JP2006340265A - Radio communication device and radio communication method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provode a radio communication method easily performing a transformation processing for a transmitting signal on a transmitter station side in a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) transmission, and to improve receiving characteristics on a receiving side. <P>SOLUTION: A channel estimating circuit 7 acquires a transport function matrix H from a receiving state of a preamble signal that is a known pattern. A base vector generating circuit 14 generates a base vector constituting a partial space including row vector groups (h<SB>1</SB>, h<SB>2</SB>) constituting the transport function matrix H and generates a transformation matrix U using an Hermite-conjugate column vector. A transmitting signal transforming circuit 4 operates the transformation matrix U upon a signal corresponding to two transmission systems to transform the column vector of two rows into the column vector of four rows. Each of radio units 5-1 to 5-4 transmits the transmitting signal transformed into the column vector of four rows via each of antennas 6-1 to 6-4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、同一の周波数チャネルにて、異なる複数の信号系統の信号を複数の送信アンテナを用いて送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各信号系統に付与された既知の信号パターンを参照信号として受信側で各信号系列を分離し且つ復調することにより無線通信を実現する高速無線アクセスシステムにおいて、基地局側にて送信ダイバーシチ利得を稼ぎ、無線端末側での受信特性を改善するための送信技術、特に、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムの伝送速度の高速化を行う無線通信方法、並びに該方法を用いた無線通信装置に関する。   In the present invention, signals of a plurality of different signal systems are transmitted using a plurality of transmission antennas on the same frequency channel, signals are received using a plurality of reception antennas, and a known signal assigned to each signal system is transmitted. In a high-speed wireless access system that realizes wireless communication by separating and demodulating each signal sequence on the receiving side using a signal pattern as a reference signal, a transmission diversity gain is obtained on the base station side, and reception characteristics on the wireless terminal side are increased. More particularly, the present invention relates to a wireless communication method for increasing the transmission speed of a high-speed wireless access system using a 2.4 GHz band or a 5 GHz band, and a wireless communication apparatus using the method.

近年、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、IEEE802.11g規格、IEEE802.11a規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、最大で54Mbpsの伝送速度を実現しているが、無線LANの普及に伴い更なる伝送速度の高速化が求められている。   In recent years, the IEEE802.11g standard, the IEEE802.11a standard, and the like are remarkable as high-speed wireless access systems using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band. In these systems, a maximum transmission rate of 54 Mbps is realized. However, with the spread of wireless LAN, further increase in transmission rate is required.

そのための技術としては、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術が有力である。このMIMO技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ/受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を受信局側において推定し、データを再生するものである。   As a technology for that purpose, MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology is effective. This MIMO technology is such that different independent signals are transmitted on the same channel from a plurality of transmitting antennas on the transmitting station side, and signals are received using the same plurality of antennas on the receiving station side, between each transmitting antenna / receiving antenna. The transfer function matrix is obtained, the independent signal transmitted from each antenna on the transmitting station side is estimated on the receiving station side using this matrix, and the data is reproduced.

ここで、N本の送信アンテナを用いてN系統の信号を送信し、M本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信局の各アンテナ間にはN×M個の伝送のパスが存在し、第i送信アンテナから送信され第j受信アンテナで受信される場合の伝達関数をhj,iとし、これを第(j,i)成分とするM行N列の行列をHと表記する。さらに、第i送信アンテナからの送信信号をtとし(t,t,t,…,t)を成分とする列ベクトルをTx、第j受信アンテナでの受信信号をrとし(r,r,r,…,r)を成分とする列ベクトルをRx、第j受信アンテナの熱雑音をnとし(n,n,n,…,n)を成分とする列ベクトルをnと表記する。この場合、以下の関係式が成り立つ。 Here, consider a case in which N signals are transmitted using N transmission antennas and signals are received using M antennas. First, there are N × M transmission paths between the antennas of the transmitting and receiving stations, and the transfer function when transmitted from the i-th transmitting antenna and received by the j-th receiving antenna is defined as h j, i. The matrix of M rows and N columns as the (j, i) component is denoted as H. Further, a transmission signal from the i-th transmitting antenna is denoted by t i , a column vector having components (t 1 , t 2 , t 3 ,..., T N ) as Tx, and a received signal at the j-th receiving antenna as r j. A column vector whose components are (r 1 , r 2 , r 3 ,..., R M ) is Rx, and the thermal noise of the j-th receiving antenna is n j (n 1 , n 2 , n 3 ,..., N M ). A column vector whose component is is denoted by n. In this case, the following relational expression holds.

Figure 2006340265
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したがって、受信局側で受信した信号Rxを基に、送信信号Txを推定する技術が求められている。このMIMO技術の最も基本的なものとしては、一般にZF(Zero Forcing)法と呼ばれる方法があげられる。ここでは、上記の数式(1)に対し、伝達関数行列の逆行列H−1を求め、これを式の両辺の左から掛け合わせる処理を行う。この結果、以下の式が得られる。 Therefore, there is a need for a technique for estimating the transmission signal Tx based on the signal Rx received on the receiving station side. As the most basic of the MIMO technology, there is a method generally called a ZF (Zero Forcing) method. Here, an inverse matrix H −1 of the transfer function matrix is obtained with respect to the above formula (1), and this is multiplied from the left of both sides of the formula. As a result, the following expression is obtained.

Figure 2006340265
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つまり、各受信アンテナで受信した信号を合成し、所望の送信アンテナ以外からの信号による干渉を除去する処理を行うと、実際の送信信号ベクトルTxに微小な熱雑音項H−1×nが加わった信号点が得られることになる。ここで、送信信号として、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等の多値変調を施した信号を用いる場合には、送信信号として取り得る信号点は不連続である。したがって、H−1×Rxに対する軟判定ないしは硬判定(H−1×Rxとユークリッド距離が最も近い点を送信コンスタレーション上で検索)する処理を行い、真の送信信号を推定する。 That is, when the signals received by the respective receiving antennas are combined and processing for removing interference caused by signals from other than the desired transmitting antenna is performed, a minute thermal noise term H −1 × n is added to the actual transmitted signal vector Tx. Signal points are obtained. Here, when a signal subjected to multi-level modulation such as BPSK, QPSK, 16QAM, and 64QAM is used as a transmission signal, signal points that can be taken as the transmission signal are discontinuous. Accordingly, performs soft decision or hard decision (H -1 Search × Rx and Euclidean distance to the nearest point on the transmission constellation) processes for H -1 × Rx, estimates the true transmission signal.

上述したZF法においては、各信号系列の系列間の干渉を除去して信号を分離するため、伝達関数行列Hの逆行列を用いている。これは、あくまでも各信号系列間の相互干渉を除去するのが目的であり、受信アンテナ間の合成によるダイバーシチ利得を最大にするものではない。本来であれば、信号分離後の各信号系列のS/N比(信号対雑音レベル比)を最大にすることを方針として掲げて信号分離処理を行うのが好ましい。このS/N比を最大にする、すなわち受信側で最大比合成処理を実現するためには、送信側において、受信端にて各信号系列が直交するように信号を調整して送信する方法が考えられる。この方法は、E−SDM(Eigenbeam-Space Division Multiplexing)方式と呼ばれている(例えば、非特許文献1参照)。   In the ZF method described above, an inverse matrix of the transfer function matrix H is used in order to separate signals by removing interference between sequences of each signal sequence. This is only for the purpose of removing the mutual interference between the signal sequences, and does not maximize the diversity gain by combining the receiving antennas. Originally, it is preferable to perform signal separation processing with the policy of maximizing the S / N ratio (signal-to-noise level ratio) of each signal sequence after signal separation. In order to maximize this S / N ratio, that is, to realize the maximum ratio combining process on the receiving side, there is a method in which the transmitting side adjusts and transmits signals so that the signal sequences are orthogonal at the receiving end. Conceivable. This method is called an E-SDM (Eigenbeam-Space Division Multiplexing) method (see, for example, Non-Patent Document 1).

このE−SDM方式では、送信側において伝達関数行列Hが既知であることを前提とする。この行列Hを基に、この行列のエルミート共役の行列HとHの積、すなわちN×Nの行列H×Hを対角化するユニタリ行列Uを求め、送信信号ベクトルTxに対してユニタリ変換を行った信号U×Txを送信する。プリアンブル信号も含めてユニタリ変換した信号を送信すれば、受信局側では実際の伝達関数行列がHであったとしても、チャネル推定により得られる伝達関数行列はH×Uとなる。ここで、このユニタリ変換行列Uと行列Hには以下の関係式が成り立つ。 In this E-SDM system, it is assumed that the transfer function matrix H is known on the transmission side. Based on this matrix H, a product of Hermitian conjugate matrixes H H and H of this matrix, that is, a unitary matrix U for diagonalizing an N × N matrix H H × H is obtained, and a unitary matrix U is obtained for the transmission signal vector Tx. The converted signal U × Tx is transmitted. If a unitarily transformed signal including a preamble signal is transmitted, even if the actual transfer function matrix is H on the receiving station side, the transfer function matrix obtained by channel estimation is H × U. Here, the following relational expressions hold for the unitary transformation matrix U and the matrix H.

Figure 2006340265
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この数式(3)の右辺の行列ΛはN×Nの対角行列であり、行列の対角成分が非ゼロであり(各成分は固有値と呼ばれ、λ,λ,λ…と表記しておく)、その他の非対角成分がゼロとなる。この方式を用いた場合には数式(1)も以下のように変換されている。 The matrix Λ on the right side of Equation (3) is an N × N diagonal matrix, and the diagonal components of the matrix are non-zero (each component is called an eigenvalue, and λ 1 , λ 2 , λ 3 ... Other off-diagonal components are zero). When this method is used, Equation (1) is also converted as follows.

Figure 2006340265
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両辺の左から推定された伝達関数行列H×Uのユニタリ共役の行列を乗算すると、数式(4)は以下のように変換される。   When a unitary conjugate matrix of transfer function matrix H × U estimated from the left of both sides is multiplied, Equation (4) is converted as follows.

Figure 2006340265
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これは、N系統の信号系列は完全に直交した状態にあることを意味する。また、右辺に現れた行列Λは、推定された伝達関数行列より数式(3)により直接的に求めることができる。このため、元々の行列Hが逆行列を持つか持たないかに依存せず、数式(3)および数式(5)により安定して送信信号Txを推定することが可能である。   This means that the N signal sequences are completely orthogonal. Further, the matrix Λ appearing on the right side can be directly obtained from the estimated transfer function matrix by Equation (3). For this reason, it is possible to stably estimate the transmission signal Tx using the formulas (3) and (5) regardless of whether the original matrix H has an inverse matrix or not.

なお、以上の説明において、行列Uは基本的には正方行列となることが想定されているが、非正方行列となっても構わない。例えば、4本の送信アンテナを用いて2系統の送信信号系統を空間多重し、受信側で2本の受信アンテナで受信処理を行う場合を考える。伝達関数行列Hは、この場合には2行4列の行列となり、H×Hは4行4列の行列となる。 In the above description, the matrix U is basically assumed to be a square matrix, but may be a non-square matrix. For example, consider a case where two transmission signal systems are spatially multiplexed using four transmission antennas, and reception processing is performed using two reception antennas on the reception side. In this case, the transfer function matrix H is a 2 × 4 matrix, and H H × H is a 4 × 4 matrix.

しかしながら、元々、伝達関数行列Hは2行しかない行列であったため、非ゼロの固有値の個数は2個となる。この結果、この固有値に対応する2つの固有ベクトルを求めることは可能であるが、4次元ベクトルにおける残りの2つの固有ベクトルは不定となる。これが意図していることは、残りのふたつのベクトルは2つの固有ベクトルに直交している必要はあるが、2つの固有ベクトルの張る部分空間に直交している部分空間に属する2つの直交ベクトルであれば、どのようなベクトルを選んでも構わない。   However, since the transfer function matrix H is originally a matrix having only two rows, the number of non-zero eigenvalues is two. As a result, it is possible to obtain two eigenvectors corresponding to this eigenvalue, but the remaining two eigenvectors in the four-dimensional vector are indefinite. The intention is that the remaining two vectors need to be orthogonal to the two eigenvectors, but if they are two orthogonal vectors belonging to a subspace that is orthogonal to the subspace spanned by the two eigenvectors Any vector can be chosen.

また、仮にその方向に信号を送信したとしても、固有値がゼロであるために、受信側では信号が全く受信できないことになる。このような場合、ユニタリ変換行列Uを非ゼロの固有ベクトルに対応した固有ベクトルのみで構成した4行2列の行列として扱い、数式(3)の右辺が2行2列の非ゼロの固有値のみを抜き出した対角行列として扱うことも可能である。数式(4)では、変換行列Uにより、2系統の信号系統を4系統に仮想的に変換し、4本のアンテナから信号を送信し、伝達関数行列Hで特徴付けられたMIMOチャネルを経由して、受信アンテナで信号が受信されることになる。以降の説明では、正方行列であるユニタリ行列から非ゼロの固有値に対応する固有ベクトルのみを抜き出した行列についても、便宜上、特に区別することなしに、ユニタリ行列(ユニタリ変換)と呼ぶことにする。   Even if a signal is transmitted in that direction, since the eigenvalue is zero, the reception side cannot receive the signal at all. In such a case, the unitary transformation matrix U is treated as a 4-by-2 matrix consisting only of eigenvectors corresponding to non-zero eigenvectors, and only the non-zero eigenvalues with the right side of Equation (3) being 2 rows and 2 columns are extracted. It is also possible to treat it as a diagonal matrix. In Equation (4), two signal systems are virtually converted into four systems by the conversion matrix U, signals are transmitted from the four antennas, and the signal is transmitted via the MIMO channel characterized by the transfer function matrix H. Thus, the signal is received by the receiving antenna. In the following description, a matrix obtained by extracting only eigenvectors corresponding to nonzero eigenvalues from a unitary matrix that is a square matrix will be referred to as a unitary matrix (unitary transformation) for the sake of convenience without particular distinction.

補足であるが、E−SDM方式では、送信側において信号を変換することにより、送信信号に指向性を持たせるフェーズドアレーアンテナ技術と等価的なことを行っているものと理解することもできる。これにより、各送信アンテナ間の干渉を回避しながら、ダイバーシチ利得をあわせて得ることができるために、非常に良好な特性が期待できる。   As a supplement, it can also be understood that the E-SDM system is equivalent to the phased array antenna technology that gives the transmission signal directivity by converting the signal on the transmission side. As a result, it is possible to obtain a diversity gain while avoiding interference between the transmitting antennas, so that very good characteristics can be expected.

以上の説明では、受信局側においての処理は数式(5)に該当するものを想定していた。但し、プリアンブル信号自体もユニタリ変換を行うのであれば、受信局において行うMIMOチャネルのチャネル推定結果は、元の伝達関数行列Hではなく、ユニタリ変換を含めたMIMOチャネルであるH×Uとして伝達関数行列が取得される。この場合、数式(4)に対してH×Uの逆行列を数式(2)のように作用させることにより求めることができる。   In the above description, the processing on the receiving station side is assumed to correspond to Equation (5). However, if the preamble signal itself also performs unitary transformation, the channel estimation result of the MIMO channel performed at the receiving station is not the original transfer function matrix H but the transfer function as H × U which is a MIMO channel including unitary transformation. A matrix is obtained. In this case, it can be obtained by applying an inverse matrix of H × U to Equation (4) as shown in Equation (2).

Figure 2006340265
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つまり、数式(6)の意味することは、送信側でユニタリ変換を実施するか否かにかかわらず、プリアンブル信号とデータ部分の処理が同一である限り、受信側での信号検出処理は数式(5)によるものである必要はなく、前述したZF法に加えてMLD(Maximum Liklihood Detection)法やMMSE(Minimum Mean Square Error)法などでも構わない。先に説明した通り、ZF法単独では最大比合成の効果が期待できなかったが、送信側においてE−SDM方式により送信信号にユニタリ変換を実施した場合には、送信信号が直交化されるために、結果的に最大比合成の利得が得られるという効果があった。   In other words, the expression (6) means that the signal detection process on the receiving side is the same as the expression (wherever the preamble signal and the data part are processed) regardless of whether or not the transmission side performs unitary conversion. It is not necessary to be based on 5), and in addition to the ZF method described above, an MLD (Maximum Liklihood Detection) method, an MMSE (Minimum Mean Square Error) method, or the like may be used. As described above, the effect of maximum ratio combining cannot be expected with the ZF method alone. However, when unitary conversion is performed on a transmission signal by the E-SDM method on the transmission side, the transmission signal is orthogonalized. As a result, there is an effect that the gain of the maximum ratio synthesis can be obtained.

なお、このE−SDM方式においては、必ずしも送信信号系統の数(空間多重する信号系統の数)と送信アンテナの本数は必ずしも一致している必要はない。   In this E-SDM system, the number of transmission signal systems (the number of spatially multiplexed signal systems) does not necessarily need to match the number of transmission antennas.

以下に、上述した従来方式における送信局および受信局の構成の例を図を用いて説明する。図10は、従来技術における送信局の送信部の構成を示すブロック図である。まず、一例として、送信局が4つの送信アンテナを用いて2系統のデータを送信する場合を例にとって説明する。説明の都合上、送信機能と受信機能を分離して説明しているが、一般には送受信の機能を備えた無線通信装置の形態をとる。送信局側の制御においては、送信局から受信局へのMIMOチャネルの伝達関数行列の取得が必要となるが、その取得方法は一般的ないかなる方法であっても良い。ここでは、受信局から送信局方向の信号を受信し、そこから送信局から受信局方向の伝達関数行列を推定する場合を例にとって説明する。   Hereinafter, an example of the configuration of the transmitting station and the receiving station in the above-described conventional method will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a transmission unit of a transmission station in the prior art. First, as an example, a case where a transmitting station transmits two systems of data using four transmission antennas will be described as an example. For convenience of explanation, the transmission function and the reception function are described separately. However, in general, a wireless communication apparatus having a transmission / reception function is used. In the control on the transmitting station side, it is necessary to acquire the transfer function matrix of the MIMO channel from the transmitting station to the receiving station. However, the acquisition method may be any general method. Here, a case will be described as an example where a signal in the direction of the transmitting station is received from the receiving station, and a transfer function matrix in the direction of the receiving station is estimated therefrom.

図10において、1はデータ分割回路、2−1〜2−2はプリアンブル付与回路、3−1〜3−2は変調回路、4は送信信号変換回路、5−1〜5−4は無線部、6−1〜6−4はアンテナ、7はチャネル推定回路、8は伝達関数行列管理回路、9は行列演算回路、10は固有ベクトル生成回路である。   In FIG. 10, 1 is a data division circuit, 2-1 to 2-2 are preamble assignment circuits, 3-1 to 3-2 are modulation circuits, 4 is a transmission signal conversion circuit, and 5-1 to 5-4 are radio units. 6-1 to 6-4 are antennas, 7 is a channel estimation circuit, 8 is a transfer function matrix management circuit, 9 is a matrix operation circuit, and 10 is an eigenvector generation circuit.

まず、アンテナ6−1〜6−4および無線部5−1〜5−4は、送信と受信の際に用いることとする。MIMOチャネルの伝達関数行列推定用のプリアンブル信号が付与された信号をアンテナ6−1〜6−4および無線部5−1〜5−4を経由して受信すると、チャネル推定回路7は、既知のパターンであるプリアンブル信号の受信状態から、伝達関数行列を取得する。   First, the antennas 6-1 to 6-4 and the radio units 5-1 to 5-4 are used for transmission and reception. When the signal to which the preamble signal for estimating the transfer function matrix of the MIMO channel is received via the antennas 6-1 to 6-4 and the radio units 5-1 to 5-4, the channel estimation circuit 7 A transfer function matrix is acquired from the reception state of the preamble signal which is a pattern.

MIMOチャネルにおいて、伝搬空間および送受信アンテナに依存する部分については、送信局から受信局方向の伝達関数行列と、受信局から送信局方向の伝達関数行列とは、その行列を転置した関係になっているが、送受信における無線部の特性から、実際には転置に加えて所定の係数を乗算するなどして補正する必要がある場合もある。   In the MIMO channel, the transfer function matrix from the transmitting station to the receiving station and the transfer function matrix from the receiving station to the transmitting station are in a relationship in which the matrix is transposed for the part depending on the propagation space and the transmission / reception antenna. However, due to the characteristics of the radio unit in transmission / reception, there are cases where it is actually necessary to correct by multiplying by a predetermined coefficient in addition to transposition.

チャネル推定回路7では、必要に応じてその補正処理も行い、その結果を伝達関数行列管理回路8に出力する。伝達関数行列管理回路8では、この情報を管理し、行列演算回路9にて伝達関数行列のエルミート共役行列Hおよびそれぞれの積H・Hを計算する。固有ベクトル生成回路10では、H・Hの固有ベクトルを求める。ここでは、伝達関数行列Hは2行4列の行列であり、受信側のアンテナ数にかかわらずH・Hは4行4列となる。 The channel estimation circuit 7 also performs correction processing as necessary, and outputs the result to the transfer function matrix management circuit 8. The transfer function matrix management circuit 8 manages this information, and the matrix calculation circuit 9 calculates the Hermitian conjugate matrix H H of the transfer function matrix and the respective products H H · H. The eigenvector generation circuit 10 obtains HH · H eigenvectors. Here, the transfer function matrix H is a matrix of 2 rows and 4 columns, and H H · H is 4 rows and 4 columns regardless of the number of antennas on the receiving side.

そこで、固有ベクトル生成回路10では、4つの固有値のうちの大きな固有値に対応する2つの固有ベクトルを生成する。さらに、生成した固有ベクトル(列ベクトル)を2つ並べ、4行2列の変換行列Uを事前に生成しておく。データの送信時には、データ分割回路1に入力されたデータは、空間多重する信号の系統数(ここでは2系統)に分割され、それぞれの系統毎にプリアンブル付与回路2−1〜2−2にて既知のパターンのプリアンブル信号が付与され、変調回路3−1〜3−2で所定の信号変調が行われる。   Therefore, the eigenvector generation circuit 10 generates two eigenvectors corresponding to a large eigenvalue among the four eigenvalues. Further, two generated eigenvectors (column vectors) are arranged, and a 4-by-2 conversion matrix U is generated in advance. At the time of data transmission, the data input to the data division circuit 1 is divided into the number of systems of signals to be spatially multiplexed (here, two systems), and the preamble providing circuits 2-1 to 2-2 for each system. A preamble signal having a known pattern is applied, and predetermined modulation is performed by the modulation circuits 3-1 to 3-2.

送信信号変換回路4には、先ほどの変換行列Uが入力され、2つの送信系統に対応した信号を2つの成分を持つ列ベクトルとみなし、この送信すべき信号に変換行列Uを作用させ、2行の列ベクトルから4行の列ベクトルに変換する。それぞれの信号は、無線部5−1〜5−4に送られ、無線周波数への変換や信号増幅等の後、アンテナ6−1〜6−4を経由して出力される。   The transmission signal conversion circuit 4 receives the previous conversion matrix U, regards the signals corresponding to the two transmission systems as a column vector having two components, and applies the conversion matrix U to the signal to be transmitted. Convert from a column vector of rows to a column vector of 4 rows. The respective signals are sent to the radio units 5-1 to 5-4, and after being converted to radio frequencies, signal amplification, etc., are output via the antennas 6-1 to 6-4.

図11は、従来技術における受信局の受信部の構成を示すブロック図である。ここでは、一例として受信アンテナ数が2本の場合を例にとって説明する。図において、121−1〜121−2は受信アンテナ、122−1〜122−2は無線部、123はチャネル推定回路、124は受信信号管理回路、125は伝達関数行列管理回路、126は信号検出回路、127はデータ合成回路を示す。   FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a receiving unit of a receiving station in the prior art. Here, a case where the number of receiving antennas is two will be described as an example. In the figure, 121-1 to 121-2 are receiving antennas, 122-1 to 122-2 are radio units, 123 is a channel estimation circuit, 124 is a received signal management circuit, 125 is a transfer function matrix management circuit, and 126 is signal detection. A circuit 127 indicates a data synthesis circuit.

受信アンテナ121−1〜121−2にて受信された信号は、無線部122−1〜122−2にて信号増幅、周波数変換等の処理を各受信系統で独立に行う。受信された信号の先頭部分に付与されたMIMOチャネル推定用の信号は切り出されてチャネル推定回路123に入力される。チャネル推定回路123では既知の信号の受信状態からMIMOチャネルの伝達関数情報を取得する。   Signals received by the receiving antennas 121-1 to 121-2 are subjected to processing such as signal amplification and frequency conversion by the radio units 122-1 to 122-2 independently in each receiving system. The MIMO channel estimation signal added to the head portion of the received signal is cut out and input to the channel estimation circuit 123. The channel estimation circuit 123 acquires MIMO channel transfer function information from a known signal reception state.

一般に、受信機能に加えて送信機能も備える無線通信装置の場合には、このチャネル推定回路123は、先の図10に示すチャネル推定回路7と共用することも可能である。ここで推定された伝達関数情報は、伝達関数行列管理回路125に入力され、伝達関数行列として管理される。   In general, in the case of a wireless communication apparatus having a transmission function in addition to a reception function, this channel estimation circuit 123 can be shared with the channel estimation circuit 7 shown in FIG. The transfer function information estimated here is input to the transfer function matrix management circuit 125 and managed as a transfer function matrix.

一方、プリアンブル信号に後続するデータ部の信号は、受信信号管理回路124に入力される。信号検出回路126では、受信信号管理回路124にて管理された各信号系統の受信信号と、伝達関数行列管理回路125で管理された伝達関数行列とから、シンボルを単位として送信局側が送信した信号を推定する。推定された結果は、データ合成回路127に出力され、各信号系統を合成して元のデータを再生し、出力される。なお、信号検出回路126における処理としては、先に説明した数式(2)、数式(5)、数式(6)等の如何なる処理を用いても構わない。   On the other hand, the signal of the data part following the preamble signal is input to the received signal management circuit 124. In the signal detection circuit 126, a signal transmitted from the transmission station side in units of symbols from the reception signal of each signal system managed by the reception signal management circuit 124 and the transfer function matrix managed by the transfer function matrix management circuit 125. Is estimated. The estimated result is output to the data synthesizing circuit 127, and the original data is reproduced by synthesizing the signal systems and output. As the processing in the signal detection circuit 126, any processing such as Equation (2), Equation (5), Equation (6) described above may be used.

次に、図12は、従来技術における送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成例を示すブロック図である。なお、図10に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、11は受信信号管理回路、12は信号検出回路、13はデータ合成回路を示す。基本的な動作は、前述した図10と図11を合わせた処理になっており、チャネル推定回路7とチャネル推定回路123、伝達関数行列管理回路108と伝達関数行列管理回路125が送信および受信の両系にて共用化されている点が異なるのみである。   Next, FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a wireless communication apparatus having functions of both a transmitting station and a receiving station in the prior art. Note that portions corresponding to those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the figure, 11 is a received signal management circuit, 12 is a signal detection circuit, and 13 is a data synthesis circuit. The basic operation is a process combining FIG. 10 and FIG. 11, and the channel estimation circuit 7, the channel estimation circuit 123, the transfer function matrix management circuit 108, and the transfer function matrix management circuit 125 perform transmission and reception. The only difference is that they are shared by both systems.

図13は、従来技術における信号送信時の処理を示すフローチャートである。データが入力されると(S101)、送信局では、N系統のデータ系列に分割され(S102)、これらの信号にはそれぞれプリアンブル信号が付与され(S103)、これに各系列毎に個別に変調処理を行う(S104)。変調された信号には、ユニタリ変換が実施され(S105)、ユニタリ変換後の信号が無線部にて無線周波数に変換され信号が送信される(S106)。送信データが続く場合には(S107)、ステップS104からステップS106を繰り返し、送信データ終了後(S107)、処理を完了する(S108)。   FIG. 13 is a flowchart showing processing at the time of signal transmission in the prior art. When data is input (S101), the transmitting station divides the data into N data series (S102), and each of these signals is assigned a preamble signal (S103), and is modulated individually for each series. Processing is performed (S104). The modulated signal is subjected to unitary conversion (S105), and the signal after unitary conversion is converted into a radio frequency by the radio unit and transmitted (S106). If the transmission data continues (S107), Steps S104 to S106 are repeated, and after the transmission data ends (S107), the process is completed (S108).

次に、図14は、従来方式におけるユニタリ変換行列生成のための処理を示すフローチャートである。送信局が何らかの手段で伝達関数行列に関する情報を取得すると(S111)、伝達関数行列Hとそのエルミート共役の行列との積H・Hを求め(S112)、H・Hの固有ベクトルを求め(S113)、その固有ベクトルを成分として含むユニタリ変換行列を生成する(S114)。このユニタリ変換行列は、一旦、メモリに記憶され(S115)、処理を終了する(S116)。この記憶されたユニタリ変換行列は、信号送信時において、図13に示すステップS105におけるユニタリ変換で利用される。 Next, FIG. 14 is a flowchart showing processing for generating a unitary transformation matrix in the conventional method. When the transmitting station acquires information on the transfer function matrix by some means (S111), a product H H · H of the transfer function matrix H and its Hermitian conjugate matrix is obtained (S112), and an eigenvector of H H · H is obtained ( In step S113, a unitary transformation matrix including the eigenvector as a component is generated (S114). This unitary transformation matrix is temporarily stored in the memory (S115), and the process ends (S116). This stored unitary transformation matrix is used for unitary transformation in step S105 shown in FIG. 13 during signal transmission.

次に、図15は、従来技術における受信局の受信動作を示すフローチャートである。受信局では、無線パケットを受信すると(S121)、プリアンブルを検出し(S122)、チャネル推定を実施する(S123)。ここでは、各送信アンテナおよび受信アンテナ間の伝達関数を全て取得する。一方、プリアンブル信号に後続して受信される信号は、1シンボル毎に各受信アンテナでの受信信号rを成分としてもつ受信信号ベクトルRxとして管理される(S124)。これに対し、Rx≒H×Txの関係から各送信系統の送信信号を推定する(S125)。更に受信データが継続する場合には(S126のNO)、ステップS124に戻り、ステップS124〜S125を繰り返す。受信データが終わった場合(S126のYES)、一連の各系統の受信データを再構成し、送信側でのデータを再現してデータを出力し(S127)、処理を完了する(S128)。 Next, FIG. 15 is a flowchart showing the receiving operation of the receiving station in the prior art. When receiving the wireless packet (S121), the receiving station detects the preamble (S122) and performs channel estimation (S123). Here, all transfer functions between the transmission antennas and the reception antennas are acquired. On the other hand, the signal received subsequent to the preamble signal is managed as a received signal vector Rx having the received signal r j at each receiving antenna as a component for each symbol (S124). On the other hand, the transmission signal of each transmission system is estimated from the relationship of Rx≈H × Tx (S125). If the received data continues (NO in S126), the process returns to step S124, and steps S124 to S125 are repeated. When the received data is completed (YES in S126), the series of received data of each system is reconstructed, the data on the transmission side is reproduced and output (S127), and the process is completed (S128).

次に、図16は、OFDM変調方式を用いた従来技術における信号送信時の処理を示すフローチャートである。なお、図13に対応するステップには同一の符号を付けている。図13では、シングルキャリアを前提として説明したが、OFDM変調方式を用いる場合には、ステップS102からステップS103およびステップS104からステップS105については、複数のサブキャリアに対して個別に処理を実施することになる。さらなる図13との差分は、ステップS131にてサブキャリア毎にデータを分割し、ステップS132にて各サブキャリアの信号に対してIFFT処理を施し、ステップS133にてガードインターバルを挿入する処理を実施する点である。   Next, FIG. 16 is a flowchart showing processing at the time of signal transmission in the prior art using the OFDM modulation scheme. The steps corresponding to those in FIG. 13 are given the same reference numerals. Although FIG. 13 has been described on the premise of a single carrier, when the OFDM modulation method is used, processing from step S102 to step S103 and step S104 to step S105 are individually performed for a plurality of subcarriers. become. The difference from FIG. 13 is that data is divided for each subcarrier in step S131, IFFT processing is performed on the signal of each subcarrier in step S132, and a guard interval is inserted in step S133. It is a point to do.

次に、図17は、OFDM変調方式を用いた従来技術における信号受信時の処理を示すフローチャートである。なお、図15に対応するステップには同一の符号を付けている。図15では、シングルキャリアを前提として説明したが、OFDM変調方式を用いる場合には、ステップS122からステップS123およびステップS124からステップS125については、複数のサブキャリアに対して個別に処理を実施することになる。更なる図15との差分は、ステップS141およびステップS143において、受信信号におけるガードインターバルの除去を実施し、ステップS142およびステップS144にて受信信号の高速フーリエ変換を実施し、各サブキャリア毎に信号を分離する点である。
宮下他「MIMOチャネルにおける固有ビーム空間分割多重(E−SDM)方式」、信学技法、RCS2002−53、2002年5月
Next, FIG. 17 is a flowchart showing processing at the time of signal reception in the prior art using the OFDM modulation method. The steps corresponding to FIG. 15 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 15, the description has been given on the assumption of a single carrier. However, when the OFDM modulation method is used, Steps S122 to S123 and Steps S124 to S125 are individually processed for a plurality of subcarriers. become. The difference from FIG. 15 is that the guard interval in the received signal is removed in step S141 and step S143, the fast Fourier transform is performed on the received signal in step S142 and step S144, and the signal is received for each subcarrier. It is a point to separate.
Miyashita et al. "Eigenbeam space division multiplexing (E-SDM) system in MIMO channel", IEICE Tech., RCS2002-53, May 2002.

ところで、上述したE−SDM方式では、各信号系列の信号は、N行N列の正方行列H×Hに対するそれぞれ固有値λ〜λに相当するサブチャネルに分離されるように送信側で処理を行う。このため、各固有値に対応する固有ベクトルを求め、この固有ベクトルを組み合わせて前述のユニタリ変換を行う。送信アンテナの数が2つまでであれば、固有値と固有ベクトルとは、公式を用いて確定的な処理を実施することで求めることができるが、特にアンテナ数が3つ以上になる場合には、固有値および固有ベクトルを求める演算は簡単ではない。 By the way, in the above-described E-SDM system, the signal of each signal sequence is separated on the transmission side so as to be separated into subchannels corresponding to eigenvalues λ 1 to λ N for the square matrix H H × H of N rows and N columns. Process. Therefore, an eigenvector corresponding to each eigenvalue is obtained, and the unitary transformation described above is performed by combining the eigenvectors. If the number of transmitting antennas is up to 2, eigenvalues and eigenvectors can be obtained by performing deterministic processing using a formula, but especially when the number of antennas is 3 or more, The operation for obtaining eigenvalues and eigenvectors is not easy.

計算機上での演算を仮定した場合、行列Mの固有値および固有ベクトルを求める演算は、例えば、下記のような手段で求めることが可能である。まず、N=3を例に取り、3行3列の行列M、3つの固有値をλ、λ、λ(ここで‖λ‖≧‖λ‖≧‖λ‖とし、‖x‖は複素数xの絶対値である)、それぞれの固有ベクトルをu、u、uと表記する。任意の3次元ベクトルvは、これらの固有ベクトルの線形結合(係数を[A,A,A]とする)で表記可能である。 Assuming computation on a computer, computation for obtaining eigenvalues and eigenvectors of the matrix M can be obtained by the following means, for example. First, taking N = 3 as an example, a matrix M of 3 rows and 3 columns, and three eigenvalues λ 1 , λ 2 , λ 3 (where λλ 1 ‖ ≧ ‖λ 2 ‖ ≧ ‖λ 3 ‖, x‖ is the absolute value of the complex number x), and the respective eigenvectors are denoted as u 1 , u 2 , u 3 . An arbitrary three-dimensional vector v can be expressed by a linear combination of these eigenvectors (coefficients are [A 1 , A 2 , A 3 ]).

Figure 2006340265
Figure 2006340265

これに行列Mを作用させると、以下の式を得る。   When the matrix M is applied to this, the following expression is obtained.

Figure 2006340265
Figure 2006340265

したがって、Mをk回作用させると、以下のようになる。   Therefore, when M is acted k times, it becomes as follows.

Figure 2006340265
Figure 2006340265

ここで、‖λ‖>‖λ‖>‖λ‖であれば、k⇒∞とすると、M・v≒A・λ ・uという近似が可能である。これを順次利用すると、各固有値と固有ベクトルとを近似的に求めることが可能である。 Here, if ‖λ 1 ‖> ‖λ 2 ‖> ‖λ 3 ‖, an approximation of M k · v≈A 1 · λ 1 k · u 1 is possible if k⇒∞. When this is sequentially used, each eigenvalue and eigenvector can be approximately obtained.

しかしながら、このような演算は、ベクトルに行列を複数回乗算する必要があり、処理遅延とともに演算量も膨大となる。このインパクトは、計算機上であれば無視可能であるかもしれないが、リアルタイムで処理を行う必要がある場合には、遅延の短縮のために並列的な処理を行うための個別回路を多数備え、パラレルに演算を実行する必要がある。特に、複素乗算回路は、回路規模が一般に大きく、現実的に実装可能な回路規模を考慮すると、上記の手法で固有ベクトル(ないしはそれを合成したユニタリ変換行列)を求めるのは非常に厳しい。   However, such an operation requires multiplying a vector by a matrix a plurality of times, and the amount of calculation becomes enormous with processing delay. This impact may be negligible on a computer, but if it is necessary to perform processing in real time, it has many individual circuits for performing parallel processing to reduce delay, It is necessary to perform operations in parallel. In particular, the complex multiplier circuit is generally large in circuit scale, and considering the circuit scale that can be practically implemented, it is very difficult to obtain an eigenvector (or a unitary transformation matrix obtained by synthesizing it) by the above-described method.

特に、双方向通信の場合、通信の相手局からの信号を受信後、すぐにその局に対して返信する際には、短時間での処理が必須である。伝達関数行列の取得から固有ベクトルの生成までに時間がかかると、ユニタリ変換は、少なくともその時間以上、過去の情報を用いて行わなければならないが、伝達関数行列は、時間と共に変動するため、それだけ精度の低いユニタリ変換を用いなければならず、その結果、受信側での特性は劣化する。   In particular, in the case of two-way communication, when a signal from a communication partner station is received and immediately returned to the station, processing in a short time is essential. If it takes time from acquisition of the transfer function matrix to generation of the eigenvector, unitary transformation must be performed using past information for at least that time, but since the transfer function matrix varies with time, the accuracy is increased accordingly. Must be used, and as a result, the characteristics on the receiving side are degraded.

上述したように、送信側で送信信号に対して伝達関数行列に依存した何らかの変換処理を実施するのであれば、その変換行列の生成は、確定的な処理のみで構成され、かつ、可能な限り簡易な処理であることが好ましい。   As described above, if any conversion processing depending on the transfer function matrix is performed on the transmission signal on the transmission side, the generation of the conversion matrix is configured only by deterministic processing, and as much as possible. A simple process is preferred.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、MIMO伝送における送信局側での送信信号に対する変換処理を容易に実施することができ、受信側での受信特性を向上させることができる無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to easily perform conversion processing on a transmission signal on the transmission station side in MIMO transmission, and to achieve reception characteristics on the reception side. An object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus and a wireless communication method that can improve the performance.

上述した課題を解決するために、本発明は、M≧2となる整数M、N≧3となる整数N、N>N’≧2である整数N’に対し、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するN本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うM本以上の受信アンテナを備えた受信局とにより構成され、該送受信局間の複数のアンテナ間のMIMOチャネルを利用して通信を行う無線通信装置において、前記送信局は、該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得するチャネル推定手段と、取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成する伝達関数行列生成手段と、入力されたユーザデータをN’系統に分割するデータ分割手段と、前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成する送信信号系列生成手段と、前記伝達関数行列生成手段で生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し、該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択する行ベクトル選択手段と、該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出する基底ベクトル抽出手段と、該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成する変換行列生成手段と、N’系統の送信信号を変換行列を用いて変換する送信信号変換手段と、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信する送信手段とを具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a plurality of integer M's with M ≧ 2, N with N ≧ 3, and N ′ with N> N ′ ≧ 2 on the same frequency channel. A transmission station equipped with N transmission antennas that multiplex and transmit signal sequences in space, and M or more receptions that receive transmitted radio signals and perform reception processing by separating them into the plurality of signal sequences A wireless communication apparatus configured to perform communication using a MIMO channel between a plurality of antennas between the transmission and reception stations, wherein the transmission station includes N transmission antennas of the transmission station; Channel estimation means for acquiring each transfer function between M receiving antennas of the receiving station, and transfer function matrix generating means for generating a transfer function matrix of the MIMO channel having the acquired transfer function as each element And the entered user Data dividing means for dividing the data into N ′ systems, and a transmission signal sequence for generating a first signal sequence of the N ′ system by giving a signal of an individual known pattern to the data divided into the N ′ system M, N M-dimensional row vectors constituting the matrix are defined as h 1 , h 2 ,..., H M with respect to the transfer function matrix H of M rows and N columns generated by the generation means and the transfer function matrix generation means. When expressed, a row vector selecting means for selecting N ′ of the row vectors and N ′ number of orthogonally belonging to a subspace that can be expressed as a linear combination of the selected N ′ number of row vectors A basis vector extracting means for extracting a basis vector as a row vector and a transformation matrix given as a matrix of N rows and N 'columns each having a column vector given by a Hermite conjugate of the N' basis vectors Transformation matrix generation means for 'Transmission signal conversion means for converting using a conversion matrix a transmission signal of the system, characterized by comprising a transmitting means for transmitting the converted transmission signal by using the transmitting antennas N present.

本発明は、上記の発明において、前記行ベクトル選択手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個を選択することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the row vector selection means selects N ′ from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. It is characterized by doing.

本発明は、上記の発明において、前記行ベクトル選択手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルh(1≦k≦M、kは整数)を含むように選択し、前記基底ベクトル抽出手段は、hを規格化した基底ベクトルを含むように基底ベクトルを抽出することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the row vector selecting means is a vector h k (1 ≦ 1) having the largest vector size among the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. k ≦ M, k is an integer), and the basis vector extracting means extracts a basis vector so as to include a basis vector obtained by normalizing h k .

本発明は、上記の発明において、前記基底ベクトル抽出手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いて基底ベクトルを抽出することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the basis vector extracting means is configured to generate a gram for the row vector selected from N ′ of the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. A basis vector is extracted using the Schmidt orthogonalization method.

本発明は、上記の発明において、前記送信局は、直交周波数分割多重変調方式を用い、前記変換行列生成手段は、各サブキャリア毎に前記変換行列を生成し、前記送信信号変換手段は、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換し、前記送信手段は、直交周波数分割多重変調方式を用いて、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信することを特徴とする。   According to the present invention, in the above invention, the transmitting station uses an orthogonal frequency division multiplexing modulation system, the conversion matrix generation unit generates the conversion matrix for each subcarrier, and the transmission signal conversion unit The N ′ system transmission signal is converted for each subcarrier using the conversion matrix, and the transmission means uses the orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme, and uses the N transmission antennas for the converted transmission signal. And transmitting.

また、上述した課題を解決するために、本発明は、M≧2となる整数M、N≧3となる整数N、N>N’≧2である整数N’に対し、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するN本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うM本以上の受信アンテナを備えた受信局とにより、該送受信局間の複数のアンテナ間のMIMOチャネルを利用して通信を行う無線通信方法において、前記送信局は、該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得するステップと、取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成するステップと、入力されたユーザデータをN’系統に分割するステップと、前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成するステップと、生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択するステップと、該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出するステップと、該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成するステップと、N’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換するステップと、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信するステップとを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention is based on the same frequency channel for an integer M where M ≧ 2, an integer N where N ≧ 3, and an integer N ′ where N> N ′ ≧ 2. A transmission station having N transmission antennas that multiplex and transmit a plurality of signal sequences in space, and M or more that perform reception processing by receiving a transmitted radio signal and separating it into the plurality of signal sequences In a wireless communication method for performing communication using a MIMO channel between a plurality of antennas between the transmitting and receiving stations with a receiving station provided with a receiving antenna, the transmitting station includes N transmitting antennas of the transmitting station and the Acquiring each transfer function between M receiving antennas of the receiving station, generating a transfer function matrix of the MIMO channel having the acquired transfer function as each element, and input user data Is divided into N 'systems Generating a first signal sequence of the N ′ system by giving a signal of an individual known pattern to the data divided into the N ′ system, and the generated transfer function matrix of M rows and N columns When M N-dimensional row vectors constituting the matrix with respect to H are denoted as h 1 , h 2 ,..., H M , selecting N ′ of the row vectors; A step of extracting basis vectors which are N ′ mutually orthogonal row vectors belonging to a subspace that can be expressed as a linear combination of N ′ row vectors, and Hermitian conjugate of the N ′ basis vectors. Generating a transformation matrix given as an N-row N′-column matrix having a column vector in each column; transforming an N′-system transmission signal using the transformation matrix; and converting the transformed transmission signal N said transmit antennas Characterized by a step of transmitting using.

本発明は、上記の発明において、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個選択するステップとをさらに有することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, with respect to the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M , an absolute value of each vector or an approximate value thereof is obtained; The method further includes a step of comparing the magnitudes of the absolute values and a step of selecting N ′ from the M row vectors having the larger vector size.

本発明は、上記の発明において、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルを選択するステップと、該選択されたベクトルを規格化したベクトルを1つの基底ベクトルとして抽出するステップと、該基底ベクトルを含め、計N’個選択するステップとをさらに有することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, with respect to the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M , an absolute value of each vector or an approximate value thereof is obtained; A step of comparing the magnitudes of absolute values; a step of selecting a vector having the largest vector size from the M row vectors; and a vector obtained by normalizing the selected vector is extracted as one basis vector And a step of selecting a total of N ′ including the basis vectors.

本発明は、上記の発明において、前記基底ベクトルを抽出するステップは、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the step of extracting the basis vectors may be performed on the row vectors selected from N ′ out of the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. The Gramschmitt orthogonalization method is used.

本発明は、上記の発明において、前記送信局は、直交周波数分割多重変調方式を用いて送信信号を送信し、前記変換行列を生成するステップは、各サブキャリア毎に変換行列を生成し、前記送信信号を変換するステップは、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を変換行列を用いて変換し、前記送信信号を送信するステップは、直交周波数分割多重変調方式を用いて変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信することを特徴とする。   The present invention is the above invention, wherein the transmitting station transmits a transmission signal using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme, and the step of generating the conversion matrix generates a conversion matrix for each subcarrier, The step of converting the transmission signal converts N ′ transmission signals for each subcarrier using a conversion matrix, and the step of transmitting the transmission signal is a transmission converted using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme. A signal is transmitted using N transmission antennas.

この発明によれば、前記送信局において、チャネル推定手段により、該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得し、伝達関数行列生成手段により、取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成し、データ分割手段により、入力されたユーザデータをN’系統に分割し、送信信号系列生成手段により、前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成し、該生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し、行ベクトル選択手段により、該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択し、基底ベクトル抽出手段により、該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出し、変換行列生成手段により、該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成し、送信信号変換手段により、N’系統の送信信号を変換行列を用いて変換し、送信手段により、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信する。したがって、固有ベクトルそのものを求める必要はなく、伝達関数行列を構成する行ベクトル群の中の一部が張る部分空間に存在する直交基底ベクトルを求めればよく、変換行列を容易に、かつ確定的に取得することができるという利点が得られる。この結果、変換行列の取得に要する処理遅延も短縮可能であり、伝達関数行列の情報を取得してから即座にその情報を利用した信号の変換処理が可能なことから、適用可能なケースが広がる上、時変動が早い伝搬環境においても対応可能という副次的な効果も得られる。 According to the present invention, in the transmitting station, each transfer function between the N transmitting antennas of the transmitting station and the M receiving antennas of the receiving station is obtained by channel estimation means, and a transfer function matrix is generated. Means for generating the transfer function matrix of the MIMO channel having the acquired transfer function as each element, dividing the input user data into N ′ systems by the data dividing means, and transmitting signal sequence generating means, A signal of an individual known pattern is given to the data divided into the N ′ system to generate a first signal sequence of the N ′ system, and the generated transfer function matrix H of M rows and N columns is When M N-dimensional row vectors constituting the matrix are expressed as h 1 , h 2 ,..., H M by the row vector selection means, N ′ of the row vectors are selected, and a basis vector is selected. The selected by the extraction means N ′ basis vectors that are orthogonal row vectors belonging to a subspace that can be expressed as a linear combination of N ′ row vectors are extracted, and Hermitian conjugate of the N ′ basis vectors is obtained by transform matrix generation means. A conversion matrix given as a matrix of N rows and N ′ columns having the column vector given by each column is generated, and the transmission signal is converted by the transmission signal conversion means using the conversion matrix, and the transmission means. The converted transmission signal is transmitted using the N transmission antennas. Therefore, it is not necessary to obtain the eigenvector itself, it is only necessary to obtain the orthogonal basis vector that exists in the partial space spanned by a part of the row vector group constituting the transfer function matrix, and the transformation matrix can be obtained easily and deterministically. The advantage of being able to do is obtained. As a result, the processing delay required to obtain the transformation matrix can be shortened, and the application of the transfer function matrix can be performed immediately after obtaining the information of the transfer function matrix. In addition, there is a secondary effect that it is possible to cope even in a propagation environment with a fast time variation.

また、本発明によれば、前記行ベクトル選択手段により、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個を選択する。したがって、送信側のアンテナの本数を増やし、冗長度を増すことにより送信ダイバーシチ利得を稼ぐ場合において、より効率的に送信信号の指向性を選択することができるという利点が得られる。 Further, according to the present invention, by the row vector selecting means, the M N-dimensional row vector h 1, h 2, ..., selects the N 'pieces from the larger magnitude of the vector from the h M . Therefore, there is an advantage that the directivity of the transmission signal can be selected more efficiently when the transmission diversity gain is increased by increasing the number of antennas on the transmission side and increasing the redundancy.

また、本発明によれば、前記行ベクトル選択手段により、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルh(1≦k≦M、kは整数)を含むように選択し、前記基底ベクトル抽出手段により、hを規格化した基底ベクトルを含むように基底ベクトルを抽出する。したがって、送信側のアンテナの本数を増やし、冗長度を増すことにより送信ダイバーシチ利得を稼ぐ場合において、より効率的に送信信号の指向性を選択することができるという利点が得られる。 Further, according to the present invention, the row vector selection means causes the vector h k (1 ≦ k) having the largest vector size from among the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. ≦ M and k are integers), and the basis vector extraction means extracts the basis vectors so as to include the basis vectors obtained by normalizing h k . Therefore, there is an advantage that the directivity of the transmission signal can be selected more efficiently when the transmission diversity gain is increased by increasing the number of antennas on the transmission side and increasing the redundancy.

また、本発明によれば、前記基底ベクトル抽出手段により、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いて基底ベクトルを抽出する。したがって、変換行列の元になる直交基底ベクトルを確定的な処理により容易に生成することができるという利点が得られる。特に、従来のE−SDM方式において信号多重数が3つ以上の場合には固有ベクトルを直接求める公式がなかったのに対し、規定通りの手順を実施することにより、変換行列が確実に求めることができる。この結果として、処理遅延の短縮および演算量の削減が可能となる。 Further, according to the present invention, Gram Schmidt is selected for the row vector selected from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M by the basis vector extraction means. Base vectors are extracted using the orthogonalization method. Therefore, there is an advantage that the orthogonal basis vector that is the basis of the transformation matrix can be easily generated by deterministic processing. In particular, in the conventional E-SDM system, when the number of multiplexed signals is 3 or more, there is no formula for directly obtaining the eigenvector, but by performing the prescribed procedure, the transformation matrix can be obtained reliably. it can. As a result, the processing delay can be shortened and the amount of calculation can be reduced.

また、本発明によれば、前記送信局で直交周波数分割多重変調方式を採用し、前記変換行列生成手段により、各サブキャリア毎に前記変換行列を生成し、前記送信信号変換手段により、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換し、前記送信手段により、直交周波数分割多重変調方式を用いて、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信する。したがって、マルチパス環境での周波数選択性フェージングに対する耐性の高いOFDM変調方式と組み合わせ、複数の信号系統の信号を効率的に伝送することができるという利点が得られる。   Further, according to the present invention, the transmitting station employs an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme, the conversion matrix generation unit generates the conversion matrix for each subcarrier, and the transmission signal conversion unit converts each subcarrier. The N ′ system transmission signal is converted for each carrier using the conversion matrix, and the transmission means uses the orthogonal frequency division multiplexing modulation method to convert the converted transmission signal using the N transmission antennas. Send. Therefore, it is possible to obtain an advantage that signals of a plurality of signal systems can be efficiently transmitted in combination with an OFDM modulation scheme having high resistance to frequency selective fading in a multipath environment.

また、この発明によれば、該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得するステップと、取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成するステップと、入力されたユーザデータをN’系統に分割するステップと、前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成するステップと、生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択するステップと、該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出するステップと、該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成するステップと、N’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換するステップと、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信するステップとを前記送信局で実行する。したがって、従来の固有ベクトルを用いたユニタリ変換行列を利用する方式に対し、信号を効率的に伝送するための変換行列を容易に取得することができるという利点が得られる。 According to the present invention, the step of acquiring each transfer function between the N transmitting antennas of the transmitting station and the M receiving antennas of the receiving station, and the acquired transfer function as each element Generating a transfer function matrix of the MIMO channel, dividing the input user data into N ′ systems, and assigning signals of individual known patterns to the data divided into the N ′ systems A step of generating a first signal sequence of the N ′ system, and M N-dimensional row vectors constituting the matrix for the generated transfer function matrix H of M rows and N columns, h 1 , h 2 ,. h When denoted as M , a step of selecting N ′ of the row vectors and N ′ orthogonal to each other belonging to a subspace that can be represented as a linear combination of the selected N ′ row vectors Extract the basis vector that is the row vector Generating a transformation matrix given as an N-row N'-column matrix having column vectors given by Hermitian conjugation of the N 'basis vectors in each column, and N'-system transmission signals The transmitting station executes a step of converting using the conversion matrix and a step of transmitting the converted transmission signal using the N transmitting antennas. Therefore, an advantage is obtained in that a conversion matrix for efficiently transmitting a signal can be easily obtained as compared with a conventional method using a unitary conversion matrix using eigenvectors.

また、本発明によれば、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個選択するステップとをさらに送信局で実行する。したがって、送信側のアンテナの本数を増やし、冗長度を増すことにより送信ダイバーシチ利得を稼ぐ場合において、より効率的に送信信号の指向性を選択することができるという利点が得られる。 In addition, according to the present invention, for the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M , a step of obtaining an absolute value of each vector or an approximate value thereof, and an absolute value of the obtained vector A step of comparing the magnitudes of the values and a step of selecting N ′ of the vector vectors having the larger vector size from the M row vectors are further executed at the transmitting station. Therefore, there is an advantage that the directivity of the transmission signal can be selected more efficiently when the transmission diversity gain is increased by increasing the number of antennas on the transmission side and increasing the redundancy.

また、本発明によれば、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルを選択するステップと、該選択されたベクトルを規格化したベクトルを1つの基底ベクトルとして抽出するステップと、該基底ベクトルを含め、計N’個選択するステップと送信局で実行する。したがって、送信側のアンテナの本数を増やし、冗長度を増すことにより送信ダイバーシチ利得を稼ぐ場合において、より効率的に送信信号の指向性を選択することができるという利点が得られる。 In addition, according to the present invention, for the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M , a step of obtaining an absolute value of each vector or an approximate value thereof, and an absolute value of the obtained vector A step of comparing the magnitudes of values, a step of selecting a vector having the largest vector size from the M row vectors, and a vector obtained by normalizing the selected vector is extracted as one basis vector. This is executed in the step, the step of selecting a total of N ′ including the basis vectors, and the transmitting station. Therefore, there is an advantage that the directivity of the transmission signal can be selected more efficiently when the transmission diversity gain is increased by increasing the number of antennas on the transmission side and increasing the redundancy.

また、本発明によれば、前記基底ベクトルを抽出するステップで、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いる。したがって、変換行列の元になる直交基底ベクトルを容易に生成することができるという利点が得られる。 In addition, according to the present invention, in the step of extracting the basis vector, the N ′ row vectors selected from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. The Gramschmitt orthogonalization method is used. Therefore, there is an advantage that the orthogonal basis vector that is the basis of the transformation matrix can be easily generated.

また、本発明によれば、前記送信局は、直交周波数分割多重変調方式を用いて送信信号を送信し、前記変換行列を生成するステップで、各サブキャリア毎に変換行列を生成し、前記送信信号を変換するステップで、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を変換行列を用いて変換し、前記送信信号を送信するステップで、直交周波数分割多重変調方式を用いて変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信する。したがって、マルチパス環境での周波数選択性フェージングに対する耐性の高いOFDM変調方式と組み合わせ、複数の信号系統の信号を効率的に伝送することができるという利点が得られる。   According to the present invention, the transmitting station transmits a transmission signal using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme, and generates a conversion matrix for each subcarrier in the step of generating the conversion matrix. In the step of converting the signal, the transmission signal of N ′ system is converted for each subcarrier using a conversion matrix, and in the step of transmitting the transmission signal, the transmission signal converted using the orthogonal frequency division multiplexing modulation method Are transmitted using N transmission antennas. Therefore, it is possible to obtain an advantage that signals of a plurality of signal systems can be efficiently transmitted in combination with an OFDM modulation scheme having high resistance to frequency selective fading in a multipath environment.

以下、本発明の一実施形態による無線通信装置を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

A.本発明の原理
まず、本発明の原理について説明する。一般に、送信側において固有ビームを形成して送信するE−SDMの適用による効果は、受信側において数式(5)で示すE−SDM本来の処理を実施する場合の他、数式(6)で示すような受信側でZF法やMMSE法等の方法を用いる場合に特性が改善される。一方で、MLD法を用いた場合には、MLD法そのものが非線形効果をうまく取り込むことが可能であったため、送信側で適切な固有ビームを形成しなくても、受信側のみで十分な特性を得ることが可能であった。言い換えれば、受信側でMLD法を用いる場合、ないしはMLD法をベースとした様々なアプローチを用いる場合には、送信側での固有ビームの形成の有無(E−SDM法の適用)は直接的には受信特性に影響を与えるものではなかった。
A. First, the principle of the present invention will be described. In general, the effect of applying E-SDM that forms and transmits an eigen beam on the transmission side is expressed by Expression (6) in addition to the case where the E-SDM original processing expressed by Expression (5) is performed on the reception side. The characteristics are improved when a method such as the ZF method or the MMSE method is used on the receiving side. On the other hand, when the MLD method is used, since the MLD method itself can take in the nonlinear effect well, sufficient characteristics can be obtained only on the reception side without forming an appropriate eigen beam on the transmission side. It was possible to get. In other words, when the MLD method is used on the receiving side or when various approaches based on the MLD method are used, the presence or absence of eigenbeam formation (application of the E-SDM method) on the transmitting side is directly determined. Did not affect the reception characteristics.

以下に、MLD法の基本的な原理を示す。まず、MIMOチャネルの伝達関数行列と送信信号および受信信号との間には、数式(1)の関係が成立しているとする。ここで、Txは、N次元の送信信号ベクトルであり、各要素は、各信号系統の送信信号を表わしている。例えば、64QAMのような多値変調を用いる場合には、各信号系統の送信信号として候補数は、その変調モードの多値数m(64QAMの場合はm=64)に一致する。N’系統の信号系統を送信する場合には、各系統の送信信号の組み合わせとして、mN’個の候補が存在する。これらの候補をTx[n]と表記し、nはそれぞれの識別番号とする。ここで、複数個の選択肢があるTx[n]を数式(1)のTxに代入すると、送信信号ベクトルがTx[n]であった場合の受信信号の予想値(以降、受信レプリカ信号と呼ぶ)が求まる。ここで、実際の受信信号と受信レプリカ信号との差分を求め、この幾何学的な距離が小さいものが実際の送信信号に近いものと期待される。1つの例として、幾何学的な距離としてユークリッド距離を用いた場合、このユークリッド距離は以下の式で与えられる。 The basic principle of the MLD method is shown below. First, it is assumed that the relationship of Equation (1) is established between the transfer function matrix of the MIMO channel and the transmission signal and the reception signal. Here, Tx is an N-dimensional transmission signal vector, and each element represents a transmission signal of each signal system. For example, when multi-level modulation such as 64QAM is used, the number of candidates as transmission signals of each signal system matches the multi-level number m of the modulation mode (m = 64 in the case of 64QAM). When transmitting N ′ signal systems, there are m N ′ candidates as combinations of transmission signals of each system. These candidates are denoted as Tx [n] , where n is the identification number. Here, when Tx [n] having a plurality of options is substituted for Tx in Expression (1), an expected value of the received signal when the transmission signal vector is Tx [n] (hereinafter referred to as a received replica signal). ) Is obtained. Here, the difference between the actual received signal and the received replica signal is obtained, and it is expected that the one with the smaller geometric distance is closer to the actual transmitted signal. As one example, when the Euclidean distance is used as the geometric distance, this Euclidean distance is given by the following equation.

Figure 2006340265
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ここで、このユークリッド距離を最小とするTx[n]を選べば、最も確からしい送信信号と言うことができる。 Here, if Tx [n] that minimizes the Euclidean distance is selected, it can be said that the transmission signal is most likely.

このMLD法が良好な特性を示す理由は、受信局側において受信された信号が、途中の処理において複数系統の信号を逆位相で加算する等の線形演算によるロスを生じさせることがないためである。言い換えれば、送受信局間において送信信号のエネルギーが少ないロスで伝達される限り、その受信エネルギーを効率的に利用することができる。   The reason why this MLD method shows good characteristics is that the signal received on the receiving station side does not cause a loss due to linear operation such as adding signals of multiple systems in opposite phases in the middle of processing. is there. In other words, as long as the transmission signal energy is transmitted between the transmitting and receiving stations with a small loss, the reception energy can be used efficiently.

そこで、送信された信号が受信側においてどのように受信されるかについて、送信アンテナ数4本、受信アンテナ数2本、送信する信号系統数が2の場合を例にとり、説明を行う。先にも説明したが、一般的には必ずしも送信アンテナ数と送信する(空間多重する)信号系統数は一致する必要はない。2系統の信号系統を4本のアンテナに適宜線形合成して送信するということは、2本のアンテナの自由度に対して4本のアンテナの自由度を用いて送信することになり、所謂、送信ダイバーシチの利得が期待される。   Thus, how the transmitted signal is received on the receiving side will be described by taking an example in which the number of transmission antennas is four, the number of reception antennas is two, and the number of signal systems to be transmitted is two. As described above, in general, the number of transmission antennas and the number of signal systems to be transmitted (spatial multiplexing) do not necessarily match. Transmitting two signal systems by appropriately linearly combining them to four antennas means transmitting using the four antenna degrees of freedom with respect to the degrees of freedom of the two antennas. A transmission diversity gain is expected.

まず、2次元の送信信号ベクトルをTxとする。これに対し、各信号系統の信号に対し、適宜、重み付けを行い4本の送信アンテナに割り振る変換行列をUとする。この4本の送信アンテナと、2本の受信アンテナの間の伝達関数行列をHとする。   First, a two-dimensional transmission signal vector is Tx. On the other hand, U is a conversion matrix that is appropriately weighted and assigned to the four transmission antennas for signals of each signal system. Let H be the transfer function matrix between the four transmitting antennas and the two receiving antennas.

Figure 2006340265
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Figure 2006340265
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ここで、各行列を構成する行ベクトルh、h、u、uは、各々、4次元複素ベクトルである。そこで、4次元空間の中のh、hの線形結合で表記可能な部分空間を考え、この部分空間に所属する2つの直交ベクトルとして2つの基底ベクトルを抽出し、これをu、uとする。このような基底ベクトルの簡易な抽出方法はグラムシュミットの直交化法などが知られており、以下の式で与えられる。 Here, the row vectors h 1 , h 2 , u 1 , u 2 constituting each matrix are each a four-dimensional complex vector. Therefore, a subspace that can be expressed by a linear combination of h 1 and h 2 in a four-dimensional space is considered, and two base vectors are extracted as two orthogonal vectors belonging to this subspace, and these are extracted as u 1 , u 2 . Gram Schmidt's orthogonalization method is known as a simple method for extracting such basis vectors, and is given by the following equation.

Figure 2006340265
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Figure 2006340265
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つまり、uはh方向の単位ベクトルであり、uは、hからuへの射影部分をhから減算し、それを規格化することで求める。部分空間が3つ以上のベクトルで張られる場合には、同様の処理を順次繰り返す。このようにして、2つの送信系統の信号を4本のアンテナで送信するための変換行列Uを求める。この変換行列を用いて、送信信号ベクトルTxは、U×Txとして変換されて送信される。この結果、数式(4)の関係式が受信信号との間に成立する。 That is, u 1 is a unit vector in the h 1 direction, and u 2 is obtained by subtracting the projected part from h 2 to u 1 from h 2 and normalizing it. In the case where the subspace is spanned by three or more vectors, the same processing is sequentially repeated. In this way, a transformation matrix U for transmitting signals of two transmission systems with four antennas is obtained. Using this conversion matrix, the transmission signal vector Tx is converted as U × Tx and transmitted. As a result, the relational expression of Formula (4) is established between the received signal and the received signal.

ここでは、元々の4次元空間に対し、2つのベクトルu、uのみについて言及していたが、この2つの基底ベクトルに直交する、残りの2つの基底ベクトルをu、uとして、この性質を理解してみる。そのため、以下のような変換行列U’を考える。 Here, only the two vectors u 1 and u 2 are mentioned with respect to the original four-dimensional space, but the remaining two basis vectors orthogonal to the two basis vectors are designated as u 3 and u 4 , Try to understand this property. Therefore, consider the following transformation matrix U ′.

Figure 2006340265
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この際、h⊥u、h⊥u、h⊥u、h⊥uであることに注意すると、これらのベクトルの内積はゼロとなる。そこで、この変換を用いると、以下のように任意の送信信号[t,t]に対して、受信側で受信される信号は常にゼロベクトルとなる。 At this time, if it is noted that h 1 ⊥u 3 , h 1 ⊥u 4 , h 2 ⊥u 3 , and h 2 ⊥u 4 , the inner product of these vectors is zero. Therefore, when this conversion is used, the signal received on the receiving side is always a zero vector for any transmission signal [t 1 , t 2 ] as follows.

Figure 2006340265
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この式の意図することは、送信側で何らかの信号を送信しても、空間上でそれらの信号はキャンセルし合い、受信側の受信アンテナでの受信信号強度は常にゼロとなっている点である。言い換えると、4次元空間上でこの方向に信号を送信すると、その信号は受信時において完全にロスとなることを意味する。逆に言えば、送信側においては、このu、uの線形合成で表記可能な空間を避けて送信すれば、ロスの少ない信号伝送が可能となる。つまり、少なくとも受信アンテナにおける受信信号強度はロスの少ない分だけ強くなるはずである。 The intent of this equation is that even if some signal is transmitted on the transmitting side, those signals cancel each other in space, and the received signal strength at the receiving antenna on the receiving side is always zero. . In other words, if a signal is transmitted in this direction in a four-dimensional space, it means that the signal is completely lost at the time of reception. In other words, if transmission is performed avoiding a space that can be expressed by linear combination of u 3 and u 4 , signal transmission with less loss is possible. In other words, at least the received signal strength at the receiving antenna should be stronger by a smaller loss.

数学的に説明すると、2行4列の伝達関数行列Hに対し、H・Hは4行4列の正方行列になる。この行列の固有値は、元々が2行4列の行列から生成したものであるために、2つの非ゼロの固有値(送信アンテナ数「4」と受信アンテナ数「2」のうちの、小さい方の値の数だけ、非ゼロの固有値が存在する)に加え、2つの値がゼロの固有値が存在することになる。非ゼロの固有値に対応する2つの固有ベクトルは、u、uの張る空間に属し、残りのゼロの固有値に対応する固有ベクトルは、u、uの張る空間に属する。もちろん、u、uは、非ゼロの固有値に対する固有ベクトルとは一致する保証がない点に注意しておく。 Mathematically, for a 2 × 4 transfer function matrix H, H H · H is a 4 × 4 square matrix. Since the eigenvalues of this matrix were originally generated from a matrix of 2 rows and 4 columns, the smaller of the two non-zero eigenvalues (the number of transmit antennas “4” and the number of receive antennas “2”) In addition to the number of values, there will be non-zero eigenvalues), and there will be two eigenvalues with zero values. The two eigenvectors corresponding to the non-zero eigenvalues belong to the space spanned by u 1 and u 2 , and the eigenvectors corresponding to the remaining zero eigenvalues belong to the space spanned by u 3 and u 4 . Of course, note that u 1 and u 2 are not guaranteed to match the eigenvectors for nonzero eigenvalues.

以上の理由から、数式(13)、数式(14)等で求められるベクトルu、uを用いて変換行列Uを構成し、この変換を行って信号を送信すると、少なくとも受信アンテナまではロスを最小化して信号伝送を行うことができる。もちろん、固有ベクトルとは違う方向を向いたベクトルであるために、この変換を用いて数式(5)で与えられるE−SDM法を適用することはできない。また、数式(6)で表わされるZF法などにおいては、必ずしも最大比合成が可能であるという保証はない。しかし、受信側でMLD法ないしはMLD法を簡略化した方法を用いることが可能であれば、上述したようにして求めた基底ベクトルを用いて送信信号を変換すれば十分な特性を得ることができる。 For the above reason, when the transformation matrix U is configured using the vectors u 1 and u 2 obtained by the mathematical formulas (13) and (14) and the signal is transmitted by performing this transformation, at least the reception antenna is lost. The signal transmission can be performed by minimizing. Of course, since the vector is directed in a different direction from the eigenvector, the E-SDM method given by Equation (5) cannot be applied using this conversion. Further, in the ZF method represented by the formula (6), there is no guarantee that the maximum ratio composition is possible. However, if it is possible to use the MLD method or a method obtained by simplifying the MLD method on the receiving side, sufficient characteristics can be obtained by converting the transmission signal using the basis vectors obtained as described above. .

なお、上述した説明では、送信アンテナ数「4」、受信アンテナ数「2」、空間多重する信号系統数「2」としていたが、空間多重する信号の系統数よりも冗長な送信アンテナを備えていれば、その他の値に対しても当然ながら適用することは可能である。   In the above description, the number of transmission antennas is “4”, the number of reception antennas is “2”, and the number of signal systems to be spatially multiplexed is “2”, but the number of transmission antennas is more redundant than the number of spatially multiplexed signals. Therefore, it is possible to apply to other values.

一般に、無線通信システムにおいては、有線ネットワークに接続された基地局(ないしはアクセスポイント)と、この基地局と無線接続される複数の端末局とから構成される。この際、端末局側の回路規模を抑制するために、基地局側に付加的な機能を加えるアプローチは良く見られる手法である。本発明においては、端末側のアンテナ数が2本以上の場合でも、基地局側のアンテナ数を増やし、その冗長性の結果として送信ダイバーシチ利得を稼ぐことになる。   In general, a wireless communication system includes a base station (or access point) connected to a wired network and a plurality of terminal stations wirelessly connected to the base station. At this time, in order to suppress the circuit scale on the terminal station side, an approach of adding an additional function to the base station side is a common technique. In the present invention, even when the number of antennas on the terminal side is two or more, the number of antennas on the base station side is increased, and transmission diversity gain is obtained as a result of the redundancy.

以上の本発明の原理を実現するための種々の実施形態について、以下に図を参照して説明する。ここでは、簡単のため、4本の送信アンテナを用いて2つの信号系列を重畳して伝送を行う場合を想定して説明を行う。   Various embodiments for realizing the above principle of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, for the sake of simplicity, description will be made assuming that transmission is performed by superimposing two signal sequences using four transmission antennas.

B.第1実施形態
B−1.第1実施形態の構成
図1は、本発明の第1実施形態による送信局の送信部の構成を示すブロック図である。一例として、図10と同様に送信局が4つの送信アンテナを用いて2系統のデータを送信する場合について説明する。ここでも、説明の都合上、送信機能と受信機能を分離して説明しているが、一般には送受信の機能を備えた無線通信装置の形態をとる。なお、図10に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。
B. First embodiment B-1. Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmission unit of a transmission station according to the first embodiment of the present invention. As an example, a case where the transmitting station transmits two systems of data using four transmitting antennas as in FIG. 10 will be described. Here, for convenience of explanation, the transmission function and the reception function are described separately, but in general, a wireless communication apparatus having a transmission / reception function is used. Note that portions corresponding to those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図1において、図10に示す行列演算回路9、固有ベクトル生成回路10が基底ベクトル生成回路14に置き換えられている。基底ベクトル生成回路14では、伝達関数行列Hを数式(11)のように表記した場合、これを構成する行ベクトル群(h、h)が含まれる部分空間を構成する基底ベクトルを生成する。生成の方法は、如何なる方法でも構わないが、例えば数式(13)、数式(14)のようなグラムシュミットの直交化法を用いることが可能である。ここで生成された基底ベクトルに対し、数式(12)のようにエルミート共役であるベクトルを生成し、この組み合わせで表記される変換行列Uは、送信信号変換回路4に出力され、ここではこの変換行列を用いて送信信号を変換する。 In FIG. 1, the matrix operation circuit 9 and the eigenvector generation circuit 10 shown in FIG. In the basis vector generation circuit 14, when the transfer function matrix H is expressed as in Expression (11), a basis vector constituting a partial space including the row vector group (h 1 , h 2 ) constituting this is generated. . The generation method may be any method, but, for example, Gramschmitt orthogonalization methods such as Equation (13) and Equation (14) can be used. For the basis vector generated here, a vector that is Hermitian conjugate as shown in Equation (12) is generated, and a conversion matrix U expressed by this combination is output to the transmission signal conversion circuit 4, and here this conversion is performed. A transmission signal is converted using a matrix.

なお、本発明においても受信局側の構成については、図11で示したものからの変更はない。   In the present invention, the configuration on the receiving station side is not changed from that shown in FIG.

次に、図2は、本第1実施形態における基底ベクトル生成回路14の構成を示すブロック図である。図において、21は行ベクトル抽出回路、22は選択回路、23は直交基底生成回路、24は変換行列生成回路、25は絶対値演算回路、26は比較回路である。   Next, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the basis vector generation circuit 14 in the first embodiment. In the figure, 21 is a row vector extraction circuit, 22 is a selection circuit, 23 is an orthogonal basis generation circuit, 24 is a transformation matrix generation circuit, 25 is an absolute value calculation circuit, and 26 is a comparison circuit.

伝達関数行列の情報が入力されると、行ベクトル抽出回路21では、送信局から受信局方向での伝達関数行列を行ベクトルに分解し、その情報を絶対値演算回路25に通知する。絶対値演算回路25では、各行ベクトルの絶対値ないしはその近似値を演算により求め、その結果を比較回路26に通知する。選択回路22では、行ベクトル抽出回路21から各行ベクトルの情報を、比較回路26からは各ベクトルの絶対値の大小関係の情報を受け取り、絶対値の大きい方から所定の数だけ直交基底生成回路23に入力する。   When the transfer function matrix information is input, the row vector extraction circuit 21 decomposes the transfer function matrix in the direction from the transmitting station to the receiving station into row vectors, and notifies the absolute value calculation circuit 25 of the information. The absolute value calculation circuit 25 calculates the absolute value of each row vector or its approximate value by calculation, and notifies the comparison circuit 26 of the result. The selection circuit 22 receives information on each row vector from the row vector extraction circuit 21 and information on the magnitude relationship between the absolute values of each vector from the comparison circuit 26, and a predetermined number of orthogonal basis generation circuits 23 from the larger absolute value. To enter.

例えば、伝達関数行列が2行4列であったとすると、行ベクトルは2種類存在する。送信時に空間多重する信号の系統数が2系統であれば、この2種類の行ベクトルを用いる。仮に、伝達関数行列が3行4列(受信側の受信アンテナが3本の場合)であった場合、行ベクトルは3種類存在するが、送信時に空間多重する信号の系統数が2系統であれば、選択回路22では、この3種類の行ベクトルの中から絶対値の大きいもの2個を選択し、直交基底生成回路23に入力する。   For example, if the transfer function matrix has 2 rows and 4 columns, there are two types of row vectors. If the number of systems of signals to be spatially multiplexed during transmission is two, these two types of row vectors are used. If the transfer function matrix is 3 rows and 4 columns (when there are three reception antennas on the receiving side), there are three types of row vectors, but the number of systems of signals that are spatially multiplexed during transmission is two. For example, the selection circuit 22 selects two of the three types of row vectors having a large absolute value and inputs them to the orthogonal basis generation circuit 23.

直交基底生成回路23では、例えば4次元ベクトルに対して2つの行ベクトルが指定されると、数式(13)および数式(14)のようにして2種類の直交基底を生成する。この際、任意の一方を数式(13)に代入しても良いし、絶対値の大きい方を選択的に数式(13)に対応させても良い。また、数式(13)、数式(14)はグラムシュミットの直交化法を仮定したものであるが、その他の方法を用いて直交基底を求めても構わない。求められた直交基底(行ベクトル)は、変換行列生成回路24に入力され、それぞれエルミート共役となる列ベクトルを用いて変換行列Uを生成し、これを出力する。   For example, when two row vectors are specified for a four-dimensional vector, the orthogonal base generation circuit 23 generates two types of orthogonal bases as shown in Equation (13) and Equation (14). At this time, any one of them may be substituted into the formula (13), or the larger absolute value may be selectively associated with the formula (13). In addition, Equations (13) and (14) assume the Gram Schmidt orthogonalization method, but the orthogonal basis may be obtained using other methods. The obtained orthogonal basis (row vector) is input to the conversion matrix generation circuit 24, and a conversion matrix U is generated using column vectors that are Hermitian conjugates, respectively, and is output.

なお、選択回路22では、複数の行ベクトルのうちの絶対値が最大のものを含むように選択し、残りのベクトルは必ずしも絶対値の大きい順に選ばなくても良い。この場合には、この絶対値が最大となるものを数式(13)に対応させ、直交基底を順番に求めていく。
また、ここでは絶対値演算回路25および比較回路26を仮定したが、これらは必須ではなく、省略することも可能である。この場合には、選択回路22は、任意の手段で所望の数の行ベクトルを選択することになる。
The selection circuit 22 selects the row vectors so that the absolute value includes the largest one, and the remaining vectors do not necessarily have to be selected in descending order of the absolute values. In this case, the one having the maximum absolute value is made to correspond to Equation (13), and the orthogonal bases are obtained in order.
Although the absolute value calculation circuit 25 and the comparison circuit 26 are assumed here, these are not essential and can be omitted. In this case, the selection circuit 22 selects a desired number of row vectors by any means.

さらに、絶対値演算回路25で行う演算は、一般には行ベクトルuに対し、そのエルミート共役の列ベクトルuを用いてu・u(ないしこの平方根)で求めるのが一般的であるが、その近似解としてベクトルの各成分の実数部の絶対値と虚数部の絶対値の総和を用いることも可能である。 Further, the operation performed by the absolute value operation circuit 25 is generally obtained by u · u H (or this square root) using the Hermitian conjugate column vector u H for the row vector u. As the approximate solution, the sum of the absolute value of the real part and the absolute value of the imaginary part of each component of the vector can be used.

B−2.第1実施形態の動作
次に、本第1実施形態の動作について説明する。ここで、図3は、本第1実施形態による送信局の信号送信時の動作を示すフローチャートである。データが入力されると(S1)、送信局ではN系統のデータ系列に分割され(S2)、これらの信号にはそれぞれプリアンブル信号が付与され(S3)、これに各系列毎に個別に変調処理を行う(S4)。変調された信号には、信号変換が実施され(S5)、変換後の信号が無線部にて無線周波数に変換され信号が送信される(S6)。送信データが続く場合には(S7)、処理S4から処理S6を繰り返し、送信データ終了後(S7)、処理を完了する(S8)。図13の従来方式との違いは、ステップS5で行う信号変換が、従来の固有ベクトルに基づくユニタリ変換から別の変換行列に置き換わったことにある。
B-2. Operation of the First Embodiment Next, the operation of the first embodiment will be described. Here, FIG. 3 is a flowchart showing an operation at the time of signal transmission of the transmitting station according to the first embodiment. When data is input (S1), the transmitting station divides the data into N data series (S2). Preamble signals are assigned to these signals (S3), and each of the series is individually modulated. (S4). The modulated signal is subjected to signal conversion (S5), and the converted signal is converted to a radio frequency by the radio unit and transmitted (S6). When the transmission data continues (S7), the processes S4 to S6 are repeated, and after the transmission data is completed (S7), the process is completed (S8). The difference from the conventional method of FIG. 13 is that the signal conversion performed in step S5 is replaced with a different conversion matrix from the unitary conversion based on the conventional eigenvector.

次に、図4は、本第1実施形態による変換行列生成のための動作を示すフローチャートである。送信局が何らかの手段で伝達関数行列に関する情報を取得すると(S11)、伝達関数行列Hの行ベクトルの中から所定の数の行ベクトルを選択し(S12)、その行ベクトル群が張る部分空間を構成する直交基底ベクトルを算出する(S13)。その直交基底ベクトルを成分として持つ変換行列を生成し(S14)、一旦、これをメモリに記憶し(S15)、処理を終了する(S16)。この記憶された変換行列は、信号送信時において、図3に示すステップS5において用いられる。   Next, FIG. 4 is a flowchart showing an operation for generating a transformation matrix according to the first embodiment. When the transmitting station acquires information on the transfer function matrix by some means (S11), a predetermined number of row vectors are selected from the row vectors of the transfer function matrix H (S12), and the subspace spanned by the row vector group is expanded. The orthogonal basis vector to be constructed is calculated (S13). A transformation matrix having the orthogonal basis vector as a component is generated (S14), temporarily stored in the memory (S15), and the process is terminated (S16). This stored transformation matrix is used in step S5 shown in FIG. 3 during signal transmission.

次に、図5は、本第1実施形態による変換行列生成のための別の動作を示すフローチャートである。なお、図4に対応するステップには同じ符号を付けている。伝達関数行列を取得後(S11)、伝達関数行列を構成する各行ベクトルの絶対値または絶対値の近似値を求め(S21)、各行ベクトルの大小比較を行う(S22)。ステップS12で行う行ベクトルの選択では、ステップS22での大小比較結果を参照して選択を実施する。例えば、M個の行ベクトルの中から、絶対値が大きい方から順番にN’個選択したり、最も絶対値の大きいものをひとつ選ぶほかはランダムに選んでも良い。その他の処理は図4と同様である。   Next, FIG. 5 is a flowchart showing another operation for generating a transformation matrix according to the first embodiment. The steps corresponding to those in FIG. After obtaining the transfer function matrix (S11), the absolute value of each row vector constituting the transfer function matrix or an approximate value of the absolute value is obtained (S21), and the magnitude comparison of each row vector is performed (S22). In the selection of the row vector performed in step S12, the selection is performed with reference to the magnitude comparison result in step S22. For example, from the M row vectors, N ′ items may be selected in order from the largest absolute value, or one having the largest absolute value may be selected at random. Other processes are the same as those in FIG.

C.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。ここで、図6は、本発明の第2実施形態による送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図1または図12に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、30は変調部、31は復調部である。
C. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus having functions of both a transmitting station and a receiving station according to the second embodiment of the present invention. The parts corresponding to those in FIG. 1 or FIG. In the figure, 30 is a modulation unit, and 31 is a demodulation unit.

従来方式の図12で説明した構成と同様に、送信局機能と受信局機能の双方を備えた無線通信装置が一般的である。処理については、図1における処理と図11における受信局の処理とを合わせた処理を行い、チャネル推定回路7とチャネル推定回路123、伝達関数行列管理回路8と伝達関数行列管理回路125が送信および受信の両系にて共用している点が異なるのみである。   Similar to the configuration described with reference to FIG. 12 of the conventional system, a wireless communication apparatus having both a transmitting station function and a receiving station function is common. As for processing, the processing in FIG. 1 and the processing of the receiving station in FIG. 11 are combined, and the channel estimation circuit 7 and the channel estimation circuit 123, the transfer function matrix management circuit 8 and the transfer function matrix management circuit 125 transmit and The only difference is that it is shared by both receiving systems.

D.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について説明する。ここで、図7は、本発明の第3実施形態による送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図6に示す第2実施形態の構成との差分は、データ合成回路13の後段に制御情報分離回路15が追加された点である。先の説明では、送信局におけるMIMOチャネルに関する伝達関数行列の取得方法として、受信局から送信局向けの方向の伝達関数行列に関する情報を取得し、この値から送信局から受信局向けの方向の伝達関数行列を求めていたが、その他の方法を用いても構わない。
D. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus having functions of both a transmitting station and a receiving station according to the third embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the second embodiment shown in FIG. 6 is that a control information separation circuit 15 is added after the data synthesis circuit 13. In the above description, as a method for obtaining a transfer function matrix related to the MIMO channel in the transmitting station, information on the transfer function matrix in the direction from the receiving station to the transmitting station is acquired, and the direction transfer from the transmitting station to the receiving station is obtained from this value. Although the function matrix has been obtained, other methods may be used.

一例としては、受信局側で取得した伝達関数行列の情報をそのまま制御情報に収容して送信局側に返送するという方法である。送信局側では、制御情報としてMIMOチャネルの伝達関数行列の情報が取得された場合には、制御情報分離回路15にてこれを終端し、伝達関数行列の情報として伝達関数行列管理回路8または直接基底ベクトル生成回路14に入力する。送信側では、この情報を元に基底ベクトルの生成を行う。   As an example, there is a method in which the information of the transfer function matrix acquired on the receiving station side is accommodated in the control information as it is and returned to the transmitting station side. On the transmitting station side, when the information of the transfer function matrix of the MIMO channel is acquired as the control information, this is terminated by the control information separation circuit 15 and transferred to the transfer function matrix management circuit 8 or directly as the information of the transfer function matrix. This is input to the basis vector generation circuit 14. On the transmission side, a basis vector is generated based on this information.

さらに、伝達関数行列情報の受信局から送信局への通知方法としては、無線通信に用いる無線回線とは別の回線を用いても構わない。例えば、有線であったり、別の標準規格、別の周波数の無線規格等を利用することも可能である。   Furthermore, as a method for notifying the transmission function matrix information from the receiving station to the transmitting station, a line different from the wireless line used for wireless communication may be used. For example, it is possible to use a wire, another standard, a radio standard with another frequency, or the like.

F.第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態について説明する。ここで、図8は、本発明の第4実施形態によるOFDM変調方式を用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図において、41はデータ分割回路、42−1〜42−Kは変調部、43−1〜43−4はIFFT回路、44−1〜44−4はGI付加回路、45−1〜45−4は無線部、46−1〜46−4はアンテナ、47−1〜47−4はGI除去回路、48−1〜48−4はFFT回路、49−1〜49−Kは復調部、50はデータ合成回路、51はOFDM変調部、52はOFDM復調部である。
F. Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus using the OFDM modulation scheme according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, 41 is a data division circuit, 42-1 to 42-K are modulation units, 43-1 to 43-4 are IFFT circuits, 44-1 to 44-4 are GI addition circuits, 45-1 to 45-4. Is a radio unit, 46-1 to 46-4 are antennas, 47-1 to 47-4 are GI removal circuits, 48-1 to 48-4 are FFT circuits, 49-1 to 49-K are demodulation units, and 50 is A data synthesis circuit, 51 is an OFDM modulator, and 52 is an OFDM demodulator.

基本的には、図6に示す構成による動作と同じであるが、異なる点は、シングルキャリアのときに1系統であった変調部30および復調部31が、サブキャリア毎に、変調部42−1〜42−Kおよび復調部49−1〜49−Kというように個別に配置され、さらに送信側においては、信号系統毎にIFFT回路43−1〜43−4を備え、ここで全サブキャリアの信号を合成し、この信号に対してGI付加回路44−1〜44−4では、OFDMシンボル周期でガードインターバルGIの挿入を行う。   Basically, the operation is the same as that of the configuration shown in FIG. 6 except that the modulation unit 30 and the demodulation unit 31 that are one system in the case of a single carrier are provided for each subcarrier. 1 to 42-K and demodulation units 49-1 to 49-K, and further, on the transmission side, IFFT circuits 43-1 to 43-4 are provided for each signal system, where all subcarriers are provided. The GI addition circuits 44-1 to 44-4 insert a guard interval GI into this signal at the OFDM symbol period.

また、受信側では、受信した信号に対してGI除去回路47−1〜47−4にてOFDMシンボル周期でガードインターバルを除去し、除去された信号に対しFFT回路48−1〜48−4にて高速フーリエ変換処理によりサブキャリアに分離し、各サブキャリア毎の復調部49−1〜49−Kに分離された信号を入力する。データ分離回路41およびデータ合成回路50では、図6のシングルキャリアの際には多重化する信号系統数に対して信号の分割および合成処理を行っていたが、OFDM変調方式を用いる場合には、さらにサブキャリア毎に分けて分割し、それら全てに対して合成処理を行う点で異なる。   On the receiving side, the GI removal circuits 47-1 to 47-4 remove the guard intervals in the OFDM symbol period for the received signals, and the removed signals are sent to the FFT circuits 48-1 to 48-4. Then, the signals are separated into subcarriers by fast Fourier transform processing, and the separated signals are input to the demodulation units 49-1 to 49-K for each subcarrier. In the data separation circuit 41 and the data synthesis circuit 50, signal division and synthesis processing is performed on the number of signal systems to be multiplexed in the case of a single carrier in FIG. 6, but when using the OFDM modulation method, Furthermore, it is different in that it is divided for each subcarrier and combined processing is performed for all of them.

なお、ここでは、図6に対してOFDM変調方式を適用した場合の説明を行ったが、図7のように制御情報で伝達関数情報を通知する場合でも、図7の変調部30および復調部31を、図8のOFDM変調部51、およびOFDM復調部52に置き換えるようにして、図8と同様の対応を図ることは当然可能である。また、図1に示した送信局機能のみを備えた場合に対しても、同様のOFDM変調方式の採用は可能である。   Here, the case where the OFDM modulation scheme is applied to FIG. 6 has been described. However, even when the transfer function information is notified by the control information as shown in FIG. 7, the modulation unit 30 and the demodulation unit shown in FIG. Naturally, it is possible to achieve the same correspondence as in FIG. 8 by replacing 31 with the OFDM modulation unit 51 and the OFDM demodulation unit 52 in FIG. In addition, the same OFDM modulation scheme can be adopted even when only the transmission station function shown in FIG. 1 is provided.

次に、本第4実施形態による送信局の信号送信時の動作を説明する。ここで、図9は、本第4実施形態による送信局の信号送信時の動作を示すフローチャートである。なお、図3に対応するステップには同一の符号を付けている。基本的には、OFDM変調方式を用いた従来方式における図16と同様であるが、図16におけるステップS105のユニタリ変換の実施が、図9ではステップS5の信号変換の実施に置き換わる。なお、本第4実施形態においても、受信側の処理は基本的に従来方式からの変更はない。   Next, the operation at the time of signal transmission of the transmitting station according to the fourth embodiment will be described. Here, FIG. 9 is a flowchart showing an operation at the time of signal transmission of the transmitting station according to the fourth embodiment. The steps corresponding to those in FIG. Basically, it is the same as FIG. 16 in the conventional method using the OFDM modulation method, but the implementation of unitary conversion in step S105 in FIG. 16 is replaced with the signal conversion in step S5 in FIG. In the fourth embodiment, the processing on the receiving side is basically unchanged from the conventional method.

以上詳細に説明したように、本第1ないし第4実施形態によれば、MIMO技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、送信局から受信局への信号伝送のロスを最小化し、効率的に信号を伝送することが可能となる。   As described in detail above, according to the first to fourth embodiments, when performing highly efficient wireless communication using MIMO technology, the loss of signal transmission from the transmitting station to the receiving station is minimized, It becomes possible to transmit a signal efficiently.

また、従来方式としてのE−SDM方式では、このような効率的な信号伝送のために、伝達関数行列に関する固有ベクトルを求める必要があった。このため、特に伝達関数行列のサイズが大きい場合には、固有ベクトルを求めるのは困難であり、演算量、処理遅延が膨大になるという傾向があった。E−SDM方式は、伝達関数に関する情報の取得から短時間で固有ベクトル(ないしは変換行列)を求める必要があったが、大きな処理遅延はこれを阻害するものであった。   Further, in the E-SDM system as the conventional system, it is necessary to obtain eigenvectors related to the transfer function matrix for such efficient signal transmission. For this reason, particularly when the size of the transfer function matrix is large, it is difficult to obtain the eigenvector, and there is a tendency that the amount of calculation and the processing delay become enormous. In the E-SDM system, it is necessary to obtain eigenvectors (or transformation matrices) in a short time from acquisition of information related to the transfer function, but a large processing delay hinders this.

本発明では、行列のサイズが大きい場合でも、確定的な処理で変換行列を生成でき、その演算量も大幅に削減可能である。この結果、伝達関数行列に関する情報を取得した直後でも、即座に最適な変換行列を利用して、効率的な信号伝送が可能となる。   In the present invention, even when the size of a matrix is large, a transformation matrix can be generated by deterministic processing, and the amount of computation can be greatly reduced. As a result, even immediately after acquiring information related to the transfer function matrix, an efficient signal transmission can be performed immediately using an optimal transformation matrix.

特に、基地局ないしアクセスポイント(AP)側においてこの技術を用いれば、多数の端末局の構成を変更することなく、簡易な構成の各端末局における受信特性を向上させることが可能となる。   In particular, if this technology is used on the base station or access point (AP) side, it is possible to improve reception characteristics in each terminal station having a simple configuration without changing the configuration of a large number of terminal stations.

上述した第1ないし第4実施形態は、全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することが出来る。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。   The above-described first to fourth embodiments are all illustrative and do not limit the present invention, and the present invention can be implemented in various other modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

なお、上述した実施形態においては、各回路は、基本的にはハードウェア上に実装されるものであるが、コンピュータシステム内で実行されるものであっても構わない。この場合、上述した基底ベクトル生成回路14、制御情報分離回路15などによる一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。すなわち、基底ベクトル生成回路14、制御情報分離回路15における、各処理手段、処理部は、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものであっても構わない。   In the above-described embodiment, each circuit is basically mounted on hardware, but may be executed in a computer system. In this case, a series of processing steps by the above-described basis vector generation circuit 14, control information separation circuit 15, and the like are stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes this program. Thus, the above process is performed. That is, each processing means and processing unit in the basis vector generation circuit 14 and the control information separation circuit 15 is processed by a central processing unit such as a CPU by reading the above program into a main storage device such as a ROM or a RAM. It may be realized by executing arithmetic processing.

ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。   Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

本発明の第1実施形態による送信局の送信部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the transmission part of the transmission station by 1st Embodiment of this invention. 本第1実施形態における基底ベクトル生成回路14の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a basis vector generation circuit 14 in the first embodiment. 本第1実施形態による送信局の信号送信時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the signal transmission of the transmitting station by this 1st Embodiment. 本第1実施形態による変換行列生成のための動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement for the conversion matrix production | generation by this 1st Embodiment. 本第1実施形態による変換行列生成のための別の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another operation | movement for the conversion matrix production | generation by this 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態による送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless communication apparatus provided with the function of both the transmission station by 2nd Embodiment of this invention, and a receiving station. 本発明の第3実施形態による送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless communication apparatus provided with the function of both the transmission station by 3rd Embodiment of this invention, and a receiving station. 本発明の第4実施形態によるOFDM変調方式を用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless communication apparatus using the OFDM modulation system by 4th Embodiment of this invention. 本第4実施形態による送信局の信号送信時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the signal transmission of the transmitting station by this 4th Embodiment. 従来技術における送信局の送信部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the transmission part of the transmission station in a prior art. 従来技術における受信局の受信部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the receiving part of the receiving station in a prior art. 従来技術における送信局および受信局の両方の機能を備えた無線通信装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the radio | wireless communication apparatus provided with the function of both the transmitting station and receiving station in a prior art. 従来技術における信号送信時の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process at the time of the signal transmission in a prior art. 従来方式におけるユニタリ変換行列生成のための処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process for the unitary transformation matrix production | generation in a conventional system. 従来技術における受信局の受信動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the receiving operation of the receiving station in a prior art. OFDM変調方式を用いた従来技術における信号送信時の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process at the time of the signal transmission in the prior art using an OFDM modulation system. OFDM変調方式を用いた従来技術における信号受信時の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process at the time of the signal reception in the prior art using an OFDM modulation system.

符号の説明Explanation of symbols

1 データ分割回路(データ分割手段)
2−1〜2−2 プリアンブル付与回路
3−1〜3−2 変調回路
4 送信信号変換回路(送信信号変換手段)
5−1〜5−4 無線部(送信手段)
6−1〜6−4 アンテナ(送信手段)
7 チャネル推定回路(チャネル推定手段)
8 伝達関数行列管理回路(伝達関数行列生成手段)
11 受信信号管理回路
12 信号検出回路
13 データ合成回路
14 基底ベクトル生成回路
15 制御情報分離回路
21 行ベクトル抽出回路(送信信号系列生成手段)
22 選択回路(行ベクトル選択手段)
23 直交基底生成回路(基底ベクトル抽出手段)
24 変換行列生成回路(変換行列生成手段)
25 絶対値演算回路
26 比較回路
30 変調部
31 復調部
41 データ分割回路
42−1〜42−K 変調部
43−1〜43−4 IFFT回路
44−1〜44−4 GI付加回路
45−1〜45−4 無線部
46−1〜46−4 アンテナ
47−1〜47−4 GI除去回路
48−1〜48−4 FFT回路
49−1〜49−K 復調部
50 データ合成回路
51 OFDM変調部
52 OFDM復調部
121−1〜121−2 受信アンテナ
122−1〜122−2 無線部
123 チャネル推定回路
124 受信信号管理回路
125 伝達関数行列管理回路
126 信号検出回路
127 データ合成回路


1 Data division circuit (data division means)
2-1-2-2 Preamble applying circuit 3-1-2-2 Modulation circuit 4 Transmission signal conversion circuit (transmission signal conversion means)
5-1 to 5-4 Wireless unit (transmission means)
6-1 to 6-4 Antenna (Transmission means)
7 Channel estimation circuit (channel estimation means)
8 Transfer function matrix management circuit (transfer function matrix generation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reception signal management circuit 12 Signal detection circuit 13 Data composition circuit 14 Base vector generation circuit 15 Control information separation circuit 21 Row vector extraction circuit (transmission signal sequence generation means)
22 Selection circuit (row vector selection means)
23 Orthogonal basis generation circuit (basis vector extraction means)
24 Conversion matrix generation circuit (conversion matrix generation means)
25 Absolute value calculation circuit 26 Comparison circuit 30 Modulation unit 31 Demodulation unit 41 Data division circuit 42-1 to 42-K Modulation unit 43-1 to 43-4 IFFT circuit 44-1 to 44-4 GI addition circuit 45-1 45-4 Radio unit 46-1 to 46-4 Antenna 47-1 to 47-4 GI removal circuit 48-1 to 48-4 FFT circuit 49-1 to 49-K Demodulation unit 50 Data synthesis circuit 51 OFDM modulation unit 52 OFDM demodulation unit 121-1 to 121-2 reception antenna 122-1 to 122-2 radio unit 123 channel estimation circuit 124 reception signal management circuit 125 transfer function matrix management circuit 126 signal detection circuit 127 data synthesis circuit


Claims (10)

M≧2となる整数M、N≧3となる整数N、N>N’≧2である整数N’に対し、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するN本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うM本以上の受信アンテナを備えた受信局とにより構成され、該送受信局間の複数のアンテナ間のMIMOチャネルを利用して通信を行う無線通信装置において、
前記送信局は、
該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得するチャネル推定手段と、
取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成する伝達関数行列生成手段と、
入力されたユーザデータをN’系統に分割するデータ分割手段と、
前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成する送信信号系列生成手段と、
前記伝達関数行列生成手段で生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し、該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択する行ベクトル選択手段と、
該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出する基底ベクトル抽出手段と、
該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成する変換行列生成手段と、
N’系統の送信信号を変換行列を用いて変換する送信信号変換手段と、
該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信する送信手段と
を具備することを特徴とする無線通信装置。
For an integer M satisfying M ≧ 2, an integer N satisfying N ≧ 3, and an integer N ′ satisfying N> N ′ ≧ 2, N signals are transmitted by multiplexing a plurality of signal sequences on the same frequency channel. A transmission station having a plurality of transmission antennas and a reception station having M or more reception antennas that receive transmitted radio signals and perform reception processing by separating the signals into a plurality of signal sequences. In a wireless communication apparatus that performs communication using a MIMO channel between a plurality of antennas between stations,
The transmitting station is
Channel estimation means for obtaining respective transfer functions between the N transmitting antennas of the transmitting station and the M receiving antennas of the receiving station;
Transfer function matrix generating means for generating a transfer function matrix of the MIMO channel having the acquired transfer function as each element;
Data dividing means for dividing the input user data into N ′ systems;
Transmission signal sequence generating means for generating a first signal sequence of the N ′ system by giving a signal of an individual known pattern to the data divided into the N ′ system;
When M N-dimensional row vectors constituting the matrix are expressed as h 1 , h 2 ,..., H M with respect to the transfer function matrix H of M rows and N columns generated by the transfer function matrix generating means. Row vector selection means for selecting N ′ of the row vectors;
Basis vector extraction means for extracting basis vectors which are N ′ mutually orthogonal row vectors belonging to a subspace that can be expressed as a linear combination of the selected N ′ row vectors;
Transformation matrix generation means for generating a transformation matrix given as a matrix of N rows and N 'columns each having a column vector given by Hermitian conjugate of the N' basis vectors;
Transmission signal conversion means for converting the transmission signal of the N ′ system using a conversion matrix;
Transmitting means for transmitting the converted transmission signal using the N transmitting antennas. A wireless communication apparatus comprising:
前記行ベクトル選択手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個を選択することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。 2. The row vector selection means selects N ′ pieces from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M from the larger vector size. The wireless communication device described. 前記行ベクトル選択手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルh(1≦k≦M、kは整数)を含むように選択し、
前記基底ベクトル抽出手段は、hを規格化した基底ベクトルを含むように基底ベクトルを抽出することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
The row vector selection means selects a vector h k (1 ≦ k ≦ M, k is an integer) having the largest vector size from among the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. Select to include,
The basis vector extracting means, radio communication apparatus according to claim 1, wherein the extracting the basis vectors to include base vector obtained by normalizing h k.
前記基底ベクトル抽出手段は、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いて基底ベクトルを抽出することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。 The basis vector extraction means uses the Gram Schmidt orthogonalization method for the row vectors selected from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,. The wireless communication apparatus according to claim 1, wherein a vector is extracted. 前記送信局は、直交周波数分割多重変調方式を用い、
前記変換行列生成手段は、各サブキャリア毎に前記変換行列を生成し、
前記送信信号変換手段は、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換し、
前記送信手段は、直交周波数分割多重変調方式を用いて、該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
The transmitting station uses an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme,
The transformation matrix generation means generates the transformation matrix for each subcarrier,
The transmission signal conversion means converts N ′ system transmission signals for each subcarrier using the conversion matrix,
2. The radio communication apparatus according to claim 1, wherein the transmission unit transmits the converted transmission signal using N transmission antennas using an orthogonal frequency division multiplexing modulation system.
M≧2となる整数M、N≧3となる整数N、N>N’≧2である整数N’に対し、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するN本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うM本以上の受信アンテナを備えた受信局とにより、該送受信局間の複数のアンテナ間のMIMOチャネルを利用して通信を行う無線通信方法において、
前記送信局は、
該送信局のN本の送信アンテナと前記受信局のM本の受信アンテナとの間の各伝達関数を取得するステップと、
取得された該伝達関数を各要素とする前記MIMOチャネルの伝達関数行列を生成するステップと、
入力されたユーザデータをN’系統に分割するステップと、
前記N’系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してN’系統の第1の信号系列を生成するステップと、
生成されたM行N列の伝達関数行列Hに対し該行列を構成するM個のN次元行ベクトルをh、h、…、hと表記した際に、該行ベクトルの中のN’個を選択するステップと、
該選択されたN’個の行ベクトルの線形結合として表記可能な部分空間に属するN’個の互いに直交した行ベクトルである基底ベクトルを抽出するステップと、
該N’個の基底ベクトルのエルミート共役により与えられる列ベクトルを各列に有するN行N’列の行列として与えられる変換行列を生成するステップと、
N’系統の送信信号を該変換行列を用いて変換するステップと、
該変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信するステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
For an integer M satisfying M ≧ 2, an integer N satisfying N ≧ 3, and an integer N ′ satisfying N> N ′ ≧ 2, N signals are transmitted by multiplexing a plurality of signal sequences on the same frequency channel. Between the transmitting and receiving stations, and a receiving station having M or more receiving antennas that receive a transmitted radio signal and perform reception processing by separating the plurality of signal sequences. In a wireless communication method for performing communication using a MIMO channel between a plurality of antennas,
The transmitting station is
Obtaining each transfer function between the N transmitting antennas of the transmitting station and the M receiving antennas of the receiving station;
Generating a transfer function matrix of the MIMO channel with each of the acquired transfer functions as elements;
Dividing the input user data into N ′ systems;
Providing a signal of an individual known pattern to the data divided into the N ′ systems to generate a first signal sequence of the N ′ system;
When M N-dimensional row vectors constituting the matrix are expressed as h 1 , h 2 ,..., H M with respect to the generated transfer function matrix H of M rows and N columns, N in the row vector 'Step to select pieces,
Extracting base vectors which are N ′ mutually orthogonal row vectors belonging to a subspace that can be expressed as a linear combination of the selected N ′ row vectors;
Generating a transformation matrix given as a matrix of N rows and N 'columns with column vectors given by Hermitian conjugates of the N' basis vectors in each column;
Converting N ′ system transmission signals using the transformation matrix;
Transmitting the converted transmission signal using the N transmission antennas. A wireless communication method, comprising:
前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、
取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、
前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが大きい方からN’個選択するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項6記載の無線通信方法。
Obtaining absolute values or approximate values of the respective vectors for the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M ;
Comparing the magnitudes of the absolute values of the acquired vectors;
The wireless communication method according to claim 6, further comprising: selecting N ′ of the M row vectors having a larger vector size.
前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hに対し、それぞれのベクトルの絶対値ないしはその近似値を取得するステップと、
取得したベクトルの絶対値の大小を比較するステップと、
前記M個の行ベクトルの中からベクトルの大きさが最も大きいベクトルを選択するステップと、
該選択されたベクトルを規格化したベクトルを1つの基底ベクトルとして抽出するステップと、
該基底ベクトルを含め、計N’個選択するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項6記載の無線通信方法。
Obtaining absolute values or approximate values of the respective vectors for the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M ;
Comparing the magnitudes of the absolute values of the acquired vectors;
Selecting a vector having the largest vector size from the M row vectors;
Extracting a standardized vector of the selected vector as one basis vector;
The wireless communication method according to claim 6, further comprising: selecting a total of N ′ including the basis vectors.
前記基底ベクトルを抽出するステップは、前記M個のN次元行ベクトルh、h、…、hの中からN’個選択された前記行ベクトルに対してグラムシュミットの直交化法を用いることを特徴とする請求項6記載の無線通信方法。 The step of extracting the basis vectors uses Gram Schmidt orthogonalization for the row vectors selected from the M N-dimensional row vectors h 1 , h 2 ,..., H M. The wireless communication method according to claim 6. 前記送信局は、直交周波数分割多重変調方式を用いて送信信号を送信し、
前記変換行列を生成するステップは、各サブキャリア毎に変換行列を生成し、
前記送信信号を変換するステップは、各サブキャリア毎にN’系統の送信信号を変換行列を用いて変換し、
前記送信信号を送信するステップは、直交周波数分割多重変調方式を用いて変換された送信信号をN本の前記送信アンテナを用いて送信することを特徴とする請求項6記載の無線通信方法。
The transmitting station transmits a transmission signal using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme,
The step of generating the transformation matrix generates a transformation matrix for each subcarrier,
The step of converting the transmission signal is performed by converting a transmission signal of N ′ system using a conversion matrix for each subcarrier,
7. The radio communication method according to claim 6, wherein the step of transmitting the transmission signal includes transmitting the transmission signal converted by using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme, using the N transmission antennas.
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