JP2006295629A - Radio communication system, radio communication apparatus and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって形成される複数の論理的なチャネルを利用したMIMO(Multi Input Multi Output)通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、互いに直交する複数のサブキャリアを多重伝送するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)通信方式を適用したMIMO通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。 The present invention relates to a radio communication system for performing MIMO (Multi Input Multi Output) communication using a plurality of logical channels formed by a pair of a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas. The present invention relates to a radio communication apparatus and a radio communication method, and in particular, a radio communication system that performs MIMO communication using an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication system that multiplex-transmits a plurality of subcarriers orthogonal to each other, and radio communication The present invention relates to an apparatus and a wireless communication method.
さらに詳しくは、本発明は、MIMO_OFDM通信を行なう送受信機間の周波数誤差を正確に求める無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、受信機側においてアンテナ受信重みベクトルを計算するのと平行して、周波数誤差推定精度を向上させる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。 More particularly, the present invention relates to a radio communication system, a radio communication apparatus, and a radio communication method for accurately obtaining a frequency error between transmitters / receivers performing MIMO_OFDM communication, and in particular, to calculate an antenna reception weight vector on the receiver side. In parallel, the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method that improve frequency error estimation accuracy.
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11などを挙げることができる。 A wireless network is attracting attention as a system free from wiring in the conventional wired communication system. As a standard for a wireless network, IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 or the like can be cited.
例えばIEEE802.11a/gでは、無線LANの標準規格として、マルチキャリア方式の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式が採用されている。OFDM変調方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。OFDM変調方式によれば、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。 For example, in IEEE802.11a / g, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation scheme, which is one of multicarrier schemes, is adopted as a standard for wireless LANs. In the OFDM modulation scheme, the frequency of each carrier is set so that the subcarriers are orthogonal to each other within a symbol interval. That subcarriers are orthogonal to each other means that the peak point of the spectrum of an arbitrary subcarrier always coincides with the zero point of the spectrum of another subcarrier. According to the OFDM modulation scheme, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of carriers having different frequencies, so that the bandwidth of each carrier is narrow, the frequency utilization efficiency is very high, and it is resistant to frequency selective fading interference.
OFDM送信機は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル/パラレル変換して出力される複数のデータを各サブキャリアに割り当ててサブキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数サブキャリアについて逆FFTを行なうことで周波数軸での各サブキャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、OFDM受信機は、この逆の操作、すなわちFFTを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各サブキャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル/シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。 An OFDM transmitter assigns multiple data to be output by serial / parallel conversion of information sent serially for each symbol period slower than the information transmission rate, and modulates amplitude and phase for each subcarrier. And by performing inverse FFT on the plurality of subcarriers, the subcarriers are converted to time axis signals and transmitted while maintaining the orthogonality of each subcarrier on the frequency axis. The OFDM receiver performs the reverse operation, that is, performs FFT to convert the time-axis signal to the frequency-axis signal, demodulates each subcarrier in accordance with the modulation method, and performs parallel / serial conversion. The information sent with the original serial signal is reproduced.
また、IEEE802.11aの規格では最大で54Mbpsの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。 Further, although the IEEE 802.11a standard supports a modulation scheme that achieves a communication speed of 54 Mbps at the maximum, a wireless standard capable of realizing a higher bit rate is required.
無線通信の高速化を実現する技術の1つとして、MIMO(Multi−Input Multi−Output)通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路(以下、「MIMOチャネル」とも呼ぶ)を実現する通信方式である。送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出する。一方、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出すことができる(例えば、特許文献1を参照のこと)。例えば、IEEE802.11a/nでは、1次変調にOFDMを用いたOFDM_MIMO方式が採用されている。 MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication is attracting attention as one of the technologies for realizing high-speed wireless communication. This is a communication system that includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and realizes a spatially multiplexed transmission path (hereinafter also referred to as “MIMO channel”). Transmitter distributes transmission data to a plurality of antennas at a transmitter. On the other hand, each signal can be extracted without crosstalk by performing signal processing on spatial signals received by a plurality of antennas in the receiver (see, for example, Patent Document 1). For example, in IEEE 802.11a / n, an OFDM_MIMO scheme using OFDM for primary modulation is employed.
MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。MIMOはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。 According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. Also, since spatial multiplexing is used, the frequency utilization efficiency is good. MIMO is a communication method using channel characteristics and is different from a simple transmission / reception adaptive array.
図4には、MIMO通信システムを概念的に示している。MIMO送信機には、2本のアンテナ、すなわち送信アンテナ1と送信アンテナ2を備え、一方のMIMO受信機も2本の受信アンテナ1と受信アンテナ2を備えている。ここで、送信アンテナ1と受信アンテナ1の伝搬路を伝搬路a、送信アンテナ2と受信アンテナ1の伝搬路を伝搬路b、送信アンテナ1と受信アンテナ2の伝搬路を伝搬路c、送信アンテナ2と受信アンテナ2の伝搬路を伝搬路dとする。そして、送信機は、送信アンテナ1に対して送信データ系列X1を送信アンテナ2に対して送信データ系列X2を割り当て、受信機は、受信アンテナ1において受信データ系列Y1を受信し、受信アンテナ2において受信データ系列Y2を受信したものとする。この場合の伝搬路状況は、以下の式(1)のように表現することができる。
FIG. 4 conceptually shows the MIMO communication system. The MIMO transmitter is provided with two antennas, that is, a
このときのチャネル行列Hを次式(2)のように定義すると、次々式(3)のようにチャネル行列Hの逆行列H-1をアンテナ受信重み行列Wとして求めることができる。 If the channel matrix H at this time is defined as in the following equation (2), an inverse matrix H −1 of the channel matrix H can be obtained as the antenna reception weight matrix W as in the following equation (3).
したがって、次式(4)のように受信信号系列Y1及びY2にチャネル行列Hの逆行列H-1を乗算することで、次々式(5)のように受信信号系列X1及びX2が求まる。 Therefore, by multiplying the reception signal sequences Y1 and Y2 by the inverse matrix H −1 of the channel matrix H as in the following equation (4), the reception signal sequences X1 and X2 are obtained as in the following equation (5).
なお、図4では送受信アンテナがともに2本の場合を示したが、アンテナ本数が2本以上であれば、同様にしてMIMO通信システムを構築することができる。送信側では、複数の送信データに空間/時間符号を施して多重化し、M本の送信アンテナに分配してMIMOチャネルに送信する。これに対し、受信側では、MIMOチャネル経由でN本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間/時間復号して受信データを得ることができる。理想的には、送受信アンテナのうち少ない方の数(MIN[M,N])だけのMIMOストリームが形成される。 Although FIG. 4 shows the case where there are two transmission / reception antennas, if the number of antennas is two or more, a MIMO communication system can be constructed in the same manner. On the transmission side, a plurality of transmission data are multiplexed by applying space / time codes, distributed to M transmission antennas, and transmitted to the MIMO channel. On the other hand, on the receiving side, received data can be obtained by space / time decoding received signals received by N receiving antennas via a MIMO channel. Ideally, only the smaller number of transmission / reception antennas (MIN [M, N]) MIMO streams are formed.
MIMO受信機は、上述したように、空間多重された受信信号yから各ストリーム信号xを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Hを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Hから受信重み行列Wを求める必要がある。 As described above, in order to spatially separate each stream signal x from the spatially multiplexed received signal y, the MIMO receiver obtains the channel matrix H by some method and receives the reception weight from the channel matrix H by a predetermined algorithm. It is necessary to obtain the matrix W.
上式(2)で示されるチャネル行列Hは、一般的には、送信側並びに受信側で既知の系列を送受信することで、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路(式(2)の例で言えば、a、b、c、d)を行列形式に並べたものである。送信側アンテナ本数がNで受信側アンテナ本数がMのときは、チャネル行列はM×N(行×列)の行列となる。したがって、送信機からM×N個の既知系列すなわちトレーニング信号を送信し、受信機ではこのトレーニング信号を用いてチャネル行列Hを取得することができる。 The channel matrix H expressed by the above equation (2) is generally transmitted and received by transmitting and receiving known sequences on the transmission side and the reception side. In other words, a, b, c, d) are arranged in a matrix format. When the number of transmitting antennas is N and the number of receiving antennas is M, the channel matrix is an M × N (row × column) matrix. Therefore, M × N known sequences, that is, training signals are transmitted from the transmitter, and the receiver can obtain the channel matrix H using the training signals.
ここで、複数のトレーニング信号を同時に無対策で送信すると受信側ではどのアンテナから送信されたものかが判別することができなくなるので、送信機側から送信アンテナ毎のトレーニング信号を時分割(すなわち時間的に直交させて)送信し、受信機側では各受信アンテナで受信したトレーニング信号を基にチャネル行列Hを取得するという時分割法を適用する(図5を参照のこと)。 Here, if a plurality of training signals are simultaneously transmitted without countermeasures, the receiving side cannot determine which antenna has been transmitted. Therefore, the training signal for each transmitting antenna is time-divisionally (ie, time-divided) from the transmitter side. The time division method of acquiring the channel matrix H based on the training signal received by each receiving antenna is applied on the receiver side (see FIG. 5).
また、チャネル行列Hから受信重み行列Wを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、Zero Force(ゼロ化規範)や、MMSE(Minimum Mean Square Error)などが知られている。Zero Forceは、完全にクロストークを取り除く論理に基づいた方法であり、一方のMMSEは、信号電力と2乗エラー(クロストーク電力と雑音電力の和)の比を最大化する論理に基づいた方法である。 As a relatively simple algorithm for obtaining the reception weight matrix W from the channel matrix H, Zero Force (zeroization standard), MMSE (Minimum Mean Square Error), and the like are known. Zero Force is a logic-based method that completely eliminates crosstalk, while MMSE is a logic-based method that maximizes the ratio of signal power and square error (sum of crosstalk power and noise power). It is.
ここで、OFDM通信機においては、周波数オフセットの問題がある。これは、送受信機にそれぞれ搭載されている発振器の周波数の微妙な誤差に起因する。例えば、無線LANでは20ppm程度の精度の発振器が使用され、発振器の誤差は受信機側のデジタル部分では受信信号の位相の回転という現象として観測される。 Here, there is a problem of frequency offset in the OFDM communication device. This is due to a subtle error in the frequency of the oscillator mounted on each transceiver. For example, an oscillator having an accuracy of about 20 ppm is used in a wireless LAN, and an error of the oscillator is observed as a phenomenon of phase rotation of a received signal in a digital part on the receiver side.
OFDM通信の場合、周波数領域のOFDM信号はSync関数の集合である。各Sync関数の節に別のSync関数のピークが来るようになっている。このため、MIMO_OFDM通信システムでは、チャネル推定する前に、まず周波数誤差を正確に除去しておかないと、サブキャリア間で干渉を起こしてしまう(図6中の点線を参照のこと)。 In the case of OFDM communication, the frequency domain OFDM signal is a set of Sync functions. Another Sync function peak comes to the section of each Sync function. For this reason, in the MIMO_OFDM communication system, interference must be caused between subcarriers unless the frequency error is first accurately removed before channel estimation (see the dotted line in FIG. 6).
周波数オフセットの一般的な対策として、送信機側からのパケットの先頭に、既知パターンからなるプリアンブルが付加される。受信機側ではこのプリアンブルを利用して同期獲得並びに送信機との周波数オフセットの観測を行ない、周波数のずれに対応してデータの位相を逆回転することにより周波数オフセットの補正が行なわれる。 As a general countermeasure against the frequency offset, a preamble including a known pattern is added to the head of the packet from the transmitter side. The receiver uses this preamble to acquire synchronization and observe the frequency offset with the transmitter, and the frequency offset is corrected by reversely rotating the data phase in response to the frequency shift.
MIMO_OFDM通信システムでは、周波数誤差を除いてからプリアンブルにおいてチャネル推定を行なうことになる。図7中で、矢印の向き(位相)と大きさ(振幅)を全サブキャリアにわたって求めることがチャネル推定に相当する。当初の周波数補正で除去できなかった周波数誤差は、プリアンブルに続くOFDMシンボルのサブキャリア全体の位相回転になる。 In the MIMO_OFDM communication system, channel estimation is performed in the preamble after removing the frequency error. In FIG. 7, obtaining the direction (phase) and magnitude (amplitude) of the arrow over all subcarriers corresponds to channel estimation. The frequency error that cannot be removed by the initial frequency correction is the phase rotation of the entire subcarrier of the OFDM symbol following the preamble.
ブロードバンド無線通信では正確な周波数誤差推定がとりわけ重要である。そこで、IEEE802.11aなどでは、プリアンブルで周波数誤差推定して受信信号の周波数補正を行ない、さらにデータ・シンボルでも残留する周波数誤差のトラッキングをしている。しかしながら、当初の周波数誤差推定が正確でないと、残留周波数誤差に対しトラッキングが追従しきれないので、SN比を上げてもパケット・エラーがなくならないエラー・フロアが生じ易くなる。 Accurate frequency error estimation is particularly important in broadband wireless communications. Therefore, in IEEE802.11a or the like, the frequency error of the received signal is corrected by estimating the frequency error using the preamble, and the frequency error remaining in the data symbol is also tracked. However, if the initial frequency error estimation is not accurate, tracking cannot follow the residual frequency error, so that an error floor where the packet error does not disappear even if the SN ratio is increased is likely to occur.
本発明の目的は、MIMO_OFDM通信を行なう際に、受信機側でパケットのプリアンブルを用いた当初の周波数誤差推定をより正確に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an excellent radio communication system, radio communication apparatus, and radio communication method capable of more accurately performing initial frequency error estimation using a preamble of a packet on the receiver side when performing MIMO_OFDM communication. Is to provide.
本発明のさらなる目的は、MIMO_OFDM通信を行なう受信機において、チャネル推定を行なう際に周波数誤差を正確に除去することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication system, radio communication apparatus, and radio communication method capable of accurately removing a frequency error when performing channel estimation in a receiver that performs MIMO_OFDM communication. is there.
本発明のさらなる目的は、MIMO_OFDM通信を行なう受信機において、プリアンブルを用いた当初の周波数誤差推定の精度を向上し、より信頼性のあるチャネル推定を行なうことにより、データ部において有効な空間分離を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。 A further object of the present invention is to improve the accuracy of the initial frequency error estimation using the preamble and perform more reliable channel estimation in a receiver that performs MIMO_OFDM communication, thereby achieving effective spatial separation in the data portion. An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus, and wireless communication method that can be performed.
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって形成される複数の論理的なチャネルを利用したMIMO通信を行なう無線通信システムであって、
前記送信機は、送信するパケットに周波数誤差推定用の第1のプリアンブルと、第1のプリアンブルと位相比較可能な第2のプリアンブルを付加し、
前記受信機は、受信したパケットの第1のプリアンブル内で位相比較を行なって周波数誤差を推定するとともに、第1のプリアンブルと第2のプリアンブルの間で位相比較を行なって周波数誤差を推定する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and MIMO communication using a plurality of logical channels formed by a pair of a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas. A wireless communication system for performing
The transmitter adds a first preamble for frequency error estimation to a packet to be transmitted and a second preamble whose phase can be compared with the first preamble,
The receiver performs a phase comparison within the first preamble of the received packet to estimate a frequency error, and performs a phase comparison between the first preamble and the second preamble to estimate a frequency error.
This is a wireless communication system.
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない(以下、同様)。 However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not (hereinafter the same).
本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって形成される複数の論理的なチャネルを利用したMIMO通信システムに関する。MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、本発明では、周波数利用効率を上げるとともにマルチパス環境における遅延歪みの問題などを解決するために、OFDM変調方式を適用している。 The present invention relates to a MIMO communication system using a plurality of logical channels formed by a pair of a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas. According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. In the present invention, the OFDM modulation scheme is applied in order to improve the frequency utilization efficiency and solve the problem of delay distortion in a multipath environment.
ここで、無線通信システムにおいては、送信機と受信機にそれぞれ搭載されているローカルオシレータの周波数が微妙に誤差を持つことに起因した、周波数誤差の問題がある。MIMO通信では、チャネル推定する前に、まず周波数誤差を正確に除去しておかないと、サブキャリア間で干渉を起こしてしまう。プリアンブルで周波数誤差推定して受信信号の周波数補正を行ない、さらにデータ・シンボルでも残留する周波数誤差のトラッキングを行なうこともできるが、当初の周波数誤差推定が正確でないと、残留周波数誤差に対しトラッキングが追従しきれなくなる。 Here, in the wireless communication system, there is a problem of frequency error due to a slight error in the frequency of the local oscillator mounted in each of the transmitter and the receiver. In MIMO communication, interference must occur between subcarriers unless the frequency error is first accurately removed before channel estimation. The frequency error of the received signal can be corrected by estimating the frequency error using the preamble, and the remaining frequency error can also be tracked using the data symbol. It becomes impossible to follow.
MIMO通信では、受信機側でチャネル行列を作るために、通信チャネル(ストリーム)数だけのプリアンブルがパケットに追加される(前述及び図5を参照のこと)。そこで、これらのプリアンブルでも周波数誤差推定を行なうことは可能であり、これによって推定精度を上げることができると考えられる。 In MIMO communication, in order to create a channel matrix on the receiver side, preambles corresponding to the number of communication channels (streams) are added to the packet (see the above and FIG. 5). Thus, it is possible to perform frequency error estimation with these preambles, and it is considered that the estimation accuracy can be increased.
しかしながら、これらの追加プリアンブルの周波数誤差推定とその補正処理をしてからチャネル行列を作り、逆行列計算(あるいは特異値分解)などのアンテナ受信重み行列の計算処理を行なうとすると、MIMO合成を開始するまでに時間がかかり過ぎて通信に支障をきたしてしまう。 However, if a channel matrix is created after estimating the frequency error of these additional preambles and correcting them, and then an antenna reception weight matrix calculation process such as inverse matrix calculation (or singular value decomposition) is performed, MIMO synthesis starts. It takes too much time to do so, and it interferes with communication.
また、元からあるプリアンブルだけで周波数誤差を推定しても残留周波数誤差が残る上、プリアンブルを追加した分だけ周波数誤差推定用のプリアンブルとデータ・シンボルの時間間隔が広がり、残留周波数誤差による位相差もその時間間隔に比例してより大きなものとなり、通信品質上の問題となる。 In addition, even if the frequency error is estimated using only the original preamble, the residual frequency error remains, and the time interval between the preamble and the data symbol for frequency error estimation is increased by the amount of the added preamble, resulting in a phase difference due to the residual frequency error. Becomes larger in proportion to the time interval, which causes a problem in communication quality.
また、MIMO通信では、ストリームによってプリアンブルとデータ(ペイロード)の間隔が広く空いてしまい、アンテナ受信重みベクトルが残留周波数誤差のためにデータ・シンボルに適合しなくなってしまうことが予想される。 Also, in MIMO communication, it is expected that the space between the preamble and data (payload) will be wide due to the stream, and the antenna reception weight vector will not match the data symbol due to the residual frequency error.
そこで、本発明に係るMIMO_OFDM通信システムでは、受信機側では、1つのプリアンブル内で対応するシンボル同士の位相比較を行なって周波数誤差の推定並びにその補正を行なった後、さらに位相比較が可能な複数のプリアンブルの間で同様の位相比較により周波数誤差の推定を行なうことによって、その推定精度の向上を図っている。 Therefore, in the MIMO_OFDM communication system according to the present invention, the receiver side performs phase comparison between corresponding symbols in one preamble to estimate and correct the frequency error, and then a plurality of phases that can be further compared. The estimation accuracy is improved by estimating the frequency error by the same phase comparison between the two preambles.
送信機側では、送信パケットのヘッダ部分に、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブルと、チャネル行列を推定するための複数のプリアンブル(トレーニング信号)が付加されている。チャネル行列は送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路を行列形式に並べたものであることから、チャネル行列推定用に各送信アンテナからのプリアンブルを時分割で送信する。本発明では、チャネル行列推定用のプリアンブルのうちいずれか1つを周波数誤差推定用のプリアンブルと位相比較可能としておく。 On the transmitter side, a preamble for synchronization acquisition and frequency error estimation and a plurality of preambles (training signals) for estimating a channel matrix are added to the header portion of the transmission packet. Since the channel matrix is obtained by arranging the propagation paths of the transmission and reception antenna combinations in a matrix format, the preamble from each transmission antenna is transmitted in time division for channel matrix estimation. In the present invention, any one of the preambles for channel matrix estimation is made phase-comparable with the preamble for frequency error estimation.
そして、受信機側では、周波数誤差推定用のプリアンブル内で位相比較により周波数誤差の推定とその補正を行なった後に、周波数誤差推定用のプリアンブルとチャネル行列推定用の1つとプリアンブルの間で位相比較して周波数誤差を推定する。プリアンブル間での位相比較はプリアンブル内での位相比較に比し間隔が大きいので、より正確な周波数誤差の推定並びに補正を得ることができる。 On the receiver side, the frequency error is estimated and corrected by phase comparison within the preamble for frequency error estimation, and then the phase comparison is performed between the preamble for frequency error estimation and one for channel matrix estimation and the preamble. To estimate the frequency error. Since the phase comparison between the preambles is longer than the phase comparison within the preamble, more accurate estimation and correction of the frequency error can be obtained.
ここで、プリアンブル間で位相比較を行なうには、両者が位相比較可能な状態でなければならない。これらプリアンブルがともに同じアンテナ送信重みベクトルで合成されていれば位相比較が可能になるので、チャネル推定用の何番目のプリアンブルを位相比較に用いるかを、送受信間であらかじめ取り決めておけばよい。 Here, in order to perform phase comparison between preambles, both must be in a phase-comparable state. If these preambles are combined with the same antenna transmission weight vector, phase comparison is possible. Therefore, what number preamble for channel estimation is used for phase comparison may be determined in advance between transmission and reception.
OFDMを始めとするマルチキャリア伝送方式では、周波数誤差の推定は、プリアンブル内並びにプリアンブル間において、対応するサンプル点同士の位相を比較することによって行なうことができる。例えば、プリアンブルを構成するトレーニング・フィールドは前半と後半とで信号が繰り返されている場合、プリアンブル内では、前半のn番目と後半のn番目のサンプル点で位相比較を行なう。また、プリアンブル間では、それぞれの先頭からm番目のサンプル点で位相比較を行なう。 In multi-carrier transmission schemes such as OFDM, the frequency error can be estimated by comparing the phases of corresponding sample points within and between preambles. For example, in the training field constituting the preamble, when signals are repeated in the first half and the second half, the phase comparison is performed at the n-th sample point in the first half and the second half in the preamble. Further, between preambles, phase comparison is performed at the m-th sample point from each head.
受信機は、基本動作として、周波数誤差推定用のプリアンブル内の位相比較に基づいて受信信号の周波数誤差を補正するが、ノイズその他の影響により周波数オフセット量の算出において誤差が生じた場合などには周波数誤差が残留することがある。そこで、受信機は、チャネル行列推定用の各プリアンブルを用いてチャネル行列を推定するのに平行して、チャネル行列推定用の少なくとも1つのプリアンブル内での位相比較又は第1及び第2のプリアンブル間の位相比較により残留周波数誤差を求め、これを補正することによって、周波数誤差の影響を除去することができる。 As a basic operation, the receiver corrects the frequency error of the received signal based on the phase comparison in the preamble for frequency error estimation, but if an error occurs in the calculation of the frequency offset due to noise or other effects, etc. Frequency error may remain. Therefore, in parallel to estimating the channel matrix using each preamble for channel matrix estimation, the receiver compares the phase within at least one preamble for channel matrix estimation or between the first and second preambles. By calculating the residual frequency error by phase comparison and correcting this, the influence of the frequency error can be eliminated.
このような場合、受信機は、チャネル行列から求まるアンテナ受信重み行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正することができる。この場合、残留周波数誤差の影響を除去したアンテナ受信重み行列を用いて受信信号を各ストリーム信号に空間分離することができる。 In such a case, the receiver can correct the residual frequency error by rotating the phase of the antenna reception weight matrix obtained from the channel matrix. In this case, the received signal can be spatially separated into each stream signal using the antenna reception weight matrix from which the influence of the residual frequency error is removed.
あるいは、受信機は、MIMO合成した通信チャネルのチャネル行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正するようにしてもよい。この場合、残留周波数誤差の成分を含んだアンテナ受信重み行列でMIMO合成することになるが、残留周波数誤差による影響をチャネル推定として受信信号を復号することができる。 Alternatively, the receiver may correct the residual frequency error by rotating the phase of the channel matrix of the MIMO-combined communication channel. In this case, MIMO combining is performed using the antenna reception weight matrix including the residual frequency error component, but the received signal can be decoded with the influence of the residual frequency error as channel estimation.
あるいは、受信機は、MIMO合成した通信チャネルの受信データの位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正するようにしてもよい。この場合、残留周波数誤差の成分を含んだアンテナ受信重み行列でMIMO合成した後、残留周波数誤差分だけ受信信号の位相を回転させて、位相空間上で正しい信号点に戻して残留周波数誤差の影響を除去した後に、復号を行なう。 Alternatively, the receiver may correct the residual frequency error by rotating the phase of the received data of the MIMO-combined communication channel. In this case, after MIMO combining with the antenna reception weight matrix including the residual frequency error component, the phase of the received signal is rotated by the residual frequency error and returned to the correct signal point in the phase space to influence the residual frequency error. After removing, decryption is performed.
また、受信機は、時分割送信されるチャネル行列推定用の各プリアンブルとデータの間隔に応じてストリーム毎に補正位相量を調節して残留周波数誤差を補正するようにしてもよい。 Further, the receiver may correct the residual frequency error by adjusting the correction phase amount for each stream in accordance with the interval between each preamble for channel matrix estimation and data transmitted in a time division manner.
受信機は、このような残留周波数誤差の補正を行なう場合、チャネル行列を推定するのに平行して、周波数誤差の測定を行なうことができる。したがって、追加プリアンブルの周波数誤差推定とその補正処理をしてからチャネル行列を推定し、逆行列演算あるいは特異値分解などの処理を行なう場合に比べ、処理時間が短くて済むので、通信に支障をきたすことはない。また、プリアンブルとデータの間隔に応じて受信ストリーム毎に補正位相量を調整するので、残留周波数誤差の影響をより正確に除去することができ、通信品質が向上する。 When correcting the residual frequency error, the receiver can measure the frequency error in parallel with estimating the channel matrix. Therefore, the channel error is estimated after the frequency error of the additional preamble is estimated and corrected, and the processing time is shorter than when processing such as inverse matrix calculation or singular value decomposition is performed. Never come. In addition, since the correction phase amount is adjusted for each reception stream according to the interval between the preamble and the data, the influence of the residual frequency error can be more accurately removed, and the communication quality is improved.
本発明によれば、MIMO_OFDM通信を行なう際に、受信機側でパケットのプリアンブルを用いた当初の周波数誤差推定をより正確に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, when performing MIMO_OFDM communication, an excellent radio communication system, radio communication apparatus, and radio communication method capable of more accurately performing initial frequency error estimation using a packet preamble on the receiver side. Can be provided.
また、本発明によれば、MIMO_OFDM通信を行なう受信機において、チャネル推定を行なう際に周波数誤差を正確に除去することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an excellent radio communication system, radio communication apparatus, and radio communication method capable of accurately removing a frequency error when performing channel estimation in a receiver that performs MIMO_OFDM communication. Can do.
また、本発明によれば、MIMO_OFDM通信を行なう受信機において、プリアンブル部を用いてアンテナ受信重みベクトルを計算するのと平行して、寄り精度の高い周波数誤差推定を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。すなわち、受信機は、プリアンブルを用いた当初の周波数誤差推定の精度を向上し、より信頼性のあるチャネル推定を行なうことにより、データ部において有効な空間分離を行なうことができる。 In addition, according to the present invention, in a receiver that performs MIMO_OFDM communication, it is possible to perform frequency error estimation with high accuracy in parallel with calculation of an antenna reception weight vector using a preamble part. A communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method can be provided. That is, the receiver can perform effective spatial separation in the data portion by improving the accuracy of the initial frequency error estimation using the preamble and performing more reliable channel estimation.
本発明によれば、周波数誤差の推定精度を高めることができるので、MIMO通信のとりわけ高ビットレートのモードにおいて実効ビットレートを向上させることができる。 According to the present invention, since the estimation accuracy of the frequency error can be increased, the effective bit rate can be improved particularly in the high bit rate mode of the MIMO communication.
また、本発明によれば、アンテナ素子数の増大に伴い、時分割送信されるプリアンブルとデータ(ペイロード)の間隔が開いてしまうことによる周波数誤差推定のずれの影響を低減し、高次のMIMO通信でも確実に多重効果を得ることができる。 In addition, according to the present invention, as the number of antenna elements increases, the influence of frequency error estimation deviation due to the increase in the interval between the preamble and data (payload) transmitted in a time division manner is reduced, and higher-order MIMO is reduced. Multiple effects can be reliably obtained even in communication.
また、本発明によれば、周波数補正処理を確実に行なうことができるので、MIMO通信機はより安価な発振器を使用できることになる。 Further, according to the present invention, the frequency correction process can be performed reliably, so that the MIMO communication apparatus can use a cheaper oscillator.
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうMIMO通信に関する。MIMO通信方式では、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出し、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出す。MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。 The present invention relates to MIMO communication in which a transmitter and a receiver each having a plurality of antennas are paired to transmit a spatially multiplexed signal. In the MIMO communication system, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of antennas in a transmitter, and each signal is extracted without crosstalk by performing signal processing on spatial signals received by the plurality of antennas in a receiver. According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. Also, since spatial multiplexing is used, the frequency utilization efficiency is good.
また、本発明に係る通信システムは、OFDM変調方式を併用したMIMO_OFDM通信システムである。OFDM変調方式は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。OFDM変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。 The communication system according to the present invention is a MIMO_OFDM communication system using an OFDM modulation scheme. The OFDM modulation scheme is a multicarrier transmission scheme in which the frequency of each subcarrier is set so that the subcarriers are orthogonal to each other within a symbol interval. That subcarriers are orthogonal to each other means that the peak point of the spectrum of an arbitrary subcarrier always coincides with the zero point of the spectrum of another subcarrier. According to the OFDM modulation scheme, the frequency utilization efficiency is very high and it is strong against frequency selective fading interference.
図1には、本発明の一実施形態に係るMIMO_OFDM通信装置の構成を示している。 FIG. 1 shows a configuration of a MIMO_OFDM communication apparatus according to an embodiment of the present invention.
各送受信アンテナ11a及び11bには、スイッチ12a及び12bを介して、それぞれ送信系統並びに受信系統が並列的に接続され、他の無線通信装置宛てに信号を所定の周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。但し、スイッチ12a及び12bは送受信アンテナ11a及び11bを送信系統又は受信系統の一方と排他的に接続し、送受信をともに並行しては行なえないものとする。 Each transmission / reception antenna 11a and 11b is connected in parallel with a transmission system and a reception system via switches 12a and 12b, respectively, and wirelessly transmits signals to other wireless communication devices on a predetermined frequency channel, or Collects signals sent from other wireless communication devices. However, the switches 12a and 12b connect the transmission / reception antennas 11a and 11b exclusively to one of the transmission system and the reception system, and cannot perform transmission and reception in parallel.
各送信系統は、符号化部21と、IFFT22と、ガード付与部23と、プリアンブル/リファレンス付与部24と、アンテナ毎のD/A変換器25及び送信用アナログ処理部26を備えている。
Each transmission system includes an
符号化部21は、通信プロトコルの上位レイヤから送られてきた送信データを誤り訂正符号で符号化するとともに、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAMなどの所定の変調方式により送信信号を信号空間上にマッピングする。さらに、符号化後の送信信号を所定の送信重み行列で乗算することにより、空間多重により複数のMIMOチャネルを得る。この時点で、パイロット・シンボル挿入パターン並びにタイミングに従って、既知のデータ系列をパイロット・シンボルとして変調シンボル系列に挿入するようにしてもよい。サブキャリア毎あるいはサブキャリア数本の間隔で、既知パターンからなるパイロット信号が挿入される。
The
IFFT22では、変調されたシリアル形式の信号を、並列キャリア数並びにタイミングに従って、並列キャリア数分のパラレル・データに変換してまとめた後、所定のFFTサイズ並びにタイミングに従ってFFTサイズ分の逆フーリエ変換を行なう。
In
ガード付与部23は、シンボル間干渉の除去のため、1OFDMシンボルの前後にガード・インターバル区間を設ける。ガード・インターバルの時間幅は、伝搬路の状況、すなわち復調に影響を及ぼす遅延波の最大遅延時間によって決定される。そして、直列の信号に直し、周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して、送信信号とする。
The
プリアンブル/リファレンス付与部24は、RTS、CTS、DATAパケットなどの送信信号の先頭にプリアンブル信号やリファレンス信号を付加する。
The preamble /
アンテナ毎の送信信号は、それぞれのD/A変換器25によりアナログのベースバンド信号に変換され、さらにそれぞれの送信用アナログ処理部26によりRF周波数帯にアップコンバートされてから、各アンテナ11より各MIMOチャネルへ送出される。 A transmission signal for each antenna is converted into an analog baseband signal by each D / A converter 25 and further up-converted to an RF frequency band by each transmission analog processing unit 26, and then transmitted from each antenna 11. Transmitted to the MIMO channel.
一方、各受信系統は、アンテナ毎の受信用アナログ処理部31及びA/D変換器32と、同期獲得部33と、周波数オフセット補償部34と、FFT35と、空間分離部36と、位相回転補償部37と、復号器38で構成される。
On the other hand, each reception system includes a reception analog processing unit 31 and an A / D converter 32 for each antenna, a
各アンテナ11より受信した信号を、それぞれの受信用アナログ処理部31でRF周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートし、それぞれのA/D変換器32により、デジタル信号に変換する。 A signal received from each antenna 11 is down-converted from an RF frequency band to a baseband signal by each reception analog processing unit 31, and converted into a digital signal by each A / D converter 32.
各アンテナ系統のデジタル・ベースバンド信号は、同期獲得部33により検出された同期タイミングに従って、シリアル・データとしての受信信号をパラレル・データに変換してまとめられる(ここでは、ガード・インターバルまでを含む1OFDMシンボル分の信号がまとめられる)。 The digital baseband signal of each antenna system is collected by converting the received signal as serial data into parallel data in accordance with the synchronization timing detected by the synchronization acquisition unit 33 (including up to the guard interval here). Signals for one OFDM symbol are collected).
周波数オフセット補償部34は、受信信号に含まれる周波数誤差を推定し、この推定値に基づいてそれぞれのデジタル・ベースバンド信号に対し初期の周波数補正が行なう。
The frequency offset
パケットのヘッダ部分に、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブルと、チャネル行列を推定するための複数のプリアンブル(トレーニング信号)が付加されている。本実施形態では、周波数オフセット補償部34は、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブル内で位相比較により当初の周波数誤差推定並びに補正を行なうとともに、チャネル行列推定用の各プリアンブル内での位相比較、並びに位相比較可能な複数のプリアンブル間での位相比較を行なうことによって、チャネル行列の推定に平行して、より精度の高い残留周波数誤差の推定を行なうようにしている。残留周波数誤差の推定並びに補正処理の詳細については後に詳解する。
A preamble for synchronization acquisition and frequency error estimation and a plurality of preambles (training signals) for estimating a channel matrix are added to the header portion of the packet. In the present embodiment, the frequency offset
FFT35は、有効シンボル長分の信号をフーリエ変換により時間軸の信号を周波数軸の信号に変換し、受信信号をサブキャリア信号に分解する。
The
空間分離部36は、パケットのヘッダに付加されているチャネル行列推定用のプリアンブル部のFFT出力を基に、チャネル行列Hをサブキャリア毎に生成し、このチャネル行列からアンテナ受信重み行列を算出する。そして、各アンテナからの受信信号にアンテナ受信重み行列を乗算することによって、パケットのデータ部のFFT出力をサブキャリア毎にMIMO合成して、独立した複数のMIMOストリームに分離する。
The
空間分離部36は、プリアンブルを用いて推定されるチャネル行列Hから、例えばZero ForceやMMSEなどのアルゴリズムに基づいて、その逆行列H-1をアンテナ受信重み行列として算出することができる。あるいは、チャネル行列Hを特異値分解して、アンテナ重み行列Wとしての受信用重み行列UHを得るようにしてもよい。
The
本実施形態では、空間分離部36は、チャネル行列の推定やMIMO合成に平行して、周波数オフセット補償部34によって求められた残留周波数誤差の補正処理を行なうようになっている。例えば、チャネル行列から算出したアンテナ受信重み行列に対し位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正する。あるいは、残留周波数誤差の成分を含んだアンテナ受信重み行列でMIMO合成した後、残留周波数誤差分だけ受信信号の位相を回転させて、位相空間上で正しい信号点に戻して残留周波数誤差の影響を除去する。残留周波数誤差の推定並びに補正処理の詳細については後に詳解する。
In the present embodiment, the
位相回転補償部37は、MIMO合成された各MIMOチャネルに対しそれぞれ残留周波数オフセットと位相雑音による位相回転量の補正を行なう。残留周波数オフセットと位相雑音はMIMOチャネル間で同一となるので、各パイロット・サブキャリアを用いて得られるMIMOチャネル毎の位相回転量の観測値を統合すなわち平均化し、よりノイズに耐性のある位相回転量を得ることができる。そして、得られた位相回転量を用いてMIMOチャネル毎に位相補償を施す。
The phase
位相回転補償部37は、例えば、周波数オフセット又はタイミング・オフセットを示す位相差をIQ平面上のベクトルとし、このベクトルの大きさを重みとする平均値を求め、周波数オフセット又はタイミング・オフセットによる位相補正量を推定することができる。MIMO合成した後に含まれる残留周波数誤差の除去方法に関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特願2004−378944号明細書に記載されている。
The phase
復号部38は、位相回転補正後に、位相空間(constallation)上の変調点から元の値に復調する。
After the phase rotation correction, the
上述したように、MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。一方、ブロードバンド無線通信では正確な周波数誤差推定がとりわけ重要である。 As described above, according to the MIMO communication method, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. On the other hand, accurate frequency error estimation is particularly important in broadband wireless communication.
例えば、IEEE802.11aで規定するように、プリアンブルで周波数誤差推定して受信信号の周波数補正を行ない、さらにデータ・シンボルでも残留する周波数誤差のトラッキングを行なうこともできるが、当初の周波数誤差推定が正確でないと、残留周波数誤差に対しトラッキングが追従しきれなくなる。 For example, as specified in IEEE802.11a, the frequency error of the received signal can be corrected by estimating the frequency error with the preamble, and the remaining frequency error can be tracked with the data symbol. If it is not accurate, tracking cannot follow the residual frequency error.
そこで、本実施形態に係るMIMO_OFDM通信システムでは、受信機側では、1つのプリアンブル内で対応するシンボル同士の位相比較を行なって周波数誤差を推定するとともに、位相比較が可能な複数のプリアンブルの間で同様の位相比較により周波数誤差の推定を行なうことによって、その推定精度の向上を図っている。 Therefore, in the MIMO_OFDM communication system according to the present embodiment, the receiver side performs phase comparison between corresponding symbols in one preamble to estimate a frequency error, and between a plurality of preambles capable of phase comparison. By estimating the frequency error by the same phase comparison, the estimation accuracy is improved.
送信機側では、送信パケットのヘッダ部分に、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブルと、チャネル行列を推定するための複数のプリアンブル(トレーニング信号)が付加される。MIMO通信では、送信機は、チャネル行列推定用に各送信アンテナからのプリアンブルを時分割で送信する。受信機では、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路をプリアンブルから推定し、これらの推定値を行列形式に並べることによって、チャネル行列を得ることができる。本実施形態では、チャネル行列推定用のプリアンブルのうちいずれか1つを周波数誤差推定用のプリアンブルと位相比較可能としておく。 On the transmitter side, a preamble for synchronization acquisition and frequency error estimation and a plurality of preambles (training signals) for estimating a channel matrix are added to the header portion of the transmission packet. In MIMO communication, a transmitter transmits a preamble from each transmission antenna in time division for channel matrix estimation. In the receiver, the channel matrix can be obtained by estimating the propagation path of the path corresponding to the transmission / reception antenna combination from the preamble and arranging these estimated values in a matrix form. In the present embodiment, any one of the preambles for channel matrix estimation is made phase-comparable with the preamble for frequency error estimation.
このような場合、受信機側では、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブル内で位相比較により周波数誤差を推定するとともに、同期獲得及び周波数誤差推定用のプリアンブルとチャネル行列推定用の1つとプリアンブルの間で位相比較して周波数誤差を推定することによって、より正確な周波数誤差の推定並びに補正を得ることができる。すなわち、受信機は、チャネル行列推定用の各プリアンブルを用いてチャネル行列を推定するのに平行して、チャネル行列推定用の少なくとも1つのプリアンブル内での位相比較又は第1及び第2のプリアンブル間の位相比較により残留周波数誤差を求め、これを補正することによって、空間分離した後の受信ストリームから周波数誤差の影響を除去することができる。 In such a case, the receiver side estimates the frequency error by phase comparison in the preamble for synchronization acquisition and frequency error estimation, and also includes one preamble for synchronization acquisition and frequency error estimation, one for channel matrix estimation, and a preamble. More accurate frequency error estimation and correction can be obtained by phase comparison between the two and estimating the frequency error. That is, the receiver compares the phase within at least one preamble for channel matrix estimation or between the first and second preambles in parallel with estimating the channel matrix using each preamble for channel matrix estimation. By calculating the residual frequency error by phase comparison and correcting this, the influence of the frequency error can be removed from the received stream after spatial separation.
以下では、チャネル行列の推定に平行して残留周波数誤差を補正する処理の仕組みについて詳解する。 Hereinafter, a detailed description will be given of a processing mechanism for correcting the residual frequency error in parallel with the estimation of the channel matrix.
図2には、本実施形態に係るMIMO通信システムにおいて使用されるパケットのフォーマットを模式的に示している。 FIG. 2 schematically shows a packet format used in the MIMO communication system according to the present embodiment.
パケットの先頭には、パケット発見用のL−STFがある。L−STFでは、信号が10回繰り返され、受信機は自己相関を取ることによってパケットを発見することができる。 At the head of the packet is an L-STF for packet discovery. In L-STF, the signal is repeated 10 times, and the receiver can find the packet by taking autocorrelation.
参照番号100は、L−STFに続くL−LTF(Legacy−Long Training Field)と呼ばれるプリアンブルである。受信機側の周波数オフセット補償部34では、LTFをチャネル推定に用いると同時に、位相比較によって周波数誤差を推定する。LTFは、2個のOFDMシンボルからなり、前半と後半とで信号が繰り返されている。1つのOFDMシンボルが64個のサンプル点を持つので、参照番号110で示すように、前半のn番目と後半のn番目のサンプル点の間で位相比較を行ない(但し、nは0〜63の整数)、64点の位相比較結果の平均を取ることによって、このプリアンブル内での周波数誤差推定が行なわれる。複数のサンプル点での位相比較結果を平均処理することにより、測定精度を向上することができる(以下、同様)。
従来のIEEE802.11aではSIG(Signal Field)とデータ・シンボル(ペイロード)が続くが、MIMO通信では、図示の通り、SIGの後に、送受各アンテナ間のチャネル推定からなるチャネル行列を取得するためのHT−LTF(High Throughput LTF)と呼ばれるプリアンブル(101〜104)が追加され、その後に各送信ストリームを空間多重したデータ・シンボル(105〜108)が続くようになっている。 In conventional IEEE802.11a, SIG (Signal Field) and data symbols (payload) are followed, but in MIMO communication, as shown in the figure, after SIG, a channel matrix consisting of channel estimation between transmitting and receiving antennas is obtained. A preamble (101 to 104) called HT-LTF (High Throughput LTF) is added, and data symbols (105 to 108) obtained by spatially multiplexing each transmission stream follow.
送信機は、図示の通り、各アンテナからのチャネル推定用の追加プリアンブル(101〜104)を時分割で送信する(各追加プリアンブルは送信アンテナ毎に、あるいはアンテナ送信重みベクトルの組み合わせ毎に切り替えて送信される)。 As shown in the figure, the transmitter transmits time-division additional preambles (101 to 104) for channel estimation from each antenna (each additional preamble is switched for each transmission antenna or each combination of antenna transmission weight vectors). Sent).
受信機側の空間分離部36では、各追加プリアンブルから、送受信アンテナの組み合わせ分の経路の伝搬路を推定し、これらの推定値を行列形式に並べることによって、チャネル行列Hを得ることができる。さらに、アンテナ受信重み行列として推定したチャネル行列Hの逆行列H-1を求めておく。そして、続くデータ・シンボルでは、各アンテナからの受信信号に対してその逆行列H-1を乗算することによってMIMO合成を行ない、独立した複数のチャネル(受信ストリーム)を生成する。
The
ここで、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)でも、L−LTFと同様に、2個分のOFDMシンボル程度の長さがあって、前半と後半で信号が繰り返していれば、参照番号111〜114で示すように、各プリアンブルにおいて前半のn番目と後半のn番目のサンプル点の間で位相比較を行ない(但し、nは0〜63の整数)、64点の位相比較結果の平均を取ることによって、L−LTFの場合と同様に、プリアンブル内での周波数誤差推定が行なうことができる。
Here, if the additional preamble HT-LTF (101 to 104) has a length of about two OFDM symbols as in the L-LTF and the signal repeats in the first half and the second half, the
また、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)のどれかと最初のプリアンブルL−LTF100とが、同じアンテナ(あるいは同じアンテナ送信重みベクトル)で送信されていれば、これら2つのプリアンブルの間でも位相比較が可能になる。図2に示す例では、送信機は追加プリアンブル101が最初のプリアンブル100と同じアンテナ重みベクトルで送信し、位相比較可能となっているので、参照番号115で示すように、最初のプリアンブル100と追加プリアンブル101の間で、対応するサンプル点の間で位相比較を行ない、128点の位相比較結果の平均を取ることによって、プリアンブル間での周波数誤差推定が行なうことができる。
Further, if any of the additional preambles HT-LTF (101 to 104) and the first preamble L-
参照番号115で示したプリアンブル間の位相比較は、参照番号110で示したプリアンブルない位相比較よりも比較する間隔が広くなっているので、より正確に周波数誤差を測定することが可能になる。
In the phase comparison between preambles indicated by
ここで、図2中の参照番号110〜115で示したすべての周波数誤差測定を行なった後に、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)からチャネル行列を推定し、逆行列演算などアンテナ受信重み行列の算出を行なうのでは、時間の無駄であり、通信に支障をきたす。
Here, after all frequency error measurements indicated by
そこで、本実施形態では、受信機は、当初の周波数誤差の測定と補正を行なった後、残留周波数誤差の測定を、チャネル行列の推定と平行して行なうようにした。周波数オフセット補償部34は、先ず参照番号110で示した最初のプリアンブルL−LTF(100)内での周波数誤差測定及び補正を行なう。その後、周波数オフセット補償部34は、参照番号111〜115で示したように、追加プリアンブルを用いた残留周波数誤差の測定を行なうが、これと平行して追加プリアンブルを空間分離部36に回して、チャネル行列の推定、並びにその逆行列計算などによるアンテナ受信重みベクトルの算出を行なうようにする。
Therefore, in this embodiment, the receiver measures and corrects the initial frequency error, and then measures the residual frequency error in parallel with the estimation of the channel matrix. The frequency offset
例えば、空間分離部36は、チャネル行列から求まるアンテナ受信重み行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正することができる。この場合、残留周波数誤差の影響を除去したアンテナ受信重み行列を用いてMIMO合成することによって、各アンテナの受信信号を各ストリーム信号に空間分離することができる。
For example, the
あるいは、空間分離部36は、MIMO合成した通信チャネルのチャネル行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正するようにしてもよい。この場合、残留周波数誤差の成分を含んだアンテナ受信重み行列でMIMO合成することになるが、残留周波数誤差による影響をチャネル推定として受信信号を復号することができる。
Alternatively, the
あるいは、MIMO合成した通信チャネルの受信データの位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正するようにしてもよい。この場合、残留周波数誤差の成分を含んだアンテナ受信重み行列でMIMO合成した後、残留周波数誤差分だけ受信信号の位相を回転させて、位相空間上で正しい信号点に戻して残留周波数誤差の影響を除去して復号を行なうようにする。 Alternatively, the residual frequency error may be corrected by rotating the phase of the received data of the communication channel subjected to MIMO synthesis. In this case, after MIMO combining with the antenna reception weight matrix including the residual frequency error component, the phase of the received signal is rotated by the residual frequency error and returned to the correct signal point in the phase space to influence the residual frequency error. To be decoded.
このように、受信機側では、周波数オフセット補償部34は、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)を用いた周波数誤差の測定を、空間分離部36においてチャネル行列を推定するのに平行して行なうことができる。したがって、追加プリアンブルの周波数誤差推定とその補正処理をしてからチャネル行列を推定し、逆行列演算あるいは特異値分解などの処理を行なう場合に比べ、処理時間が短くて済むので、通信に支障をきたすことはない。また、プリアンブルとデータの間隔に応じて受信ストリーム毎に補正位相量を調整するので、残留周波数誤差の影響をより正確に除去することができ、通信品質が向上する。
Thus, on the receiver side, the frequency offset
ここで、チャネル行列Hと、アンテナ受信重み行列としてのその逆行列H-1を下式(5)のようにおく。但し、a、b、c、dは追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)の各シンボルに相当し、添え字0〜3は受信ブランチの通し番号である。 Here, the channel matrix H and its inverse matrix H −1 as the antenna reception weight matrix are set as shown in the following equation (5). However, a, b, c, and d correspond to symbols of the additional preamble HT-LTF (101 to 104), and subscripts 0 to 3 are serial numbers of the reception branches.
追加プリアンブル当たりの位相回転量をω、各追加プリアンブルの長さをTとおくと、残留周波数誤差f(=2π/ωT)が残る場合のチャネル行列(以下、「チルトH」とも呼ぶ)は下式(6)のように表すことができる。 If the phase rotation amount per additional preamble is ω and the length of each additional preamble is T, the channel matrix (hereinafter also referred to as “tilt H”) when the residual frequency error f (= 2π / ωT) remains is It can be expressed as equation (6).
残留周波数誤差が残るチャネル行列、すなわちチルトHの各列は、追加プリアンブルから得られた各受信アンテナでのチャネル推定の時間順に並んでいる。すなわち、2番目、3番目、4番目の追加プリアンブルから求める2列目、3列目、4列目のチャネル推定では、各要素がそれぞれω、2ω、3ωだけ1列目から回転している。次式(7)では、このチルトHの逆行列の各行を求めている。チルトHの逆行列の各行はアンテナ受信重みベクトルになるが、同式から判るように、業毎に残留周波数誤差に起因する位相ω、2ω、3ωが逆に回転している。 The channel matrix in which the residual frequency error remains, that is, each column of tilt H is arranged in the order of time of channel estimation at each receiving antenna obtained from the additional preamble. That is, in channel estimation of the second, third, and fourth columns obtained from the second, third, and fourth additional preambles, each element is rotated from the first column by ω, 2ω, and 3ω, respectively. In the following equation (7), each row of the inverse matrix of the tilt H is obtained. Each row of the inverse matrix of the tilt H becomes an antenna reception weight vector, but as can be seen from the equation, the phases ω, 2ω, and 3ω caused by the residual frequency error are reversed for each business.
言い換えれば、次式(8)に示すように、チルトHの逆行列は、残留周波数誤差の影響を受けないチャネル行列の逆行列H-1が行単位で位相が回転している形になる。 In other words, as shown in the following equation (8), the inverse matrix of the tilt H has a form in which the phase of the inverse matrix H −1 of the channel matrix that is not affected by the residual frequency error is rotated in units of rows.
空間分離部36でチャネル行列の逆行列を計算している間に、周波数オフセット補償部34では、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)を用いて、参照番号111〜115で示したように、追加プリアンブル当たりの残留周波数誤差ωを測定しておき、空間分離部36へ渡す。そして、空間分離部36では、チャネル行列として残留周波数誤差を含んだチルトHを推定することになるが、その逆行列を後から修正して、残留周波数誤差を含まない正確な逆行列H-1を算出する。
While calculating the inverse matrix of the channel matrix in the
上式(6)では、先頭の追加プリアンブル101での位相を基準としており、先頭のデータ・シンボル105では4ωだけ位相が回転している。したがって、空間分離部36では、チルトHの逆行列の1行目のアンテナ受信重みベクトルは4ω、2行目のアンテナ受信重みベクトルは4ω−ω=3ω、3行目のアンテナ受信重みベクトルは4ω−2ω=2ω、4行目のアンテナ受信重みベクトルは4ω−3ω=ωの位相修正を行なうことによって、各アンテナ受信重みベクトルから残留周波数誤差の影響を除去することができる。
In the above equation (6), the phase at the leading
このような位相修正で、各アンテナ受信重みベクトルは当該OFDMシンボル位置に適合したアンテナ受信重みベクトルとなった。2行目以下のアンテナ受信重みベクトルにはω〜3ω戻す成分が入っているので、あと3ω〜ω修正することによりデータ・シンボルの位相を基準となる先頭の追加プリアンブルの時点に合せることができる。 With such phase correction, each antenna reception weight vector becomes an antenna reception weight vector suitable for the OFDM symbol position. The antenna reception weight vector in the second and lower rows contains a component that returns ω to 3ω, so that the phase of the data symbol can be matched with the time point of the leading additional preamble by correcting 3ω to ω. .
例えば、MIMO送信機からの送信信号をx、MIMO受信機での受信信号をy、チャネル行列をHとおくと、y=Hxである。周波数オフセット補償部34は、追加プリアンブルHT−LTF当たりの位相回転量ωを測定し、空間分離部36に与える。上述した残留周波数誤差の修正方法では、空間分離部36では、残留周波数誤差を含んだままのチャネル行列であるチルトHからその逆行列を求めた後、下式(9)に示すように、この逆行列の各行ベクトルに追加プリアンブル分の残留周波数誤差を修正する位相回転を与える行列を乗算することによって、正確な逆行列H-1を算出する。
For example, if the transmission signal from the MIMO transmitter is x, the reception signal at the MIMO receiver is y, and the channel matrix is H, y = Hx. The frequency offset
また、他の方法として、空間分離部36において、アンテナ受信重みベクトルの位相修正を行なうのではなく、MIMO合成チャネルのチォネル推定値の位相を修正する方法が挙げられる。この場合、空間分離部36では、残留周波数誤差を含んだままのチャネル行列であるチルトHからその逆行列をアンテナ受信重み行列として求めると(式(8)を参照のこと)、これを受信信号yに直接乗算して、残留周波数誤差を含んだストリーム信号としてチルトxを得る(式(10)を参照のこと)。
As another method, there is a method in which the phase of the channel estimation value of the MIMO composite channel is corrected instead of correcting the phase of the antenna reception weight vector in the
そして、下式(11)に示すチャネル推定を参照しながら、このチルトxを正しく復号する。 Then, the tilt x is correctly decoded while referring to the channel estimation shown in the following equation (11).
また、残留周波数誤差の影響を除去するさらに他の方法として、データ・シンボルを該当するストリーム毎に修正する方法が挙げられる。この場合、空間分離部36では、残留周波数誤差を含んだままのチャネル行列であるチルトHからその逆行列をアンテナ受信重み行列として求めると、これを受信信号yに直接乗算して、残留周波数誤差を含んだストリーム信号としてチルトxを得る。そして、下式(12)に示すように、チルトxに対し追加プリアンブル分の残留周波数誤差を修正する位相回転を与える行列を乗算することによって、正確な送信信号xを復号する。
Further, as another method for removing the influence of the residual frequency error, there is a method of correcting the data symbol for each corresponding stream. In this case, when the
通常のMIMO受信機では、チャネル行列Hの逆行列H-1を乗算すると単位行列となることを利用して、受信信号に逆行列H-1を直接乗算して元の送信信号xを復号する。これに対し、推定したチャネル行列が残留周波数誤差の影響を受けている場合には、その逆行列を乗算しても単位行列にはならない。2番目の方法では、各受信ストリームでのプリアンブル位置とデータ・シンボル位置の間隔に応じた位相回転を加えることで、合成チャネル推定値の位相修正を行なうことなーに相当する。また、3番目の方法では、データ・シンボルに対し、各受信ストリームでのプリアンブル位置とデータ・シンボル位置の間隔に応じた位相の逆回転を与えることで修正を行なうことに相当する。 In a normal MIMO receiver, by multiplying the inverse matrix H −1 of the channel matrix H to become a unit matrix, the original transmission signal x is decoded by directly multiplying the reception signal by the inverse matrix H −1. . On the other hand, when the estimated channel matrix is affected by the residual frequency error, even if the inverse matrix is multiplied, it does not become a unit matrix. The second method corresponds to performing no phase correction of the combined channel estimation value by adding a phase rotation corresponding to the interval between the preamble position and the data symbol position in each received stream. Further, the third method corresponds to performing correction by giving the data symbol a reverse rotation of the phase according to the interval between the preamble position and the data symbol position in each received stream.
図3には、図1に示した通信装置の受信系統のうち、周波数オフセット補償部34と、空間分離部36を詳細に図解している。同図では、4本の受信系統を含んでいるが、本発明の要旨はその本数に限定されない。
FIG. 3 illustrates in detail the frequency offset
周波数オフセット補償部34は、受信系統毎の受信バッファ200…及び発振器201…と、パケットのプリアンブルを用いて同期を検出する同期検出部205と、周波数誤差推定部206を備えている。本実施形態では、周波数誤差推定部206は、チャネル推定用のプリアンブルL−LTFを用いて当初の周波数誤差推定及び発振器201…に対する周波数誤差補正212を行なうとともに、ストリーム毎に時分割送信される追加プリアンブルHT−LTFを用いた残留周波数誤差の推定を行なって、追加プリアンブル当たりの位相回転量ωを測定して、空間分離部36に出力するようになっている。
The frequency offset
また、空間分離部36は、アンテナ受信重み行列生成部207と、MIMOチャネル合成部208を備えている。アンテナ受信重み行列生成部207は、送信ストリーム毎に時分割送信された追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)を用いてチャネル行列Hを推定し、さらにその逆行列H-1をアンテナ受信重み行列として算出する。MIMOチャネル合成部208では、このアンテナ受信重み行列を受信信号に乗算して、MIMOチャネル合成して、各受信ストリームに空間分離する。
The
本実施形態では、アンテナ受信重み行列生成部207が、追加プリアンブル当たりの位相回転量ωを基に、チャネル行列から求まるアンテナ受信重み行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正する。あるいは、MIMOチャネル合成部208が、MIMO合成した通信チャネルのチャネル行列の位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正し、又はMIMO合成した通信チャネルの受信データの位相を回転させることによって残留周波数誤差を補正するようになっている。
In the present embodiment, the antenna reception weight
空間分離後の各受信ストリームは、等化及び位相タイミング追跡部203…で等化及び残留周波数の除去が行なわれ、復号部204…で位相空間(constallation)上の変調点から元の値に復調される。
Each received stream after the spatial separation is equalized and the residual frequency is removed by the equalization and phase
以下、周波数オフセット補償部34及び空間分離部36において残留周波数誤差を補正する処理手順について詳解する。
Hereinafter, the processing procedure for correcting the residual frequency error in the frequency offset
周波数誤差推定部206では、先ずプリアンブルL−LTF(100)を使用して周波数誤差を推定し、その推定値212を各発振器201、201'、201''、201'''に送り、L−LTF(100)以後の受信信号の周波数補正を行なう。
The frequency
送信ストリーム毎に時分割送信される追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)は、各FFT202、202'、202''、202'''でフーリエ変換され、それぞれ周波数領域のプリアンブル211、211'、211''、211'''となる。アンテナ受信重み行列生成部207では、これらの追加プリアンブル211…よりチャネル行列を推定し、さらにその逆行列をアンテナ受信重み行列として算出する。ここで推定されるチャネル行列は、残留周波数誤差の影響を受けたチルトH(式(6)を参照のこと)であり、チルトHの逆行列(式(7)を参照のこと)を求めることになる。
The additional preambles HT-LTF (101 to 104) transmitted in a time-sharing manner for each transmission stream are Fourier-transformed by the
一方、周波数誤差推定部206では、追加プリアンブルHT−LTF(101〜104)のうち少なくとも1つを用い、111〜114のいずれかの区間で位相比較を行なうことにより、残留周波数誤差を測定する。場合によっては、プリアンブルL−LTFと位相比較可能となっている追加プリアンブルHT−LTF(図2に示した例では101)とL−LTFの間で、区間115を利用して位相比較を行なうことにより、残留周波数誤差を測定する。そして、これらの測定結果を平均するなどして、最終的な残留周波数誤差213を推定し、空間分離部36に送る。例えば、追加プリアンブル当たりの位相回転量ωを残留周波数誤差213として出力する。
On the other hand, the frequency
空間分離部36では、取得した残留周波数誤差213に基づいて残留周波数誤差の影響を除去する。すなわち、アンテナ受信重み行列生成部207は、求まった逆行列(式(6)を参照のこと)に対して行毎に残留周波数誤差213を適用し、ストリーム毎のアンテナ受信重みベクトルの位相補正を行ない(式(9)を参照のこと)、その結果214をMOMOチャネル合成部208に送る。MIMOチャネル合成部208では、各アンテナから受信されたデータ・シンボルに対しアンテナ受信重みベクトルを乗算することによりMIMO合成を行ない、独立した各ストリームの受信データを生成する。
The
また、空間分離部36において残留周波数誤差の影響を除去する他の方法として、アンテナ受信重みベクトルの位相修正を行なうのではなく、MIMO合成チャネルのチォネル推定値の位相を修正するようにしてもよい。この場合、アンテナ受信重み行列生成部207では、残留周波数誤差を含んだままのチャネル行列であるチルトHからその逆行列をアンテナ受信重み行列として求めると(式(10)を参照のこと)、これを受信信号yに直接乗算して、残留周波数誤差を含んだストリーム信号としてチルトxを得る(式(10)を参照のこと)。そして、MIMOチャネル合成部208では、上式(11)に示したチャネル推定を参照しながら、このチルトxを正しく復号する。
As another method for removing the influence of the residual frequency error in the
また、空間分離部36において残留周波数誤差の影響を除去するさらに他の方法として、データ・シンボルを該当するストリーム毎に修正するようにしてもよい。この場合、アンテナ受信重み行列生成部207では、残留周波数誤差を含んだままのチャネル行列であるチルトHからその逆行列をアンテナ受信重み行列として求めると、これを受信信号yに直接乗算して、残留周波数誤差を含んだストリーム信号としてチルトxを得る(式(10)を参照のこと)。そして、MIMOチャネル合成部208では、上式(12)に示したように、チルトxに対し追加プリアンブル分の残留周波数誤差を修正する位相回転を与える行列を乗算することによって、正確な送信信号xを復号する。
Further, as still another method for removing the influence of the residual frequency error in the
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.
11…アンテナ
12…スイッチ
21…符号化部
22…IFFT
23…ガード付与部
24…プリアンブル/リファレンス付与部
25…D/A変換器
26…送信用アナログ処理部
31…受信用アナログ処理部
32…A/D変換器
33…同期獲得部
34…周波数オフセット補償部
35…FFT
36…空間分離部
37…位相回転量補償部
38…復号部
200…受信バッファ
201…発振器
202…FFT
203…等化及び位相タイミング追跡部
204…復号部
205…同期検出部
206…周波数誤差推定部
207…アンテナ受信重み行列生成部
208…MIMOチャネル合成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Antenna 12 ...
DESCRIPTION OF
36:
203 ... Equalization and phase
Claims (12)
前記送信機は、送信するパケットに第1のプリアンブルと、第1のプリアンブルと位相比較可能な第2のプリアンブルを付加し、
前記受信機は、受信したパケットの第1のプリアンブル内で位相比較を行なって周波数誤差を推定するとともに、第1のプリアンブルと第2のプリアンブルの間で位相比較を行なって周波数誤差を推定する、
ことを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system for performing MIMO (Multi Input Multi Output) communication using a plurality of logical channels formed by a pair of a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas,
The transmitter adds a first preamble and a second preamble that can be phase-compared with the first preamble to a packet to be transmitted,
The receiver performs a phase comparison within the first preamble of the received packet to estimate a frequency error, and performs a phase comparison between the first preamble and the second preamble to estimate a frequency error.
A wireless communication system.
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The transmitter combines the first and second preambles with the same antenna transmission weight vector to enable phase comparison.
The wireless communication system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The transmitter transmits a preamble for frequency error estimation to a packet to be transmitted and a preamble for estimating a channel matrix on the receiver side in a time division manner from each antenna or each antenna combination. The channel matrix estimation preamble transmitted from the antenna is a second preamble that can be phase-compared with the frequency error estimation preamble.
The wireless communication system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。 The receiver corrects the frequency error of the received signal based on the phase comparison in the frequency error estimation preamble, and then in parallel with estimating the channel matrix using each channel matrix estimation preamble, Determining and correcting residual frequency error by phase comparison within at least one preamble for matrix estimation or by phase comparison between first and second preambles;
The wireless communication system according to claim 3.
前記プリアンブルを用いて周波数誤差の推定及び補正を行なう周波数誤差補正部と、
前記プリアンブルを用いて空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するとともに、推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求める該チャネル行列推定部と、
各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリーム信号に分離するMIMO合成部とを備え、
前記周波数誤差補正部は、受信したパケットの第1のプリアンブル内で位相比較を行なって周波数誤差を推定するとともに、第1のプリアンブルと第2のプリアンブルの間で位相比較を行なって周波数誤差を推定する、
ことを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication apparatus that includes a plurality of antennas and performs MIMO communication using a plurality of logical channels generated in pairs with a transmitter having a plurality of antennas, wherein the transmitter transmits a first packet to a packet to be transmitted. And a second preamble whose phase can be compared with the first preamble,
A frequency error correction unit that estimates and corrects a frequency error using the preamble;
Estimating a channel matrix of a spatially multiplexed channel using the preamble and obtaining an antenna reception weight matrix from the estimated channel matrix; and
A MIMO synthesis unit that multiplies the reception signal of each antenna by a reception weight matrix and separates it into each stream signal;
The frequency error correction unit estimates the frequency error by performing phase comparison within the first preamble of the received packet, and estimates the frequency error by performing phase comparison between the first preamble and the second preamble. To
A wireless communication apparatus.
前記周波数誤差補正部は、
周波数誤差推定用のプリアンブル内の位相比較に基づいて受信信号の周波数誤差の推定とその補正を行なう第1の周波数誤差補正部と、
前記チャネル行列推定部がチャネル行列推定用の各プリアンブルを用いてチャネル行列を推定するのに平行して、チャネル行列推定用の少なくとも1つのプリアンブル内での位相比較又は第1及び第2のプリアンブル間の位相比較によって、前記第1の周波数誤差補正部による残留周波数誤差を求めてその補正を行なう第2の周波数誤差補正部と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載の無線通信装置。 The transmitter transmits a preamble for frequency error estimation to a packet to be transmitted and a preamble for estimating a channel matrix on the receiver side in a time division manner from each antenna or antenna combination, and from any one antenna The transmitted channel matrix estimation preamble is a second preamble whose phase can be compared with the frequency error estimation preamble,
The frequency error correction unit is
A first frequency error correction unit for estimating and correcting a frequency error of a received signal based on phase comparison in a preamble for frequency error estimation;
In parallel with the channel matrix estimation unit estimating the channel matrix using each preamble for channel matrix estimation, the phase comparison within at least one preamble for channel matrix estimation or between the first and second preambles A second frequency error correction unit that obtains a residual frequency error by the first frequency error correction unit and corrects the residual frequency error by phase comparison of
The wireless communication apparatus according to claim 5, further comprising:
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 The second frequency error correction unit corrects a residual frequency error by rotating a phase of an antenna reception weight matrix obtained by the channel matrix estimation unit;
The wireless communication apparatus according to claim 6.
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 The second frequency error correction unit corrects a residual frequency error by rotating a phase of a channel estimation value of the communication channel synthesized by the MIMO synthesis unit;
The wireless communication apparatus according to claim 6.
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 The second frequency error correction unit corrects the residual frequency error by rotating the phase of the reception data of the communication channel synthesized by the MIMO synthesis unit;
The wireless communication apparatus according to claim 6.
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 The second frequency error correction unit adjusts a correction phase amount for each stream according to the interval between each preamble for channel matrix estimation and data transmitted in a time division manner to correct a residual frequency error.
The wireless communication apparatus according to claim 6.
前記プリアンブルを用いて周波数誤差の推定及び補正を行なう周波数誤差補正ステップと、
前記プリアンブルを用いて空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するとともに、推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求める該チャネル行列推定ステップと、
各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリーム信号に分離するMIMO合成ステップとを備え、
前記周波数誤差補正ステップでは、受信したパケットの第1のプリアンブル内で位相比較を行なって周波数誤差を推定するとともに、第1のプリアンブルと第2のプリアンブルの間で位相比較を行なって周波数誤差を推定する、
ことを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication method that includes a plurality of antennas and performs MIMO communication using a plurality of logical channels generated in pairs with a transmitter having a plurality of antennas, wherein the transmitter transmits a first packet to a packet to be transmitted. And a second preamble whose phase can be compared with the first preamble,
A frequency error correction step of estimating and correcting a frequency error using the preamble;
Estimating a channel matrix of a spatially multiplexed channel using the preamble, and obtaining an antenna reception weight matrix from the estimated channel matrix; and
A MIMO combining step of multiplying the reception signal of each antenna by a reception weight matrix and separating it into each stream signal,
In the frequency error correction step, the phase error is estimated within the first preamble of the received packet to estimate the frequency error, and the phase error is estimated between the first preamble and the second preamble to estimate the frequency error. To
A wireless communication method.
前記周波数誤差補正ステップでは、
周波数誤差推定用のプリアンブル内の位相比較に基づいて受信信号の周波数誤差の推定とその補正を行なう第1の周波数誤差補正と、
前記チャネル行列推定ステップにおいてチャネル行列推定用の各プリアンブルを用いてチャネル行列を推定するのに平行して、チャネル行列推定用の少なくとも1つのプリアンブル内での位相比較又は第1及び第2のプリアンブル間の位相比較によって、前記第1の周波数誤差補正による残留周波数誤差を求めてその補正を行なう第2の周波数誤差補正と、
を行なうことを特徴とする請求項11に記載の無線通信方法。
The transmitter transmits a preamble for frequency error estimation to a packet to be transmitted and a preamble for estimating a channel matrix on the receiver side in a time division manner from each antenna or antenna combination, and from any one antenna The transmitted channel matrix estimation preamble is a second preamble whose phase can be compared with the frequency error estimation preamble,
In the frequency error correction step,
A first frequency error correction for estimating and correcting a frequency error of a received signal based on a phase comparison in a preamble for frequency error estimation;
In parallel with estimating the channel matrix using each preamble for channel matrix estimation in the channel matrix estimation step, phase comparison within at least one preamble for channel matrix estimation or between the first and second preambles A second frequency error correction for obtaining a residual frequency error by the first frequency error correction and correcting the residual frequency error by phase comparison of
The wireless communication method according to claim 11, wherein:
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