JP2009071493A - Wireless communication system, wireless communication device, and wireless communication method - Google Patents

Wireless communication system, wireless communication device, and wireless communication method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately perform space multiple transmission by singular value decomposition by excluding the influence of the temporal change of a channel matrix, and a carrier frequency error and a sampling frequency error between transmission and reception. <P>SOLUTION: A transmitter estimates the channel matrix through the use of a training sequence included in the header of a CTS packet which is received from a receiver, continues to update the channel matrix by channel tracking in a subsequent payload part, calculates a transmission weight matrix, based on the latest channel matrix estimation value, and performs the space multiple transmission of the data packet. The deterioration of a communication characteristic on a receiver side is prevented, which is caused by the carrier frequency error and the sampling frequency error on a transmission side. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、それぞれ複数のアンテナを備えた無線通信装置間で送受信アンテナの組み合わせ毎のチャネル伝達関数を要素としたチャネル行列を基に空間多重を利用した無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、無線通信装置間でチャネル情報を共有してクローズドループ型の空間多重伝送を行なう無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に関する。   The present invention relates to a radio communication system using spatial multiplexing based on a channel matrix having a channel transfer function as an element for each combination of transmission and reception antennas between radio communication apparatuses each having a plurality of antennas, as well as a radio communication apparatus and radio communication More particularly, the present invention relates to a wireless communication system that performs closed-loop spatial multiplexing transmission by sharing channel information between wireless communication apparatuses, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method.

さらに詳しくは、本発明は、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重(ビーム・フォーミング)を行なう無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を行なう無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に関する。   More specifically, the present invention relates to a radio communication system, a radio communication apparatus, and a radio communication method for performing spatial multiplexing (beam forming) of a plurality of transmission streams using a transmission weight matrix obtained by singular value decomposition of a channel matrix. In particular, the present invention relates to a radio communication system, a radio communication apparatus, and a radio communication method for performing spatial multiplexing transmission by singular value decomposition while eliminating the influence of time variation of a channel matrix and carrier frequency error between transmission and reception and sampling frequency error. .

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11やIEEE802.15を挙げることができる。   A wireless network is attracting attention as a system free from wiring in the conventional wired communication system. As a standard regarding a wireless network, there can be mentioned IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 and IEEE 802.15.

例えばIEEE802.11a/gでは、無線LANの標準規格として、マルチキャリア方式の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式が採用されている。OFDM変調方式では、送信データを相互に直交する周波数が設定された複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。   For example, in IEEE802.11a / g, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation scheme, which is one of multicarrier schemes, is adopted as a standard for wireless LANs. In the OFDM modulation method, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of carriers having mutually orthogonal frequencies, so that the bandwidth of each carrier is narrow, the frequency utilization efficiency is very high, and frequency selective fading interference Strong.

また、IEEE802.11a/gの規格では最大で54Mbpsの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる次世代の無線LAN規格が求められている。   Further, the IEEE 802.11a / g standard supports a modulation scheme that achieves a communication speed of 54 Mbps at the maximum, but a next-generation wireless LAN standard capable of realizing a higher bit rate is required.

無線通信の高速化を実現する技術の1つとして、MIMO(Multi−Input Multi−Output)通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である。送信側では、複数の送信データに空間/時間符号を施して多重化し、複数本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由で複数本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間/時間復号して、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。   MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication has attracted attention as one of the technologies for realizing high-speed wireless communication. This is a communication system that includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and realizes a spatially multiplexed stream. On the transmission side, a plurality of transmission data are multiplexed by applying space / time codes, distributed to a plurality of transmission antennas, and transmitted to a channel. On the other hand, on the receiving side, received data received by a plurality of receiving antennas via a channel can be spatially / temporally decoded to obtain received data without crosstalk between streams.

MIMO通信システムは、基本的に、それぞれ複数のアンテナを備えた無線通信装置同士で構成される。パケット伝送という観点からは、パケットの送信元はinitiatorでその受信先はreceiverに位置付けられるが、ビーム・フォーミングという観点からは、複数のストリームを空間多重させてパケットを送信する側はBeamformerに位置付けられ、空間多重されたパケットを受信しこれを空間分離する側はBeamformeeに位置付けられる。以下では、BeamformerからBeamformeeへの通信を「順方向」若しくは「下り」のリンクとし、BeamformeeからBeamformerへの通信を「逆方向」若しくは「上り」のリンクとして位置付ける。   A MIMO communication system is basically composed of wireless communication devices each having a plurality of antennas. From the viewpoint of packet transmission, the source of the packet is an initiator and the reception destination is positioned as a receiver, but from the viewpoint of beam forming, the side that transmits a packet by spatially multiplexing a plurality of streams is positioned as a beamformer. The side that receives the spatially multiplexed packet and separates the packet is positioned in Beamformee. In the following, communication from Beamformer to Beamforme is positioned as a “forward” or “downlink” link, and communication from Beamformee to Beamformer is positioned as a “reverse” or “uplink” link.

MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。MIMOはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。   According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. Also, since spatial multiplexing is used, the frequency utilization efficiency is good. MIMO is a communication method using channel characteristics and is different from a simple transmission / reception adaptive array.

MIMO通信では、空間多重された受信信号から元の各ストリーム信号を空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Hを取得するとともに、さらに所定のアルゴリズムによってチャネル行列Hから複数のストリームの空間多重・空間分離処理を行なう必要がある。   In MIMO communication, in order to spatially separate original stream signals from spatially multiplexed received signals, a channel matrix H is obtained by some method, and a plurality of streams are spatially multiplexed from the channel matrix H by a predetermined algorithm.・ It is necessary to perform spatial separation processing.

まず、チャネル行列Hの取得方法について説明する。チャネル行列Hは、一般的には、通信相手となる無線通信装置同士で既知のトレーニング系列を送受信することで、実際に受信された信号と既知系列との差分によってチャネル伝達関数の推定を行ない、送受アンテナ組み合わせ分の経路毎のチャネル伝達関数を行列形式に並べたものである。N本の送信アンテナを備えた一方の無線通信装置からN個のトレーニング系列を送信し、M本の受信アンテナを備えた他方の無線通信装置では、受信アンテナ毎に受信したそれぞれN個のトレーニング系列を用いて、M×N(行×列)のチャネル行列Hを取得することができる。   First, a method for obtaining the channel matrix H will be described. The channel matrix H is generally used to estimate the channel transfer function based on the difference between the actually received signal and the known sequence by transmitting and receiving a known training sequence between wireless communication devices that are communication partners, The channel transfer functions for each path for the combination of transmitting and receiving antennas are arranged in a matrix format. N training sequences are transmitted from one wireless communication device having N transmission antennas, and the N training sequences received for each reception antenna are transmitted from the other wireless communication device having M reception antennas. Can be used to obtain an M × N (row × column) channel matrix H.

図6には、OFDM_MIMO通信方式を採用するIEEE802.11nで規定するパケット・フォーマットの一例(Mixed format)を示している。図示のように、PHY層ヘッダ内には、当該パケットの受信側で空間変調(マッピング)された入力信号毎にチャネル推定を行なう際に使用する既知トレーニング系列からなるHT−LTF(High Throughput−Long Training Field)が含まれる。当該パケットの送信側では、各送信アンテナからHT−LTFを時分割で送信するようになっている。したがって、空間ストリーム数に応じた個数のHT−LTFフィールドが付加される(例えば、2×2のMIMO通信システムでは、2個のHT−LTFが付加される)。当該パケットの受信側では、獲得したチャネル行列の逆行列を計算してアンテナ受信重み行列を求めることができ、この重み行列を各受信アンテナで受信した空間多重信号を要素とする受信ベクトルに乗算することで、空間多重されたストリームを空間分離することができる。   FIG. 6 shows an example (Mixed format) of a packet format defined by IEEE802.11n adopting the OFDM_MIMO communication system. As shown in the figure, in the PHY layer header, an HT-LTF (High Throughput-Long consisting of a known training sequence used for channel estimation for each input signal spatially modulated (mapped) on the receiving side of the packet. Training Field) is included. On the transmission side of the packet, HT-LTF is transmitted in a time division manner from each transmission antenna. Therefore, the number of HT-LTF fields corresponding to the number of spatial streams is added (for example, 2 HT-LTFs are added in a 2 × 2 MIMO communication system). On the receiving side of the packet, an antenna reception weight matrix can be obtained by calculating an inverse matrix of the acquired channel matrix, and this weight matrix is multiplied by a reception vector having a spatial multiplexed signal received by each reception antenna as an element. Thus, the spatially multiplexed stream can be spatially separated.

なお、PHY層ヘッダの先頭部分には、L−STF(Legacy Short Training Field)やL−LTF(Legacy Long Training Field)など、IEEE802.11a/gとの互換性を持つレガシー・プリアンブル部分も含まれている。チャネル行列の推定に用いられるHT−LTFに先立ち、これらのレガシー・プリアンブル部分を用いて、パケット発見や同期獲得、送受信間におけるキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定を行なうことができる。(IEEE802.11n仕様書上では、図6に示したMixed formatのパケットに対しては、L−STF、L−LTF、HT−STF、HT−LTFから搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定することができる。また、図示しないgreen field formatのパケットに対してはHT−GF−STF、HT−LTFから搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定することができる。)   Note that the leading portion of the PHY layer header includes a legacy preamble portion compatible with IEEE802.11a / g, such as L-STF (Legacy Short Training Field) and L-LTF (Legacy Long Training Field). ing. Prior to HT-LTF used for channel matrix estimation, these legacy preamble parts can be used to find a packet, acquire synchronization, and measure a carrier frequency error and a sampling frequency error between transmission and reception. (In the IEEE 802.11n specification, for the mixed format packet shown in FIG. 6, the carrier frequency error and the sampling frequency error are estimated from the L-STF, L-LTF, HT-STF, and HT-LTF. In addition, for a green field format packet (not shown), a carrier frequency error and a sampling frequency error can be estimated from HT-GF-STF and HT-LTF.)

続いて、複数のストリームの空間多重を実現する方法について説明する。MIMO通信方式は、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報を共有しないオープンループ型と、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報を共有するクローズドループ型とに大別される。   Next, a method for realizing spatial multiplexing of a plurality of streams will be described. The MIMO communication system is roughly classified into an open loop type that does not share channel matrix information between packet transmission and reception and a closed loop type that shares channel matrix information between packet transmission and reception.

オープンループ型のMIMO通信システムでは、パケットの受信側はチャネル行列Hを取得し、受信アンテナ毎の受信信号を要素とする受信ベクトルにチャネル行列から算出される受信重み行列を乗算することによって、空間多重された伝送ストリームを空間分離する。チャネル行列Hから受信重み行列を求める手法として、例えばZero Force(ゼロ化規範)や、MMSE(MinimumMean Square Error)が知られている。オープンループ型では、受信機から送信機へのチャネル情報のフィードバック手続が省略されるので、比較的簡素にMIMO通信システムを構成することができる。   In the open-loop type MIMO communication system, the receiving side of a packet acquires a channel matrix H, and multiplies a reception vector whose element is a reception signal for each reception antenna by a reception weight matrix calculated from the channel matrix. The multiplexed transmission stream is spatially separated. As a technique for obtaining a reception weight matrix from the channel matrix H, for example, Zero Force (zeroization standard) and MMSE (Minimum Mean Square Error) are known. In the open loop type, the procedure for feedback of channel information from the receiver to the transmitter is omitted, so that the MIMO communication system can be configured relatively simply.

他方、クローズドループ型のMIMO通信システムでは、送受信間でチャネル情報を共有し、パケットの送信側ではチャネル行列から得られる送信アンテナ重みを掛けて受信機に向けた適切なビーム・フォーミングを行なうことによって理想的な空間直交チャネルを作り出すことができる。   On the other hand, in a closed-loop type MIMO communication system, channel information is shared between transmission and reception, and on the packet transmission side, transmission antenna weights obtained from the channel matrix are multiplied to perform appropriate beamforming toward the receiver. An ideal spatial orthogonal channel can be created.

クローズドループ型のMIMO通信システムにおいて、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報をフィードバックする手順として、“Implicit feedback”と“Explicit feedback”という2種類が挙げられる。   In a closed-loop type MIMO communication system, there are two types of procedures of “Implicit feedback” and “Explicit feedback” as a procedure for feeding back information on a channel matrix between transmission and reception of packets.

Implicit feedbackは、パケットの空間多重伝送を行なう無線通信装置(すなわちBeamformer)は、通信相手(すなわちBeamformee)から送られてくるパケットに含まれるトレーニング系列を用いて上り方向のチャネル行列を推定し、双方向のチャネル特性が可逆(reciprocal)であるという前提の下で、下り方向のチャネル行列を計算し、さらにこのチャネル行列から求まる送信重み行列を用いてビーム・フォーミングすなわちパケットの空間多重伝送を行なう。チャネル特性が可逆であるためには、通信システムにおけるRF回路のキャリブレーションが必要である。   In the impact feedback, a wireless communication device (that is, a beamformer) that performs spatial multiplexing transmission of a packet estimates an upstream channel matrix using a training sequence included in a packet transmitted from a communication partner (that is, a beamforme), and both Under the assumption that the direction channel characteristics are reciprocal, a downlink channel matrix is calculated, and beam forming, that is, spatial multiplexing transmission of a packet, is performed using a transmission weight matrix obtained from the channel matrix. In order for the channel characteristics to be reversible, calibration of the RF circuit in the communication system is necessary.

また、Explicit feedbackでは、BeamformeeがBeamformerから送られてくるトレーニング系列を用いて下り方向のチャネル行列を推定し、そのチャネル行列をデータとして含んだパケットをBeamformerに返信すると、Beamformerは受け取ったチャネル行列から送信重み行列を計算してビーム・フォーミングを行なう。あるいは、Beamformeeでは、推定したチャネル行列からさらにBeamformerがビーム・フォーミングするための送信重み行列を計算し、(チャネル行列ではなく)この送信重み行列をデータとして含んだパケットをbeamformerに返信する。Explicit feedbackでは順方向の推定チャネル行列を基に重み行列が算出されるので、チャネルの可逆性を前提としなくて済む。   In explicit feedback, when Beamformee estimates a downlink channel matrix using a training sequence sent from Beamformer, and returns a packet including the channel matrix as data to Beamformer, Beamformer receives from the received channel matrix. Beam weighting is performed by calculating a transmission weight matrix. Alternatively, the beamformer further calculates a transmission weight matrix for the beamformer to perform beam forming from the estimated channel matrix, and returns a packet including the transmission weight matrix as data (not the channel matrix) to the beamformer. In explicit feedback, the weight matrix is calculated based on the estimated channel matrix in the forward direction, so that it is not necessary to assume the reversibility of the channel.

クローズドループ型のMIMO伝送の理想的な形態の1つとして、チャネル行列Hの特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)を利用したSVD−MIMO方式が知られている。SVD−MIMO伝送では、チャネル行列Hを特異値分解してUDVHを求める。Beamformer側では、送信用アンテナ重み行列にV(=U*(但し、上付きの添え字*は行列の複素共役転置を意味する))を用い、送信アンテナ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルにこの重み行列Vを乗算することで、Beamformeeに向けてビーム・フォーミングされたパケットを送信する。そして、Beamformee側では、典型的には、チャネル行列を特異値分解して得られる(UD)-1を受信用アンテナ重み行列として与え、これを受信ベクトルに乗算する。 As an ideal form of closed-loop type MIMO transmission, an SVD-MIMO system using singular value decomposition (SVD) of a channel matrix H is known. In SVD-MIMO transmission, UDV H is obtained by singular value decomposition of the channel matrix H. On the beamformer side, V (= U * (where the superscript * means a complex conjugate transpose of the matrix)) is used as a transmission antenna weight matrix, and a transmission vector whose element is a transmission signal for each transmission antenna Is multiplied by the weight matrix V to transmit a beam-formed packet toward Beamformee. On the Beamformee side, typically, (UD) −1 obtained by singular value decomposition of the channel matrix is given as a reception antenna weight matrix, and this is multiplied by the reception vector.

特異値分解して得られる行列U、D、Vのうち、Dは各空間ストリームの品質に相当する各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列である(添え字iはi番目の空間ストリームを意味する)。対角行列Dの対角要素には値の大きい順に特異値λiを並べ、各ストリームに対し特異値の大きさで表される通信品質に応じた電力配分や変調方式の割り当てを施すことによって、空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現し、Beamformee側では元の複数の信号系列を全くクロストークなしに取り出すことができ、理論上は最高のパフォーマンスを達成する(例えば、特許文献1を参照のこと)。 Of the matrices U, D, and V obtained by singular value decomposition, D is a diagonal matrix having the square root of each singular value λ i corresponding to the quality of each spatial stream as a diagonal element (subscript i is i The second spatial stream). By arranging the singular values λ i in the descending order of the values in the diagonal elements of the diagonal matrix D, and assigning power distribution and modulation scheme according to the communication quality represented by the magnitude of the singular values to each stream Realize a plurality of logically independent transmission paths that are spatially orthogonally multiplexed, and the beamforme side can extract the original signal sequences without any crosstalk, and theoretically achieve the best performance (for example, , See Patent Document 1).

クローズドループ型のMIMO通信システムにおいて、Beamformer及びBeamformeeのそれぞれにおいてチャネル情報を取得する方法について考察する。   Consider a method for acquiring channel information in each of the beamformer and beamformee in a closed-loop type MIMO communication system.

BeamformerからBeamformeeへの下りのリンクのチャネル行列をHとし、その逆の上りのリンクのチャネル行列をH’とし、それぞれを以下のように特異値分解する。   The downlink link channel matrix from Beamformer to Beamforme is set to H, and the reverse uplink channel matrix is set to H ′, and each is subjected to singular value decomposition as follows.

Figure 2009071493
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Figure 2009071493
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ここで、伝搬路の可逆性、すなわち下りのリンクと上りのリンクの伝達関数が等価であると仮定すると、下り方向のチャネル行列Hは上り方向のチャネル行列H’に等しく、下式(3)のように表される。   Here, assuming that the reversibility of the propagation path, that is, the transfer function of the downlink and uplink is equivalent, the downlink channel matrix H is equal to the uplink channel matrix H ′, and the following equation (3) It is expressed as

Figure 2009071493
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上式(3)に式(1)及び(2)を代入すると、以下のようになる。   Substituting equations (1) and (2) into equation (3) gives the following.

Figure 2009071493
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すなわち、Beamformer側で使用する送信用アンテナ重み行列Vは以下のようになる。   That is, the transmitting antenna weight matrix V used on the beamformer side is as follows.

Figure 2009071493
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Beamformer側では、パケットの信号系列を複数の送信ストリームに振り分ける。送信ストリーム毎の送信信号を要素とする送信ベクトルをXとし、これに送信用アンテナ重み行列Vを乗算することで空間多重され、下式(6)のように送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルYが得られる。   On the Beamformer side, the signal sequence of the packet is distributed to a plurality of transmission streams. A transmission vector having a transmission signal for each transmission stream as an element is set to X, and this is multiplied by a transmission antenna weight matrix V to be spatially multiplexed, and a transmission signal for each transmission antenna branch is expressed by the following equation (6). A transmission vector Y as an element is obtained.

Figure 2009071493
Figure 2009071493

Beamformeeには、空間多重されたデータ・パケットはチャネル行列Hで表される伝搬路を介して到来する。すなわち、Beamformeeは、下式(7)に示すように、空間多重された送信ベクトルYにチャネル行列Hが乗算された状態でパケットを受信する。   In the beamformee, a spatially multiplexed data packet arrives via a propagation path represented by a channel matrix H. That is, the beamformee receives the packet in a state where the channel matrix H is multiplied by the spatially multiplexed transmission vector Y as shown in the following equation (7).

Figure 2009071493
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OFDM_MIMO通信方式を採用するIEEE802.11nのパケット・フォーマットによれば、BeamformeeはパケットのPHY層ヘッダ内に含まれるトレーニング系列HT−LTF(前述)を用いてチャネル行列を推定することができる。上式(7)から分かるように、Beamformerが重み行列Vで重み付け送信したパケットのHT−LTFから推定されるチャネル行列はUDとなる。したがって、Beamformeeは、このUDに対応した受信重み行列(UD)-1を求め、空間多重されている受信ベクトルHY(=UDX)に対し乗算することで、元のストリームXに空間分離することができる。 According to the IEEE802.11n packet format employing the OFDM_MIMO communication scheme, the beamformee can estimate the channel matrix using the training sequence HT-LTF (described above) included in the PHY layer header of the packet. As can be seen from the above equation (7), the channel matrix estimated from the HT-LTF of the packet weighted by Beamformer with the weighting matrix V is UD. Therefore, Beamformee obtains a reception weight matrix (UD) −1 corresponding to this UD and multiplies the spatially multiplexed reception vector HY (= UDX), thereby spatially separating the original stream X. it can.

IEEE802.11などの無線ネットワーキングでは、同一の通信チャネル上で複数のユーザが競合を回避しながらランダム・アクセスするために、CSMA(Carrier Sense Multiple Access:搬送波感知多重アクセス)/CA(Collision Avoidance:衝突回避)方式が用いられている。また、その際の隠れ端末問題を解決する方法論として、RTS(Request to Send)/CTS(Clear to Send)通信手順が利用される。クローズドループ型のMIMO通信システムにおいてRTS/CTS手順を利用する場合、例えば、BeamformeeはCTSパケットにトレーニング系列を含ませて送信し、Beamformerは、CTSパケットに含まれるトレーニング系列に基づいて得られたチャネル行列から空間多重するための送信重み行列を算出し、多重化する送信ストリーム毎に重みを与えたトレーニング系列を含んだデータ・パケットを送信するようにすればよい(例えば、特許文献2を参照のこと)。   In wireless networking such as IEEE 802.11, multiple users on the same communication channel perform random access while avoiding contention, so that CSMA (Carrier Sense Multiple Access) / CA (Collision Aviation): collision Avoidance) method is used. Also, as a methodology for solving the hidden terminal problem at that time, RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) communication procedure is used. When using an RTS / CTS procedure in a closed loop MIMO communication system, for example, Beamformee transmits a CTS packet including a training sequence, and Beamformer is a channel obtained based on the training sequence included in the CTS packet. A transmission weight matrix for spatial multiplexing is calculated from the matrix, and a data packet including a training sequence in which a weight is given to each transmission stream to be multiplexed may be transmitted (for example, refer to Patent Document 2). thing).

図7には、クローズドループ型のMIMO通信システムにおいてRTS/CTS手順に則った通信シーケンスを模式的に示している。但し、チャネル行列は上りリンクと下りリンクで可逆であるとする。   FIG. 7 schematically shows a communication sequence in accordance with the RTS / CTS procedure in a closed loop type MIMO communication system. However, the channel matrix is assumed to be reversible between the uplink and the downlink.

送信要求元としてのBeamformerは、送信先であるBeamformee宛てにRTSパケットを送信する。Beamformeeは、受信したRTSパケットのHT−LTFを用いて下り方向のチャネル行列Hを推定する。   The beamformer as a transmission request source transmits an RTS packet to the beamformee as a transmission destination. Beamformee estimates the downlink channel matrix H using the HT-LTF of the received RTS packet.

また、Beamformerは、Beamformeeから返信されるCTSパケットのHT−LTFを用いて、上り方向のチャネル行列H’を推定する。そして、Beamformerは、可逆性の仮定(上式(4)を参照のこと)を基に、送信重み行列U’*(上式(5)を参照のこと)を算出すると、データ・パケットのペイロード部分を複数の送信ストリームに振り分けた送信ベクトルXに送信重み行列U’*を乗算して空間多重して、送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルYを得て(上式(6)を参照のこと)、送信する。 In addition, the beamformer estimates the uplink channel matrix H ′ using the HT-LTF of the CTS packet returned from the beamformee. Then, Beamformer calculates the transmission weight matrix U ′ * (see the above equation (5)) based on the assumption of reversibility (see the above equation (4)), and the payload of the data packet A transmission vector X in which a portion is distributed to a plurality of transmission streams is multiplied by a transmission weight matrix U ′ * and spatially multiplexed to obtain a transmission vector Y having a transmission signal for each transmission antenna / branch as an element (the above formula ( 6)) and transmit.

データ・パケットはチャネル行列Hで表される伝搬路を介してBeamformeeに到来するので、データ・ペイロード部分の受信ベクトルはHY(=UDX)となる(上式(7)を参照のこと)。Beamformeeは、Beamformerが重み行列Vで重み付け送信したデータ・パケットのHT−LTFから下り方向のチャネル行列としてUDを推定する。そして、Beamformeeは、このUDに対応した受信重み行列(UD)-1を求め、データ・パケットのデータ・ペイロード部分の受信ベクトルHY(=UDX)に対し乗算することで、空間多重して伝送ストリームを元のストリームXに空間分離する。 Since the data packet arrives at Beamformee through the propagation path represented by the channel matrix H, the reception vector of the data payload portion is HY (= UDX) (see the above equation (7)). Beamforme estimates the UD as a channel matrix in the downlink direction from the HT-LTF of the data packet weighted and transmitted by the beamformer with the weight matrix V. Then, Beamformee obtains a reception weight matrix (UD) −1 corresponding to this UD, and multiplies the reception vector HY (= UDX) of the data payload portion of the data packet to multiplex the transmission stream. Are spatially separated into the original stream X.

図7に示した通信シーケンス例では、Beamformer及びBeamformeeのいずれも、相手から受信したパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFから推定されるチャネル行列をそのままビーム・フォーミング(空間多重並びに空間分離処理)にそれぞれ使用している。   In the communication sequence example shown in FIG. 7, both Beamformer and Beamformee use the beam forming (spatial multiplexing and spatial separation processing) as it is from the channel matrix estimated from the training sequence HT-LTF included in the header of the packet received from the other party. ) Are used respectively.

しかしながら、トレーニング系列は概して時間的に短く、それ部分だけでは正確にチャネル行列Hの推定を行なうことは期待できないと思料される。また、MIMO用のトレーニング系列HT−LTFに先立って送信される他のトレーニング系列L−LTFを用いて送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定が行なわれるが(前述)、これらについても同様にトレーニング系列の時間的な短さゆえに、十分な精度で測定することは困難であり、このことにも起因してチャネル行列Hの推定誤差が生じてしまう。精度が十分でないチャネル行列から算出される重み行列はやはり誤差を含んだものとなるので、ビーム・フォーミングを行なっても、通信特性の改善度合いが低下するという問題がある。   However, it is considered that the training sequence is generally short in time, and it cannot be expected that the channel matrix H is accurately estimated only by that portion. Further, the carrier frequency error and the sampling frequency error between transmission and reception are measured using another training sequence L-LTF transmitted prior to the MIMO training sequence HT-LTF (described above), and the same applies to these. However, due to the short time of the training sequence, it is difficult to measure with sufficient accuracy, and this also causes an estimation error of the channel matrix H. Since the weight matrix calculated from the channel matrix with insufficient accuracy still contains an error, there is a problem that the degree of improvement of the communication characteristics is lowered even if beam forming is performed.

また、チャネル行列Hがほぼ変動しないと仮定することができればRTS/CTS手順全体にわたって1度だけチャネル行列Hを取得すればよいが、現実には、図8に示すようにチャネル行列Hは時間の経過とともに変動する。Beamformerは、Beamformeeから受信したCTSパケットのHT−LTFCTSを用いてチャネル行列HCTSを推定し、これを基に算出される送信重み行列UCTS *を乗算してデータ・パケットのペイロード部分を空間多重伝送するが、Beamformeeがデータ・パケットのHT−LTFDATAを受信する時刻におけるチャネル行列はCTSパケット伝送時のチャネル行列HCTSから変動している。このため、BeamformeeがHT−LTFDATAから推定するチャネル行列UDATADATAは、送信重み行列UCTS *で空間多重された伝送ストリームを空間分離するための正確なものではなくなっている。 Further, if it can be assumed that the channel matrix H does not substantially vary, the channel matrix H may be obtained only once during the entire RTS / CTS procedure. Fluctuates over time. The beamformer estimates the channel matrix H CTS using the HT-LTF CTS of the CTS packet received from the beamforme, and multiplies the transmission weight matrix U CTS * calculated based on the channel matrix H CTS * to space the payload portion of the data packet. Multiplex transmission is performed, but the channel matrix at the time when Beamformee receives HT-LTF DATA of the data packet varies from the channel matrix H CTS at the time of CTS packet transmission. For this reason, the channel matrix U DATA D DATA estimated by Beamformee from HT-LTF DATA is not accurate for spatially separating a transmission stream spatially multiplexed by the transmission weight matrix U CTS * .

Beamformeeがデータ・パケットのペイロード部分の受信処理を行なう際、データ・パケットのHT−LTFから推定するUDがその時刻におけるチャネル行列に対応していなければ、データ・パケットの空間多重されたペイロード部分を直交化(空間分離)することができなくなるので、パケット誤り率(PER)の増加や所要SNRの増加、通信品質の劣化を招来する。   When Beamformee performs reception processing of the payload portion of the data packet, if the UD estimated from the HT-LTF of the data packet does not correspond to the channel matrix at that time, the spatially multiplexed payload portion of the data packet is Since orthogonalization (space separation) cannot be performed, an increase in packet error rate (PER), an increase in required SNR, and a deterioration in communication quality are caused.

特開2005−323217号公報、段落0018〜0043JP-A-2005-323217, paragraphs 0018 to 0043 特開2005−142715号公報JP 2005-142715 A

本発明の目的は、無線通信装置間でチャネル情報を共有してクローズドループ型の空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method capable of suitably performing closed-loop spatial multiplexing transmission by sharing channel information between wireless communication apparatuses. It is in.

本発明のさらなる目的は、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重(ビーム・フォーミング)を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication system capable of suitably performing spatial multiplexing (beam forming) of a plurality of transmission streams using a transmission weight matrix obtained by singular value decomposition of a channel matrix, and A wireless communication device and a wireless communication method are provided.

本発明のさらなる目的は、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication system capable of suitably performing spatial multiplexing transmission by singular value decomposition by eliminating the influence of time variation of a channel matrix and carrier frequency error and sampling frequency error between transmission and reception. And providing a wireless communication device and a wireless communication method.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、互いに複数本のアンテナを用いてパケットを無線伝送し、受信したパケットから推定されるチャネル行列から送信重み行列を求めてパケットを重み付け送信する第1の無線通信装置と、受信したパケットから推定されるチャネル行列から受信重み行列を求めてパケットを重み付け受信する第2の無線通信装置からなる無線通信システムであって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記第1の無線通信装置は、前記第2の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するとともに、該受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、以後に前記第2の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重みで重み付け送信し、
前記第2の無線通信装置は、前記第1の無線通信装置が重み付け送信したパケットを、該パケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列から推定されるチャネル行列から求まる受信重み行列を用いて重み付け受信を開始する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems. Packets are wirelessly transmitted using a plurality of antennas, and a transmission weight matrix is obtained from a channel matrix estimated from received packets, and the packets are weighted and transmitted. A wireless communication system comprising: a first wireless communication device that performs a weighting reception of a packet by obtaining a reception weight matrix from a channel matrix estimated from the received packet, wherein the packet is channel matrix estimated Training series and payload for
The first wireless communication apparatus estimates a channel matrix using a training matrix for channel matrix estimation included in a packet received from the second wireless communication apparatus, and a training sequence for channel matrix estimation of the received packet An error component of a channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus is obtained using a section other than the above, and transmitted using a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component A weight matrix is generated, and a packet to be transmitted to the second wireless communication apparatus is weighted and transmitted with the transmission weight.
The second wireless communication apparatus receives a weighted transmission of the packet transmitted by the first wireless communication apparatus using a reception weight matrix obtained from a channel matrix estimated from a channel matrix estimation training sequence included in the packet. To start the
This is a wireless communication system.

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。   However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not.

高速・大容量伝送を実現する無線通信技術として、MIMO通信が知られており、送受信アンテナの組み合わせ毎の伝達関数を要素としたチャネル行列を基に、送信側からは複数のストリームを空間多重送信するとともに、受信側では各アンテナの受信信号から元の各ストリーム信号を空間分離することができる。特に、クローズドループ型のMIMO通信システムは、送信機側でもチャネル行列に基づいて送信アンテナ重みを掛けて受信機に向けた適切なビーム形成を行なうことによって理想的な空間直交チャネルを作り出すことができる。   MIMO communication is known as a wireless communication technology that realizes high-speed and large-capacity transmission. Based on a channel matrix with the transfer function for each combination of transmission and reception antennas as the element, multiple streams are spatially multiplexed from the transmission side. At the same time, the original stream signal can be spatially separated from the reception signal of each antenna on the reception side. In particular, the closed-loop MIMO communication system can create an ideal spatial orthogonal channel by performing appropriate beam shaping toward the receiver by multiplying the transmission antenna weight based on the channel matrix on the transmitter side as well. .

IEEE802.11nに代表されるMIMO通信システムでは、パケット先頭のPHY層ヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFを用いてチャネル行列を獲得することができる。また、SVD−MIMO通信システムでは、例えばRTS/CTS手順に従って通信動作を行なう際に、BeamformerはBeamformeeからのCTSパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定し、これを特異値分解して得られる送信重み行列でデータ・パケットを空間多重伝送し、一方のBeamformeeは、データ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定し、これを基に得られる受信重み行列でデータ・ペイロード部分を空間分離することができる。   In a MIMO communication system represented by IEEE802.11n, a channel matrix can be acquired using a training sequence HT-LTF included in a PHY layer header at the beginning of a packet. In the SVD-MIMO communication system, for example, when performing communication operation according to the RTS / CTS procedure, the beamformer estimates the channel matrix using the training sequence included in the header of the CTS packet from the beamforme, and singular value decomposition thereof. The data packet is spatially multiplexed with the transmission weight matrix obtained as described above, and one beamforme uses the training sequence included in the header of the data packet to estimate the channel matrix, and the reception weight matrix obtained based on this The data payload portion can be spatially separated with

ところが、トレーニング系列が時間的に短いことから、チャネル行列を十分な精度で推定できない、あるいは送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定精度が十分でないためにチャネル行列の推定誤差が生じるという問題がある。   However, since the training sequence is short in time, the channel matrix cannot be estimated with sufficient accuracy, or the measurement accuracy of the carrier frequency error and sampling frequency error between transmission and reception is not sufficient, resulting in a channel matrix estimation error. There is.

また、チャネル行列が時間的に変動するために、BeamformerとBeamformeeが異なる時刻に推定したチャネル行列からそれぞれ求まる重み行列は対応していないという問題がある。すなわち、Beamformerがデータ・パケットのペイロード部分を空間多重するために用いたチャネル行列を推定した時期と、Beamformeeがデータ・パケットのペイロード部分を空間分離するために用いたチャネル行列の推定時期には時間的な隔たりがあり、Beamformeeがデータ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列から推定されるチャネル行列は、Beamformer側で空間多重したデータ・ペイロード部分を空間分離するための正確なものではなく、パケット誤り率の増加や所要SNRの増加、通信品質の劣化を招来する。   Further, since the channel matrix fluctuates with time, there is a problem that the weight matrix obtained from the channel matrix estimated at different times of Beamformer and Beamformee does not correspond. That is, the time when the beamformer used to estimate the channel matrix used to spatially multiplex the payload portion of the data packet and the time when the beamformee used to spatially separate the payload portion of the data packet The channel matrix in which the beamformee is estimated from the training sequence included in the header of the data packet is not an accurate one for spatially separating the data payload portion spatially multiplexed on the beamformer side, and a packet error This increases the rate, increases the required SNR, and degrades the communication quality.

これに対し、本発明に係る無線通信システムでは、Beamformerとして動作する第1の無線通信装置は、Beamformeeとして動作する第2の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定することに加えて、このトレーニング系列以外の区間を用いて第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、引き続いて第2の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重みで重み付け送信するようになっている。   On the other hand, in the wireless communication system according to the present invention, the first wireless communication apparatus operating as a beamformer uses a training sequence for channel matrix estimation included in a packet received from the second wireless communication apparatus operating as a beamforme. In addition to estimating the channel matrix, an error component of the channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus is obtained using a section other than the training sequence, A transmission weight matrix is generated using the channel matrix estimation result in which the error component is corrected, and subsequently, a packet to be transmitted to the second wireless communication apparatus is weighted and transmitted with the transmission weight.

例えばRTS/CTS手順に従ってパケット交換が行なわれる際に、送信要求元としての第1の無線通信装置は、送信先である第2の無線通信装置からのCTSパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定することに加えて、以降のペイロード部分を用いてキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差を高い精度で求め、それらを用いてチャネル行列推定値を更新し続ける。したがって、第1の無線通信装置はBeamformerとして、最新のチャネル行列推定値から送信重み行列を算出し、このような送信重み行列を送信ベクトルに乗算してデータ・パケットの空間多重伝送を行なうので、第2の無線通信装置すなわちBeamformee側での送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因する通信特性の劣化を防止することができる。   For example, when packet exchange is performed according to the RTS / CTS procedure, the first wireless communication device as the transmission request source uses the training sequence included in the header of the CTS packet from the second wireless communication device that is the transmission destination. In addition to estimating the channel matrix, the carrier frequency error and the sampling frequency error are obtained with high accuracy using the subsequent payload portion, and the channel matrix estimated value is continuously updated using them. Therefore, the first wireless communication apparatus calculates a transmission weight matrix from the latest channel matrix estimation value as a beamformer, and multiplies such a transmission weight matrix by a transmission vector to perform spatial multiplexing transmission of data packets. It is possible to prevent deterioration of communication characteristics due to a carrier frequency error or a sampling frequency error between transmission and reception on the second wireless communication apparatus, that is, the beamforme side.

第1の無線通信装置が、第2の無線通信装置から第1のパケットを受信したことに続いて第2の無線通信装置宛ての第2のパケットを送信するという通信手順を行なう際、第1の無線通信装置は、受信した第1のパケットから推定される上り方向のチャネル行列H’(=U’D’V’H)を特異値分解して、第1のパケットに続いて送信する第2のパケットを重み付けするための送信重み行列Vを求めることができる。また、第2の無線通信装置は、第1の無線通信装置が重み付け送信した第2のパケットを下り方向のチャネル行列Hからなるチャネルを介して受信し、該受信した第2のパケットから推定される下り方向のチャネル行列H(=UDVH)を特異値分解して、第2のパケットを重み付け受信するための受信重み行列(UD)-1を求めることができる。 When the first wireless communication device performs the communication procedure of transmitting the second packet addressed to the second wireless communication device following the reception of the first packet from the second wireless communication device, The wireless communication apparatus performs singular value decomposition on the uplink channel matrix H ′ (= U′D′V ′ H ) estimated from the received first packet, and transmits the first packet following the first packet. A transmission weight matrix V for weighting 2 packets can be obtained. Further, the second wireless communication apparatus receives the second packet weighted and transmitted by the first wireless communication apparatus via a channel composed of the downlink channel matrix H, and is estimated from the received second packet. Singular value decomposition of the downstream channel matrix H (= UDV H ) to obtain a reception weight matrix (UD) −1 for weighted reception of the second packet.

第1の無線通信装置は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する。第1の無線通信装置は、第2のパケットにより近い位置でのチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を求めて重み付け送信することによって、第2の無線通信装置が第2のパケットを受信する際にチャネル変動の影響によって受信特性が劣化してしまうのを防止することができる。   The first wireless communication apparatus uses a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet, and a channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus The second packet is weighted and transmitted using a transmission weight matrix obtained from a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component. The first wireless communication apparatus obtains a transmission weight matrix using the channel matrix estimation result at a position closer to the second packet and performs weighted transmission, whereby the second wireless communication apparatus receives the second packet. In this case, it is possible to prevent the reception characteristics from being deteriorated due to the influence of channel fluctuation.

このとき、第1の無線通信装置は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル行列の推定を行なうことで、より新鮮なチャネル行列に基づいてパケットを重み付け送信することができ、第2の無線通信装置側では送信重み行列と対応のとれた受信重み行列を第2のパケットから獲得することができる。   At this time, the first wireless communication apparatus estimates the channel matrix until reaching the end of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet, so that the packet is transmitted based on the fresher channel matrix. Weighted transmission can be performed, and a reception weight matrix corresponding to the transmission weight matrix can be obtained from the second packet on the second wireless communication apparatus side.

あるいは、第1の無線通信装置において、演算回路が十分に高速でないときには、受信した第1のパケットの終端までチャネル行列を更新し続けると、チャネル行列を特異値分解して送信重み行列を求める演算処理が第2のパケットを送信するタイミングに間に合わなくなってしまう。そこで、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル行列の更新を行うようにしてもよい。   Alternatively, in the first wireless communication apparatus, when the arithmetic circuit is not sufficiently fast, if the channel matrix is continuously updated until the end of the received first packet, the channel matrix is subjected to singular value decomposition to obtain a transmission weight matrix. The process will not be in time for the transmission of the second packet. Therefore, in consideration of the frame interval from the end of reception of the first packet to the start of transmission of the second packet, transmission of the second packet in the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. The channel matrix may be updated until the time when the transmission weight matrix calculation is in time.

第1の無線通信装置は、第2の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより、チャネル行列の更新を行なうことができる。チャネル・トラッキングには、例えばLMSなどの追従アルゴリズムを用いることができる。すなわち、CTSなどの受信パケットのペイロード部分が到来すると、受信信号を復号した後、さらに再符号化してこの信号系列をフィードバックし、このフィードバック情報を基にLMS追跡アルゴリズムによりチャネル行列Hを追従する。   The first wireless communication device can update the channel matrix by channel tracking in the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the packet received from the second wireless communication device. For channel tracking, a tracking algorithm such as LMS can be used. That is, when the payload portion of the received packet such as CTS arrives, the received signal is decoded, and then re-encoded to feed back this signal sequence, and the channel matrix H is followed by the LMS tracking algorithm based on this feedback information.

あるいは、第1の無線通信装置は、チャネル・トラッキングの機構を搭載していなくても、第2の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の(チャネル伝達関数以外の)エラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成することができる。   Alternatively, even if the first wireless communication device is not equipped with a channel tracking mechanism, the first wireless communication device is inserted at the phase point of the payload portion after the channel matrix estimation training sequence of the packet received from the second wireless communication device. An error component of the channel matrix (other than the channel transfer function) caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication device is obtained using the pilot signal, and the error component is calculated. A transmission weight matrix can be generated using the corrected channel matrix estimation result.

上述したように、第1の無線通信装置は、第2の無線通信装置から受信したパケットのトレーニング系列以降のペイロード部分でチャネル・トラッキングによりチャネル行列を更新する。ところが、第2の無線通信装置の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合には、これに対応するチャネル行列成分をトレーニング系列以降の区間においてチャネル・トラッキングすることはできない。   As described above, the first wireless communication apparatus updates the channel matrix by channel tracking in the payload portion after the training sequence of the packet received from the second wireless communication apparatus. However, when at least a part of the signal series transmitted from each antenna of the second wireless communication apparatus is an extended training series that does not include a payload portion after the training series for channel matrix estimation, the corresponding channel The matrix component cannot be channel-tracked in the section after the training sequence.

このような場合、第1の無線通信装置は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、拡張トレーニング系列を基に最初に求めたものに対し、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分のみ補正する。また、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正する。そして、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列から送信重み行列を生成するようにすればよい。   In such a case, the first wireless communication apparatus, with respect to the channel matrix component corresponding to the extended training sequence that was first obtained based on the extended training sequence, only the error component other than the temporal variation of the channel matrix. to correct. Further, the channel matrix component corresponding to the normal channel matrix estimation training sequence followed by the payload portion is caused by at least one of the carrier frequency error and the sampling frequency error with the second wireless communication apparatus, which is obtained by channel tracking. An error component due to temporal variation of the channel matrix is corrected. Then, a transmission weight matrix may be generated from a channel matrix obtained by combining these corrected channel matrix components.

ここで、チャネル行列の時間的変動が大きい場合には、チャネル・トラックによる更新ができない行列成分とチャネル・トラックで追従が可能な行列成分があまりにも乖離してしまい、チャネル行列の十分な推定精度が得られなくなってしまう。そこで、このような場合には、チャネル・トラックで追従が可能な行列成分だけに絞ってチャネル行列の特異値分解を行なって送信重み付け行列を求めることで、第2の無線通信装置側での受信特性の劣化を最小限に抑えることが可能となる。   Here, if the temporal variation of the channel matrix is large, the matrix component that cannot be updated by the channel / track and the matrix component that can be tracked by the channel / track are so far apart that the channel matrix has sufficient estimation accuracy. Can no longer be obtained. Therefore, in such a case, the reception on the second wireless communication apparatus side is obtained by performing the singular value decomposition of the channel matrix by focusing only on the matrix components that can be tracked by the channel / track, and obtaining the transmission weighting matrix. It is possible to minimize the deterioration of characteristics.

本発明によれば、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, an excellent wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication that can suitably perform spatial multiplexing transmission of a plurality of transmission streams using a transmission weight matrix obtained by singular value decomposition of a channel matrix. A communication method can be provided.

また、本発明によれば、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。   In addition, according to the present invention, excellent wireless communication that can suitably perform spatial multiplexing transmission by singular value decomposition by eliminating the influence of temporal variation of the channel matrix and carrier frequency error between transmission and reception and sampling frequency error. A system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method can be provided.

本発明によれば、Beamformerは、受信パケット中の各種トレーニング系列以外の部分も用いて搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定し、これらを補正したチャネル行列から算出される送信重み行列で空間多重を行なうので、Beamformee側での前記の誤差に起因する受信特性劣化を防止することができる。   According to the present invention, the beamformer estimates a carrier frequency error and a sampling frequency error using portions other than various training sequences in the received packet, and performs spatial multiplexing using a transmission weight matrix calculated from a channel matrix obtained by correcting these errors. As a result, it is possible to prevent degradation of reception characteristics due to the error on the beamforme side.

また、本発明によれば、Beamformerは、受信パケット(CTSパケット)のトレーニング系列HT−LTFから推定したチャネル行列よりも、チャネル・トラックにより追従して更新される新鮮な(すなわち推定精度の高い)チャネル行列を特異値分解して直後に送信するパケット(データ・パケット)の送信重み付け行列を算出するようにしている。すなわち、Beamformerがパケット(データ・パケット)を送信する時点に対応する送信重み行列Vにより近い(すなわち正確な)送信重み付け行列を利用できることから、下式(8)のVHVをより単位行列に近づけることができる。 In addition, according to the present invention, the beamformer is fresher (that is, with higher estimation accuracy) updated by following the channel track than the channel matrix estimated from the training sequence HT-LTF of the received packet (CTS packet). A transmission weighting matrix of a packet (data packet) to be transmitted immediately after the singular value decomposition of the channel matrix is calculated. That is, since the transmission weight matrix V closer to the transmission weight matrix V corresponding to the time when the beamformer transmits the packet (data packet) can be used, that is, the V H V in the following equation (8) is converted into a unit matrix. You can get closer.

Figure 2009071493
Figure 2009071493

これにより、Beamformee側では、CTSパケットを送信した以降に受信するデータ・パケットのトレーニング系列HT−LTFからより正確なチャネル行列UDを求めることが可能となり、データ・ペイロード部分の多重信号の分離精度を高めて、パケット・エラー率を低減して通信品質を高めることができる。   As a result, the Beamformee side can obtain a more accurate channel matrix UD from the training sequence HT-LTF of the data packet received after transmitting the CTS packet, and can improve the separation accuracy of the multiplexed signal in the data payload portion. It is possible to increase the communication quality by reducing the packet error rate.

また、本発明によれば、Beamformerは、ペイロード部分を含まずチャネル・トラックで追従できない拡張トレーニング系列を含むパケットを受信したときには、ペイロード部分を含むチャネル・トラックによる更新が可能なトレーニング系列に対応するチャネル行列成分を送受信機間の誤差とチャネル伝達関数の時間的変動を補正した鮮度の良い状態にするとともに、チャネル・トラックによる更新ができない拡張トレーニング系列に対応する行列成分については送受信間のキャリア周波数誤差並びにサンプリング周波数誤差の補正を加え、これらの行列成分を組み合わせたチャネル行列を特異値分解して以降の送信パケットの重み付け行列として直後に送信するパケットの空間多重に利用するようにしている。したがって、Beamformee側では、この送信パケットのデータ・ペイロード部分でチャネル行列UDをより正確に導出して多重信号の分離精度を上げて通信品質を向上することができる。   Further, according to the present invention, when a beamformer receives a packet including an extended training sequence that does not include a payload portion and cannot be followed by a channel track, the beamformer corresponds to a training sequence that can be updated by a channel track including the payload portion. The channel matrix component is made to be in a fresh state by correcting the error between the transmitter and the receiver and the temporal variation of the channel transfer function, and for the matrix component corresponding to the extended training sequence that cannot be updated by the channel track, the carrier frequency between the transmitter and receiver Error and sampling frequency error are corrected, and a channel matrix combining these matrix components is decomposed into singular values and used as a weighting matrix for subsequent transmission packets for spatial multiplexing of packets to be transmitted immediately thereafter. Therefore, on the Beamformee side, the channel matrix UD can be more accurately derived from the data payload portion of the transmission packet to improve the separation quality of the multiplexed signal and improve the communication quality.

また、本発明によれば、チャネル行列の時間変動が大きく、チャネル・トラックによる更新ができないチャネル行列成分とチャネル・トラックで追従が可能な行列要素があまりにも乖離してしまい、それぞれ推定したチャネル伝達関数の推定精度が得られない場合には、チャネル・トラックで追従が可能な行列成分だけに絞ったチャネル行列を特異値分解して、これを以降の送信パケットの重み付けベクトルとすることによって、通信特性の劣化を最小限に抑えることができる。   In addition, according to the present invention, the channel matrix component that cannot be updated by the channel track is greatly deviated from the channel matrix component that cannot be updated by the channel track and the channel element that can be followed by the channel track, and the estimated channel transmission If the function estimation accuracy cannot be obtained, the channel matrix focused only on the matrix components that can be tracked by the channel and track is decomposed into singular values, and this is used as the weighting vector for the subsequent transmission packets. Degradation of characteristics can be minimized.

また、本発明によれば、仮にチャネルの時間的変動が全く無視できる場合であっても、Beamformerは、時間的に短いトレーニング信号だけで推定されたチャネル行列ではなく、それ以外のデータ部分を利用したチャネル・トラックによって更新されたチャネル行列から直後の送信パケットの送信重み行列を求めることになる。より長い時間の信号を使ってチャネル行列を更新していくことになるので、トレーニング系列のみからチャネル行列を推定する場合に比べると、トレーニング信号部のSNRで上限が定まっていたチャネル推定精度を,その上限を超えて改善することが可能となり、その推定精度の悪さに起因するビーム・フォーミング特性の劣化も防止することができる。   Further, according to the present invention, even if the temporal variation of the channel is completely negligible, the beamformer uses not the channel matrix estimated by only the temporally short training signal but the other data portion. The transmission weight matrix of the next transmission packet is obtained from the channel matrix updated by the channel track. Since the channel matrix is updated by using a signal of a longer time, the channel estimation accuracy whose upper limit is determined by the SNR of the training signal portion, compared with the case where the channel matrix is estimated only from the training sequence, It is possible to improve beyond the upper limit, and it is possible to prevent deterioration of beam forming characteristics due to poor estimation accuracy.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明に係る無線通信システムは、それぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機で構成され、クローズドループ型でMIMO通信を行なう。パケット伝送という観点からは、データ・パケットの送信元となる無線通信装置はinitiatorでその送信先となる無線通信装置はreceiverに位置付けられるが、ビーム・フォーミングという観点からは、複数のストリームを空間多重させてパケットを送信する無線通信装置はBeamformerであり、空間多重されたパケットを受信する無線通信装置はBeamformeeである。以下の説明では、BeamformerからBeamformeeへの通信を「順方向」若しくは「下り」のリンクとし、BeamformeeからBeamformerへの通信を「逆方向」若しくは「上り」のリンクとして位置付ける。   The radio communication system according to the present invention includes a transmitter and a receiver each having a plurality of antennas, and performs MIMO communication in a closed loop type. From the viewpoint of packet transmission, the wireless communication device that is the source of the data packet is an initiator, and the wireless communication device that is the destination of the data packet is positioned as the receiver, but from the viewpoint of beam forming, multiple streams are spatially multiplexed. The wireless communication device that transmits the packet in this manner is Beamformer, and the wireless communication device that receives the spatially multiplexed packet is Beamformee. In the following description, communication from the beamformer to the beamforme is regarded as a “forward” or “downlink” link, and communication from the beamformee to the beamformer is regarded as a “reverse” or “uplink” link.

本発明に係る無線通信システムでは、チャネル行列に関するフィードバックを行なう手順として、例えばImplicit feedback手順に従った空間多重伝送を行なう。Implicit feedbackでは、Beamformerは、Beamformeeからの空間ストリーム・トレーニングを分離し、分離したトレーニング系列から逆方向の推定チャネル行列を組み立て、該チャネル行列を基に求められたビーム形成用の送信重み行列を用いて送信パケットをビーム形成して通信を行なう。但し、チャネル行列が可逆であると仮定する。   In the radio communication system according to the present invention, as a procedure for performing feedback regarding the channel matrix, for example, spatial multiplex transmission is performed in accordance with the implicit feedback procedure. In the impact feedback, the beamformer separates the spatial stream training from the beamformee, assembles an estimated channel matrix in the reverse direction from the separated training sequence, and uses the transmission weight matrix for beam formation obtained based on the channel matrix. Then, communication is performed by forming a transmission packet into a beam. However, it is assumed that the channel matrix is reversible.

図1及び図2には、本発明に係る無線通信システムにおいて、主にImplicit feedbackのBeamformerとして動作することができる無線通信装置の送信系統及び受信系統の構成をそれぞれ示している。送受信系統で共用するアンテナ本数はNであり、このNは例えばIEEE仕様準拠であれば最大4本であるが、各図では図面の錯綜を回避するため2本分のアンテナ・ブランチしか描いていない。なお、以下では説明を省略するが、Beamformeeとして動作する無線通信装置の送信系統及び受信系統も、それぞれ図1及び図2のように構成することができる。   FIGS. 1 and 2 show configurations of a transmission system and a reception system of a wireless communication apparatus that can operate mainly as an impact feedback beamformer in the wireless communication system according to the present invention, respectively. The number of antennas shared by the transmission / reception system is N, and this N is, for example, a maximum of four if conforming to the IEEE specifications. However, in each figure, only two antenna branches are drawn to avoid the confusion of the drawings. . In addition, although description is abbreviate | omitted below, the transmission system and reception system of the radio | wireless communication apparatus which operate | move as Beamforme can also be comprised as FIG.1 and FIG.2, respectively.

データ発生器100から供給される送信データは、スクランブラ102においてスクランブルが掛けられる。次いで、符号化器104で誤り訂正符号化を施される。そして、符号化されたシリアル・データ系列はシリアル・パラレル(S/P)変換部106に入力され、N本からなる送信ストリームに振り分けられる。   The transmission data supplied from the data generator 100 is scrambled by the scrambler 102. Next, the encoder 104 performs error correction coding. The encoded serial data sequence is input to the serial / parallel (S / P) conversion unit 106 and distributed to N transmission streams.

各送信ストリームでは、ストリーム毎に与えられたデータレートに従って、送信信号をパンクチャ108によりパンクチャし、インタリーバ110により複数ストリーム間で同一のインタリーブにならないようインタリーブする。マッパー112では、BPSK、QPSK、16QAM、64QAMのいずれかを適用して、送信ストリーム毎のビット系列をIQ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号となる。   In each transmission stream, the transmission signal is punctured by the puncture 108 in accordance with the data rate given for each stream, and is interleaved by the interleaver 110 so that the same interleaving is not performed among a plurality of streams. The mapper 112 applies any one of BPSK, QPSK, 16QAM, and 64QAM, maps the bit sequence for each transmission stream to the IQ signal space, and becomes a complex baseband signal.

セレクタ111は、インタリーブされた空間ストリーム毎の送信信号に、適当なタイミングでトレーニング系列を挿入して、マッパー112に供給する。IEEE802.11n仕様書上では、Mixed formatのパケットに対しては、L−STF、L−LTF、HT−STF、HT−LTFなどのトレーニング系列が規定されている。また、green field formatのパケットに対してはHT−GF−STF、HT−LTFなどのトレーニング系列が規定されている(前述)。   The selector 111 inserts a training sequence at an appropriate timing into the transmission signal for each interleaved spatial stream, and supplies the training sequence to the mapper 112. In the IEEE802.11n specification, training sequences such as L-STF, L-LTF, HT-STF, and HT-LTF are defined for mixed format packets. Also, training sequences such as HT-GF-STF and HT-LTF are defined for the green field format packet (described above).

ビーム・フォーミングすなわち複数の送信ストリームの空間多重を施す場合には、空間多重部114内では、ビーム形成用送信重み行列計算部114aがチャネル行列Hを特異値分解することによって送信重み行列Vを算出し、送信重み行列乗算部114bが各送信ストリームを要素とする送信ベクトルXにこの送信重み行列Vを乗算し、これによって送信アンテナ・ブランチ毎の送信ストリームが生成される(式(1)〜(6)を参照のこと)。   When performing beam forming, that is, spatial multiplexing of a plurality of transmission streams, the transmission weight matrix V is calculated by singular value decomposition of the channel matrix H by the beam forming transmission weight matrix calculation unit 114a in the spatial multiplexing unit 114. Then, the transmission weight matrix multiplication unit 114b multiplies the transmission vector X having each transmission stream as an element by this transmission weight matrix V, thereby generating a transmission stream for each transmission antenna branch (Equations (1) to (1)). See 6)).

なお、チャネル行列Hは、例えば、受信系統の空間分離部216内において通信相手(Beamformee)からの受信パケットに含まれるトレーニング系列HT−LTFを用いて推定することができる。また、本実施形態では、トレーニング系列に続くパケットのペイロード部においてもチャネル・トラッキングによりチャネル行列Hを更新し続け、送信重み行列乗算部114bは最新のチャネル行列推定値から算出される送信重み行列Vを用いて空間多重伝送を行なうことができるが、その詳細については後述に譲る。   The channel matrix H can be estimated using, for example, the training sequence HT-LTF included in the received packet from the communication partner (Beamforme) in the space separation unit 216 of the reception system. In this embodiment, the channel matrix H is continuously updated by channel tracking even in the payload portion of the packet following the training sequence, and the transmission weight matrix multiplication unit 114b transmits the transmission weight matrix V calculated from the latest channel matrix estimation value. The spatial multiplexing transmission can be performed using the above, but the details will be described later.

高速フーリエ逆変換部(IFFT)116では、周波数領域に並んだ各サブキャリアを時間軸信号に変換し、さらにガード挿入部118でガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ120にて帯域制限した後、DAコンバータ(DAC)122にてアナログ信号に変換し、RF部124にて適当な周波数帯にアップコンバートしてから、それぞれの送信アンテナから伝搬路に送出される。Implicit feedbackではチャネル特性が可逆であることが前提であり、RF部124にはキャリブレーションが施されている。   The fast Fourier inverse transform unit (IFFT) 116 converts the subcarriers arranged in the frequency domain into a time axis signal, and the guard insertion unit 118 adds a guard interval. The band is limited by the digital filter 120, converted to an analog signal by the DA converter (DAC) 122, up-converted to an appropriate frequency band by the RF unit 124, and then transmitted from each transmission antenna to the propagation path. Is sent out. The Implicit feedback is based on the premise that the channel characteristics are reversible, and the RF unit 124 is calibrated.

他方、チャネルを通して通信相手(Beamformee)から届いたデータは、それぞれの受信アンテナ・ブランチにおいて、RF部228でアナログ処理し、ADコンバータ(ADC)226によりデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ224に入力される。Implicit feedbackではチャネル特性が可逆であることが前提であり、RF部228にはキャリブレーションが施されている。   On the other hand, the data received from the communication partner (Beamforme) through the channel is subjected to analog processing in the RF unit 228 in each receiving antenna branch, converted into a digital signal by the AD converter (ADC) 226, and then to the digital filter 224. Entered. The Implicit feedback is based on the premise that the channel characteristics are reversible, and the RF unit 228 is calibrated.

続いて、同期回路222にてパケット発見、タイミング検出、キャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の補正などの処理が行なわれた後、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルをガード除去部220により除去する。そして、高速フーリエ変換部(FFT)218により時間軸信号が周波数軸信号となる。   Subsequently, after processing such as packet discovery, timing detection, correction of carrier frequency error and sampling frequency error is performed in the synchronization circuit 222, the guard interval added to the head of the data transmission interval is detected by the guard removal unit 220. Remove. Then, the fast axis transform unit (FFT) 218 turns the time axis signal into a frequency axis signal.

空間分離部216内では、空間多重された受信信号の空間分離処理を行なう。具体的には、通信相手(Beamformee)から受信したパケットのPHYヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFから推定チャネル行列Hを組み立て、このチャネル行列Hを基にアンテナ受信重み行列を計算する。また、本実施形態では、空間分離部216は、トレーニング系列に続くパケットのペイロード部においても、復号器204(後述)で復号した後の信号系列を再符号化して判定帰還(Decision Feedback)し、チャネル・トラッキングによりチャネル行列Hを更新し続けている。したがって、送信重み行列乗算部114bは最新のチャネル行列推定値から算出される送信重み行列Vを用いて空間多重伝送を行なうことができる。空間分離部216の内部構成やチャネル・トラッキング動作の詳細については後述に譲る。   In the space separation unit 216, space separation processing is performed on the spatially multiplexed received signal. Specifically, the estimated channel matrix H is assembled from the training sequence HT-LTF included in the PHY header of the packet received from the communication partner (Beamformee), and the antenna reception weight matrix is calculated based on the channel matrix H. In the present embodiment, the space separation unit 216 re-encodes the signal sequence decoded by the decoder 204 (described later) in the payload portion of the packet following the training sequence, and performs decision feedback (Decision Feedback). The channel matrix H is continuously updated by channel tracking. Therefore, transmission weight matrix multiplication section 114b can perform spatial multiplexing transmission using transmission weight matrix V calculated from the latest channel matrix estimation value. Details of the internal configuration of the space separation unit 216 and the channel tracking operation will be described later.

チャネル等化回路214は、ストリーム毎の信号系列に対し、さらに残留周波数オフセット補正、チャネル・トラッキングなどを施す。そして、デマッパー212はIQ信号空間上の受信信号をデマップし、デインタリーバ210はデインターリーブし、デパンクチャ208は所定のデータレートでデパンクチャする。   The channel equalization circuit 214 further performs residual frequency offset correction, channel tracking, and the like on the signal sequence for each stream. The demapper 212 demaps the received signal in the IQ signal space, the deinterleaver 210 deinterleaves, and the depuncture 208 depunctures at a predetermined data rate.

パラレル・シリアル(P/S)変換部206は、複数の受信ストリームをパラレル・シリアル変換して1本のストリームに合成する。このデータ合成処理は送信側で行なうデータ振り分けと全く逆の動作を行なうものである。そして、復号器204にて誤り訂正復号した後、デスクランブラ202によりデスクランブルし、データ取得部200は受信データを取得する。   The parallel / serial (P / S) conversion unit 206 performs parallel / serial conversion on a plurality of received streams and combines them into one stream. This data synthesizing process is an operation reverse to the data distribution performed on the transmission side. Then, after error correction decoding by the decoder 204, the descrambler 202 descrambles, and the data acquisition unit 200 acquires the received data.

図3には、空間分離部216内の構成を示している。   FIG. 3 shows a configuration inside the space separation unit 216.

チャネル行列推定部309は、受信パケットのPHYヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFを分離して、上り方向の推定チャネル行列Hを組み立て、これをチャネル行列保持部308に格納する。   The channel matrix estimation unit 309 separates the training sequence HT-LTF included in the PHY header of the received packet, assembles an uplink estimated channel matrix H, and stores this in the channel matrix holding unit 308.

一方、受信パケットのトレーニング系列以降のペイロード部分では、受信信号を復号器204で誤り訂正復号した後、符号化器301で再符号化し、さらにシリアル・パラレル変換部302で複数のストリームに振り分け、各ストリームをパンクチャ303によりパンクチャし、インタリーバ304によりインタリーブし、マッパー305により信号空間にマッピングする。そして、判定帰還部306は、複数ストリームからなる信号系列をチャネル行列追従部307に判定帰還(Decision Feedback)する。   On the other hand, in the payload portion after the training sequence of the received packet, the received signal is subjected to error correction decoding by the decoder 204, then re-encoded by the encoder 301, and further distributed to a plurality of streams by the serial / parallel converter 302. The stream is punctured by the puncture 303, interleaved by the interleaver 304, and mapped to the signal space by the mapper 305. Then, the decision feedback unit 306 makes a decision feedback (Decision Feedback) to the channel matrix tracking unit 307 for the signal sequence including a plurality of streams.

チャネル行列追従部307は、受信重み行列を乗算して空間分離する前の各受信アンテナ・ブランチの受信信号系列と、復号器204で復号しさらに再符号化した信号系列を入力し、LMS(Least Mean Square)などの追従アルゴリズムを用いて、受信パケットのペイロード部にわたってチャネル行列Hを追従する。具体的には、チャネル行列追従部307は送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分を求め、これらを補正したチャネル行列推定結果を求める。チャネル行列Hは時間的に変動し、これに従ってャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差することから、トレーニング系列L−LTFから測定されるキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分をトレーニング系列HT−LTFから推定されたチャネル行列から取り除くだけでなく、トレーニング系列HT−LTF以降のペイロード部分においてもキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分を求め、これらを補正したチャネル行列へ更新していく。   The channel matrix tracking unit 307 inputs the reception signal sequence of each reception antenna branch before being spatially separated by multiplying the reception weight matrix, and the signal sequence decoded by the decoder 204 and re-encoded, and receives the LMS (Least) Using a tracking algorithm such as (Mean Square), the channel matrix H is tracked over the payload portion of the received packet. Specifically, the channel matrix tracking unit 307 obtains an error component caused by a carrier frequency error or a sampling frequency error between transmission and reception, and obtains a channel matrix estimation result obtained by correcting these error components. Since the channel matrix H fluctuates in time and causes a carrier frequency error and a sampling frequency error, an error component resulting from the carrier frequency error and the sampling frequency error measured from the training sequence L-LTF is represented by the training sequence HT-LTF. In addition to removing from the estimated channel matrix, error components due to carrier frequency error and sampling frequency error are obtained in the payload portion after the training sequence HT-LTF, and updated to a channel matrix in which these are corrected.

あるいは、チャネル行列追従部307は、チャネル・トラックの機構を搭載していないときには、データ・ペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、キャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成することができる。   Alternatively, when the channel matrix tracking unit 307 is not equipped with a channel / track mechanism, the channel matrix tracking unit 307 uses at least one of the carrier frequency error and the sampling frequency error using the pilot signal inserted at the phase point of the data payload portion. An error component of the resulting channel matrix is obtained, and a transmission weight matrix can be generated using a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component.

このようにして、チャネル行列追従部307が時々刻々と更新するチャネル行列は、チャネル行列保持部308に格納される。   In this way, the channel matrix that the channel matrix tracking unit 307 updates every moment is stored in the channel matrix holding unit 308.

例えば、RTS/CTS手順においてCTSパケットを受信した際、チャネル行列推定部309によってそのPHYヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFを分離してチャネル行列を求めるが、チャネル行列追従部307によってそのパケット時間分だけチャネル・トラックにより追従されたチャネル行列を獲得することができる。   For example, when the CTS packet is received in the RTS / CTS procedure, the channel matrix estimation unit 309 separates the training sequence HT-LTF included in the PHY header to obtain the channel matrix, but the channel matrix tracking unit 307 determines the packet time. It is possible to obtain a channel matrix followed by the channel track.

チャネル行列追従部307は、受信パケットに含まれるがチャネル・トラックによる更新ができないExtension HT−LTFから推定されるチャネル行列成分に関しては、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分(送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など)のみを補正した値を用いる。また、受信パケットに含まれ且つチャネル・トラックによる更新が可能なHT−LTFに対応するチャネル行列成分に関しては、チャネル・トラックにより更新された鮮度のよい値を用いる。そして、これらのチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列をチャネル行列保持部308に格納する。   For the channel matrix component estimated from the Extension HT-LTF that is included in the received packet but cannot be updated by the channel track, the channel matrix tracking unit 307 performs error components (carrier frequency between transmission and reception) other than the temporal variation of the channel matrix. A value obtained by correcting only an error or a sampling frequency error is used. For the channel matrix component corresponding to HT-LTF that is included in the received packet and can be updated by the channel track, a fresh value updated by the channel track is used. A channel matrix obtained by combining these channel matrix components is stored in the channel matrix holding unit 308.

受信重み行列計算部310は、チャネル行列保持部308に格納されたチャネル行列Hを基にアンテナ受信重み行列を計算する。当該無線通信装置がBeamformeeとして動作し、受信パケットがビーム形成されている場合には、推定チャネル行列は特異値分解した場合にUDと等しくなっており(式(7)を参照のこと)、これからアンテナ受信重み行列を計算する。そして、受信重み行列乗算部311は、各受信ストリームを要素とする受信ベクトルとアンテナ受信重み行列との行列乗算を行なうことで空間多重信号の空間復号を行ない、ストリーム毎に独立した信号系列を得る。   Reception weight matrix calculation section 310 calculates an antenna reception weight matrix based on channel matrix H stored in channel matrix holding section 308. When the wireless communication apparatus operates as Beamformee and the received packet is beamformed, the estimated channel matrix is equal to UD when the singular value decomposition is performed (see Equation (7)). An antenna reception weight matrix is calculated. Reception weight matrix multiplication section 311 performs spatial decoding of the spatially multiplexed signal by performing matrix multiplication of the reception vector having each reception stream as an element and the antenna reception weight matrix, and obtains an independent signal sequence for each stream. .

また、チャネル行列保持部308に格納された推定チャネル行列Hは、下り方向のチャネル行列として送信系統のビーム形成用送信重み行列計算部114aに渡される(チャネル行列の可逆性が仮定されている)。既に述べたように、送信重み行列計算部114aはチャネル行列Hを特異値分解することによって送信重み行列Vを算出し、送信重み行列乗算部114bは各送信ストリームを要素とする送信ベクトルXにこの送信重み行列Vを乗算し、これによって送信アンテナ・ブランチ毎の送信ストリームを生成する。   Further, the estimated channel matrix H stored in the channel matrix holding unit 308 is passed to the transmission system beam forming transmission weight matrix calculation unit 114a as a downlink channel matrix (it is assumed that the channel matrix is reversible). . As described above, the transmission weight matrix calculation unit 114a calculates the transmission weight matrix V by performing singular value decomposition on the channel matrix H, and the transmission weight matrix multiplication unit 114b applies this transmission vector X to each transmission stream as an element. The transmission weight matrix V is multiplied, thereby generating a transmission stream for each transmission antenna branch.

空間分離部216ではヘッダ以降のペイロード部分においてもチャネル・トラッキングによりチャネル行列を更新し続け、チャネル行列保持部308には最新のチャネル行列推定値が格納されているので、空間多重部114では、最新のチャネル行列推定値から送信重み行列を算出し、より正確な送信重み行列を送信ベクトルに乗算してデータ・パケットの空間多重伝送を行なうことができる、という点を十分理解されたい。   The space separation unit 216 continues to update the channel matrix by channel tracking even in the payload portion after the header, and the channel matrix holding unit 308 stores the latest channel matrix estimation value. It should be fully understood that the transmission weight matrix can be calculated from the estimated channel matrix values and the transmission vector can be multiplied by a more accurate transmission weight matrix to perform spatial multiplexing transmission of data packets.

例えば、RTS/CTS手順においてデータ・パケットを送信する際、送信重み行列計算部114aは、その直前のCTSパケットのPHYヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFで求めたチャネル行列ではなく、CTSパケット時間分だけチャネル・トラックにより追従して得られた最新のチャネル行列を特異値分解して送信重みとしてU’*(=V)を求め、送信重み行列乗算部114bは送信ベクトルXにこの送信重み行列U’*を乗算する。 For example, when transmitting a data packet in the RTS / CTS procedure, the transmission weight matrix calculation unit 114a uses the CTS packet time instead of the channel matrix obtained from the training sequence HT-LTF included in the PHY header of the immediately preceding CTS packet. The latest channel matrix obtained by following the channel and track by the singular value is subjected to singular value decomposition to obtain U ′ * (= V) as a transmission weight. Multiply U ' * .

また、チャネル行列追従部307は、受信パケットに含まれるがチャネル・トラックによる更新ができないExtension HT−LTFから推定されるチャネル行列成分に関しては、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分(送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など)のみを補正した値を用いるとともに、受信パケットに含まれ且つチャネル・トラックによる更新が可能なHT−LTFに対応するチャネル行列成分に関しては、チャネル・トラックにより更新された鮮度のよい値を用い、これらのチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列をチャネル行列保持部308に格納する。送信重み行列計算部114aは、このようなチャネル行列を特異値分解し、その結果をそれ以降の送信パケットに対する重み行列として利用する。   In addition, the channel matrix tracking unit 307, regarding the channel matrix component estimated from the Extension HT-LTF that is included in the received packet but cannot be updated by the channel / track, is an error component other than the temporal variation of the channel matrix (between transmission and reception). The channel matrix component corresponding to the HT-LTF that is included in the received packet and can be updated by the channel track is updated by the channel track. A channel matrix in which these channel matrix components are combined is stored in the channel matrix holding unit 308 using a value with a high freshness. The transmission weight matrix calculation unit 114a performs singular value decomposition on such a channel matrix, and uses the result as a weight matrix for subsequent transmission packets.

ここで、無線通信装置がImplict feedbackにおいてBeamformerとしてRTS/CTS手順を通じてデータ・パケットを送信する際の、図1に示した送信系統と図2〜図3に示した受信系統の動作について、図4を参照しながら説明する。   Here, the operation of the transmission system shown in FIG. 1 and the reception system shown in FIGS. 2 to 3 when the wireless communication apparatus transmits a data packet through the RTS / CTS procedure as a beamformer in the impact feedback will be described with reference to FIG. Will be described with reference to FIG.

Beamformerは、送信系統から通信相手となるBeamformee宛てのRTSパケットを送信し、これに対し、BeamformeeからはCTSパケットが返信される。   The beamformer transmits an RTS packet addressed to the beamformee as a communication partner from the transmission system, and in response to this, the beamformee returns a CTS packet.

Beamformerの受信系統では、まず、受信したCTSパケットのHT−LTFを用いて、上り方向のチャネル行列H’を推定するが、さらにCTSパケット時間分だけチャネル・トラックして、チャネル行列を更新し続ける。   In the beamformer reception system, first, the channel matrix H ′ in the uplink direction is estimated using the HT-LTF of the received CTS packet. However, the channel matrix is further tracked by the CTS packet time, and the channel matrix is continuously updated. .

Beamformerの送信系統では、CTSパケット時間分だけチャネル・トラックして得られた最新の上り方向のチャネル行列H’から、可逆性の仮定(上式(4)を参照のこと)を基に、送信重み行列U’*(上式(5)を参照のこと)を算出する。そして、データ・パケットのペイロード部分を複数の送信ストリームに振り分けた送信ベクトルXに送信重み行列U’*を乗算して空間多重して、送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルYを得て(上式(6)を参照のこと)、送信する。 In the Beamformer transmission system, transmission is performed based on the assumption of reversibility (see the above equation (4)) from the latest upstream channel matrix H ′ obtained by channel-tracking for the time of CTS packets. A weight matrix U ′ * (see the above equation (5)) is calculated. Then, the transmission vector X in which the payload portion of the data packet is distributed to a plurality of transmission streams is multiplied by the transmission weight matrix U ′ * to be spatially multiplexed, and the transmission vector Y having the transmission signal for each transmission antenna branch as an element (See equation (6) above) and transmit.

このデータ・パケットはチャネル行列Hで表される伝搬路を介して到来するので、データ・ペイロード部分の受信ベクトルはHY(=UDX)となる(上式(7)を参照のこと)。   Since this data packet arrives via the propagation path represented by the channel matrix H, the reception vector of the data payload portion is HY (= UDX) (see the above equation (7)).

Beamformerが送信重み行列U’*の計算に用いるチャネル行列H’は、Beamformeeにとってはデータ・パケットのトレーニング系列HT−LTFを受信する時刻により近い時点で推定された新鮮なものである。したがって、Beamformee側では、データ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列HT−LTFからより正確なチャネル行列UDを推定することができる。すなわち、Beamformeeは、Beamformer側でデータ・パケットのペイロード部分の空間多重に用いた送信重み行列U’*に対応した、より正確に受信重み行列(UD)-1を求め、空間分離を行なうことができる。これによって、パケット誤り率(PER)の増加や所要SNRの増加、通信品質の劣化を防ぐことができる。 The channel matrix H ′ used by Beamformer to calculate the transmission weight matrix U ′ * is fresh for Beamforme estimated at a time closer to the time when the training sequence HT-LTF of the data packet is received. Therefore, on the Beamforme side, a more accurate channel matrix UD can be estimated from the training sequence HT-LTF included in the header of the data packet. In other words, the beamformee obtains a reception weight matrix (UD) −1 more accurately corresponding to the transmission weight matrix U ′ * used for spatial multiplexing of the payload portion of the data packet on the beamformer side, and performs spatial separation. it can. This can prevent an increase in packet error rate (PER), an increase in required SNR, and a deterioration in communication quality.

最後に、空間分離部216内のチャネル行列追従部307における動作方法についてまとめておく。   Finally, the operation method in the channel matrix tracking unit 307 in the space separation unit 216 will be summarized.

(1)チャネル伝達関数以外のエラー成分だけを補正する場合
受信信号のパイロット信号などを参照し、BeamformerとBeamformee間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差を検出する(OFDM伝送方式などでは、受信側で準同期検波した後の複素ベースバンドにおいて振幅並びに位相変動補償を行なうための基準となるパイロット信号が例えばペイロード部の位相点に挿入されている)。これらの誤差を補正したチャネル行列から送信重み付け行列を算出する。この方法は、チャネル・トラックの機構を搭載していない無線通信システムにおいても有効である。
(1) When correcting only error components other than the channel transfer function Referring to the pilot signal of the received signal, the carrier frequency error and the sampling frequency error between the beamformer and the beamformee are detected (in the OFDM transmission method, etc. A pilot signal serving as a reference for performing amplitude and phase fluctuation compensation in the complex baseband after quasi-synchronous detection is inserted, for example, at the phase point of the payload portion). A transmission weighting matrix is calculated from a channel matrix in which these errors are corrected. This method is also effective in a wireless communication system not equipped with a channel track mechanism.

(2)演算回路が十分に高速な場合
Beamformerは、受信パケット(例えば、CTSパケット)の最後までチャネル・トラックを行ない、当該受信パケットの最終的なチャネル行列Hを得ると、これを特異値分解して送信重み行列としてU’*を算出する。続くデータ・パケットの送信時には、この送信重み行列U’*を乗算して送信する。理想的な動作を実現することができる。
(2) When the arithmetic circuit is sufficiently fast The beamformer performs channel tracking to the end of the received packet (for example, CTS packet), and obtains the final channel matrix H of the received packet. Then, U ′ * is calculated as a transmission weight matrix. At the time of transmission of the subsequent data packet, the transmission weight matrix U ′ * is multiplied and transmitted. Ideal operation can be realized.

(3)受信パケットとデータ・パケットの時間間隔ではチャネル・トラックと特異値分解の演算が間に合わない場合
IEEE802.11では、RTS/CTSフレームやACKフレームなどの優先度の高いフレームの伝送には短いフレーム間隔(SIFS:Short Inter−Frame Space)が用いられる。このため、BeamformerがCTSパケットを受信してからデータ・パケットの送信を開始するまでにチャネル・トラックと特異値分解の演算が間に合わないことが想定される。
(3) When the operation of channel track and singular value decomposition is not in time in the time interval between the received packet and the data packet In IEEE 802.11, it is short for transmission of high priority frames such as RTS / CTS frames and ACK frames. A frame interval (SIFS: Short Inter-Frame Space) is used. For this reason, it is assumed that the calculation of the channel track and the singular value decomposition is not in time before the beamformer receives the CTS packet and starts transmission of the data packet.

このような場合、Beamformerは、データ・パケットの送信時に送信重み行列U’*の算出が間に合うように、特異値分解の演算にかかる時間を逆算し、おおよそその分だけ次の送信パケットに先立つタイミングのところまでチャネル・トラッキングし推定したチャネル行列を用いて送信重み行列を計算するようにする。 In such a case, the beamformer reversely calculates the time required for the calculation of the singular value decomposition so that the calculation of the transmission weight matrix U ′ * is in time when the data packet is transmitted, and the timing preceding the next transmission packet is approximately that much. The transmission weight matrix is calculated using the channel matrix that has been channel-tracked and estimated.

(4)Extension HT−LTFがある場合で、且つチャネル行列Hの時間的変動が少ない場合
IEEE802.11nでは、HT−LTFは2つのパートから構成されることが規定されている。第1のパートは、1乃至4個のHT−LTFからなり、これらはデータ・ペイロード部分の空間分離に必要であり、DATA HT−LTFとも呼ばれる(本明細書中では、単にHT−LTFと言うときにはDATA HT−LTFを指すものとする)。また、MIMOチャネルにおける余剰の空間次元数を調査するためのトレーニング系列としてExtension HT−LTFが規定されている。また、第2のパートは、任意であり、0乃至4個のHT−LTFからなり、データ・ペイロード部分の空間多重伝送には利用されないMIMOチャネルの余剰の空間次元を調査するために利用され、Extra HT−LTFとも呼ばれる。
(4) When there is an Extension HT-LTF and the time variation of the channel matrix H is small IEEE 802.11n stipulates that the HT-LTF is composed of two parts. The first part consists of 1 to 4 HT-LTFs, which are necessary for the spatial separation of the data payload part and are also referred to as DATA HT-LTFs (herein simply referred to as HT-LTFs). Sometimes referred to as DATA HT-LTF). Also, Extension HT-LTF is defined as a training sequence for investigating the number of extra spatial dimensions in the MIMO channel. The second part is optional, consists of 0 to 4 HT-LTFs, and is used to investigate the extra spatial dimension of the MIMO channel that is not used for spatial multiplexing transmission of the data payload part, Also called Extra HT-LTF.

Extension HT−LTFを伝送するMIMOチャネルは、DATA HT−LTFとは異なり、それ以降にペイロード部分を含まないことから、チャネル・トラックすることができない。そこで、Beamformerは、チャネル・トラックした結果、チャネル行列Hの時間的変動が少なかったときには、チャネル・トラックによる更新が可能なHT−LTFに対応するチャネル行列成分だけ更新された新鮮なチャネル行列Hの特異値分解の処理を行なう。また、チャネル・トラックによる更新ができないExtensionHT−LTFに対応する行列成分については、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分(送受信間のキャリア周波数誤差並びにサンプリング周波数誤差)を最初のExtension HT−LTFに対して補正する。そして、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列を特異値分解し、その結果を以降の送信パケットのための送信重み付け行列を得る。   Unlike the DATA HT-LTF, the MIMO channel that transmits the Extension HT-LTF does not include a payload portion thereafter, and therefore cannot be channel-tracked. Therefore, when the beamformer channel-tracks the channel matrix H as a result of channel tracking, there is little time variation of the channel matrix H, and only the channel matrix component corresponding to the HT-LTF that can be updated by the channel track is updated. Perform singular value decomposition. In addition, for matrix components corresponding to Extension HT-LTF that cannot be updated by the channel / track, error components (carrier frequency error and sampling frequency error between transmission and reception) other than temporal fluctuation of the channel matrix are set in the first Extension HT-LTF. Correct for this. Then, a singular value decomposition is performed on the channel matrix obtained by combining these corrected channel matrix components, and the result is used to obtain a transmission weighting matrix for subsequent transmission packets.

例えば、Beamformeeから送信されたパケット(CTSパケット)が3本のMIMOチャネルからなり、このうち2本のMIMOチャネル#1〜#2ではDATA HT−LTFが送信されるが、1本のMIMOチャネルではExtension HT−LTFが送信される場合(図5を参照のこと)、DATA HT−LTF以降にはペイロードが続くことからチャネル・トラックが可能であるが、Extension HT−LTF以降にはペイロードのフィールドを伴わないので、チャネル・トラック不能である。Beamformeeのi番目の送信アンテナからBeamformerのj番目の受信アンテナへの伝達関数をhjiとおくと、チャネル行列は下式(9)のように表される(但し、Beamformeeの送信アンテナ本数を3本とし、Beamformerの受信アンテナ本数を2本とする)。 For example, a packet (CTS packet) transmitted from Beamformee consists of three MIMO channels. Of these, DATA HT-LTF is transmitted on two MIMO channels # 1 to # 2, but one MIMO channel When Extension HT-LTF is transmitted (see FIG. 5), channel tracking is possible since the payload continues after DATA HT-LTF, but the field of the payload is extended after Extension HT-LTF. Since it is not accompanied, channel tracking is impossible. When the transfer function from the beamformee's i-th transmit antenna to the beamformer's j-th receive antenna is set to h ji , the channel matrix is expressed by the following equation (9) (where the number of beamformee transmit antennas is 3 And the number of Beamformer receiving antennas is two).

Figure 2009071493
Figure 2009071493

ストリーム#1〜#2のHT−LTFから取得される伝達関数h11、h12、h21、h21についてはチャネル・トラックが可能であるが、ストリーム#3のHT−LTFから取得される伝達関数h13、h23についてはチャネル・トラックが不能である。したがって、フィードバックされたパケット(CTSパケット)の終端ではチャネル行列は下式(10)のように更新される。同式に示すように、チャネル行列のうち第1〜2列目までの各行列要素は更新されるが、第3列目のチャネル行列要素は更新されない。 For the transfer functions h 11 , h 12 , h 21 , and h 21 obtained from the HT-LTF of the streams # 1 to # 2, a channel track is possible, but the transfer obtained from the HT-LTF of the stream # 3. Channel tracking is not possible for the functions h 13 and h 23 . Therefore, at the end of the fed back packet (CTS packet), the channel matrix is updated as shown in the following equation (10). As shown in the equation, the matrix elements in the first and second columns of the channel matrix are updated, but the channel matrix element in the third column is not updated.

Figure 2009071493
Figure 2009071493

また、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分(送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など)をΔとし、これも併せて補正すると、フィードバックされたパケット(CTSパケット)の終端でのチャネル行列は下式(11)の通りとなる。   Further, when an error component other than the temporal variation of the channel matrix (carrier frequency error between transmission and reception, sampling frequency error, etc.) is Δ and corrected together, the channel matrix at the end of the fed back packet (CTS packet) Is as shown in the following equation (11).

Figure 2009071493
Figure 2009071493

したがって、この場合のBeamformerは、上式(11)に示すチャネル行列を特異値分解して得られた結果を、後続の送信パケット(データ・パケット)の送信重み行列に用いるようにすればよい。   Therefore, the beamformer in this case may use the result obtained by singular value decomposition of the channel matrix shown in the above equation (11) as the transmission weight matrix of the subsequent transmission packet (data packet).

(5)Extension HT−LTFがある場合で、且つチャネル行列Hの時間的変動が大きい場合
チャネル・トラックした結果、チャネル行列Hの時間的変動が大きい場合には、Extension HT−LTFに対応するチャネル行列成分は切り捨ててしまって、チャネル・トラック可能なHT−LTFに対応する行列要素のみで特異値分解処理を行なう。
(5) When there is an Extension HT-LTF and the temporal variation of the channel matrix H is large If the temporal variation of the channel matrix H is large as a result of channel tracking, the channel corresponding to the Extension HT-LTF Matrix components are discarded, and singular value decomposition processing is performed using only matrix elements corresponding to channel-trackable HT-LTFs.

(6)チャネル行列の時間的変動の確認方法
Beamformerは受信パケット(CTSパケット)を最後まで受信して、送受信機間の搬送波周波数誤差とサンプリング周波数誤差を推定する。そして、この補正値を以って、パケット先頭付近にあるHT−LTFからこの誤差成分を除去して、チャネル行列を推定する。そして、当該パケットの最後まで受信した結果、チャネル行列の時間的変動と送受新機間の誤差の両方が補正されたチャネル伝達関数と、前述のパケット先頭付近のHT−LTFから誤差を除去して推定したチャネル伝達関数との相関値を求め、この相関値を以ってチャネル行列の時間的変動の大小を判断する。
(6) Method for Confirming Temporal Variation of Channel Matrix Beamformer receives received packets (CTS packets) to the end, and estimates a carrier frequency error and a sampling frequency error between the transmitter and the receiver. Then, with this correction value, this error component is removed from the HT-LTF near the head of the packet, and the channel matrix is estimated. As a result of receiving up to the end of the packet, the error is removed from the channel transfer function in which both the time variation of the channel matrix and the error between the transmitter and receiver are corrected, and the HT-LTF near the head of the packet. A correlation value with the estimated channel transfer function is obtained, and the magnitude of temporal variation of the channel matrix is determined using this correlation value.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.

本明細書では、説明の簡素化のため、送信側の端末はストリームをアンテナ・ブランチに直接割り当てる“direct mapping”を行なう実施形態についてのみ説明してきたが、“spatial expansion”やストリームとアンテナ・ブランチが1対1に対応しない変換方式を採り入れた場合であっても、同様に本発明を適用することができる。   In the present specification, for the sake of simplicity of explanation, only the embodiment in which the transmitting terminal performs “direct mapping” in which a stream is directly assigned to an antenna branch has been described. However, “spatial expansion”, stream, and antenna branch are described. Even when a conversion method that does not correspond to the one-to-one is adopted, the present invention can be similarly applied.

また、本明細書では、主にIEEE802.11の拡張規格であるIEEE802.11nに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、IEEE802.16eをベースとしたMobile WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave)、移動体向けの高速無線通信規格であるIEEE802.20、60GHz(ミリ波)帯を使用する高速無線PAN(Personal Area Network)規格であるIEEE802.15.3c、60GHz(ミリ波)帯の無線伝送を利用して非圧縮のHD(High Definition)映像を伝送可能とするWireless HD、第4世代(4G)携帯電話など、MIMO通信方式を採用するさまざまな無線通信システムに対して、同様に本発明を適用することができる。   In the present specification, the description has been made mainly on the embodiment applied to IEEE802.11n which is an extension standard of IEEE802.11. However, the gist of the present invention is not limited to this. For example, Mobile WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave) based on IEEE802.16e, IEEE802.20 which is a high-speed wireless communication standard for mobiles, and a high-speed wireless PAN (Personal Area) using the 60 GHz (millimeter wave) band IEEE 802.15.3c, Wireless HD that enables transmission of uncompressed HD (High Definition) video using 60 GHz (millimeter-wave) band wireless transmission, MIMO communication such as 4th generation (4G) mobile phones, etc. The present invention can be similarly applied to various wireless communication systems employing the method.

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。   In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.

図1は、主にImplicit feedbackのBeamformerとして動作することができる無線通信装置の送信系統の構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a transmission system of a wireless communication apparatus that can mainly operate as a beamformer of an implicit feedback. 図2は、主にImplicit feedbackのBeamformerとして動作することができる無線通信装置の受信系統の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a reception system of a wireless communication apparatus that can operate mainly as a beamformer of an implicit feedback. 図3は、空間分離部216内の構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration in the space separation unit 216. 図4は、無線通信装置がImplict feedbackにおいてBeamformerとしてRTS/CTS手順を通じてデータ・パケットを送信する際の通信シーケンスを示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a communication sequence when a wireless communication apparatus transmits a data packet through an RTS / CTS procedure as a beamformer in an impact feedback. 図5は、Extension HT−LTFが含まれる場合のチャネル行列の更新方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a channel matrix update method when Extension HT-LTF is included. 図6は、OFDM_MIMO通信方式を採用するIEEE802.11nで規定するパケット・フォーマットの一例(Mixed format)を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing an example (mixed format) of a packet format defined by IEEE802.11n adopting the OFDM_MIMO communication system. 図7は、クローズドループ型のMIMO通信システムにおいてRTS/CTS手順に則った通信シーケンスを模式的に示した図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a communication sequence in accordance with the RTS / CTS procedure in a closed loop type MIMO communication system. 図8は、RTS/CTS手順を実行する仮定でチャネル行列が変動する様子を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing how the channel matrix fluctuates on the assumption that the RTS / CTS procedure is executed.

符号の説明Explanation of symbols

100…データ発生器
102…スクランブラ
104…符号化器
106…シリアル・パラレル変換部
108…パンクチャ
110…インタリーバ
111…セレクタ
112…マッパー
114…空間多重部
114a…ビーム生成用送信重み行列計算部
114b…送信重み行列計算部
116…高速フーリエ逆変換部(IFFT)
118…ガード挿入部
120…デジタル・フィルタ
122…DAコンバータ(DAC)
124…RF部
200…データ取得部
202…デスクランブラ
204…復号器
206…パラレル・シリアル変換部
208…デパンクチャ
210…デインタリーバ
212…デマッパー
214…チャネル等化回路
216…空間分離部
218…高速フーリエ変換部(FFT)
220…ガード除去部
222…同期回路
224…デジタル・フィルタ
226…ADコンバータ(ADC)
228…RF部
301…符号化器
302…シリアル・パラレル変換部
303…パンクチャ
304…インタリーバ
305…マッパー
306…判定帰還部
307…チャネル行列追従部
308…チャネル行列保持部
309…チャネル行列推定部
310…受信重み行列計算部
311…受信重み行列乗算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Data generator 102 ... Scrambler 104 ... Encoder 106 ... Serial-parallel conversion part 108 ... Puncture 110 ... Interleaver 111 ... Selector 112 ... Mapper 114 ... Spatial multiplexing part 114a ... Transmission weight matrix calculation part 114b for beam generation ... Transmission weight matrix calculation unit 116... Fast Fourier inverse transform unit (IFFT)
118 ... Guard insertion part 120 ... Digital filter 122 ... DA converter (DAC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 124 ... RF part 200 ... Data acquisition part 202 ... Descrambler 204 ... Decoder 206 ... Parallel / serial conversion part 208 ... Depuncture 210 ... Deinterleaver 212 ... Demapper 214 ... Channel equalization circuit 216 ... Spatial separation part 218 ... Fast Fourier transform Department (FFT)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 220 ... Guard removal part 222 ... Synchronous circuit 224 ... Digital filter 226 ... AD converter (ADC)
228 ... RF unit 301 ... encoder 302 ... serial / parallel conversion unit 303 ... puncture 304 ... interleaver 305 ... mapper 306 ... decision feedback unit 307 ... channel matrix tracking unit 308 ... channel matrix holding unit 309 ... channel matrix estimation unit 310 ... Reception weight matrix calculation unit 311... Reception weight matrix multiplication unit

Claims (29)

互いに複数本のアンテナを用いてパケットを無線伝送し、受信したパケットから推定されるチャネル行列から送信重み行列を求めてパケットを重み付け送信する第1の無線通信装置と、受信したパケットから推定されるチャネル行列から受信重み行列を求めてパケットを重み付け受信する第2の無線通信装置からなる無線通信システムであって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記第1の無線通信装置は、前記第2の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するとともに、該受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、以後に前記第2の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信し、
前記第2の無線通信装置は、前記第1の無線通信装置が重み付け送信したパケットを、該パケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列から推定されるチャネル行列から求まる受信重み行列を用いて重み付け受信を開始する、
ことを特徴とする無線通信システム。
A first wireless communication device that wirelessly transmits a packet using a plurality of antennas, obtains a transmission weight matrix from a channel matrix estimated from the received packet, and weights and transmits the packet, and is estimated from the received packet A wireless communication system comprising a second wireless communication device that obtains a reception weight matrix from a channel matrix and weights and receives a packet, wherein the packet includes a training sequence for channel matrix estimation and a payload,
The first wireless communication apparatus estimates a channel matrix using a training matrix for channel matrix estimation included in a packet received from the second wireless communication apparatus, and a training sequence for channel matrix estimation of the received packet An error component of a channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus is obtained using a section other than the above, and transmitted using a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component A weight matrix is generated, and a packet to be transmitted to the second wireless communication apparatus is weighted and transmitted by the transmission weight matrix thereafter,
The second wireless communication apparatus receives a weighted transmission of the packet transmitted by the first wireless communication apparatus using a reception weight matrix obtained from a channel matrix estimated from a channel matrix estimation training sequence included in the packet. To start the
A wireless communication system.
前記第1及び第2の無線通信装置間のチャネルはチャネル行列の可逆性が仮定され、前記第1の無線通信装置が、前記第2の無線通信装置から第1のパケットを受信したことに続いて前記第2の無線通信装置へ第2のパケットを送信する際に、
前記第1の無線通信装置は、受信した第1のパケットから推定される上り方向のチャネル行列H’(=U’D’V’H)を特異値分解して、第1のパケットに続いて送信する第2のパケットを重み付けするための送信重み行列Vを求め、
前記第2の無線通信装置は、前記第1の無線通信装置が重み付け送信した第2のパケットを下り方向のチャネル行列Hからなるチャネルを介して受信し、該受信した第2のパケットから推定される下り方向のチャネル行列H(=UDVH)を特異値分解して、第2のパケットを重み付け受信するための受信重み行列(UD)-1を求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
The channel between the first and second wireless communication devices is assumed to be reversible in the channel matrix, and the first wireless communication device receives the first packet from the second wireless communication device. When transmitting the second packet to the second wireless communication device,
The first wireless communication apparatus performs singular value decomposition on an uplink channel matrix H ′ (= U′D′V ′ H ) estimated from the received first packet, and follows the first packet. Obtaining a transmission weight matrix V for weighting the second packet to be transmitted;
The second wireless communication apparatus receives the second packet weighted and transmitted by the first wireless communication apparatus via a channel including a downlink channel matrix H, and is estimated from the received second packet. Singular value decomposition of the downlink channel matrix H (= UDV H ) to obtain a reception weight matrix (UD) −1 for weighted reception of the second packet,
The wireless communication system according to claim 1.
前記第1の無線通信装置が、前記第2の無線通信装置から第1のパケットを受信したことに続いて前記第2の無線通信装置へ第2のパケットを送信する際に、
前記第1の無線通信装置は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
When the first wireless communication device transmits the second packet to the second wireless communication device following the reception of the first packet from the second wireless communication device,
The first wireless communication apparatus uses a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet to generate a channel caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus An error component of the matrix is obtained, and the second packet is weighted and transmitted using a transmission weight matrix obtained from a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component.
The wireless communication system according to claim 1.
前記第1の無線通信装置は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。
The first wireless communication apparatus is caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus until reaching the end of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. An error component of a channel matrix to be transmitted, and weighted transmission of the second packet using a transmission weight matrix obtained from a final channel matrix estimation result obtained by correcting the error component at the end.
The wireless communication system according to claim 3.
前記第1の無線通信装置は、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。
The first wireless communication device considers a frame interval from the end of reception of the first packet to the start of transmission of the second packet, and includes a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. An error component of the channel matrix resulting from at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus is obtained until a time point at which transmission weight matrix calculation is in time for transmission of the second packet. The second packet is weighted and transmitted using a transmission weight matrix obtained from a final channel matrix estimation result obtained by correcting the error component at the time point.
The wireless communication system according to claim 3.
前記第1の無線通信装置は、前記第2の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
The first wireless communication device performs carrier frequency error with the second wireless communication device by channel tracking in a payload portion after a training sequence for channel matrix estimation of a packet received from the second wireless communication device. Alternatively, an error component of a channel matrix caused by at least one of sampling frequency errors is obtained, and a transmission weight matrix is generated using a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component.
The wireless communication system according to claim 1.
前記第1の無線通信装置は、前記第2の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
The first radio communication device uses the pilot signal inserted at the phase point of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the packet received from the second radio communication device, and uses the second radio An error component of a channel matrix resulting from at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with a communication device is obtained, and a transmission weight matrix is generated using a channel matrix estimation result obtained by correcting the error component.
The wireless communication system according to claim 1.
前記第2の無線通信装置の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合に、
前記第1の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正し、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてはチャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正し、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信システム。
When at least a part of the signal sequence transmitted from each antenna of the second wireless communication device is an extended training sequence that does not include a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation,
The first wireless communication apparatus obtains a channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion by carrier tracking error or sampling with the second wireless communication apparatus, which is obtained by channel tracking. Corrects error components due to temporal variations in channel matrix caused by at least one of frequency errors, and corrects error components other than temporal variations in channel transfer function for channel matrix components corresponding to extended training sequences. A transmission weight matrix is generated from the channel matrix obtained by combining the channel matrix components after
The wireless communication system according to claim 6.
前記第1の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信システム。
When the first wireless communication apparatus corrects an error component by channel tracking for a channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion, the first wireless communication device estimates the channel matrix of the first packet. The error component of the channel matrix resulting from at least one of the carrier frequency error and the sampling frequency error with the second wireless communication apparatus is obtained until reaching the end of the payload portion after the training sequence for use, and the error component is corrected at the end Weighted transmission of the second packet using a transmission weight matrix obtained from the final channel matrix estimation result;
The wireless communication system according to claim 8.
前記第1の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第2のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信システム。
When the first wireless communication device corrects an error component by channel tracking for a channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion, the first wireless communication device starts receiving the first packet. Considering the frame interval until the start of transmission of the second packet, the transmission weight matrix can be calculated in time for the transmission of the second packet in the payload portion after the channel matrix estimation training sequence of the first packet. From the final channel matrix estimation result obtained by obtaining an error component of the channel matrix due to at least one of the carrier frequency error and the sampling frequency error with the second wireless communication device until the time and correcting the error component at the time A second packet is weighted and transmitted using a transmission weight matrix obtained;
The wireless communication system according to claim 8.
前記第1の無線通信装置は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因する、チャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信システム。
The first wireless communication apparatus, for the channel matrix component corresponding to the extended training sequence, has a temporal relationship of a channel transfer function caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus. Correct error components other than fluctuations,
The wireless communication system according to claim 8.
チャネル行列の変動が大きいとき、前記第1の無線通信装置は、拡張トレーニング系列から推定されるチャネル行列成分を取り除いたチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信システム。
When the variation of the channel matrix is large, the first wireless communication apparatus generates a transmission weight matrix from the channel matrix obtained by removing the channel matrix component estimated from the extended training sequence.
The wireless communication system according to claim 8.
前記第1の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項12に記載の無線通信システム。
The first wireless communication apparatus, for a channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion, until the end of the payload portion after the channel matrix estimation training sequence of the first packet. Generate a transmission weight matrix from the channel matrix updated by channel tracking.
The wireless communication system according to claim 12.
前記第1の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項12に記載の無線通信システム。
For the channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion, the first wireless communication apparatus sets a frame interval from the end of reception of the first packet to the start of transmission of the second packet. In consideration, the channel matrix updated by channel tracking until the time when the calculation of the transmission weight matrix is in time for the transmission of the second packet in the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet Generate a transmission weight matrix from
The wireless communication system according to claim 12.
複数本のアンテナを備え、通信相手との間でパケットを無線伝送する無線通信装置であって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記通信相手からパケットを受信するパケット受信手段と、
前記通信相手から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するチャネル行列推定手段と、
前記通信相手からパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定するチャネル行列追従手段と、
前記チャネル行列追従手段によるチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する送信重み行列生成手段と、
以後に前記通信相手宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信するパケット送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that includes a plurality of antennas and wirelessly transmits a packet to and from a communication partner, the packet including a training sequence for channel matrix estimation and a payload,
A packet receiving means for receiving a packet from the communication partner;
Channel matrix estimation means for estimating a channel matrix using a training sequence for channel matrix estimation included in a packet received from the communication partner;
An error component of a channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with the communication partner is obtained using a section other than the training sequence for channel matrix estimation of the packet from the communication partner, and the error component is corrected Channel matrix tracking means for estimating the channel matrix;
Transmission weight matrix generation means for generating a transmission weight matrix using a channel matrix estimation result by the channel matrix tracking means;
Packet transmission means for weighting and transmitting packets to be transmitted to the communication partner thereafter using the transmission weight matrix;
A wireless communication apparatus comprising:
前記通信相手との間のチャネルはチャネル行列の可逆性が仮定され、前記通信相手から第1のパケットを受信したことに続いて前記通信相手宛てに第2のパケットを送信する際に、
前記送信重み行列生成手段は、前記チャネル行列追従手段が第1のパケットから推定する上り方向のチャネル行列H’(=U’D’V’H)を特異値分解して、第1のパケットに続いて送信する第2のパケットを重み付けするための送信重み行列Vを求める、
ことを特徴とする請求項15に記載の無線通信装置。
The channel between the communication partners is assumed to be reversible in the channel matrix, and when the second packet is transmitted to the communication partner following the reception of the first packet from the communication partner,
The transmission weight matrix generation means performs singular value decomposition on an upstream channel matrix H ′ (= U′D′V ′ H ) estimated from the first packet by the channel matrix tracking means to obtain a first packet. Subsequently, a transmission weight matrix V for weighting the second packet to be transmitted is obtained.
The wireless communication apparatus according to claim 15.
前記通信相手から第1のパケットを受信したことに続いて前記通信相手宛てに第2のパケットを送信する際に、
前記チャネル行列追従手段は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項15に記載の無線通信装置。
When transmitting the second packet to the communication partner following the reception of the first packet from the communication partner,
The channel matrix tracking means obtains an error component of the channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the communication partner using a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. Estimating a channel matrix with the error component corrected,
The wireless communication apparatus according to claim 15.
前記チャネル行列追従手段は、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項17に記載の無線通信装置。
The channel matrix tracking means includes a channel caused by at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus until reaching the end of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. Obtaining an error component of the matrix and estimating a final channel matrix with the error component corrected at the end,
The wireless communication apparatus according to claim 17.
前記チャネル行列追従手段は、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項17に記載の無線通信装置。
The channel matrix tracking means considers the frame interval from the end of reception of the first packet to the start of transmission of the second packet, and includes the first portion of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet. Until a time point at which transmission weight matrix calculation is in time for transmission of the second packet, an error component of the channel matrix resulting from at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the communication partner is obtained, and the error component at that time point Estimate the final channel matrix corrected for,
The wireless communication apparatus according to claim 17.
前記チャネル行列追従手段は、前記通信相手から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項15に記載の無線通信装置。
The channel matrix tracking means includes a channel caused by at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with the communication partner by channel tracking in a payload portion after a channel matrix estimation training sequence of a packet received from the communication partner. Obtaining an error component of the matrix and estimating a channel matrix in which the error component is corrected;
The wireless communication apparatus according to claim 15.
前記チャネル行列追従手段は、前記通信相手から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項15に記載の無線通信装置。
The channel matrix tracking means uses the pilot signal inserted at the phase point of the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the packet received from the communication partner, or the carrier frequency error or sampling frequency with the communication partner Obtaining an error component of the channel matrix caused by at least one of the errors, and estimating a channel matrix in which the error component is corrected;
The wireless communication apparatus according to claim 15.
前記通信相手の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合に、
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正し、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてはチャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正し、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせてチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項20に記載の無線通信装置。
When at least a part of the signal sequence transmitted from each antenna of the communication partner is an extended training sequence that does not include a payload portion after the training sequence for channel matrix estimation,
For the channel matrix component corresponding to the normal channel matrix estimation training sequence followed by the payload portion, the channel matrix tracking means determines at least one of the carrier frequency error and the sampling frequency error with the communication partner obtained by channel tracking. Correct the error component due to the temporal variation of the channel matrix caused by it, correct the error component other than the temporal variation of the channel transfer function for the channel matrix component corresponding to the extended training sequence, and correct these channel matrix components To estimate the channel matrix,
The wireless communication apparatus according to claim 20.
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項22に記載の無線通信装置。
When the channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion is corrected for an error component by channel tracking, the channel matrix tracking means performs channel matrix estimation training for the first packet. An error component of a channel matrix resulting from at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with the communication partner until the end of the payload portion after the series is obtained, and a final channel matrix in which the error component is corrected at the end is obtained. presume,
The wireless communication apparatus according to claim 22.
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項22に記載の無線通信装置。
When the channel matrix component corresponding to the normal channel matrix estimation training sequence followed by the payload portion is corrected for error components by channel tracking, the channel matrix tracking means performs the second from the end of reception of the first packet. In consideration of the frame interval until the start of packet transmission of the first packet, in the payload portion after the channel matrix estimation training sequence of the first packet, at the time when the transmission weight matrix is calculated by the time of transmission of the second packet An error component of a channel matrix resulting from at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with the communication partner is obtained, and a final channel matrix in which the error component is corrected is estimated at the time point.
The wireless communication apparatus according to claim 22.
前記チャネル行列追従手段は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、前記第2の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因する、チャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正する、
ことを特徴とする請求項22に記載の無線通信装置。
For the channel matrix component corresponding to the extended training sequence, the channel matrix tracking means other than temporal variation of the channel transfer function due to at least one of a carrier frequency error and a sampling frequency error with the second wireless communication apparatus To correct the error component of
The wireless communication apparatus according to claim 22.
チャネル行列の変動が大きいとき、前記第チャネル行列追従手段は、拡張トレーニング系列から推定されるチャネル行列成分を取り除いたチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項22に記載の無線通信装置。
When the variation of the channel matrix is large, the first channel matrix tracking means estimates a channel matrix obtained by removing a channel matrix component estimated from the extended training sequence.
The wireless communication apparatus according to claim 22.
前記第チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項27に記載の無線通信装置。
For the channel matrix component corresponding to the normal channel matrix estimation training sequence followed by the payload portion, the first channel matrix tracking means performs channel processing until reaching the end of the payload portion after the channel matrix estimation training sequence of the first packet.・ Estimate the channel matrix updated by tracking,
The wireless communication apparatus according to claim 27.
前記第チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第1のパケットの受信終了から第2のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第1のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第2のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項27に記載の無線通信装置。
The channel matrix tracking means considers the frame interval from the end of reception of the first packet to the start of transmission of the second packet for a channel matrix component corresponding to a normal channel matrix estimation training sequence followed by a payload portion. Then, the channel matrix updated by channel tracking until the time when the calculation of the transmission weight matrix is in time until the transmission of the second packet in the payload portion after the training sequence for channel matrix estimation of the first packet is obtained. presume,
The wireless communication apparatus according to claim 27.
複数本のアンテナを備え、通信相手との間でパケットを無線伝送するための無線通信方法であって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記通信相手からパケットを受信するパケット受信ステップと、
前記通信相手から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するチャネル行列推定ステップと、
前記通信相手からパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定するチャネル行列追従ステップと、
前記チャネル行列追従手段によるチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する送信重み行列生成ステップと、
以後に前記通信相手宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信するパケット送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method comprising a plurality of antennas and wirelessly transmitting a packet with a communication partner, wherein the packet includes a channel matrix estimation training sequence and a payload,
A packet receiving step of receiving a packet from the communication partner;
A channel matrix estimation step of estimating a channel matrix using a training sequence for channel matrix estimation included in a packet received from the communication partner;
An error component of the channel matrix caused by at least one of a carrier frequency error or a sampling frequency error with the communication partner is obtained using a section other than the training sequence for channel matrix estimation of the packet from the communication partner, and the error component is corrected A channel matrix tracking step for estimating the channel matrix;
A transmission weight matrix generation step of generating a transmission weight matrix using a channel matrix estimation result by the channel matrix tracking means;
A packet transmission step of weighting and transmitting a packet to be transmitted to the communication partner thereafter with the transmission weight matrix;
A wireless communication method comprising:
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