JP2008086003A - Mimo antenna apparatus and wireless communication apparatus having it - Google Patents

Mimo antenna apparatus and wireless communication apparatus having it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform both interference wave suppression and MIMO demodulation in a MIMO antenna apparatus. <P>SOLUTION: A MIMO antenna apparatus comprises a plurality of antenna elements 1a, 1b, and 1c for receiving wireless signals; a demodulation circuit 3 which performs the MIMO-demodulation of each received signal to generate a demodulated signal and also decides the signal quality of the demodulated signal; a signal level detection circuit 4 for detecting a signal level of each received signal; and a controller 5. The controller 5, when a signal quality of the demodulated signal is lower than a threshold T1, (1) when signal levels of all the received signal are not lower than a threshold T2, the number of data streams of a MIMO communication system used by a transmission side wireless station apparatus and the demodulation circuit 3 is decreased, and (2) when a signal level of at least one received signal is lower than the threshold T2, a modulation-demodulation method of a MIMO communication system used by the transmission side wireless station apparatus and the demodulation circuit 3 is changed to a modulation-demodulation method using a lower transmission rate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯電話機等を用いた移動体通信において通信容量を増大させて高速通信を実現しながら通信品質を良好に保つように制御される無線通信装置のためのアンテナ装置に関し、特にMIMOアンテナ装置及びそれを備えた無線通信装置に関する。   The present invention relates to an antenna device for a wireless communication device controlled to maintain good communication quality while increasing communication capacity and realizing high-speed communication in mobile communication using a mobile phone or the like, and in particular, a MIMO antenna. The present invention relates to a device and a wireless communication device including the device.

複数のアンテナ素子を用いて複数のチャンネルの無線信号を同時に送受信するMIMO(Multi−Input Multi−Output)技術を採用したアンテナ装置として、例えば特許文献1に開示されたMIMOアンテナ装置がある。   As an antenna device that employs MIMO (Multi-Input Multi-Output) technology that simultaneously transmits and receives radio signals of a plurality of channels using a plurality of antenna elements, there is a MIMO antenna device disclosed in Patent Document 1, for example.

特許文献1のMIMOアンテナ装置を備えた移動通信システムは、その送信側において、通信路符号化器により送信信号を通信路符号化してM個の信号を生成し、これらM個の信号をM個の変調器により変調してM個の複素変調信号(変調シンボル)を生成し、次いで、複素行列演算部によりこれらM個の複素変調信号とM×L個の複素係数から構成される複素行列とを乗算してL個の複素信号を生成し、生成されたL個の複素信号をL個の送信アンテナ素子にて送信する。このとき、複素行列演算部がM個の変調信号に対して異なる複素重みを付与するように行列演算を実行することにより、L個の送信アンテナ素子からそれぞれ送信される無線信号に関してビームフォーミングが達成される。これにより、特許文献1の移動通信システムは、干渉波抑圧のためのビームフォーミングに加えて送信ダイバーシチ効果を得ることを目的としている。また、ダイバーシチ効果により、伝搬チャンネルの環境が動的に変動する場合であっても、変調方式や伝送速度が適切に制御されたデータ伝送方式を提供する。さらに、特許文献1の移動通信システムは、その受信側において、N個の受信アンテナ素子を用いて受信されたN個の受信信号に対して、MIMO復調器によりN×M個の複素係数からなる複素行列を乗算してM個の複素信号(受信シンボル)を生成し、M個の復調器によりM個の複素信号をそれぞれ復調してM個の復調信号を生成し、次いで、通信路復号化器によりM個の復調信号を通信路復号化して受信データとして出力する。このとき、受信側のMIMO復調器において、干渉低減のためにMMSE(Minimum Mean Square Error:最小平均2乗誤差)アルゴリズムを適用することで、雑音や干渉による影響を最小化することが可能になる。   In the mobile communication system provided with the MIMO antenna apparatus of Patent Document 1, the transmission side encodes a transmission signal by a communication path encoder to generate M signals on the transmission side, and M of these M signals are generated. To generate M complex modulation signals (modulation symbols), and then a complex matrix operation unit generates a complex matrix composed of these M complex modulation signals and M × L complex coefficients. To generate L complex signals, and the generated L complex signals are transmitted by L transmission antenna elements. At this time, the beam forming is achieved for the radio signals respectively transmitted from the L transmitting antenna elements by executing the matrix operation so that the complex matrix calculating unit gives different complex weights to the M modulated signals. Is done. As a result, the mobile communication system of Patent Document 1 aims to obtain a transmission diversity effect in addition to beamforming for interference wave suppression. Further, the present invention provides a data transmission method in which the modulation method and the transmission speed are appropriately controlled even when the environment of the propagation channel is dynamically changed due to the diversity effect. Furthermore, the mobile communication system of Patent Document 1 includes N × M complex coefficients by a MIMO demodulator for N received signals received using N receiving antenna elements on the receiving side. Multiplying the complex matrix to generate M complex signals (received symbols), M demodulating each of the M complex signals by M demodulators to generate M demodulated signals, and then channel decoding The communication unit decodes the M demodulated signals by the transmitter and outputs the decoded data as received data. At this time, by applying a MMSE (Minimum Mean Square Error) algorithm to reduce interference in the MIMO demodulator on the receiving side, it becomes possible to minimize the influence of noise and interference. .

このように、特許文献1の移動通信システムは、送信側では、M個の変調信号に対してM×L個の要素からなる複素行列を乗算してL個の複素信号を生成し、これらをL個の送信アンテナ素子から送信することで、伝送路多重化による高速データ通信を可能にし、また受信側では、MIMO復調器での干渉低減により干渉限界を拡張することが可能な、MIMOアンテナ装置を備えた移動通信システムを提供することができる。   As described above, in the mobile communication system of Patent Document 1, on the transmission side, M modulation signals are multiplied by a complex matrix composed of M × L elements to generate L complex signals. A MIMO antenna apparatus capable of high-speed data communication by transmission path multiplexing by transmitting from L transmission antenna elements, and capable of extending the interference limit by reducing interference at the MIMO demodulator on the receiving side Can be provided.

さらに、トランスバーサルフィルタを備えた従来のMIMOアンテナ装置として、例えば特許文献2に開示されたMIMOアンテナ装置がある。   Furthermore, as a conventional MIMO antenna apparatus provided with a transversal filter, there is a MIMO antenna apparatus disclosed in Patent Document 2, for example.

特許文献2のMIMOアンテナ装置を備えたMIMO−OFDM受信機は、複数個の受信アンテナ素子に対してそれぞれ設けられたトランスバーサルフィルタにより干渉波を除去し、その後にMIMO復調を行う。これにより干渉波のある環境においてもMIMO受信が可能になる。従って、特許文献2によれば、同一チャンネル干渉が存在するマルチパス環境において、干渉を抑圧でき、タイミング再生やチャンネル推定の精度の劣化を補償することが可能で、かつ常に高速信号伝送を実現できるMIMO−OFDM受信機を提供することができる。以上により、特許文献2のMIMO−OFDM受信機は、受信アンテナ素子毎に設けられたトランスバーサルフィルタにより干渉波を除去した後にMIMO復調を行うことで、干渉波のある環境においてもMIMO受信が可能になり、高速無線伝送を可能にする、MIMOアンテナ装置を備えたMIMO−OFDM受信機を提供する。   A MIMO-OFDM receiver provided with the MIMO antenna apparatus of Patent Document 2 removes interference waves by transversal filters provided for a plurality of receiving antenna elements, and then performs MIMO demodulation. This enables MIMO reception even in an environment with interference waves. Therefore, according to Patent Document 2, in a multipath environment where co-channel interference exists, interference can be suppressed, timing reproduction and degradation of channel estimation accuracy can be compensated, and high-speed signal transmission can always be realized. A MIMO-OFDM receiver can be provided. As described above, the MIMO-OFDM receiver disclosed in Patent Document 2 can perform MIMO reception even in an environment with interference waves by performing MIMO demodulation after removing the interference waves using a transversal filter provided for each reception antenna element. Thus, a MIMO-OFDM receiver equipped with a MIMO antenna device that enables high-speed wireless transmission is provided.

特開2004−266586号公報。Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-266586. 特開2005−065197号公報。Japanese Patent Laying-Open No. 2005-065197.

特許文献1に記載された従来のMIMOアンテナ装置には、以下のような課題があった。本従来例では、データ伝送をできるだけ高速化する目的で、送信側にM個の変調器とL個の送信アンテナ素子とを備えることで、干渉波抑圧のためのビームフォーミングに加えて送信ダイバーシチ効果を得ることが可能なMIMOアンテナ装置を開示している。しかしながら、特許文献1のMIMOアンテナ装置では、送信アンテナ素子の数が多くなるので、携帯電話機のような1波長もしくはそれ以下のサイズの小型機器には、複数のアンテナ素子群を搭載することはきわめて困難であった。また、携帯電話の基地局に特許文献1のMIMOアンテナ装置を用いる場合においても、アンテナ素子数の増加に伴うコストの増加と、制御が複雑になるという課題があった。   The conventional MIMO antenna device described in Patent Document 1 has the following problems. In this conventional example, for the purpose of speeding up data transmission as much as possible, by providing M modulators and L transmission antenna elements on the transmission side, transmission diversity effect in addition to beamforming for interference wave suppression Is disclosed. However, since the MIMO antenna apparatus of Patent Document 1 has a large number of transmitting antenna elements, it is extremely difficult to mount a plurality of antenna element groups on a small device having a wavelength of one wavelength or less, such as a cellular phone. It was difficult. In addition, even when the MIMO antenna apparatus disclosed in Patent Document 1 is used for a mobile phone base station, there are problems in that the cost increases due to an increase in the number of antenna elements and the control becomes complicated.

一方、特許文献2に記載された、複数のトランスバーサルフィルタを用いた従来のMIMOアンテナ装置には以下のような課題があった。本従来例では、受信アンテナ素子毎にトランスバーサルフィルタを備えたので干渉波を抑圧することは可能であるが、受信回路規模が大きくなるという欠点があった。すなわち、本従来例のMIMOアンテナ装置を小型形状で構成したり、電池で駆動するような携帯無線機に用いたりすることは不可能であった。   On the other hand, the conventional MIMO antenna device using a plurality of transversal filters described in Patent Document 2 has the following problems. In this conventional example, since a transversal filter is provided for each receiving antenna element, it is possible to suppress the interference wave, but there is a drawback that the receiving circuit scale becomes large. That is, it is impossible to configure the MIMO antenna device of the conventional example in a small shape or to be used for a portable wireless device that is driven by a battery.

本発明の目的は、以上の課題を解決し、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合に干渉波抑圧とMIMO復調処理とを両立することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置、及びそれを備えた移動体用の無線通信装置を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above problems and achieve high quality by combining interference wave suppression and MIMO demodulation processing when a desired reception quality cannot be obtained even with a small-sized MIMO antenna apparatus. It is another object of the present invention to provide a MIMO antenna apparatus capable of performing high-speed communication and a wireless communication apparatus for a mobile unit including the same.

本発明の態様に係るMIMOアンテナ装置によれば、
送信側無線局装置により所定のデータストリーム数及び変復調方法を有するMIMO(Multi−Input Multi−Output)通信方式で変調された後送信された複数の無線信号を受信するMIMOアンテナ装置において、
上記複数の無線信号をそれぞれ受信する複数のアンテナ素子と、
上記複数の無線信号の受信信号レベルをそれぞれ検出する検出手段と、
上記複数の無線信号をMIMO復調して第1の復調信号を生成するとともに、上記第1の復調信号の信号品位を判定するMIMO復調手段と、
上記送信側無線局装置によって使用されるMIMO通信方式を制御する制御信号を上記送信側無線局装置に無線送信する無線送信手段と、
上記受信信号レベル及び上記信号品位に基づいて、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数及び変復調方法の少なくとも一方を変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第1の復調信号の信号品位が所定の第1のしきい値未満である場合において、
(1)上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが所定の第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を削減し、
(2)上記複数の無線信号の少なくとも1つに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値未満であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする。
According to the MIMO antenna apparatus according to an aspect of the present invention,
In a MIMO antenna apparatus for receiving a plurality of radio signals transmitted after being modulated by a MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication system having a predetermined number of data streams and a modulation / demodulation method by a transmitting-side radio station apparatus,
A plurality of antenna elements respectively receiving the plurality of radio signals;
Detecting means for detecting the received signal level of each of the plurality of radio signals;
MIMO demodulating means for demodulating the plurality of radio signals to generate a first demodulated signal and determining signal quality of the first demodulated signal;
A wireless transmission means for wirelessly transmitting a control signal for controlling a MIMO communication scheme used by the transmission-side radio station apparatus to the transmission-side radio station apparatus;
The radio transmission means so as to change at least one of the number of data streams and the modulation / demodulation method of the MIMO communication system used by the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation means based on the received signal level and the signal quality And control means for controlling the transmission side radio station apparatus by transmitting the control signal to the MIMO demodulation means,
In the case where the signal quality of the first demodulated signal is less than a predetermined first threshold,
(1) A data stream of a MIMO communication scheme used by the transmitting radio station apparatus and the MIMO demodulating means when the received signal level relating to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than a predetermined second threshold value. Reduce the number,
(2) Modulation / demodulation of a MIMO communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when a received signal level related to at least one of the plurality of radio signals is less than the second threshold value. The method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate lower than the current transmission rate.

上記MIMOアンテナ装置において、上記制御手段は、上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値以上である場合において、上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする。   In the MIMO antenna apparatus, when the signal quality of the first demodulated signal is equal to or higher than the first threshold value, the control means sets the received signal level related to all of the plurality of radio signals to the second level. The modulation / demodulation method of the MIMO communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulation means is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate higher than the current transmission rate. Features.

また、上記MIMOアンテナ装置において、上記制御手段は、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を所定数に削減した場合において、上記MIMO復調手段による復調回数が所定の最大復調回数を超えたとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を増大させることを特徴とする。   In the MIMO antenna apparatus, the control means performs demodulation by the MIMO demodulation means when the number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmitting radio station apparatus and the MIMO demodulation means is reduced to a predetermined number. When the number of times exceeds a predetermined maximum number of times of demodulation, the number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmitting side radio station apparatus and the MIMO demodulating means is increased.

上記MIMOアンテナ装置は、
上記データストリーム数が1つであるとき、主ビームを所望波信号の方向に向けるように上記複数の無線信号に重み付けして復調することにより第2の復調信号を生成するアダプティブ復調手段と、
上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段又は上記アダプティブ復調手段に入力するように切り換えるスイッチ手段とをさらに備え、
上記制御手段はさらに、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御しかつ上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値未満である場合において、
(1)上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を1つに削減し、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記アダプティブ復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御し、
(2)上記複数の無線信号の少なくとも1つに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値未満であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする。
The MIMO antenna device is
When the number of data streams is one, adaptive demodulation means for generating a second demodulated signal by weighting and demodulating the plurality of radio signals so that the main beam is directed in the direction of the desired wave signal;
Switch means for switching to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulation means or the adaptive demodulation means,
The control means further controls the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulating means, and the signal quality of the first demodulated signal is the first threshold value. If it is less than the value,
(1) The number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when the received signal level related to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than the second threshold value. Control the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the adaptive demodulation means,
(2) Modulation / demodulation of a MIMO communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when a received signal level related to at least one of the plurality of radio signals is less than the second threshold value. The method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate lower than the current transmission rate.

また、上記MIMOアンテナ装置において、上記アダプティブ復調手段は、漸化的な繰り返し処理を実行することにより主ビームを所望波信号の方向に向けるように上記複数の無線信号に重み付けすることを特徴とする。   In the MIMO antenna apparatus, the adaptive demodulation means weights the plurality of radio signals so as to direct the main beam in the direction of the desired wave signal by executing a repetitive iterative process. .

さらに、上記MIMOアンテナ装置において、上記制御手段は、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御しかつ上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値以上である場合において、上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする。   Further, in the MIMO antenna apparatus, the control means controls the switch means so as to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulation means, and the signal quality of the first demodulated signal. Is equal to or higher than the first threshold, and when the received signal level related to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than the second threshold, the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means The modulation / demodulation method of the MIMO communication system used by the method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate higher than the current transmission rate.

またさらに、上記MIMOアンテナ装置において、上記制御手段は、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記アダプティブ復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御した場合において、上記アダプティブ復調手段による復調回数が所定の最大復調回数を超えたとき、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御し、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を増大させることを特徴とする。   Still further, in the MIMO antenna apparatus, when the control means controls the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the adaptive demodulation means, the demodulation by the adaptive demodulation means. When the number of times exceeds a predetermined maximum number of demodulations, the switch unit is switched to control the switch unit to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulator unit, and the transmitting side radio station apparatus and the MIMO demodulator The number of data streams of the MIMO communication scheme used by the means is increased.

また、上記MIMOアンテナ装置において、上記無線送信手段は、上記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つを用いて上記制御信号を上記送信側無線局装置に送信することを特徴とする。   In the MIMO antenna apparatus, the radio transmission unit transmits the control signal to the transmitting-side radio station apparatus using at least one of the plurality of antenna elements.

また、本発明によれば、上記MIMOアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置が提供される。   In addition, according to the present invention, there is provided a wireless communication apparatus including the MIMO antenna apparatus.

本発明によれば、以上の構成を備えたことにより、復調信号の信号品位及び受信信号の信号レベルに基づいて、MIMO通信方式のデータストリーム数の削減を実行すること、及び/又はMIMO通信方式の変復調方法の変更を実行することにより、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合にMIMO通信方式のデータストリーム数と変復調方法とを適応的に制御し、さらには干渉波抑圧とMIMO復調処理とを両立することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置、及びそれを備えた移動体用の無線通信装置を提供することができる。   According to the present invention, by providing the above configuration, the number of data streams in the MIMO communication scheme can be reduced based on the signal quality of the demodulated signal and the signal level of the received signal, and / or the MIMO communication scheme. By changing the modulation / demodulation method, the number of MIMO communication system data streams and the modulation / demodulation method are adaptively controlled when a desired reception quality cannot be obtained even with a small-sized MIMO antenna apparatus. Furthermore, it is possible to provide a MIMO antenna apparatus capable of performing high-quality and high-speed communication by achieving both interference wave suppression and MIMO demodulation processing, and a mobile radio communication apparatus including the MIMO antenna apparatus. .

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。適応変調を行うMIMO無線通信において、復調信号品位がしきい値以下になったときに、MIMOアンテナ装置を構成する各アンテナ素子に係る受信信号レベルを取得し、これらの受信信号レベルが所定の受信電力以上の場合に送信側無線局装置に通知し、複数M個の送信データストリームのうちの1つを削減させる。データストリーム数を1つに削減したときには、アダプティブ復調手段を用いて複数の受信信号の振幅及び位相を制御してもよく、これにより所望波信号の方向にビームを向けかつ干渉波信号の方向にヌルを向けることができる。一方、しきい値未満の場合には、より伝送レートの低い変復調方法を用いて送信するように送信側無線局装置に通知する。これにより、MIMO通信の高速無線伝送とアダプティブアレーアンテナの干渉波抑圧技術を両立させることで高品位でかつ高速な通信を実現する。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. In MIMO wireless communication that performs adaptive modulation, when the demodulated signal quality falls below a threshold value, the reception signal level of each antenna element constituting the MIMO antenna apparatus is acquired, and these reception signal levels are set to a predetermined reception level. When the power is higher than the power, the transmission side radio station apparatus is notified, and one of a plurality of M transmission data streams is reduced. When the number of data streams is reduced to one, the amplitude and phase of a plurality of received signals may be controlled using an adaptive demodulator, thereby directing the beam in the direction of the desired wave signal and in the direction of the interference wave signal. You can turn the null. On the other hand, if it is less than the threshold value, the transmitting side radio station apparatus is notified to transmit using a modulation / demodulation method having a lower transmission rate. As a result, high-quality and high-speed communication can be realized by combining high-speed wireless transmission of MIMO communication and interference wave suppression technology of an adaptive array antenna.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施形態を説明するため図面の全体にわたり、同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付与し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference numerals throughout the drawings to describe the embodiment of the present invention, and repeated description thereof is omitted.

第1の実施形態.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下、図1を参照しながら本実施形態のMIMOアンテナ装置について説明する。図1において、3つの受信アンテナ素子1a,1b,1cは、送信側無線局装置(図示せず。)から所定のMIMO通信方式を用いて送信された3つの異なる無線信号をそれぞれ受信し、受信アンテナ素子1a,1b,1cは、受信された各無線信号をアナログ/ディジタル(A/D)変換回路2に入力する。A/D変換回路2は、入力された各無線信号に対応して3つのA/D変換器を備え、これらのA/D変換器により各無線信号に対して別個にA/D変換処理を実行して、処理後の各信号(以下、受信信号という。)をMIMO復調回路3と信号レベル検出回路4とにそれぞれ出力する。MIMO復調回路3は、3つの受信信号に対してMIMO復調処理を実行して1つの復調信号を出力するとともに、復調信号の信号品位を表す基準として復調信号のビット誤り率(BER)を判定し、判定結果の情報をコントローラ5に出力する。信号品位として、ビット誤り率(BER)に代えて、パケットエラーレートを用いてもよく、もしくはスループット(例えば、受信されたデータのレートで表される。)を用いてもよい。信号レベル検出回路4は、3つの受信信号の信号レベルをそれぞれ検出して、検出結果の情報をコントローラ5に出力する。信号レベルは、例えば、搬送波電力対雑音電力比(CNR)又は所望波信号電力対干渉波信号電力及び雑音電力比(SINR)の形式で検出される。また、MIMO復調回路3は、例えば所定のデータ量(ビット数又はパケット数など)を単位として、受信信号のデータの復調処理を実行した回数(以下、復調回数という。)をコントローラ5に送る。コントローラ5は、BERと信号レベルの情報に基づいて、図7及び図8を参照して後述されるMIMO適応制御処理を実行し、それによって送信側無線局装置及びMIMO復調回路3が使用している通信方式を変更する。
First embodiment.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a MIMO antenna apparatus according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the MIMO antenna apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, three receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c respectively receive and receive three different radio signals transmitted from a transmitting-side radio station apparatus (not shown) using a predetermined MIMO communication system. The antenna elements 1 a, 1 b, and 1 c input received radio signals to the analog / digital (A / D) conversion circuit 2. The A / D conversion circuit 2 includes three A / D converters corresponding to each input radio signal, and A / D conversion processing is separately performed on each radio signal by these A / D converters. The processed signals (hereinafter referred to as received signals) are output to the MIMO demodulation circuit 3 and the signal level detection circuit 4, respectively. The MIMO demodulator circuit 3 performs a MIMO demodulation process on the three received signals and outputs one demodulated signal, and determines the bit error rate (BER) of the demodulated signal as a reference representing the signal quality of the demodulated signal. The information of the determination result is output to the controller 5. As the signal quality, a packet error rate may be used instead of the bit error rate (BER), or a throughput (for example, represented by a rate of received data) may be used. The signal level detection circuit 4 detects the signal levels of the three reception signals, and outputs detection result information to the controller 5. The signal level is detected, for example, in the form of carrier power to noise power ratio (CNR) or desired signal power to interference signal power and noise power ratio (SINR). Also, the MIMO demodulation circuit 3 sends the number of times of demodulating the received signal data (hereinafter referred to as the number of demodulations) to the controller 5 in units of, for example, a predetermined amount of data (number of bits or number of packets). Based on the BER and signal level information, the controller 5 executes a MIMO adaptive control process to be described later with reference to FIGS. 7 and 8, whereby the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 use it. Change the communication method.

本実施形態において、送信側無線局装置及びMIMO復調回路3において使用されている通信方式は、通信のデータストリーム数と、通信の変復調方法とによって決定される。詳しくは、MIMOアンテナ装置と送信側無線局装置とは、1つ乃至3つのデータストリームを用いたMIMO通信のいずれかを選択的に実行することができる。データストリーム数が1つのときは、SISO(Single−Input Single−Output)通信ともいう。また、MIMOアンテナ装置と送信側無線局装置とは、伝送レートが異なる複数の変復調方法のうちのいずれかを選択的に用いてMIMO通信(又はSISO通信)を実行することができ、例えば伝送レートが増大する順に列挙すると、BPSK、QPSK、16QAM及び64QAMのうちのいずれかを選択的に用いて通信することができる。なお、使用する変復調方法は、以上に列挙した方式に限定されるものではなく、実施例に応じて変更可能である。コントローラ5は、送信側無線局装置及びMIMO復調回路3により使用されている通信方式を変更するとき(すなわち、データストリーム数及び変復調方法の少なくとも一方を変更するとき)、無線送信回路6及びそれに接続された送信アンテナ素子7を用いて、送信側無線局装置における通信方式(すなわちMIMO通信又はSISO通信)の変調処理を変更させるように送信側無線局装置に要求するための制御信号を送信し、それとともに、MIMO復調回路3において使用されている通信方式(すなわちMIMO通信又はSISO通信)の復調処理を変更させる。   In this embodiment, the communication method used in the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 is determined by the number of communication data streams and the communication modulation / demodulation method. Specifically, the MIMO antenna apparatus and the transmitting-side radio station apparatus can selectively execute any one of the MIMO communication using one to three data streams. When the number of data streams is one, this is also referred to as SISO (Single-Input Single-Output) communication. Also, the MIMO antenna apparatus and the transmitting-side radio station apparatus can selectively perform MIMO communication (or SISO communication) using any one of a plurality of modulation / demodulation methods having different transmission rates. Are listed in order of increasing, it is possible to selectively use any one of BPSK, QPSK, 16QAM, and 64QAM. Note that the modulation / demodulation method to be used is not limited to the methods listed above, and can be changed according to the embodiment. When changing the communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulator circuit 3 (that is, when changing at least one of the number of data streams and the modulation / demodulation method), the controller 5 connects to the radio transmitter circuit 6 and the radio transmitter circuit 6 The transmission antenna element 7 is used to transmit a control signal for requesting the transmission side radio station apparatus to change the modulation process of the communication method (that is, MIMO communication or SISO communication) in the transmission side radio station apparatus, At the same time, the demodulation processing of the communication method (that is, MIMO communication or SISO communication) used in the MIMO demodulation circuit 3 is changed.

本実施形態のMIMOアンテナ装置は、A/D変換回路2の前段において、受信アンテナ素子1a,1b,1cにおいて受信された各無線信号から所定の周波数の信号を分離する高周波フィルタと、信号を増幅するための高周波増幅器とを必要に応じて備えることが好ましい。また、本実施形態のMIMOアンテナ装置は、MIMO復調回路3の前段において、A/D変換回路2から出力された各受信信号の周波数を変換するためのミキサー等の高周波回路や、中間周波数回路及び信号処理回路等を必要に応じて備えることが好ましい。以上に列挙した構成要素は、本願明細書及び図面では説明の簡単化のために省略した。   The MIMO antenna apparatus according to the present embodiment includes a high-frequency filter that separates a signal having a predetermined frequency from each radio signal received by the receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c, and amplifies the signal before the A / D conversion circuit 2. It is preferable to provide a high-frequency amplifier for performing as necessary. Further, the MIMO antenna apparatus of the present embodiment includes a high-frequency circuit such as a mixer for converting the frequency of each received signal output from the A / D conversion circuit 2, an intermediate frequency circuit, and a preceding stage of the MIMO demodulation circuit 3. It is preferable to provide a signal processing circuit or the like as necessary. The components listed above are omitted in the present specification and drawings for the sake of simplicity.

ここでは一例として、受信アンテナ素子数が3つの場合を例に説明を行うが、受信アンテナ素子数が2つもしくは4つ以上の構成も可能である。また、送信アンテナ素子数が1つの場合を例に挙げて説明するが、送信アンテナ素子が複数個設けられた構成も可能である。   Here, as an example, a case where the number of receiving antenna elements is three will be described as an example, but a configuration with two or four or more receiving antenna elements is also possible. Further, the case where the number of transmitting antenna elements is one will be described as an example, but a configuration in which a plurality of transmitting antenna elements are provided is also possible.

以上説明した本実施形態のMIMOアンテナ装置によれば、以上の構成を備えたことにより、コントローラ5が、復調信号の信号品位及び受信信号の信号レベルに基づいて、MIMO通信方式のデータストリーム数の削減を実行すること、及び/又はMIMO通信方式の変復調方法の変更を実行することにより、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合にMIMO通信方式のデータストリーム数と変復調方法とを適応的に制御することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置を提供することができる。   According to the MIMO antenna apparatus of the present embodiment described above, with the above configuration, the controller 5 determines the number of data streams of the MIMO communication scheme based on the signal quality of the demodulated signal and the signal level of the received signal. Even if a small-sized MIMO antenna apparatus does not achieve the desired reception quality by performing reduction and / or changing the modulation / demodulation method of the MIMO communication system, the data stream of the MIMO communication system A MIMO antenna apparatus capable of high-quality and high-speed communication can be provided by adaptively controlling the number and the modulation / demodulation method.

図2は、本実施形態の変形例に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。この変形例のMIMOアンテナ装置は、図1の送信アンテナ素子7を、MIMO受信のための受信アンテナ素子1a,1b,1cのうちの1つ(図2の場合は、アンテナ素子1c)に一体化させた構成を有することを特徴とする。図2において、アンテナ素子1cはその下端においてアンテナ共用器(デュプレクサ)21を備え、アンテナ素子1cで受信された無線信号はアンテナ共用器21を介してA/D変換回路2に入力される一方、無線送信回路6から出力された無線信号はアンテナ共用器21を介してアンテナ素子1cを励振させる。アンテナ共用器21は、受信信号と送信信号の周波数が異なる場合に、受信信号と送信信号との分離に使用される。送信アンテナ素子7を一体化させる受信アンテナ素子は、受信アンテナ素子1a,1bのいずれかであってもよい。以上の構成により、図2の変形例のMIMOアンテナ装置は、装置内のアンテナ素子の個数を削減することができ、小型な移動体無線通信端末において効率よくMIMOアンテナ装置を実現することができる。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a MIMO antenna apparatus according to a modification of the present embodiment. In the MIMO antenna apparatus of this modification, the transmission antenna element 7 of FIG. 1 is integrated with one of the reception antenna elements 1a, 1b, 1c for MIMO reception (in the case of FIG. 2, the antenna element 1c). It is characterized by having the structure made. In FIG. 2, the antenna element 1c includes an antenna duplexer (duplexer) 21 at the lower end thereof, and a radio signal received by the antenna element 1c is input to the A / D conversion circuit 2 via the antenna duplexer 21, The radio signal output from the radio transmission circuit 6 excites the antenna element 1 c via the antenna duplexer 21. The antenna duplexer 21 is used to separate the reception signal and the transmission signal when the frequencies of the reception signal and the transmission signal are different. The receiving antenna element with which the transmitting antenna element 7 is integrated may be either the receiving antenna element 1a or 1b. With the above configuration, the MIMO antenna apparatus of the modification of FIG. 2 can reduce the number of antenna elements in the apparatus, and can efficiently realize the MIMO antenna apparatus in a small mobile radio communication terminal.

また、図2の変形例では、送信アンテナ素子として1つの受信アンテナ素子のみを使用する構成を例に挙げて説明したがこれに限られるものではなく、複数の受信アンテナ素子1a,1b,1cの2つ以上を送信アンテナ素子として使う構成も可能である。これにより、送信時においても、アレーによるビームフォーミングの効果によるアンテナ利得の向上が期待できる。さらには複数の受信アンテナ素子1a,1b,1cのうちの2つ以上を送信アンテナ素子として用いる場合には、切り換え制御による切り換えダイバーシチに代表される送信ダイバーシチやMIMO送信を実行することも可能である。これにより、より安定し、より高速な無線信号の送信を可能にする。また、図2の変形例では、受信信号と送信信号との分離にアンテナ共用器21を用いる構成を例に挙げて説明したがこれに限られるものではなく、スイッチやサーキュレータを使う構成も可能である。スイッチは、信号を送信する時間と信号を受信する時間が異なる場合に最適であり、サーキュレータは、送信信号と受信信号間の周波数差及び時間差がない場合においても使用可能である。   In the modification of FIG. 2, the configuration in which only one receiving antenna element is used as the transmitting antenna element has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of receiving antenna elements 1a, 1b, 1c A configuration in which two or more are used as transmitting antenna elements is also possible. Thereby, even at the time of transmission, an improvement in antenna gain due to the effect of beam forming by the array can be expected. Furthermore, when two or more of the plurality of receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c are used as transmitting antenna elements, it is possible to execute transmission diversity and MIMO transmission represented by switching diversity by switching control. . This makes it possible to transmit a more stable and faster wireless signal. In the modification of FIG. 2, the configuration using the antenna duplexer 21 for separating the reception signal and the transmission signal has been described as an example. However, the configuration is not limited to this, and a configuration using a switch or a circulator is also possible. is there. The switch is optimal when the signal transmission time and the signal reception time are different, and the circulator can be used even when there is no frequency difference and time difference between the transmission signal and the reception signal.

次に、図3乃至図6を参照して、本実施形態のMIMOアンテナ装置を携帯無線通信装置として実装する例について説明する。図3は、本実施形態の第1の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。   Next, an example in which the MIMO antenna apparatus according to the present embodiment is mounted as a portable wireless communication apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a portable wireless communication device including the MIMO antenna device according to the first implementation example of the present embodiment.

図3の携帯無線通信装置は、ほぼ直方体形状の上部筐体31と下部筐体32とを備え、これらがヒンジ部33により連結された折りたたみ型の携帯電話機として構成されている。上部筐体31はスピーカ35とディスプレイ36を備え、下部筐体32はキーボード37とマイクロホン38を備えて構成される。上部筐体31の内部には、その左端に近接しかつ携帯無線通信装置の長手方向と平行になるようにストリップ導体1aaが設けられ、ストリップ導体1aaは、ヒンジ部33の一部を構成するヒンジ部導体1abと電気的に接続され、ストリップ導体1aaとヒンジ部導体1abとは、ともに受信アンテナ素子1aとして動作する。同様に、上部筐体31の内部には、その右端に近接しかつ携帯無線通信装置の長手方向と平行になるようにストリップ導体1baが設けられ、ストリップ導体1baは、ヒンジ部33の一部を構成するヒンジ部導体1bbと電気的に接続され、ストリップ導体1baとヒンジ部導体1bbとは、ともに受信アンテナ素子1bとして動作する。下部筐体32内には、U字型に折り曲げられたストリップ状の導体にてなる受信アンテナ素子1cが設けられる。図3に示した実装例では、受信アンテナ素子1cの一部は、下部筐体32の下端から突出したブーム部34の中を貫通するように設けられるが、それに代わって、受信アンテナ素子1cの全体が下部筐体32の内部に設けられてもよい。さらに、下部筐体32から突出するように、ロッド状の導体にてなる送信アンテナ素子7が設けられる。携帯無線通信装置は、図1のA/D変換回路2、MIMO復調回路3、信号レベル検出回路4、コントローラ5及び無線送信回路6などを含む無線通信回路39を備え、無線通信回路39のA/D変換回路2は受信アンテナ素子1a,1b,1cに接続され、無線通信回路39の無線送信回路6は送信アンテナ素子7に接続される。   The portable wireless communication apparatus of FIG. 3 includes an upper casing 31 and a lower casing 32 that are substantially rectangular parallelepiped shapes, and are configured as a foldable mobile phone connected by a hinge portion 33. The upper casing 31 includes a speaker 35 and a display 36, and the lower casing 32 includes a keyboard 37 and a microphone 38. Inside the upper housing 31, a strip conductor 1aa is provided so as to be close to the left end thereof and parallel to the longitudinal direction of the portable wireless communication device, and the strip conductor 1aa is a hinge constituting a part of the hinge portion 33. The strip conductor 1aa and the hinge conductor 1ab are both electrically connected to the partial conductor 1ab and operate as the receiving antenna element 1a. Similarly, a strip conductor 1ba is provided in the upper housing 31 so as to be close to the right end thereof and parallel to the longitudinal direction of the portable wireless communication device. The strip part conductor 1ba and the hinge part conductor 1bb are electrically connected to the constituent hinge part conductor 1bb, and both operate as the receiving antenna element 1b. In the lower housing 32, a receiving antenna element 1c made of a strip-shaped conductor bent into a U-shape is provided. In the mounting example shown in FIG. 3, a part of the reception antenna element 1 c is provided so as to penetrate the boom portion 34 protruding from the lower end of the lower housing 32, but instead of the reception antenna element 1 c. The entirety may be provided inside the lower housing 32. Further, a transmitting antenna element 7 made of a rod-shaped conductor is provided so as to protrude from the lower housing 32. The portable wireless communication apparatus includes a wireless communication circuit 39 including the A / D conversion circuit 2, the MIMO demodulation circuit 3, the signal level detection circuit 4, the controller 5, and the wireless transmission circuit 6 of FIG. The / D conversion circuit 2 is connected to the reception antenna elements 1a, 1b, and 1c, and the wireless transmission circuit 6 of the wireless communication circuit 39 is connected to the transmission antenna element 7.

また、図4は、本実施形態の第2の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。この実装例では、図3のロッド状の送信アンテナ素子7を除去し、代わりに、無線通信回路39はアンテナ共用器21をさらに備え、受信アンテナ素子1a,1b,1cのうちのいずれか1つ(例えば、受信アンテナ素子1a)を送信アンテナ素子と共用する。図4の実装例の携帯無線通信装置によれば、装置の外部に突出したアンテナ素子を除去したことにより、図3の実装例の場合よりもコンパクトな携帯無線通信装置を提供することができる。   FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of a portable wireless communication device including the MIMO antenna device according to the second implementation example of the present embodiment. In this implementation example, the rod-shaped transmitting antenna element 7 of FIG. 3 is removed, and instead, the wireless communication circuit 39 further includes an antenna duplexer 21, and any one of the receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c. (For example, the receiving antenna element 1a) is shared with the transmitting antenna element. According to the portable radio communication device of the implementation example of FIG. 4, by removing the antenna element protruding outside the device, a portable radio communication device more compact than the case of the implementation example of FIG. 3 can be provided.

またさらに、図5は、本実施形態の第3の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。この構成では、携帯無線通信装置は、上部筐体31に設けられた2つの受信アンテナ素子1a,1bと、下部筐体32に設けられた1つの送信アンテナ素子7とを備えている。オプションとして無線通信回路39内にアンテナ共用器21を備え、受信アンテナ素子1a,1bのいずれかをもう1つの送信アンテナ素子として共用し、2つの送信アンテナ素子により送信ダイバーシチを行ってもよい。   Furthermore, FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a portable wireless communication apparatus including a MIMO antenna apparatus according to a third implementation example of the present embodiment. In this configuration, the portable wireless communication device includes two receiving antenna elements 1 a and 1 b provided in the upper casing 31 and one transmitting antenna element 7 provided in the lower casing 32. As an option, the antenna duplexer 21 may be provided in the wireless communication circuit 39, and either of the reception antenna elements 1a and 1b may be shared as another transmission antenna element, and transmission diversity may be performed by two transmission antenna elements.

また、図6は、本実施形態の第4の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。この構成では、携帯無線通信装置は、上部筐体31に2つのアンテナ素子1a,1bを備え、そのうち一方を送信アンテナ素子として共用する。この構成によれば、他の実装例に係る携帯無線通信装置に比べて、その内部構造を大幅に簡略化することができる。   FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a portable wireless communication apparatus including a MIMO antenna apparatus according to a fourth implementation example of the present embodiment. In this configuration, the portable wireless communication apparatus includes two antenna elements 1a and 1b in the upper casing 31, and one of them is shared as a transmission antenna element. According to this configuration, the internal structure can be greatly simplified as compared with the portable wireless communication device according to another implementation example.

以下、本実施形態のMIMOアンテナ装置の動作原理について説明する。なお、本明細書において、イメージ入力された数式とテキスト入力された数式とを混在させて用いており、各数式を識別するために、それら各数式の最後部に記載した一連の通し番号(1),(2),…を用いて「式(1),式(2),…」等と呼ぶこととする。   Hereinafter, the operation principle of the MIMO antenna apparatus of this embodiment will be described. It should be noted that in this specification, mathematical formulas input in an image and mathematical formulas input in a text are mixedly used, and in order to identify each mathematical formula, a series of serial numbers (1) described at the end of each mathematical formula. , (2),... Are referred to as “expression (1), expression (2),.

MIMO通信システムは、送信機及び受信機においてそれぞれ複数のアンテナ素子を用いて、同じ周波数帯域内で同時に送信された複数の信号系列を空間的に多重化することによって伝送容量を増大させ、MIMO復調後の複数の信号系列に係る合計伝送速度の増大を図る技術である。ここでは一例として、固有モード伝送方式をもとに説明を行う。送信機及び受信機のアンテナ素子の数をそれぞれn個とすると、受信信号yは次式で表すことができる。   The MIMO communication system increases the transmission capacity by spatially multiplexing a plurality of signal sequences transmitted simultaneously in the same frequency band by using a plurality of antenna elements in each of a transmitter and a receiver, and performs MIMO demodulation. This is a technique for increasing the total transmission rate for a plurality of later signal sequences. Here, as an example, description will be made based on the eigenmode transmission method. When the number of antenna elements of the transmitter and the receiver is n, the received signal y can be expressed by the following equation.

[数1]
y=Hx+w (1)
[Equation 1]
y = Hx + w (1)

ここで、受信信号を表すyは、サイズがnのベクトルであり、その各要素は受信機の各アンテナ素子で受信された信号を表す。Hはサイズがn×nの行列であり、チャンネル行列と呼ばれ、その各要素Hijは、送信機のj番目のアンテナ素子と受信機のi番目のアンテナ素子との間の伝搬係数、すなわち、これらのアンテナ素子間で送受信される信号の位相回転量及び振幅減衰量を表す。また、送信信号を表すxは、サイズがnのベクトルであり、その各要素xは、送信機の各アンテナ素子から送信される信号であって、互いに直交する信号を表す。wはサイズがnのベクトルであり、その各要素は受信機の各アンテナ素子で受信された熱雑音を表す。 Here, y representing a received signal is a vector of size n, and each element thereof represents a signal received by each antenna element of the receiver. H is a matrix of size n × n and is called a channel matrix, and each element H ij is a propagation coefficient between the j-th antenna element of the transmitter and the i-th antenna element of the receiver, that is, Represents the amount of phase rotation and the amount of amplitude attenuation of signals transmitted and received between these antenna elements. Also, x representing the transmitted signal, the size is a vector of n, and each element x i is a signal transmitted from each antenna element of the transmitter, represent signals that are orthogonal to each other. w is a vector of size n, each element of which represents the thermal noise received at each antenna element of the receiver.

受信機においてチャンネル行列Hを取得するために、受信機は所定のパイロット信号xを予め記憶し、送信機はこの既知のパイロット信号xを受信機に伝送し、受信機は、当該受信機が予め記憶したパイロット信号xと、受信信号y(すなわち伝送されたパイロット信号x)とに基づいて、式(1)からチャンネル行列Hを計算する。   In order to obtain the channel matrix H at the receiver, the receiver stores a predetermined pilot signal x in advance, the transmitter transmits this known pilot signal x to the receiver, and the receiver Based on the stored pilot signal x and received signal y (ie, transmitted pilot signal x), a channel matrix H is calculated from Equation (1).

ここで、チャンネル行列Hに対する特異値分解(Singlar Value Decomposition:SVD)を行うと、次式のようになる。   Here, when the singular value decomposition (SVD) for the channel matrix H is performed, the following equation is obtained.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

式(2)において、U,Σ,Vはそれぞれサイズがn×nの行列であり、Σはそのi行目i列目の要素がσ(0≦i≦q)でありかつその他の要素が0である行列である。また、uとvはそれぞれ行列UとVのi番目の列ベクトルであり、それぞれ他の列ベクトルと直交している。qはチャンネル行列Hのランクであり、以下の説明ではq=nであるとする。上付き添字Hは複素共役転置を表す。ここで、行列UとVは、サイズがn×nの単位行列Iに対して次式を満足する。 In Equation (2), U, Σ, and V are each a matrix of size n × n, and Σ is the i-th row and i-th column element σ i (0 ≦ i ≦ q) and other elements Is a matrix of zero. U i and v i are i-th column vectors of matrices U and V, respectively, and are orthogonal to other column vectors. q is the rank of the channel matrix H. In the following description, it is assumed that q = n. The superscript H represents a complex conjugate transpose. Here, the matrix U and V, the size satisfies the following equation with respect to the unit matrix I n of n × n.

[数2]
U=I (3)
[数3]
V=I (4)
[Equation 2]
U H U = I n (3 )
[Equation 3]
V H V = I n (4)

さらに、固有値分解(Eigenvalue Decomposition:EVD)を行うと、次式が求まる。   Further, when eigenvalue decomposition (EVD) is performed, the following equation is obtained.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

式(5)において、λはチャンネル行列の積HHの固有値であり、λ=σ である。 In equation (5), λ i is the eigenvalue of the product HH H of the channel matrix, and λ i = σ i 2 .

ベクトルu は、行列Uの要素となる他の行ベクトルと互いに直交しており、送信機の各アンテナ素子から送信される信号のウエイト(振幅と位相)に使用され、ベクトルuは、行列Uの要素となる他の列ベクトルと互いに直交しており、受信機の各アンテナ素子において受信される信号のウエイトに使用される。このようにウエイトを使用することにより直交した指向性が得られる。 The vector u i H, the matrix is orthogonal to the other row vectors, which are elements of U H, are used to weight the signals transmitted from the respective antenna elements of the transmitter (amplitude and phase), the vector u i Are orthogonal to other column vectors that are elements of the matrix U, and are used to weight signals received at each antenna element of the receiver. By using weights in this way, orthogonal directivity can be obtained.

ここで、式(1)より、受信信号電力はHx(Hx)=HHxxとなる。行列xxは送信信号電力を表す。ただし、ベクトルxの各要素は互いに直交した信号であるので、行列xxは対角行列diag[x ,x ,…,x ]となる。一方、行列HHは対角行列diag[λ,λ,…,λ]となる。すなわち、送信機及び受信機の各アンテナ素子において直交したウエイトを使用することにより複数の伝搬経路を分離することができ、このときの受信信号電力はλ となる。信号xがすべて等しい場合、各伝搬経路における受信信号電力は固有値λの比になる。 Here, from Expression (1), the received signal power is Hx (Hx) H = HH H xx H. The matrix xx H represents the transmission signal power. However, since the elements of the vector x are signals orthogonal to each other, the matrix xx H is a diagonal matrix diag [x 1 x 1 * , x 2 x 2 * ,..., X n x n * ]. On the other hand, the matrix HH H is a diagonal matrix diag [λ 1 , λ 2 ,..., Λ q ]. That is, a plurality of propagation paths can be separated by using orthogonal weights in the antenna elements of the transmitter and the receiver, and the received signal power at this time is λ i x i x i * . When the signals x i are all equal, the received signal power in each propagation path is a ratio of the eigenvalues λ i .

ここで、送信機のアンテナ素子数が2個であり、かつ受信機のアンテナ素子数が2個であるMIMO通信システムを一例として、受信信号電力の導出について具体的に説明する。この場合、チャンネル行列Hと、送信機のアンテナ素子から送信された送信信号ベクトルxとは、以下の式で表される。   Here, the derivation of the received signal power will be specifically described by taking as an example a MIMO communication system in which the number of antenna elements of the transmitter is two and the number of antenna elements of the receiver is two. In this case, the channel matrix H and the transmission signal vector x transmitted from the antenna element of the transmitter are expressed by the following equations.

Figure 2008086003
Figure 2008086003
Figure 2008086003
Figure 2008086003

ここで、wを、受信機のアンテナ素子で受信された雑音ベクトル(送信信号ベクトルxに対する振幅比)であるとすると、受信信号ベクトルyは以下の式で求められる。   Here, if w is a noise vector (amplitude ratio with respect to the transmission signal vector x) received by the antenna element of the receiver, the reception signal vector y can be obtained by the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

次に、受信信号ベクトルの共分散行列Ryyを次式により求める。 Next, a covariance matrix R yy of the received signal vector is obtained by the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

上式で、ベクトルyは以下の式で表される。 In the above equation, the vector y H is expressed by the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

通常、MIMO通信システムでは、送信機の異なるアンテナ素子から送信される異なる信号は互いに無相関である。ここで送信信号が無相関であるということについて説明する。送信信号系列は「−1」と「1」の要素からなる1次元信号系列であるものとする。例えば、送信信号ベクトルx,xがそれぞれ4つの要素を有する場合の一例を以下に示す。 Usually, in a MIMO communication system, different signals transmitted from different antenna elements of a transmitter are uncorrelated with each other. Here, the fact that the transmission signal is uncorrelated will be described. It is assumed that the transmission signal sequence is a one-dimensional signal sequence composed of elements “−1” and “1”. For example, an example in which the transmission signal vectors x 1 and x 2 each have four elements is shown below.

[数4]
=(1,−1,1,1) (11)
[数5]
=(1,1,−1,1) (12)
[Equation 4]
x 1 = (1, -1,1,1) (11)
[Equation 5]
x 2 = (1,1, -1,1) (12)

相関とは、信号系列の要素毎の積の和を系列数で割ったものと定義すると、送信信号ベクトルxとxの相関値R12は次式で表される。 If the correlation is defined as the sum of products of each element of the signal sequence divided by the number of sequences, the correlation value R 12 of the transmission signal vectors x 1 and x 2 is expressed by the following equation.

[数6]
12=(1・1+(−1)・1+1・(−1)+1・1)/4=0 (13)
[Equation 6]
R 12 = (1 · 1 + (− 1) · 1 + 1 · (−1) + 1 · 1) / 4 = 0 (13)

すなわち、相関値R12が0となる場合に無相関となる。逆に、相関値が1となるのは、x=xの場合である。また、雑音ベクトルは送信信号ベクトルと無相関であり、かつ、異なるアンテナ素子で受信される雑音ベクトルも互いに無相関である。 That is, it is uncorrelated if the correlation value R 12 is 0. Conversely, the correlation value is 1 when x 1 = x 2 . Further, the noise vector is uncorrelated with the transmission signal vector, and the noise vectors received by different antenna elements are also uncorrelated with each other.

以上より、式(9)の共分散行列Ryyの期待値を受信信号電力として次式のように計算することができる。 As described above, the expected value of the covariance matrix R yy of Equation (9) can be calculated as the following equation using the received signal power.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

ここで、送信信号ベクトルについての仮定より、次式を用いた。   Here, the following equation was used based on the assumption about the transmission signal vector.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

以上説明したMIMOアンテナ装置の動作原理によれば、MIMO通信システムの伝送容量CMIMOは次式で与えられる。 According to the operation principle of the MIMO antenna apparatus described above, the transmission capacity C MIMO of the MIMO communication system is given by the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

ここで、SNRは総送信信号電力対雑音比であり、すなわちSNR/n=x である。伝送容量CMIMOの単位は[ビット/秒/Hz]である。一方、送信機において1つのアンテナ素子を用い、かつ受信機において1つのアンテナ素子を用いる通常の一対一通信(SISO)の場合には、伝送容量CSISOは以下の式で得られる。 Here, SNR is the total transmission signal power to noise ratio, that is, SNR / n = x i x i * . The unit of the transmission capacity C MIMO is [bit / second / Hz]. On the other hand, in the case of normal one-to-one communication (SISO) using one antenna element in the transmitter and one antenna element in the receiver, the transmission capacity C SISO is obtained by the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

式(17)において、hは伝搬係数であり、伝送容量CSISOの単位は[ビット/秒/Hz]である。 In Expression (17), h is a propagation coefficient, and the unit of the transmission capacity C SISO is [bit / second / Hz].

例えば、式(16)と式(17)の比較を簡単化するため、hh=λ=λとし、SNR・λ/n≫1とする。このとき、式(16)の伝送容量CMIMOは、次式のように計算される。 For example, in order to simplify the comparison between Expression (16) and Expression (17), hh * = λ i = λ and SNR · λ / n >> 1. At this time, the transmission capacity C MIMO in Expression (16) is calculated as follows.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

一方、式(17)の伝送容量CSISOは、次式のように計算される。 On the other hand, the transmission capacity C SISO of the equation (17) is calculated as the following equation.

Figure 2008086003
Figure 2008086003

例えば、n=4、SNR・λ=1024の場合には、MIMO伝送容量CMIMO=4・(10−2)=32[ビット/秒/Hz]であり、SISO伝送容量CSISO=10[ビット/秒/Hz]であり、MIMO伝送容量はSISO伝送容量よりも増加していることがわかる。 For example, when n = 4 and SNR · λ = 1024, MIMO transmission capacity C MIMO = 4 · (10−2) = 32 [bits / second / Hz] and SISO transmission capacity C SISO = 10 [bits] / Sec / Hz], and it can be seen that the MIMO transmission capacity is higher than the SISO transmission capacity.

以上のように、MIMOアンテナ装置では、互いに直交する指向性を複数の信号系列に割り振ることで空間的に信号を多重させ伝送容量を増加させ、それにより、MIMO復調後の複数の信号系列の合計の伝送速度の高速化を達成することができる。   As described above, the MIMO antenna apparatus spatially multiplexes signals by allocating orthogonal directivities to a plurality of signal sequences to increase the transmission capacity, and thereby the sum of a plurality of signal sequences after MIMO demodulation. The transmission speed can be increased.

式(16)によれば、チャンネル行列Hから計算される固有値λが大きいほど、MIMO伝送容量は増加することがわかる。固有値λはチャンネル行列Hの各要素により求まるので、上記のことは、チャンネル行列Hの各要素が大きいほど高速伝送が可能であることを意味している。また、式(1)に記したように、受信された信号には熱雑音ベクトルwが含まれる。実際の受信機では熱雑音成分を除去することができないので、このことがチャンネル行列Hから固有値λを計算する際の誤差要因となる。従って、できるだけ大きな受信信号電力を得ることが、MIMOアンテナ装置における伝送速度の高速化につながる。 According to equation (16), it is understood that the MIMO transmission capacity increases as the eigenvalue λ i calculated from the channel matrix H increases. Since the eigenvalue λ i is obtained from each element of the channel matrix H, the above means that the larger the elements of the channel matrix H, the faster the transmission is possible. Further, as described in Equation (1), the received signal includes a thermal noise vector w. Since an actual receiver cannot remove the thermal noise component, this becomes an error factor in calculating the eigenvalue λ i from the channel matrix H. Accordingly, obtaining as much received signal power as possible leads to an increase in transmission speed in the MIMO antenna apparatus.

一方、干渉波がある場合には、式(1)は次式のようになる。   On the other hand, when there is an interference wave, Expression (1) is as follows.

[数7]
y=Hx+H+w (20)
[Equation 7]
y = Hx + H i + w (20)

ここで、Hはサイズがnのベクトルであり、その要素はそれぞれ、受信機の各アンテナ素子で受信された干渉波信号を表す。ここで、干渉波信号とは、隣接基地局装置から到来した同一周波数の同一チャンネル干渉波の信号や、所望波信号ではあるが異なる長い経路を経由して到来したために時間的な遅れを生じた遅延波の信号を示す。遅延波信号は、テレビジョン放送やラジオ放送等のアナログ無線通信において、例えばテレビジョン放送のゴーストとして画面表示の品質を劣化させる。一方、ディジタル無線通信では、熱雑音、同一チャンネルの干渉波信号、及び遅延波信号は、いずれも所望波信号のビット誤りとして直接的に影響し、所望波の信号品位を劣化させる。 Here, H i is a vector of size n, and each element represents an interference wave signal received by each antenna element of the receiver. Here, the interference wave signal is a signal of the same channel interference wave of the same frequency that has arrived from the adjacent base station apparatus or a desired wave signal, but has arrived via a different long path, resulting in a time delay. A delayed wave signal is shown. The delayed wave signal deteriorates the quality of screen display as a ghost of television broadcasting, for example, in analog wireless communication such as television broadcasting or radio broadcasting. On the other hand, in digital wireless communication, thermal noise, an interference wave signal of the same channel, and a delayed wave signal all directly affect the bit error of the desired wave signal, thereby degrading the signal quality of the desired wave.

式(20)において、ベクトルH及びwの各要素がベクトルHxの各要素に比べて十分小さい場合には、SINRが大きいために高速通信が可能であるが、ベクトルH及びwの各要素が無視できないレベルに達すると急激に復調信号の誤り率の性能が劣化する。例えば、QPSK変調の場合には、10−6の誤り率を満足するためには、SINRは約13dB必要である。 In Expression (20), when each element of the vectors H i and w is sufficiently smaller than each element of the vector Hx, high-speed communication is possible because SINR is large, but each element of the vectors H i and w When the signal reaches a level that cannot be ignored, the error rate performance of the demodulated signal rapidly deteriorates. For example, in the case of QPSK modulation, SINR is required to be approximately 13 dB in order to satisfy an error rate of 10 −6 .

ここで、式(20)より、復調信号品位が劣化する要因は、干渉波信号ベクトルHの要素と熱雑音ベクトルwの要素とに分類できる。熱雑音は変調信号の帯域幅と受信機の雑音性能で定まるために、周囲の環境による変動は少ない。すなわち、SINRの低下は、主に、受信信号レベルが低下したときに発生する。一方、受信信号レベルが大きい場合においても、干渉波信号の信号レベルも大きければSINRが小さくなる。すなわち、復調信号の信号品位が劣化した場合には、それが受信信号レベルの低下に起因するものか、もしくは、干渉波信号に起因するものかを判断することが重要となる。ここで、信号品位とは、ビット誤り率(BER)もしくはパケットエラーレートもしくはスループットを表す。以上の動作原理をふまえて、本実施形態のMIMOアンテナ装置を制御する方法について以下に説明する。 Here, from the equation (20), the factors that degrade the demodulated signal quality can be classified into elements of the interference wave signal vector Hi and elements of the thermal noise vector w. Thermal noise is determined by the bandwidth of the modulation signal and the noise performance of the receiver, so there is little variation due to the surrounding environment. That is, the SINR decreases mainly when the received signal level decreases. On the other hand, even when the received signal level is large, the SINR is small if the signal level of the interference wave signal is also large. That is, when the signal quality of the demodulated signal is deteriorated, it is important to determine whether it is caused by a decrease in the received signal level or an interference wave signal. Here, the signal quality represents a bit error rate (BER), a packet error rate, or a throughput. Based on the above operation principle, a method for controlling the MIMO antenna apparatus of the present embodiment will be described below.

図7は、コントローラ5によって実行されるMIMO適応制御処理を示すフローチャートである。初期状態において、MIMOアンテナ装置及び送信側無線局装置は、3つのデータストリームと所定の変復調方法とを用いたMIMO通信を実行し、MIMOアンテナ装置は、その3つの受信アンテナ素子1a,1b,1cのすべてを用いて無線信号を受信している。図7のステップS1において、コントローラ5は、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、MIMO復調回路3に復調処理を実行させるとともに、復調信号の信号品位としてそのBERを判定させ、判定結果の情報をMIMO復調回路3から取得する。次いでステップS2において、コントローラ5は、復調信号のBERが所定のしきい値T1以上であるか否かを判定し、しきい値T1未満であるときはステップS3に進み、しきい値T1以上であるときはステップS7に進む。ここで、BERのしきい値T1は、MIMO復調回路3が瞬時のBER(すなわち、非常に短い時間区間で測定されたBER)を取得する場合には、例えば10−6に設定され、一方、レイリーフェージングの多重波環境を考慮し、所定時間にわたって時間平均されたBERをMIMO復調回路3が取得する場合には、例えば10−2に設定される。次いでステップS3において、コントローラ5は、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、信号レベル検出回路4に各受信信号の信号レベルを検出させ、検出結果の情報を信号レベル検出回路4から取得する。ステップS4において、コントローラ5は、所定のしきい値T2未満の信号レベルを有する受信信号が存在するか否かを判定し、すべての受信信号の信号レベルがしきい値T2以上であるときはステップS5に進み、そうでないときはステップS6に進む。 FIG. 7 is a flowchart showing a MIMO adaptive control process executed by the controller 5. In the initial state, the MIMO antenna apparatus and the transmitting-side radio station apparatus execute MIMO communication using three data streams and a predetermined modulation / demodulation method, and the MIMO antenna apparatus receives the three receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c. All of the radio signals are received. In step S1 of FIG. 7, the controller 5 causes the MIMO demodulation circuit 3 to perform demodulation processing based on each received signal acquired by the A / D conversion circuit 2, and determines the BER as the signal quality of the demodulated signal. Information of the determination result is acquired from the MIMO demodulation circuit 3. Next, in step S2, the controller 5 determines whether or not the BER of the demodulated signal is equal to or greater than a predetermined threshold value T1, and if it is less than the threshold value T1, the controller 5 proceeds to step S3 and exceeds the threshold value T1. If there is, the process proceeds to step S7. Here, the threshold value T1 of the BER is set to, for example, 10 −6 when the MIMO demodulator circuit 3 acquires an instantaneous BER (that is, a BER measured in a very short time interval), When the MIMO demodulator circuit 3 acquires the BER time-averaged over a predetermined time in consideration of the Rayleigh fading multiwave environment, it is set to 10 −2 , for example. Next, in step S3, the controller 5 causes the signal level detection circuit 4 to detect the signal level of each reception signal based on each reception signal acquired by the A / D conversion circuit 2, and detects the information of the detection result as signal level detection. Obtained from circuit 4. In step S4, the controller 5 determines whether or not there is a received signal having a signal level less than a predetermined threshold value T2. If the signal levels of all the received signals are equal to or higher than the threshold value T2, step S4 is performed. The process proceeds to S5, and if not, the process proceeds to Step S6.

ここで、受信信号の信号レベルのしきい値T2は、(a)MIMOアンテナ装置及び送信側無線局装置により使用されている変復調方法(すなわち、BPSK、QPSK、16QAM、又は64QAM)と、(b)復調信号の信号品位及び各受信信号の信号レベルが瞬時の値として取得されるか、それとも時間平均された値として取得されるかということとに依存する。ここで、図9及び図10を参照して、受信信号の信号レベルのしきい値T2の判定について説明する。図9及び図10のグラフでは、受信信号の信号レベルとしてCNRを例示的に用いている。図9は、瞬時のCNR及びBERを示すグラフである。この場合、CNRのしきい値は、変復調方法毎に、瞬時のBERのしきい値として設定されたBER=10−6に相当する値に設定され、すなわち、BPSKのときはCNR=11dBに設定され、QPSKのときはCNR=14dBに設定され、16QAMのときはCNR=21dBに設定され、64QAMのときはCNR=27dBに設定される。図10は、時間平均されたCNR及びBERを示すグラフである。この場合、CNRのしきい値は、変復調方法毎に、時間平均されたBERのしきい値として設定されたBER=10−2に相当する値に設定され、すなわち、BPSKのときはCNR=14dBに設定され、QPSKのときはCNR=17dBに設定され、16QAMのときはCNR=23dBに設定され、64QAMのときはCNR=28dBに設定される。信号レベルのしきい値T2は、以上例示した値に限らず、使用されている各変復調方法においてエラーフリーとなる信号レベル(例えば電力)に対応する値に設定されることが可能である。 Here, the threshold T2 of the signal level of the received signal is determined by (a) a modulation / demodulation method (that is, BPSK, QPSK, 16QAM, or 64QAM) used by the MIMO antenna apparatus and the transmitting-side radio station apparatus, and (b ) Depending on whether the signal quality of the demodulated signal and the signal level of each received signal are acquired as instantaneous values or time averaged values. Here, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the determination of the threshold value T2 of the signal level of the received signal will be described. In the graphs of FIGS. 9 and 10, CNR is used as an example of the signal level of the received signal. FIG. 9 is a graph showing instantaneous CNR and BER. In this case, the CNR threshold value is set to a value corresponding to BER = 10 −6 set as the instantaneous BER threshold value for each modulation / demodulation method, that is, CNR = 11 dB in the case of BPSK. In the case of QPSK, CNR = 14 dB is set, in the case of 16 QAM, CNR = 21 dB is set, and in the case of 64 QAM, CNR = 27 dB is set. FIG. 10 is a graph showing time-averaged CNR and BER. In this case, the CNR threshold value is set to a value corresponding to BER = 10 −2 set as the time-averaged BER threshold value for each modulation / demodulation method, that is, CNR = 14 dB in the case of BPSK. In the case of QPSK, CNR = 17 dB is set, in the case of 16 QAM, CNR = 23 dB is set, and in the case of 64 QAM, CNR = 28 dB is set. The signal level threshold value T2 is not limited to the value exemplified above, and can be set to a value corresponding to a signal level (for example, power) that is error-free in each modulation / demodulation method used.

ステップS5において、コントローラ5は、送信側無線局装置とMIMO復調回路3のMIMO通信のデータストリーム数を削減する。例えば、送信側無線局装置とMIMOアンテナ装置とが3つのデータストリームを用いたMIMO通信を実行していたとき、2つのデータストリームを用いたMIMO通信、又は1つのデータストリームを用いたSISO通信を実行するように、通信方式を変更する。ステップS5でデータストリーム数を削減したことによってデータストリーム数が1になったとき(ステップS10がYESのとき)は、コントローラ5は、ステップS11のSISO通信処理に進み、そうでないとき(ステップS10がNOのとき)はステップS12に進む。   In step S5, the controller 5 reduces the number of data streams of the MIMO communication between the transmitting side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3. For example, when the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO antenna apparatus are performing MIMO communication using three data streams, MIMO communication using two data streams or SISO communication using one data stream is performed. Change the communication method to execute. When the number of data streams becomes 1 by reducing the number of data streams in step S5 (when step S10 is YES), the controller 5 proceeds to the SISO communication process of step S11. If NO, the process proceeds to step S12.

図8は、図7のSISO通信処理のステップS11を示すサブルーチンである。図8のステップS14において、コントローラ5は、信号レベルが最大になる受信アンテナ素子で受信された受信信号のみを復調するように、MIMO復調回路3に復調処理(すなわちSISO通信の復調処理)を継続させる。次いでステップS15において、コントローラ5は、MIMO復調回路3による復調処理の回数が所定の最大復調回数を超えたか否かを判定する。ステップS15における最大復調回数は、電波状況をモニタリングする周期として決められる。あるいは、ステップS15では、復調処理の回数を最大復調回数と比較することに代えて、MIMO復調回路3による復調処理が所定時間にわたって継続してタイムアウトしたか否かを判定してもよい。ステップS15において復調処理の回数が最大復調回数を超えたと判断されるまでステップS14に戻って復調処理が継続され、最大復調回数を超えた場合には、コントローラ5は、ステップS16において、送信側無線局装置とMIMO復調回路3のデータストリーム数を増加させ、通信方式をSISOからMIMOに変更する。ステップS16において、コントローラ5は、データストリーム数を好ましくは最大値(すなわち3個)になるように初期化する。データストリーム数を増加させた後、コントローラ5はステップS1に戻る。   FIG. 8 is a subroutine showing step S11 of the SISO communication process of FIG. In step S14 of FIG. 8, the controller 5 continues the demodulation process (that is, the demodulation process of SISO communication) to the MIMO demodulation circuit 3 so as to demodulate only the received signal received by the receiving antenna element having the maximum signal level. Let Next, in step S15, the controller 5 determines whether the number of demodulation processes by the MIMO demodulation circuit 3 has exceeded a predetermined maximum number of demodulations. The maximum number of demodulations in step S15 is determined as a period for monitoring the radio wave condition. Alternatively, in step S15, instead of comparing the number of demodulation processes with the maximum number of demodulations, it may be determined whether or not the demodulation process by the MIMO demodulation circuit 3 has timed out continuously for a predetermined time. Until it is determined in step S15 that the number of demodulation processes exceeds the maximum number of demodulations, the process returns to step S14 and the demodulation process is continued. If the maximum number of demodulations is exceeded, the controller 5 in step S16, The number of data streams of the station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 is increased, and the communication system is changed from SISO to MIMO. In step S16, the controller 5 initializes the number of data streams to be preferably the maximum value (ie, 3). After increasing the number of data streams, the controller 5 returns to step S1.

なお、変形例として、ステップS10では、データストリーム数が1以外の所定数(例えば、2個)に削減されているか否かを判断し、YESのときは、ステップS11のSISO通信処理ではなく、図8のステップS16のみを実行してもよい。これによれば、データストリーム数を変化させる範囲が制限され、SISO通信を実行することなく常にMIMO通信を実行しながら、そのデータストリーム数を変化させることができる。   As a modification, in step S10, it is determined whether or not the number of data streams is reduced to a predetermined number other than 1 (for example, 2). If YES, the SISO communication process in step S11 is not performed. Only step S16 of FIG. 8 may be executed. According to this, the range in which the number of data streams is changed is limited, and the number of data streams can be changed while always performing MIMO communication without performing SISO communication.

また、ステップS6において、コントローラ5は、送信側無線局装置とMIMO復調回路3の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低速な伝送レートの変復調方法に変更する。例えば、送信側無線局装置とMIMOアンテナ装置とが64QAMを用いてMIMO通信を実行していたとき、16QAM、QPSK及びBPSKのいずれかの変復調方法を用いたMIMO通信に変更する。変復調方法の変更後、コントローラ5はステップS12に進む。   In step S6, the controller 5 changes the modulation / demodulation method of the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 to a modulation / demodulation method with a transmission rate lower than the current transmission rate. For example, when the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO antenna apparatus are performing MIMO communication using 64QAM, the transmission side radio station apparatus and the MIMO antenna apparatus are changed to MIMO communication using any modulation / demodulation method of 16QAM, QPSK, or BPSK. After changing the modulation / demodulation method, the controller 5 proceeds to step S12.

ステップS2において復調信号のBERがしきい値T1以上であったときは、前述のようにステップS7に進む。ステップS7では、コントローラ5は、ステップS3と同様に、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、信号レベル検出回路4に各受信信号の信号レベルを検出させ、検出結果の情報を信号レベル検出回路4から取得する。ステップS4において、コントローラ5は、ステップS4の場合と同じしきい値T2未満の信号レベルを有する受信信号が存在するか否かを判定し、すべての受信信号の信号レベルがしきい値T2以上であるときはステップS9に進み、そうでないときはステップS12に進む。ステップS9において、コントローラ5は、送信側無線局装置とMIMO復調回路3の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高速な伝送レートの変復調方法に変更する。例えば、送信側無線局装置とMIMOアンテナ装置とがBPSKを用いてMIMO通信を実行していたとき、QPSK、16QAM及び64QAMのいずれかの変復調方法を用いたMIMO通信に変更する。変復調方法の変更後、コントローラ5はステップS12に進む。コントローラ5は、ステップS12においてMIMO復調回路3に復調処理を継続させ、次いでステップS13において、MIMO復調回路3による復調処理の回数が所定の最大復調回数(例えば、ステップS15の最大復調回数と同じ回数)を超えたか否かを判定し、最大復調回数を超えた場合にはステップS1に戻り、そうでない場合には、ステップS12に戻ってMIMO復調回路3に復調処理を継続させる。変形例として、ステップS2において復調信号のBERがしきい値以上であったときは、コントローラ5は、ステップS7乃至S9を実行することなく、ステップS1に戻るとともにMIMO復調回路3に復調処理を継続させてもよい。   When the BER of the demodulated signal is greater than or equal to the threshold value T1 in step S2, the process proceeds to step S7 as described above. In step S7, similarly to step S3, the controller 5 causes the signal level detection circuit 4 to detect the signal level of each reception signal based on each reception signal acquired by the A / D conversion circuit 2, and determines the detection result. Information is acquired from the signal level detection circuit 4. In step S4, the controller 5 determines whether or not there is a received signal having a signal level lower than the threshold value T2 as in the case of step S4, and the signal levels of all the received signals are equal to or higher than the threshold value T2. If there is, the process proceeds to step S9, and if not, the process proceeds to step S12. In step S9, the controller 5 changes the modulation / demodulation method of the transmission-side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 to a modulation / demodulation method with a transmission rate faster than the current transmission rate. For example, when the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO antenna apparatus are performing MIMO communication using BPSK, the transmission side radio station apparatus and the MIMO antenna apparatus are changed to MIMO communication using any one of the modulation / demodulation methods of QPSK, 16QAM, and 64QAM. After changing the modulation / demodulation method, the controller 5 proceeds to step S12. The controller 5 causes the MIMO demodulation circuit 3 to continue the demodulation process in step S12, and then, in step S13, the number of demodulation processes by the MIMO demodulation circuit 3 is equal to a predetermined maximum demodulation number (for example, the same number as the maximum demodulation number in step S15). If the maximum number of demodulations has been exceeded, the process returns to step S1. If not, the process returns to step S12 and the MIMO demodulation circuit 3 continues the demodulation process. As a modified example, when the BER of the demodulated signal is equal to or greater than the threshold value in step S2, the controller 5 returns to step S1 and continues the demodulation process to the MIMO demodulator circuit 3 without executing steps S7 to S9. You may let them.

以上説明したように、本実施形態のMIMOアンテナ装置によれば、復調信号の信号品位及び受信信号の信号レベルに基づいて、MIMO通信方式のデータストリーム数の削減を実行すること、及び/又はMIMO通信方式の変復調方法の変更を実行することにより、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合にMIMO通信方式のデータストリーム数と変復調方法とを適応的に制御することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置、及びそれを備えた移動体用の無線通信装置を提供することができる。   As described above, according to the MIMO antenna apparatus of the present embodiment, the number of data streams in the MIMO communication scheme is reduced based on the signal quality of the demodulated signal and the signal level of the received signal, and / or the MIMO. By changing the modulation / demodulation method of the communication system, even if the MIMO antenna apparatus has a small shape, if the desired reception quality cannot be obtained, the number of data streams and the modulation / demodulation method of the MIMO communication system are adaptively controlled. By doing so, it is possible to provide a MIMO antenna apparatus capable of high-quality and high-speed communication, and a wireless communication apparatus for a mobile body including the same.

第2の実施形態.
図11は、本発明の第2の実施形態に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のMIMOアンテナ装置は、図1に示すMIMOアンテナ装置の構成に加えて、アダプティブ復調回路12と、A/D変換回路2をMIMO復調回路3及びアダプティブ復調回路12のいずれかに接続するスイッチ回路11とをさらに備えたことを特徴とする。本実施形態のMIMOアンテナ装置は、干渉波信号を受信した場合に、所定の条件下で、アダプティブ復調回路12による漸化的な繰り返し計算を用いた復調処理を実行するようにスイッチ回路11を切り換えることを特徴とする。
Second embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a MIMO antenna apparatus according to the second embodiment of the present invention. In addition to the configuration of the MIMO antenna apparatus shown in FIG. 1, the MIMO antenna apparatus of the present embodiment connects the adaptive demodulation circuit 12 and the A / D conversion circuit 2 to either the MIMO demodulation circuit 3 or the adaptive demodulation circuit 12. And a switch circuit 11. When receiving an interference wave signal, the MIMO antenna apparatus of the present embodiment switches the switch circuit 11 so as to execute a demodulation process using a repetitive calculation by the adaptive demodulation circuit 12 under a predetermined condition. It is characterized by that.

スイッチ回路11は、A/D変換回路2から出力される3つの受信信号に対応して3つのスイッチを備え、これらのスイッチは、コントローラ5の制御に従って、3つの受信信号をMIMO復調回路3にそれぞれ入力するか、又はアダプティブ復調回路12にそれぞれ入力する。アダプティブ復調回路12に入力された3つの受信信号は、振幅調整器13a,13b,13cによってそれぞれ振幅調整され、振幅調整後に、移相器14a,14b,14cによってそれぞれ位相調整される。ここで、振幅調整器13a,13b,13cによる振幅調整量と移相器14a,14b,14cによる位相調整量とは、3つの受信信号を取得してこれらに基づきウエイト計算(詳細後述)を実行する振幅位相コントローラ17によって制御される。振幅及び位相調整後の各受信信号は合成器15によって合成され、次いで、復調器16が合成後の受信信号に対して復調処理を実行して復調信号を出力する。信号品位として、ビット誤り率(BER)に代えて、パケットエラーレートもしくはスループットを用いてもよい。また、MIMO復調回路3及びアダプティブ復調回路12はそれぞれ、例えば所定のデータ量(ビット数又はパケット数など)を単位として、受信信号のデータの復調処理を実行した回数(復調回数)をコントローラ5に送る。コントローラ5は、BER、信号レベル及び復調回数の情報に基づいて、図13及び図14を参照して後述されるMIMO適応制御処理を実行し、それによって送信側無線局装置及びMIMO復調回路3が使用している通信方式を変更する。   The switch circuit 11 includes three switches corresponding to the three reception signals output from the A / D conversion circuit 2, and these switches send the three reception signals to the MIMO demodulation circuit 3 under the control of the controller 5. Each is input or input to the adaptive demodulation circuit 12. The three received signals input to the adaptive demodulation circuit 12 are adjusted in amplitude by the amplitude adjusters 13a, 13b, and 13c, respectively, and then adjusted in phase by the phase shifters 14a, 14b, and 14c, respectively. Here, the amplitude adjustment amounts by the amplitude adjusters 13a, 13b, and 13c and the phase adjustment amounts by the phase shifters 14a, 14b, and 14c are obtained by obtaining three received signals and performing weight calculation (details will be described later) based on these signals. Controlled by the amplitude phase controller 17. The received signals after the amplitude and phase adjustment are synthesized by the synthesizer 15, and then the demodulator 16 performs a demodulation process on the synthesized received signal and outputs a demodulated signal. As the signal quality, a packet error rate or a throughput may be used instead of the bit error rate (BER). Each of the MIMO demodulator circuit 3 and the adaptive demodulator circuit 12 gives the controller 5 the number of times (demodulation number) of demodulating received signal data, for example, in units of a predetermined amount of data (number of bits or number of packets). send. The controller 5 executes a MIMO adaptive control process to be described later with reference to FIGS. 13 and 14 based on the information on the BER, the signal level, and the number of demodulations, whereby the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 Change the communication method used.

図12は、本実施形態の変形例に係るMIMOアンテナ装置の構成を示すブロック図である。この変形例のMIMOアンテナ装置は、図2に示した第1の実施形態の変形例と同様に、図11の送信アンテナ素子7を、MIMO受信のための受信アンテナ素子1a,1b,1cのうちの1つ(図12の場合は、アンテナ素子1c)に一体化させた構成を有することを特徴とする。以上の構成により、図12の変形例のMIMOアンテナ装置は、装置内のアンテナ素子の個数を削減することができる。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a MIMO antenna apparatus according to a modification of the present embodiment. As in the modification of the first embodiment shown in FIG. 2, the MIMO antenna apparatus of this modification uses the transmission antenna element 7 in FIG. 11 as the reception antenna elements 1a, 1b, 1c for MIMO reception. 1 (in the case of FIG. 12, the antenna element 1 c) is integrated. With the above configuration, the MIMO antenna apparatus according to the modification of FIG. 12 can reduce the number of antenna elements in the apparatus.

MIMO復調では、一般には、既知信号(リファレンス信号)を受信側無線局装置に予め格納し、この既知信号と同じ信号を送信側無線局装置から受信側無線局装置に送信し、受信側無線局装置において、予め格納された既知信号と受信された既知信号との相関を計算することにより、受信信号の振幅と位相を検出する。ここで、相関を計算する方法は、受信側無線局装置で予め格納している既知信号の複素共役と、受信された既知信号とを乗算することにより行う。さらに、既知信号が複数のビットを含む場合は、ビット毎の相関を計算し、その和もしくは平均値を相関値として用いることが可能である。また、異なる信号系列(ストリーム)においては、異なる時間に既知信号と同じ信号を送信側無線局装置より送信し、受信側無線局装置でストリーム毎に伝搬推定を行いMIMO復調を可能にする。しかしながら、干渉波信号が強い場合には、そもそも相関を計算することが不可能になる。これは、受信信号に干渉波信号が加算されることにより、既知信号との相関が下がるためである。   In the MIMO demodulation, generally, a known signal (reference signal) is stored in advance in the reception-side radio station apparatus, and the same signal as this known signal is transmitted from the transmission-side radio station apparatus to the reception-side radio station apparatus. The apparatus detects the amplitude and phase of the received signal by calculating the correlation between the previously stored known signal and the received known signal. Here, the method for calculating the correlation is performed by multiplying the complex conjugate of the known signal stored in advance by the receiving-side radio station apparatus and the received known signal. Further, when the known signal includes a plurality of bits, it is possible to calculate the correlation for each bit and use the sum or average value as the correlation value. Also, in different signal sequences (streams), the same signal as the known signal is transmitted from the transmitting side radio station apparatus at different times, and propagation demodulation is performed for each stream in the receiving side radio station apparatus, thereby enabling MIMO demodulation. However, if the interference wave signal is strong, the correlation cannot be calculated in the first place. This is because the correlation with the known signal is lowered by adding the interference wave signal to the received signal.

このように、干渉波信号を受信した場合には、通常のMIMO復調ができないことが想定される。そこで、受信信号を既知信号に近づけるように制御を行うアダプティブアレーアンテナの干渉抑圧技術が必要になる。アダプティブアレーアンテナは信号品位を改善させる結果として、SINRを最大にするように動作する。特に、干渉波信号が既知信号でない場合には、繰り返し計算によるアダプティブ制御が好ましい。本実施形態のMIMOアンテナ装置では、アダプティブ復調回路12を備えたことにより、以上説明した好適な処理を実行可能である。   As described above, when an interference wave signal is received, it is assumed that normal MIMO demodulation is not possible. Therefore, an adaptive array antenna interference suppression technique for controlling the received signal to approach the known signal is required. Adaptive array antennas operate to maximize SINR as a result of improving signal quality. In particular, when the interference wave signal is not a known signal, adaptive control by repetitive calculation is preferable. The MIMO antenna apparatus according to the present embodiment includes the adaptive demodulation circuit 12 so that the above-described suitable processing can be executed.

図13及び図14は、図11のコントローラ5によって実行されるMIMO適応制御処理を示すフローチャートである。図13のステップS21において、コントローラ5は、スイッチ回路11をMIMO復調回路3に接続するように初期化する。ステップS22において、コントローラ5は、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、MIMO復調回路3に復調処理を実行させるとともに、復調信号の信号品位としてそのBERを判定させ、判定結果の情報をMIMO復調回路3から取得する。次いでステップS23において、コントローラ5は、MIMO復調回路3の復調信号のBERが所定のしきい値T1以上であるか否かを判定し、しきい値T1未満であるときはステップS24に進み、しきい値T1以上であるときはステップS29に進む。ここで、BERのしきい値T1は、図7のステップS2と同様に設定される。次いでステップS24において、コントローラ5は、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、信号レベル検出回路4に各受信信号の信号レベルを検出させ、検出結果の情報を信号レベル検出回路4から取得する。ステップS25において、コントローラ5は、所定のしきい値T2未満の信号レベルを有する受信信号が存在するか否かを判定し、少なくとも1つの受信信号の信号レベルがしきい値T2未満であるときはステップS26に進み、そうでないときは図14のステップS32に進む。ここで、信号レベルのしきい値T2は、図7のステップS4と同様に設定される。ステップS26において、コントローラ5は、図7のステップS6と同様に、送信側無線局装置とMIMO復調回路3の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低速な伝送レートの変復調方法に変更する。ステップS27において、MIMO復調回路3により復調処理を継続し、次いでステップS28において、コントローラ5は、図7のステップS13と同様に、MIMO復調回路3による復調処理の回数が所定の最大復調回数を超えたか否かを判定し、最大復調回数を超えた場合にはステップS22に戻り、そうでない場合には、ステップS27に戻ってMIMO復調回路3に復調処理を継続させる。   FIGS. 13 and 14 are flowcharts showing the MIMO adaptive control process executed by the controller 5 of FIG. In step S <b> 21 of FIG. 13, the controller 5 initializes the switch circuit 11 to be connected to the MIMO demodulation circuit 3. In step S22, the controller 5 causes the MIMO demodulation circuit 3 to perform demodulation processing based on each received signal acquired by the A / D conversion circuit 2, and determines the BER as the signal quality of the demodulated signal. Result information is obtained from the MIMO demodulator circuit 3. Next, in step S23, the controller 5 determines whether or not the BER of the demodulated signal of the MIMO demodulator circuit 3 is equal to or greater than a predetermined threshold value T1, and if it is less than the threshold value T1, the process proceeds to step S24. If it is equal to or greater than the threshold value T1, the process proceeds to step S29. Here, the threshold value T1 of BER is set in the same manner as in step S2 of FIG. Next, in step S24, the controller 5 causes the signal level detection circuit 4 to detect the signal level of each reception signal based on each reception signal acquired by the A / D conversion circuit 2, and detects the detection result information as a signal level detection. Obtained from circuit 4. In step S25, the controller 5 determines whether or not there is a reception signal having a signal level less than a predetermined threshold T2, and when the signal level of at least one reception signal is less than the threshold T2. The process proceeds to step S26, and if not, the process proceeds to step S32 in FIG. Here, the threshold T2 of the signal level is set in the same manner as in step S4 in FIG. In step S26, as in step S6 of FIG. 7, the controller 5 changes the modulation / demodulation method of the transmission-side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 to a modulation / demodulation method with a transmission rate lower than the current transmission rate. In step S27, the demodulation process is continued by the MIMO demodulation circuit 3, and then in step S28, the controller 5 causes the number of demodulation processes by the MIMO demodulation circuit 3 to exceed a predetermined maximum number of demodulations, as in step S13 of FIG. If the maximum number of demodulations has been exceeded, the process returns to step S22. If not, the process returns to step S27 to allow the MIMO demodulation circuit 3 to continue the demodulation process.

ステップS23において復調信号のBERがしきい値T1以上であったときは、前述のようにステップS29に進む。ステップS29乃至S31は、図7のステップS7乃至S9と同様であり、ステップS29では、コントローラ5は、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいて、信号レベル検出回路4に各受信信号の信号レベルを検出させ、検出結果の情報を信号レベル検出回路4から取得する。ステップS30において、コントローラ5は、ステップS25の場合と同じしきい値T2未満の信号レベルを有する受信信号が存在するか否かを判定し、すべての受信信号の信号レベルがしきい値T2以上であるときはステップS31に進み、そうでないときはステップS27に進む。ステップS31において、コントローラ5は、図7のステップS9と同様に、送信側無線局装置とMIMO復調回路3の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高速な伝送レートの変復調方法に変更する。変復調方法の変更後、コントローラ5はステップS27に進む。   When the BER of the demodulated signal is not less than the threshold value T1 in step S23, the process proceeds to step S29 as described above. Steps S29 to S31 are the same as steps S7 to S9 in FIG. 7, and in step S29, the controller 5 applies each signal level detection circuit 4 to each signal level detection circuit 4 based on each reception signal acquired by the A / D conversion circuit 2. The signal level of the received signal is detected, and information on the detection result is acquired from the signal level detection circuit 4. In step S30, the controller 5 determines whether or not there is a received signal having a signal level lower than the threshold value T2 as in step S25, and the signal levels of all the received signals are equal to or higher than the threshold value T2. If there is, the process proceeds to step S31. If not, the process proceeds to step S27. In step S31, the controller 5 changes the modulation / demodulation method of the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 to a modulation / demodulation method with a transmission rate faster than the current transmission rate, as in step S9 of FIG. After changing the modulation / demodulation method, the controller 5 proceeds to step S27.

ステップS25においてすべての受信信号の信号レベルがしきい値T2以上である場合には、前述のように図14のステップS32に進む。ステップS32において、コントローラ5は、送信側無線局装置とMIMO復調回路3のMIMO通信のデータストリーム数を1つに削減して、SISO通信を実行するように通信方式を変更する。コントローラ5は、ステップS33において、スイッチ11をアダプティブ復調回路12に接続し、ステップS34において、A/D変換回路2により取得された各受信信号に基づいてアダプティブ復調回路12に復調処理を実行させる。アダプティブ復調回路12は、MIMOアンテナ装置の主ビームを所望波信号の方向に向けるように、あるいは、主ビームを所望波信号の方向に向けかつ干渉波信号の方向にヌルを向けるように、各受信信号に重み付けして復調する。アダプティブ復調回路12による重み付け(すなわちウエイトの計算)については、詳細後述する。次いで、ステップS35において、コントローラ5は、アダプティブ復調回路12による復調処理が所定の最大復調回数(例えば、ステップS28の最大復調回数と同じ回数)を超えたか否かを判定し、最大復調回数を超えた場合には、MIMO通信を用いる場合の所望波信号及び干渉波信号の状況を再び調べるためにステップS36に進み、そうでない場合には、ステップS34に戻ってアダプティブ復調回路12に復調処理を継続させる。ステップS36において、コントローラ5は、送信側無線局装置で用いる通信方式をMIMOに変更し、図13のステップS21に戻る。ここで、ステップS36における通信方式の変更は、送信側無線局装置で用いる通信方式のデータストリーム数を好ましくは最大値(すなわち3個)になるように増大させること等を含む。   If the signal levels of all received signals are greater than or equal to the threshold value T2 in step S25, the process proceeds to step S32 in FIG. 14 as described above. In step S32, the controller 5 reduces the number of MIMO communication data streams between the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulation circuit 3 to one, and changes the communication method so that SISO communication is executed. The controller 5 connects the switch 11 to the adaptive demodulation circuit 12 in step S33, and causes the adaptive demodulation circuit 12 to perform demodulation processing based on each received signal acquired by the A / D conversion circuit 2 in step S34. The adaptive demodulator circuit 12 receives each reception signal so that the main beam of the MIMO antenna apparatus is directed in the direction of the desired wave signal, or the null is directed in the direction of the desired wave signal and in the direction of the interference wave signal. The signal is weighted and demodulated. The weighting (that is, the weight calculation) by the adaptive demodulation circuit 12 will be described later in detail. Next, in step S35, the controller 5 determines whether the demodulation processing by the adaptive demodulation circuit 12 exceeds a predetermined maximum number of demodulations (for example, the same number as the maximum number of demodulations in step S28), and exceeds the maximum number of demodulations. If so, the process proceeds to step S36 in order to examine again the status of the desired wave signal and the interference wave signal when using MIMO communication, and if not, the process returns to step S34 to continue the demodulation process to the adaptive demodulation circuit 12. Let In step S36, the controller 5 changes the communication method used in the transmission side radio station apparatus to MIMO, and returns to step S21 in FIG. Here, the change of the communication method in step S36 includes increasing the number of data streams of the communication method used in the transmitting-side radio station apparatus so as to be preferably the maximum value (that is, three).

以上説明したように、本実施形態のMIMOアンテナ装置によれば、所望波信号及び干渉波信号の状況に応じて、アダプティブ復調を用いることも含めた干渉波抑圧のための処理を実行可能なMIMOアンテナ装置を実現することができる。特に、所望波信号が強い場合(すなわち、ステップS23がYESである場合)には、ステップS29で信号レベル検出回路4により受信信号の信号レベルを検出し、復調方法をアダプティブ復調に切り換えるしきい値(すなわち、ステップS25のしきい値T2)よりも受信信号レベルが大きい場合(すなわち、ステップS30がYESである場合)には、ステップS31において、送信される無線信号の変復調方法を伝送レートの速い変復調方法に変更する(例えば、変復調方法の多値化を増やす等)ように送信側無線局装置に通知する。これにより、高速でかつ高品位な通信を実現することができる。また、ステップS28及びS35の最大復調回数を設定することにより、電波状況を再モニタリングする周期を決めることができ、所望波信号及び干渉波信号の伝搬環境の変化にも最適に対応できるMIMOアンテナ装置を実現できる。   As described above, according to the MIMO antenna apparatus of the present embodiment, MIMO that can perform processing for interference wave suppression including using adaptive demodulation according to the status of the desired wave signal and the interference wave signal. An antenna device can be realized. In particular, when the desired wave signal is strong (that is, when step S23 is YES), the signal level detection circuit 4 detects the signal level of the received signal in step S29, and the threshold value for switching the demodulation method to adaptive demodulation. If the received signal level is higher than (that is, the threshold value T2 of step S25) (that is, if step S30 is YES), in step S31, the modulation / demodulation method of the radio signal to be transmitted is fast. The transmission side radio station apparatus is notified to change to the modulation / demodulation method (for example, increase the number of modulation / demodulation methods). As a result, high-speed and high-quality communication can be realized. In addition, by setting the maximum number of times of demodulation in steps S28 and S35, it is possible to determine a period for re-monitoring the radio wave condition, and it is possible to optimally cope with changes in the propagation environment of the desired wave signal and the interference wave signal. Can be realized.

以下に、ステップS34におけるアダプティブ復調回路12による復調処理について説明する。本実施形態では、振幅位相コントローラ17は、3つの受信アンテナ素子1a,1b,1cの受信信号のみを使用した繰り返し計算によってアダプティブ復調処理を実行するが、この処理は受信アンテナ素子の素子数に応じて変更可能であることは明らかであろう。   Hereinafter, the demodulation processing by the adaptive demodulation circuit 12 in step S34 will be described. In this embodiment, the amplitude / phase controller 17 performs adaptive demodulation processing by iterative calculation using only the reception signals of the three reception antenna elements 1a, 1b, and 1c. This processing depends on the number of reception antenna elements. Obviously, it can be changed.

受信アンテナ素子1a,1b,1cで受信された信号は、A/D変換回路2においてディジタル信号に変換され、スイッチ回路11を介して振幅位相コントローラ17へ入力される。ディジタル信号は、本実施形態では3つの要素を持つベクトルとみなすこともできる。振幅位相コントローラ17は、振幅及び位相制御された後の各受信信号を合成器15により合成した合成出力信号を復調器16で復調した結果の信号品位(例えばBER)が最良になるように、振幅調整器13a,13b,13cによる振幅調整量と移相器14a,14b,14cによる位相調整量とを決定する。以下に、振幅調整器13a,13b,13cによる振幅調整量と移相器14a,14b,14cによる位相調整量(以下、ウエイトと呼ぶ。)の算出方法を示す。   Signals received by the receiving antenna elements 1 a, 1 b, and 1 c are converted into digital signals by the A / D conversion circuit 2 and input to the amplitude / phase controller 17 via the switch circuit 11. The digital signal can be regarded as a vector having three elements in this embodiment. The amplitude / phase controller 17 adjusts the amplitude so that the signal quality (for example, BER) obtained as a result of demodulating the synthesized output signal obtained by synthesizing each received signal after amplitude and phase control by the synthesizer 15 with the demodulator 16 is the best. Amplitude adjustment amounts by the adjusters 13a, 13b, and 13c and phase adjustment amounts by the phase shifters 14a, 14b, and 14c are determined. A method for calculating the amplitude adjustment amounts by the amplitude adjusters 13a, 13b, and 13c and the phase adjustment amounts (hereinafter referred to as weights) by the phase shifters 14a, 14b, and 14c will be described below.

各受信アンテナ素子1a,1b,1cのそれぞれに係るウエイトWiは、次式により定義される。   The weight Wi for each of the receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c is defined by the following equation.

[数8]
Wi=Ai・exp(j・φi) (21)
[Equation 8]
Wi = Ai · exp (j · φi) (21)

式(21)において、jは虚数単位である。また、パラメータiは1,2,3の値をとり、それぞれ、各受信アンテナ素子1a,1b,1cで受信された信号に対応する。また、Aiは振幅調整量を表し、φiは位相調整量を表す。以下の説明では、簡単化のために、受信アンテナ素子1a,1b,1cのうちのいずれか1つで受信された1つの受信信号s(t)に対するウエイトw(t)を計算する方法について説明する。   In formula (21), j is an imaginary unit. The parameter i takes values 1, 2, and 3, and corresponds to signals received by the receiving antenna elements 1a, 1b, and 1c, respectively. Ai represents the amplitude adjustment amount, and φi represents the phase adjustment amount. In the following description, for simplification, a method for calculating the weight w (t) for one received signal s (t) received by any one of the receiving antenna elements 1a, 1b, 1c will be described. To do.

ウエイトを求める方法にはいくつか方法があるが、ここでは最急降下法(LMS:Least Means Squares)を用いた例を示す。この方法では、アダプティブ復調処理を実行する受信側無線局装置は予め既知の信号系列(又は参照信号)r(t)を保有し、所望波信号はこの既知の参照信号r(t)を含んで送信され、受信側無線局装置は、受信された所望波信号が保有していた参照信号に近くなるように、受信された所望波信号の振幅調整量及び位相調整量を制御する。本実施形態では、一例として振幅位相コントローラ17に参照信号が保持されていると仮定する。具体的には、振幅位相コントローラ17は、受信されてアダプティブ復調回路12に入力されたディジタル信号s(t)に、振幅と位相の成分を持ったウエイトw(t)を乗算するように、振幅調整器13a,13b,13c及び移相器14a,14b,14cを制御する。このウエイトw(t)をディジタル信号s(t)に乗算した信号と、参照信号r(t)との残差e(t)を求める。このとき残差e(t)は次式により得られる。   There are several methods for obtaining the weight. Here, an example using the Least Means Descent (LMS) method is shown. In this method, the receiving-side radio station apparatus that performs adaptive demodulation processing holds a known signal sequence (or reference signal) r (t) in advance, and the desired wave signal includes this known reference signal r (t). The transmitted radio station apparatus transmits and controls the amplitude adjustment amount and the phase adjustment amount of the received desired wave signal so as to be close to the reference signal held by the received desired wave signal. In the present embodiment, it is assumed that the reference signal is held in the amplitude phase controller 17 as an example. Specifically, the amplitude phase controller 17 multiplies the digital signal s (t) received and input to the adaptive demodulation circuit 12 by a weight w (t) having amplitude and phase components. The regulators 13a, 13b, and 13c and the phase shifters 14a, 14b, and 14c are controlled. A residual e (t) between the signal obtained by multiplying the weight w (t) by the digital signal s (t) and the reference signal r (t) is obtained. At this time, the residual e (t) is obtained by the following equation.

[数9]
e(t)=r(t)−w(t)×s(t) (22)
[Equation 9]
e (t) = r (t) −w (t) × s (t) (22)

ここで、残差e(t)は正あるいは負の値をとる。従って、式(22)により求めた残差e(t)の2乗した値の最小値を漸化的に求める(すなわち、繰り返し計算を実行する)。従って、(m+1)回目の繰り返し計算により得られるウエイトw(t,m+1)は、m回目のウエイトw(t,m)を用いて次式により得られる。   Here, the residual e (t) takes a positive or negative value. Therefore, the minimum value of the squared value of the residual e (t) obtained by the equation (22) is obtained incrementally (that is, repeated calculation is executed). Accordingly, the weight w (t, m + 1) obtained by the (m + 1) th iteration calculation is obtained by the following equation using the mth weight w (t, m).

[数10]
w(t,m+1)=w(t,m)+u×s(t)×e(t,m) (23)
[Equation 10]
w (t, m + 1) = w (t, m) + u × s (t) × e (t, m) (23)

ここで、uはステップサイズと呼ばれ、ステップサイズuが大きいとウエイトが最小値に収束する繰り返し計算回数が少なくなるという利点があるが、ステップサイズuが大き過ぎると最小値付近で振動してしまうという欠点がある。従って、ステップサイズuの選定には、システムに応じて十分注意する必要がある。逆に、ステップサイズuを小さくすることによりウエイトは安定して最小値に収束するが、繰り返し計算回数は増加する。繰り返し計算数が増加するとウエイトを求めるのに時間がかかる。仮にウエイト算出時間が周囲環境の変化時間(例えば数ミリ秒)よりも遅い場合には、このウエイトを用いた信号品位の改善は不可能となる。そこで、ステップサイズuを決定する場合にはできるだけ高速且つ安定な収束の条件を選ぶ必要がある。また、式(23)の残差e(t,m)は、次式により定義される。   Here, u is called a step size. If the step size u is large, there is an advantage that the number of iterations for the weight to converge to the minimum value is reduced. However, if the step size u is too large, it vibrates near the minimum value. There is a disadvantage that it ends up. Therefore, it is necessary to be careful in selecting the step size u depending on the system. On the contrary, by decreasing the step size u, the weight stably converges to the minimum value, but the number of repeated calculations increases. As the number of repeated calculations increases, it takes time to obtain the weight. If the weight calculation time is slower than the change time of the surrounding environment (for example, several milliseconds), the signal quality using this weight cannot be improved. Therefore, when determining the step size u, it is necessary to select a fast and stable convergence condition as much as possible. Further, the residual e (t, m) in the equation (23) is defined by the following equation.

[数11]
e(t,m)=r(t)−w(t,m)×s(t) (24)
[Equation 11]
e (t, m) = r (t) −w (t, m) × s (t) (24)

この式(24)の値を用いて式(23)を漸化的に更新する。なお、ウエイトを求めるための最大繰り返し計算回数は、ウエイト算出時間が無線システムの切り換え時間よりも遅くならないように設定する。   Equation (23) is updated incrementally using the value of Equation (24). Note that the maximum number of iterations for obtaining the weight is set so that the weight calculation time does not become slower than the switching time of the wireless system.

ここでは、一例として最急降下法に基づくウエイトの計算方法を説明したが、これに限られるものではない。例えば、より早く判定が可能なRLS(Recursive Least−Squares)の方法、SMI(Sample Matrix inversion)の方法を用いることも可能である。この方法により計算時間は短くなるが、振幅位相コントローラ17における計算が複雑になる。   Here, the weight calculation method based on the steepest descent method has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it is also possible to use an RLS (Recursive Least-Squares) method or an SMI (Sample Matrix Inversion) method that can make a determination earlier. Although the calculation time is shortened by this method, the calculation in the amplitude phase controller 17 becomes complicated.

また、信号系列の変調方式がディジタル位相変調のような一定の包絡線を持つような定包絡線変調である場合には、CMA(Constant Modulus Algorithm)を使用することも可能である。   Further, when the signal system modulation method is constant envelope modulation having a constant envelope such as digital phase modulation, CMA (Constant Modulus Algorithm) can also be used.

以上に示したように、本発明の実施形態によれば、アダプティブ復調処理を実行可能なMIMOアンテナ装置において、復調信号の信号品位がしきい値T1以下になったときに、MIMOアンテナ装置を構成する各アンテナ素子における受信信号レベルを取得し、この取得された受信信号レベルに基づいて、所望波信号及び干渉波信号が存在する無線環境に応じて最適なMIMO通信を可能にするMIMOアンテナ装置を実現することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, in the MIMO antenna apparatus capable of performing adaptive demodulation processing, the MIMO antenna apparatus is configured when the signal quality of the demodulated signal is equal to or lower than the threshold value T1. A MIMO antenna apparatus that obtains a reception signal level in each antenna element and enables optimal MIMO communication according to a wireless environment in which a desired wave signal and an interference wave signal exist based on the obtained reception signal level. Can be realized.

本発明によれば、復調信号の信号品位及び受信信号の信号レベルに基づいて、MIMO通信方式のデータストリーム数の削減を実行すること、及び/又はMIMO通信方式の変復調方法の変更を実行することにより、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合に干渉波抑圧とMIMO復調処理とを両立することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置、及びそれを備えた移動体用の無線通信装置を提供することができる。   According to the present invention, based on the signal quality of the demodulated signal and the signal level of the received signal, the number of data streams in the MIMO communication scheme is reduced and / or the modulation / demodulation method in the MIMO communication scheme is changed. Therefore, even a small-sized MIMO antenna apparatus can perform high-quality and high-speed communication by combining interference wave suppression and MIMO demodulation processing when desired reception quality cannot be obtained. An antenna device and a wireless communication device for a mobile body including the antenna device can be provided.

第2の実施形態に係るさらなる変形例として、3つのデータストリームを用いたMIMO通信を実行しているときに1つの干渉波信号が存在する場合、2つのデータストリームを用いたMIMO通信により無線通信を実行するMIMOアンテナ装置を構成することもでき、データストリーム毎にアダプティブ制御を繰り返し行うことでMIMO復調を可能にする。   As a further modification according to the second embodiment, when one interference wave signal exists when performing MIMO communication using three data streams, wireless communication is performed using MIMO communication using two data streams. Can be configured, and MIMO demodulation can be performed by repeatedly performing adaptive control for each data stream.

以上に示したように、本実施形態の構成によれば、小型形状のMIMOアンテナ装置であっても、所望の受信品位が得られない場合にMIMO通信方式のデータストリーム数と変復調方法とを適応的に制御し、さらには干渉波抑圧とMIMO復調処理とを両立することにより高品位でかつ高速な通信を行うことが可能なMIMOアンテナ装置、及びそれを備えた移動体用の無線通信装置を提供することができる。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, even if the MIMO antenna apparatus has a small shape, the number of MIMO communication system data streams and the modulation / demodulation method are applied when a desired reception quality cannot be obtained. A MIMO antenna apparatus capable of performing high-speed and high-speed communication by controlling both the interference control and the interference wave suppression and the MIMO demodulation processing, and a mobile communication apparatus having the MIMO antenna apparatus Can be provided.

本発明の第1の実施形態に係るMIMOアンテナ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 MIMO antenna apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例に係るMIMOアンテナ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 MIMO antenna device which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第1の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。It is a perspective view which shows the structure of the portable radio | wireless communication apparatus provided with the MIMO antenna apparatus based on the 1st implementation example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第2の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。It is a perspective view which shows the structure of the portable radio | wireless communication apparatus provided with the MIMO antenna apparatus based on the 2nd implementation example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第3の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。It is a perspective view which shows the structure of the portable radio | wireless communication apparatus provided with the MIMO antenna apparatus based on the 3rd implementation example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第4の実装例に係る、MIMOアンテナ装置を備えた携帯無線通信装置の構成を示す透視図である。It is a perspective view which shows the structure of the portable radio | wireless communication apparatus provided with the MIMO antenna apparatus based on the 4th implementation example of the 1st Embodiment of this invention. 図1のコントローラ5によって実行されるMIMO適応制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the MIMO adaptive control process performed by the controller 5 of FIG. 図7のSISO通信処理のステップS11を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows step S11 of the SISO communication process of FIG. 図7のMIMO適応制御処理におけるしきい値の判定を説明するための、瞬時のCNR及びBERを示すグラフである。It is a graph which shows instantaneous CNR and BER for demonstrating determination of the threshold value in the MIMO adaptive control process of FIG. 図7のMIMO適応制御処理におけるしきい値の判定を説明するための、時間平均されたCNR及びBERを示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing time-averaged CNR and BER for explaining threshold determination in the MIMO adaptive control process of FIG. 7. FIG. 本発明の第2の実施形態に係るMIMOアンテナ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 MIMO antenna device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例に係るMIMOアンテナ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 MIMO antenna device which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 図11のコントローラ5によって実行されるMIMO適応制御処理の第1の部分を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st part of the MIMO adaptive control process performed by the controller 5 of FIG. 図11のコントローラ5によって実行されるMIMO適応制御処理の第2の部分を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd part of the MIMO adaptive control process performed by the controller 5 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1a,1b,1c…受信アンテナ素子、
1aa,1ba…ストリップ導体、
1ab,1bb…ヒンジ部導体、
2…A/D変換回路、
3…MIMO復調回路、
4…信号レベル検出回路、
5…コントローラ、
6…無線送信回路、
7…送信アンテナ素子、
11…スイッチ回路、
12…アダプティブ復調回路、
13a,13b,13c…振幅調整器、
14a,14b,14c…移相器、
15…合成器、
16…復調器、
17…振幅位相コントローラ、
21…アンテナ共用器、
31…上部筐体、
32…下部筐体、
33…ヒンジ部、
34…ブーム部、
35…スピーカ、
36…ディスプレイ、
37…キーボード、
38…マイクロホン、
39…無線通信回路。
1a, 1b, 1c ... receiving antenna element,
1aa, 1ba ... strip conductors,
1ab, 1bb ... hinge part conductor,
2 ... A / D conversion circuit,
3 ... MIMO demodulation circuit,
4 ... signal level detection circuit,
5 ... Controller,
6 ... wireless transmission circuit,
7: Transmitting antenna element,
11 ... Switch circuit,
12 ... Adaptive demodulation circuit,
13a, 13b, 13c ... amplitude adjusters,
14a, 14b, 14c ... phase shifter,
15 ... Synthesizer,
16 ... demodulator,
17 ... Amplitude phase controller,
21 ... Antenna duplexer,
31 ... upper housing,
32 ... lower housing,
33 ... Hinge part,
34 ... Boom part,
35 ... Speaker,
36 ... display,
37 ... Keyboard,
38 ... Microphone,
39: Wireless communication circuit.

Claims (9)

送信側無線局装置により所定のデータストリーム数及び変復調方法を有するMIMO(Multi−Input Multi−Output)通信方式で変調された後送信された複数の無線信号を受信するMIMOアンテナ装置において、
上記複数の無線信号をそれぞれ受信する複数のアンテナ素子と、
上記複数の無線信号の受信信号レベルをそれぞれ検出する検出手段と、
上記複数の無線信号をMIMO復調して第1の復調信号を生成するとともに、上記第1の復調信号の信号品位を判定するMIMO復調手段と、
上記送信側無線局装置によって使用されるMIMO通信方式を制御する制御信号を上記送信側無線局装置に無線送信する無線送信手段と、
上記受信信号レベル及び上記信号品位に基づいて、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数及び変復調方法の少なくとも一方を変更するように、上記無線送信手段に上記制御信号を送信させることにより上記送信側無線局装置を制御するとともに、上記MIMO復調手段を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第1の復調信号の信号品位が所定の第1のしきい値未満である場合において、
(1)上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが所定の第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を削減し、
(2)上記複数の無線信号の少なくとも1つに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値未満であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とするMIMOアンテナ装置。
In a MIMO antenna apparatus for receiving a plurality of radio signals transmitted after being modulated by a MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication system having a predetermined number of data streams and a modulation / demodulation method by a transmitting-side radio station apparatus,
A plurality of antenna elements respectively receiving the plurality of radio signals;
Detecting means for detecting the received signal level of each of the plurality of radio signals;
MIMO demodulating means for demodulating the plurality of radio signals to generate a first demodulated signal and determining signal quality of the first demodulated signal;
A wireless transmission means for wirelessly transmitting a control signal for controlling a MIMO communication scheme used by the transmission-side radio station apparatus to the transmission-side radio station apparatus;
The radio transmission means so as to change at least one of the number of data streams and the modulation / demodulation method of the MIMO communication system used by the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation means based on the received signal level and the signal quality And control means for controlling the transmission side radio station apparatus by transmitting the control signal to the MIMO demodulation means,
In the case where the signal quality of the first demodulated signal is less than a predetermined first threshold,
(1) A data stream of a MIMO communication scheme used by the transmitting radio station apparatus and the MIMO demodulating means when the received signal level relating to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than a predetermined second threshold value. Reduce the number,
(2) Modulation / demodulation of a MIMO communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when a received signal level related to at least one of the plurality of radio signals is less than the second threshold value. A MIMO antenna apparatus, wherein the method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate lower than a current transmission rate.
上記制御手段は、上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値以上である場合において、上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。   When the signal quality of the first demodulated signal is equal to or higher than the first threshold value, the control means has a received signal level related to all of the plurality of radio signals equal to or higher than the second threshold value. 2. The modulation / demodulation method of the MIMO communication system used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulation means is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate higher than the current transmission rate. The MIMO antenna apparatus described. 上記制御手段は、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を所定数に削減した場合において、上記MIMO復調手段による復調回数が所定の最大復調回数を超えたとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を増大させることを特徴とする請求項1又は2記載のMIMOアンテナ装置。   In the case where the number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmission side radio station apparatus and the MIMO demodulation unit is reduced to a predetermined number, the control unit sets the predetermined number of demodulations by the number of demodulations by the MIMO demodulation unit. 3. The MIMO antenna apparatus according to claim 1, wherein when the number exceeds, the number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means is increased. 上記MIMOアンテナ装置は、
上記データストリーム数が1つであるとき、主ビームを所望波信号の方向に向けるように上記複数の無線信号に重み付けして復調することにより第2の復調信号を生成するアダプティブ復調手段と、
上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段又は上記アダプティブ復調手段に入力するように切り換えるスイッチ手段とをさらに備え、
上記制御手段はさらに、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御しかつ上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値未満である場合において、
(1)上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を1つに削減し、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記アダプティブ復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御し、
(2)上記複数の無線信号の少なくとも1つに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値未満であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも低い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする請求項1記載のMIMOアンテナ装置。
The MIMO antenna device is
When the number of data streams is one, adaptive demodulation means for generating a second demodulated signal by weighting and demodulating the plurality of radio signals so that the main beam is directed in the direction of the desired wave signal;
Switch means for switching to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulation means or the adaptive demodulation means,
The control means further controls the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulating means, and the signal quality of the first demodulated signal is the first threshold value. If it is less than the value,
(1) The number of data streams of the MIMO communication scheme used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when the received signal level related to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than the second threshold value. Control the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the adaptive demodulation means,
(2) Modulation / demodulation of a MIMO communication method used by the transmitting-side radio station apparatus and the MIMO demodulating means when a received signal level related to at least one of the plurality of radio signals is less than the second threshold value. The MIMO antenna apparatus according to claim 1, wherein the method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate lower than a current transmission rate.
上記アダプティブ復調手段は、漸化的な繰り返し処理を実行することにより主ビームを所望波信号の方向に向けるように上記複数の無線信号に重み付けすることを特徴とする請求項4記載のMIMOアンテナ装置。   5. The MIMO antenna apparatus according to claim 4, wherein the adaptive demodulation means weights the plurality of radio signals so as to direct a main beam in a direction of a desired wave signal by executing a repetitive iterative process. . 上記制御手段は、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御しかつ上記第1の復調信号の信号品位が上記第1のしきい値以上である場合において、上記複数の無線信号のすべてに係る受信信号レベルが上記第2のしきい値以上であるとき、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式の変復調方法を、現在の伝送レートよりも高い伝送レートを有する変復調方法に変更することを特徴とする請求項4又は5記載のMIMOアンテナ装置。   The control means controls the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulating means, and the signal quality of the first demodulated signal is the first threshold value. In the above case, when the received signal level related to all of the plurality of radio signals is equal to or higher than the second threshold value, the MIMO communication scheme used by the transmitting radio station apparatus and the MIMO demodulating means 6. The MIMO antenna apparatus according to claim 4, wherein the modulation / demodulation method is changed to a modulation / demodulation method having a transmission rate higher than a current transmission rate. 上記制御手段は、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記アダプティブ復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御した場合において、上記アダプティブ復調手段による復調回数が所定の最大復調回数を超えたとき、上記スイッチ手段を切り換えて上記複数の無線信号を上記MIMO復調手段に入力するように上記スイッチ手段を制御し、上記送信側無線局装置及び上記MIMO復調手段によって使用されるMIMO通信方式のデータストリーム数を増大させることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置。   When the control means controls the switch means to switch the switch means to input the plurality of radio signals to the adaptive demodulation means, the number of times of demodulation by the adaptive demodulation means exceeds a predetermined maximum number of demodulations. And switching the switch means to control the switch means so as to input the plurality of radio signals to the MIMO demodulator means, and the MIMO communication system used by the transmitting radio station apparatus and the MIMO demodulator means. The MIMO antenna apparatus according to any one of claims 4 to 6, wherein the number of data streams is increased. 上記無線送信手段は、上記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つを用いて上記制御信号を上記送信側無線局装置に送信することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置。   The radio transmission means transmits the control signal to the transmission-side radio station apparatus using at least one of the plurality of antenna elements. MIMO antenna device. 請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載のMIMOアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。   A wireless communication apparatus comprising the MIMO antenna apparatus according to any one of claims 1 to 8.
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