in order to transmit signals to a plurality of terminal stations at one time, signal sequences of a plurality of systems are input from the MAC
加算合成回路812−1〜812−NBS−Antに入力された信号は、サブキャリアごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NBS−Antにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)であればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−NBS−Antごとに、D/A変換器814−1〜814−NBS−Antでデジタル・サンプリング・データからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−NBS−Antで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の領域に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−NBS−Antで帯域外成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−NBS−Antで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−NBS−Antより送信される。
The signals input to the adding and combining circuits 812-1 to 812-N BS-Ant are combined for each subcarrier. The synthesized signal is converted from the signal on the frequency axis to the signal on the time axis by the IFFT & GI application circuits 813-1 to 813-N BS-Ant , and further insertion of guard intervals or between OFDM symbols (SC-FDE If it is Single-Carrier Frequency Domain Equalization), processing such as waveform shaping between blocks of block transmission is performed, and D / A converter 814-1 is performed for each antenna element 819-1 to 819-N BS-Ant. At 814-N BS-Ant , the digital sampling data is converted to a baseband analog signal. Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the
なお、図6では、各サブキャリアの信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−NBS−Antで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMにてこれらの処理を行い、機能配分的にはこの位置にてIFFT&GI付与回路813−1〜813−NBS−Antを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を指す。 In FIG. 6, after the addition synthesis of the signal of each subcarrier is performed by the addition synthesis circuit 812-1 to 812-N BS-Ant , the processing such as IFFT processing, guard interval insertion, and waveform shaping is performed. However, even if the transmission signal processing circuit 811-1 to 811-N SDM performs these processings, the IFFT & GI application circuits 813-1 to 813-N BS-Ant may be omitted in this position in terms of function allocation. Good. In this case, the rest of the signal processing necessary after transmission weight multiplying in the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM refers IFFT processing, insertion of the guard interval, the process of waveform shaping or the like.
また、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部830に備えられているマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833より取得される。送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831が、受信部85にて取得されたチャネル情報を通信制御回路820経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路832に記憶させる。信号の送信時には通信制御回路820からの指示に従い、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先とする端末局装置に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出し、読み出したチャネル情報を基に宛先とする端末局装置の組み合わせに対応した送信ウエイトを算出する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに出力する。
Further, transmission weight to be multiplied by the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM is the time of signal transmission process, is acquired from the multi-user MIMO transmission
また、宛先とする端末局装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部830に対し、通信制御回路820は宛先とする端末局装置等を示す情報を出力する。
Further, the
(受信部85の回路構成)
図7は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。図7に示す様に、受信部85は、アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−NBS−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−NBS−Antと、フィルタ855−1〜855−NBS−Antと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−NBS−Antと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−NBS−Antと、受信信号処理回路858−1〜858−NSDMと、受信ウエイト処理部860とを備えている。受信信号処理回路858−1〜858−NSDMと、受信ウエイト処理部860とは、図5において示した通信制御回路820に接続されている。受信ウエイト処理部860は、チャネル情報推定回路861と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路862とを備えている。
(Circuit configuration of the receiving unit 85)
FIG. 7 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the receiving
アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antで受信された信号は、ローノイズアンプ852−1〜852−NBS−Antで増幅される。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−NBS−Antで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の領域にも信号が含まれるため、フィルタ855−1〜855−NBS−Antは帯域外成分を除去する。帯域外成分を除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−NBS−Antでデジタルベースバンド信号に変換される。デジタルベースバンド信号は全てFFT回路857−1〜857−NBS−Antに入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した所定のシンボルタイミングで、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各サブキャリアの信号に分離)される。この各サブキャリアに分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−NSDMに入力されると共に、チャネル情報推定回路861にも入力される。
Signals received by antenna elements 851-1~851-N BS-Ant is amplified by the low noise amplifier 852-1~852-N BS-Ant. The amplified signal and the local oscillation signal output from
チャネル情報推定回路861は、各サブキャリアに分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末局装置のアンテナ素子と、基地局装置80の各アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antとの間のチャネル情報をサブキャリアごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862は、入力されたチャネル情報を基に受信ウエイトをサブキャリアごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路858−1〜858−NSDMそれぞれに入力される。
The channel
受信信号処理回路858−1〜858−NSDMは、FFT回路857−1〜857−NBS−Antから入力されたサブキャリアごとの信号に対し、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子851−1〜851−NBS−Antで受信された信号をサブキャリアごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−NSDMは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路88に出力する。ここでの復調処理では、例えば一旦受信信号の軟判定を行い、必要に応じてデインタリーブ処理を行い、その後に誤り訂正処理を行うなどして最終的な信号検出を行う構成としても良い。
Reception signal processing circuits 858-1 to 858 -N SDM are input from multi-user MIMO reception
ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−NSDMでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、MAC層処理回路88は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路87に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末局装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。MAC層処理回路88にて処理された受信データは、インタフェース回路87を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
Here, in different received signal processing circuits 858-1 to 858 -N SDM , signal processing of different signal sequences is performed. In addition, the MAC
また、送信元の端末局装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部860に対し、通信制御回路820から送信元の端末局装置等を示す情報が入力される。
Further, the
なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算はサブキャリアごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−NBS−Antから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−NBS−AntがFFTを行い各サブキャリアに分離し、分離したサブキャリアごとに、チャネル情報推定回路861での信号処理、及び、受信信号処理回路858−1〜858−NSDMでの受信信号処理が実施されることになる。
As for signal reception, as in the case of transmission, in the wideband system using the OFDM modulation method or SC-FDE method, the multiplication of the above-mentioned reception weight is performed for each subcarrier. That is, for the signals output from A / D converters 856-1 to 856-N BS-Ant , FFT circuits 857-1 to 857-N BS-Ant perform FFT to separate into subcarriers, and the sub Signal processing in channel
以上がマルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80、送信部81、及び受信部85の構成の説明である。上述の様に、例えば送信信号処理回路811−1〜NSDMや受信信号処理回路858−1〜NSDMをそれぞれ単一の端末局装置のNSDM系統の信号系列に対する信号処理回路と見なし、更にマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833及びマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862がシングルユーザMIMOに関する送受信ウエイトの算出回路と見なせば、基本的に上述の説明でシングルユーザMIMOシステムにおける基地局装置80、送信部81及び受信部85の構成を表したものとなる。
The above is the description of the configurations of the
ここで重要なのは、送信部81におけるローカル発振器815が送信部81の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−NBS−Antで共通化されている点、受信部85におけるローカル発振器853が受信部85の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−NBS−Antで共通化されている点である。各アンテナで送受信信号の位相を調整することになるが、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることで、どの様な位相関係で送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。このローカル発振器が送信部81内又は受信部85内で非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも送信部81において送信ウエイトを乗算する指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。
The important point here is that the
[見通し波が支配的なMIMOチャネルの特徴]
まず、見通し波が支配的な伝搬路での空間多重特性について整理する。送信局と受信局との間が見通し環境にある場合のチャネル行列をHLOS、行列の各成分が独立無相関となるチャネル行列をHi.i.d.とする。簡単のため、HLOSを各成分が全て「1」である行列で代用し、下記のチャネル行列を送信アンテナ16本、受信アンテナ16本の場合と、送信アンテナ256本、受信アンテナ16本の二つの場合について、下記の式(9)で与えられるチャネル行列の16個の特異値の絶対値の分布を評価する。
[Features of Line-of-sight Dominant MIMO Channel]
First, the spatial multiplexing characteristics in the propagation path in which the sight wave is dominant are organized. The channel matrix when the transmitting station and the receiving station are in the line-of-sight environment is H LOS , and the channel matrix in which each component of the matrix is independent and uncorrelated is H i. i. d . For simplicity, the H LOS is substituted by a matrix in which each component is all “1”, and the following channel matrix is used for 16 transmitting antennas, 16 receiving antennas, 256 transmitting antennas, and 16 receiving antennas. For one case, the distribution of the absolute values of the 16 singular values of the channel matrix given by the following equation (9) is evaluated.
図8にチャネル行列ごとの特異値の絶対値の分布特性を示す。図8(a)はHi.i.d.のみの場合(i.i.d. channel)、図8(b)はライス係数K=10dBの場合の式(9)で表されるライスチャネル(Rician channel)の場合における特異値の絶対値の分布特性を示す。図8(a)及び図8(b)のそれぞれにおいて、左側の分布特性は送受信のアンテナ素子を16本としたときの分布特性であり、右側の分布特性は送信側のアンテナ素子を256本としたときの分布特性である。送受信のアンテナ素子の数が16本と同数の場合には、特異値の絶対値の分布は広がると共に、第1特異値と第16特異値の絶対値のギャップは広がる傾向がある。しかし、送信又は受信アンテナの本数が冗長になり、例えば送信アンテナ素子が256本にもなると、特異値の絶対値はHi.i.d.の評価ごとの乱数の値に影響を受けず、分布確率0%と100%値の差が殆どなくなる。これは図8(a)、図8(b)で共通であるが、図8(a)のHi.i.d.のみの場合には第1特異値から第16特異値までのギャップが非常に小さくなるのに対し、図8(b)のライスチャネルの場合には第1特異値と第2特異値との絶対値の間のギャップがライス係数よりも10dB大きい20dBあり、一方で第2特異値と第16特異値のギャップは小さい。つまり、図8(a)及び図8(b)より分かることは、見通し波が支配的な場合にはアンテナ素子数を増やしても第1特異値に相当する図2(c)の一番上(λ1)のパイプに相当する伝送路に回線利得が集中しすぎて、空間多重を行うための図2(c)の上から2番目(λ2)、3番目(λ3)のパイプに相当する伝送路が殆ど活用できないことを意味する。
FIG. 8 shows the distribution characteristic of the absolute value of the singular value for each channel matrix. FIG. 8 (a) shows the result of Hi. i. In the case of d. only (iid channel), FIG. 8 (b) shows the distribution characteristic of the absolute value of the singular value in the case of the Rice channel (Rician channel) expressed by the equation (9) Show. In each of FIG. 8A and FIG. 8B, the distribution characteristic on the left side is the distribution characteristic when 16 transmitting and receiving antenna elements are used, and the distribution characteristic on the right side is 256 transmitting antenna elements. Distribution characteristics when the When the number of transmitting and receiving antenna elements is equal to 16 as well, the distribution of the absolute values of the singular values tends to widen, and the gap between the absolute values of the first singular value and the sixteenth singular values tends to widen. However, when the number of transmitting or receiving antennas becomes redundant, for example, 256 transmitting antenna elements, the absolute value of the singular value is H i. i. There is almost no difference between the
一方で、ミリ波などを用いる場合には自由空間伝搬損失が周波数に依存して大きくなるため、例えば5GHzに対して80GHzでは24dB程度の利得を何処かで稼がなくてはならない。このためにアンテナを大規模化することが有効であるが、空間多重のためのアンテナの大規模化と、回線利得を稼ぐためのアンテナの大規模化は、別の観点から実施する必要がある。 On the other hand, when using a millimeter wave or the like, the free space propagation loss increases depending on the frequency, so for example, a gain of about 24 dB must be obtained somewhere at 80 GHz for 5 GHz. For this purpose, it is effective to increase the size of the antenna, but it is necessary to carry out the increase in size of the antenna for spatial multiplexing and the increase in size of the antenna for gaining line gain from different viewpoints .
将来モバイルネットワークで伝送路の大容量化が求められる環境としては、(環境1)モバイルユーザへのアクセス系において、基地局装置からモバイルユーザの端末局装置への大容量伝送、(環境2)スモールセル用の無線基地局装置を例えばビルの壁面などに設置する場合、施工上の理由から基地局装置へのエントランス回線を無線化する無線エントランスでの大容量伝送、(環境3)例えば列車内の膨大な数のモバイルユーザのデータを列車内で一旦集約し、この集約されたデータを一括して地上のネットワークに転送するエントランス回線としての無線エントランスの大容量伝送、などが考えられる。 As an environment where it is required to increase the capacity of the transmission path in the mobile network in the future, (Environment 1) In the access system to mobile users, large capacity transmission from the base station apparatus to the terminal station apparatus of the mobile user, (Environment 2) Small When installing a cell radio base station apparatus, for example, on a wall of a building, mass communication at a radio entrance that wirelessizes the entrance line to the base station apparatus for construction reasons, (environment 3) A large capacity transmission of a wireless entrance as an entrance line may be considered, for example, which aggregates data of a large number of mobile users once in a train and collectively transfers the collected data to a ground network.
(環境1)の場合においては、比較的狭いエリアに存在するユーザへの効率的な伝送の目的から、ビルの壁面や屋上等の高所から真下方向に見下ろす方向でサービスエリアを形成し、端末局装置においては上方からの電波が到達するという物理的な特徴から、見通し環境は概ね確保されており、端末局装置が実装するアンテナ素子も上方からの電波の到来を意識して多少の指向性利得を備えるアンテナを用いるなら、結果的に見通し波が非常に支配的な環境となっている。(環境2)〜(環境4)に関しても同様に見通し波が支配的な環境が想定され問題であるが、本明細書では特に(環境1)に着目している。 In the case of (environment 1), for the purpose of efficient transmission to users present in a relatively narrow area, a service area is formed in a direction looking down from a high place such as a wall or roof of a building, In the station apparatus, the line-of-sight environment is generally secured from the physical characteristics that radio waves from above reach, and the antenna element mounted by the terminal station apparatus also has some directivity considering the arrival of radio waves from above If an antenna with gain is used, the line of sight results in a very dominant environment. Similarly, with regard to (environment 2) to (environment 4), an environment in which a sight wave is dominant is assumed and a problem, but in the present specification, attention is focused on (environment 1) in particular.
ここで、先にも説明をしたが一般にMIMOチャネル行列を利用した空間多重伝送においては反射波が多数存在するマルチパス環境が効果的で、直接の見通し波成分が支配的な場合にはあまり適していないことが知られている。この問題を回避して見通し波が支配的な環境で高次の空間多重伝送をするためには、基地局装置のアンテナ素子を空間的に大規模にする(アンテナ開口長を広げる)ことが一つの選択肢である。つまり、各アンテナ素子間の伝送路上の経路長がランダムに異なる状況を形成することで、擬似的にマルチパス環境に近づけることは可能である。 Here, as described above, in general, in spatial multiplexing transmission using a MIMO channel matrix, a multi-path environment in which a large number of reflected waves exist is effective, and so suitable when the direct line-of-sight component is dominant. It is not known that. In order to avoid this problem and perform high-order spatial multiplexing transmission in an environment in which line of sight waves dominate, it is necessary to make the antenna elements of the base station apparatus spatially large (expand the antenna aperture length). It is one choice. That is, it is possible to approach the multipath environment in a pseudo manner by forming a situation where the path lengths on the transmission path between the antenna elements are randomly different.
一方、前述した通り、将来モバイルネットワークの中では伝送路の大容量化が求められており、周波数帯域幅を広げての運用を考慮すると、準ミリ波やミリ波等の高い周波数帯での運用が余儀なくされる。ここで注意すべき点は、高い周波数帯を利用した場合には各装置間ないしは装置とアンテナ間を同軸ケーブル等で接続し、このケーブル上で送受信信号等を伝送する場合、ケーブル上での伝送損失が非常に大きくなるという課題がある点である。具体的には、60GHz帯の信号などではケーブルにも依存はするが、1m当たりで15dB程度の損失が見込まれる。 On the other hand, as mentioned above, in the future mobile networks are required to increase the capacity of transmission paths, and considering the operation with a wide frequency bandwidth, operation in high frequency bands such as quasi-millimeter wave and millimeter wave Is forced. The point to be noted here is that when a high frequency band is used, each device or between the device and the antenna is connected by a coaxial cable etc., and when transmitting and receiving signals etc. are transmitted on this cable, transmission on the cable The problem is that the loss is very large. Specifically, although a 60 GHz band signal or the like depends on the cable, a loss of about 15 dB is expected per 1 m.
ただでさえ回線設計上の利得として不利となるミリ波帯を用いながら、その回線利得確保のためにアンテナを多数設置しても、そのアンテナの空間的な広がりの間を繋ぐケーブル上で膨大なケーブルロスが発生したのでは意味がない。また更に、回線利得を確保するためにアンテナ素子数を大規模化する場合には、そのアンテナの空間的な広がりの間を膨大な数のケーブルが張り巡らされることになり、その間の伝送損失を低減するために低損失のケーブルを利用するならば、その間のケーブル取り回しはケーブルの曲げなどの設置上の自由度も低く、基地局装置の設置に対する制約は非常に大きくなり、現実的ではなくなる。 Even if a large number of antennas are installed to secure the line gain while using the millimeter wave band which is disadvantageous as a gain in line design, even if a large number of cables are connected between spatial spreads of the antennas It does not make sense if a cable loss occurs. Furthermore, when the number of antenna elements is increased in order to secure the line gain, a huge number of cables will be distributed between the spatial spread of the antenna, and the transmission loss between If low-loss cables are used to reduce the cable routing between them, the installation freedom such as bending of the cables is also low, and the restriction on the installation of the base station equipment becomes very large and impractical.
つまり、将来モバイルネットワークにおけるアクセス系において、見通し波が支配的な環境であるにもかかわらず、ミリ波等の高い周波数帯を用いて高次の空間多重により大容量伝送を実現するには、これらの課題を解決して無線システムを構築する必要がある。 That is, in the future, in an access system in a mobile network, although high-speed waves such as millimeter waves are used to realize large-capacity transmission by high-order spatial multiplexing, even in the environment where line-of-sight waves are dominant It is necessary to solve the problem of the above and build a wireless system.
上記事情に鑑み、本発明は、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおいて伝送容量を増大させることが可能な端末局装置、端末局装置の制御方法及び端末局装置の製造方法を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides a terminal station apparatus capable of increasing transmission capacity in a radio communication system performing MIMO transmission in a communication environment in which a sight wave is dominant, a terminal station control method and a terminal station apparatus The purpose is to provide a manufacturing method.
本発明の一態様は、複数の第1のアンテナ素子を備える基地局装置と、少なくとも1つの端末局装置とを備える無線通信システムにおける端末局装置であって、筐体と、前記筐体に対して移動可能に取り付けられたアンテナ基板と、前記アンテナ基板の主面に配置された複数の第2のアンテナ素子と、を備える端末局装置である。 One embodiment of the present invention is a terminal station apparatus in a wireless communication system comprising a base station apparatus comprising a plurality of first antenna elements and at least one terminal station apparatus, wherein It is a terminal station apparatus provided with the antenna board | substrate by which it was movably attached, and several 2nd antenna elements arrange | positioned at the main surface of the said antenna board | substrate.
また、本発明の一態様は、上記の端末局装置において、前記アンテナ基板は、一定の厚さを有する矩形形状の板であり、前記アンテナ基板の一辺は、前記筐体に蝶番部を介して取り付けられており、前記アンテナ基板は、前記蝶番部を軸にして回転する。 Further, according to one aspect of the present invention, in the terminal station apparatus described above, the antenna substrate is a rectangular plate having a certain thickness, and one side of the antenna substrate is hinged to the housing. Attached, the antenna substrate rotates about the hinge portion.
また、本発明の一態様は、上記の端末局装置において、前記アンテナ基板は、一定の厚さを有する矩形形状の板であり、前記アンテナ基板は、前記筐体に設けられた案内部を介して取り付けられており、前記案内部は、前記アンテナ基板の移動方向が前記筐体の主面と平行になる案内をする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the terminal station apparatus, the antenna substrate is a rectangular plate having a certain thickness, and the antenna substrate is provided via a guide portion provided in the housing. The guide portion guides the moving direction of the antenna substrate to be parallel to the main surface of the housing.
また、本発明の一態様は、上記の端末局装置において、前記アンテナ基板は、一定の厚さを有する扇形形状の板であり、前記アンテナ基板は、前記扇形形状の要部分近傍に取り付けられた蝶番部を介して筐体に取り付けられており、前記アンテナ基板は、前記蝶番部を軸にして回転する。 Further, according to one aspect of the present invention, in the terminal station apparatus described above, the antenna substrate is a fan-shaped plate having a certain thickness, and the antenna substrate is attached in the vicinity of the main portion of the fan shape. The antenna substrate is attached to the housing via a hinge, and the antenna substrate rotates about the hinge.
また、本発明の一態様は、上記の端末局装置において、前記アンテナ基板は、一定の厚さを有する細長の矩形形状の板であり、前記アンテナ基板の一端は、前記筐体に蝶番部を介して取り付けられており、前記アンテナ基板は、前記蝶番部を軸にして回転する。 Further, according to one aspect of the present invention, in the terminal station apparatus described above, the antenna substrate is an elongated rectangular plate having a certain thickness, and one end of the antenna substrate has a hinge portion on the housing. And the antenna substrate is rotated about the hinge portion.
また、本発明の一態様は、上記の端末局装置において、前記基地局装置との無線通信の信号処理を行う信号処理部を更に備え、前記信号処理部は、前記第1のアンテナ素子と前記第2のアンテナ素子との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルの少なくとも一方を、前記MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方又は前記第1右特異ベクトルの近似解及び前記第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出し、算出した送信ウエイトベクトル又は受信ウエイトベクトルを用いて独立な信号系列を空間多重伝送する。 Further, according to one aspect of the present invention, in the terminal station apparatus described above, the signal processing section further performs signal processing of wireless communication with the base station apparatus, and the signal processing section further includes the first antenna element and the signal processing section. At least one of a transmission weight vector and a reception weight vector for a MIMO channel matrix used for wireless communication with a second antenna element is a first right singular vector and a first left corresponding to a first singular value of the MIMO channel matrix. It is calculated based on at least one of the singular vectors or at least one of the approximate solution of the first right singular vector and the approximate solution of the first left singular vector, and independent using the calculated transmit weight vector or receive weight vector. Space multiplex transmission of signal sequences.
また、本発明の一態様は、複数の第1のアンテナ素子を備える基地局装置と無線通信を行う端末局装置の製造方法であって、前記端末局装置の筐体に対してアンテナ基板を移動可能に取り付ける第1のステップと、前記アンテナ基板の主面に複数の第2のアンテナ素子を配置する第2のステップと、を有する端末局装置の製造方法である。 Further, one aspect of the present invention is a method of manufacturing a terminal station apparatus performing wireless communication with a base station apparatus provided with a plurality of first antenna elements, wherein an antenna substrate is moved with respect to a housing of the terminal station apparatus. It is a manufacturing method of the terminal | end station apparatus which has the 1st step of possible installation, and the 2nd step of arrange | positioning a several 2nd antenna element on the main surface of the said antenna board | substrate.
本発明によれば、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to increase the transmission capacity in a wireless communication system that performs MIMO transmission in a communication environment in which a sight wave is dominant.
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
ここで、以下の説明において用いる記号・変数を説明する。
NSDM:空間多重数。
N、M、N’、M’:自然数。
i、j、m、n:主としてアンテナ素子等の通し番号(一般的な整数)。
k:サブキャリアの番号(周波数成分の番号)。
NBS−Ant:基地局装置のアンテナ素子の総数。
N’BS−Ant:基地局装置の第1の送信信号処理部又は第1の受信信号処理部が備えるアンテナ素子の数。
NMT−Ant:端末局装置のアンテナ素子の数。
NAnt:基地局装置又は端末局装置のアンテナ素子の数。
NSC:サブキャリアの数。
NFFT:FFTのポイントの数。
L:距離。
K:ライス係数。
λk:第kサブキャリアの波長。
rji:送信側の第iアンテナ素子と、受信側の第jアンテナ素子との間の距離。
hji、h’ji:送信側の第iアンテナ素子と、受信側の第jアンテナ素子との間のチャネル情報(周波数依存性を持つため、説明上で必要があれば第k周波数成分であることを明示的に示す場合もある)。
d:アンテナ素子同士の間隔。
Δdmn:第nアンテナ素子と第mアンテナ素子の間隔。
ΔLm:第1アンテナ素子を基準とした第mアンテナ素子の経路長差。
c:光速(3×108m/s)。
fc:無線信号の中心周波数[Hz]。
fk:ベースバンド信号の第kサブキャリアの周波数[Hz]。
t:時刻。
W:帯域幅[Hz]。
Δt:サンプリング周期(Δt=1/W)。
ψj(t)、Φj(t):時刻tにおける第jアンテナ素子での受信信号(サンプリング値)。
φj (k)(t):時刻tにおける第jアンテナ素子での第kサブキャリアの受信信号(サンプリング値の中の所定のサブキャリアに着目した値)。
ηk:最小二乗法を用いる場合の2π周期の複素位相を考慮した第kサブキャリアのオフセット値。
um:第m左特異ベクトル。
vm:第m右特異ベクトル。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, symbols and variables used in the following description will be described.
N SDM : Space multiplexing number.
N, M, N ', M': natural numbers.
i, j, m, n: Mainly serial numbers of antenna elements etc. (general integers).
k: Subcarrier number (frequency component number).
N BS-Ant : The total number of antenna elements of the base station apparatus.
N'BS-Ant : The number of antenna elements provided in the first transmission signal processing unit or the first reception signal processing unit of the base station apparatus.
N MT-Ant : Number of antenna elements of the terminal station apparatus.
N Ant : Number of antenna elements of the base station apparatus or terminal station apparatus.
N SC : Number of subcarriers.
N FFT : Number of points of FFT.
L: Distance.
K: Rice coefficient.
λ k : wavelength of the k-th subcarrier.
r ji : Distance between the ith antenna element on the transmitting side and the jth antenna element on the receiving side.
h ji , h ' ji : Channel information between the i-th antenna element on the transmitting side and the j-th antenna element on the receiving side (because it has frequency dependency, it is the k-th frequency component if necessary in the description In some cases, this is explicitly stated.
d: distance between antenna elements.
Δd mn : distance between the n-th antenna element and the m-th antenna element.
ΔL m : Path length difference of the m-th antenna element based on the first antenna element.
c: speed of light (3 × 10 8 m / s).
f c : Center frequency of wireless signal [Hz].
f k : frequency [Hz] of the k th subcarrier of the baseband signal.
t: Time.
W: Bandwidth [Hz].
Δt: Sampling period (Δt = 1 / W).
ψ j (t), Φ j (t): Received signal (sampled value) at the j-th antenna element at time t.
φ j (k) (t): A received signal of the kth subcarrier at the jth antenna element at time t (a value focused on a predetermined subcarrier in the sampling value).
η k : Offset value of the k-th subcarrier in consideration of the complex phase of 2π period when using the least squares method.
u m : m th left singular vector.
v m : m th right singular vector.
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明に関連する技術(以下、関連技術という。)について説明を行う。
[複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路を用いた空間多重伝送]
(基本原理の概要)
図8でも説明した様に、図8(b)の様な見通し波が支配的な環境の場合には第1特異値と第2特異値の絶対値の間のギャップが大きくなり、第2特異値以上の特異値に相当する伝送路を利用する場合には、ほんの僅かな反射波によるHi.i.d.の成分を用いて稼いだ僅かな回線利得により通信を行うことになる。しかし、例えばビルの壁面に設置された基地局装置から下方の限定的なスモールセルのエリア内を照射する場合には、基地局装置側は指向性利得の高いアンテナを実装する。更に、波長の短いミリ波等の特徴を利用して、指向性利得を得ることが可能な小型のアンテナ素子が端末局装置側に実装されることが予想される状況では、送信側・受信側双方がオムニ指向性のアンテナを実装するマイクロ波帯のシステムなどに比べて、マルチパス成分は非常に限定的となることが予想される。そこで、見通し波のみを考慮した場合のMIMO伝送の特性を整理する。
First, prior to describing the embodiments of the present invention, techniques related to the present invention (hereinafter, referred to as related techniques) will be described.
[Space multiplexing transmission using virtual transmission paths corresponding to a plurality of first singular values]
(Summary of basic principles)
As described in FIG. 8 as well, in the environment where the line-of-sight wave is dominant as shown in FIG. 8B, the gap between the absolute values of the first singular value and the second singular value becomes large, and the second singularity When a transmission path corresponding to a singular value greater than the value is used, Hi . i. Communication will be performed with a slight line gain gained using the components of d . However, for example, in the case of irradiating the area of the limited small cell below from the base station apparatus installed on the wall of the building, the base station apparatus side mounts an antenna with high directivity gain. Furthermore, in a situation where it is expected that a small antenna element capable of obtaining a directional gain by utilizing features such as a short wavelength millimeter wave is expected to be mounted on the terminal station side, the transmitting side and the receiving side The multipath component is expected to be very limited as compared to a microwave band system or the like in which both mount omnidirectional antennas. Therefore, the characteristics of the MIMO transmission in the case where only the line of sight wave is considered are organized.
図9は、基地局装置の100本のアンテナ素子が等間隔に配置されたリニアアレーの例を示す図である。図9において、符号40は無線通信システムであり、符号301は基地局装置であり、符号302は端末局装置である。図9では、基地局装置301の100本のアンテナ素子は、リニアアレー状に実装されている。基地局装置301の100本のアンテナ素子は、長さD1に亘って等間隔に配置されている。また、端末局装置302の16本のアンテナ素子は、長さD2に亘ってリニアアレー状に等間隔に配置されている。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a linear array in which 100 antenna elements of a base station apparatus are arranged at equal intervals. In FIG. 9,
図10は、基地局装置の100本のアンテナ素子が25本ごとの4個のグループに分けて配置されたリニアアレーの例を示す図である。図10において、符号50は無線通信システムであり、符号303は基地局装置、符号302は端末局装置、符号304−1〜304−4は第1の信号処理部、符号305は第2の信号処理部(厳密にはインタフェース回路、MAC層処理回路、通信制御回路などのその他の基地局装置機能を含む)である。図10では、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、25本のアンテナ素子ごとの4個のグループに分けられている。同じグループの25本のアンテナ素子は、図9の場合に比べて非常に狭い間隔で、長さD1よりも短い長さD3に亘って、リニアアレー状に配置されている。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a linear array in which 100 antenna elements of the base station apparatus are divided into four groups of 25 each. In FIG. 10,
図10では、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、グループ(25本のアンテナ素子)ごとに、リニアアレー状に実装されている。すなわち、基地局装置303の100本のアンテナ素子は、第1の信号処理部304ごとに、リニアアレー状に実装されている。第1の信号処理部304−1〜304−4は、信号処理により、グループ(25本のアンテナ素子)ごとに一つの指向性ビームを形成する。また、端末局装置302の16本のアンテナ素子は、長さD2に亘ってリニアアレー状に等間隔に配置されている。
In FIG. 10, 100 antenna elements of the
ここで、図9と図10とに示すふたつのケースのそれぞれにおいて、四つの信号系統を空間多重(4多重)して伝送する場合の伝送特性を比較する。伝送の特性の把握は、図2(c)に示す各伝送路の利得により把握可能で、これはチャネル行列の特異値分解を行った特異値の絶対値の2乗値に相当する。図9に示すケースでは、例えばダウンリンクを想定し、基地局装置301が送信局11、端末局装置302が受信局12であるものとすれば、チャネル行列のサイズは16×100となる。この行列に対して特異値分解を行う。
Here, in each of the two cases shown in FIG. 9 and FIG. 10, transmission characteristics in the case of transmitting four signal systems by space multiplexing (four multiplexing) are compared. The characteristics of the transmission can be grasped by the gain of each transmission line shown in FIG. 2C, which corresponds to the square of the absolute value of the singular value obtained by the singular value decomposition of the channel matrix. In the case shown in FIG. 9, assuming, for example, downlink, if the
一方、図10に示すケースでは下記の手順を想定し、その特性を把握する。まず、基地局装置303は、基地局装置303の各グループの25本のアンテナ素子と、端末局装置302の16本のアンテナ素子とにより形成される16×25のチャネル行列(ダウンリンクの場合)を基に特異値分解を行い、第1右特異ベクトルを用いて送信する、と仮定する。具体的には、基地局装置303は、第1の信号処理部304−1〜304−4に接続された各25本のアンテナ素子と、端末局装置302の16本のアンテナ素子の間の部分チャネル行列H1〜H4を特異値分解する。部分チャネル行列H1〜H4を、式(10)に示す。
On the other hand, in the case shown in FIG. 10, the following procedure is assumed to grasp its characteristics. First, the
各部分チャネル行列H1〜H4は16×25の行列である。したがって、各右特異ベクトルを形成するvijはそれぞれ25次元ベクトルであり、四つのグループのアンテナ群のi番目のグループの中の第j特異値に対応する右特異ベクトルを表している。同様に、各左特異ベクトルを形成するuijはそれぞれ16次元ベクトルであり、四つのグループのアンテナ群のi番目のグループの中の第j特異値に対応する左特異ベクトルを表しているここで、基地局装置303の全アンテナ素子と端末局装置302との間の全体チャネル行列を、式(11)に示す。
Each partial channel matrix H 1 to H 4 is a 16 × 25 matrix. Therefore, v ij forming each right singular vector is a 25-dimensional vector, and represents the right singular vector corresponding to the j-th singular value in the i-th group of four antenna groups. Similarly, u ij forming each left singular vector is a 16-dimensional vector, and represents the left singular vector corresponding to the j-th singular value in the i-th group of the four antenna groups, where An overall channel matrix between all the antenna elements of the
ここでの送信ウエイト行列WTxを、式(12)に示す。 The transmission weight matrix W Tx here is shown in equation (12).
式(12)では表記の都合上、送信ウエイト行列WTxのエルミート共役の表現を用いているが、送信ウエイト行列WTx自体のサイズは100×4である。この結果、全体チャネル行列と送信ウエイト行列の積は、式(13)に示される。 Equation (12), the notational convenience, but using the Hermitian conjugate representation of the transmission weight matrix W Tx, the size of the transmit weight matrix W Tx itself is 100 × 4. As a result, the product of the entire channel matrix and the transmission weight matrix is shown in equation (13).
ここで、Hivi1は16×1の行列(列ベクトル)であり、式(10)によりλiui1と一致する。この結果、全体チャネル行列と送信ウエイト行列との積の全体のサイズは16×4となる。一般には部分チャネル行列H1〜H4の第1左特異ベクトルはそれぞれ直交していないため、受信時には信号分離のための受信ウエイトを形成して乗算する。ただし、部分チャネル行列H1〜H4の第1左特異ベクトルがそれぞれ概ね直交している環境にある場合には、全体チャネル行列と送信ウエイト行列との積で表される行列を特異値分解した4個の特異値の絶対値の2乗値が、図2(c)の伝送路の回線利得に概ね一致する。ここでの評価では、見通し波のみを考慮した自由空間伝搬モデルにより、チャネル行列の各要素が下記の式(14)で表されるものとする。 Here, H i v i1 is a 16 × 1 matrix (column vector), which matches λ i u i1 according to equation (10). As a result, the overall size of the product of the entire channel matrix and the transmission weight matrix is 16 × 4. In general, since the first left singular vectors of the partial channel matrices H 1 to H 4 are not orthogonal to each other, reception weights for signal separation are formed and multiplied at the time of reception. However, when the first left singular vectors of the partial channel matrices H 1 to H 4 are in an environment substantially orthogonal to each other, the matrix represented by the product of the entire channel matrix and the transmission weight matrix is subjected to singular value decomposition The square value of the absolute values of the four singular values approximately matches the channel gain of the transmission line of FIG. 2 (c). In the evaluation here, it is assumed that each element of the channel matrix is expressed by the following equation (14) by the free space propagation model in which only the line of sight wave is considered.
ここで、rijは送信側の第iアンテナと受信側の第jアンテナとの間の距離を表し、λは波長を表す。全体の特徴を把握するため、全体に係数として乗算される係数はここでは簡単化のため省略している。 Here, r ij represents the distance between the i-th antenna on the transmitting side and the j-th antenna on the receiving side, and λ represents the wavelength. In order to grasp the entire feature, the coefficients to be multiplied by the coefficients as a whole are omitted here for the sake of simplification.
そこで、図10においてL=100m、D1=12m、D2=10cm、D3=30cm、周波数80GHzの場合について、それと同程度のアンテナ開口長で設置した図9の特性を比較する。ここでは回線利得として特異値の絶対値をXとしたとき、回線利得を20Log(X)[dB]として評価する。このとき、図9の4本の回線の利得はそれぞれ−56.5dB、−83.4dB、−118.3dB、−157.2dBであるのに対し、図10に対し上述の処理を施したものはそれぞれ−62.5dBとなる。図9の場合には、図2(c)の第1特異値に相当する利得最大の回線のみが大きな値を持ち、残りの特異値に相当する回線の利得は相対的に小さく、送信電力やアンテナ利得などのパラメータの値にも依存するが、実質的には第1特異値に相当する回線しか利用できない状況にある。これに対し、図10の場合には4本の伝送路がほぼ均等に利用可能であることが分かる。ここで、図9の第1特異値に対する利得と図10の特異値に対する利得差は6dBであるが、これは図10では指向性ビーム形成に用いるアンテナ素子数が100本から25本に1/4となっており、その分の10Log(1/4)=−6dBに相当する。言い換えれば、アンテナ素子群を4分割することにより効率が1/4になるが、シャノン限界によるチャネル容量には、SNRを6dB改善するよりも4本の信号系列を多重化した方が、伝送容量増大の観点では圧倒的に効率が良い。
Therefore, L = 100m, D 1 = 12m,
送信電力やアンテナ利得などのパラメータの値の設定により、第2特異値以降の特異値に相当する回線の回線利得が十分に有効利用可能なほど、反射波成分の受信信号電力が強ければ別だが、一般にはミリ波等の高周波数帯を利用に伴い減少する回線利得を補うためにアンテナ素子数を増大させるのであれば、第2特異値以降の特異値に相当する回線の回線利得が十分であるという状況は一般的には考えにくく、データ伝送としては実質1回線分の伝送を行う図9のケースよりも、4回線分の伝送を並列的に行う図10の方が伝送容量を増大するのに適していると見ることができる。この様にアンテナをグループ化し、それぞれのグループで第1特異値に相当する仮想的伝送路を効率的に利用することが有効である。 If the received signal power of the reflected wave component is strong enough that the line gain of the line corresponding to the singular value after the second singular value can be effectively used by setting the values of parameters such as transmission power and antenna gain Generally, if the number of antenna elements is increased to compensate for the decrease in line gain due to the use of high frequency bands such as millimeter waves, the line gain of the line corresponding to the singular value after the second singular value is sufficient. In general, it is difficult to think about the situation where there is a problem, and the transmission capacity is increased in the case of FIG. 10 in which transmission for four lines is performed in parallel compared to the case of FIG. It can be viewed as being suitable for It is effective to group antennas in this manner and efficiently use virtual transmission paths corresponding to the first singular value in each group.
(本発明の関連技術における基地局装置の回路構成について)
図11は、本発明の関連技術におけるMIMOシステムにおける基地局装置70の構成の一例を示す概略ブロック図である。図10では基地局装置303が1台と、端末局装置302が1台とのPoint−to−Point型の1対1通信の場合を例示したが、当然ながら複数の端末局装置302が存在していても構わない。図10の信号の送受信は、着目するサブキャリアで見れば同時に1台の端末局装置302としか通信しておらず、シングルユーザMIMO伝送の形態となり、スケジューリングにより通信対象は一つの端末局装置302が選択される。アクセス制御でOFDMAを用いるのであれば、サブキャリアごとに異なる端末局装置302が割り当てられても良いが、各サブキャリアに着目すれば、一つの端末局装置302に割り当ては限定されている。また以下の説明では、説明を簡単にするために広帯域のシステムを想定しOFDMないしはSC−FDEなどの様に周波数軸でのサブキャリアごとの信号処理を行う場合について説明を行うが、その他のシステム(例えば狭帯域のシングルキャリアのシステムなど)においても拡張可能である。
(About the circuit configuration of the base station apparatus in the related art of the present invention)
FIG. 11 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of
図11に示す様に、基地局装置303に対応する基地局装置70は、第1の送信信号処理部181−1〜181−4と、第2の送信信号処理部71と、第1の受信信号処理部185−1〜185−4と、第2の受信信号処理部75と、インタフェース回路77と、MAC(Medium Access Control)層処理回路78と、通信制御回路120とを備えている。MAC層処理回路78はスケジューリング処理回路781を有している。
As shown in FIG. 11, the
基地局装置70は、インタフェース回路77を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路77は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路78に出力する。MAC層処理回路78は、基地局装置70全体の動作の管理制御を行う通信制御回路120の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路77で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換と、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路781は、空間多重を行う端末局装置302の各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路781は、スケジューリング結果を通信制御回路120に出力する。MIMO伝送では、複数の信号系列の信号を一度に空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路78から第2の送信信号処理部71に出力される。
The
第2の送信信号処理部71の動作は後述するが、基本的にはMAC層処理回路78からの複数系列の信号に所定の変調処理を行い、必要に応じて何らかのプリコーディング処理(送信側での等化処理や信号分離などの処理)などを施し、第1の送信信号処理部181−1〜181−4に出力する。この際、OFDMやSC−FDEを用いる場合にかかわらず、第1の送信信号処理部181−1〜181−4にて周波数軸上の信号処理を行う場合には、第2の送信信号処理部71内で周波数軸上の信号を生成し、これを第1の送信信号処理部181−1〜181−4に出力する。なお、第1の送信信号処理部で時間軸上の信号処理を行う場合には、時間軸の信号を出力する構成としてもよい。第1の送信信号処理部181−1〜181−4はそれぞれ図10に示す様に複数のアンテナ素子が接続され、それぞれのアンテナに対して送信信号を出力する。この際、第1の送信信号処理部181−1〜181−4ごとにグループ化されたアンテナ素子群の中で、第1の特異値に相当する送信ウエイトベクトルを乗算した信号(厳密には、例えばOFDMであれば各サブキャリアの信号を合成した信号を時間軸成分に変換し、これを無線周波数にアップコンバートした信号)が各アンテナから送信される。
Although the operation of the second transmission
次に受信時においては、各第1の受信信号処理部185−1〜185−4に接続された複数のアンテナ素子で受信した信号(正確には受信した無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、例えばOFDMであればこの時間軸信号をFFTで周波数軸の信号に変換したもの)に所定の受信ウエイトベクトルを乗算し、サブキャリアごとに一つの複素スカラー量に変換し、これらを第2の受信信号処理部75に出力する。第2の受信信号処理部75では、この例では4本の受信信号系列を参照し、まずは受信信号の先頭に付与された既知のトレーニングシング信号を用いてサブキャリアごとのチャネル推定を行い、4×4のMIMOチャネル行列をサブキャリアごとに取得する。このチャネル行列を基に受信ウエイト行列を算出し、取得された受信ウエイト行列を基に送信された信号の検出処理を行う。例えば、ZF(Zero Forcing)型の逆行列を利用したり、MMSE(Maximum Mean Square Error)型の受信ウエイト行列を利用したりする。信号処理に余裕があれば、MLD(Maximum Likelihood Detection)やQR分解を用いた簡易MLD(QR-MLD)等を用いても良い。この受信信号処理で検出された信号はMAC層処理回路78に出力され、所定のMAC層の処理を行い、インタフェース回路77を介してネットワーク側に出力される。
Next, at the time of reception, the signals received by the plurality of antenna elements connected to the first received signal processing units 185-1 to 185-4 (precisely, the received radio frequency signals are reduced to baseband signals) For example, in the case of OFDM, this time-axis signal is converted to a frequency-axis signal by FFT), multiplied by a predetermined reception weight vector, converted into one complex scalar quantity for each subcarrier, and The received
図12は、本発明の関連技術の基地局装置70における第1の送信信号処理部181の構成の一例を示す概略ブロック図である。図12に示す様に、第1の送信信号処理部181は、第1の送信信号処理回路111と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−N’BS−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−(N’BS−Ant)と、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−(N’BS−Ant)と、フィルタ817−1〜817−(N’BS−Ant)と、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−(N’BS−Ant)と、アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)と、第1の送信ウエイト処理部130とを備えている。N’BS−Antは、基地局装置70のアンテナ素子の総数を空間多重数で除算した値(=NBS−Ant/NSDM)である。N’BS−Antは、端的に言えば一つの第1の送信信号処理部181が備える複数のアンテナ素子の数を表す。第1の送信信号処理回路111は図11において示した第2の送信信号処理部71に接続されている。また、第1の送信信号処理回路111と、第1の送信ウエイト処理部130とは、図11において示した第2の送信信号処理部71を介して通信制御回路120に接続されている。図11の例では、基地局装置70は4個の第1の送信信号処理部(181−1〜181−4)を備えるが、その一つに着目した説明を行う。
FIG. 12 is a schematic block diagram showing an example of a configuration of first transmission
第1の送信ウエイト処理部130は、第1のチャネル情報取得回路131と、第1のチャネル情報記憶回路132と、第1の送信ウエイト算出回路133とを備えている。ここで、IFFT&GI付与回路813−1〜813−(N’BS−Ant)からアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)までの回路の添え字の(N’BS−Ant)は、基地局装置70の第1の送信信号処理部181が備えるアンテナ素子数を表す。
The first transmission
本発明の関連技術では、一つの端末局装置302宛に複数系統NSDM(=4)の信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路78から第2の送信信号処理部71を介して各第1の送信信号処理部181−1〜181−4に送信信号が入力される。第2の送信信号処理部71では、宛先の端末局装置302に送信すべきデータがMAC層処理回路78から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号はサブキャリアごとに変調処理が行われる。変調処理が行われた信号は、必要に応じてプリコーディング処理を行う。ここでのプリコーディング処理とは、複数の第1特異値に対応する仮想的伝送路間での信号の漏れ込みを抑圧するための送信ウエイト行列の乗算であっても良い。又は、この様なプリコーディング処理を行わなくても良い。この様にして生成されたNSDM系統の信号は、各第1の送信信号処理部181−1〜181−4に入力される。
In the related art of the present invention, since signals of a plurality of systems N SDM (= 4) are spatially multiplexed and transmitted to one
各第1の送信信号処理部181−1〜181−4では、入力されたデジタルベースバンド信号入力#i(iは、1〜NSDM)が第1の送信信号処理回路111−iに入力される。第1の送信信号処理回路111は、基本的に送信ウエイトの乗算と、残りの物理レイヤの信号処理をと行う。例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、第1の送信信号処理回路111は、入力された変調処理がなされたベースバンド信号にサブキャリアごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)に対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、IFFT&GI付与回路813−1〜813−(N’BS−Ant)にて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換される。変換された信号には、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)であればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)ごとに、D/A変換器814−1〜814−(N’BS−Ant)でデジタル・サンプリング・データからベースバンドのアナログ信号への変換が行われる。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−(N’BS−Ant)で乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−(N’BS−Ant)が帯域外の信号を除去し、送信すべき電気的な信号が生成される。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−(N’BS−Ant)で増幅され、アンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)より送信される。
In each of the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4, the input digital baseband signal input #i (i is 1 to N SDM ) is input to the first transmission signal processing circuit 111-i. Ru. The first transmission
なお、第1の送信信号処理回路111でベースバンド信号に乗算される送信ウエイトベクトルは、信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部130に備えられている第1の送信ウエイト算出回路133より取得される。第1の送信ウエイト処理部130では、第1のチャネル情報取得回路131が、第1の受信信号処理部185−1〜185−4にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120経由(厳密には第2の受信信号処理部75及び第2の送信信号処理部71も合わせて経由する)で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、第1のチャネル情報記憶回路132に記憶させる。信号の送信時には通信制御回路120からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路133は、宛先とする端末局装置に対応したチャネル情報を第1のチャネル情報記憶回路132から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトベクトルを算出する。
The transmission weight vector by which the baseband signal is multiplied by the first transmission
第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用する場合のチャネル推定の方法及び送受信ウエイトの算出方法には幾つかのバリエーションがあり、これを効率的に取得する手法についての詳細は後述する。その一例としては、送信ウエイトベクトルは、例えば取得したチャネル行列に対して特異値分解を行い、その結果得られる第1右特異ベクトルを用いても良い。 There are several variations in the channel estimation method and transmission / reception weight calculation method in the case of utilizing a virtual channel corresponding to the first singular value, and the details of a method for efficiently acquiring this will be described later. As an example, the transmission weight vector may use, for example, a first right singular vector obtained by performing singular value decomposition on the acquired channel matrix.
ないしは、端末局装置302側のアンテナの中心部分の1本のアンテナ素子に着目し、その1本のアンテナ素子と基地局装置70の1の受信信号処理部(185−1〜185−4のいずれかひとつ)の備えるアンテナ素子819−1〜819−4とN’BS−Antとの間のチャネルベクトルを基に、送信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。
Alternatively, paying attention to one antenna element at the central portion of the antenna on the
ないしは、送信側が複数のアンテナ素子に所定の送信ウエイトベクトルを乗算して信号送信している場合には、実際には複数の送信アンテナから送信されているにも関わらず、実効的には1本の仮想的アンテナ素子から送信されたものと等価であるため、所定の送信ウエイトベクトルを乗算してこの1本の仮想的アンテナ素子からトレーニング信号を送信し、この1本の仮想的アンテナ素子と各受信アンテナとの間のチャネル情報のベクトルを取得し、このベクトルを基に受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。 Or, when the transmitting side multiplies a plurality of antenna elements by a predetermined transmission weight vector and transmits a signal, although one signal is actually transmitted from a plurality of transmitting antennas, it is effectively one. Since it is equivalent to the one transmitted from the virtual antenna element of the above, a training signal is transmitted from this one virtual antenna element by multiplying a predetermined transmission weight vector, and this one virtual antenna element and each A vector of channel information to and from the receiving antenna may be obtained, and each component of the receiving weight vector may be obtained by equation (7) based on this vector (weight of maximum ratio combining) or by equation (7) It is also possible to make all absolute values constant with respect to a given value (weight of equal gain combination).
受信時のチャネルベクトルが既知であれば、インプリシット・フィードバックの手法でアップリンクのチャネル情報を取得することが可能であり、この様にして求めたアップリンクのチャネルベクトルを基に、送信ウエイトベクトルを同様に算出しても良い。また同様に、アップリンクの受信ウエイトベクトルを基に、これに直接キャリブレーション処理を施すインプリシット・フィードバックの手法で、送信ウエイトベクトルを算出しても良い。 If the channel vector at the time of reception is known, it is possible to obtain uplink channel information by the implicit feedback method, and based on the uplink channel vector determined in this way, the transmission weight vector is obtained. You may calculate similarly. Similarly, based on the uplink reception weight vector, the transmission weight vector may be calculated by an implicit feedback method in which calibration processing is directly performed on the uplink reception weight vector.
第1の送信ウエイト算出回路133は、この様にして算出した送信ウエイトベクトルを第1の送信信号処理回路111に出力する。また、宛先とする端末局装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路120が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う第1の送信ウエイト処理部130に対し、通信制御回路120は宛先とする端末局装置等を示す情報を出力する。
The first transmission
なお、上述の説明では第1のチャネル情報取得回路131が、第1の受信信号処理部185−1〜185−4にて取得されたチャネル情報を通信制御回路120経由で取得し、このチャネル情報を逐次更新するとして説明した。しかし、チャネル時変動が無視可能な高所の見通し環境であれば、頻繁にチャネル情報の更新は必要ない。第1のチャネル情報取得回路131は、例えばサービス運用開始前に事前にチャネル情報を取得しておき、更にそのチャネル情報の値から算出した送信ウエイトベクトルを記憶しておき(図中には記載がないが、この場合には「送信ウエイト記憶回路」を実装して記録する構成にて実現する)、それを繰り返し利用することとしても構わない。また、これらの中間として、基本的に第1の送信ウエイト記憶回路から送信ウエイトベクトルを読み出す構成としながらも、逐次取得したチャネル情報を基に送信ウエイトベクトルを更新し、その更新されたチャネル情報を基に送信ウエイトベクトルを所定の時間間隔で更新する構成とすることも可能である。
In the above description, the first channel
図13は、本発明の関連技術の基地局装置70における第1の受信信号処理部185の構成の一例を示す概略ブロック図である。図13に示す様に、第1の受信信号処理部185は、アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)と、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−(N’BS−Ant)と、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−(N’BS−Ant)と、フィルタ855−1〜855−(N’BS−Ant)と、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−(N’BS−Ant)と、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−(N’BS−Ant)と、第1の受信ウエイト処理部160と、第1の受信信号処理回路158とを備えている。
FIG. 13 is a schematic block diagram showing an example of a configuration of first received signal processing section 185 in
第1の受信信号処理回路158−1〜158−NSDM(=4)は、図11において示した第2の受信信号処理部75に接続されている。また、第1の受信信号処理回路158−1〜158−NSDM(=4)と、第1の受信ウエイト処理部160とは、図11において示した第2の受信信号処理部75を介して通信制御回路120に接続されている。第1の受信ウエイト処理部160は、第1のチャネル情報推定回路161と、第1の受信ウエイト算出回路162とを備えている。なお、第1の送信信号処理部181の説明と同様に、図11の例では基地局装置70に4個の第1の受信信号処理部(185−1〜185−4)が接続されているが、その一つに着目した説明を行う。
The first received signal processing circuits 158-1 to 158-N SDM (= 4) are connected to the second received
まず、アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)で受信した信号は、ローノイズアンプ852−1〜852−(N’BS−Ant)で増幅される。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−(N’BS−Ant)で乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には受信すべき周波数帯域外の信号も含まれるため、フィルタ855−1〜855−(N’BS−Ant)が帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−(N’BS−Ant)でデジタルベースバンド信号に変換される。デジタルベースバンド信号は、例えばOFDMの場合には全てFFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)に入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各サブキャリアの信号に分離)される。この各サブキャリアに分離された信号は、第1の受信信号処理回路158に入力されると共に、第1のチャネル情報推定回路161にも入力される。なお、図13ではOFDMのシンボルタイミング検出のための回路は省略しているが、既存の何らかの手法でシンボルタイミングの把握は可能である。
First, the antenna element 851-1~851- (N 'signals received by the BS-Ant) is a low noise amplifier 852-1~852- (N' is amplified in BS-Ant). The amplified signal and the local oscillation signal output from the
第1のチャネル情報推定回路161は、各サブキャリアに分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末局装置302のアンテナ素子と、基地局装置70の各アンテナ素子851との間のチャネル情報をサブキャリアごとに推定し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路162に出力する。第1の受信ウエイト算出回路162は、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトベクトルをサブキャリアごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)で受信された信号を合成する受信ウエイトは、第1の受信信号処理部185−1〜185−NSDM(=4)ごとに異なり、第1の受信信号処理部185−1〜185−NSDMそれぞれ個別に算出される。
The first channel
第1の受信信号処理回路158は、FFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)から入力されたサブキャリアごとの信号(正確には、複数のアンテナ素子からの信号を要素とする受信信号ベクトル)に対し、第1の受信ウエイト算出回路162から入力された受信ウエイト(正確には、複数のアンテナ素子に対応する受信ウエイトを要素とする受信ウエイトベクトル)を乗算し、乗算した結果をサブキャリアごとに加算合成する。第1の受信信号処理回路158は、加算合成して得られた信号を第2の受信信号処理部75に出力する。なお、ここでの加算合成は、サブキャリアごとのベクトル積におけるベクトルの各成分の乗算後の加算を意味し、受信信号と受信ウエイトの乗算とその結果の加算合成全体が、数学的にはベクトル積の処理に対応する。
The first reception
なお、第1の受信信号処理回路158で乗算される受信ウエイトベクトルは、信号受信処理時に、第1の受信ウエイト処理部160に備えられている第1の受信ウエイト算出回路162より取得される。第1の受信ウエイト処理部160では、第1のチャネル情報推定回路161において取得されたチャネル情報が用いられ、第1の受信ウエイト算出回路162が受信ウエイトベクトルを算出する。例えば、端末局装置302が第1の受信信号処理部185の複数のアンテナ素子851に向けて第1特異値に対応する仮想的伝送路で信号送信を行っているのであれば、端末局装置302は第1特異値に対応する仮想的伝送路用の送信ウエイトを用いて1本の仮想的なアンテナ素子を用いて各第1の受信信号処理部185に向けて送信している様なものなので、その1本のアンテナ素子と第1の受信信号処理部185の複数のアンテナ素子851との間の受信側のチャネル情報を求め、このチャネルベクトルに対し受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。ないしは、端末局装置302の備えるアンテナ素子と基地局装置70の備える第1の受信信号処理部185のそれぞれの複数のアンテナ素子851との間のチャネル行列に対し、特異値分解して得られる第1左特異ベクトルのそれぞれを受信ウエイトベクトルとして用いても良い。
Note that the reception weight vector multiplied by the first reception
第1の受信ウエイト算出回路162は、この様にして算出した受信ウエイトベクトルを第1の受信信号処理回路158に出力する。また、送信元局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路120が管理する。
The first reception weight calculation circuit 162 outputs the reception weight vector calculated in this manner to the first reception
なお、上述の説明では第1のチャネル情報推定回路161において取得したチャネル情報を用いて逐次受信ウエイトを算出するとして説明したが、チャネル時変動が無視可能な高所の見通し環境であれば、頻繁なチャネル情報の更新は必要ない。第1のチャネル情報推定回路161は、例えばサービス運用開始前に事前にチャネル情報を取得しておき、そのチャネル情報の値から算出した受信ウエイトベクトルを記憶しておき(図中には記載がないが、この場合には「第1の受信ウエイト記憶回路」を第1の受信ウエイト算出回路162の後段に実装して記録する構成にて実現する)、それを繰り返し利用することとしても構わない。この場合には、受信ウエイトの出力を行う第1の受信ウエイト記憶回路に対し、通信制御回路120は送信元の端末局装置等を示す情報を出力する。また、これらの中間として、基本的に第1の受信ウエイト記憶回路から受信ウエイトベクトルを読み出す構成としながらも、逐次取得したチャネル情報を基に受信ウエイトベクトルを更新し、その更新されたチャネル情報を基に受信ウエイトベクトルを所定の時間間隔で更新する構成とすることも可能である。
In the above description, although it is described that the reception weight is sequentially calculated using the channel information acquired in the first channel
なお、図11における第2の受信信号処理部75は、受信ウエイトベクトルが乗算されて各1系統に集約された受信信号が前述の第1の受信信号処理部185−1〜185−4から入力するが、これらは実質的に4×4のMIMOチャネルの受信信号と等価であり、従来技術の受信信号検出処理により空間多重された信号系列の処理を行うことが可能である。具体的には、送信側で送信される4系統の信号系列に対し、受信側(基地局装置70側)の複数本アンテナで構成された4組の仮想的アンテナで受信した場合の4×4のMIMOチャネルに対し、受信信号の先頭に付与されたチャネル推定用の既知のトレーニング信号で4×4のチャネル行列をサブキャリアごとに取得する。このチャネル行列を基に受信ウエイト行列を算出し、取得された受信ウエイト行列を基に送信された信号の検出処理を行う。例えば、ZF(Zero Forcing)型の逆行列を利用したり、MMSE(Maximum Mean Square Error)型の受信ウエイト行列を利用したりする。信号処理に余裕があれば、MLD(Maximum Likelihood Detection)やQR分解を用いた簡易MLD(QR-MLD)等を用いても良い。また、ここでの信号検出処理では、例えば一旦受信信号の軟判定を行い、必要に応じてデインタリーブ処理を行い、その後に誤り訂正処理を行うなどして最終的な信号検出を行う構成としても良い。この受信信号処理で検出された信号はMAC層処理回路78に出力され、所定のMAC層の処理を行い、インタフェース回路77を介してネットワーク側に出力される。
Note that the second reception
また、MAC層処理回路78は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路77に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータ即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。Point−to−Point型の通信の場合にはスケジューリング処理回路781は実質的には不要であるが、複数の端末局装置302との間でPoint−to−MultiPoint型の通信を行う場合には、通信を行う端末局装置302を選択する各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路120に出力する。MAC層処理回路78にて処理された受信データは、インタフェース回路77を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
In addition, the MAC
また、送信元の端末局装置302の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路120が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う第1の受信ウエイト処理部160に対し、通信制御回路120から送信元の端末局装置等を示す情報が入力される。
Further, the
なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算はサブキャリアごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−(N’BS−Ant)から出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−(N’BS−Ant)でFFTを行い各サブキャリアに分離し、分離したサブキャリアごとに、第1のチャネル情報推定回路161での信号処理、及び、第1の受信信号処理回路158での受信信号処理が実施されることになる。
As for signal reception, as in the case of transmission, in the wideband system using the OFDM modulation method or SC-FDE method, the multiplication of the above-mentioned reception weight is performed for each subcarrier. That is, the FFT circuits 857-1 to 857- (N'BS -Ant ) perform FFT on the signals output from the A / D converters 856-1 to 856- (N'BS -Ant ) to each subcarrier. Signal processing in the first channel
以上が本発明の関連技術における基地局装置70の説明である。ここで重要なのは、第1の送信信号処理部181におけるローカル発振器815が同一の第1の送信信号処理部181内の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−(N’BS−Ant)で共通化されている点、一方で異なる第1の送信信号処理部181間ではローカル発振器815は共通化されていない点である。また同様に、第1の受信信号処理部185におけるローカル発振器853が同一の第1の受信信号処理部185内の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−(N’BS−Ant)で共通化されている点、一方で異なる第1の受信信号処理部185間ではローカル発振器853は共通化されていない点も重要である。図10に示す様に、一般に第1の送信信号処理部181−1〜181−4(図10では第1の信号処理部304−1〜304−4)は物理的に数メートルのオーダーで離れて設置されることが想定され、ミリ波等の高い周波数帯ではケーブルで取り回した際の損失が1メートル当たり10dB以上と非常に大きい。第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185に接続されるアンテナ素子が多数であるため、ミキサ816や854には信号を複数系統に分岐させて入力させる必要があるが、この分岐に伴うレベルの低下を考えると、数メートル単位のケーブル長の損失は無視できないため、個別の第1の送信信号処理部181及び個別の第1の受信信号処理部185内に閉じてローカル発振器815及び853をそれぞれ共用化し、異なる第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185間では共用化しない構成が有効である。
The above is the description of the
ここで、各アンテナでは指向性制御のために送受信信号の位相を調整することになるが、同一の第1の送信信号処理部181−1〜181−4(図10では第1の信号処理部304−1〜304−4)内では、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることが容易であり、ローカル発振器815ないしはローカル発振器853に依存しない部分で、どの様な位相関係となる様に送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。しかし、ローカル発振器815が第1の送信信号処理部181内で(又はローカル発振器853が第1の受信信号処理部185内で)非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも第1の送信信号処理部181において送信ウエイトを乗算する際に、複数のローカル発振器815(又は853)の間の複素位相関係を考慮して調整する必要があり、この調整を怠ると指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。本発明の関連技術では、同一の第1の送信信号処理部181では上述の理由でローカル発振器815を共通化し、同一の第1の受信信号処理部185では上述の理由でローカル発振器853を共通化するが、空間多重する4系統の信号系列間の信号分離は受信側において実施することが可能であるため、マルチユーザMIMOの様に送信側で完全な信号分離を実施する必要はない。
Here, although each antenna adjusts the phase of transmission / reception signals for directivity control, the same first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 (the first signal processing unit in FIG. 10) In 304-1 to 304-4), it is easy to make the phase relationship of the signal inputted from each of the
なお、この様に受信側での信号処理で基本的に複数の信号系列は分離可能であるが、例えばチャネルのフィードバックなどで第1の送信信号処理部181−1〜181−4の間の位相関係が既知であるならば、送信側で事前に信号分離の送信ウエイト行列を乗算(すなわち送信プリコーディング)することも可能である。この場合には、基地局装置70の第2の送信信号処理部71にてこの送信ウエイト行列を乗算することになる。この送信ウエイト行列の算出においては、第2の受信信号処理部75により取得された受信ウエイトベクトルを乗算した後の4系統の信号系列に関するアップリンクのチャネル情報を基にキャリブレーション処理を用いて取得しても構わない。ただし、前述の様にダウンリンクにおいても受信側の端末局装置302では送信信号に付与されたトレーニング信号によりチャネル行列が取得可能であるため、受信側での信号処理を活用すれば、必ずしも第2の送信信号処理部71での送信ウエイト行列の乗算は必要ではない。
Although a plurality of signal sequences can basically be separated by signal processing on the reception side in this way, for example, the phases among the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 by feedback of a channel or the like. If the relationship is known, it is also possible to multiply (ie, transmit precoding) the transmit weight matrix of signal separation beforehand at the transmit side. In this case, the second transmission
(本発明の関連技術における端末局装置302に対応する端末局装置60の回路構成について)
図14は、本発明の関連技術における端末局装置302に対応する端末局装置60の構成の一例を示す概略ブロック図である。図14に示す様に、端末局装置60は、送信部61と、受信部65と、インタフェース回路67と、MAC(Medium Access Control)層処理回路68と、通信制御回路121とを備えている。
(About the circuit configuration of the
FIG. 14 is a schematic block diagram showing an example of a configuration of the
端末局装置60は、インタフェース回路67を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路67は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路68に出力する。MAC層処理回路68は、端末局装置60全体の動作の管理制御を行う通信制御回路121の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路67で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータ即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。MIMO伝送では、一つの端末局装置60宛に信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路68から送信部61に出力される。
The
図15は、本発明の関連技術における端末局装置60における送信部61の構成の一例を示す概略ブロック図である。図15に示す様に、送信部61は、送信信号処理回路811−1〜811−NSDM(NSDMは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−NMT−Ant(NMT−Antは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−NMT−Antと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−NMT−Antと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−NMT−Antと、フィルタ817−1〜817−NMT−Antと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−NMT−Antと、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antと、第1の送信ウエイト処理部140とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMと、第1の送信ウエイト処理部140とは、図14において示した通信制御回路121に接続されている。
FIG. 15 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the
第1の送信ウエイト処理部140は、チャネル情報取得回路141と、チャネル情報記憶回路142と、第1の送信ウエイト算出回路143とを備えている。ここで、図15における送信信号処理回路811−1〜811−NSDMの添え字のNSDMは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−NMT−Antからアンテナ素子819−1〜819−NMT−Antまでの回路の添え字のNMT−Antは、端末局装置60が備えるアンテナ素子数を表す。NMT−Antは、例えば、16である。
The first transmission
本発明の関連技術では、一つの端末局装置60が基地局装置70宛に信号を空間多重して送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路68から送信部61に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−NSDMは、宛先の基地局装置70に無線回線で送信すべきデータ(データ入力#1〜#NSDM)がMAC層処理回路68から入力されると、入力されたデータに対して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号に対してサブキャリアごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号にサブキャリアごとに送信ウエイトが乗算される。各アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして各送信信号処理回路811−1〜811−NSDMから加算合成回路812−1〜812−NMT−Antに入力される。
In the related art of the present invention, since one
加算合成回路812−1〜812−NMT−Antに入力された信号は、サブキャリアごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NMT−Antにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)であればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理を施され、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antごとに、D/A変換器814−1〜814−NMT−Antでデジタル・サンプリング・データからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−NMT−Antで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の領域に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−NMT−Antで帯域外の信号が除去され、送信すべき信号が生成される。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−NMT−Antで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−NMT−Antより送信される。
The signals input to the adding and combining circuits 812-1 to 812-N MT-Ant are combined for each subcarrier. The synthesized signal is converted from the signal on the frequency axis to the signal on the time axis by the IFFT & GI application circuits 813-1 to 813-N MT-Ant , and further insertion of guard intervals or between OFDM symbols (SC-FDE If it is Single-Carrier Frequency Domain Equalization), processing such as waveform shaping between blocks in block transmission is performed, and D / A converter 814-1 is applied to each of antenna elements 819-1 to 819-N MT-Ant. At 814-N MT-Ant , digital sampling data is converted to a baseband analog signal. Furthermore, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the
なお、図15では、各サブキャリアの信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−NMT−Antで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っている。しかし、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMがこれらの処理を行い、IFFTされた時間軸上のサンプリング信号を加算合成回路812−1〜812−NMT−Antが合成することとして、IFFT&GI付与回路813−1〜813−NMT−Antを省略する構成(厳密には、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMにこれらを含める)としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を指す。 In FIG. 15, after the addition synthesis of the signals of the respective subcarriers is performed by the addition synthesis circuit 812-1 to 812-N MT-Ant , processes such as IFFT processing, guard interval insertion, and waveform shaping are performed. . However, it is assumed that the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM perform these processes, and that the addition / synthesis circuits 812-1 to 812-N MT-Ant synthesize the IFFTed sampling signals on the time axis. The IFFT & GI application circuits 813-1 to 813-N MT-Ant may be omitted (strictly, they may be included in the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM ). In this case, the rest of the signal processing necessary after transmission weight multiplying in the transmission signal processing circuit 811-1~811-N SDM refers IFFT processing, insertion of the guard interval, the process of waveform shaping or the like.
また、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、第1の送信ウエイト処理部140に備えられている第1の送信ウエイト算出回路143より取得される。第1の送信ウエイト処理部140では、チャネル情報取得回路141が、受信部65にて取得されたチャネル情報を通信制御回路121経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路142に記憶させる。信号の送信時には通信制御回路121からの指示に従い、第1の送信ウエイト算出回路143は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路142から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。第1の送信ウエイト算出回路143は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに出力する。なお、通常の通信では端末局装置が通信する相手は特定の基地局装置に限られるため、上述の説明では宛先とする端末局装置に関する管理を明示的に示したが、通信の宛先局が単一であるものとして処理を行うことも当然可能である。
In addition, the transmission weights to be multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-N SDM are acquired from the first transmission
なお、本発明の関連技術の特徴は、送信ウエイトの算出において、端末局装置60と基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4との間で、第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用することである。この第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用する場合のチャネル推定の方法及び送受信ウエイトの算出方法には幾つかのバリエーションがあり、これを効率的に取得する手法については、詳細は後述する。例えば、端末局装置60から基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4に向けてのアップリンクでの各チャネル行列に対し、特異値分解した際の第1右特異ベクトルを送信ウエイトベクトルに用いても良い。この場合、第1の送信ウエイト算出回路143はこの第1右特異ベクトルを算出する機能を有することになる。
The feature of the related art of the present invention is that the first singular value is calculated between the
ないしは、基地局装置70側が第1の送信信号処理部181−1〜181−4のそれぞれの複数のアンテナ素子に所定の送信ウエイトベクトルを乗算して信号送信している場合には、実際には複数の送信アンテナから送信されているにも関わらず、実効的には第1の送信信号処理部181−1〜181−4のそれぞれが1本の仮想的アンテナ素子から送信しているものと等価である。このため、この1本の仮想的アンテナ素子と端末局装置60の各受信アンテナとの間のチャネル情報のベクトルを取得し、このチャネルベクトルにキャリブレーション処理を施すインプリシット・フィードバックの手法でアップリンクのチャネル情報を取得することも可能である。第1の送信ウエイト算出回路143は、この様にして求めたアップリンクのチャネルベクトルを基に、式(7)に示す様にこのチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても良い。
Alternatively, when the
なおこの代替として、第1の送信ウエイト算出回路143は、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の中の1本のアンテナ素子と端末局装置60との間で受信側のチャネル情報のチャネルベクトルを求め、式(7)に示す様にこのチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても構わない。また、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路121が管理する。
As an alternative to this, the first transmission
図16は、本発明の関連技術における端末局装置60における受信部65の構成の一例を示す概略ブロック図である。図16に示す様に、受信部65は、アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−NMT−Antと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−NMT−Antと、フィルタ855−1〜855−NMT−Antと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−NMT−Antと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−NMT−Antと、受信信号処理回路145−1〜145−NSDMと、第1の受信ウエイト処理部144とを備えている。受信信号処理回路145−1〜145−NSDMと、第1の受信ウエイト処理部144とは、図14において示した通信制御回路121に接続されている。第1の受信ウエイト処理部144は、第1のチャネル情報推定回路146と、第1の受信ウエイト算出回路147とを備えている。
FIG. 16 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the receiving
アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信した信号は、ローノイズアンプ852−1〜852−NMT−Antで増幅される。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−NMT−Antで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の信号も含まれるため、フィルタ855−1〜855−NMT−Antが帯域外成分を除去する。帯域外成分を除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−NMT−Antでデジタルベースバンド信号に変換される。例えばOFDMを用いる場合には、デジタルベースバンド信号は、FFT回路857−1〜857−NMT−Antに入力され、ここでは記載を省略したタイミング検出用の回路で判定した所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各サブキャリアの信号に分離)される。この各サブキャリアに分離された信号は、受信信号処理回路145−1〜145−NSDMに入力されると共に、第1のチャネル情報推定回路146にも入力される。
Signals received by antenna elements 851-1~851-N MT-Ant is amplified by the low noise amplifier 852-1~852-N MT-Ant. The amplified signal and the local oscillation signal output from
第1のチャネル情報推定回路146は、各サブキャリアに分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の各送信ウエイトベクトルにより形成される仮想的アンテナ素子と、端末局装置60の各アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antとの間のチャネル情報のチャネルベクトルをサブキャリアごとに推定し、その推定結果を第1の受信ウエイト算出回路147に出力する。第1の受信ウエイト算出回路147は、入力されたチャネル情報を基に受信ウエイトをサブキャリアごとに算出する。この受信ウエイトに関しては、例えば前述の様に、ZF型の擬似逆行列を利用したり、MMSE型の受信ウエイト行列を利用したりする。この際、各アンテナ素子851−1〜851−NMT−Antで受信された信号を合成するための受信ウエイトベクトルは、信号系列ごとに異なり、上述のZF型の擬似逆行列ないしはMMSE型の受信ウエイト行列などの行ベクトルに相当し、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路145−1〜145−NSDMにそれぞれ入力される。
The first channel
受信信号処理回路145−1〜145−NSDMは、FFT回路857−1〜857−NMT−Antから入力されたサブキャリアごとの信号に対し、第1の受信ウエイト算出回路147から入力された受信ウエイトを乗算し、乗算結果をサブキャリアごとに加算合成する。受信信号処理回路145−1〜145−NSDMは、加算合成により得られた信号それぞれに対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路68に出力する。
Reception signal processing circuits 145-1 to 145 -N SDM is supplied from first reception
ここで、受信信号処理回路145−1〜145−NSDMでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、複数の受信信号処理回路145−1〜145−NSDMにまたがった受信信号処理として、MLDやQR分解を用いた簡易MLD等を用いても良い。また、MAC層処理回路68は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路67に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータ即ち無線パケットとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。MAC層処理回路68にて処理された受信データは、インタフェース回路67を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。また、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路121が管理する。
Here, in the reception signal processing circuits 145-1 to 145-N SDM , signal processing of different signal sequences is performed. Further, MLD, a simplified MLD using QR decomposition, or the like may be used as received signal processing across a plurality of received signal processing circuits 145-1 to 145-N SDM . In addition, the MAC
ここで、送信側と同様に受信時の端末局装置60側においても第1特異値に対応する仮想的伝送路を意識的に利用する信号処理とすることも可能である。図17に、本発明の関連技術における端末局装置60における受信部65の別の構成の一例を示す。
Here, as in the case of the transmitting side, the
図17において、符号154は第1の受信ウエイト処理部、符号155は第1の受信信号処理回路、符号156は第1のチャネル情報推定回路、符号157は第1の受信ウエイト算出回路、符号159は第2の受信信号処理回路を示し、その他は図16と同様である。先の説明においては、第1の受信ウエイト算出回路157ではNSDM系統の信号系列を直接信号分離するための受信ウエイトを算出するものとして説明したが、一旦、第1特異値に対応する仮想的伝送路で信号分離を行いながら、それでも残る信号系列間の残留干渉を2段階で除去することも可能である。
In FIG. 17,
この場合、第1の受信ウエイト算出回路157は、例えば基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の各アンテナ素子から端末局装置60の各アンテナ素子に向けてのチャネル情報を取得できる場合、このチャネル情報を成分とするチャネル行列に対し、特異値分解した際の第1左特異ベクトルを受信ウエイトベクトルとして算出する。ないしは、第1の送信信号処理部181−1〜181−4が送信ウエイトベクトルを乗算することで形成される1本の仮想的アンテナ素子を活用して信号送信をしている場合には、その対応する仮想的アンテナ素子と端末局装置60の各アンテナ素子との間のチャネルベクトルを求め、このベクトルを基に受信ウエイトベクトルの各成分を式(7)で求めても良いし(最大比合成のウエイト)、ないしは式(7)で与えられる値に対して全ての絶対値を一定にして与えても良い(等利得合成のウエイト)。
In this case, the first reception
そして、第1の受信ウエイト算出回路157は、この様にして求めた受信ウエイトベクトルを各第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMに対して出力する。ただし、この後段で、第2の受信信号処理回路159にて残留干渉を分離する信号処理が実施されるため、リアルタイムで頻繁に受信ウエイトベクトルを更新する必要はなく、例えば100ms周期程度の、見通し波のチャネル情報が急激には変動しないと期待される時間領域において、共通の受信ウエイトベクトルを使いまわすことも可能である。
Then, the first reception
第1のチャネル情報推定回路156及び第1の受信ウエイト算出回路157は、この様な視点から逐次受信ウエイトを更新するのではなく、例えばある程度のチャネル推定結果を第1のチャネル情報推定回路156が平均化することでチャネル推定精度を向上させ、その平均化されたチャネル情報を基に所定の周期で第1の受信ウエイト算出回路157が第1の受信ウエイトベクトルを算出し、これを第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMに対して入力する構成とすることも可能である。この場合には、平均化に際してチャネル情報は基準アンテナ(例えば第1アンテナ)の複素位相を基準とする相対チャネル情報(ないしは、各チャネル情報を基準アンテナのチャネル情報で除算したものと考えても良い)を活用することが好ましい。
The first channel
第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMは、これらの第1特異値に対応する仮想的伝送路からの信号を第2の受信信号処理回路159に出力する。この第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMと第2の受信信号処理回路159との機能分担は、図11に示した基地局装置70の第1の受信信号処理部185と第2の受信信号処理部75との関係に類似している。すなわち、アンテナ素子数NMT−Antに相当する膨大な受信信号の信号を、第1の受信信号処理回路155−1〜155−NSDMにて空間多重された信号系列数NSDMに縮小した信号に変換して第2の受信信号処理回路159に出力し、第2の受信信号処理回路159では次元が縮小された空間内での一般的なMIMO信号処理を実施する。
The first received signal processing circuits 155-1 to 155 -N SDM output signals from the virtual transmission line corresponding to these first singular values to the second received
具体的には、第2の受信信号処理回路159は、受信信号の先頭に付与された既知のトレーニング信号を参照し、NSDM系統の信号系列に対しNSDM×NSDMのチャネル行列を取得し、そのチャネル行列を基に受信信号検出処理を行う。先にも示した様に、第2の受信信号処理回路159は、ZF型の逆行列やMMSE型の線形受信ウエイト行列を乗算すること、ないしはMLDや簡易MLD(QR−MLD等)などの非線形の信号処理を行うことも可能である。第2の受信信号処理回路159は、この様に信号分離されたNSDM系統の信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路68に出力する。これは基地局装置の第2の受信信号処理部75の信号処理と同等である。
Specifically, the second received
図18は、基地局装置70の第2の受信信号処理部75ないしは端末局装置60の第2の受信信号処理回路159における装置構成の例(基本的に処理は基地局装置と端末局装置で共通である)を示す図である。第2の受信信号処理回路190の基本的な動作は上述の通りであり、NSDM本の第1特異値に対応する仮想的伝送路の受信信号としてNSDM系列の信号系列が第2の受信信号処理回路190(図17の第2の受信信号処理回路159に相当)に入力されると、チャネル行列取得回路191が受信信号の先頭に付与された既知のトレーニング信号を参照し、NSDM系統の信号系列に対するNSDM×NSDMのチャネル行列を取得する。受信ウエイト行列算出回路192は、そのチャネル行列を基に受信ウエイト行列をZF型の逆行列やMMSE型の線形受信ウエイト行列として算出し、これを受信ウエイト行列乗算回路193に出力する。受信ウエイト行列乗算回路193は、後続するデータに受信ウエイト行列を乗算し、異なる仮想的伝送路間のクロストーク成分である干渉信号を抑圧する。信号検出回路194は、SINR特性が高められた各信号に対して信号検出を行う。ここでの信号検出とは一般的な復調処理を意図する。例えば、信号検出回路194は、受信信号の軟判定を行い、デインタリーブの後に誤り訂正を行い、最終的な信号検出を行う。複数の信号系列に展開されてパラレル伝送されたデータは、パラレル/シリアル変換で1系列のデータに変換され、これらをMAC層処理回路に出力する。なお、ここでは典型的な例として線形の信号処理の例を示したが、信号検出回路194は、MLDないしQR−MLDなどの非線形の信号処理を行うことも可能である。
FIG. 18 shows an example of the device configuration in the second received
なお、図11に示した基地局装置70に第2の送信信号処理部71が備えられる様に、端末局装置60においても第2の送信信号処理回路148が備えられてもよい。図19は、本発明の関連技術における端末局装置60の送信部61の異なる構成例を示す図である。送信部61は、第2の送信信号処理回路148を更に備え、送信信号処理回路811−1〜811−NSDMに代えて第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMを備え、更に第1の送信ウエイト算出回路143に代えて送信ウエイト算出回路149を備える。この場合、第2の送信信号処理回路148は、図11に示した第2の送信信号処理部71の機能を備える。具体的には、第2の送信信号処理回路148は、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う処理を行うと共に、各第1特異値に対応する仮想的伝送路間の信号の漏れ込みを補償するための送信ウエイト行列を送信ウエイト算出回路149から取得し、NSDM系統の送信信号ベクトルに送信ウエイト行列を乗算する処理(送信プリコーディング)を行い、処理により得られたNSDM系統の送信信号を第1の送信信号処理回路821に出力する。
Note that the second transmission
第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMは、第2の送信信号処理回路148から入力されたNSDM系統の送信信号のそれぞれに、第1特異値に対応する仮想的伝送路を形成するための送信ウエイトを乗算する。ここで、送信ウエイト算出回路149の機能としては、第1の送信信号処理回路821−1〜821−NSDMにて第1特異値に対応する仮想的伝送路を形成するための送信ウエイトを算出する機能と、各第1特異値に対応する仮想的伝送路間の信号の漏れ込みを補償するための送信ウエイト行列を算出するための機能とを両方備えることになる。この場合の送信ウエイト行列は、例えばキャリブレーション処理を伴うインプリシット・フィードバックを用いる手法、ないしは直接的なエクスプリシット・フィードバックを用いる手法などで取得したチャネル情報を基に求められる。
The first transmission signal processing circuits 821-1 to 821-N SDM are virtual transmission paths corresponding to the first singular value for each of the transmission signals of the N SDM system input from the second transmission
本発明の関連技術の特徴は、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4と端末局装置60との間で、第1特異値に対応する仮想的伝送路を利用することである。したがって、端末局装置60から基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4に向けての各チャネル行列に対し、特異値分解した際の第1右特異ベクトルに送信ウエイトベクトルを用いることになり、第1の送信ウエイト算出回路143はこの第1右特異ベクトルを算出する機能を有することになる。なお、この第1右特異ベクトルの近似解として、詳細は後述するが、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4の中の1本のアンテナ素子との間でチャネルベクトルを求め、このチャネルベクトルの複素共役を取ったベクトル、ないしはそのベクトルの各成分の絶対値を全て一定にしたベクトルのいずれかを、送信ウエイトベクトルとして利用しても構わない。本来、基地局装置70の第1の送信信号処理部181−1〜181−4のアンテナ素子群が全体で仮想的な指向性アンテナを形成することになるが、その代替としてこの手法は例えばそのアンテナ素子群の中の物理的に中央付近に存在するアンテナ1本で代表した場合を近似解と見なすことに相当する。この場合、近似解のウエイトは厳密解のウエイトとは異なるものとなるのであるが、シミュレーションで評価すればその結果得られる利得は後述する様に極端に大きな劣化がある訳ではない。
The feature of the related art of the present invention relates to a virtual transmission path corresponding to the first singular value between the first transmission signal processing units 181-1 to 181-4 of the
以上が、本発明の関連技術における端末局装置60、送信部61及び受信部65の構成の説明である。ここで重要なのは、送信部61におけるローカル発振器815が送信部61の各アンテナ系統におけるミキサ816−1〜816−NMT−Antで共通化されている点、受信部65におけるローカル発振器853が受信部65の各アンテナ系統におけるミキサ854−1〜854−NMT−Antで共通化されている点である。指向性制御においてはアンテナ素子ごとで送受信信号の位相を調整することになるが、それぞれのローカル発振器815ないしはローカル発振器853から入力される信号の位相関係が常に一定になる様にすることで、どの様な位相関係で送受信ウエイトを乗算すれば良いかが判断可能となる。一方、ローカル発振器815ないしはローカル発振器853が送信部61内又は受信部65内で非同期のものを複数利用する場合には、少なくとも送信部61において送信ウエイトを乗算する指向性制御が効果的に機能しなくなる。装置の設計においては、この点に注意が必要である。なお、ローカル発振器815とローカル発振器853を共用することも可能である。
The above is the description of the configurations of the
(Point−to−Multipointへの拡張について)
以上の説明ではPoint−to−Point型の無線エントランス回線に関する説明を中心に行っていたため、第1の信号処理部304の配置は何らかの手法で最適化された状態で運用すれば、第1の信号処理部304の数だけの空間多重伝送が可能になる。このための最適化手法はチャネルの直交化条件を基に算出したアンテナ配置法でも良いし、アンテナ設置時に何ヶ所かに設定しながら、その中で仮想的伝送路が概ね直交する配置を検索して対応しても構わない。しかし、一つの基地局装置70と複数の端末局装置60が同時にPoint−to−Multipoint型の通信を行う場合には、全ての端末局装置にとって基地局装置70側のアンテナ配置が共通の理想的な配置とすることは困難なので、冗長な数の第1の信号処理部304を設置し、通信する端末局装置60ごとに異なる組み合わせの第1の信号処理部304を選択して通信を行う構成としても構わない。この場合には、通信制御回路にて最適な第1の信号処理部304の組み合わせを判断することになるため、通信制御回路に端末局装置60ごとの最適な第1の信号処理部304の組み合わせ情報に関するデータベースなどの機能を備える必要がある。
(About extension to Point-to-Multipoint)
In the above description, since the explanation has been made centering on the point-to-point type wireless entrance circuit, if the arrangement of the first signal processing unit 304 is operated in an optimized state by some method, the first signal is processed. Spatial multiplexing transmission as many as the number of processing units 304 is possible. The optimization method for this purpose may be antenna arrangement method calculated based on channel orthogonalization conditions, and while setting it at several places at the time of antenna installation, searches the arrangement where virtual transmission paths are almost orthogonal May correspond. However, when one
例えば、参考文献1に記載の技術では、複数のサブアレー化された第1の信号処理部304がビルの壁面上方に複数配置され、下方に位置する端末局装置に上方から見通し環境で照射する状況について説明している。基地局装置側をこの様に複数のサブアレー化された第1の信号処理部304で構成することにより、そのサブアレー全体としてのアンテナ開口長を拡大することが安定的なMIMO伝送を実現するために有効となる。しかし、この参考文献1で評価に用いた様な端末局装置側のアンテナ開口長の確保は、現状のスマートフォンの形状などを考慮すると、基地局装置側から直接波が到来する方向においては液晶モニタ画面が大きく設置されており、この様な評価条件を確保することは非現実的である。したがって、参考文献1に示される様な見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行うアクセス系の無線通信システムにおいて、本発明の背景技術や関連技術の様な基地局装置側のアンテナ開口長の拡大を図ることに加え、同様に端末局装置側でも安定的に基地局装置側から直接波が到来する方向に対してアンテナ開口長を確保することで、伝送容量を更に増大させるための技術が求められる。
[参考文献1]太田厚、新井拓人、白戸裕史、丸田一輝、岩國辰彦、飯塚正孝、「RCS2015−144 第1固有モードの並列伝送を用いた見通し環境ミリ波帯空間多重伝送技術 〜方式提案と基本特性評価結果〜」、電子情報通信学会技術研究報告、無線通信システム(RCS)、Vol.115、No.181、2015年8月10日、p.73−p.78
For example, in the technique described in
[Reference 1] Atsushi Ota, Takuto Arai, Hirofumi Shirato, Kazuki Maruta, Akihiko Iwakuni, Masataka Iizuka, "Line-of-sight Environment Millimeter-wave Space Multiplexing Transmission Technology Using Parallel Transmission of the First Eigenmode-System Proposal And basic characteristic evaluation results ~ ", Technical Report of IEICE, Radio Communication System (RCS), Vol. 115, no. 181, August 10, 2015, p. 73-p. 78
(本発明の関連技術における信号処理の処理フローについて)
以下では、本発明の関連技術における信号処理の処理フローについて説明する。基本的に基地局装置と端末局装置の信号処理フローは共通であるが、引用すべき回路の名称・符号番号が異なるため、ここでは基地局装置に関する信号処理フローを例に取り説明する。また、上述の様に第2の送信信号処理部71(端末局装置においては、明示的な記述がある図19の第2の送信信号処理回路148に相当)での信号処理は、送信ウエイト行列の乗算(送信プリコーディング)を施さないこととすることも可能であり、この場合にはその信号処理に関する部分は省略可能である。
(About the processing flow of signal processing in the related art of the present invention)
The processing flow of signal processing in the related art of the present invention will be described below. Although the signal processing flow of the base station apparatus and the terminal station apparatus is basically the same, the names and code numbers of circuits to be referred to are different, so here, the signal processing flow regarding the base station apparatus will be described as an example. In addition, as described above, the signal processing in the second transmission signal processing unit 71 (corresponding to the second transmission
図20は、本発明の関連技術における信号送信時の信号処理を示すフローチャートである。送信処理が開始されると、通信制御回路120は第1の信号処理部304及び第2の信号処理部305に対して、第1の送信ウエイトベクトル及び第2の送信ウエイト行列の読み出しを指示する(ステップS2601、ステップS2602)。
FIG. 20 is a flowchart showing signal processing at the time of signal transmission in the related art of the present invention. When transmission processing is started, the
ここでの送信ウエイトベクトル及び送信ウエイト行列の読み出しは、例えばPoint−to−Multipoint型の通信で且つ基地局装置70の場合には、通信相手局である端末局装置60が通信の都度異なることになるため、送信の都度、毎回読み出し処理を行うことになる。一方、固定的なPoint−to−Point型の通信の場合、ないしは端末局装置60の様に通信相手局が常に基地局装置70に固定される場合には、毎回読み出さずとも処理を省略することも可能である。ただし、チャネルの時変動が無視できず、毎回、送信ウエイトが変更になる場合には、通信相手が固定である場合でも毎回、送信の都度読み出す構成としても良い。ないしは、所定の周期で更新された送信ウエイトを読み出す構成としても良い。また、前述の様に第2の信号処理部305における第2の送信ウエイト乗算回路での行列乗算を省略する場合には、この第2の信号処理部305における送信ウエイト行列の読み出しは不要となる。
The reading of the transmission weight vector and the transmission weight matrix here is, for example, in the case of the point-to-multipoint type communication and in the case of the
第2の信号処理部305は、空間多重を行うNSDM系統分の送信信号を生成し(ステップS2603)、その送信信号に対して第2の送信ウエイト行列を乗算する(ステップS2604)。乗算後のNSDM系統分の送信データはそれぞれ対応する第1の信号処理部304に転送される(ステップS2605)。第2の信号処理部305は、送信データの送信が終了しているか否かを判定する(ステップS2606)。送信データの送信が終了していない場合(ステップS2606:NO)、第2の信号処理部305は、ステップS2603に処理を戻す。送信データの送信が終了している場合(ステップS2606:YES)、第2の信号処理部305は、信号送信時の信号処理フローを終了する。
The second
一方、第1の信号処理部304は、事前に読み出していた、自身に対応する送信ウエイトベクトルを用いて、送信信号(1次元の信号)に送信ウエイトベクトルを乗算し(ステップS2607)、送信アンテナ数NAnt次元の送信信号ベクトルに変換し、アンテナ系統ごとに送信信号処理を行う(ステップS2608)。 On the other hand, the first signal processing unit 304 multiplies the transmission signal (one-dimensional signal) by the transmission weight vector using the transmission weight vector corresponding to itself, which has been read in advance (step S2607), and transmits the transmission antenna A transmit signal vector of several N Ant dimensions is converted, and transmit signal processing is performed for each antenna system (step S2608).
例えば、OFDM変調方式を想定する際には、送信信号の生成はサブキャリアごと、及びOFDMシンボルごとに実施され、送信ウエイト行列の乗算や送信ウエイトベクトルの乗算なども、全てサブキャリアごとに個別に行われる。ここでの送信信号処理として、周波数軸上のサブキャリアごとの送信信号に対しIFFT処理を施し、ガードインターバルを付与してシンボル間の波形整形などを必要に応じて加え、この時間軸上のサンプリングデータをD/A変換してアナログベースバンド信号を生成し、これをミキサにてアップコンバートした後、帯域外成分をフィルタにて除去し、ハイパワーアンプで信号増幅したものをアンテナから送信する処理が行われる。 For example, when assuming the OFDM modulation scheme, transmission signal generation is performed for each subcarrier and for each OFDM symbol, and multiplication of a transmission weight matrix, multiplication of a transmission weight vector, etc. are all performed separately for each subcarrier. To be done. As transmission signal processing here, IFFT processing is performed on the transmission signal for each subcarrier on the frequency axis, guard intervals are added, waveform shaping between symbols is added as necessary, and sampling on this time axis is performed. Data is D / A converted to generate an analog baseband signal, which is up converted by a mixer, then out-of-band components are removed by a filter, and the signal amplified by a high power amplifier is transmitted from an antenna Is done.
以上はOFDM変調方式を用いる場合の例だが、その他のSC−FDEなどの方式に対しても同様であり、基本的には従来の様々な通信方式を適用することができる。また、必ずしも周波数軸上の信号処理である必要はなく、後述する様に送信ウエイトベクトルの乗算を時間軸上で実施する場合などでは、単一の送信ウエイトベクトル(及び行列)を用いて、サンプリングデータごとに送信ウエイトベクトル(及び行列)の乗算を施す構成としても構わない。また、誤り訂正の符号化やインタリーブなどの処理は送信信号の生成処理に含まれるものとし、ここでの説明では省略している。 The above is an example in the case of using the OFDM modulation scheme, but the same is true for other schemes such as SC-FDE, and various conventional communication schemes can basically be applied. Further, the signal processing on the frequency axis is not necessarily required. As described later, in the case where the multiplication of the transmission weight vector is performed on the time axis, sampling using a single transmission weight vector (and matrix) is performed. The transmission weight vector (and matrix) may be multiplied for each data. Further, processing such as error correction coding and interleaving is included in the generation processing of the transmission signal, and is omitted in the description here.
次に図21は、本発明の関連技術における信号受信時の信号処理フローの第1例を示すフローチャートである。信号が受信されると、通信制御回路120は複数の第1の信号処理部304に対して、それぞれの第1の受信ウエイトベクトルの読み出しを指示する(ステップS2701)。
Next, FIG. 21 is a flowchart showing a first example of signal processing flow at the time of signal reception in the related art of the present invention. When the signal is received, the
ここでの受信ウエイトベクトルの読み出しは、送信側の場合と同様に例えばPoint−to−Multipoint型の通信で且つ基地局装置70の場合には、通信相手局である端末局装置60が通信の都度異なることになるため、送信の都度、毎回読み出し処理を行うことになる。一方、固定的なPoint−to−Point型の通信である場合、ないしは端末局装置60の様に通信相手局が常に基地局装置70に固定される場合には、毎回読み出さずとも処理を省略することも可能である。ただし、チャネルの時変動が無視できず、毎回、受信ウエイトが変更になる場合には、通信相手が固定である場合でも毎回、送信の都度読み出す構成としても良い。ないしは、所定の周期で更新された受信ウエイトを読み出す構成としても良い。
As in the case of the transmitting side, reading of the receiving weight vector here is, for example, point-to-multipoint communication and in the case of the
その後、実際の信号を受信すると、第1の信号処理部304は、アンテナ系統ごとに信号受信処理を実施する(ステップS2702)。ここでの信号受信処理とは、例えば受信信号をローノイズアンプで増幅し、ミキサにてダウンコンバート処理を施し、フィルタにて帯域外周波数成分を除去した後、A/D変換器にてデジタルベースバンド信号のサンプル値に変換する。これらの受信信号処理においては、例えばOFDM変調方式であればOFDMシンボルごとに切り出すと共にガードインターバルを除去し、FFTによりサブキャリア成分ごとの周波数軸上の信号に変換する。 Thereafter, when an actual signal is received, the first signal processing unit 304 performs signal reception processing for each antenna system (step S2702). The signal reception processing here is, for example, amplification of a received signal by a low noise amplifier, down conversion processing by a mixer, removal of out-of-band frequency components by a filter, and digital baseband by an A / D converter. Convert to signal sample values. In these received signal processing, for example, in the case of the OFDM modulation method, the signal is cut out for each OFDM symbol, the guard interval is removed, and the signal is converted to a signal on the frequency axis for each subcarrier component by FFT.
以上の受信信号処理が施された信号に対して、第1の信号処理部304は、アンテナ素子ごとの信号をベクトル成分とする受信信号ベクトルに対し受信ウエイトベクトルを乗算し(ステップS2703)、乗算結果を第2の信号処理部305に転送する(ステップS2704)。第1の信号処理部304は、受信データの受信が終了しているか否かを判定する(ステップS2705)。ここで、受信データが更に継続する場合には(ステップS2705:YES)、ステップS2702に示す受信信号処理に戻り処理を継続し、受信データが終了している場合(ステップS2705:NO)には第1の信号処理部304の処理は終了となる。 The first signal processing unit 304 multiplies the reception signal vector having the signal of each antenna element as the vector component by the reception weight vector with respect to the signal subjected to the above reception signal processing (step S2703). The result is transferred to the second signal processing unit 305 (step S2704). The first signal processing unit 304 determines whether reception of reception data is completed (step S2705). Here, if the reception data continues further (step S2705: YES), the process returns to the reception signal processing shown in step S2702 to continue the processing, and when the reception data is finished (step S2705: NO) The processing of the signal processing unit 304 of 1 ends.
一方、第2の信号処理部305は、第1の信号処理部304から転送される信号が例えば無線パケットの先頭に付与されているチャネル推定用のトレーニング信号か否かを判断し(ステップS2706)、トレーニング信号であれば(ステップS2706:YES)チャネル推定を実施し(ステップS2707)、得られたチャネル行列を基に第2の受信ウエイト行列を生成する(ステップS2708)。転送される信号がトレーニング信号でないデータ部分であれば(ステップS2706:NO)、第2の信号処理部305は、空間多重数のNSDM次元の受信信号ベクトルに対し、第2の受信ウエイト行列を乗算し(ステップS2709)、信号分離の後に信号検出処理を実施する(ステップS2710)。ここでの信号検出処理とは、例えば送信信号に対する軟判定処理、デインタリーブ処理、誤り訂正処理などを経て、送信信号を推定する処理を意味する。物理層の信号検出処理により得られた信号は、MAC層処理回路へと出力される。
On the other hand, the second
なお、受信信号処理においてはOFDM変調方式の他にSC−FDE方式などの一般の従来技術も同様に適用可能である。更に、説明ではサブキャリアごとの信号処理の様に説明したが、必ずしも周波数軸上の信号処理である必要はなく、後述する様に受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列の乗算を時間軸上で実施する場合などでは、単一の受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列を用いて、サンプリングデータごとに受信ウエイトベクトル及び受信ウエイト行列の乗算を施す構成としても構わない。また、例えば第2の受信ウエイト行列を乗算するステップS2709(及び信号分離の後に信号検出処理を実施するステップS2710)に相当するMIMO信号処理に関しては必ずしも線形信号処理として第2の受信ウエイト行列を乗算する必要はなく、QR−MLDやMLDなどの一般的なMIMO信号検出処理を適用することも可能である。 In addition to the OFDM modulation method, general conventional techniques such as the SC-FDE method can be similarly applied to received signal processing. Furthermore, although the description has been made as signal processing for each subcarrier, it is not necessary to be signal processing on the frequency axis, and multiplication of the reception weight vector and the reception weight matrix is performed on the time axis as described later. In such a case, the reception weight vector and the reception weight matrix may be multiplied for each sampling data using a single reception weight vector and a reception weight matrix. For MIMO signal processing equivalent to, for example, step S2709 of multiplying the second reception weight matrix (and step S2710 of performing signal detection processing after signal separation), the second reception weight matrix is necessarily multiplied as linear signal processing. It is not necessary to do, and it is also possible to apply general MIMO signal detection processing such as QR-MLD or MLD.
なお、以上の説明は基地局装置70の様に第1の信号処理部304で用いるローカル発振器853が第1の信号処理部304ごとに非同期の場合を想定し、第2の受信ウエイト行列を信号の受信ごとに算出する場合について説明したが、例えば端末局装置60の場合には全てのアンテナ素子のアップコンバート処理、及び又はダウンコンバート処理に用いるローカル発振器853が共通化されているため、必ずしも受信のたびに第2の受信ウエイト行列が変化する訳ではない。この様にローカル発振器853が全体で共通化されていて且つチャネルの時変動を無視できる場合には、過去に取得した第2の受信ウエイト行列を用いることも可能である。
In the above description, it is assumed that the
図22は、本発明の関連技術における信号受信時の信号処理フローの第2例の概要を示すフローチャートである。図22に示すステップS2801からステップS2805までは、図21に示すステップS2701からステップS2705までと同じである。図21との差分は、第2の信号処理部305の信号処理において、信号の受信処理が開始された時点で第2の信号処理部305は通信制御回路120からの第2の受信ウエイト行列の読み出し指示を受け、第2の受信ウエイト行列の読み出しを行う(ステップS2806)ことである。その後、第2の信号処理部305は、第1の信号処理部304から受信信号が転送されると、空間多重数のNSDM次元の受信信号ベクトルに対して第2の受信ウエイト行列を乗算し(ステップS2807)、その後に信号検出処理を行う(ステップS2808)。その他の信号処理に関しては図21と同様である。
FIG. 22 is a flowchart showing an outline of a second example of signal processing flow at the time of signal reception in the related art of the present invention. Steps S2801 to S2805 illustrated in FIG. 22 are the same as steps S2701 to S2705 illustrated in FIG. The difference from FIG. 21 is that in the signal processing of the second
以上の様に、本発明の関連技術の無線通信システム50は、基地局装置70(第1の無線局装置)及び端末局装置60(第2の無線局装置)を備える。基地局装置70は、複数の第1の送信信号処理部181と、複数の第1の受信信号処理部185と、第2の送信信号処理部71と、第2の受信信号処理部75とを有する。複数の第1の送信信号処理部181は、複数のアンテナ素子819を備える。複数の第1の受信信号処理部185は、複数のアンテナ素子851を備える。第2の送信信号処理部71は、複数の第1の送信信号処理部181に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。第2の受信信号処理部75は、複数の第1の受信信号処理部185に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。端末局装置60は、複数のアンテナ素子819と、複数のアンテナ素子851と、送信部61と、受信部65とを備える。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して、複数の第1の受信信号処理部185との無線通信を実行する。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して、複数の第1の受信信号処理部185と、第1の受信信号処理部185に対応付けられた第2の受信信号処理部75との無線通信を実行してもよい。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して、複数の第1の送信信号処理部181との無線通信を実行する。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して、複数の第1の送信信号処理部181と、第1の送信信号処理部181に対応付けられた第2の送信信号処理部71との無線通信を実行してもよい。第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185は、第1のアンテナ素子群と第2のアンテナ素子群との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルの少なくとも一方を、MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方又は第1右特異ベクトルの近似解及び第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出する。複数の第1の送信信号処理部181及び第1の受信信号処理部185は、第1の送信信号処理部181又は第1の受信信号処理部185に対応した当該送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルのうち少なくとも一方を用いて、1つ又は独立な複数の信号系列を伝送する。
As described above, the
これによって、本発明の関連技術の基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム50及び無線通信方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。例えば、基地局装置70、端末局装置60、無線通信システム50及び無線通信方法は、将来モバイルネットワークにおける無線通信システムにおいて、見通し環境が支配的でありながら、高次空間多重及び高周波数帯を利用して大容量化を実現することが可能となる。
Thus, the
本発明の関連技術の基地局装置303としての基地局装置70は、狭い領域にアンテナ素子を束ねた第1の信号処理部304と、それらを集約する第2の信号処理部305を備える。第1の信号処理部304では個々の信号処理部内に閉じたビームフォーミングを行い、異なる第1の信号処理部304にまたがったビームフォーミングはしない。個別の第1の信号処理部304は、「見通し波」を最大限に活用する「第1特異値に対応する仮想的伝送路」のための送受信ウエイトを生成し、複数の第1の信号処理部304における個々の送受信ウエイトを用いて空間多重伝送を行う。
A
ここで、以上の説明では見通し環境が支配的な環境であることを典型的な関連技術として説明してきたが、例えば完全な見通し環境でない場合でも、非常に強い反射波が特定の方向から到来したり、見通し波と遜色ない回折波が到来したりする場合には、第1特異値に相当する仮想的伝送路はその到来方向に形成されることになる。この意味で、第1特異値に相当する仮想的伝送路とは見通し波により構成される伝送路である必然性はなく、第1特異値に相当する仮想的伝送路を複数系統、積極的に活用して空間多重伝送することであるために、見通し外環境であっても適用可能である。その場合の回路構成、処理フローは上記説明と全く変わることなく、そのままの内容で適用することが可能である。 Here, in the above description, it has been described that the perspective environment is the dominant environment as a typical related technology, but even if it is not a perfect perspective environment, for example, a very strong reflected wave comes from a specific direction. In the case where a diffracted wave that is comparable to the line-of-sight wave arrives, a virtual transmission path corresponding to the first singular value is formed in the incoming direction. In this sense, the virtual transmission line corresponding to the first singular value is not necessarily a transmission line configured by a line-of-sight wave, and multiple systems of the virtual transmission line corresponding to the first singular value are actively used. Because it is to spatially multiplex transmission, it is applicable even in an out-of-sight environment. The circuit configuration and the processing flow in that case can be applied as they are without changing the above description at all.
(見通しMIMO伝送の直交化のためのアンテナ配置条件)
ここで、複数の仮想的伝送路が概ね直交関係になるための条件を整理する。図10では、25本のアンテナ素子ごとに実効的に一つの指向性ビームが形成されているので、これは近似的には指向性利得の非常に高い1本のアンテナ(例えばパラボラアンテナ)を利用していることに相当する。図23は、基地局装置が4本のパラボラアンテナを備え、端末局装置がリニアアレー状の16本のアンテナ素子を備える場合を示す図である。図23において、符号306は基地局装置、符号302は端末局装置、符号307−1〜307−4はパラボラアンテナを示す。端末局装置302は、端末局装置60に相当する。基地局装置306は、基地局装置70に相当する。基本的には、図23に示すパラボラアンテナ307−1〜307−4と等価な伝送を、基地局装置70の多数のアンテナ素子をグループ化することで実現する。
(Antenna placement conditions for orthogonalization of line-of-sight MIMO transmission)
Here, the conditions for the plurality of virtual transmission paths to be substantially orthogonal are organized. In FIG. 10, since one directional beam is effectively formed for every 25 antenna elements, this approximately uses one antenna (for example, a parabolic antenna) having a very high directional gain. It corresponds to what you do. FIG. 23 is a diagram showing a case where the base station apparatus is provided with four parabolic antennas and the terminal station apparatus is provided with 16 linear array antenna elements. In FIG. 23,
ここで、見通し波が支配的な図23におけるMIMOチャネルの4個の特異値が、先に示す場合と同様に概ね均等に大きな値となる条件を整理する。例えば特許文献(特許第5488894号公報)には見通し環境のMIMO伝送が成立する条件が規定されているが、これらの従来技術の基本的な考え方は、基地局装置と端末局装置とが備えるアンテナ素子の間隔を可能な限り広げ、その結果として個々の送信アンテナと受信アンテナとの間の距離にばらつきを与え、その距離の差の関係が擬似的にランダムな関係(ないしは所定の関係)となる様に調整する様に試みるのである。 Here, the conditions in which the four singular values of the MIMO channel in FIG. 23 in which the line-of-sight wave is dominant become substantially equally large values are arranged as in the case described above. For example, although the conditions under which MIMO transmission in a line-of-sight environment is established are defined in the patent document (Japanese Patent No. 5488894), the basic idea of these conventional techniques is the antenna provided in the base station apparatus and the terminal station apparatus. The distance between the elements is increased as much as possible, and as a result, the distance between each transmitting antenna and the receiving antenna is dispersed, and the difference in the distance becomes a pseudo random relationship (or predetermined relationship). It tries to adjust in the same way.
一方、例えばフェーズドアレーアンテナ技術においては、1次元状のリニアアレーのアンテナ素子間隔をdとすれば、このdの値を小さく設定することで、指向性を向けるべき方向の遠方にあるアンテナから見れば、個々のリニアアレーのアンテナ素子に到来する(ないしは送出される)電波が平面波状に近似できる様になり、到来波の方向を角度θで表せば、アンテナ素子ごとの経路差はd・sinθで高精度に近似可能になる。しかし、上述の従来技術の基本的な考え方ではそれぞれのアンテナ素子の間隔を可能な限り広く設定するために、この様な平面波近似を行うことができず、その近似を異なる条件で行う必要があった。その結果として従来技術の近似の精度は低下する。実際、見通し環境でのMIMO通信を行う際には、送受信局の双方で大型のパラボラアンテナを想定していた。通常、パラボラアンテナのサイズは波長に比べて大幅に大きいため、上述の様な経路長差を波長に対して無視可能な程度の精度で平面波近似することはできない。 On the other hand, for example, in the phased array antenna technology, if the distance between the antenna elements of a linear linear array is d, the value of d is set small, as seen from an antenna at a distance in the direction in which the directivity should be directed. Radio waves arriving at (or sent out) antenna elements of individual linear arrays can be approximated as plane waves, and if the direction of incoming waves is represented by angle θ, the path difference for each antenna element is high at d · sin θ It can be approximated to the accuracy. However, in order to set the distance between the antenna elements as wide as possible according to the basic idea of the above-mentioned prior art, such plane wave approximation can not be performed, and the approximation needs to be performed under different conditions. The As a result, the accuracy of the prior art approximation is reduced. In fact, when performing MIMO communication in a line-of-sight environment, both transmitting and receiving stations assumed large parabolic antennas. Usually, since the size of the parabolic antenna is much larger than the wavelength, it is not possible to approximate the plane wave with the accuracy with which the above-mentioned path length difference can be ignored with respect to the wavelength.
しかし、基地局装置70側のみのアンテナの実効的な開口長を広げる一方で、端末局装置60側のアンテナ素子の間隔を数波長程度(基地局装置70と端末局装置60の間の距離にも依存するが、例えば3波長以下)のオーダーに設定すれば、図23の基地局装置306側のあるパラボラアンテナからの端末局装置302側のアンテナ素子ごとの経路差をd・sinθで十分に近似可能になる。そこで、図24に示す様に、基地局装置306に相当する基地局装置70の基地局装置アンテナ#j(310−j)(1≦j≦M)と、端末局装置302に相当する端末局装置60の端末局装置アンテナ#1(320−1)との間の距離をLjとし、更に端末局装置アンテナ#1(320−1)の正面方向との角度差をθjとすれば、端末局装置アンテナの間隔dを用いてチャネル行列(基地局装置70の基地局装置アンテナ#jから端末局装置60の端末局装置アンテナ#i(1≦i≦NMT−Ant)アンテナの間のチャネル情報をhijとする)を表すと、以下の式(15)で近似的に表すことができる。式(15)では煩雑さを避けるためNMT−AntをNと表記する。また、図23では基地局装置306が備えるパラボラアンテナ307−1〜307−4の数を4としたが、式(15)では基地局装置306が備えるアンテナ素子数をMと表記する。
However, while the effective aperture length of the antenna on the
式(15)ではチャネル行列Hを行列の積の形式で表記したが、第2項目の行列の第(j,j)成分は基地局装置70の第jアンテナと端末局装置60の第1アンテナとの間のチャネル情報を示す。端末局装置60のNMT−Ant本のアンテナの各成分の差分情報は、第1項目の行列の第j列の列ベクトルに相当する。第2項目の第(j,j)成分はその列ベクトルの全ての成分に掛かる共通項であるため、第1項目の各列ベクトルが直交していれば各特異値が安定して大きな値となる。第1項の第i列ベクトルと第j列ベクトルが直交している条件は複素ベクトルの内積がゼロとなるという下記の式(16)で表される。
Although the channel matrix H is expressed in the form of a product of matrices in equation (15), the (j, j) component of the matrix of the second item is the jth antenna of the
以上の式変形では、等比級数の和の公式を利用している。この最後の条件は分母がゼロでない条件のもとで分子がゼロであれば良いので、分子のexpの括弧の中の項が2πiの整数倍となるとの条件から、下記の条件式(17)が導かれる。以降の式では、Nは元のアンテナ数NMT−Antとして記述する。 The above equation transformation uses the formula of the sum of geometric progressions. Since this last condition is sufficient if the numerator is zero under the condition that the denominator is not zero, the condition that the term in the parentheses of exp of the numerator is an integral multiple of 2πi is conditional expression (17) below Led. In the following formulas, N is described as the original number of antennas N MT -Ant .
式(17)の定数K1は端末局装置60のアンテナ数NMT−Antの倍数ではない整数である。ここで図24に示す通り、基地局装置70側の基地局装置アンテナ#jが端末局装置60側の端末局装置アンテナ#1の真正面から横方向にdjの変位があるとし、基地局装置アンテナ#iと#jとの差分をΔdijとする。基地局装置70と端末局装置60との間の距離をLとし、式(17)の第1式の両辺にL/dを乗算する。基地局装置70の各基地局装置アンテナと端末局装置60の基地局装置アンテナ#1との間の距離は微妙に異なるが、距離Lが変位djよりも十分大きければL≒Ljと近似可能になる。
The constant K 1 of the equation (17) is an integer which is not a multiple of the number of antennas N MT -Ant of the
つまり、端末局装置60のアンテナ数NMT−Antに対し、NMT−Antの整数倍でもゼロでもない整数K2に対し、端末局装置60のアンテナ素子の間隔d、端末局装置60と基地局装置70の距離L、無線通信の信号波の波長λに対し、任意の2本のアンテナ素子の間隔が式(18)を満たす間隔になる様に設定すればよい。この条件を幾何学的に解釈すると、例えば以下の様な条件であれば簡易にこの条件を実現することができる。例えば最も簡易な条件としては、端末局装置60側のリニアアレーと距離がL離れ且つ正対する直線上に、その直線方向に任意のオフセットを許容し、λL/(NMT−Antd)間隔でNMT−Ant点の地点を直線的に設定し、このNMT−Ant点の中からM地点を選択して基地局装置70のM本のアンテナ素子を配置すればよい。これは、連続するNMT−Ant個の整数の中から任意の二つの整数を選び、その差分を求めると必ずその絶対値が(NMT−Ant−1)以下になり、K2がNMT−Antの整数倍になることを回避できることを利用している。なお、個別の任意のふたつの整数の差分がNMT−Antの整数倍とならない配置を検索して設定すれば、その他のより広い条件の中から基地局装置のアンテナ設置個所を選ぶことも可能である。
That is, with respect to the number of antennas N MT-Ant terminal station 60, N MT-Ant to integer K 2 not be zero at integer multiples, the interval d of the antenna elements of the
図23に示す様に、端末局装置302のアンテナ素子312を小型化する場合にはその分、端末局装置302のアンテナ素子数NMT−Antを増やす一方、一般には基地局装置306のアンテナ素子数Mは想定する空間多重数の上限に設定するため、Mの値は端末局装置306のアンテナ素子数NMT−Antよりも小さいことが想定される。つまり、NMT−Ant>Mのときには、上述の最も簡易な条件においても基地局装置306のM本のアンテナは等間隔である必要はなく、上述のNMT−Ant地点の中から間欠的にアンテナ素子の配置場所を設定しても構わない。
As shown in FIG. 23, when the
なお、図10の場合には実際の基地局装置303のアンテナ素子数は100本であるが、25本単位にグループ化して仮想的な4本のアンテナ素子と見なすことができるので、図10におけるMは4であると見なすべきである。また、式(17)の導出までは非常に高精度の近似を行っているが、式(18)で用いた近似は精度が若干低い。しかし、パラメータの設定次第ではあるが、式(18)の基地局装置70のアンテナ素子の間隔が仮に1m程度としたとき、±数cm程度の数%の誤差があっても概ね直交状態にあることには違いはない。本発明に係る関連技術でも同様であるが、基本的に受信側において複数の仮想的伝送路間の干渉成分がある場合でも、受信側の信号処理でその干渉を抑圧することは可能であり、その様な信号処理を想定すれば、あくまでも概ね直交状態にすることにより損失の最小化が可能なので、式(18)の近似精度はシステム運用上において大きな影響を与えない。
Although the actual number of antenna elements of the
この様な性質も考慮すれば、図10で表される各グループ化されたアンテナ素子群を仮想的な一つのアンテナと見なせば、物理的に広がりを持つ多素子アンテナのその中心点を仮想的アンテナの物理的な位置と見なし、これらの複数のアンテナ素子群を上述のアンテナ配置で設置すれば、それぞれ第1特異ベクトルで表現されるウエイトベクトルを用い、所望の特性で複数の信号系列を空間多重して伝送することが可能になる。 If such properties are taken into consideration, if each grouped antenna element group shown in FIG. 10 is regarded as one virtual antenna, that central point of the physically spread multi-element antenna is virtually set. Assuming that the physical position of the dynamic antenna and installing the plurality of antenna element groups in the above-described antenna arrangement, using a weight vector represented by the first singular vector, a plurality of signal sequences with desired characteristics are obtained. It becomes possible to transmit by space multiplexing.
なお、上述の説明では基地局装置側のアンテナ素子と端末局装置側のアンテナ素子とは、図23に示す様にお互いに向かい合い正対している状態を例に取り説明を行ったが、一般的には図25に示す様に、正対関係にない場合が想定される。これは、基地局装置306や端末局装置302の設置場所に関する制約に起因する。この様な場合には、若干、各パラメータを換算することで所望の効果を導くことができる。図25では、基地局装置306から端末局装置302を見たときに、正面から角度θずれた方向に端末局装置302が存在し、また端末局装置302から基地局装置306を見たときに、正面から角度θ’ずれた方向に基地局装置306が存在している。この場合、基地局装置306のパラボラアンテナ307−1と307−4との間隔D1は、D1’(=D1cosθ)に狭まった状態に端末局装置302から見える。同様に、端末局装置302のリニアアレー312の幅D2は、D2’(=D2cosθ’)に狭まった状態に基地局装置306から見える。言い換えれば、アンテナ素子間隔dがdcosθ×cosθ’倍に変換された状態と捉えることができる。基地局装置306のパラボラアンテナ307−1〜307−4の概ね重心付近と端末局装置302の距離をLとすれば、これらの換算を行った上で上述の条件式を用いて最適なアンテナ配置の条件を算出することができる。すなわち、基地局装置70は、見通し方向の直線に対して直交する軸上に各リニアアレーを仮想的に投影する。同様に、端末局装置60は、見通し方向の直線に対して直交する軸上に各リニアアレーを仮想的に投影する。仮想的に投影した軸上のアンテナ素子の間隔に基づいて式(18)のdは、dcosθ×cosθ’に換算される。仮想的に投影した軸上のアンテナ素子の間隔に基づいて式(18)のdは、換算装置又は人によって換算される。
In the above description, although the antenna element on the base station apparatus side and the antenna element on the terminal station apparatus side face each other and face each other as shown in FIG. As shown in FIG. 25, it is assumed that there is no facing relationship. This is due to the restriction on the installation places of the
ちなみに、図23及び図25において基地局装置306のパラボラアンテナ307−1〜307−4の概ね重心付近と端末局装置302の距離をLとしているが、個々のアンテナ素子の厳密な距離は共通の距離Lではなく、それぞれが誤差を持つことになる。しかし、式(18)の算出の途中段階では近似を用いていることからも分かる様に、ここでの距離Lもある程度の誤差は許容可能であり、図23で示した様に正対したアンテナ素子の間隔(平行な直線上に並ぶアンテナ素子の、2本の直線の間の距離)としても良いし、図25に示した様に概ねアンテナ素子の重心を結んだ距離としても良い。この様に、距離Lはその近似値ないしは概算値として扱えば良い。
Incidentally, although the distance between the
なお、本説明における図23及び図24における説明では、端末局装置はリニアアレーにより構成される場合を典型的な例として示している。この特徴は、基地局装置側のパラボラアンテナ307−1〜307−4ないしは310−1〜310−M(図10ではアンテナ素子群304−1〜304−4に相当)は直線上に配置されており、同様に端末局装置側のアンテナ素子も直線上にリニアアレーを構成して配置されている。上述の直交化条件の算出においては、このふたつの直線は平行関係にあるものとして説明した。具体的に説明すれば、例えばビル壁面ないしはビルの屋上などに、ビルの壁面に平行な水平軸を仮定し、その水平軸に沿って複数の第1の信号処理部及びアンテナ素子(群)307−1〜307−4を設置する場合には、端末局装置のリニアアレーも道を隔てた反対側のビルの壁面に平行で且つ水平な軸上に配置することが好ましい。ここで、端末局装置側のこの水平軸に対して直交する垂直軸を設定し、この水平軸及び垂直軸に平行な格子を仮定し、先に説明した端末局装置のリニアアレーを垂直方向にN’段積み上げた正方格子アレーを利用する場合について考える。このとき、端末局装置の全アンテナ素子数はN×N’素子になる。しかし、この端末局装置から基地局装置の複数の第1の信号処理部のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を見ると、水平方向に対してはそれぞれ角度差があるものの、垂直方向の仰角に関してはアンテナ素子(群)307−1〜307−4ごとに差がないため、上述の正方格子アレーのN’段のそれぞれは独立なアンテナ素子とはみなされず、実質的には垂直方向に並ぶN’素子が等価的に一つの仮想的アンテナ素子として振る舞い、この仮想的アンテナ素子が水平軸上にリニアアレー状にN素子配置されているものと理解される。実際、シミュレーション評価においてもこの効果は確認されており、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を結ぶ軸に対し、端末局装置のアンテナ素子を、この軸と平行な軸及びこの軸と直交する軸で構成される格子状にN×N’素子を配置する場合には、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4を結ぶ軸と平行な軸上のN素子で且つそのN素子の素子間隔のリニアアレーと見なして、式(12)に当てはめて基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4の素子間隔を最適すれば良い。当然ながら、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4がビルの壁面などに垂直方向に整列している場合には、端末局装置側のアンテナ素子も垂直方向にN素子、水平方向にN’素子を格子状に並べ、これを垂直方向に並んだ等価的なN素子のリニアアレーと見なして式(12)を適用すればよい。また、ここでは端末局装置側のアンテナ配列を正方格子アレーとして説明したが、必ずしも正方格子である必要はなく、長方形状に水平方向と垂直方向の素子間隔が異なっていても構わない。この場合には、基地局装置側のアンテナ素子(群)307−1〜307−4が整列する軸と平行な端末局装置側の軸に並ぶアンテナ素子の間隔を、式(12)のアンテナ素子間隔dとして算出すればよい。 In the description of FIG. 23 and FIG. 24 in the present description, the case where the terminal station apparatus is configured by a linear array is shown as a typical example. In this feature, parabola antennas 307-1 to 307-4 or 310-1 to 310-M (corresponding to antenna element groups 304-1 to 304-4 in FIG. 10) on the base station apparatus side are disposed on a straight line Similarly, the antenna elements on the terminal station side are arranged in a linear array on a straight line. In the calculation of the orthogonalization condition described above, the two straight lines are described as being in a parallel relationship. Specifically, assuming a horizontal axis parallel to the wall of the building, for example, on the wall of the building or on the roof of the building, a plurality of first signal processing units and antenna elements (groups) 307 along the horizontal axis. It is preferable to arrange the linear array of the terminal station apparatus also on a horizontal axis parallel to the wall surface of the opposite building separated from the road when the No.-1 to 307-4 are installed. Here, a vertical axis orthogonal to the horizontal axis on the terminal station side is set, and a grid parallel to the horizontal axis and the vertical axis is assumed, and the linear array of the terminal station described above is N in the vertical direction. Consider the case of using a stacked square grid array. At this time, the total number of antenna elements of the terminal station apparatus becomes N × N ′ elements. However, looking at the antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 of the plurality of first signal processing units of the base station apparatus from this terminal station apparatus, although there are angular differences in the horizontal direction, they are perpendicular. As there is no difference between the antenna element (groups) 307-1 to 307-4 with respect to the elevation angle of the direction, each of the N 'stages of the above-mentioned square lattice array is not regarded as an independent antenna element, and is substantially vertical. It is understood that N 'elements arranged in a direction behave equivalently as one virtual antenna element, and the virtual antenna elements are arranged in a linear array on the horizontal axis in N elements. In fact, this effect is also confirmed in simulation evaluation, and the antenna element of the terminal station apparatus is parallel to the axis connecting the antenna element (groups) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side. When arranging an N × N ′ element in a lattice formed of an axis and an axis orthogonal to the axis, the N × N ′ elements are parallel to the axis connecting antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side. Assuming that the on-axis N element is a linear array of the element intervals of the N elements, the element interval of the antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side can be optimized by applying equation (12). good. Naturally, when the antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 on the base station apparatus side are vertically aligned with the wall of the building, etc., the antenna elements on the terminal station apparatus side are also N elements in the vertical direction. Equation (12) may be applied by disposing N ′ elements in the horizontal direction in a lattice and regarding it as a linear array of equivalent N elements aligned in the vertical direction. Furthermore, although the antenna arrangement on the terminal station side has been described as a square lattice array here, the antenna arrangement need not necessarily be a square lattice, and the element spacing in the horizontal direction and the vertical direction may be different in a rectangular shape. In this case, the antenna element of the equation (12) is the spacing of the antenna elements arranged on the axis on the terminal station side parallel to the axis on which the antenna elements (groups) 307-1 to 307-4 on the base station side are aligned. It may be calculated as the interval d.
以上の様に、本発明に係る関連技術の無線通信システム53は、基地局装置306(第1の無線局装置)及び端末局装置302(第2の無線局装置)を備える。基地局装置306はアンテナ素子(パラボラアンテナ)307−1〜307−4を備え、端末局装置302は端末局装置アンテナ素子群312を備える。基地局装置306の複数のパラボラアンテナ(アンテナ素子)307−1〜307−4は、式(18)に示されている様に、第m素子と第n素子の間隔Δdmnと、端末局装置302と基地局装置306の距離Lと、無線通信の信号波の波長λと、端末局装置302のアンテナ数NMT−Antと、端末局装置302のアンテナ素子の間隔dとに基づいて配置される。パラボラアンテナ307−1〜307−4は、例えば、それぞれが単一の高利得アンテナ素子(単一アンテナ素子)である。高利得アンテナ素子は、例えば、パラボラアンテナ307である。パラボラアンテナ307−1〜307−4は、単一の高利得アンテナ素子である代わりにアンテナ素子群でもよい。この様にアンテナ素子群を用いる場合には、基地局装置306は図10に示す基地局装置303及び図11の基地局装置17であっても良い。図11における基地局装置70は、複数の第1の送信信号処理部181と、複数の第1の受信信号処理部185と、第2の送信信号処理部71、第2の受信信号処理部75とを有する。複数の第1の送信信号処理部181は、複数のアンテナ素子819を有する。複数の第1の受信信号処理部185は、複数のアンテナ素子851を有する。第2の送信信号処理部71は、複数の第1の送信信号処理部181に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。第2の受信信号処理部75は、複数の第1の受信信号処理部185に対応付けられた無線通信の信号処理を実行する。端末局装置60は、複数のアンテナ素子819と、複数のアンテナ素子851と、送信部61と、受信部65とを有する。送信部61は、複数のアンテナ素子819を介して複数の第1の受信信号処理部185との無線通信を実行する。受信部65は、複数のアンテナ素子851を介して複数の第1の送信信号処理部181との無線通信を実行する。
As described above, the related-art
すなわち、アンテナ素子の間隔又はアンテナ素子グループの間隔が、基地局装置306(第1の無線局装置)と端末局装置302(第2の無線局装置)との距離Lと、無線通信の信号波の波長λと、第2のアンテナ素子群を構成するリニアアレー状のアンテナ素子の数N又は格子状に配置された縦方向又は横方向のいずれかのアンテナ素子の数Nと、第2のアンテナ素子群を構成する縦方向又は横方向のいずれかのアンテナ素子の間隔dとに基づいて算出された値の整数倍になる様に、複数の第1のアンテナ群を構成する各単一アンテナ素子又はアンテナ素子グループは配置される。 That is, the distance L between the antenna elements or the distance between the antenna element groups is the distance L between the base station device 306 (first wireless station device) and the terminal station device 302 (second wireless station device), and the signal wave of wireless communication And the number N of linear array antenna elements constituting the second antenna element group or the number N of antenna elements in either the vertical direction or the horizontal direction arranged in a lattice, and the second antenna element Each single antenna element constituting the plurality of first antenna groups or an integral multiple of the value calculated based on the spacing d of either the vertical direction or the horizontal direction of the antenna elements constituting the group Antenna element groups are arranged.
これによって、本発明に係る関連技術の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、見通し環境が支配的な環境でMIMOによって伝送容量を増大させることが可能となる。本発明に係る関連技術の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、所望の特性で複数の信号系列を空間多重して伝送することが可能になる。本発明に係る関連技術の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、SIR特性を改善することができる。本発明に係る関連技術の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、より高い空間多重を実現することができる。
Accordingly, the
本発明に係る関連技術の基地局装置306又は70、端末局装置302又は60、無線通信システム53又は50、及びアンテナ素子配置方法は、見通しが支配的な環境で、基地局装置306又は70側の複数のパラボラアンテナ307と、端末局装置302又は60側の複数素子アンテナとのMIMOチャネルにおいて、各チャネルが直交化されるためのアンテナ設置条件を規定している。ただし、ここでは議論を単純化するために基地局側にパラボラアンテナを実装する場合の条件を示したが、当然ながらパラボラアンテナ以外の高指向性アンテナを用いたり、更には基地局側が複数アンテナ素子で構成される図10に示す様な第1の信号処理部を用いたりする様な場合であっても、同様の条件で各伝送路間の直交化を概ね図ることができる。これにより、伝送路上での通信品質の向上と、伝送容量の増大を図ることが可能になる。
The
(本発明の関連技術をアクセス系に適用する際の課題)
本発明の関連技術では、複数の第1の信号処理部を複数実装し、各アンテナ素子群を非常に小型に形成する一方、それらを物理的に離して配置することで、全体としては基地局装置側で大規模アレーを構成し、それぞれの第1の信号処理部と端末局装置との間で第1特異値に対応する仮想的伝送路を複数系統並列的に利用する無線伝送を行う。この際の基地局装置の第1の信号処理部の配置に関しては、上述の「見通しMIMO伝送の直交化のためのアンテナ配置条件」に示した様に、エントランス回線としての利用の様な基地局装置及び端末局装置の双方が固定設置の場合には、式(18)を満たす様に、周波数(波長)、基地局装置と端末局装置との間の距離、端末局装置のアンテナ素子間隔、端末局装置のアンテナ素子数(2次元配置の場合には縦又は横の素子数)などを最適化することは可能である。
(Problems when applying the related technology of the present invention to an access system)
In the related art of the present invention, a plurality of first signal processing units are mounted in a plurality, and while each antenna element group is formed to be extremely small, by arranging them physically apart, a base station as a whole is obtained. A large-scale array is configured on the apparatus side, and wireless transmission is performed between each of the first signal processing units and the terminal station apparatus using a plurality of virtual transmission paths corresponding to the first singular value in parallel. Regarding the arrangement of the first signal processing unit of the base station apparatus at this time, as shown in the above-mentioned “Antenna arrangement condition for orthogonalization of line-of-sight MIMO transmission”, a base station such as use as an entrance line When both the device and the terminal station device are fixedly installed, the frequency (wavelength), the distance between the base station device and the terminal station device, the antenna element spacing of the terminal station device, so as to satisfy the equation (18) It is possible to optimize the number of antenna elements of the terminal station apparatus (the number of vertical or horizontal elements in the case of two-dimensional arrangement).
しかし、アクセス系の場合には端末局装置は移動を伴うものであり、しかも双方が常に正対関係ある場合は殆どなく、更には相対的な位置関係及び向きは時間と共に変化する。最も極端な例としては、端末局装置がリニアアレーを備え、基地局装置が直線的に配列された第1の信号処理部を備える場合、それぞれの直線状のアンテナ配置が平行な状態で概ね正対する場合と、それぞれの直線状のアンテナ配置が直交する場合とでは、通信環境は大きく異なる。それぞれの直線上のアンテナ配置が直交する場合とは、例えば、端末局装置の配置が90度回転し、端末局装置のリニアアレーが並ぶ直線と基地局装置の第1の信号処理部が並ぶ直線が捻じれた位置関係にある場合である。 However, in the case of the access system, the terminal station apparatus involves movement, and there is almost no case where both are always in the facing relationship, and furthermore, the relative positional relationship and direction change with time. In the most extreme example, when the terminal station apparatus comprises a linear array and the base station apparatus comprises a first signal processing unit linearly arranged, the respective linear antenna arrangements substantially face each other in parallel. The communication environment differs greatly between the case and the case where the respective linear antenna arrangements are orthogonal. When the antenna arrangement on each straight line is orthogonal, for example, the arrangement of the terminal station apparatus is rotated by 90 degrees, and the straight line in which the linear array of the terminal station apparatus is aligned and the straight line in which the first signal processing unit of the base station apparatus is aligned It is a case where it is in a twisted positional relationship.
それぞれの直線状のアンテナ配置が平行な状態で概ね正対する場合であれば、基地局装置のアンテナを設置する地上高から、基地局装置と端末局装置との間の距離はある範囲の幅で概ね推定することができる。これにより、完全な最適化までは行かなくても、ある程度の準最適条件を確保することは可能である。しかし、それぞれのアンテナが並ぶ直線が捻じれた直交関係にある場合には、各アンテナ素子の相関が非常に強くなり、空間多重には適さない状況になる。これは言い換えると、この捻じれた状態において、端末局装置側にて基地局装置の第1の信号処理部が並ぶ直線に平行な直線を引き、その直線上に端末局装置の各アンテナ素子を投影した場合に、その投影点が非常に狭いところに集中するため、等価的にアンテナ素子間隔が非常に狭まり、その結果、アンテナ相関が強まると理解することができる。 If the respective linear antenna arrangements are substantially facing each other in parallel, the distance between the base station apparatus and the terminal station apparatus is within a certain range from the ground height where the antenna of the base station apparatus is installed. It can be roughly estimated. By this, it is possible to secure a certain degree of suboptimal conditions without going to complete optimization. However, in the case where the straight line in which the respective antennas are arranged has a twisted orthogonal relationship, the correlation between the respective antenna elements becomes very strong, which is not suitable for spatial multiplexing. In other words, in this twisted state, a straight line parallel to a straight line on which the first signal processing unit of the base station apparatus is arranged is drawn on the terminal station apparatus side, and each antenna element of the terminal station apparatus It can be understood that, when projected, the projection points are concentrated at a very narrow place, so that the antenna element spacing is equivalently made very narrow and, as a result, the antenna correlation is enhanced.
この様な課題を解決する方法としては、端末局装置側のアンテナ素子を2次元的な格子状アレーに組むことが考えられる。これにより、基地局装置の第1の信号処理部が並ぶ直線に平行な直線を引き、その直線上に端末局装置の各アンテナ素子を投影した場合でも、ある程度の空間的な広がりを期待することができる。しかし、例えばスマートフォンなどを端末局装置として想定した場合、通常、ユーザが手にスマートフォンを持つときでは、スマートフォンのモニタ画面が上方を向いている。そのため、基地局装置からの見通し波(反射を伴わない直接波)を効率的に活用するには、スマートフォンのモニタ画面と同側に多くのアンテナ素子が配置されなければならない。しかし、液晶画面上にアンテナ素子を配置することは困難であり、現実的には液晶画面の周りの縁の部分に1次元的に配置せざるを得ないなど、配置上の制限が大きい。 As a method for solving such a problem, it is conceivable to assemble the antenna elements on the terminal station apparatus side into a two-dimensional grid array. Thereby, a straight line parallel to a straight line in which the first signal processing units of the base station apparatus are arranged is drawn, and even when each antenna element of the terminal station apparatus is projected on the straight line, a certain degree of spatial spread is expected. Can. However, for example, when a smartphone or the like is assumed as the terminal station apparatus, the monitor screen of the smartphone usually faces upward when the user holds the smartphone in hand. Therefore, in order to efficiently utilize the line-of-sight wave (a direct wave without reflection) from the base station apparatus, many antenna elements must be arranged on the same side as the monitor screen of the smartphone. However, it is difficult to arrange the antenna element on the liquid crystal screen, and in practice, there is a large restriction on the arrangement, for example, the antenna element must be arranged one-dimensionally at the edge portion around the liquid crystal screen.
図26は、本発明の関連技術における端末局装置に実装するアンテナ配列の例を示す図である。同図において、符号501は端末局装置(スマートフォン)、符号502−1〜502−4はアンテナ素子を表している。同図では4つのアンテナ素子が備えられる場合の例を示したが、例えば搬送波の中心周波数が20GHzであれば、波長は1.5cmであり、1/2波長間隔でリニアアレー状に9つのアンテナ素子を配置すると、配置に要する長さは約6cmとなる。同図のアンテナ素子502−1と502−4の間隔がアンテナ開口長の最大値であり、9つのアンテナ素子を配置した場合には6cmとなる。片手に収まる様なスマートフォンの横幅を考えれば、これ以上のアンテナ開口長を想定するのは困難である。
FIG. 26 is a diagram showing an example of the antenna arrangement implemented in the terminal station apparatus in the related art of the present invention. In the figure, the code |
図27は、ユーザが端末局装置を手に持ち利用する場合の形態を示す図である。比較的高い位置に基地局装置が配置された場合、同図に示す様に、端末局装置501の上方から電波が到来することになる。図28は、本発明の関連技術において、基地局装置の第1の信号処理部が直線的にビル壁面などの高所に配置された場合を示す図である。同図において、符号501−1〜501−2は端末局装置を示し、符号511−1〜511−5は第1の信号処理部(及びアレーアンテナ)を示し、符号515はサービスエリアを示す。ビル壁面に直線的に配置された第1の信号処理部511−1〜511−5の下方にサービスエリア515が広がり、その中に複数の端末局装置501−1〜501−2が存在する。ユーザは端末局装置501−1〜501−2を図27に示した様に、アンテナ素子が設置されている面(すなわち液晶画面側)を上側に向けて手に持つことになる。
FIG. 27 is a diagram showing a form in which the user holds and uses the terminal station apparatus. When the base station apparatus is disposed at a relatively high position, radio waves come from above the
図29は、端末局装置のアンテナ素子の並びと第1の信号処理部の並びの関係を示す図である。同図において、符号501−1〜501−2は端末局装置を示し、符号510はビル壁面を示し、符号511−1〜511−5は基地局装置の第1の信号処理部(及びアレーアンテナ)を示し、符号512−1及び512−2はアンテナ素子を示し、符号513−1及び513−2は端末局装置のアンテナ素子の並ぶ方向を示し、符号514は基地局装置の第1の信号処理部の並ぶ方向を示す。例えば、図28に示した様にビル壁面に設置された第1の信号処理部511−1〜511−5から下方向に送信された信号を、図27に示した様にアンテナ面が上向きの状態で保持される端末局装置501は信号を受信することになる。このとき、ユーザが端末局装置501を保持する向き、即ち端末局装置501の向きは様々な角度となる可能性がある。
FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the arrangement of antenna elements of the terminal station apparatus and the arrangement of the first signal processing unit. In the figure, reference numerals 501-1 to 501-2 denote terminal stations,
例えば、図29における端末局装置501−1では、アンテナ素子512−1が並ぶ方向513−1は、第1の信号処理部が並ぶ方向514と平行な方向となっている。端末局装置501−1に関しては、基地局装置から見ればアンテナ素子512−1が配置された幅はそのままアンテナ開口長となる。しかし、図29における端末局装置501−2に関しては、アンテナ素子512−2が並ぶ方向513−2は、第1の信号処理部が並ぶ方向514と直交する方向となっている。端末局装置501−2に関しては、基地局装置から見れば複数のアンテナ素子512−2を第1の信号処理部511が並ぶ方向514と平行な軸上に投影した点がほぼ1点として見えるため、等価的なアンテナ開口長としては極端に狭い幅となる。
For example, in the terminal station device 501-1 in FIG. 29, the direction 513-1 in which the antenna elements 512-1 are arranged is parallel to the
この様に、本発明の関連技術の端末局装置でも、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との並びが正対しない場合には、アンテナ開口が縮小した状態となる。アンテナ素子の並びそれぞれが直交する端末局装置501−2の向きが、アンテナ開口が最も短い最悪のケースになる。このとき、アンテナ素子512−2では第1の信号処理部511−1〜511−5からの信号の相関が高まり、信号処理で信号分離することができなくなり、即ち空間多重伝送が困難となる。また、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子とが正対する様に端末局装置の向き(ユーザの立ち位置)を変えて通信を行いながら使用することは、ユーザの操作性の観点からも現実的ではない。 As described above, even in the terminal station apparatus according to the related art of the present invention, when the alignment of the transmitting antenna element and the receiving antenna element does not face each other, the antenna aperture is reduced. The orientation of the terminal station device 501-2 in which each array of antenna elements is orthogonal is the worst case where the antenna aperture is the shortest. At this time, in the antenna element 512-2, the correlation of the signals from the first signal processing units 511-1 to 511-5 is increased, and signal separation can not be performed by signal processing, that is, spatial multiplexing transmission becomes difficult. In addition, changing the direction of the terminal station device (the standing position of the user) and using it while communicating so that the antenna element on the transmitting side and the antenna element on the receiving side are directly opposed from the viewpoint of user operability It is not realistic.
一方、端末局装置の上面にアンテナ素子を正方アレー状に2次元的に配置することができれば、この様なアンテナ開口の縮小を低減できる。しかし、スマートフォンの液晶画面上(液晶の下層側)にアンテナ素子を配置することは困難であり、実際には図26に示した様にスマートフォンの筐体における液晶画面の周りの縁の部分にアンテナ素子を配置せざるを得ない。 On the other hand, if the antenna elements can be two-dimensionally arranged in a square array on the upper surface of the terminal station apparatus, the reduction of the antenna aperture can be reduced. However, it is difficult to arrange the antenna element on the liquid crystal screen (lower layer side of the liquid crystal) of the smartphone, and in fact, as shown in FIG. 26, the antenna at the edge portion around the liquid crystal screen in the housing of the smartphone There is no choice but to arrange the elements.
[本発明に係る第1の実施形態]
図30は、本発明に係る第1の実施形態における端末局装置600Aの構成例を示す図である。第1の実施形態における端末局装置600Aは、少なくとも1つのアンテナアレーを備える基地局装置とMIMO伝送を行う。基地局装置は、例えば図9から図13を参照して説明した基地局装置303や基地局装置70などである。端末局装置600Aは、2次元アレーアンテナ610を備える。2次元アレーアンテナ610は、アンテナ基板611と、複数のアンテナ素子612とを備える。複数のアンテナ素子612は、アンテナ基板611の一方の主面上にマトリックス状に配置され、2次元アレーを形成している。複数のアンテナ素子612が配置されるアンテナ基板611の主面の形状は矩形形状である。アンテナ基板611の主面の一辺に沿って設けられた蝶番部613−1、613−2を介して、アンテナ基板611は、端末局装置600Aの筐体601に取り付けられている。アンテナ基板611は、蝶番部613−1、613−2を軸として回転する様に筐体601に取り付けられている。
First Embodiment of the Present Invention
FIG. 30 is a diagram showing a configuration example of the
端末局装置600Aの筐体601の厚さは、筐体601の縦方向及び横方向の長さに比べて薄く、筐体601は一定の厚さを有する板状の形状を有している。筐体601の一方の主面には、ユーザが端末局装置600Aを操作する際に使用するタッチパネル式のディスプレイ602が設けられている。アンテナ基板611は、蝶番部613−1、613−2を軸として回転することにより、複数のアンテナ素子612が配列された主面とディスプレイ602とが同じ方向を向くと共に、アンテナ基板611の主面とディスプレイ602とが並ぶ位置(図30(A))から、アンテナ基板611の主面とディスプレイ602とが直交する位置(図30(B))を通り、アンテナ基板611の主面とディスプレイ602とが逆の方向を向くと共に、アンテナ基板611とディスプレイ602とが対向する位置(図30(C))までの180度に亘り回転する様に、筐体601に取り付けられている。なお、アンテナ基板611が蝶番部613−1、613−2を軸として回転する角度は、180度以上であってもよい。また、アンテナ基板611は、アンテナ基板611の主面とディスプレイ602とが互いに逆を向いている位置にあるとき、図30(C)に示す様に、携行の邪魔にならない様に筐体601内に収容される。
The thickness of the
複数のアンテナ素子612は、筐体601内に設けられた送信部61及び受信部65(図14)に接続されている。複数のアンテナ素子612と送信部61及び受信部65とを接続する信号線は、蝶番部613−1、613−2を介して設けられている。ユーザが端末局装置600Aを通信に利用する際にアンテナ基板611を回転させ、図30(A)で示される様に、2次元アレーアンテナ610をディスプレイ602と同様に上方に向いた位置へ移動させることができる。これにより、ビルなどの建造物の高所に備えられた基地局装置のアンテナアレーと、端末局装置600Aの2次元アレーアンテナ620とを正対させることが容易となり、各アンテナ素子622で受信する信号間の相関の高まりを低減することができ、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることができる。
The plurality of
また、複数のアンテナ素子612は、マトリックス状に配置されているので、端末局装置600Aが基地局装置のアンテナアレーに対していずれの方向を向いたとしても、2次元アレーアンテナ610のアンテナ開口長が狭くなることを防ぐことができる。また、アンテナ基板611は筐体601内に収容することができるため、端末局装置600Aの大型化を抑えつつ、2次元アレーアンテナ610を端末局装置600Aに備えることができる。
In addition, since the plurality of
[本発明に係る第2の実施形態]
図31は、本発明に係る第2の実施形態における端末局装置600Bの構成例を示す図である。第2の実施形態における端末局装置600Bは、第1の実施形態の端末局装置600Aと同様に、少なくとも1つのアンテナアレーを備える基地局装置とMIMO伝送を行う。端末局装置600Bは、2次元アレーアンテナ620を備える。2次元アレーアンテナ620は、アンテナ基板621と、複数のアンテナ素子622とを備える。複数のアンテナ素子622は、アンテナ基板621の一方の主面上にマトリックス状に配置され、2次元アレーを形成している。複数のアンテナ素子622が配置されるアンテナ基板621の主面の形状は矩形形状である。アンテナ基板621の主面の両側に位置する細長の面には溝623−1、623−2が当該面の長手方向に形成されている。
Second Embodiment of the Present Invention
FIG. 31 is a view showing a configuration example of a
端末局装置600Bの筐体603の厚さは、筐体603の縦方向及び横方向の長さに比べて薄く、筐体603は一定の厚さを有する板状の形状を有している。筐体603の一方の主面には、ユーザが端末局装置600Bを操作する際に使用するタッチパネル式のディスプレイ602が設けられている。筐体603の内側には、アンテナ基板621の溝623−1、623−2に対向する位置に、アンテナ基板621の移動を案内する案内部605−1、605−2が設けられている。案内部605−1、605−2は、例えば溝623−1、623−2の形状に対応する形状の凸部として形成される。案内部605−1、605−2が溝623−1、623−2に沿ってアンテナ基板621の移動を案内することにより、筐体603内部に収容されたアンテナ基板621を筐体603の主面と平行に移動させて、複数のアンテナ素子622が配置された面をディスプレイ602が設けられている側に露出させることができる。
The thickness of the
端末局装置600Bは、案内部605−1、605−2が溝623−1、623−2に沿ってアンテナ基板621の移動を案内するスライド機構を有することにより、アンテナ基板621が筐体603に収容された状態(図31(C))から、アンテナ基板621を筐体603の主面と平行に移動させて(図31(B))、アンテナ基板621の主面上にマトリックス状に配置された複数のアンテナ素子622がディスプレイ602と同じ側に露出させた状態(図31(A))に移動させることができる。アンテナ基板621が移動する方向は、筐体603の厚さ方向に垂直な方向であり、例えば筐体603の縦方向又は横方向に平行な方向である。
In the
複数のアンテナ素子622は、筐体603内に設けられた送信部61及び受信部65(図14)に接続されている。複数のアンテナ素子622は、案内部605−1、605−2の近傍に設けられた接点を介して接続された信号線ないしは筐体603内での折れ曲がり等により伸縮可能な信号線やフレキシブルプリント基板により送信部61及び受信部65と電気的に接続されている。ユーザが端末局装置600Bを通信に利用する際にアンテナ基板621を引き出し、図31(A)で示される様に、2次元アレーアンテナ620をディスプレイ602と同様に上方に向いた状態で複数のアンテナ素子622を露出させる位置へ移動させることができる。これにより、ビルなどの建造物の高所に備えられた基地局装置のアンテナアレーと、端末局装置600Bの2次元アレーアンテナ620とを正対させることが容易となり、各アンテナ素子622で受信する信号間の相関の高まりを低減することができ、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることができる。
The plurality of
また、複数のアンテナ素子622は、マトリックス状に配置されているので、端末局装置600Bが基地局装置のアンテナアレーに対していずれの方向を向いたとしても、2次元アレーアンテナ620のアンテナ開口長が狭くなることを防ぐことができる。また、アンテナ基板621は筐体603内に収容することができるため、端末局装置600Bの大型化を抑えつつ、2次元アレーアンテナ620を端末局装置600Bに備えることができる。
In addition, since the plurality of
なお、図31(C)に示される様にアンテナ基板621が筐体603内に収容されているときや、図31(B)に示される様に複数のアンテナ素子622の一部が筐体603内にあるときにおいて、端末局装置600Bは、2次元アレーアンテナ620から信号を送信しない様にしてもよい。これにより、2次元アレーアンテナ620から送信される無線信号が筐体603や筐体603に備えられた素子などに吸収されることを防ぎ、効率的な送信を行うことができる。
Note that when the
また、アンテナ基板621の移動を案内するスライド機構として、アンテナ基板621に設けられた溝623−1、623−2と、筐体603に設けられた案内部604−1、604−2の凸部とを組み合わせた構成を例示したが、アンテナ基板621を平行に移動させるスライド機構であれば他の構成を用いてもよい。
Also, as a slide mechanism for guiding the movement of the
[本発明に係る第3の実施形態]
図32は、本発明に係る第3の実施形態における端末局装置600Cの構成例を示す図である。第3の実施形態における端末局装置600Cは、第1の実施形態の端末局装置600Aと同様に、少なくとも1つのアンテナアレーを備える基地局装置とMIMO伝送を行う。端末局装置600Cは、2次元アレーアンテナ630を備える。2次元アレーアンテナ630は、アンテナ基板631と、複数のアンテナ素子632とを備える。複数のアンテナ素子632は、アンテナ基板631の一方の主面上にマトリックス状に配置され、2次元アレーを形成している。複数のアンテナ素子632が配置されるアンテナ基板631の主面の形状は扇形形状である。アンテナ基板631の2箇所の直線部分が交わる要部分の近傍に取り付けられた蝶番部633を介して、アンテナ基板631は、蝶番部633を介して端末局装置600Cの筐体607に取り付けられている。アンテナ基板631は、蝶番部633を軸として、アンテナ基板631の主面の向きを一定にして回転する様に筐体607に取り付けられている。
Third Embodiment of the Present Invention
FIG. 32 is a view showing a configuration example of a
端末局装置600Cの筐体607の厚さは、筐体601などと同様に、筐体607の縦方向及び横方向の長さに比べて薄く、筐体607は一定の厚さを有する板状の形状を有している。筐体607の一方の主面には、ユーザが端末局装置600Cを操作する際に使用するタッチパネル式のディスプレイ602が設けられている。アンテナ基板631は、筐体607の主面の隅近傍に取り付けられた蝶番部633を軸として回転する。アンテナ基板631は、複数のアンテナ素子632が配列された主面とディスプレイ602とが同じ方向を向くと共に、アンテナ基板611の主面とディスプレイ602とが並ぶ位置(図32(A))から、アンテナ基板631の主面上に配置された複数のアンテナ素子632の一部が筐体607に隠れる位置(図32(B))を通り、アンテナ基板631が筐体607内に収容される位置(図32(C))までの90度に亘り回転する様に、筐体607に取り付けられている。
The thickness of the
複数のアンテナ素子632は、筐体607内に設けられた送信部61及び受信部65(図14)に接続されている。複数のアンテナ素子632は、蝶番部633を介して接続された信号線、ないしは筐体607内での折れ曲がり等により伸縮可能な信号線やフレキシブルプリント基板により、送信部61及び受信部65とを接続されている。ユーザが端末局装置600Cを通信に利用する際にアンテナ基板631を回転させて引き出し、図32(A)で示される様に、2次元アレーアンテナ630をディスプレイ602と同様に上方に向いた位置で露出させることができる。これにより、ビルなどの建造物の高所に備えられた基地局装置のアンテナアレーと、端末局装置600Cの2次元アレーアンテナ630とを正対させることが容易となり、各アンテナ素子632で受信する信号間の相関の高まりを低減することができ、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることができる。
The plurality of
なお、図32(C)に示される様にアンテナ基板631が筐体607内に収容されているときや、図32(B)に示される様に複数のアンテナ素子632の一部が筐体607内にあるときにおいて、端末局装置600Cは、2次元アレーアンテナ630から信号を送信しない様にしてもよい。これにより、2次元アレーアンテナ630から送信される無線信号が筐体607や筐体607に備えられた素子などに吸収されることを防ぎ、効率的な送信を行うことができる。
When the
また、図32において、蝶番部633が筐体607の主面の角近傍に取り付けられた構成を説明したが、筐体607の主面に対して平行な状態を保ちつつアンテナ基板631を回転させることができる位置であれば、蝶番部633は筐体607のいずれの位置に取り付けられていてもよい。
Further, in FIG. 32, the
[本発明に係る第4の実施形態]
図33は、本発明に係る第4の実施形態における端末局装置600Dの構成例を示す図である。第4の実施形態における端末局装置600Dは、第1の実施形態の端末局装置600Aと同様に、少なくとも1つのアンテナアレーを備える基地局装置とMIMO伝送を行う。端末局装置600Dは、リニアアレーアンテナ640を備える。リニアアレーアンテナ640は、アンテナ基板641と、複数のアンテナ素子642とを備える。複数のアンテナ素子642は、アンテナ基板641の一方の主面上に直線状に配置され、リニアアレーを形成している。複数のアンテナ素子642が配置されるアンテナ基板641の主面の形状は細長の矩形形状である。アンテナ基板641の長手方向の両端部のうち一方の端部の近傍に取り付けられた蝶番部643を介して、アンテナ基板641は端末局装置600Dの筐体609に取り付けられている。アンテナ基板641は、蝶番部643を軸(支点)として、アンテナ基板641の主面の向きを一定にして回転する様に筐体609に取り付けられている。
Fourth Embodiment of the Present Invention
FIG. 33 is a diagram showing a configuration example of a
端末局装置600Dの筐体609の厚さは、筐体601などと同様に、筐体609の縦方向及び横方向の長さに比べて薄く、筐体609は一定の厚さを有する板状の形状を有している。筐体609の一方の主面には、ユーザが端末局装置600Dを操作する際に使用するタッチパネル式のディスプレイ602が設けられている。アンテナ基板641は、筐体609の主面の隅近傍に取り付けられた蝶番部643を軸として回転する。図33に示す様に、アンテナ基板641は、筐体609の長手方向に突出した位置(図33(A))から、蝶番部643を軸に回転して筐体609の長手方向とアンテナ基板641の長手方向とが成す角度が0度から180度までの任意の角度をとる位置(図33(B))を通り、筐体609内に収容される位置まで回転する様に、筐体609に取り付けられている。なお、アンテナ基板641が蝶番部643を軸として回転する角度は、180度以上であってもよい。
The thickness of the
複数のアンテナ素子642は、筐体609内に設けられた送信部61及び受信部65(図14)に接続されている。複数のアンテナ素子642と送信部61及び受信部65とを接続する信号線は、蝶番部643を介して設けられている。ユーザが端末局装置600Dを通信に利用する際にアンテナ基板641を回転させ、図33(A)又は図33(B)で示される様に、リニアアレーアンテナ640をディスプレイ602と同様に上方に向いた位置で露出させることができる。これにより、ビルなどの建造物の高所に備えられた基地局装置のアンテナアレーと、端末局装置600Dのリニアアレーアンテナ640とを正対させることが容易となり、各アンテナ素子642で受信する信号間の相関の高まりを低減することができ、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることができる。
The plurality of
また、端末局装置600Dの特徴の一つは、図29において示した様に端末局装置501をユーザが手に持ったときの方向に応じてアンテナ開口長が大きく変化したのに対して、端末局装置500Dの向きに拘わらずリニアアレーアンテナ540の向きを調整することがすることができるため、アンテナ開口長を広く確保することができる。
Further, one of the features of the
図34は、端末局装置600Dのリニアアレーアンテナ640の向きと基地局装置の第1の信号処理部511の並びと関係を示す図である。同図において、符号500D−1〜500D−3は端末局装置を示し、符号510はビル壁面を示し、符号511−1〜511−5は基地局装置に備えられる第1の信号処理部(及びアレーアンテナ)を示し、符号514は基地局装置の第1の信号処理部511の並ぶ方向を示し、符号533−1、533−2及び533−3は端末局装置600Dのリニアアレーアンテナの並ぶ方向を示す。例えば、端末局装置600D−1はユーザがビル壁面510側(第1の信号処理部側)を向いた状態となっているが、リニアアレーアンテナを第1の信号処理部511が並ぶ方向514と平行な方向533−1に向けることで、第1の信号処理部511−1〜511−5の並ぶ方向514と、リニアアレーアンテナにおいてアンテナ素子が並ぶ方向533−1とを平行な状態に保ち、第1の信号処理部511とリニアアレーアンテナとが概ね正対した状態を確保できる。
FIG. 34 is a diagram showing the relationship between the orientation of the
また、端末局装置600D−2はユーザがビル壁面510側(第1の信号処理部側)を横に見る向きに立った状態となっているが、端末局装置600Dのリニアアレーアンテナを方向514と平行な方向533−2に向けることで、第1の信号処理部511−1〜511−5の並ぶ方向514と、リニアアレーアンテナの並ぶ方向533−2を平行な状態に保ち、第1の信号処理部511とリニアアレーアンテナとが概ね正対した状態を確保できる。更に、端末局装置600D−3はユーザがビル壁面510側(第1の信号処理部側)に対して斜めの向きに立った状態となっているが、リニアアレーアンテナを第1の信号処理部511が並ぶ方向514と平行な方向533−3に向けることで、第1の信号処理部511−1〜511−5の並ぶ方向514と、リニアアレーアンテナにおけるアンテナ素子が並ぶ方向533−3を平行な状態に保ち、第1の信号処理部511とリニアアレーアンテナとが概ね正対した状態を確保できる。
In addition, although the
図26に示した様にスマートフォン(端末局装置)のディスプレイ周りの縁の部分にアンテナ素子を配置した場合、ユーザが手に持ったときの端末局装置の向きに依存してアンテナ開口長が大きく変動し、その結果、図29に示した様に第1の信号処理部511との間で多数の空間多重伝送を実施しにくい、ないしは通信が不安定化する状況が起きえた。これに対して、第4の実施形態における端末局装置600Dは、図34に示した様に、アンテナ基板641を筐体609に対して回転させることで安定的にリニアアレーアンテナ640のアンテナ開口長を確保することが可能になり、通信の安定性及び空間多重数の増大を図り、通信の品質向上を図ることが可能になる。
As shown in FIG. 26, when the antenna element is disposed at the edge of the periphery of the display of the smartphone (terminal station device), the antenna aperture length is large depending on the direction of the terminal station device when held by the user. As a result, as shown in FIG. 29, it may be difficult to carry out a large number of spatial multiplexing transmissions with the first signal processing unit 511, or a situation may occur where the communication becomes unstable. In contrast, as shown in FIG. 34, the
なお、上記の説明ではアンテナ基板641は蝶番部643で示される一つの軸を中心とする回転(すなわち単一平面内での回転)のみを可能とする説明を行ったが、一般には蝶番部643の構成を拡張して複数の軸で回転方向の自由度を高めることも可能である。最も簡単な実現方法は、蝶番部643を2つの蝶番の組み合わせで実現し、片方の蝶番で平面内の回転を実現し、残りの蝶番でこの平面外への移動を可能としてもよい。また、この様な蝶番の実現方法は様々なものがあり、それらの任意の実現方法を用いても構わない。
In the above description, the
以上の様に、各実施形態の端末局装置は、複数のアンテナ素子又はアレーアンテナを備える基地局装置とMIMO伝送する端末局装置であり、筐体と、筐体に対して移動可能に取り付けられたアンテナ基板と、アンテナ基板の主面に配置された複数のアンテナ素子とを備える。すなわち、端末局装置は、端末局装置のディスプレイ面と独立して、基地局装置の第1の信号処理部(及びアレーアンテナ)に対向する様にアンテナ基板にアンテナ素子を配置可能とする構成を有することを特徴としている。複数のアンテナ素子により形成されるアレーアンテナは、アンテナ基板が筐体に対して移動可能となっているため、筐体の向きに拘わらず、基地局装置の複数のアンテナ素子又はアレーアンテナに対して正対した位置を確保することができ、端末局装置の各アンテナ素子で受信する信号間の相関の高まりを低減することができ、見通し波が支配的な通信環境でMIMO伝送を行う無線通信システムにおける伝送容量を増大させることができる。更に上述の通り、端末局筐体の向きを変える必要がないことから、ユーザの通信時における操作性を向上させることが可能となる。 As described above, the terminal station apparatus of each embodiment is a terminal station apparatus that performs MIMO transmission with a base station apparatus provided with a plurality of antenna elements or array antennas, and is movably attached to the housing and the housing And a plurality of antenna elements disposed on the main surface of the antenna substrate. That is, the terminal station apparatus has a configuration in which the antenna element can be arranged on the antenna substrate so as to face the first signal processing unit (and the array antenna) of the base station apparatus independently of the display surface of the terminal station apparatus. It is characterized by having. In the array antenna formed by the plurality of antenna elements, the antenna substrate is movable with respect to the housing, and therefore, the plurality of antenna elements or the array antenna of the base station apparatus can be used regardless of the orientation of the housing. A wireless communication system capable of securing a directly facing position, reducing an increase in correlation between signals received by each antenna element of a terminal station apparatus, and performing MIMO transmission in a communication environment in which a sight wave is dominant Transmission capacity can be increased. Furthermore, as described above, since there is no need to change the orientation of the terminal station case, it is possible to improve the operability at the time of user communication.
なお、各実施形態の端末局装置において、アンテナ基板の複数のアンテナ素子が配置されている側にアンテナ素子を保護するためにアンテナ素子を覆うカバーを設けてもよい。カバーとしての部材は、電波の送受信を妨げない素材を用いることが好ましい。 In the terminal station apparatus of each embodiment, a cover covering the antenna element may be provided on the side of the antenna substrate on which the plurality of antenna elements are disposed, in order to protect the antenna element. The member as the cover is preferably made of a material that does not hinder the transmission and reception of radio waves.
[本発明に係る実施形態及び関連技術の補足事項]
以下に、本発明に係る実施形態及び関連技術に関する幾つかの補足事項を説明する。
[Supplementary matter of the embodiment according to the present invention and the related art]
In the following, some supplementary points regarding the embodiment according to the present invention and the related art will be described.
まず、本発明の実施形態を説明するにあたり、その関連技術の説明を詳しく行ってきたが、これらの関連技術とは本発明の実施形態が最も効率的に機能する状況をもたらす環境に対応した技術であり、必ずしもこの関連技術が同時に適用されなければ本発明の実施形態の効果が期待できない訳ではない。すなわち、関連技術とは異なる技術を組み合わせた環境での利用であっても、本発明実施形態の適用により、電波の到来方向に依存せずにアンテナの開口長を広く確保することが可能になり、結果として本発明の効果を得ることは可能である。 First, in describing the embodiments of the present invention, the related techniques have been described in detail, and these related techniques are techniques corresponding to the environment that brings about the situation in which the embodiments of the present invention function most efficiently. Therefore, the effects of the embodiment of the present invention can not be expected unless the related art is applied simultaneously. That is, even in the case of using in a combined environment of technologies different from the related art, the application of the embodiment of the present invention makes it possible to widely secure the aperture length of the antenna without depending on the arrival direction of radio waves. As a result, it is possible to obtain the effects of the present invention.
また、一般の端末局装置は本発明の実施形態に示したアンテナ素子とは別に、端末局装置の筐体内のいずれかの場所に別のアンテナ素子を実装し、これらを併用して利用することも可能である。この様な利用の場合でも、本発明の実施形態に示すアンテナ素子の利用により確実にアンテナ開口長は拡張されることになり、如何なる信号処理を実施したとしても、結果として本発明の効果を得ることは可能である。したがって、関連技術の適用の有無やその他のアンテナ素子の併用とは関係なく、本発明の意図する請求の範囲は請求項記載の範囲とするべきである。 In addition to the antenna element shown in the embodiment of the present invention, a general terminal station apparatus mounts another antenna element at any place in the housing of the terminal station apparatus, and uses these together. Is also possible. Even in such a case, the antenna aperture length is surely expanded by the use of the antenna element shown in the embodiment of the present invention, and the effect of the present invention can be obtained as a result even if any signal processing is performed. It is possible. Therefore, the intended scope of the present invention should fall within the scope of the claims regardless of the application of the related art and the combination of other antenna elements.
同様に、各実施形態のアンテナ基盤の裏面にも一部のアンテナ素子を実装し、表面のアンテナ素子と共に裏面のアンテナ素子を併用して利用することも可能である。ただし、例えば図28などに示した様に、端末局装置から見て概ね上方に基地局装置が存在する場合の見通し波は、スマートフォンなどの表面、すなわち液晶モニタ等の配置されている側に主として到来するため、液晶モニタ等の配置されている側に各実施形態に示すアンテナ素子が向く様にアンテナ基盤を移動したとき、その良好な通信特性の効果は到来波を利用した信号の送受信に適したアンテナ基盤の表面側のアンテナ素子により得られることになる。このため、アンテナ基盤の裏面のアンテナ素子はあくまでも限定的な効果しか生むことができず、この様な付随的なアンテナ素子の追加を含めて本発明の請求の範囲とすべきである。 Similarly, it is also possible to mount a part of antenna elements on the back surface of the antenna base of each embodiment, and to use the antenna element on the back surface together with the antenna element on the front surface. However, for example, as shown in FIG. 28 and the like, the line of sight wave when the base station apparatus exists substantially upward as viewed from the terminal station apparatus is mainly on the surface of a smartphone or the like, that is, the side on which a liquid crystal monitor or the like is disposed. In order to arrive, when the antenna base is moved so that the antenna element shown in each embodiment is directed to the side where the liquid crystal monitor or the like is arranged, the effect of the good communication characteristics is suitable for transmitting and receiving signals using incoming waves. It will be obtained by the antenna element on the front side of the antenna base. For this reason, the antenna element on the back of the antenna base can produce only a limited effect, and the addition of such an additional antenna element should be included in the scope of the present invention.
また、本発明の各実施形態に適用可能な関連技術の説明では、受信側のアンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)と送信側のアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)には、それぞれ異なる番号を振って個別に説明を行っているが、当然ながら送信系と受信系にTDD−SWなどを介して共通化したアンテナ素子(851−1〜851−(N’BS−Ant)又は819−1〜819−(N’BS−Ant))として扱うことも可能である。特に、インプリシット・フィードバックを行う場合には、送信系と受信系のアンテナの共用化は必須であり、アップリンクとダウンリンクを時間的に切り替えるTDD制御が基本となる。ここでのTDD−SWの切り替えは、通信制御回路120等により管理・制御されることになる。
Further, in the description of the related art applicable to each embodiment of the present invention, the antenna elements 851-1 to 851- (N'BS -Ant ) on the reception side and the antenna elements 81819 to 819- (N on the transmission side) Although different numbers are assigned to each ' BS-Ant ' and explanations are given individually, it goes without saying that antenna elements (851-1 to 851-) common to the transmitting system and the receiving system via TDD-SW etc. It is also possible to treat it as (N'BS -Ant ) or 819-1 to 819- (N'BS -Ant ). In particular, in the case of performing implicit feedback, it is essential to share antennas of the transmitting system and the receiving system, and TDD control in which uplink and downlink are switched in time is fundamental. The switching of the TDD-SW here is managed and controlled by the
また、基地局装置に関する受信側のアンテナ素子851−1〜851−(N’BS−Ant)及び送信側のアンテナ素子819−1〜819−(N’BS−Ant)と、端末局装置に関する受信側のアンテナ素子851−1〜851−(NMT−Ant)及び送信側のアンテナ素子819−1〜819−(NMT−Ant)とでは、それぞれ説明を簡単化するために共通の番号を使用して説明をしている。しかし、基地局装置に関するアンテナ素子のサイズや指向性利得などの要求条件と、端末局装置のアンテナ素子のサイズや指向性利得などの要求条件は一般には一致せず、機能としては同一であるために番号としては同一の番号を付与したが、実際の運用ではサイズや指向性利得などの点で異なる条件のアンテナ素子を利用しても構わない。その他の回路としても同様で、それぞれ説明を簡単化するために共通の番号を使用して説明をしているが、例えばハイパワーアンプ818−1〜818−(N’BS−Ant及びNMT−Ant)、ローノイズアンプ852−1〜852−(N’BS−Ant及びNMT−Ant)などにおいても、同様にアンプの増幅率、消費電力、サイズや許容発熱量などの要求条件は一般には一致せず、機能としては同一であるために番号としては同一の番号を付与したが、実際の運用では異なる条件の回路を利用しても構わない。 Also, the reception antenna element 851-1 to 851- (N'BS -Ant ) for the base station apparatus and the transmission antenna element 812-1 to 819- (N'BS -Ant ) and the reception for the terminal station apparatus and in the side of the antenna element 851-1~851- (N MT-Ant) and the transmission side of the antenna element 819-1~819- (N MT-Ant), a common number in order to simplify the description, respectively To explain. However, the requirements such as the antenna element size and directivity gain for the base station apparatus and the requirements such as the antenna element size and directivity gain of the terminal station apparatus generally do not match, and the functions are the same. Although the same number is given as the number, in actual operation, antenna elements having different conditions in terms of size, directivity gain, etc. may be used. The same holds true for the other circuits, and the description is made using common numbers for the sake of simplicity. For example, high power amplifiers 818-1 to 818-(N ' BS-Ant and N MT- Ant), a low noise amplifier 852-1~852- (N 'BS-Ant and N MT-Ant) even in such similarly amplification factor of the amplifier, requirements such as power consumption, size and permissible heating value is generally coincident Although the same number is assigned as the number because the function is the same, the circuit of different conditions may be used in actual operation.
また本発明の関連技術における送信ウエイトベクトルとは、送信ウエイト行列の各列ベクトル(又は一部の列ベクトル)を意味し、同時に空間多重する信号系列のひとつに着目したベクトル表記された送信ウエイトである。具体的には、複数の信号系列を空間多重する際の送信ウエイト行列の各列ベクトルは、複数の信号系列の中のある信号系列に着目したウエイト(送信ウエイトベクトルの成分)をベクトル表記したもので、空間多重する端末局装置のチャネルベクトルないしはチャネル行列を基に全体の送信ウエイト行列生成の過程で順次取得されるものである。したがって、送信ウエイトベクトルの生成(及び、「算出」「決定」「乗算」「成分」などの言葉が後続する場合も同様)とは、全体としては送信ウエイト行列の生成と等価であり、特にその行列の行ベクトルないしは列ベクトルを順番に生成する手順を意識した際に、「送信ウエイト行列の生成」と等価な意味で「送信ウエイトベクトルの生成」の様に標記している場合もある。 Further, the transmission weight vector in the related art of the present invention means each column vector (or a part of column vectors) of the transmission weight matrix, and is a vector-described transmission weight focused on one of the signal sequences to be spatially multiplexed simultaneously. is there. Specifically, each column vector of the transmission weight matrix at the time of spatially multiplexing a plurality of signal sequences is a vector representation of weights (components of the transmission weight vector) focusing on a certain signal sequence among the plurality of signal sequences. In the process of generation of the entire transmission weight matrix based on the channel vector or channel matrix of the terminal station apparatus to be spatially multiplexed. Therefore, the generation of the transmission weight vector (and also when words such as "calculation", "determination", "multiplication", and "component" follow) is equivalent to the generation of the transmission weight matrix as a whole, in particular When considering a procedure for sequentially generating row vectors or column vectors of a matrix, it may be marked as "generation of transmission weight vector" in a sense equivalent to "generation of transmission weight matrix".
また同様に、本発明の関連技術における受信ウエイトベクトルとは、受信ウエイト行列の各行ベクトル(又は一部の行ベクトル)を意味し、同時に空間多重された信号系列のひとつに着目したベクトル表記された受信ウエイトである。具体的には、複数の信号系列が空間多重された際の受信ウエイト行列の各行ベクトルは、複数の信号系列の中のある信号系列に着目したウエイト(受信ウエイトベクトルの成分)をベクトル表記したもので、空間多重された端末局装置のチャネルベクトルないしはチャネル行列を基に全体の受信ウエイト行列生成の過程で順次取得されるものである。したがって、受信ウエイトベクトルの生成(及び、「算出」「決定」「乗算」「成分」などの言葉が後続する場合も同様)とは、全体としては受信ウエイト行列の生成と等価であり、特にその行列の行ベクトルないしは列ベクトルを順番に生成する手順を意識した際に、「受信ウエイト行列の生成」と等価な意味で「受信ウエイトベクトルの生成」の様に標記している場合もある。 Similarly, in the related art of the present invention, the reception weight vector means each row vector (or a part of row vectors) of the reception weight matrix, and vector notation focused on one of the spatially multiplexed signal sequences simultaneously It is a reception weight. Specifically, each row vector of the reception weight matrix when a plurality of signal sequences are spatially multiplexed is a vector representation of weights (components of the reception weight vector) focusing on a certain signal sequence among the plurality of signal sequences. In the process of generation of the entire reception weight matrix based on the channel vector or channel matrix of the spatially multiplexed terminal station apparatus. Therefore, the generation of the reception weight vector (and also when words such as "calculation", "determination", "multiplication", and "component" follow) is equivalent to the generation of the reception weight matrix as a whole, in particular When considering a procedure for sequentially generating row vectors or column vectors of a matrix, it may be marked as "generation of reception weight vector" in a meaning equivalent to "generation of reception weight matrix".
また更に、本発明の関連技術における「送信ウエイトベクトル」、「受信ウエイトベクトル」、「チャネル(情報)ベクトル」、「送信信号ベクトル」、「受信信号ベクトル」など、様々な形で「ベクトル」との表記をしているが、これらは全て各アンテナ素子に対応したところの「送信ウエイト」、「受信ウエイト」、「チャネル(情報)」、「送信信号」、「受信信号」を成分とするベクトルであり、各関連技術の中で明示的に「ベクトル」との記載がなくても、当該関連技術においてそれらを成分とするものがそれらの「ベクトル」であることは明らかであり、必要に応じてこれらの内容を補って理解されるべきである。更に、「送信信号ベクトル」、「受信信号ベクトル」における「送信信号」及び「受信信号」とは、各アンテナ素子に対応した、ないしは各アンテナ素子に基づく送信又は受信信号であり、実際に送受信される無線周波数のアナログ信号ではなく、デジタル化されたベースバンド(又は中間周波数)の信号でもよい。この信号とは、周波数軸上の信号及び時間軸上のサンプリング信号の両方を含むものである。したがって、以上の関連技術の説明では明示的な記載を省略した部分もあるが、これらの信号は無線周波数で送受信される信号そのものだけではなく、これらの信号と無線周波数で送受信される信号との間では、何らかの信号処理が施されていても構わない。 Furthermore, “vectors” in various forms such as “transmission weight vector”, “reception weight vector”, “channel (information) vector”, “transmission signal vector”, and “reception signal vector” in the related art of the present invention These are all vectors that use "transmission weight", "reception weight", "channel (information)", "transmission signal" and "reception signal" as components corresponding to each antenna element. Even if there is no explicit mention of “vector” in each relevant art, it is clear that what constitutes them in the relevant art is those “vectors”, if necessary. Should be understood by supplementing these contents. Furthermore, "transmission signal" and "reception signal" in "reception signal vector" and "reception signal vector" are transmission or reception signals corresponding to each antenna element or based on each antenna element, and are actually transmitted and received. It may be a digitalized baseband (or intermediate frequency) signal instead of a radio frequency analog signal. This signal includes both a signal on the frequency axis and a sampling signal on the time axis. Therefore, although there is a part where explicit description is omitted in the description of the related art above, these signals are not only the signals transmitted and received on the radio frequency but also the signals transmitted and received on the radio frequency. Between the signals, some signal processing may be performed.
また、本発明の関連技術におけるチャネル推定に関する説明では、1回のチャネル推定でチャネル情報を取得する場合に加えて、複数回のチャネル推定結果を平均化する場合についても説明している。例えば大規模なアンテナ素子を活用することによる回線利得を考慮すれば、1本アンテナと1本アンテナの間の回線設計においては回線利得は不足していても問題ない一方、その大規模アンテナによる指向性利得を稼ぐためには適切な送受信ウエイトが必要であり、その送受信ウエイトの算出に必要なチャネル情報は基本的に1本アンテナと1本アンテナとの間のチャネル推定結果に基づくため、ここで回線利得が不足するとその後の指向性利得を得ることができなくなってしまう。このための対策として、非特許文献2などではトレーニング信号を複数シンボル受信し、その受信信号の平均化処理により回線利得の不足を補っていた。この複数回の推定結果の平均化としては、数シンボルに渡り周期的なトレーニング信号が連続する場合において、その周期性を活用して数シンボルに渡る短時間平均化を行う手法と、離散的な時刻において行われるチャネル推定結果を複数回分だけ寄せ集めて平均化を行う長時間平均化を行う手法がある。ここで短時間平均化の場合には、平均化を行う複数シンボルは連続しているが故に、全てシンボルタイミングがその周期性故に保存しているものと考えられるため、特に基準となるアンテナ素子の複素位相を基準とする相対チャネルとして扱う必要はなかった。これに対し、離散的な時刻において行われるチャネル推定結果に関しては、そのシンボルタイミングが同一となる必然性が一般的にはないため、そのシンボルタイミングの誤差に伴う影響を排除するために、相対チャネル情報を取得して平均化する構成を取る必要があった。この場合、基準となるアンテナ素子のチャネル情報の複素位相は全てゼロ(すなわち実数値を取る)であるものと見なされる。これらの相対チャネル情報の算出においては、全てのアンテナ素子のチャネル情報に、基準アンテナの複素位相θに対してExp(−jθ)を乗算する他、全てのアンテナ素子のチャネル情報を、基準となるアンテナ素子のチャネル情報で除算する形で求めても良い。この様な相対チャネル情報の活用は、一般にはシンボルタイミングが異なるチャネル推定結果の平均化には必須であるが、シンボルタイミングが共通となる場合には、一般的には送受信ウエイトの算出に際して相対チャネル情報を用いる必要はない。単純に、取得したチャネル情報に対して式(1)や式(7)などを用いて送受信ウエイトを計算すれば良かった。しかし、仮にシンボルタイミングが共通となる場合であっても相対チャネル情報を活用しても全く問題は生じないため、上述の説明としては時として相対チャネル情報として説明を行ったり、単純なチャネル情報をそのまま用いて説明している場合がある。しかし、その差は上述の様な差であり、相対チャネル情報を用いることが必須である訳ではない。
Further, in the description of channel estimation in the related art of the present invention, in addition to the case of acquiring channel information by one channel estimation, the case of averaging a plurality of channel estimation results is also described. For example, considering the line gain by utilizing a large-scale antenna element, there is no problem if the line gain is insufficient in the line design between one antenna and one antenna, but the directivity by the large-scale antenna In order to gain the sex gain, appropriate transmit and receive weights are required, and the channel information required to calculate the transmit and receive weights is basically based on the channel estimation result between one antenna and one antenna. If the line gain is insufficient, the directivity gain can not be obtained thereafter. As a countermeasure for this, in
本発明の関連技術におけるチャネル情報の取得では、特にエントランス回線などで利用する場合には短時間平均化及び長時間平均化などの処理を施し1本アンテナと1本アンテナとの間のチャネル推定における回線利得の不足を補っていた。しかし、アクセス系の場合には端末局装置及びその周りの環境は時間と共に移動、変化するため、短時間平均化及び長時間平均化などの処理を施すことはできない。しかし、様々な手法で1本アンテナと1本アンテナとの間のチャネル推定を所定の精度で実施する従来技術を用いれば、リアルタイムでのチャネル情報の取得、ないしはチャネル情報のフィードバックは可能であり、その場合には得られた相対チャネル情報を用いて必要な送受信ウエイトの算出を行うことが可能になる。 In acquisition of channel information in the related art of the present invention, processing such as short time averaging and long time averaging is performed particularly when used in an entrance link etc. in channel estimation between one antenna and one antenna. It compensates for the lack of channel gain. However, in the case of the access system, the terminal station apparatus and the environment around it move and change with time, and therefore processing such as short time averaging and long time averaging can not be performed. However, if conventional techniques for performing channel estimation between one antenna and one antenna with various techniques with a predetermined accuracy are used, it is possible to obtain channel information in real time or feedback of channel information, In that case, it becomes possible to calculate necessary transmission / reception weights using the obtained relative channel information.
また相対チャネル情報とは、基準アンテナの複素位相を基準として複素位相に補正を加えたチャネル情報として扱うことも可能であるし、振幅まで含めて基準となるアンテナのチャネル情報で各アンテナ素子のチャネル情報を除算したものであっても良い。各相対チャネル情報の振幅は、例えば式(7)で表される最大比合成の受信ウエイトの時には意味を持つが、式(1)で表される等利得合成の送受信ウエイトの場合には意味を持たない。更に、実際的には見通し環境ではアンテナごとの振幅の偏差は極めて限定的なことが期待され、その場合には全てを同一の振幅と近似しても大きな差はない。そもそも、送受信ウエイトの絶対値には大きな意味はなく、有限の量子化ビット数の中で効率的な値となる様に別途最適化される必要はあるが、その様な量子化ビット数に係る議論は本発明の関連技術とは全く別の議論であり、既存の技術の中で最適化を図れば良い。その意味で、送受信ウエイトベクトルのベクトルとしての大きさ(絶対値)はここでは特別な意味は持たず、任意の係数を乗算した送受信ウエイトベクトルもその統計的な性質は保存されるものとしてここでは説明を行っている。 Also, relative channel information can be treated as channel information obtained by correcting the complex phase with reference to the complex phase of the reference antenna, or the channel information of the antenna element as channel information of the antenna including the amplitude. Information may be divided. The amplitude of each piece of relative channel information has a meaning, for example, in the case of the reception weight of maximum ratio combination represented by equation (7), but in the case of the transmission / reception weight of equal gain combination represented by equation (1) do not have. Furthermore, in practice, in the line-of-sight environment, the deviation of the amplitude of each antenna is expected to be very limited, in which case there is no significant difference even if all are approximated with the same amplitude. In the first place, the absolute value of the transmit and receive weights has no significant meaning, and needs to be separately optimized to be an efficient value among the limited number of quantization bits, but it is related to the number of such quantization bits The discussion is completely different from the related art of the present invention, and optimization may be made among existing technologies. In that sense, the size (absolute value) of the transmit / receive weight vector as a vector does not have a special meaning here, and the transmit / receive weight vector multiplied by an arbitrary coefficient also has its statistical properties preserved here. It is explaining.
以上の相対チャネル情報を用いることで、本発明の関連技術では各種信号処理を簡易化することができる。一方、従来のMIMO伝送技術では、例えば受信ウエイト行列の乗算処理が直接的に信号検出に適した状態に変換する処理までを含むものとして説明されることが多かった。つまり、SISOの信号であっても信号検出処理のためには、受信信号をチャネル推定結果で除算し、チャネルの歪を受けた受信信号からI、Q軸を正しく設定したコンスタレーション上の信号点に変換する必要があった。本発明の関連技術において、第1の信号処理部で行う送受信ウエイトの乗算処理とは、あくまでも指向性利得の確保と大雑把な信号分離のための信号処理を主なる目的としており、この様に送受信ウエイトの乗算により多数のアンテナ素子をあたかも1本の仮想的アンテナ素子として扱うことを可能とするだけで、受信信号をチャネル推定結果で除算し、チャネルの歪を受けた受信信号からI、Q軸を正しく設定したコンスタレーション上の信号点に変換する処理までは含んでいない。しかし、受信側においてはその後段において、信号検出などの処理を行うことも可能であり、これらの処理は従来のMIMO伝送ないしはSISO伝送で行う信号処理と同一の信号処理を適用することが可能である。特に基地局装置の受信系では、第2の信号処理回路において、これらの処理が実施されることになる。 Various signal processing can be simplified in the related art of the present invention by using the above relative channel information. On the other hand, in the conventional MIMO transmission technology, for example, the process of multiplying the reception weight matrix directly has been described as including the process of converting into a state suitable for signal detection. That is, even for SISO signals, for signal detection processing, the received signal is divided by the channel estimation result, and the signal point on the constellation where the I and Q axes are correctly set from the received signal subjected to channel distortion. Needed to be converted. In the related art of the present invention, the multiplication processing of transmission / reception weights performed in the first signal processing unit mainly aims at securing directivity gain and signal processing for rough signal separation, and thus transmission / reception The received signal is divided by the channel estimation result, as it is possible to treat many antenna elements as one virtual antenna element by multiplication of weights, and the I / Q axis is obtained from the received signal subjected to channel distortion. Does not include the process of converting into signal points on the constellation set correctly. However, on the reception side, processing such as signal detection can also be performed in the subsequent stage, and the same signal processing as the signal processing performed in conventional MIMO transmission or SISO transmission can be applied to these processing. is there. Particularly, in the reception system of the base station apparatus, these processes are performed in the second signal processing circuit.
また、送信局側の異なるアンテナ素子から、限定的なサブキャリア成分より構成されるトレーニング信号を、各アンテナ素子で割り当てられるサブキャリアの重複を避けて送信する場合、周波数軸上での重複がない核トレーニング信号は空間上で合成されて、受信局側ではより多くのサブキャリア成分を含むトレーニング信号として受信されることになる。この意味で、受信局側では送信側の各アンテナ素子で送信したトレーニング信号とは異なるが、空間上で合成されたトレーニング信号(「合成トレーニング信号」と呼ぶ)をあたかも通常のトレーニング信号と見なして信号処理を行うことが可能になる。この様な合成トレーニング信号の利用に際しても、チャネル情報を基準となるアンテナ素子との相対値である相対チャネル情報に変換して利用することが有効である。 Also, when a training signal composed of limited subcarrier components is transmitted from different antenna elements on the transmitting station side without overlapping of subcarriers allocated by each antenna element, there is no overlap on the frequency axis The nuclear training signal is combined in space and received at the receiving station as a training signal containing more subcarrier components. In this sense, the receiving station side is different from the training signal transmitted by each antenna element on the transmitting side, but the training signal synthesized in space (referred to as “combined training signal”) is regarded as a normal training signal. It becomes possible to perform signal processing. Also in the case of using such a synthetic training signal, it is effective to convert channel information into relative channel information which is a relative value with respect to the antenna element serving as a reference.
また以上の説明においては、簡単のためサブキャリアを表すk(例えば第k周波数成分等)を省略したり、更には個別のサブキャリアに関する説明も省略されているところがあるが、本発明の関連技術の想定するシステムは広帯域のシステムであり、チャネル情報や送受信ウエイト、更には送信信号や受信信号などにおける全ての信号処理は、時間軸上での信号処理などを除き、基本的には周波数軸上でサブキャリアごとに個別に規定され処理されるべきものである。したがって、説明を簡略化する上で、多くの説明においてサブキャリアを明示的に表す添え字を省略して説明していた。しかし、これらの説明は、実際にはサブキャリアごとに個別に行われるものであり、その際にはサブキャリアを表す添え字を付加して理解すれば説明を厳密に解釈可能である。各信号処理回路の内部では、例えば送信側におけるIFFT処理の前段までの信号処理(一例としてOFDM変調方式を想定すれば、ビット列のインタリーブ処理、信号点のマッピング、信号の変調処理、送信ウエイトベクトルの乗算などを含む)は全てサブキャリアごとに行われるものであり、同様に受信側におけるFFT処理後の信号処理(同じくOFDM変調方式を想定すれば、受信ウエイトの乗算、信号検出処理、信号のデマッピング、デインタリーブ処理など)も全てサブキャリアごとに行われるものである。 In the above description, although k (for example, the k-th frequency component) representing subcarriers is omitted for the sake of simplicity, and further, there is a case where the description regarding individual subcarriers is also omitted. The system assumed is a wide-band system, and all signal processing for channel information, transmission / reception weights, and further for transmit and receive signals, etc. is basically on the frequency axis, except for signal processing on the time axis, etc. And should be individually defined and processed for each subcarrier. Therefore, in order to simplify the description, in many descriptions, subscripts that explicitly represent subcarriers have been omitted. However, these descriptions are actually performed individually for each subcarrier, and in that case, the descriptions can be interpreted exactly if they are understood by adding subscripts representing the subcarriers. Inside each signal processing circuit, for example, signal processing up to the previous stage of IFFT processing on the transmission side (in the case of OFDM modulation as an example, interleaving of bit strings, mapping of signal points, modulation of signals, transmission weight vector The multiplication and the like are all performed for each subcarrier, and the signal processing after FFT processing on the reception side (also assuming the OFDM modulation method, multiplication of reception weight, signal detection processing, signal de- Mapping, deinterleaving, etc.) are all performed for each subcarrier.
また回路構成上は、それぞれのサブキャリアごとに個別の回路を備えてもよいし、同一の処理を実施することからサブキャリアごとにシリアルに順番に処理を行い、回路をサブキャリアに対して共用化することも可能である。更には、この中間的に、複数の回路を用意して、サブキャリアを適宜分割し、複数の回路でパラレルな処理をシリアルに実施する処理としても構わない。これらは全ての関連技術に共通する話である。 Also, in terms of circuit configuration, separate circuits may be provided for each subcarrier, or since the same processing is performed, processing is performed serially for each subcarrier, and the circuit is shared for subcarriers. It is also possible to Furthermore, a plurality of circuits may be prepared intermediately, the subcarrier may be divided appropriately, and the parallel processing may be performed serially by the plurality of circuits. These are stories that are common to all related technologies.
また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末局装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイト(平均化送受信ウエイトベクトル及びリアルタイム送受信ウエイト行列)は全サブキャリアで共通の組み合わせの端末局装置に対する送受信ウエイトを用いることになる。しかし、OFDMAでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末局装置への割り当てを寄せ集めているため、時間(OFDMシンボル)及び周波数(サブキャリア)ごとに、割り当てられている端末局装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。しかし、その差を除けばOFDMとOFDMAとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書ではOFDMを中心に説明を行ったが、OFDMAにおいても全く同様に本発明の実施形態を適用することができる。 Further, in the OFDM modulation scheme, all subcarriers are used for communication with the same terminal station apparatus, so the transmission / reception weights (averaged transmission / reception weight vector and real-time transmission / reception weight matrix) at that time are common to all subcarriers. The transmission and reception weights for the terminal station apparatus of the combination will be used. However, in OFDMA, assignments are made to different combinations of terminal stations in a patchwork manner on the time axis and the frequency axis, and therefore, they are assigned for each time (OFDM symbol) and frequency (subcarrier). It is necessary to use transmission / reception weights for the terminal station apparatus. However, except for the difference, OFDM and OFDMA can be processed in exactly the same way, and in the present specification, the explanation has been made focusing on OFDM, but the embodiment of the present invention is applied to OFDMA in exactly the same way. can do.
また、SC−FDEに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で送信ウエイトベクトルを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のSC−FDEで行われる処理をそのまま適用可能とする構成としているために、全てのバリエーションのSC−FDEに適用可能である。この場合には、OFDM変調方式の信号処理の代わりにシングルキャリアでの信号処理を行った後、ダウンリンクであればシングルキャリアの時間軸上の信号に対してFFT処理を施すことで各サブキャリアの信号成分を生成し、これらの信号成分をOFDM変調方式で生成される各サブキャリアの信号と見なして本発明の関連技術により生成された送信ウエイトベクトルを乗算すれば良い。同様にアップリンクであれば、受信信号をFFT処理した信号をOFDM変調方式の場合と同様に扱い、本発明により生成された受信ウエイトベクトルを乗算することで信号分離するが、その信号分離されたサブキャリアの信号に対してIFFT処理を施すことで時間軸上のシングルキャリアの信号に変換すれば良い。この様に一部の信号処理にOFDM変調方式とSC−FDEでは差異があるが、送受信ウエイトの生成と乗算処理などは共通であり、これらどちらの信号方式であっても本発明の実施形態は適用可能である。 In addition, although there are various operational variations regarding SC-FDE, received signal processing after signals transmitted from each antenna element are combined in space after multiplication by a transmission weight vector on the transmission side, and In each of the above configuration examples, the processing performed in the conventional SC-FDE can be applied as it is to any of the reception signal processing after the reception weight is multiplied on the reception side and the signals of the respective antenna elements are added and synthesized. Because of the configuration, it is applicable to all variations of SC-FDE. In this case, signal processing with a single carrier is performed instead of signal processing with the OFDM modulation scheme, and then, in the case of downlink, FFT processing is performed on the signal on the time axis of the single carrier, thereby each subcarrier. The following signal components may be generated, and these signal components may be regarded as the signal of each subcarrier generated by the OFDM modulation scheme and multiplied by the transmission weight vector generated by the related art of the present invention. Similarly, in the case of the uplink, the signal obtained by subjecting the received signal to FFT processing is treated in the same manner as in the case of the OFDM modulation scheme, and signal separation is performed by multiplying the reception weight vector generated according to the present invention. The subcarrier signal may be converted to a single carrier signal on the time axis by performing IFFT processing. As described above, although there is a difference between part of signal processing between the OFDM modulation method and SC-FDE, generation of transmission / reception weights and multiplication processing are common, and the embodiment of the present invention It is applicable.
また、空間多重伝送では複数系列の信号がパラレル伝送されるが、これらの信号系列に対して行う誤り訂正などの処理は、上述の関連技術ではそれぞれの信号系列ごとに独立に施す場合を例に取って説明したが、当然ながら送信側において誤り訂正符号化後の信号をシリアル/パラレル変換して空間多重する信号系列に分離し、受信側においては誤り訂正処理を行う前の状態の信号に対してパラレル/シリアル変換を施し、その後に1系統のビタビ復号などの誤り訂正処理を施しても構わない。更にはその他のバリエーションも含めて本発明の関連技術の本質とは関係なく、任意の誤り訂正処理を行っても構わない。この場合、MAC層処理回路と第2の信号処理部などとの信号の交換は空間多重数系統にて行われるのではなく、例えば1系統の信号として情報交換が行われたりすると共に、シリアル/パラレル変換及びパラレル/シリアル変換や、誤り訂正に対応する機能などが第2の信号処理部などに含まれることになる。 Also, in spatial multiplexing transmission, a plurality of series of signals are transmitted in parallel, but in the above related art, processing such as error correction performed on these signal series is independently performed for each signal series as an example. As described above, it goes without saying that the signal after error correction coding is serial / parallel converted at the transmitting side to separate into a signal sequence to be spatially multiplexed, and the signal before the error correction processing is performed on the receiving side. Parallel / serial conversion may be performed, and then error correction processing such as Viterbi decoding of one system may be performed. Furthermore, any error correction processing may be performed regardless of the essence of the related art of the present invention, including other variations. In this case, the exchange of signals between the MAC layer processing circuit and the second signal processing unit etc. is not performed in the space multiplex system, but, for example, information exchange is performed as a single system signal, and serial / A function corresponding to parallel conversion, parallel / serial conversion, and error correction is included in the second signal processing unit or the like.
また、上記の説明では特異値分解の右特異ベクトルを活用する旨説明をしたが、特異値分解対象の行列を転置した行列を特異値分解した左特異ベクトルは、転置しない行列に対する特異値分解の右特異ベクトルと等価である。同様に、元のチャネルベクトルにエルミート共役のベクトルを乗算して固有値分解を行っても、右特異ベクトルないしは左特異ベクトルと等価なベクトルを求めることができる。この意味で「右特異ベクトル」に数学的に等価なベクトルを活用する場合も、本発明の関連技術の意図する「右特異ベクトル」の範囲となる。同様に、左特異ベクトルに数学的に等価なベクトルを活用する場合も、本発明の関連技術の意図する「左特異ベクトル」の範囲となる。 In the above description, although the right singular vector of singular value decomposition is used, the left singular vector obtained by singular value decomposition of the matrix obtained by transposing the matrix subjected to singular value decomposition is the singular value decomposition of the non-transposed matrix. It is equivalent to the right singular vector. Similarly, even if the original channel vector is multiplied by the Hermitian conjugate vector to perform eigenvalue decomposition, a vector equivalent to the right singular vector or the left singular vector can be obtained. In this sense, the use of a mathematically equivalent vector to the “right singular vector” also falls within the intended “right singular vector” of the related art of the present invention. Similarly, utilizing a mathematically equivalent vector to the left singular vector also falls within the intended “left singular vector” range of the related art of the present invention.
更に、上記の説明では基地局側の各第1の信号処理部と端末局装置との間では、第1特異値に対応する仮想的伝送路のみを利用し、第2特異値以降の特異値に対応する仮想的伝送路は利用しないとして説明したが、例えばV偏波とH偏波などの複数の偏波に関する共用アンテナを利用する場合などは、一つの第1の信号処理部においてそれぞれの偏波アンテナにおいて第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用することになるため、形式上は一つの第1の信号処理部において二つの特異値に対応する仮想的伝送路を活用していることに相当する。特に、若干の偏波間の漏れ込みが存在する場合には、2種類の偏波アンテナの全てを第1の信号処理部が一括で収容及び信号処理することで偏波間のクロストーク成分を抑圧することが可能になり、即ち第1特異値と第2特異値に対応する仮想的伝送路を利用することが伝送効率的には優れることになる。この場合、数学的な表現上は第1特異値と第2特異値を活用することに相当するが、実効上は、各偏波アンテナ群ごとに第1特異値に対応した仮想的伝送路を利用することに相当する。本発明の意図するところは、この様な偏波アンテナを活用する場合の様に相互に相関が非常に低いことが予想される複数のアンテナ群を利用する場合においては、信号処理的ないしは回路的には同一の第1の信号処理部にて活用する場合でも、それぞれのアンテナ群に対して実効的に対応する第1特異値に対応する仮想的伝送路を並列的に活用する場合を含め、実効的な意味での第1特異値に対応する仮想的伝送路を活用した空間多重伝送を複数の第1の信号処理部を用いて伝送するところにある。また、基地局装置が備える複数の第1の信号処理部においては、それぞれ個別のローカル発振器信号を用いてベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバート処理を行うことを基本とする。ただし、それぞれのローカル発振器の信号は可能な限り準同期的に振る舞うことが好ましく、このために共通の基準クロックなどの基準信号を第3の信号処理部から供給しても構わない。ないしは、第2の信号処理部から中間周波数の基準信号を第1の信号処理部に供給し、それを例えば逓倍処理することでベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバートを行うための無線周波数の信号を生成することも可能である。ここで用いる中間周波数の値、及び逓倍処理を行う回路の安定性次第では、送信信号処理においても複数の第1の信号処理部間の無線信号の複素位相の不確定性が限定的である場合もあり、この場合には第2の信号処理部における複数の第1の信号処理部間のプリコーディング処理を実施することも可能になる。しかし、基本的には少なくとも第2の信号処理部から複数の第1の信号処理部に供給される基準信号は、第2の信号処理部における複数の第1の信号処理部間のケーブル上での損失を低減するために、ベースバンドと無線周波数間のアップコンバート及びダウンコンバート処理に用いるローカル信号の周波数の1/2以下とすることが基本となり、この意味でローカル発振器は複数の第1の信号処理部間で独立となる。ただし、基地局装置と端末局装置が近距離で配置される場合には、式(18)のLが小さくなり、結果的に第1の信号処理部間の間隔を短縮することが可能であり、ケーブル損失の値次第では、第2の信号処理部からローカル発振器の信号を複数の第1の信号処理部に対して直接供給する構成とすることも可能である。 Furthermore, in the above description, only the virtual transmission path corresponding to the first singular value is used between each first signal processing unit on the base station side and the terminal station apparatus, and the singular value after the second singular value is used. It has been described that the virtual transmission line corresponding to is not used, but, for example, in the case of using a shared antenna relating to a plurality of polarizations such as V polarization and H polarization, each first signal processing unit In order to utilize the virtual transmission line corresponding to the first singular value in the polarization antenna, formally one virtual signal transmission line corresponding to two singular values is utilized in one first signal processing unit. It is equivalent to In particular, when there is a slight leak between polarizations, the first signal processing unit collectively accommodates and performs signal processing on all two types of polarization antennas to suppress crosstalk components between polarizations. In other words, using virtual transmission paths corresponding to the first singular value and the second singular value is superior in transmission efficiency. In this case, the mathematical expression corresponds to utilizing the first singular value and the second singular value, but in the practical sense, virtual transmission paths corresponding to the first singular value are provided for each polarization antenna group. It corresponds to using. The intention of the present invention is that, in the case of utilizing a plurality of antenna groups which are expected to be very low in correlation with each other as in the case of utilizing such polarized antennas, signal processing or circuit Even in the case where the same first signal processing unit is used, the case where the virtual transmission paths corresponding to the first singular value effectively corresponding to the respective antenna groups are used in parallel, Spatial multiplexing transmission utilizing a virtual transmission path corresponding to a first singular value in an effective sense is to be transmitted using a plurality of first signal processing units. In addition, in the plurality of first signal processing units included in the base station apparatus, upconversion and downconversion processing between the baseband and the radio frequency are basically performed using individual local oscillator signals. However, it is preferable that the signals of the respective local oscillators behave as quasi-synchronously as possible, and for this purpose, a reference signal such as a common reference clock may be supplied from the third signal processing unit. Alternatively, a radio signal for performing up conversion and down conversion between the baseband and the radio frequency by supplying a reference signal of an intermediate frequency from the second signal processing unit to the first signal processing unit and performing, for example, multiplication processing thereof. It is also possible to generate a signal of frequency. Depending on the value of the intermediate frequency used here and the stability of the circuit that performs multiplication processing, the uncertainty of the complex phase of the wireless signal among the plurality of first signal processing units is limited also in the transmission signal processing. In this case, it also becomes possible to perform precoding processing among the plurality of first signal processing units in the second signal processing unit. However, basically, the reference signals supplied from at least the second signal processing unit to the plurality of first signal processing units are on the cable between the plurality of first signal processing units in the second signal processing unit. In order to reduce the loss of the signal, it is fundamental to set the frequency to 1/2 or less of the frequency of the local signal used for upconversion and downconversion processing between baseband and radio frequency, and in this sense the local oscillator It becomes independent between the signal processing units. However, when the base station apparatus and the terminal station apparatus are arranged in a short distance, L in equation (18) becomes smaller, and as a result, the distance between the first signal processing units can be shortened. Depending on the value of the cable loss, the second signal processing unit may directly supply the signal of the local oscillator to the plurality of first signal processing units.
また、以上の説明においては送受信信号と送受信ウエイトの乗算処理はベースバンド上で行うこととして説明を行ったが、それは典型的な信号処理を示すものであり、それと等価な信号処理をベースバンド信号と無線周波数のRF信号の間の中間的なIF(Intermediate Frequency)信号上で実施することも当然ながら可能である。信号処理的にはより低い周波数帯で処理を行う方が簡易ではあるが、第5世代移動通信ではミリ波帯などの高周波数帯で、数百から1GHzもの帯域幅で通信を行うため、中心周波数を数GHzのIF帯で処理を行っても処理の困難さは大きく変わらない。本明細書におけるベースバンド信号ないしはベースバンド帯とは、デジタル信号処理を行うことが可能な周波数帯という広義の意味で用いており、この意味では狭義の意味でのベースバンド帯とは異なるIF帯での信号処理であっても、本質的に本発明を適用することは可能であり、本発明の請求の範囲はこの様な広義のベースバンド信号、ベースバンド帯を含むものである。 Also, in the above description, the multiplication processing of the transmission / reception signal and the transmission / reception weight has been described as being performed on the baseband, but it shows a typical signal processing, and a signal processing equivalent to that is a baseband signal It is of course also possible to implement on an intermediate frequency (IF) (Intermediate Frequency) signal between RF and RF signals. Although it is easier to perform processing in a lower frequency band in terms of signal processing, in the 5th generation mobile communication, since communication is performed in a bandwidth of several hundred to 1 GHz in a high frequency band such as a millimeter wave band, Even if the frequency is processed in the IF band of several GHz, the processing difficulty does not greatly change. The baseband signal or baseband in the present specification is used in a broad sense of a frequency band capable of performing digital signal processing, and in this sense, an IF band different from the baseband in a narrow sense. It is possible to apply the present invention essentially even to the signal processing in the case, and the claims of the present invention include such broad baseband signals and basebands.
また、本発明では無線局装置が備えるアンテナ素子の数が膨大であるために、その内の例えば若干の本数のアンテナ素子を例外的な信号処理の対象としても、残りの大多数のアンテナ素子の効果により概ね期待する特性を得ることが可能である。しかし、この様な一部のアンテナ素子を例外的に処理したとしても、大勢的には残りのアンテナ素子を用いた信号処理の結果が特性の大勢を決めることになるため、この様な一部の例外処理の適用を行ったとしても、その例外適用による拡張効果が得られることなく寧ろ効果が制限されるのであれば、本発明の請求の範囲とするべきである。 Further, according to the present invention, since the number of antenna elements included in the radio station apparatus is enormous, even if a few of the antenna elements among them are subjected to exceptional signal processing, the remaining majority of the antenna elements can be It is possible to obtain generally expected characteristics by the effect. However, even if such a part of antenna elements is processed exceptionally, the result of signal processing using the remaining antenna elements will determine most of the characteristics in most cases. Even if the application of the exception processing is performed, if the effect is limited without obtaining the expansion effect by the exception application, it should be the scope of the present invention.
前述した関連技術における基地局装置、端末局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに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であってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。 The base station apparatus and the terminal station apparatus in the related art described above may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer readable recording medium, and the program recorded in the recording medium may be read and executed by a computer system. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to a storage medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, or a hard disk built in a computer system. Furthermore, the "computer-readable recording medium" dynamically holds a program for a short time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include one that holds a program for a certain period of time, such as volatile memory in a computer system that becomes a server or a client in that case. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, it is apparent that the above embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. is there. Therefore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of the components may be made without departing from the technical spirit and scope of the present invention.
1…基地局装置、
2…無線局装置、
3…見通し波、
4…構造物による安定反射波、
5…地上付近の多重反射波、
6…地上付近の多重反射波、
7…構造物、11…送信局、
12…受信局、
40…無線通信システム、
50…無線通信システム、
53…無線通信システム、
60…端末局装置、
61…送信部、
65…受信部、
67…インタフェース回路、
68…MAC層処理回路、
70…基地局装置、
71…第2の送信信号処理部、
75…第2の受信信号処理部、
77…インタフェース回路、
78…MAC層処理回路、
80…基地局装置、
81…送信部、
85…受信部、
87…インタフェース回路、
88…MAC層処理回路、
111…第1の送信信号処理回路、
120…通信制御回路、
121…通信制御回路、
130…第1の送信ウエイト処理部、
131…第1のチャネル情報取得回路、
132…第1のチャネル情報記憶回路、
133…第1の送信ウエイト算出回路、
140…第1の送信ウエイト処理部、
141…チャネル情報取得回路、
142…チャネル情報記憶回路、
143…第1の送信ウエイト算出回路、
144…第1の受信ウエイト処理部、
145…受信信号処理回路、
146…第1のチャネル情報推定回路、
147…第1の受信ウエイト算出回路、
148…第2の送信信号処理回路、
149…送信ウエイト算出回路、
154…第1の受信ウエイト処理部、
155…第1の受信信号処理回路、
156…第1のチャネル情報推定回路、
157…第1の受信ウエイト算出回路、
158…第1の受信信号処理回路、
159…第2の受信信号処理回路、
160…第1の受信ウエイト処理部、
161…第1のチャネル情報推定回路、
162…第1の受信ウエイト算出回路、
181…第1の送信信号処理部、
185…第1の受信信号処理部、
190…第2の受信信号処理回路、
191…チャネル行列取得回路、
192…受信ウエイト行列算出回路、
193…受信ウエイト行列乗算回路、
194…信号検出回路、
301…基地局装置、
302…端末局装置、
303…基地局装置、
304…第1の信号処理部、
305…第2の信号処理部、
306…基地局装置、
307…パラボラアンテナ、
310…基地局装置アンテナ、
312…端末局装置アンテナ素子群、
320…端末局装置アンテナ素子群、
501…端末局装置、
502…アンテナ素子、
511…第1の信号処理部、
513…端末局装置のアンテナ素子の並ぶ方向、
514…第1の信号処理部の並ぶ方向、
515…サービスエリア、
533…リニアアレーアンテナの並ぶ方向、
600A,600B,600C,600D…端末局装置、
601…筐体、
602…ディスプレイ、
603…筐体、
605…案内部、
607…筐体、
609…筐体、
610…2次元アレーアンテナ、
611…アンテナ基板、
612…アンテナ素子、
613…蝶番部、
620…2次元アレーアンテナ、
621…アンテナ基板、
622…アンテナ素子、
623…溝、
630…2次元アレーアンテナ、
631…アンテナ基板、
632…アンテナ素子、
633…蝶番部、
640…リニアアレーアンテナ、
641…アンテナ基板、
642…アンテナ素子、
643…蝶番部、
781…スケジューリング処理回路、
811…送信信号処理回路、
812…加算合成回路、
813…IFFT&GI付与回路、
814…D/A変換器、
815…ローカル発振器、
816…ミキサ、
817…フィルタ、
818…ハイパワーアンプ、
819…アンテナ素子、
820…通信制御回路、
821…第1の送信信号処理回路、
830…送信ウエイト処理部、
831…チャネル情報取得回路、
832…チャネル情報記憶回路、
833…マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路、
851…アンテナ素子、
852…ローノイズアンプ(LNA)、
853…ローカル発振器、
854…ミキサ、
855…フィルタ、
856…A/D変換器、
857…FFT回路、
858…受信信号処理回路、
860…受信ウエイト処理部、
861…チャネル情報推定回路、
862…マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路、
881…スケジューリング処理回路
1 ... Base station apparatus,
2 ... Radio station apparatus,
3 ... prospect wave,
4 ... Stable reflection wave by structure,
5 ... Multiple reflections near the ground,
6 ... Multiple reflections near the ground,
7 ... structure, 11 ... transmitting station,
12 ... receiving station,
40 ... wireless communication system,
50: Wireless communication system,
53 ... wireless communication system,
60 ... terminal station apparatus,
61: Transmission unit,
65: Reception unit,
67 ... interface circuit,
68 MAC layer processing circuit
70: Base station apparatus,
71 ... second transmission signal processing unit,
75: second received signal processing unit,
77: Interface circuit,
78 MAC layer processing circuit
80: Base station apparatus,
81: Transmission unit,
85: Reception unit,
87: interface circuit,
88 MAC layer processing circuit
111 ... first transmission signal processing circuit,
120 ... communication control circuit,
121 ... communication control circuit,
130 ... first transmission weight processing unit,
131: First channel information acquisition circuit,
132: first channel information storage circuit,
133: first transmission weight calculation circuit,
140: first transmission weight processing unit,
141: Channel information acquisition circuit,
142: Channel information storage circuit,
143: first transmission weight calculation circuit,
144: first reception weight processing unit,
145: Reception signal processing circuit,
146: first channel information estimation circuit,
147: first reception weight calculation circuit,
148: second transmission signal processing circuit,
149: Transmission weight calculation circuit,
154: first reception weight processing unit,
155: first received signal processing circuit,
156: first channel information estimation circuit,
157: first reception weight calculation circuit,
158: first reception signal processing circuit,
159 ... second received signal processing circuit,
160: first reception weight processing unit,
161: first channel information estimation circuit,
162: first reception weight calculation circuit,
181 ... first transmission signal processing unit,
185: first received signal processing unit,
190 ... second reception signal processing circuit,
191: Channel matrix acquisition circuit,
192 ... reception weight matrix calculation circuit,
193 ... reception weight matrix multiplication circuit,
194: Signal detection circuit,
301: Base station apparatus,
302: Terminal station apparatus,
303 ... base station apparatus,
304: first signal processing unit,
305: second signal processing unit,
306 ... base station apparatus,
307 ... dish antenna,
310 ... base station apparatus antenna,
312 ... terminal station apparatus antenna element group,
320 ... terminal station apparatus antenna element group,
501: terminal station apparatus,
502 ... antenna element,
511: first signal processing unit,
513 ... direction in which the antenna elements of the terminal station apparatus are arranged,
514: Direction in which the first signal processing units are arranged,
515 ... service area,
533: Direction in which the linear array antennas are arranged,
600A, 600B, 600C, 600D ... terminal station apparatus,
601 ... housing,
602 ... display,
603 ... housing,
605 ... guiding part,
607 ... housing,
609 ... housing,
610 ... two-dimensional array antenna,
611 ... antenna substrate,
612 ... antenna element,
613 ... hinge part,
620 ... two-dimensional array antenna,
621 ... antenna substrate,
622 ... antenna element,
623 ... groove,
630 ... two-dimensional array antenna,
631 ... antenna substrate,
632 ... antenna element,
633 ... hinge part,
640 ... linear array antenna,
641 ... antenna substrate,
642 ... antenna element,
643 ... hinge part,
781 ... scheduling processing circuit,
811 ... Transmission signal processing circuit,
812 ... addition synthesis circuit,
813 ... IFFT & GI addition circuit,
814 ... D / A converter,
815 ... Local oscillator,
816 ... mixer,
817 ... filter,
818 ... High Power Amplifier,
819 ... antenna element,
820 ... communication control circuit,
821 ... first transmission signal processing circuit,
830 ... Transmission weight processing unit,
831 ... channel information acquisition circuit,
832: Channel information storage circuit,
833 ... multi-user MIMO transmission weight calculation circuit,
851 ... antenna element,
852 ... Low noise amplifier (LNA),
853 ... Local Oscillator,
854 ... mixer,
855 ... filter,
856 ... A / D converter,
857 ... FFT circuit,
858 ... received signal processing circuit,
860: Reception weight processing unit
861 ... channel information estimation circuit,
862 ... multi-user MIMO reception weight calculation circuit,
881 ... scheduling processing circuit
Claims (8)
筐体と、
前記筐体に対して移動可能に取り付けられたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板の主面に配置された複数の第2のアンテナ素子と、
を備え、
前記複数の第2のアンテナ素子の少なくとも一部が前記筐体に収容されているときに前記複数の第2のアンテナ素子から無線信号が送信されず、前記複数の第2のアンテナ素子の全部が前記筐体に収容されていないときに前記複数の第2のアンテナ素子から無線信号が送信される、
端末局装置。 A terminal station apparatus in a wireless communication system comprising: a base station apparatus comprising a plurality of first antenna elements; and at least one terminal station apparatus,
And
An antenna substrate movably attached to the housing;
A plurality of second antenna elements disposed on the main surface of the antenna substrate;
Equipped with
When at least a part of the plurality of second antenna elements is accommodated in the housing, a wireless signal is not transmitted from the plurality of second antenna elements, and all of the plurality of second antenna elements are A wireless signal is transmitted from the plurality of second antenna elements when not accommodated in the housing.
Terminal station device.
前記アンテナ基板の一辺は、前記筐体に蝶番部を介して取り付けられており、
前記アンテナ基板は、前記蝶番部を軸にして回転する、
請求項1に記載の端末局装置。 The antenna substrate is a rectangular plate having a predetermined thickness,
One side of the antenna substrate is attached to the housing via a hinge portion,
The antenna substrate rotates about the hinge portion.
The terminal station apparatus according to claim 1.
前記アンテナ基板は、前記筐体に設けられた案内部を介して取り付けられており、
前記案内部は、前記アンテナ基板の移動方向が前記筐体の主面と平行になる案内をする、
請求項1に記載の端末局装置。 The antenna substrate is a rectangular plate having a predetermined thickness,
The antenna substrate is attached via a guide provided on the housing,
The guiding unit guides the moving direction of the antenna substrate to be parallel to the main surface of the housing.
The terminal station apparatus according to claim 1.
筐体と、
前記筐体に対して移動可能に取り付けられたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板の主面に配置された複数の第2のアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ基板は、一定の厚さを有する扇形形状の板であり、
前記アンテナ基板は、前記扇形形状の要部分近傍に取り付けられた蝶番部を介して前記筐体に取り付けられており、
前記アンテナ基板が前記蝶番部を軸にして回転することで、前記アンテナ基板の全体が前記筐体内に収容される、
端末局装置。 A terminal station apparatus in a wireless communication system comprising: a base station apparatus comprising a plurality of first antenna elements; and at least one terminal station apparatus,
And
An antenna substrate movably attached to the housing;
A plurality of second antenna elements disposed on the main surface of the antenna substrate;
Equipped with
The antenna substrate is a fan-shaped plate having a constant thickness,
The antenna substrate is attached to the housing via a hinge portion attached to a main portion near the fan-shaped,
By the antenna substrate is rotated by the hinge portion to the axis, the whole of the antenna substrate is accommodated in the housing,
Terminal station device.
前記アンテナ基板の一端は、前記筐体に蝶番部を介して取り付けられており、
前記アンテナ基板は、前記蝶番部を軸にして回転する、
請求項1に記載の端末局装置。 The antenna substrate is an elongated rectangular plate having a constant thickness,
One end of the antenna substrate is attached to the housing via a hinge portion,
The antenna substrate rotates about the hinge portion.
The terminal station apparatus according to claim 1.
前記信号処理部は、
前記第1のアンテナ素子と前記第2のアンテナ素子との間の無線通信に用いるMIMOチャネル行列に対する送信ウエイトベクトル及び受信ウエイトベクトルの少なくとも一方を、前記MIMOチャネル行列の第1特異値に対応する第1右特異ベクトル及び第1左特異ベクトルのうち少なくとも一方又は前記第1右特異ベクトルの近似解及び前記第1左特異ベクトルの近似解のうち少なくとも一方に基づいて算出し、算出した送信ウエイトベクトル又は受信ウエイトベクトルを用いて1つ又は独立な複数の信号系列を伝送する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の端末局装置。 The signal processing unit further includes a signal processing unit that performs signal processing of wireless communication with the base station apparatus,
The signal processing unit
At least one of a transmission weight vector and a reception weight vector for a MIMO channel matrix used for wireless communication between the first antenna element and the second antenna element corresponds to a first singular value of the MIMO channel matrix. 1) A transmission weight vector calculated or calculated based on at least one of at least one of the right singular vector and the first left singular vector or an approximate solution of the first right singular vector and an approximate solution of the first left singular vector or Transmit one or more independent signal sequences using the receive weight vector,
The terminal station apparatus as described in any one of Claims 1-5.
信号処理部が、前記複数の第2のアンテナ素子の少なくとも一部が前記筐体に収容されているときに前記複数の第2のアンテナ素子から無線信号を送信せず、前記複数の第2のアンテナ素子の全部が前記筐体に収容されていないときに前記複数の第2のアンテナ素子から無線信号を送信するステップ、
を有する端末局装置の制御方法。 There line wireless communications with a base station apparatus comprising a plurality of first antenna elements, an antenna substrate movably mounted second antenna element of the plurality to the main surface is relative to the housing and housing A control method of a terminal station device having an arranged antenna substrate , comprising:
The signal processing unit does not transmit a radio signal from the plurality of second antenna elements when at least a part of the plurality of second antenna elements is accommodated in the housing, and the plurality of second Transmitting a wireless signal from the plurality of second antenna elements when all of the antenna elements are not accommodated in the housing;
A control method of a terminal station apparatus having:
前記端末局装置の筐体に対して、一定の厚さを有する扇形形状のアンテナ基板を前記扇形形状の要部分近傍に取り付けられた蝶番部を介して移動可能に取り付ける第1のステップと、A first step of movably attaching a fan-shaped antenna substrate having a certain thickness to a housing of the terminal station apparatus via a hinge attached near the main part of the fan-shaped;
前記アンテナ基板の主面に複数の第2のアンテナ素子を配置する第2のステップと、A second step of arranging a plurality of second antenna elements on the main surface of the antenna substrate;
を有し、Have
前記アンテナ基板が前記蝶番部を軸にして回転することで、前記アンテナ基板の全体が前記筐体内に収容される、By rotating the antenna substrate about the hinge portion, the entire antenna substrate is housed in the housing.
端末局装置の製造方法。A method of manufacturing a terminal station device.
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