JP2003249882A - 多入力多出力通信方式のチャネル割り当て方法、そのプログラム及び記録媒体並びに多入力多出力受信機 - Google Patents
多入力多出力通信方式のチャネル割り当て方法、そのプログラム及び記録媒体並びに多入力多出力受信機Info
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Abstract
可能とする。 【解決手段】 アンテナAS1〜ASnから同一チャネ
ルで送信中に、アンテナASn+1から通信を開始する
際にASn+1からの信号の各受信アンテナまで伝搬路
(特性)行列Hn+1と、受信SNRn+1を求め(S
4)、H1〜HnとHn+1を用いて、第n+1送信
信号の第i(i=1,…,n)送信信号に対する伝搬路
相関を各パス対応に求め、その最大値を伝搬路相関値ρ
n+1,iとし、しきい値Th1n+1,iを受信電力比SIR
n+1,i,SNRn+1から決定し、ρn+1,i <Th1n+1,iか
つSNRn+1 >Thsnr,n+1の全て条件を満たせば(S
6)、ASn+1にAS1〜ASnと同一チャネルを割
り当てる(S7)。
Description
信アンテナより信号を同一チャネルで伝送し、1以上の
M個の受信アンテナで受信する通信方式のチャネル割り
当て方法、及びその方法を実行させる機能を備える多入
力多出力受信機、チャネルを割り当てプログラム及びそ
の記録媒体に関する。
数上でいかに高品質で大容量のシステムを構築するかと
いうことが大きな課題である。このような課題を解決す
る手段として多入力多出力伝搬路信号伝送方式がある。
このシステム構成は、図8に示すように複数の送信アン
テナAS1〜ASNを用いて同時刻、同周波数上でシン
ボルc1(i)〜cN(i)を、複数のアンテナAR1〜
ARMを有する受信機11に送信し、受信機11はアン
テナAR1〜ARMよりの受信信号を処理し、各送信ア
ンテナAS1〜ASNからの各送信シンボルc1(i)
〜cN(i)を推定する。各送信アンテナAS1〜AS
Nを各ユーザ(利用者)に割り当てて信号伝送を行え
ば、同一周波数、同一時刻で複数ユーザよりの信号を受
信できるため、システムのユーザ収容能力が向上する。
又、複数の送信アンテナAS1〜ASNを1ユーザに割
り当てて1つの直列信号を複数の並列信号に変換して、
変換された各1つの信号を1つの送信アンテナで送信す
る並列信号伝送を行えば、シングルユーザリンクにおけ
る信号伝送の高速化が可能となる。
数選択性がない場合、つまり各送信アンテナからの送信
信号がマルチパス干渉を持たない場合に異なる方向のユ
ーザ送信アンテナの方向にそれぞれ向いたアンテナビー
ムをそれぞれ向けて、これら各送信アンテナから同一チ
ャネルで信号を送信させる方法が文献[1]等に記載さ
れている。この文献[1]に示す方法では、両ビーム間
の空間相関を、ユーザ1の送信アンテナからの送信信号
1が受信され伝搬路(特性)のユーザ2の送信アンテナ
からの送信信号2が受信される伝搬路(特性)に対する
伝搬路相関値により次式(1)で求めている。
(|h1(0)|・|h2(0)|) (1)h1 (0)=[h11(0)…hM1(0)]Th2 (0)=[h12(0)…hM2(0)]T hmn(m=1,…,M,n=1,2)はユーザnの送信
アンテナと適応アレーアンテナの第m番目の受信アンテ
ナ間の伝搬路(特性)値、(0)はマルチパスがないこ
とを表わし、 Hは行列の共役転置を表わし、 Tは行列の
転置を表わす。この場合は送信信号2の送信信号1に対
する伝搬路相関値α2,1はα1,2と等しい。
信信号2との分離し易さの指標とし、この指標と各送信
信号の信号雑音比(SNR)を用いて同一チャネルでの
通信が可能か否かの判定を行っている。なお、物理的に
α1,2はベクトルh1(0)とベクトルh2(0)の
なす角のコサイン成分である。ユーザ1の送信アンテナ
と通信中に、ユーザ2の送信アンテナと同一チャネルで
通信を行うには α1,2 <THA1,2 送信信号1のSNR>THsnr 送信信号2のSNR>THsnr であることを条件とする。ここで相関値のしきい値TH
Aは、SNRのしきい値THsnrによって決定される。つ
まり、SNRのしきい値THsnrを大きくすれば、一般
にビット誤り率が低下するから、それだけ相関値のしき
い値THAを高くすることが可能となる。
号伝送方式において具体的な上記チャネル割り当て方法
は提案されていない。そこでこの発明は、伝搬路に周波
数選択性がある場合にも適用可能な多入力多出力通信方
式における、チャネル割り当て方法及びそのプログラム
を提案することにある。また相関値が高くても、MMS
Eフィルタ等の出力における2ユーザの位相差が大きけ
れば信号分離が可能であるが、その位相差が考慮されて
いない。この発明の他の目的は伝搬路に周波数選択性が
ある場合にも適用でき、周波数選択性がない場合は適用
するとより高精度な多入力多出力通信方式におけるチャ
ネル割り当て方法及びそのプログラムを提供することに
ある。更にこの発明の目的はこれらチャネル割り当て方
法を実行する機能を有する多入力多出力受信機を提供す
ることにある。
おいて、各送信アンテナAS1〜ASNから送信される
信号の伝搬路の違いを利用して受信機は、各送信信号の
分離を行う(具体的な受信機構成は文献[2]に示され
ている)。このため、各送信アンテナAS1〜ASNか
ら送信される信号の伝搬路の相関が高い状況において
は、信号分離特性が劣化するため、高品質な信号伝送を
行うのが困難となる。そこで、多入力多出力伝搬路信号
伝送を実際のシステムで利用する際には、伝搬路の状況
に応じたチャネル割り当てが必要となる。つまり、各送
信アンテナから送信される信号の伝搬路の相関が低い場
合には、これら各送信アンテナに同一チャネル(キャリ
ア周波数、タイムスロット)を割り当て、相関値が高い
場合は、各送信アンテナに異なったチャネルを割り当て
る。
n+1番目の送信アンテナによる信号の伝搬路と第1〜
第n番目の送信アンテナによる信号の伝搬路との各相関
値及び第n+1番目の送信アンテナによる信号の受信信
号雑音電力比を求め、これらが所定の条件を満すか否か
判定し、条件を満せば第n+1番目の送信アンテナに対
し第1〜第n番目の送信アンテナに割り当てているチャ
ネルと同一チャネルを割り当てる。ここでチャネルとは
FDAM(周波数分割多元接続)方式では通信を伝送す
る搬送波周波数を、TDMA(時分割多元接続)方式で
は通信を伝送する搬送波周波数及びタイムスロットを、
CDMA(符号分割多元接続)方式では通信信号を伝送
する搬送波周波数及び拡散符号のことを総称し、これら
の何れでもよい。
以下では、文献[2],[3]等で提案されている線形
フィルタ処理を有する受信機構成を用いる多入力多出力
伝搬路信号伝送方式を考慮して、チャネル割り当て方法
を定める。図8において、各受信アンテナARM(m=
1,…,M)における受信信号r m(k)は次式で表わ
すことができる。 rm(k)=Σq=0 Q-1Σn=1 Nhmn(q)・bn(k−q)+vm(k), (m=1,…,M) (2) nは送信アンテナAS1〜ASNのインデックス、mは
受信アンテナAR1〜ARMのインデックス、qは周波
数選択性伝搬路に起因するマルチパスインデックス、h
nm(q)は第n番目の送信アンテナASnと第m番目の
受信アンテナARm間の第qマルチパスにおける伝搬路
値(伝搬路特性値,インパルス応答)bn(k−q)は
第n番目の送信アンテナASnからの送信シンボル、vm
(k)は受信機11の内部の熱雑音である。
受信信号をベクトルr(k)として以下のように定義
する。 r(k)=[r1(k)r2(k)…rM(k)]T (3) =Σn=1 NΣq=0 Q-1hn(q)・bn(k−q)+v(k) (4) ここで、 hn(q)=[h1n(q)…hMn(q)]T (5) v(k)=[v1(k)v2(k)…vM(k)]T (6) 次にマルチパス(伝搬路)の長さQを考慮して以下のベクトルを定義する。 y(k)≡[rT(k+Q−1)rT(k+Q−2)…rT(k)]T (7) =Σn=1 NHn・bn(k)+n(k) (8)
信アンテナからの送信信号を分離し、各送信シンボルb
n(k)を検出する。上述したように、受信機11は、
各送信アンテナAS1〜ASNからの各送信信号の伝搬
路の違いを利用して信号分離を行うため、伝搬路間の相
関値に応じてチャネル割り当てを行うとよい。以下で
は、チャネル行列Hnを利用した、伝搬路の相関値の
算出法および、その相関値を用いたチャネル割り当て方
法について説明する。また簡単のため、以下の説明で
は、2送信アンテナを仮定する。
路(Q=1)において、上記受信ベクトルy(k)
は、y(k)=h1(0)・b1(k)+h
2(0)・b1(k)+n(k)となる。ここでy
(k)はM次元ベクトルであり、第1番目の送信アンテ
ナAS1からの送信シンボルb1(k)はベクトルh1
(0)によって張られるM次元ベクトル空間内の部分空
間に存在し、シンボルb2(k)はベクトルh2(0)
によって張られるM次元ベクトル空間内の部分空間に存
在する。線形フィルタを用いたMMSE(Minimum Meam
Square Error:最小二乗誤差)及び、ZF(Zero Forc
ing)規範の受信機構成においては、これら部分空間を
張るベクトルの線形独立性が信号分離の行い易さに依存
する。 (1)周波数選択性のある伝搬路における相関値を用い
る方法(実施形態(1)) 次にマルチパス伝搬の場合のこの発明方法を述べる。簡
単の為、2マルチパス(Q=2:q=0,1)伝搬路で
説明を行う。この場合、受信ベクトルy(k)は次式
で表わせる。
列目のベクトルを示す。この場合シンボルb1(k)は
ベクトルH1(:,1)によって張られる部分空間上
に存在し、シンボルb2(k)はベクトルH2(:,
1)によって張られる部分空間上に存在することにな
る。しかし、マルチパス干渉があるため、送信信号1の
送信信号2に対する伝搬路の相関値を考えるあたり、送
信信号2のマルチパス成分の部分空間ベクトル(H2
(:,0),H2(:,2))も考慮する必要があ
る。この実施形態では、この送信信号1の送信信号2に
対する伝搬路の相関値ρ1, 2,送信信号2の送信信号1
に対する相関値ρ2,1をそれぞれ以下のように定義す
る。
実施例ではこれらの相関値を用いてチャネル割り当てを
おこなう。つまり、 ρ1,2 <TH11,2かつρ2,1 <TH12,1 送信信号1のSNR>THsnr1 送信信号2のSNR>THsnr2 であるならば、送信アンテナ1,2に同一チャネルを割
り当てる。3送信アンテナ以上の場合も各送信信号間の
上記相関値を算出し、同様の方法でチャネル割り当てを
行うことができる。
テナと各受信アンテナ間の伝搬路値hn+1,m(q)(m=
1,…,M,q=0,…,Q−1)を推定し、これら推
定値を用いて各送信アンテナによる信号伝搬路行列H
n+1 を下記のように作る。
=1,…,n)の送信アンテナの送信信号に対する伝搬
路の相関値を下記により求める。 ρn+1,i =Max(αn+1,i (0),αn+1,i (1),…,αn+1,i (2Q− 2)) (20) ここで、 αn+1,i (t)=|Hn+1 H [:,Q−1]・Hi [:,t]|/(|Hn+1 H [:,Q−1]|・|Hi [:,t]|) (21) Hi [:,t]:行列Hi の第t列ベクトル(t=0,1,…,2Q−2 ) つまり複数の候補αn+1,i (0)〜αn+1,i (2Q−
2)を求め、これら候補中の最大のものを伝搬路の相関
値ρn+1,i とする。
信号の第n+1番目の送信アンテナの送信信号に対する
伝搬路の相関値ρi,n+1 を次式により求める。 ρi,n+1 =Max(αi,n+1(0),αi,n+1(1),…,αi,n+1(2Q−2) (22) αi,n+1 (t)=|Hi H [:,Q−1]・Hn+1 [:,t]|/(H i H [:,Q−1]|・|Hn+1 [:,t]|) (23) そして、第n+1番目の送信アンテナに第1〜n番目の
送信アンテナと同一チャネルを割り当てる条件を以下の
通りとする。
送信信号の受信信号雑音電力比、Thsnr,n+1 は第n+
1番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比
のしきい値、Th1n+1,i (SIRn+1,i ,SN
Rn+1 )は第n+1番目の送信アンテナの送信信号のi
(i=1,…,n)番目の送信アンテナの送信信号に対
する伝搬路の相関値のしきい値であって、これは第n+
1番目の送信アンテナの送信信号と第i番目の送信アン
テナの送信信号の受信電力比SIRn+1, i 及び第n+1
番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比S
NRn+1に依存する。
は第i番目(i=1,…,n)の送信アンテナの送信信
号の第n+1番目の送信アンテナの送信信号に対する伝
搬路の相関値のしきい値であって、これは第i番目の送
信アンテナの送信信号の第n+1番目の送信アンテナの
送信信号に対する受信電力比SIRi,n+1 及び第i番目
の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比SNR
i に依存する。なお条件としてはSNRn+1 >Th
snr,n+1 とρn+1,i <Th1n+1,i 又はρ i,n+1 <Th
1i,n+1 のみでもよい。またTh1n+1,i とTh1
i,n+1 はそれぞれSNRn+1 とSNRi のみに依存して
決めてもよい。
を収容するシステムのチャネル割り当ての手順を示す。
まずチャネル(搬送波周波数/搬送波周波数及びタイム
スロット/搬送波周波数及び拡散コード)を設定し(S
1)、送信アンテナ番号nを0に初期化し(S2)、そ
の第n+1番目の送信アンテナに設定したチャネルで送
信するように指示をする(S3)。次に第n+1送信ア
ンテナからの信号の伝搬路行列Hn+1 、信号対雑音電
力比SNRn+1 を推定する(S4)。第1〜第n送信ア
ンテナからの信号の伝搬路行列H1 〜Hn とH
n+1 を用いて、第n+1送信信号の伝搬路の第1〜第n
送信信号の各伝搬路に対する相関値ρn+1,1 ,
ρn+1,2 ,…,ρn+1,n を式(20)、式(21)を用
いて、算出し、また第n+1番目の送信アンテナの送信
信号に対する第1〜第n番目の送信アンテナの送信信号
の受信電力比SIRn+1,1 〜SIRn+1,n を算出し、こ
れらとSNRn+1 を用いてしきい値Th1n+1,1 〜Th
1n+1,n を決定する(S5)。
れぞれ相関値のしきい値Th1n+1, 1 〜Th1n+1,n 以
下か、またSNRn+1 がしきい値Thsnr,n+1 以上かを
調べる(S6)。これらを全て満せば、第n+1送信ア
ンテナに第1〜第n送信アンテナと同一チャネルを割り
当て、伝搬路行列Hn+1 及びSNRn+1 を推定する際
に求めた第n+1番目の送信アンテナの送信信号の受信
電力Sn+1 を記憶部に格納する(S7)。n=0の時は
ステップS4でH1 とSNR1 と第1番目の送信信号
電力が算出され、ステップS5ではSNR1 がしきい値
以上か、のみかの判定が行われ、満せばそのチャネルを
第1送信アンテナに割り当て、H1、 受信電力を記憶
部に記憶することになる。
nがNとなったかを調べ、Nになっていなければステッ
プS3に戻り(S9)、n=Nであれば当該チャネルの
割り当てを完了とする。ステップS6で何れかの条件を
満していなければ第n+1送信アンテナに、第1〜第n
送信アンテナと別チャネル(搬送波周波数又はタイムス
ロット、あるいは拡散コード)を割り当て(S10)、
第n+2送信アンテナを第n+1送信アンテナとしてス
テップS3に戻る(S10)。以上のことを簡単に述べ
ると、チャネルを設定し(S1)、第1番目の送信アン
テナにそのチャネルを割り当てる。次に第2番目の送信
アンテナからの送信信号の伝搬路と第1番目の送信アン
テナの送信信号の伝搬路との相関値が所望条件を満たせ
ば、第2番目の送信アンテナに同一チャネルを割り当て
る。条件を満たさない場合は第2番目の送信アンテナに
は別チャネルを割り当てる。次に第3番目の送信アンテ
ナからの送信信号の伝搬路と第1番目のそれとの相関値
及び第2番目のそれとの相関値が、所望の条件を満たせ
ば、第3番目の送信アンテナに対し同一チャネルを割り
当てる。満たさない場合は別チャネルを割り当てる。こ
の一連の操作を該当チャネルに第N番目の送信アンテナ
が収容されるまで行う。
機能構成例を図2に示す。ここでは、既に第1〜n番目
の送信アンテナAS1〜ASnには同一チャネルが割り
当てられ、第n+1番目の送信アンテナASn+1に対
し、チャネル割り当てを行っている。第n+1番目の送
信アンテナASn+1からチャネル割当要求を受信機側
装置12で受信すると、送信部13から第n+1番目の
送信アンテナASn+1と対応する受信部RXn+1
に、第1〜第n番目の送信アンテナAS1〜ASnで送
信に用いるチャネルで送信するように指示を行う。これ
によりその送信部TXn+1より第n+1番目の送信ア
ンテナASn+1からその指定されたチャネルで信号を
送信する。
ARMにより受信された第n+1番目の送信アンテナA
Sn+1からの信号は受信部16でそれぞれベースバン
ドの受信信号r1 (k)〜rM (k)に変換される。通
常はこれらはデジタル信号とされる。これら受信信号r
1 (k)〜rm (k)は伝搬路推定部17に入力され、
ユニークワード記憶部18から既知信号であるユニーク
ワードを用いて、式(19)で示されるチャネル行列
Hn+1 が推定される。なお送信側からの送信信号は図
3に示すように既知信号のユニークワード部21とこれ
に続く情報シンボル部22により信号フレームが構成さ
れている。ユーザごとのユニークワードがユニークワー
ド記憶部18に予め格納されてあり、受信された信号の
ユニークワードと記憶部18からの対応するユニークワ
ードとからチャネル行列Hn+1 が推定される。この推
定方法は公知の各種方法を用いることができる。
部22−1〜22−nに入力され、伝搬路記憶部23よ
りの伝搬路行列H1 〜Hn との相関値の候補α
n+1,1(0)…αn+1,1(2Q−2)〜αn+1,n (0)…α
n+1,n 2Q−2)が式(21)によりそれぞれ計算され
る。これらの各第1〜第n番目の送信アンテナ対応の相
関値候補中のそれぞれ最大のものが伝搬路の相関値ρ
n+1,1 〜ρn+1,n として最大検出部24−1〜24−n
で検出される。なお伝搬路行列Hn+1 は伝搬路記憶部
23に格納される。一方、受信電力計算部25におい
て、Hn+1 を入力して第n+1番目の送信アンテナA
Sn+1からの送信信号の受信電力Sn+1 が計算され
る。つまり各パスの伝搬路h1,n+1 (q)〜h
M,n+1 (q)(q=0,…,Q−1)の各成分の2乗和
を求めて第n+1番目の送信信号の受信電力Sn+1 とす
る。この受信電力Sn+1 と雑音電力との比がSNR計算
部26で計算される。各受信アンテナで行われるチャネ
ル推定の平均2乗誤差の和とで計算することができる。
伝搬路推定は、各受信アンテナAR1〜ARMごとに行
われ、伝搬路推定部17は各受信アンテナにおける雑音
電力を推定する。RLSを用いて伝搬路推定を行う場合
は、その平均2乗誤差が雑音電力となる。この各受信ア
ンテナごとの雑音電力を加算した雑音電力で受信電力S
n+1 を割り算してSNRn+1を得る。あるいは、前記受
信電力Sn+1 を受信アンテナの数Mで割算して、1受信
アンテナあたりの第n+1送信信号の受信電力Sn+1 と
し、前記推定された伝搬路推定部17が推定した各受信
アンテナごとの雑音電力の平均値を算出し、この雑音平
均電力で前記1受信アンテナあたりの受信電力Sn+1 を
割り算してSNRn+1としてもよい。
27−nで受信電力記憶部28よりの第1〜第n番目の
送信アンテナの送信信号の受信電力S1 〜Sn に対する
比SIRn+1,1 〜SIRn+1,n がそれぞれ計算される。
前記計算されたSNRn+1 、計算されたSIRn+1,1 〜
SIRn+1,n とSNR記憶部29からのSNR1 〜SN
Rn とがしきい値決定部31に入力され、しきい値決定
部31から、これら入力により決るしきい値Th1
n+1,1 〜Th1n+1,n が出力されて比較器32−1〜
32−nに入力される。しきい値決定部31は例えば入
力されたSNR1 〜SNRn+1 ,SIRn+1,1 〜SIR
n+1,n に対し予め実験的に決められたしきい値Th1
n+1,1 〜Th1n+1,n を格納しておき、入力によりこ
れらしきい値を読み出す構成とされる。このしきい値の
決定の手法については後で説明する。
格納されたしきい値ThSNR,n+1 と比較される。最大検
出部24−1〜24−nからの検出伝搬路の相関値ρ
n+1,1〜ρn+1,n としきい値Th1n+1,1 〜Th1
n+1,n とがそれぞれ比較器32−1〜32−nで比較さ
れる。判定部35で比較器32−1〜32−nの各出力
により各相関値が対応するしきい値以下、また比較器3
3の出力によりSNRn+1がしきい値以上であることを
全て満しているか否かを判定し、満していれば、第n+
1番目の送信アンテナASn+1に、第1〜第n番目の
送信アンテナAS1〜ASnに割り当てているチャネル
を割り当て、そのことを送信部13を通じて、対応受信
部RXn+1へ送信する。なお受信電力Sn+1 ,SNR
n+1 はそれぞれ受信電力記憶部28、SNR記憶部29
にそれぞれ格納される。
び最大検出部24−1〜24−nは相関値算出部36を
構成し、しきい値決定部31、比較器32−1〜32−
n、判定部35はチャネル割当部37を構成している。
また図中の各データは式(20)、式(21)を用いる
場合を( )なしで、式(22)、式(23)を用いる
場合を( )を付けて示したが、しきい値については
(Th11,n+1 )〜(Th1n,n+1 ),(Th
21,n+1 )〜(Th2n,n+1 )を省略してある。 (2)相関値に加え、各送信信号点の位相差も用いる方
法(実施形態(2)) MMSEフィルタ等の線形フィルタ受信処理において
は、上記相関値が、所望送信信号のフィルタ出力SIR
に影響を与える。つまり、上記例において、第1番目の
送信アンテナの送信信号(以下、第1送信信号と記す)
と第2番目の送信アンテナの送信信号(以下、第2送信
信号と記す)との伝搬路の相関値が高くなれば、上で定
義された相関値ρ1,2も高くなり、第1送信信号を検出
する線形フィルタの出力SIRが低下し、受信特性が劣
化する。この出力SIRに加え、受信特性を劣化させる
もう一つの要因は、MMSEフィルタ等の出力における
各送信信号点の位相差である。同一のフィルタ出力SI
Rを与える伝搬路でも、各送信信号点の位相差が大きけ
れば、受信機は信号分離は行いやすいため、受信特性は
良い。これについて、[従来の技術]の項で説明した周
波数選択性のない伝搬路における例を用いて説明する。
において、以下の(a)と(b)の場合を考える。 (a)h1(0)=h2(0):第1送信信号と第2
送信信号の受信信号点は重なっている。 (b)h1(0)=exp(0.5πj)・h2(0)(jは
虚数を表わす):第1送信信号と第2送信信号の両受信
信号点は90度ずれている。 (a),(b)共に伝搬路の相関値α1,2は同一であ
り、第1送信信号の第2の送信信号に対するMMSEフ
ィルタ等の出力における電力比SIRは(a),(b)
共に同一である。(a),(b)何れの場合も伝搬路の
相関値は1となるため、線形フィルタでの信号分離は難
しい状態である。(a)の場合は、さらに、信号点の位
相差がないため、第1送信信号と第2送信信号の両受信
信号点が完全に重なっているため、信号分離は更に難し
い。しかし、(b)の場合は、両受信信号点の位相差が
90度あるため、I相Q相の直交性を利用して、信号分
離を行うことができる。よって、第1送信信号と第2送
信信号の受信信号の位相差をも考慮すれば、より詳細な
チャネル割り当てを行うことができる。この周波数選択
性のない伝搬路の例においては、MMSEフィルタ等の
出力における位相差は、以下のように定義できる。
搬路においても適用できる。周波数選択性のある伝搬路
においては、マルチパス干渉が存在するため、周波数選
択性のない伝搬路における場合よりも、各送信信号の受
信信号点は複雑になる。そこで、この実施形態(2)に
おいては、実施形態(1)におけるMAX関数で選ばれ
た相関値αの計算に用いられた信号空間の位相差のみを
考える。つまりΔθ1,2を次式により求める。 Δθ1,2=|imag(H1 H[:,1]・H2[:,tmax])/real (H1 H[:,1]・H2[:,tmax])| (25) 但し、 ρ1,2=α1,2(tmax)=Max(α1,2(0),α1,2(1),α1,2(2)) (26) α1,2(tmax)=|H1 H[:,1]・H2[:,tmax]|/ (|H1 H[:,1]|・|H2[:,tmax]|) (t=0,1,2) (27) この位相差情報を用いることで、周波数選択性のある伝
搬路においても、相関値のみを用いる場合よりも詳細に
チャネル割り当てを行うことができる。Δθ1, 2は両受
信信号の位相差の余弦に相当する。よってΔθ1,2は1
が最大値であり、位相差がゼロの場合Δθ1,2=1とな
る。従って ρ1,2 <TH11,2かつρ2,1 <TH12,1 Δθ1,2 <TH21,2かつΔθ2,1 <TH22,1 第1送信信号の受信機でのSNR>THsnr1 第2送信信号の受信機でのSNR>THsnr2 の全ての条件を満たせば、第1番目の送信アンテナAS
1と第2番目の送信アンテナAS2に同一チャネルを割
り当てる。
AS1〜ASnから同一チャネルで信号を送信している
状態に第n+1番目の送信アンテナASn+1に同一チ
ャネルを割り当てる場合を考える。式(20)のMax
関数で選ばれたインデックス(0〜2Q−2)中のtを
t max として、第n+1送信信号の第i番目(i=1,
…,n)送信信号に対する受信信号点の位相差を次式に
より計算する。 Δθn+1,i =|imag(Hn+1 H [:,Q−1]・Hi [:,tmax ])/ real(Hn+1 H [:,Q−1]・Hi [:,tmax ])|(28) 同様に、Δθi,n+1 を次式により計算する。
の送信アンテナAS1〜ASnと同一チャネルを割り当
てる条件として下記の全てを満たすこととする。 SNRn+1 >Thsnr,n+1 ρn+1,i <Th1n+1,i (SIRn+1,i ,SNRn+1 ) ρi,n+1 <Th1i,n+1 (SIRi,n+1 ,SNRi ) Δθn+1,i <Th2n+1,i (SIRn+1,i ,SNRn+1 ) Δθi,n+1 <Th2i,n+1 (SIRi,n+1 ,SNRi ) i=1,…,n Th2n+1,i (SIRn+1,i ,SNRn+1 )は第n+1
送信信号の第i(i=1,…,n)送信信号に対する受
信信号点位相差のしきい値であり、これは第n+1送信
信号と第i送信信号の受信電力比SIRn+1,i 及び第n
+1送信信号の受信信号雑音電力比SNRn+1 に依存す
る。
は第i(i=1,…,n)送信信号の第n+1送信信号
に対する受信信号点位相差のしきい値であり、これは第
i送信信号の第n+1送信信号に対する受信電力比SI
Ri,n+1 及び第i送信信号の受信信号雑音電力比SNR
iに依存する。つまり、実施形態(1)における条件
に、Δθn+1,i <Th2n+1,i とΔθi, n+1 <Th2
i,n+1 の条件が加わったものとなる。この場合も、SN
Rn+1 >THsnr,n+1 と、ρn+1,i <Thn+1,i 及び/
又はρi,n+1 <Thi,n+1 と、Δθ n+1,i <Th2
n+1,i 及び/又はΔθi,n+1 <Th2i,n+1 とよりなる
条件としてもよい。Th2n+1,i とTh2i,n+1 はそれ
ぞれSNRn+i とSNRi のみに依存して決めてもよ
い。
θn+1,i も考慮する場合は図中に破線で示すようにステ
ップS5の次に第n+1送信信号の第i送信信号に対す
る受信信号点の位相差Δθn+1,i 〜Δθn+1,n を式(2
8)により計算し、また、受信電力比SIRn+1,1 〜S
IRn+1,n 及びSNRn+1 を用いてしきい値Th2n+
1,1 〜Th2n+1,n を決定する(S13)。ステップS
6では括弧内に示すようにΔθn+1,1 <Th2n+1,1 〜
Δθn+1,n <Th2n+1,n の条件も全て満すかを調べ
る。なお第1〜第n番目の送信アンテナAS1〜ASn
が同一チャネルを用いてシステムに加入している状態で
第n+1番目の送信アンテナが新たにシステムに加入す
る場合には、図1中の手順において、ステップS1、ス
テップS2は省略され、破線で示すように、第n+1番
目の送信アンテナASn+1からチャネル割り当て要求
を受信するとステップS3に移り(S14)、ステップ
S8、S9は省略し、他のステップを実行すればよい。
置は図2に示した装置に対し図4に示した構成を付加す
ればよい。図2中に伝搬路推定部17よりの推定伝搬路
行列Hn+1 が位相差計算部38−1〜38−nへ供給
される。これら位相差計算部38−1〜38−nには、
図2中の伝搬路記憶部23から伝搬路行列H1 〜H
n がそれぞれ供給され、また最大検出部24−1〜24
−nから、各検出した最大の相関αのインデックスt
max1〜tmaxnも供給される。位相差計算部38−1〜3
8−nでそれぞれ式(28)の計算が行われて位相差Δ
θn+1,1 〜Δθ n+1,n が出力されて比較器39−1〜3
9−nへそれぞれ供給される。図2中に示すように、し
きい値決定部31から、SNRn+1 、電力比SIR
n+1,1 〜SIRn+1,n に応じたしきい値Th2n+1,1 〜
Th2n+1,n が出力され、これらしきい値Th2
n+1,1 〜Th2n+1,n が比較器39−1〜39−nへ
供給される。比較器39−1〜39−nでの位相差Δθ
n+1,1 〜Δθn+1,n としきい値Th2 n+1,1 〜Th2
n+1,n とのα比較結果が図2中の判定部35へ供給され
る。その他は図2に示した構成、作用と同一である。な
お比較器39−1〜39−nは図2中のチャネル割当部
37内に構成されることになる。
i,n+1 を利用する場合、式(29)による位相差Δθ
i,n+1 を利用する場合は、図2及び図4中に一部の計算
結果を括弧書で示すようになる。図5は上記チャネル割
り当て機能を備えた多入力多出力伝搬路信号伝送方式の
システム構成を示す。n個の送信アンテナAS1〜AS
nに同一チャネルを割り当てた場合は、多入力多出力受
信機41でn送信信号を分離する等化器42が必要であ
る。この等化器42が必要な情報は、該当チャネルに存
在する送信アンテナ数n、および各送信信号の伝搬路値
H1〜Hnと雑音電力σ2である。よって図2又はこ
れと図4に示したチャネル割当装置における相関値算出
・チャネル割当部43で用いる情報からこれらの情報を
等化器42に提供することができる。
ナAS1〜ASnには同一チャネルが割り当てられ、第
n+1番目の送信アンテナASn+1に対し、チャネル
割り当てを行っている。この場合、等化器42は、第1
〜n送信信号を検出する必要があり、そのために必要な
情報は、送信信号数n、各送信信号の伝搬路値H1〜
Hn、雑音電力σ2であり、伝搬路推定部17からH
1〜Hnと、各受信アンテナごとの雑音電力とが等化器
42へ供給される。同図で第n+1番目の送信アンテナ
に同一チャネルが割り当てられると、送信信号数をn+
1に変更し、第n+1番目の送信信号の伝搬路値H
n+1及び雑音電力を等化器42に提供する必要がある。
多入力多出力信号伝送用の等化器42の構成としては、
文献[2]のものがあるが、他の等化器を用いてもよ
い。第n+1番目の送信アンテナASn+1にチャネル
が割り当てられた後にそのチャネルで送信アンテナAS
n+1から情報シンボルが送信されて通信が行われる。
るとして以下の条件でシミュレーションを行った。 送信アンテナ数N 2 各送信信号のマルチパス数Q 3 受信アンテナ数M 2 1フレーム内の情報シンボル数 900ビット ドップラー周波数 0Hz 変調方式 BPSK 伝送速度 20Mbps 受信機構成 文献[2]に記載のもの 各送信信号の受信SNR 10(dB) 図6Aに第1番目の送信アンテナAS1からの送信信号
の第2番目の送信アンテナAS2からの送信信号に対す
る伝搬路相関値ρ1,2に対応する受信FER(フレーム
誤差率)特性を示す。この結果より、所望受信品質をF
ER(10-2)とすれば、受信SNRが両送信信号とも
に10(dB)の場合の、チャネル割り当てに用いる伝
搬路相関値のしきい値Th11,2は、約0.6となるこ
とが分かる。よって実施形態(1)では、Th1,2=
0.6としてチャネル割り当てを行うとよい。
らの送信信号の第2番目の送信アンテナAS2からの送
信信号に対する伝搬路相関値ρ1,2及び、二つの受信信
号点の位相差Δθ1,2に対応する受信FER特性を示
す。この結果より、所望受信品質をFER(10-2)と
すれば、受信SNRが両送信信号ともに10(dB)の
場合の、チャネル割り当てに用いる相関値のしきい値T
h11,2は0.9、受信信号点位相差Δθ1,2は0.9と
なることが分かる。よって実施形態(2)では、Th1
1,2=0.9、Th21,2=0.9としてチャネル割り当
てを行うとよい。
SIR,SNRに対するしきい値Th11,2,Th21,2
を図7に示す。SNR1,S1/S2=SIR1,2が変化す
るとしきい値Th11,2,Th21,2も変更する必要があ
る。図2中のしきい値決定部21は例えばSNRとSI
Rとによりしきい値Th1,Th2が読み出される。図
7に示したようなしきい値Th1,Th2の各値が格納
されているものを用いればよい。図2及び図4に示した
チャネル割当装置を、コンピュータにより機能させるこ
ともできる。この場合は、コンピュータに、例えば図1
に示した各手順を実行させるためのチャネル割当プログ
ラムを、コンピュータにCD−ROM、可撓性磁気ディ
スクをインストールし、又は通信回線を介してダウンロ
ードし、そのチャネル割当プログラムをコンピュータに
実行させればよい。
入力多出力通信方式において伝搬路相関値を求め、それ
がしきい値以下であるか否かを判定することにより同一
チャネルの割り当てを行うことができる。その場合、そ
の判定に受信電力比を考慮することにより、より正しく
チャネル割り当てを行うことができる。またマルチパス
伝搬路の場合でも、チャネル割り当てを行うことができ
る。受信信号点の位相差を考慮する場合は、これを考慮
しない場合と比較し、マルチパス伝搬路の有無の何れに
おいてもより高い精度(きめ細かく)チャネル割り当て
を行うことができる。
図。
図。
図。
示す図。
ムの例を示す図。
ンの結果を示す図。
示す図。
SDMA方式の呼損率特性”信学技報 RCS9725
2(1998−02)pp.95−98 [2]阿部哲士他“周波数選択性MIMOチャネルにお
ける時空ターボ等化器”信学技報 RCS2000−2
56,pp.75−80
Claims (13)
- 【請求項1】 1以上の整数n個の送信アンテナを用い
て信号を同一チャネルで伝送し、1以上の整数M個の受
信アンテナで受信する通信方式のチャネル割り当て方法
であって、 新たに通信を開始する第n+1番目の送信アンテナによ
る信号の伝搬路と第1〜第n番目の送信アンテナによる
信号の伝搬路との各相関値、及び第n+1番目の送信ア
ンテナによる信号の受信信号雑音電力比を求め、 これらが所定の条件を満たすか否か判定し、 条件を満たせば、第n+1番目の送信アンテナに対し第
1〜第n番目の送信アンテナに割り当てているチャネル
と同一チャネルを割り当てることを特徴とする多入力多
出力通信方式のチャネル割り当て方法。 - 【請求項2】 上記第n+1番目の送信アンテナによる
信号の伝搬路、上記第1〜第n番目の送信アンテナによ
る信号の各伝搬路として、上記各送信アンテナと各受信
アンテナとの間のマルチパスを考慮したインパルス応答
を推定し、この伝搬路推定値を用いて上記相関値を求め
ることを特徴とする請求項1記載のチャネル割り当て方
法。 - 【請求項3】 上記第1〜第n番目の送信アンテナのそ
れぞれについて、その各パスごとの推定値を用いる相関
値を求め、その最大の値を、その送信アンテナについて
の上記伝搬路の相関値とすることを特徴とする請求項2
記載のチャネル割り当て方法。 - 【請求項4】 上記第n+1番目の送信アンテナの送信
信号と上記第1〜第n番目の送信アンテナの送信信号と
の受信電力比又は/及び、上記受信信号雑音電力比とに
基づくしきい値をそれぞれ決定し、上記各相関値が第1
〜第n番目の送信アンテナと対応するしきい値以下であ
るか否かにより、上記各相関値が所定の条件を満たすか
否かの判定を行うことを特徴とする請求項1〜3の何れ
かに記載のチャネル割り当て方法。 - 【請求項5】 上記第n+1番目の送信アンテナと各受
信アンテナ間の上記推定伝搬路値hn+1,m(q)(m=1,
…,M,q=0,…,Q−1)を推定し、(Qはマルチ
パスの数を表わす1以上の整数)これら推定値を用いて
第n+1番目の送信アンテナの信号伝搬路行列Hn+1
を作り、ただし 【数1】 第n+1番目の送信アンテナよりの送信信号の第i番目
(i=1,…,n)の送信アンテナよりの送信信号に対
する伝搬路の相関値、 ρn+1,i=Max(αn+1,i(0),αn+1,i(1),…
αn+1,i(2Q−2)) ここで、 αn+1,i(t)=|Hn+1 H[:,Q−1]・
Hi[:,t]|/(|Hn+1 H[:,Q−1]|・
|Hi[:,t]|)Hi [:,t]:行列Hiの第t列ベクトル(t=
0,1,…,2Q−2)を計算して上記伝搬路の相関値
とすることを特徴とする請求項4記載のチャネル割り当
て方法。 - 【請求項6】 上記インデックス(0〜2Q−2)中の
上記Max関数で選ばれたインデックスをtmaxとし
て、第n+1番目の送信アンテナの送信信号の第i番目
(i=1,…,n)の送信アンテナの送信信号に対する
受信信号点の位相差 Δθn+1,i=|imag(Hn+1 H[:,Q−2]・
Hi[:,tmax])/real(Hn+1 H[:,Q−1]
・Hi[:,tmax])| を計算し、これらΔθn+1,iが第n+1番目の送信信号
と第i番目の送信アンテナの送信信号との受信電力比S
IRn+1,i、又は/及び第n+1番目の送信アンテナの
送信信号の受信信号雑音電力比SNRn+1に依存するし
きい値以下であることを上記条件に加えることを特徴と
する請求項5記載のチャネル割り当て方法。 - 【請求項7】 上記第i番目の送信アンテナの送信信号
の第n+1番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬
路の相関値、 ρi,n+1 =Max(αi,n+1(0),αi,n+1(1),…,
αi,n+1(2Q−2))ここでαi,n+1(t)=|Hi H
[:,Q−1]・Hn+1 [:,t]|/(|Hi H
[:,Q−1]|・|Hn+1 [:,t]|) を計算して上記伝搬路の相関値に加えることを特徴とす
る請求項5又は6記載のチャネル割り当て方法。 - 【請求項8】 上記インデックス(0〜2Q−2)中の
上記ρi,n+1 を決定するmax関数で選ばれたインデッ
クスをtmax として、各第i番目の送信アンテナの送信
信号の第n+1番目の送信アンテナの送信信号に対する
受信信号点の位相差 Δθi,n+1 =|imag(Hi H [:,Q−1]・H
n+1 [:,tmax ])/real(Hi H [:,Q−1]
・Hn+1 [:,tmax ])| を計算し、これらΔθi,n+1 が、第i番目の送信アンテ
ナの送信信号の第n+1番目の送信信号に対する受信電
力比SIRi,n+1 又は/及び第i番目の送信アンテナの
送信信号の受信信号雑音電力比SNRi に依存するしき
い値以下であることを上記条件に加えることを特徴とす
る請求項5〜7の何れかに記載のチャネル割り当て方
法。 - 【請求項9】 1以上の整数n個の送信アンテナから同
一チャネルにより送信された信号を1以上の整数M個の
受信アンテナで受信して、上記n個の各送信アンテナの
受信アンテナへの搬送路を伝搬路推定部で推定し、その
推定された搬送路を用い受信信号から各送信アンテナの
送信信号を等化器で分離する受信機であって、 上記伝搬路推定部は、新たに送信を開始する第n+1番
目の送信アンテナから、第1〜第n番目の送信アンテナ
から送信信号を送信している同一チャネルでの送信され
た受信信号の伝搬路をも推定する機能も有し、 上記受信信号の信号雑音電力比を推定するSNR計算部
と、 上記第n+1番目の送信アンテナの送信信号の上記推定
伝搬路と、上記第1〜第n番目の送信アンテナの送信信
号のその各推定された伝搬路との相関値を計算する相関
値算出部と、 上記計算された各相関値及び上記推定した受信信号雑音
電力比をそれぞれ対応するしきい値と比較して、同一チ
ャネル割り当て条件を満すか否かを判断して、満せば上
記第n+1番目の送信アンテナからの信号送信に上記同
一チャネルを割り当てるチャネル割り当て部とを具備す
ることを特徴とする多入力多出力受信機。 - 【請求項10】 上記相関値算出部は1つの送信アンテ
ナからの送信信号の伝搬路に対し、各他の送信アンテナ
の送信信号の伝搬路との相関値の複数候補をそれぞれ計
算する相関計算部と、これら各相関計算部ごとにその計
算された相関値の複数の候補の最大値を、それぞれ上記
相関値算出部の出力相関値とする最大検出部を備えるこ
とを特徴とする請求項9記載の多入力多出力受信機。 - 【請求項11】 上記検出された最大値が得られた両伝
搬路で伝搬された両送信信号の受信信号間の位相差を対
応する推定伝搬路からそれぞれ計算する位相差計算部を
備え、 上記チャネル割り当て部は上記各位相差をそれぞれしき
い値と比較して、これらを上記同一チャネル割り当て条
件とする機能を有することを特徴とする請求項10記載
の多入力多出力受信機。 - 【請求項12】 請求項1〜8の何れかに記載の方法の
手順をコンピュータに実行させるためのチャネル割り当
てプログラム。 - 【請求項13】 請求項12に記載のチャネル割り当て
プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録
媒体。
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