JP2007214995A - Wireless communication system and wireless communication method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless relay system capable of reducing a processing/arithmetic amount during operations of the multiuser MIMO communication. <P>SOLUTION: A base station apparatus multiplies a transmission weight vector set at random with a known signal and transmits the resulting signal, each of terminal station apparatuses acquires an estimate SNR from a transfer function vector acquired on the basis of the received signal, selects a transfer function vector denoting an excellent SNR, and reports other transfer function vector the inner product of which with the selected transfer function vector is smallest to the base station apparatus, and the base station apparatus determines the transmission weight matrix at data transmission on the basis of the reported information. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ひとつの基地局装置が複数の端末局装置と同時に空間多重して通信を行うマルチユーザMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信の手法を利用した無線通信システムおよび無線通信方法に関する。   The present invention relates to a radio communication system and a radio communication method using a multi-user MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication technique in which one base station apparatus performs spatial multiplexing and communication simultaneously with a plurality of terminal station apparatuses.

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、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用い、最大で54Mbpsの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはMAC(Medium Access Control)レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値は30Mbps程度である。一方で、有線LANの世界ではEthernetの100Base−Tインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)が普及し、また100Mbpsの高速回線の提供が普及しており、無線LANの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。そのための技術としては、MIMO技術が有力である。このMIMO技術とは、送信局装置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空間多重して送信し、受信局装置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装置側の各アンテナから送信した独立な信号を受信側にて推定し、データを再生するものである。   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, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation scheme, which is a technique for stabilizing characteristics in a multipath fading environment, is used, and a transmission rate of 54 Mbps at the maximum is realized. However, the transmission rate here is a transmission rate on the physical layer, and the transmission efficiency in the MAC (Medium Access Control) layer is actually about 50 to 70%. It is about 30 Mbps. On the other hand, in the world of wired LAN, including Ethernet 100Base-T interface, FTTH (Fiber to the home) using optical fiber is popular in every home, and the provision of high-speed line of 100Mbps is widespread. In the world of wireless LAN, further increase in transmission speed is demanded. As a technology for that purpose, the MIMO technology is promising. With this MIMO technology, the transmitting station apparatus side spatially multiplexes and transmits different independent signals from a plurality of transmitting antennas on the same channel, and the receiving station apparatus side receives signals using the same plurality of antennas. A transfer function matrix between the transmitting antenna and the receiving antenna is obtained, and an independent signal transmitted from each antenna on the transmitting station apparatus side is estimated on the receiving side using this matrix, and data is reproduced.

このMIMO通信の究極の形態として、ひとつの基地局装置が複数の端末局装置と同時に空間多重して通信を行うマルチユーザMIMO通信がある。従来のMIMO通信技術は、基地局装置と通信する端末局装置は時分割で棲み分けられ、常に1対1の通信であった。通常、これをシングルユーザMIMO通信と呼ぶ。このシングルユーザMIMO通信では、端末局装置は比較的少数のアンテナを小さな筐体の中に備え、各アンテナ間の相関は非常に強い状況である。この様な状態では、時空間資源を十分に有効活用することはできない。一般には、アンテナ間の距離を離し、アンテナ間の相関を低くすることで高次の空間多重を実現し、且つ、各サブチャネル(MIMO伝送において各信号系列の伝送に用いられる仮想チャネル)のSNRを高く保つことが可能である。   As an ultimate form of this MIMO communication, there is multi-user MIMO communication in which one base station device performs spatial multiplexing and communication simultaneously with a plurality of terminal station devices. In the conventional MIMO communication technology, terminal station devices communicating with a base station device are segregated in a time division manner, and always have a one-to-one communication. This is usually called single user MIMO communication. In this single user MIMO communication, the terminal station apparatus has a relatively small number of antennas in a small casing, and the correlation between the antennas is very strong. In such a state, the space-time resources cannot be fully utilized effectively. In general, high-order spatial multiplexing is realized by increasing the distance between antennas and lowering the correlation between antennas, and the SNR of each subchannel (virtual channel used for transmission of each signal sequence in MIMO transmission). Can be kept high.

マルチユーザMIMO通信は、ひとつひとつの端末においては空間多重するMIMOチャネル数を少なくする一方、複数の異なる端末と同時に同一周波数チャネルで空間多重を行う。図1に示すように、マルチユーザMIMOシステムが、基地局装置101、端末局装置#1〜#3(102〜104)を備えているとする。このとき、実際にひとつの基地局装置が収容する端末局装置数は多数であるが、その中の数局装置を選び出し(端末局装置#1〜#3:102〜104)通信を行う。各端末局装置は基地局装置と比較して送受信アンテナ数が一般的に少ない。例えば基地局装置から端末局装置方向への通信(ダウンリンク)を行う場合を考える。基地局装置101は多数のアンテナを用いて、複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末局装置102〜104に対してそれぞれ3つのMIMOチャネルを割り当て、全体としては9系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末局装置102に対して送信する信号は、端末局装置103および端末局装置104方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末局装置103および端末局装置104への干渉を抑制する。同様に、端末局装置103に対して送信する信号は、端末局装置102および端末局装置104方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末局装置104にも施す。この様に指向性制御を行う理由は、例えば端末局装置102においては、端末局装置103および端末局装置104で受信した信号の情報を知る術がないため、端末間での協調的な受信処理ができない。つまり、アンテナが3本しかない端末局装置102のみの受信処理において、9系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末局装置には他の端末局装置宛の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。   In multi-user MIMO communication, the number of MIMO channels to be spatially multiplexed in each terminal is reduced, while spatial multiplexing is performed on the same frequency channel simultaneously with a plurality of different terminals. As shown in FIG. 1, it is assumed that the multi-user MIMO system includes a base station apparatus 101 and terminal station apparatuses # 1 to # 3 (102 to 104). At this time, although the number of terminal station apparatuses actually accommodated by one base station apparatus is large, several station apparatuses are selected (terminal station apparatuses # 1 to # 3: 102 to 104) to perform communication. Each terminal station apparatus generally has a smaller number of transmission / reception antennas than the base station apparatus. For example, consider a case where communication (downlink) from the base station apparatus to the terminal station apparatus is performed. The base station apparatus 101 uses a plurality of antennas to form a plurality of directional beams. For example, consider a case in which three MIMO channels are allocated to each of the terminal station apparatuses 102 to 104 and nine signal sequences are transmitted as a whole. At that time, the signal transmitted to the terminal station apparatus 102 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal station apparatus 103 and the terminal station apparatus 104. As a result, the terminal station apparatus 103 and the terminal station Suppresses interference with the device 104. Similarly, the signal transmitted to the terminal station apparatus 103 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal station apparatus 102 and the terminal station apparatus 104. Similar processing is performed on the terminal station device 104. The reason why the directivity control is performed in this way is that, for example, in the terminal station apparatus 102, there is no way of knowing the information of the signals received by the terminal station apparatus 103 and the terminal station apparatus 104. I can't. That is, it is very difficult to separate all nine signal sequences in the reception process of only the terminal station apparatus 102 having only three antennas. Therefore, interference separation is performed in advance on the transmission side so that each terminal station device does not receive signals addressed to other terminal station devices.

次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。例えば、基地局装置101の第jアンテナと端末局装置102の第1受信アンテナとの間の伝達関数をh1jと表記することにする。基地局装置101のj=1〜9の全てのアンテナに関する伝達関数を用い、行ベクトルhを(h11,h12,h13,…,h18,h19)と表記する。同様に基地局装置101と端末局装置102の第2受信アンテナ、第3受信アンテナの伝達関数をh2jおよびh3jとし、対応する行ベクトルhおよびhを(h21,h22,h23,…,h28,h29)、(h31,h32,h33,…,h38,h39)とする。端末局装置103、端末局装置104の受信アンテナも同様に、行ベクトルh〜hを(h41,h42,h43,…,h48,h49)〜(h91,h92,h93,…,h98,h99)とする。加えて、基地局装置101が送信する9系統の信号をt〜tと表記し、これを成分とする列ベクトルをTx[all]=(t,t,t,…,t,t)と表記する。ここで、右肩のTの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末局装置102〜104の9本のアンテナでの受信信号をr〜rと表記し、これを成分とする列ベクトルをRx[all]=(r,r,r,…,r,r)と表記する。最後に、行ベクトルh〜hを第1から第9行成分とする行列を、全体伝達関数行列H[all]と表記する。この様に表記した場合、システム全体としては以下の関係式が成り立つ。 Next, a method for forming a directional beam will be described below. For example, a transfer function between the j-th antenna of the base station apparatus 101 and the first reception antenna of the terminal station apparatus 102 is denoted as h 1j . The row vector h 1 is expressed as (h 11 , h 12 , h 13 ,..., H 18 , h 19 ) using transfer functions related to all antennas j = 1 to 9 of the base station apparatus 101. Similarly, the transfer functions of the second receiving antenna and the third receiving antenna of the base station apparatus 101 and the terminal station apparatus 102 are h 2j and h 3j , and the corresponding row vectors h 2 and h 3 are (h 21 , h 22 , h 23 ,..., H 28 , h 29 ), (h 31 , h 32 , h 33 ,..., H 38 , h 39 ). Similarly, the receiving antennas of the terminal station device 103 and the terminal station device 104 also use the row vectors h 4 to h 9 as (h 41 , h 42 , h 43 ,..., H 48 , h 49 ) to (h 91 , h 92 , h 93 ,..., h 98 , h 99 ). In addition, nine signals transmitted by the base station apparatus 101 are denoted as t 1 to t 9, and column vectors having these as components are represented by Tx [all] = (t 1 , t 2 , t 3 ,..., T 8 , t 9 ) T Here, the letter T on the right shoulder indicates transposition of a vector or a matrix. Similarly, received signals at the nine antennas of the terminal station apparatuses 102 to 104 are denoted as r 1 to r 9 , and a column vector having these components as components Rx [all] = (r 1 , r 2 , r 3 ,..., R 8 , r 9 ) T. Finally, a matrix having the row vectors h 1 to h 9 as the first to ninth row components is denoted as an overall transfer function matrix H [all] . When expressed in this way, the following relational expression holds for the entire system.

Figure 2007214995
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ここで、受信側において効率的に信号分離を行えるように、送信局装置側では送信指向性制御を行う。ここでは9行9列の送信ウエイト行列Wを導入し、(式1)を以下のように書き換える。   Here, transmission directivity control is performed on the transmission station apparatus side so that signal separation can be performed efficiently on the reception side. Here, a 9 × 9 transmission weight matrix W is introduced, and (Equation 1) is rewritten as follows.

Figure 2007214995
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さらに、送信ウエイト行列Wを列ベクトルw〜wに分解し、W=(w,w,w,…,w,w)と表記すると、以下のように表すことができる。 Furthermore, the transmission weight matrix W is decomposed into column vectors w 1 ~w 9, W = ( w 1, w 2, w 3, ..., w 8, w 9) when that notation can be represented as follows .

Figure 2007214995
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ここで、例えば6つの行ベクトルh〜hと3つの列ベクトルw〜wの乗算(各成分同士を乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる)が全てゼロになるようにw〜wを選ぶことを考える。同様に、行ベクトルh〜hおよびh〜hと列ベクトルw〜wの積、行ベクトルh〜hと列ベクトルw〜wの積の全てがゼロになるように選ぶことにする。すると、(式3)に示す9行9列の行列は、3行3列の9個の部分行列を用いて表記すると以下のように表すことができる。 Here, for example, the multiplication of six row vectors h 4 to h 9 and three column vectors w 1 to w 3 (the sum of those obtained by multiplying each component, which is different from the inner product in the case of a complex vector) is all zero. Consider selecting w 1 to w 3 as follows. Similarly, the product of the row vector h 1 to h 3 and h 7 to h 9 column vector w 4 to w 6, all the product of a row vector h 1 to h 6 column vector w 7 to w 9 becomes zero I will choose as follows. Then, the matrix of 9 rows and 9 columns shown in (Equation 3) can be expressed as follows using 9 submatrices of 3 rows and 3 columns.

Figure 2007214995
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ここで、部分行列H[1]、H[2]、H[3]は3行3列の行列であり、またこの数式において「0」と示した部分行列は成分が全てゼロの3行3列の行列である。この様な条件を満たす変換行列Wを選択することで、(式4)は以下の3つの関係式に分解できる。 Here, the sub-matrices H [1] , H [2] and H [3] are 3-by-3 matrices, and the sub-matrix shown as “0” in this equation has all the components of 3 by 3 A matrix of columns. By selecting a transformation matrix W that satisfies such conditions, (Equation 4) can be decomposed into the following three relational expressions.

Figure 2007214995
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Figure 2007214995
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Figure 2007214995
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ここで、Tx[1]=(t,t,t)、Tx[2]=(t,t,t)、Tx[3]=(t,t,t)、Rx[1]=(r,r,r)、Rx[2]=(r,r,r)、Rx[3]=(r,r,r)とした。この様にして、3つのシングルユーザMIMO通信とみなすことができるようになる。以上がマルチユーザMIMOシステムの概要である。 Here, Tx [1] = (t 1, t 2, t 3) T, Tx [2] = (t 4, t 5, t 6) T, Tx [3] = (t 7, t 8, t 9) T, Rx [1] = (r 1, r 2, r 3) T, Rx [2] = (r 4, r 5, r 6) T, Rx [3] = (r 7, r 8, r 9 ) T In this way, it can be regarded as three single user MIMO communications. The above is the outline of the multi-user MIMO system.

マルチユーザMIMO通信においては、(式3)に示した送信ウエイト行列の算出が必須である。一般の端末局装置の場合には、端末局装置の場所移動や周囲の動きにより、伝搬チャネルは時間的に変動する。シングルユーザMIMO通信の場合にも固有モード伝送のために送信指向性制御を行うことがあるが、1台の送信局装置と1台の受信局装置間のMIMOチャネルのみを考慮して最適化を行えばよかった。例えばシングルユーザMIMO通信では、送信ウエイト行列としてはMIMOチャネルに関する伝達関数行列を対角化するユニタリー行列などが用いられるが、その伝達関数行列のサイズ(行列の行数、列数)は比較的小さく、行列演算も比較的演算量が少なくて済んだ。   In multi-user MIMO communication, calculation of the transmission weight matrix shown in (Equation 3) is essential. In the case of a general terminal station apparatus, the propagation channel fluctuates with time due to the location movement of the terminal station apparatus and surrounding movement. In the case of single-user MIMO communication, transmission directivity control may be performed for eigenmode transmission, but optimization is performed considering only the MIMO channel between one transmission station apparatus and one reception station apparatus. I should have done it. For example, in single-user MIMO communication, a unitary matrix that diagonalizes a transfer function matrix related to a MIMO channel is used as a transmission weight matrix, but the size of the transfer function matrix (number of rows and columns of the matrix) is relatively small. Matrix operations also require a relatively small amount of calculation.

しかし、マルチユーザMIMO通信においては、同時に空間多重される端末数の増加に伴い行列のサイズが増大し、行列の対角化をはじめとする各種演算処理の計算量が指数関数的に増大する。一方で、ある端末局装置が静止している場合でも、他の端末局装置に動きがあると、再度、全体での送信ウエイト行列の最適化を行う必要がある。これは、ある端末局装置に対する信号送信が他の端末局装置に対して干渉とならないような指向性制御を行う場合、ひとつの端末局装置に動きがあると、他の端末局装置の送信指向性を全て調整しなおす必要があるからである。   However, in multi-user MIMO communication, the size of a matrix increases with an increase in the number of terminals that are simultaneously spatially multiplexed, and the amount of calculation for various arithmetic processes including matrix diagonalization increases exponentially. On the other hand, even when a certain terminal station device is stationary, if there is movement in another terminal station device, it is necessary to optimize the entire transmission weight matrix again. This is because, when directivity control is performed so that signal transmission to a certain terminal station apparatus does not interfere with other terminal station apparatuses, if there is movement in one terminal station apparatus, the transmission directivity of the other terminal station apparatus This is because it is necessary to readjust all genders.

また、多数の端末局装置がひとつの基地局装置の配下にある場合、同時に空間多重できる端末はそれらの全体の端末の中の一部であり、少数である。通信時には、多数の端末から同時に空間多重するのに適した端末の組み合わせを選択する必要があるが、ある端末局装置への送信信号が他の端末局装置に対してどの程度干渉となるかがシステム全体の特性を左右するため、同時に空間多重する端末局装置の組み合わせの選び方が重要である。しかし、その組み合わせの最適解はチャネルの時変動と共に変わるため、逐次、組み合わせの最適化処理を行わなければならない。例えば全体でN局装置の端末局装置があり、その中からM局の装置を選択して空間多重をする場合、その組み合わせは通りとなる。この膨大な組み合わせに対し、それぞれ送信指向性制御の送信ウエイト行列を求め、初めて特性の優劣が評価できるのであるが、前述の様に送信ウエイト行列の演算は容易ではない。したがって、この様に逐次環境が激しく変動する環境では、マルチユーザMIMOにおいて求められる送信指向性制御の負荷は非常に大きくなる。この様に、マルチユーザMIMO通信の運用中における処理・演算量の削減は必須の課題となっている。このための対策として、非特許文献1に示す方式が提案されている。
Jaehak Chung, Chan-Soo Hwang, Kiho Kim and Young Kyun Kim“A Random Beamforming Technique in MIMO Systems Exploiting Multiuser Diversity”IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 5, JUNE 2003
Further, when a large number of terminal station devices are under the control of a single base station device, the number of terminals that can be spatially multiplexed simultaneously is a part of the total terminals and a small number. At the time of communication, it is necessary to select a combination of terminals suitable for spatial multiplexing from a large number of terminals at the same time, but how much interference a transmission signal to a certain terminal station apparatus has on other terminal station apparatuses. In order to influence the characteristics of the entire system, it is important to select a combination of terminal station apparatuses that perform spatial multiplexing simultaneously. However, since the optimal solution of the combination changes with time variation of the channel, the combination optimization process must be sequentially performed. For example, when there are terminal station apparatuses of N station apparatuses as a whole, and the apparatus of M station is selected from among them and spatial multiplexing is performed, there are N C M combinations. For each of these enormous combinations, a transmission weight matrix for transmission directivity control is obtained, and the superiority or inferiority of the characteristics can be evaluated for the first time. However, as described above, the calculation of the transmission weight matrix is not easy. Therefore, in such an environment in which the environment changes violently in this manner, the load of transmission directivity control required in multiuser MIMO becomes very large. As described above, reduction of the amount of processing / computation during operation of multi-user MIMO communication has become an essential issue. As a countermeasure for this, a method shown in Non-Patent Document 1 has been proposed.
Jaehak Chung, Chan-Soo Hwang, Kiho Kim and Young Kyun Kim “A Random Beamforming Technique in MIMO Systems Exploiting Multiuser Diversity” IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 5, JUNE 2003

ここで、上述の従来技術において用いられるランダムビームフォーミングの原理は以下の通りである。まず、基地局装置は自局装置のもつアンテナで所定の数の信号系列を空間多重して送信する際の送信ウエイト行列を何らかの手段で定める。例えば、ランダムに選んだ直交ベクトルであったり、ランダムに仮定した伝達関数行列に対して特異値分解を行って得たユニタリー行列でも構わない。この送信ウエイト行列を用いて、(式2)と同様に既知のパターンのチャネル推定用信号を送信する。各端末局装置は、受信した信号をもとにチャネル推定を行い、基地局装置との間の伝達関数行列を取得する。この伝達関数行列をもとに受信指向性形成を行った場合、空間多重された各信号系列を受信した場合の推定SNR(Signal to Noise Ratio:信号対雑音比)を求め、これを基地局装置に対して返送する。基地局装置はこの返送された信号系列毎の推定SNRをもとに、各端末が所望のSNRで信号を受信できるように、空間多重する端末の組み合わせを選択する。この組み合わせに対し、空間多重数や伝送モード(変調方式と誤り訂正の符号化率の組み合わせ)の最適化を行う。   Here, the principle of random beam forming used in the above-described prior art is as follows. First, the base station apparatus uses some means to determine a transmission weight matrix for spatially multiplexing and transmitting a predetermined number of signal sequences using the antenna of the local station apparatus. For example, it may be a randomly selected orthogonal vector or a unitary matrix obtained by performing singular value decomposition on a randomly assumed transfer function matrix. Using this transmission weight matrix, a channel estimation signal having a known pattern is transmitted in the same manner as in (Equation 2). Each terminal station apparatus performs channel estimation based on the received signal, and acquires a transfer function matrix with the base station apparatus. When reception directivity formation is performed based on this transfer function matrix, an estimated SNR (Signal to Noise Ratio) when each spatially multiplexed signal sequence is received is obtained, and this is obtained as a base station apparatus. Return to. The base station apparatus selects a combination of terminals to be spatially multiplexed so that each terminal can receive a signal with a desired SNR based on the returned estimated SNR for each signal sequence. For this combination, the number of spatial multiplexing and the transmission mode (combination of modulation scheme and error correction coding rate) are optimized.

具体的には、例えば基地局装置が4つの信号系列を空間多重して送信するケースを例に取って説明する。ランダムな送信ウエイト行列を用いた際に端末局装置102においては信号系列#1〜信号系列#2の推定SNRは高いが信号系列#3〜信号系列#4の推定SNRは非常に低く、逆に端末局装置103においては信号系列#3〜信号系列#4の推定SNRは高いが信号系列#1〜信号系列#2の推定SNRは非常に低いとする。この場合、端末局装置102宛ての信号を信号系列#1〜信号系列#2に割り当て、端末局装置103宛ての信号を信号系列#3〜信号系列#4に割り当てることで同時に信号を空間多重して送信しても、事前に端末局装置が学習した受信指向性形成のための受信ウエイト行列を用いて信号受信すれば、他局装置宛の信号は抑制できる。実際の基地局装置の判断は、単なる推定SNRではなく、干渉信号の推定SNRを考慮した信号対干渉雑音比SNIR(Signal to Noise Interference Ratio)をもとに推定品質を判断し、決定する。   Specifically, for example, a case where the base station apparatus spatially multiplexes and transmits four signal sequences will be described. When a random transmission weight matrix is used, the estimated SNR of signal sequence # 1 to signal sequence # 2 is high in terminal station apparatus 102, but the estimated SNR of signal sequence # 3 to signal sequence # 4 is very low. In terminal station device 103, it is assumed that the estimated SNR of signal sequence # 3 to signal sequence # 4 is high, but the estimated SNR of signal sequence # 1 to signal sequence # 2 is very low. In this case, a signal addressed to terminal station apparatus 102 is assigned to signal sequence # 1 to signal sequence # 2, and a signal addressed to terminal station apparatus 103 is assigned to signal sequence # 3 to signal sequence # 4, thereby simultaneously spatially multiplexing the signals. Even if the signal is transmitted, the signal addressed to the other station apparatus can be suppressed if the signal is received using the reception weight matrix for the reception directivity formation learned by the terminal station apparatus in advance. The actual determination of the base station apparatus is based on a signal-to-interference noise ratio SNIR (Signal to Noise Interference Ratio) in consideration of the estimated SNR of the interference signal, not just the estimated SNR, and is determined.

図7は従来技術における基地局装置の送信処理フローを示す図である。
基地局装置が信号送信にあたり、ランダムな送信ウエイト行列を適宜生成し(S101)、複数の既知のプリアンブル信号を要素とする送信信号ベクトルに送信ウエイト行列を乗算し(S102)、空間多重しながらこれらの信号を送信する(S103)。その後、端末局装置からの推定SNR情報が収容された返信信号を受信し(S104)、これらの報告された推定SNR情報から空間多重可能な端末の組み合わせを検索する(S105)。この結果として空間多重が可能と判断された端末局装置に対し、先の送信ウエイト行列を用いて空間多重しながら信号を送信する(S106)。
FIG. 7 is a diagram showing a transmission processing flow of the base station apparatus in the prior art.
When the base station apparatus performs signal transmission, a random transmission weight matrix is appropriately generated (S101), a transmission signal vector having a plurality of known preamble signals as elements is multiplied by a transmission weight matrix (S102), and these are performed while performing spatial multiplexing. Is transmitted (S103). Thereafter, a return signal containing estimated SNR information from the terminal station apparatus is received (S104), and a combination of terminals capable of spatial multiplexing is searched from these reported estimated SNR information (S105). As a result, a signal is transmitted to the terminal station apparatus determined to be capable of spatial multiplexing while performing spatial multiplexing using the previous transmission weight matrix (S106).

図8は従来技術における端末局装置の受信処理フロー(事前処理)を示す図である。
事前処理フローとは、実際の信号を受信する前の処理であり、図7におけるステップS103とステップS104の間に実施される処理に相当する。図8より、まず、端末局装置がランダムな送信ウエイト行列を乗算したプリアンブル信号を受信すると(S111)、チャネル推定により伝達関数行列を取得する(S112)。その後、伝達関数行列の特異値分解を実施する(S113)。この特異値分解によって得られた固有値及び固有ベクトルを用いて推定SNRを算出する(S114)。その後、この推定SNR情報を基地局装置に対して通知する(S115)。
FIG. 8 is a diagram showing a reception processing flow (pre-processing) of the terminal station apparatus in the prior art.
The pre-processing flow is a process before receiving an actual signal, and corresponds to a process performed between step S103 and step S104 in FIG. From FIG. 8, first, when the terminal station apparatus receives a preamble signal multiplied by a random transmission weight matrix (S111), a transfer function matrix is obtained by channel estimation (S112). Thereafter, singular value decomposition of the transfer function matrix is performed (S113). An estimated SNR is calculated using the eigenvalue and eigenvector obtained by the singular value decomposition (S114). Thereafter, the estimated SNR information is notified to the base station apparatus (S115).

図9は従来技術における端末局装置の受信処理フロー(データ受信処理)を示す図である。
基地局装置では、図7のステップS106によりデータを送信する。端末局装置は、先の図8の事前処理に続けて、基地局装置から送信されるデータの受信処理を図9のように行う。まず信号を受信すると(S121)、図8の事前処理のステップS113にて求めた伝達関数行列を対角化するユニタリー行列を受信信号ベクトルに乗算し(S122)、他局装置宛の信号の抑圧を行う。その後、自局装置宛の信号のチャネル推定を行い(S123)、ここで求めた伝達関数行列を用いて後続するデータの信号検出処理を実施し(S124)、信号検出後の信号を合成してデータを再生し、出力する(S125)。以上が従来技術であるランダムビームフォーミングの概要である。
FIG. 9 is a diagram showing a reception process flow (data reception process) of the terminal station apparatus in the prior art.
In the base station apparatus, data is transmitted in step S106 of FIG. The terminal station apparatus performs reception processing of data transmitted from the base station apparatus as shown in FIG. 9, following the previous processing of FIG. First, when a signal is received (S121), the received signal vector is multiplied by a unitary matrix that diagonalizes the transfer function matrix obtained in step S113 of the pre-processing in FIG. 8 (S122), and suppression of signals addressed to other station apparatuses is performed. I do. Thereafter, channel estimation of the signal addressed to the local station apparatus is performed (S123), the subsequent data signal detection processing is performed using the transfer function matrix obtained here (S124), and the signal after signal detection is synthesized. Data is reproduced and output (S125). The above is the outline of the conventional random beam forming.

しかし、このランダムビームフォーミング法では、ランダムに行ったひとつの送信指向性制御に適した端末局装置の組み合わせが存在する場合に利用可能であり、且つ、それらの端末宛の送信データが送信バッファ内に蓄積されていて初めて意味がある。しかし、実際には送信データのある限定された端末局装置の中で、たった一つのランダムな送信ウエイト行列に適した端末局装置が存在する可能性は低い。つまり、このランダムビームフォーミング法は膨大な数の端末局装置が存在し、且つそれぞれに対し送信すべきデータが定常的に存在する場合に有効であるが、現実にはその様な条件は存在しない。したがって、新たなマルチユーザMIMO通信における処理・演算量の削減方法の開発が課題となっている。   However, this random beamforming method can be used when there is a combination of terminal station apparatuses suitable for one random transmission directivity control, and transmission data addressed to these terminals is stored in the transmission buffer. It is only meaningful if it is accumulated in However, in reality, it is unlikely that there is a terminal station apparatus suitable for only one random transmission weight matrix among limited terminal station apparatuses having transmission data. In other words, this random beamforming method is effective when there are a large number of terminal station apparatuses and data to be transmitted to each of them is steadily present, but in reality there are no such conditions. . Therefore, the development of a method for reducing the amount of processing / computation in new multi-user MIMO communication is an issue.

そこでこの発明は、マルチユーザMIMO通信の運用中における処理・演算量の削減することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a wireless communication system and a wireless communication method capable of reducing the amount of processing / computation during operation of multi-user MIMO communication.

上記目的を達成するために、本発明は、1つの第1無線局装置と複数の第2無線局装置により構成され、前記第1無線局装置は複数本のアンテナで構成される第1アンテナ群を備え、前記第2無線局装置は複数本のアンテナで構成される第2アンテナ群を備え、前記第1無線局装置の前記第1アンテナ群および前記複数の第2無線局装置の全てまたはその一部の前記第2アンテナ群により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネルを介して複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信する無線通信システムであって、前記第1無線局装置は、前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する際に付与する複数の送信ウエイトを成分とする複数種類の送信ウエイトベクトルを記憶する手段と、該送信ウエイトベクトルを該第1無線局装置および前記第2無線局装置の双方で既知であるパターンのチャネル推定用信号に乗算した信号を生成する手段と、複数種類の送信ウエイトベクトルに対応した複数の前記信号を前記第1アンテナ群の各アンテナを介して送信する手段と、その信号を受信した前記第2無線局装置が返送する推定SNRに関する情報を受信する手段と、その受信した情報をもとに複数の前記第2無線局装置との間で同時に空間多重して通信することができる組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列を算出する手段と、該算出した、同時に空間多重して通信することができる前記第2無線局装置の組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列の対応をデータベース化して記録する手段と、該データベース化された情報から、送信すべきデータが存在する第2無線局装置の間で空間多重ができる該第2無線局装置の組み合わせを検索する手段と、空間多重ができる第2無線局装置の組み合わせが検索された場合には、その組み合わせに対応した送信ウエイト行列を用い送信する信号を要素とする送信信号ベクトルに該送信ウエイト行列を乗算する手段と、該乗算結果を前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する手段と、を備え、前記第2無線局装置は、前記第1無線局装置より既知であるパターンのチャネル推定用信号に複数の送信ウエイトベクトルを乗算した信号を受信する手段と、該受信信号に対しチャネル推定する手段と、前記第2のアンテナ群の各アンテナ毎の伝達関数を要素とするベクトルすなわち伝達関数ベクトルに対し、該ベクトルの各成分の絶対値のべき乗値ないしはその近似値を全アンテナに対して総和をとる手段と、該総和の値が大きい方からひとつまたは複数の伝達関数ベクトルを選択する手段と、選択された該伝達関数ベクトル毎に、該ベクトル以外の他の伝達関数ベクトルとの内積ないしはその近似値を演算する手段と、該内積値が所定の閾値以下の伝達関数ベクトルの中から、ひとつまたは複数個を内積値の小さい方から選択する手段と、その結果を基地局装置に対して通知する手段と、を備えることを特徴とする無線通信システムである。   In order to achieve the above object, the present invention is configured by one first radio station apparatus and a plurality of second radio station apparatuses, and the first radio station apparatus includes a first antenna group including a plurality of antennas. The second radio station apparatus includes a second antenna group including a plurality of antennas, and the first antenna group of the first radio station apparatus and all or a plurality of the second radio station apparatuses A wireless communication system for performing MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of signal systems at the same frequency channel and the same time through a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel configured by a part of the second antenna group, The first radio station apparatus stores means for storing a plurality of types of transmission weight vectors having a plurality of transmission weights provided when transmitting from each antenna of the first antenna group as components. Means for generating a signal obtained by multiplying a signal weight vector by a channel estimation signal having a known pattern in both the first radio station apparatus and the second radio station apparatus, and a plurality of transmission weight vectors corresponding to a plurality of types of transmission weight vectors Based on the received information, means for transmitting the signal via each antenna of the first antenna group, means for receiving information on the estimated SNR returned by the second radio station apparatus that received the signal, and And a means for calculating a transmission weight matrix to be used at that time, and a combination that can be simultaneously spatially multiplexed with a plurality of the second radio station devices, and the calculated simultaneous spatially multiplexed communication A means for recording a combination of the second radio station apparatuses that can be used and a correspondence of transmission weight matrices to be used in the database, and the data Means for searching for a combination of the second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing between the second radio station apparatuses in which data to be transmitted exists from the converted information, and a second radio station apparatus capable of spatial multiplexing When the combination is retrieved, means for multiplying a transmission signal vector having a signal to be transmitted using a transmission weight matrix corresponding to the combination as an element, and the multiplication result as the first antenna group Means for transmitting from each of the antennas, wherein the second radio station apparatus receives a signal obtained by multiplying a channel estimation signal of a pattern known from the first radio station apparatus by a plurality of transmission weight vectors. And means for channel estimation for the received signal, and a vector having a transfer function as an element for each antenna of the second antenna group, that is, a transfer function vector, Means for calculating the sum of powers of the absolute value of each component of the vector or approximate values thereof for all antennas, means for selecting one or a plurality of transfer function vectors from the one having the larger sum, and selected For each transfer function vector, a means for calculating an inner product or an approximate value thereof with another transfer function vector other than the vector, and one or a plurality of transfer function vectors having an inner product value of a predetermined threshold value or less. A wireless communication system comprising: means for selecting an inner product value from the smaller one; and means for notifying the base station apparatus of the result.

また本発明は、1つの第1無線局装置と複数の第2無線局装置により構成され、前記第1無線局装置は複数本のアンテナで構成される第1アンテナ群を備え、前記第2無線局装置は複数本のアンテナで構成される第2アンテナ群を備え、前記第1無線局装置の前記第1アンテナ群および前記複数の第2無線局装置の全てまたはその一部の前記第2アンテナ群により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネルを介して複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第1無線局装置は、前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する際に付与する複数の送信ウエイトを成分とする複数種類の送信ウエイトベクトルを該第1無線局装置および前記第2無線局装置の双方で既知であるパターンのチャネル推定用信号に乗算した信号を生成する処理と、複数種類の送信ウエイトベクトルに対応した複数の前記信号を前記第1アンテナ群の各アンテナを介して送信する処理と、その信号を受信した前記第2無線局装置が返送する推定SNRに関する情報を受信する処理と、その受信した情報をもとに複数の前記第2無線局装置との間で同時に空間多重して通信することができる組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列を算出する処理と、該算出した、同時に空間多重して通信することができる前記第2無線局装置の組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列の対応をデータベース化して記録する処理と、該データベース化された情報から、送信すべきデータが存在する第2無線局装置の間で空間多重ができる該第2無線局装置の組み合わせを検索する処理と、空間多重ができる第2無線局装置の組み合わせが検索された場合には、その組み合わせに対応した送信ウエイト行列を用い送信する信号を要素とする送信信号ベクトルに該送信ウエイト行列を乗算する処理と、該乗算結果を前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する処理とを実施し、前記第2無線局装置は、前記第1無線局装置より既知であるパターンのチャネル推定用信号に複数の送信ウエイトベクトルを乗算した信号を受信する処理と、該受信信号に対しチャネル推定する処理と、前記第2のアンテナ群の各アンテナ毎の伝達関数を要素とするベクトルすなわち伝達関数ベクトルに対し、該ベクトルの各成分の絶対値のべき乗値ないしはその近似値を全アンテナに対して総和をとる処理と、該総和の値が大きい方からひとつまたは複数の伝達関数ベクトルを選択する処理と、選択された該伝達関数ベクトル毎に、該ベクトル以外の他の伝達関数ベクトルとの内積ないしはその近似値を演算する処理と、該内積値が所定の閾値以下の伝達関数ベクトルの中から、ひとつまたは複数個を内積値の小さい方から選択する処理と、その結果を基地局装置に対して通知する処理とを実施することを特徴とする無線通信方法である。   In addition, the present invention is configured by one first radio station apparatus and a plurality of second radio station apparatuses, and the first radio station apparatus includes a first antenna group including a plurality of antennas, and the second radio station apparatus The station apparatus includes a second antenna group including a plurality of antennas, and the first antenna group of the first radio station apparatus and all or part of the second antennas of the plurality of second radio station apparatuses. A wireless communication method in a wireless communication system for performing MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of signal systems at the same frequency channel and the same time via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel configured by a group, The station apparatus uses the first radio station apparatus and a plurality of types of transmission weight vectors having a plurality of transmission weights provided when transmitting from each antenna of the first antenna group as components. A process of generating a signal obtained by multiplying a channel estimation signal having a known pattern by both of the second radio station apparatuses, and a plurality of the signals corresponding to a plurality of types of transmission weight vectors for each antenna of the first antenna group A process of transmitting via the second wireless station apparatus, a process of receiving information on the estimated SNR returned by the second wireless station apparatus that has received the signal, and a plurality of second wireless station apparatuses based on the received information A combination that can be spatially multiplexed and communicated at the same time, a process for calculating a transmission weight matrix to be used at that time, and the calculated combination of the second radio station devices that can be simultaneously spatially multiplexed and communicated And the process of recording the correspondence of the transmission weight matrix to be used at that time in a database, and the data to be transmitted from the information stored in the database When a process of searching for a combination of the second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing between existing second radio station apparatuses and a combination of the second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing are searched, Performing a process of multiplying a transmission signal vector having a signal transmitted using a corresponding transmission weight matrix as an element, and a process of transmitting the multiplication result from each antenna of the first antenna group, The second radio station apparatus receives a signal obtained by multiplying a channel estimation signal of a pattern known from the first radio station apparatus by a plurality of transmission weight vectors, a process of channel estimation for the received signal, With respect to a vector having a transfer function for each antenna of the second antenna group as an element, that is, a transfer function vector, A process for calculating the sum of the approximate values for all antennas, a process for selecting one or a plurality of transfer function vectors from the one with the larger sum, and for each of the selected transfer function vectors, A process of calculating an inner product with another transfer function vector or an approximate value thereof, a process of selecting one or a plurality of transfer function vectors whose inner product value is a predetermined threshold value or less from the smaller inner product value, The wireless communication method is characterized by performing a process of notifying the base station apparatus of the result.

本発明によれば、マルチユーザMIMO通信を行う際の送信指向性制御を行うための送信ウエイト行列を、高次の行列の特異値分解や直交化などの膨大な線形演算を行うことなしに簡易に求めることが可能となる。また、この演算の簡易化技術として提案されていた従来のランダムビームフォーミング技術では、送信ウエイトベクトルの組み合わせである送信ウエイト行列を一方的に基地局装置が決定し、この送信ウエイト行列に適合した端末局装置を検索してマルチユーザMIMO通信を行なうとしていたために、偶然にもその条件に一致している端末局装置が存在し、且つそれらの端末局装置宛てのデータが送信バッファ内に存在する場合にのみ有効であった。しかし、本発明では、ランダムに生成する送信ウエイトベクトルを、端末局装置から返信される情報に応じて自由に組み合わせて利用することが可能となるため、本技術が有効に適用可能な状況の頻度が飛躍的に増大する。その結果として、マルチユーザMIMO通信を安定して有効に利用することが可能となり、周波数資源の効率的な運用が可能となる。   According to the present invention, a transmission weight matrix for performing transmission directivity control when performing multiuser MIMO communication can be simplified without performing enormous linear operations such as singular value decomposition and orthogonalization of higher-order matrices. It becomes possible to ask for. In addition, in the conventional random beam forming technique that has been proposed as a technique for simplifying this calculation, the base station apparatus unilaterally determines a transmission weight matrix that is a combination of transmission weight vectors, and a terminal that conforms to this transmission weight matrix. Since the search was performed for the station device and the multi-user MIMO communication was performed, there was a terminal station device that coincided with the condition by chance, and the data addressed to the terminal station device existed in the transmission buffer. Only effective if. However, according to the present invention, it is possible to freely use transmission weight vectors that are randomly generated according to the information returned from the terminal station apparatus, so that the frequency of situations in which the present technology can be effectively applied. Will increase dramatically. As a result, multi-user MIMO communication can be used stably and effectively, and frequency resources can be efficiently operated.

以下、本発明の一実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。
図1はマルチユーザMIMOによる無線通信システムの構成を示す図である。
この図において、101は基地局装置、102〜104は端末局装置#1〜#3を示す。なお無線通信システムにおいて、実際は1つの基地局装置が収容する端末局装置数は多数であるが、その中の数局装置を選び出し(図では端末局装置#1〜#3:102〜104)通信を行う。各端末局装置は基地局装置と比較して送受信アンテナ数が一般的に少ない。
Hereinafter, a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication system using multi-user MIMO.
In this figure, 101 is a base station apparatus, and 102 to 104 are terminal station apparatuses # 1 to # 3. In a wireless communication system, although one base station apparatus actually accommodates a large number of terminal station apparatuses, several station apparatuses are selected (terminal station apparatuses # 1 to # 3: 102 to 104 in the figure). I do. Each terminal station apparatus generally has a smaller number of transmission / reception antennas than the base station apparatus.

まず基地局装置101は、多数の異なる送信ウエイトベクトルをデータテーブル内に記憶している。また基地局装置101は、チャネル推定用の所定のプリアンブル信号に、これらの送信ウエイトベクトルを乗算した変換プリアンブル信号も合わせてデータテーブル内に記憶している。例えば、OFDM変調方式を用いたシステムであれば、1シンボルあたりの信号パターンを記録しておく。これらの多数の変換プリアンブル信号は連続的に複数パターンを一括して送信する。例えば、100個の送信ウエイトベクトルを用意している場合には、100OFDMシンボルに渡り一括して信号送信を行う。   First, the base station apparatus 101 stores a number of different transmission weight vectors in the data table. The base station apparatus 101 also stores in the data table a converted preamble signal obtained by multiplying a predetermined preamble signal for channel estimation by these transmission weight vectors. For example, in the case of a system using the OFDM modulation method, a signal pattern per symbol is recorded. A large number of these converted preamble signals are continuously transmitted in batches. For example, when 100 transmission weight vectors are prepared, signal transmission is performed collectively over 100 OFDM symbols.

各端末局装置102〜104ではこれらの変換プリアンブル信号を全て受信する。変換前のプリアンブル信号のパターンは端末局装置102〜104においても既知であり、既知のパターンを用いて受信アンテナ毎に相関をとり、伝達関数情報を取得する。端末局装置102〜104は、この様にして求めた伝達関数情報を各アンテナに対応した成分とする伝達関数ベクトルを、各送信ウエイトベクトルに対する情報として記憶する。同一の送信ウエイトベクトルに対する変換プリアンブル信号の送信は、通信の間に適宜繰り返し送信される。その都度、伝達関数ベクトルを求めるが、この伝達関数ベクトルは1回の信号受信毎に更新しても良いし、複数回の受信に対して平均化した値としてもよい。また均等な平均化ではなく、忘却係数μ(0<μ<1)を導入し、過去のベクトルVold、新規に取得したベクトルVnewに対し、更新後の伝達関数ベクトルをμVnew+(1−μ)Voldの様に与えても構わない。なお、基地局装置101が用いる送信ウエイトベクトルは、送信する順番やその他の制御情報等により、基地局装置101と端末局装置間102〜104で対応をとることが可能なようにしておく。なお、以上の説明では異なる送信ウエイトベクトルを乗算した変換プリアンブル信号は別々のタイミングで送信するとしていたが、お互いが直交関係にあるパターンであるならば、同時に送信を行っても個別に伝達関数ベクトルを取得可能である。 Each of the terminal station apparatuses 102 to 104 receives all of these converted preamble signals. The pattern of the preamble signal before conversion is known also in the terminal station apparatuses 102 to 104, and correlation is obtained for each reception antenna using the known pattern to acquire transfer function information. The terminal station apparatuses 102 to 104 store, as information for each transmission weight vector, a transfer function vector having the transfer function information thus obtained as a component corresponding to each antenna. The transmission of the converted preamble signal for the same transmission weight vector is repeatedly repeated as appropriate during communication. A transfer function vector is obtained each time, and this transfer function vector may be updated every time a signal is received, or may be a value averaged over a plurality of times of reception. Also, instead of uniform averaging, a forgetting factor μ (0 <μ <1) is introduced, and the updated transfer function vector is compared to the past vector V old and the newly acquired vector V new by μV new + (1 -Μ) It may be given as V old . It should be noted that the transmission weight vector used by the base station apparatus 101 is set so that correspondence can be established between the base station apparatus 101 and the terminal station apparatuses 102 to 104 according to the transmission order, other control information, and the like. In the above description, the converted preamble signals multiplied by different transmission weight vectors are transmitted at different timings. However, if they are patterns that are orthogonal to each other, the transfer function vectors are individually transmitted even if they are transmitted simultaneously. Can be obtained.

各端末局装置102〜104は、この様にして求めた複数の伝達関数ベクトルに対し、それぞれの各成分の絶対値ないしは絶対値のべき乗(例えば2乗)の全成分の総和(以降、伝達関数ベクトル絶対値と呼ぶ)を求め、この値が大きくなる方から所定の数だけ伝達関数ベクトルを求める。ここで、この伝達関数ベクトル絶対値は、各伝達関数ベクトルに対する推定SNRに比例する物理量である。また各端末局装置102〜104は、この様にして求めた伝達関数ベクトルに対し、他の伝達関数ベクトルとのベクトル積(内積)をとり、この値が小さくなる伝達関数ベクトルを検索する。ここでは、所定の数だけ小さい方から伝達関数ベクトルを検索する他、所定の閾値以下となる伝達関数ベクトルを検索することとしても良い。なお、閾値は単一である必要は無く、複数段階の閾値を設けても良い。   Each of the terminal station apparatuses 102 to 104 uses the absolute value of each component or the sum of all components of the power of the absolute value (for example, the square) (hereinafter referred to as transfer function) for the plurality of transfer function vectors thus obtained. (Referred to as vector absolute value), and a predetermined number of transfer function vectors are obtained from the larger value. Here, this transfer function vector absolute value is a physical quantity proportional to the estimated SNR for each transfer function vector. Each of the terminal station devices 102 to 104 takes a vector product (inner product) of the transfer function vector obtained in this way with another transfer function vector, and searches for a transfer function vector having a smaller value. Here, in addition to searching for a transfer function vector from a smaller number by a predetermined number, it is also possible to search for a transfer function vector that is below a predetermined threshold. Note that the threshold value need not be single, and a plurality of threshold values may be provided.

以上処理の結果を各端末局装置102〜104は基地局装置101に通知する。通知する内容は、単に伝達関数ベクトル絶対値が大きい伝達関数ベクトルの識別番号(例えば、その信号を受信した順番等)と、その伝達関数ベクトルに対して内積値が小さい伝達関数ベクトルの識別番号の組であっても良い。さらには、伝達関数ベクトル絶対値が大きい伝達関数ベクトルの識別番号に加えてその伝達関数ベクトル絶対値を通知したり、各伝達関数ベクトルに対して内積値が小さい伝達関数ベクトルの識別番号に加えてその内積値を通知しても良い。その他、伝達関数ベクトル絶対値を内積値で除算した値(またはその対数値等)であっても良い。以上のそれぞれの値は、値そのものを通知する他、ある程度の刻み幅で階級化しておき、その値が所属する階級値を報告に用いることも出来る。この様に情報の加工を端末局装置102〜104側で行い、この結果を基地局装置に集約することで基地局装置101の処理量を軽減することが出来る。   Each terminal station apparatus 102 to 104 notifies the base station apparatus 101 of the result of the above processing. The contents to be notified are simply the identification number of a transfer function vector having a large transfer function vector absolute value (for example, the order in which the signals are received) and the identification number of a transfer function vector having a small inner product value relative to the transfer function vector. It may be a pair. Furthermore, in addition to the transfer function vector identification number having a large transfer function vector absolute value, the transfer function vector absolute value is notified, or in addition to the transfer function vector identification number having a small inner product value for each transfer function vector. The inner product value may be notified. In addition, it may be a value obtained by dividing the absolute value of the transfer function vector by the inner product value (or its logarithmic value). In addition to notifying the value itself, each of the above values can be classified in a certain step size, and the class value to which the value belongs can be used for reporting. In this way, information processing is performed on the terminal station devices 102 to 104 side, and the processing results of the base station device 101 can be reduced by collecting the results in the base station device.

基地局装置101においては、この結果をもとに効率的な空間多重の組み合わせを求める。例えば、送信ウエイトベクトルを100種類設定したとする。端末局装置101において、100種類の中で1および2番の伝達関数ベクトルの絶対値が大きいとする。1番の伝達関数ベクトルに対し内積値が小さいベクトルが例えば20〜30であったとする。また同様に、2番の伝達関数ベクトルに対し内積値が小さいベクトルが例えば25〜35、また3番の伝達関数ベクトルに対し内積値が小さいベクトルが例えば40〜50、4番の伝達関数ベクトルに対し内積値が小さいベクトルが例えば60〜70であったとする。この場合、例えば基地局装置101がある端末局装置に対して25番から30番のいずれかの送信ウエイトベクトルを用いて信号送信したとしても、それに重畳する形で1番と2番の送信ウエイトベクトルを用いて端末局装置102に対してふたつの信号系列を空間多重することが可能である。   The base station apparatus 101 obtains an efficient spatial multiplexing combination based on this result. For example, assume that 100 types of transmission weight vectors are set. In the terminal station apparatus 101, it is assumed that the absolute values of the first and second transfer function vectors among 100 types are large. It is assumed that a vector having a small inner product value with respect to the first transfer function vector is 20 to 30, for example. Similarly, a vector having a small inner product value with respect to the second transfer function vector is, for example, 25 to 35, and a vector having a small inner product value with respect to the third transfer function vector is, for example, 40 to 50, a fourth transfer function vector. It is assumed that the vector having a small inner product value is 60 to 70, for example. In this case, for example, even if a signal is transmitted to a terminal station apparatus with a base station apparatus 101 using any one of the transmission weight vectors from 25 to 30, the first and second transmission weights are superimposed on it. It is possible to spatially multiplex two signal sequences for the terminal station apparatus 102 using a vector.

例えば、端末局装置103において、26番と27番の伝達関数ベクトルの伝達関数ベクトル絶対値が大きく、26番と27番の伝達関数ベクトルが1番および2番の伝達関数ベクトルとの内積値が共に小さな値であるならば、1番、2番、26番、27番の送信ウエイトベクトルからなる送信ウエイト行列を用いて4つの信号系列を空間多重し、端末局装置102および端末局装置103に対して同時にマルチユーザMIMO通信を行うことが可能である。補足であるが、例えば端末局装置104において、伝達関数ベクトルの45番及び65番の絶対値が大きな値であるとする。しかし、伝達関数ベクトルの45番ないしは65番と1番および2番との内積が大きければ端末基地局装置104は同時に空間多重するのには適さない。ただし、同一の端末局装置間においては、空間多重する際の伝達関数ベクトルの内積が必ずしも小さくなる必要はない。また、実際の通信時においてはチャネルの時変動により先の送信ウエイトベクトルに対して補正が必要な場合がある。しかし、MIMO通信固有のパスまでは大きく変動することは少ないので、端末局装置の良好な組み合わせパターンまでは変動は小さいものと考えられる。さらには、基地局装置101において、基地局装置101の送信アンテナと端末局装置の受信アンテナの間の伝達関数行列に関する情報が取得可能な場合、送信ウエイト行列の最適解ないしは準最適解は例えば「Quentin H. Spencer, A. Lee Swindlehurst and Martin Haardt, “Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels”, IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 52, NO. 2, FEBRUARY 2004」に示す様な方法を用いることで求めることが出来る。   For example, in the terminal station device 103, the transfer function vector absolute values of the transfer function vectors of 26 and 27 are large, and the inner product value of the transfer function vectors of 26 and 27 is the transfer function vectors of 1 and 2. If both are small values, four signal sequences are spatially multiplexed using a transmission weight matrix made up of transmission weight vectors of No. 1, No. 2, No. 26, No. 27, and transmitted to terminal station apparatus 102 and terminal station apparatus 103. Simultaneously, multi-user MIMO communication can be performed. As a supplement, for example, in the terminal station device 104, it is assumed that the absolute values of the transfer function vectors No. 45 and No. 65 are large values. However, if the inner product of No. 45 or No. 65 of the transfer function vector and Nos. 1 and 2 is large, terminal base station apparatus 104 is not suitable for spatial multiplexing at the same time. However, the inner product of the transfer function vectors for spatial multiplexing need not necessarily be reduced between the same terminal station apparatuses. In actual communication, correction may be necessary for the previous transmission weight vector due to channel time variations. However, since there is little variation up to the path unique to MIMO communication, it is considered that the variation is small up to a good combination pattern of the terminal station apparatus. Furthermore, in the base station apparatus 101, when information on the transfer function matrix between the transmission antenna of the base station apparatus 101 and the reception antenna of the terminal station apparatus can be acquired, the optimal solution or the quasi-optimal solution of the transmission weight matrix is “ Quentin H. Spencer, A. Lee Swindlehurst and Martin Haardt, “Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels”, IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 52, NO. 2, FEBRUARY 2004 ” Can be obtained by using.

これらの方法は、初期値を出発点として、最小二乗誤差を小さくするような繰り返し処理(イタラティブアプローチ)を用いるのであるが、その初期値として先に求めた送信ウエイトベクトルを利用すると収束速度が速くなり、演算量を減らすことが可能である。   These methods use an iterative process (italic approach) to reduce the least square error starting from the initial value. However, if the transmission weight vector obtained earlier is used as the initial value, the convergence speed is increased. It becomes faster and the amount of calculation can be reduced.

以下、本発明の一実施形態による各種処理フローを順を追って説明する。
図2は本発明の一実施形態による基地局装置の送信信号記憶フローを示す図である。
図2の処理フローにおいては、実際に基地局装置101内部で実施しなくても、全く同様の情報を別途作成し、基地局装置101内のメモリに保存することでも代用が出来るが、従来方式との対比の関係であえて示しておく。まず基地局装置101は、適宜、ランダムな送信ウエイトベクトルを生成する(ステップS1)。ここでの送信ウエイトベクトルは、各成分を全くランダムに与えるものであっても構わないし、その結果生成される指向性がランダムになるように生成されたものであっても構わない。後者の場合には、基地局装置101のアンテナ配列に対して物理的な仮想指向性を仮定し、この指向性を形成するウエイトをアレーアンテナ技術により定めることになる。この送信ウエイトベクトルをチャネル推定用の既知のプリアンブル信号に乗算し、各アンテナから送信すべき信号を生成する(ステップS2)。この生成した信号をメモリに保存する(ステップS3)。以上が事前処理であるが、基地局装置101の製造時に別途作成した信号をメモリに記録しておけばそれでもよい。
Hereinafter, various processing flows according to an embodiment of the present invention will be described in order.
FIG. 2 is a diagram showing a transmission signal storage flow of the base station apparatus according to the embodiment of the present invention.
In the processing flow of FIG. 2, even if it is not actually performed in the base station apparatus 101, the same information can be separately created and stored in the memory in the base station apparatus 101. The relationship is shown in a contrast. First, the base station apparatus 101 generates a random transmission weight vector as appropriate (step S1). Here, the transmission weight vector may be given at random to each component, or may be generated so that the directivity generated as a result is random. In the latter case, a physical virtual directivity is assumed for the antenna arrangement of the base station apparatus 101, and the weight for forming this directivity is determined by the array antenna technique. The transmission weight vector is multiplied by a known preamble signal for channel estimation to generate a signal to be transmitted from each antenna (step S2). The generated signal is stored in the memory (step S3). The above is the pre-processing, but it may be sufficient if a signal separately created at the time of manufacturing the base station apparatus 101 is recorded in the memory.

図3は本発明の一実施形態による基地局装置の事前処理フローを示す図である。
次に基地局装置101は定期的に、または特に送受信するデータが無く無線帯域に空きがある場合、ないしは新しい端末局装置を新規に収容する際に、メモリ内に記録されている送信ウエイトベクトルが乗算された信号を連続的に送信する(ステップS11)。例えば、100種類の送信ウエイトベクトルのパターンがあるのであれば、100シンボル以上をかけて送信する。もちろん、複数回に分割してこれらを送信しても構わない。この様に送信した信号をもとに、端末局装置が各自でチャネル推定を行い推定SNRを推定した結果を算出し、この情報を基地局装置101に返送した信号を受信する(ステップS12)。この報告された情報をもとに、各端末局装置間の希望送信ウエイトベクトルと、その際にペアにしても干渉とならない送信ウエイトベクトルの組み合わせとして、複数端末局装置間で全てが両立する組み合わせを検索する(ステップS13)。選択された組み合わせに対し、その送信ウエイトベクトルにより構成される(各行ベクトルが送信ウエイトベクトルである)送信ウエイト行列を生成する(ステップS14)。これらの組み合わせは一つの端末局装置につき一つの組み合わせだけではなく、複数の組み合わせに所属するようにデータベース化して記憶する(ステップS15)。実際のデータの送信にあたっては、このデータベース化された情報を参照し、空間多重する端末局装置の組み合わせと送信ウエイト行列を決定する。
FIG. 3 is a diagram showing a preprocessing flow of the base station apparatus according to the embodiment of the present invention.
Next, when the base station apparatus 101 periodically or particularly when there is no data to be transmitted / received and there is a free radio band, or when a new terminal station apparatus is newly accommodated, the transmission weight vector recorded in the memory is The multiplied signal is continuously transmitted (step S11). For example, if there are 100 types of transmission weight vector patterns, transmission is performed with over 100 symbols. Of course, these may be divided into a plurality of times and transmitted. Based on the signal transmitted in this way, the terminal station apparatus performs channel estimation by itself and calculates the estimated SNR, and receives the signal that returns this information to the base station apparatus 101 (step S12). Based on this reported information, the combination of the desired transmission weight vector between each terminal station apparatus and the transmission weight vector that does not cause interference even if paired at that time, all of which are compatible among a plurality of terminal station apparatuses. Is searched (step S13). For the selected combination, a transmission weight matrix composed of the transmission weight vectors (each row vector is a transmission weight vector) is generated (step S14). These combinations are stored in a database so as to belong to a plurality of combinations as well as one combination per terminal station apparatus (step S15). In actual data transmission, the information stored in the database is referred to, and the combination of terminal stations to be spatially multiplexed and the transmission weight matrix are determined.

図4は本発明の一実施形態による基地局装置の送信処理フローを示す図である。
実際にデータを送信する際には、基地局装置101は送信すべきデータが存在する端末局装置の中で、空間多重することが可能な組み合わせがあるか否かを検索する(ステップS21)。そして基地局装置101は、組み合わせが存在するか否かを条件判断し(ステップS22)、組み合わせがある場合にはその組み合わせ及びその組み合わせに対応した送信ウエイト行列を用い、送信信号ベクトルにその送信ウエイト行列を乗算して信号を送信し(ステップS23)、マルチユーザMIMO通信を実現する。また基地局装置101はステップS22の判断において組み合わせがない場合には、単独の端末局装置との間でのシングルユーザMIMO通信となるが、その端末局装置にとって推定SNRが高い送信ウエイトベクトルを用いて送信信号に乗算し、信号を送信する(ステップS24)。以上が基地局装置側における処理である。端末局装置側においては、図3で示した基地局装置101のステップS11とステップS12との間に行われる事前処理と、図4で示した基地局装置101のステップS23(またはステップS24)の処理の後に対応するデータ受信処理を実施する。
FIG. 4 is a diagram showing a transmission processing flow of the base station apparatus according to the embodiment of the present invention.
When actually transmitting data, the base station apparatus 101 searches for a combination that can be spatially multiplexed among terminal station apparatuses in which data to be transmitted exists (step S21). The base station apparatus 101 determines whether or not a combination exists (step S22). If there is a combination, the base station apparatus 101 uses the combination and a transmission weight matrix corresponding to the combination, and uses the transmission weight as a transmission signal vector. The matrix is multiplied to transmit a signal (step S23), thereby realizing multi-user MIMO communication. When there is no combination in the determination in step S22, the base station apparatus 101 performs single user MIMO communication with a single terminal station apparatus, but uses a transmission weight vector having a high estimated SNR for the terminal station apparatus. The transmission signal is multiplied to transmit the signal (step S24). The above is the processing on the base station apparatus side. On the terminal station apparatus side, pre-processing performed between step S11 and step S12 of the base station apparatus 101 shown in FIG. 3 and step S23 (or step S24) of the base station apparatus 101 shown in FIG. A corresponding data reception process is performed after the process.

図5は本発明の一実施形態による端末局装置の受信処理フロー(事前処理)を示す図である。
端末局装置102〜104は、基地局装置101の上記ステップS11の処理により信号が送信されると、そのランダムな送信ウエイトベクトルが乗算された多数のプリアンブル信号を受信し(ステップS31)、それぞれの信号毎に個別にチャネル推定により伝達関数ベクトルを取得する(ステップS32)。そして伝達関数ベクトルから推定SNRを算出する。ここでの推定SNRとは、例えば伝達関数ベクトルの各成分の絶対値のべき乗値の総和、ないしはその近似値によって与えられる。受信した全ての送信ウエイトベクトル毎の推定SNR値を求め(ステップS33)、この中から推定SNR値が大きい伝達関数ベクトルを検索する(ステップS34)。ここでは、所定の数だけ推定SNR値が大きい方から選択したり、閾値以上の伝達関数ベクトルを選択したりする。
FIG. 5 is a diagram showing a reception processing flow (pre-processing) of the terminal station apparatus according to the embodiment of the present invention.
When the signal is transmitted by the process of step S11 of the base station apparatus 101, the terminal station apparatuses 102 to 104 receive a number of preamble signals multiplied by the random transmission weight vector (step S31). A transfer function vector is obtained by channel estimation for each signal individually (step S32). Then, an estimated SNR is calculated from the transfer function vector. Here, the estimated SNR is given by, for example, the sum of the powers of the absolute values of the components of the transfer function vector or approximate values thereof. Estimated SNR values for all the received transmission weight vectors are obtained (step S33), and a transfer function vector having a large estimated SNR value is searched for among them (step S34). Here, a predetermined number of larger estimated SNR values are selected, or a transfer function vector greater than or equal to a threshold value is selected.

この様にして選択された伝達関数ベクトルに対し、他の伝達関数ベクトルとの内積を求め(ステップS35)、この内積値が小さくなる伝達関数ベクトルの組み合わせを検索する(ステップS36)。ここでも、所定の数だけ内積値が小さい方から選択したり、閾値以下の伝達関数ベクトルを選択したりする。この様な組み合わせ結果の情報を、基地局に対して通知する(ステップS37)。ステップS37で通知する内容の詳細は、推定SNR値や内積値の全ての値を含んでいたり、これらの値を階級化し、どの階級に所属するかの値であっても構わない。また、具体的な推定SNR値や内積値の情報を省略し、単なる組み合わせ情報として、例えばステップS34で選択された伝達関数ベクトルと、ステップS36で選択された伝達関数ベクトルとの内積値が小さくなると判断された伝達関数ベクトルとの組み合わせ情報(実際には、各伝達関数ベクトルの識別番号の組み合わせ情報等)だけであっても構わない。また、それらの中間として、組み合わせ情報に付加する形で、具体的な推定SNR値や内積値の全体の情報の一部のみを収容しても構わない。   An inner product with another transfer function vector is obtained for the transfer function vector selected in this way (step S35), and a combination of transfer function vectors with a smaller inner product value is searched (step S36). Again, a predetermined number of inner product values are selected from the smaller ones, or a transfer function vector below the threshold is selected. Information on such a combination result is notified to the base station (step S37). The details of the content notified in step S37 may include all values of the estimated SNR value and the inner product value, or may be a value that belongs to which class these values are classified. Also, when specific information on the estimated SNR value and inner product value is omitted, and the mere combination information, for example, the inner product value of the transfer function vector selected in step S34 and the transfer function vector selected in step S36 becomes smaller. Only combination information with the determined transfer function vector (actually, combination information of identification numbers of the transfer function vectors) may be used. Further, as a middle part thereof, only a part of the entire information of the specific estimated SNR value or inner product value may be accommodated in a form added to the combination information.

なお、報告される組み合わせにおいて、良好な推定SNRを示す伝達関数ベクトルに対しては内積値が大きくなる一方、この伝達関数ベクトルと組合される(内積値が小さい)伝達関数ベクトルとの内積は小さいような受信ウエイトベクトルを算出しておき、これをデータの受信処理の中で利用することも可能である。   In the reported combination, the inner product value is large for a transfer function vector showing a good estimated SNR, while the inner product with the transfer function vector combined with this transfer function vector (small inner product value) is small. It is also possible to calculate such a reception weight vector and use it in the data reception process.

図6は、本発明の一実施形態による端末局装置の受信処理フロー(データ受信処理)を示す図である。
これは、図5で示した事前処理の結果を受けて、基地局装置101が図3及び図4で示した処理によりユーザデータを含む信号を送信した際の端末局装置102〜104側の受信処理である。
FIG. 6 is a diagram showing a reception process flow (data reception process) of the terminal station apparatus according to the embodiment of the present invention.
This is based on the result of the pre-processing shown in FIG. 5 and the reception on the terminal station devices 102 to 104 side when the base station device 101 transmits a signal including user data by the processing shown in FIG. 3 and FIG. It is processing.

まず端末局装置102〜104はそれぞれ信号を受信すると(ステップS41)、各信号系列のMIMOチャネル推定を行う(ステップS42)。ここでのチャネル推定は、少なくとも自端末局装置宛の信号系列については全て行う。一方、他端末局装置宛に関しては、可能であればチャネル推定を行い、他端末局装置宛の信号の干渉抑制のための受信ウエイト行列を算出する(ステップS43)。基地局装置101から空間多重の際に用いた送信ウエイト行列における送信ウエイトベクトルの情報が通知されている場合には、この情報をもとに受信ウエイト行列を選択しても構わない。この様な受信ウエイト行列を受信信号ベクトルに乗算し(ステップS44)、その結果の信号をもとに信号検出処理を行う(ステップS45)。その後、信号検出された信号を合成し、データを再生の後出力する(ステップS46)。   First, when each of the terminal station apparatuses 102 to 104 receives a signal (step S41), it performs MIMO channel estimation of each signal sequence (step S42). The channel estimation here is performed for at least the signal series addressed to the own terminal station apparatus. On the other hand, for other terminal station devices, channel estimation is performed if possible, and a reception weight matrix for suppressing interference of signals addressed to other terminal station devices is calculated (step S43). When the base station apparatus 101 has notified the transmission weight vector information in the transmission weight matrix used for spatial multiplexing, the reception weight matrix may be selected based on this information. Such a reception weight matrix is multiplied by the reception signal vector (step S44), and signal detection processing is performed based on the resultant signal (step S45). Thereafter, the detected signals are synthesized, and the data is reproduced and output (step S46).

以上の実施形態を説明するため、各種パラメータを特定の条件に仮定して説明を行ったが、当然ながらその他の一般的なパラメータによって実施可能である。すなわち、以上述べた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及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及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   In order to describe the above-described embodiment, the description has been made assuming various parameters under specific conditions, but it is naturally possible to implement with other general parameters. That is, all of the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, 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.

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明によれば、マルチユーザMIMO通信を行う際の送信指向性制御を行うための送信ウエイト行列を、高次の行列の特異値分解や送信ウエイトベクトルの直交化などの膨大な線形演算を行うことなしに簡易に求めることが可能となる。つまり、マルチユーザMIMO通信における処理・演算量の削減を行うことができる。また、この演算の簡易化技術として提案されていた従来のランダムビームフォーミング技術では、送信ウエイトベクトルの組み合わせである送信ウエイト行列を一方的に基地局装置が決定し、この送信ウエイト行列に適合した端末局装置を検索してマルチユーザMIMO通信を行なうとしていたために、偶然にもその条件に一致している端末局装置が存在し、且つそれらの端末局装置宛てのデータが送信バッファ内に存在する場合にのみ有効であった。しかし、本発明では、ランダムに生成する送信ウエイトベクトルを、端末局装置から返信される情報に応じて自由に組み合わせて利用することが可能となるため、本技術が有効に適用可能な状況の頻度が飛躍的に増大する。その結果として、マルチユーザMIMO通信を安定して有効に利用することが可能となり、周波数資源の効率的な運用が可能となる。   Although one embodiment of the present invention has been described above, according to the present invention, a transmission weight matrix for performing transmission directivity control when performing multi-user MIMO communication is converted into a singular value decomposition or transmission weight of a higher-order matrix. It can be easily obtained without performing enormous linear operations such as vector orthogonalization. That is, it is possible to reduce the amount of processing / computation in multiuser MIMO communication. In addition, in the conventional random beam forming technique that has been proposed as a technique for simplifying this calculation, the base station apparatus unilaterally determines a transmission weight matrix that is a combination of transmission weight vectors, and a terminal that conforms to this transmission weight matrix. Since the search was performed for the station device and the multi-user MIMO communication was performed, there was a terminal station device that coincided with the condition by chance, and the data addressed to the terminal station device existed in the transmission buffer. Only effective if. However, according to the present invention, it is possible to freely use transmission weight vectors that are randomly generated according to the information returned from the terminal station apparatus, so that the frequency of situations in which the present technology can be effectively applied. Will increase dramatically. As a result, multi-user MIMO communication can be used stably and effectively, and frequency resources can be efficiently operated.

なお上述の各装置は内部に、コンピュータシステムを有していても構わない。そして、上述した処理の過程は、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ことも可能である。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。   Each device described above may have a computer system inside. The process described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process can also be performed by the computer reading and executing this program. 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.

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

マルチユーザMIMOにようる無線通信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radio | wireless communications system which can be based on multiuser MIMO. 基地局装置の送信信号記憶フローを示すである。It is a transmission signal storage flow of the base station apparatus. 基地局装置の事前処理フローを示す図である。It is a figure which shows the pre-processing flow of a base station apparatus. 基地局装置の送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of a base station apparatus. 端末局装置の受信処理フロー(事前処理)を示す図である。It is a figure which shows the reception processing flow (pre-processing) of a terminal station apparatus. 端末局装置の受信処理フロー(データ受信処理)を示す図である。It is a figure which shows the reception process flow (data reception process) of a terminal station apparatus. 従来技術における基地局装置の送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the base station apparatus in a prior art. 従来技術における端末局装置の受信処理フロー(事前処理)を示す図である。It is a figure which shows the reception processing flow (pre-processing) of the terminal station apparatus in a prior art. 従来技術における端末局装置の受信処理フロー(データ受信処理)を示す図である。It is a figure which shows the reception process flow (data reception process) of the terminal station apparatus in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

101・・・基地局装置
102〜104・・・端末局装置
101 ... Base station apparatus 102 to 104 ... Terminal station apparatus

Claims (2)

1つの第1無線局装置と複数の第2無線局装置により構成され、前記第1無線局装置は複数本のアンテナで構成される第1アンテナ群を備え、前記第2無線局装置は複数本のアンテナで構成される第2アンテナ群を備え、前記第1無線局装置の前記第1アンテナ群および前記複数の第2無線局装置の全てまたはその一部の前記第2アンテナ群により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネルを介して複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信する無線通信システムであって、
前記第1無線局装置は、
前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する際に付与する複数の送信ウエイトを成分とする複数種類の送信ウエイトベクトルを記憶する手段と、
該送信ウエイトベクトルを該第1無線局装置および前記第2無線局装置の双方で既知であるパターンのチャネル推定用信号に乗算した信号を生成する手段と、
複数種類の送信ウエイトベクトルに対応した複数の前記信号を前記第1アンテナ群の各アンテナを介して送信する手段と、
その信号を受信した前記第2無線局装置が返送する推定SNRに関する情報を受信する手段と、
その受信した情報をもとに複数の前記第2無線局装置との間で同時に空間多重して通信することができる組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列を算出する手段と、
該算出した、同時に空間多重して通信することができる前記第2無線局装置の組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列の対応をデータベース化して記録する手段と、
該データベース化された情報から、送信すべきデータが存在する第2無線局装置の間で空間多重ができる該第2無線局装置の組み合わせを検索する手段と、
空間多重ができる第2無線局装置の組み合わせが検索された場合には、その組み合わせに対応した送信ウエイト行列を用い送信する信号を要素とする送信信号ベクトルに該送信ウエイト行列を乗算する手段と、
該乗算結果を前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する手段と、を備え、
前記第2無線局装置は、
前記第1無線局装置より既知であるパターンのチャネル推定用信号に複数の送信ウエイトベクトルを乗算した信号を受信する手段と、
該受信信号に対しチャネル推定する手段と、
前記第2のアンテナ群の各アンテナ毎の伝達関数を要素とするベクトルすなわち伝達関数ベクトルに対し、該ベクトルの各成分の絶対値のべき乗値ないしはその近似値を全アンテナに対して総和をとる手段と、
該総和の値が大きい方からひとつまたは複数の伝達関数ベクトルを選択する手段と、
選択された該伝達関数ベクトル毎に、該ベクトル以外の他の伝達関数ベクトルとの内積ないしはその近似値を演算する手段と、
該内積値が所定の閾値以下の伝達関数ベクトルの中から、ひとつまたは複数個を内積値の小さい方から選択する手段と、
その結果を基地局装置に対して通知する手段と、を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
The first radio station apparatus includes a first antenna group including a plurality of antennas, and the first radio station apparatus includes a plurality of second radio station apparatuses. A second antenna group configured with a plurality of antennas, and configured by the first antenna group of the first radio station apparatus and the second antenna group of all or part of the plurality of second radio station apparatuses. A wireless communication system for performing MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of signal systems at the same frequency channel and the same time via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel,
The first radio station apparatus
Means for storing a plurality of types of transmission weight vectors whose components are a plurality of transmission weights assigned when transmitting from each antenna of the first antenna group;
Means for generating a signal obtained by multiplying the transmission weight vector by a channel estimation signal having a pattern known in both the first radio station apparatus and the second radio station apparatus;
Means for transmitting a plurality of signals corresponding to a plurality of types of transmission weight vectors via each antenna of the first antenna group;
Means for receiving information on the estimated SNR returned by the second radio station apparatus that has received the signal;
A combination capable of simultaneously multiplexing and communicating with a plurality of the second radio station apparatuses based on the received information, and a means for calculating a transmission weight matrix to be used at that time;
Means for recording the calculated combination of the second radio station apparatuses capable of performing spatial multiplexing at the same time and the correspondence of the transmission weight matrix to be used at that time in a database;
Means for searching for a combination of the second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing between the second radio station apparatuses in which data to be transmitted exists from the information stored in the database;
When a combination of second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing is searched, means for multiplying a transmission signal vector having a signal transmitted using a transmission weight matrix corresponding to the combination as an element, and the transmission weight matrix;
Means for transmitting the multiplication result from each antenna of the first antenna group,
The second radio station apparatus
Means for receiving a signal obtained by multiplying a signal for channel estimation of a pattern known from the first radio station apparatus by a plurality of transmission weight vectors;
Means for channel estimation for the received signal;
Means for summing up a power value of an absolute value of each component of the vector or its approximate value for all antennas with respect to a vector having a transfer function as an element for each antenna of the second antenna group, that is, a transfer function vector When,
Means for selecting one or a plurality of transfer function vectors from the one having the larger sum value;
Means for calculating, for each selected transfer function vector, an inner product of other transfer function vectors other than the vector or an approximation thereof;
Means for selecting one or a plurality of inner product values from the smaller inner product value from among transfer function vectors having a predetermined threshold value or less;
Means for notifying the base station apparatus of the result, a wireless communication system.
1つの第1無線局装置と複数の第2無線局装置により構成され、前記第1無線局装置は複数本のアンテナで構成される第1アンテナ群を備え、前記第2無線局装置は複数本のアンテナで構成される第2アンテナ群を備え、前記第1無線局装置の前記第1アンテナ群および前記複数の第2無線局装置の全てまたはその一部の前記第2アンテナ群により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネルを介して複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第1無線局装置は、
前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する際に付与する複数の送信ウエイトを成分とする複数種類の送信ウエイトベクトルを該第1無線局装置および前記第2無線局装置の双方で既知であるパターンのチャネル推定用信号に乗算した信号を生成する処理と、
複数種類の送信ウエイトベクトルに対応した複数の前記信号を前記第1アンテナ群の各アンテナを介して送信する処理と、
その信号を受信した前記第2無線局装置が返送する推定SNRに関する情報を受信する処理と、
その受信した情報をもとに複数の前記第2無線局装置との間で同時に空間多重して通信することができる組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列を算出する処理と、
該算出した、同時に空間多重して通信することができる前記第2無線局装置の組み合わせおよびその際に用いるべき送信ウエイト行列の対応をデータベース化して記録する処理と、
該データベース化された情報から、送信すべきデータが存在する第2無線局装置の間で空間多重ができる該第2無線局装置の組み合わせを検索する処理と、
空間多重ができる第2無線局装置の組み合わせが検索された場合には、その組み合わせに対応した送信ウエイト行列を用い送信する信号を要素とする送信信号ベクトルに該送信ウエイト行列を乗算する処理と、
該乗算結果を前記第1アンテナ群の各アンテナから送信する処理とを実施し、
前記第2無線局装置は、
前記第1無線局装置より既知であるパターンのチャネル推定用信号に複数の送信ウエイトベクトルを乗算した信号を受信する処理と、
該受信信号に対しチャネル推定する処理と、
前記第2のアンテナ群の各アンテナ毎の伝達関数を要素とするベクトルすなわち伝達関数ベクトルに対し、該ベクトルの各成分の絶対値のべき乗値ないしはその近似値を全アンテナに対して総和をとる処理と、
該総和の値が大きい方からひとつまたは複数の伝達関数ベクトルを選択する処理と、
選択された該伝達関数ベクトル毎に、該ベクトル以外の他の伝達関数ベクトルとの内積ないしはその近似値を演算する処理と、
該内積値が所定の閾値以下の伝達関数ベクトルの中から、ひとつまたは複数個を内積値の小さい方から選択する処理と、
その結果を基地局装置に対して通知する処理とを実施する
ことを特徴とする無線通信方法。
The first radio station apparatus includes a first antenna group including a plurality of antennas, and the first radio station apparatus includes a plurality of second radio station apparatuses. A second antenna group configured with a plurality of antennas, and configured by the first antenna group of the first radio station apparatus and the second antenna group of all or part of the plurality of second radio station apparatuses. A wireless communication method in a wireless communication system for performing MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of signal systems at the same frequency channel and the same time via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel,
The first radio station apparatus
A pattern in which a plurality of types of transmission weight vectors whose components are a plurality of transmission weights assigned when transmitting from each antenna of the first antenna group are known by both the first radio station apparatus and the second radio station apparatus Generating a signal obtained by multiplying the channel estimation signal of
A process of transmitting a plurality of the signals corresponding to a plurality of types of transmission weight vectors via each antenna of the first antenna group;
A process of receiving information on the estimated SNR returned by the second radio station apparatus that has received the signal;
A process of calculating a combination capable of simultaneously multiplexing and communicating with the plurality of second radio station apparatuses based on the received information and a transmission weight matrix to be used at that time;
A process of creating a database and recording the correspondence of the calculated second radio station apparatus capable of performing spatial multiplexing at the same time and the correspondence of the transmission weight matrix to be used at that time;
A process of searching for a combination of the second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing between the second radio station apparatuses in which data to be transmitted exists from the information stored in the database;
When a combination of second radio station apparatuses capable of spatial multiplexing is searched, a process of multiplying a transmission signal vector having a signal to be transmitted using a transmission weight matrix corresponding to the combination as an element, and the transmission weight matrix;
Performing the process of transmitting the multiplication result from each antenna of the first antenna group,
The second radio station apparatus
A process of receiving a signal obtained by multiplying a channel estimation signal of a pattern known from the first radio station apparatus by a plurality of transmission weight vectors;
Processing for channel estimation for the received signal;
Processing for summing up a power value of an absolute value of each component of the vector or an approximate value thereof for all antennas with respect to a vector having a transfer function as an element for each antenna of the second antenna group, that is, a transfer function vector When,
A process of selecting one or a plurality of transfer function vectors from the one having the larger sum value;
For each selected transfer function vector, a process of calculating an inner product with another transfer function vector other than the vector or an approximate value thereof;
A process of selecting one or a plurality of inner product values from the smaller inner product value from among transfer function vectors having a predetermined threshold value or less;
The wireless communication method characterized by performing the process which notifies the result to a base station apparatus.
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