JP2009081578A - 受信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】N本(N≧4)のアンテナを有し、再送制御が可能な受信装置が提供される。当該受信装置は、M本(2≦M≦N−2)のアンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成して当該M個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部と、合成量子化部により合成されるチャネルベクトルの組合せをアンテナの他の組合せに対応するチャネルベクトルの組合せに切り替える組合せ切換部とを備え、各合成量子化部により選択された所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還するものである。
【選択図】図8
Description
まず、本発明に係る好適な実施形態について説明するに先立ち、以下で説明する本発明の各実施形態に関わる技術について、図1〜図6を参照しながら簡単に説明する。
図1を参照しながら、アンテナ巡回置換型の自動再送制御が可能な通信システム1の構成について説明する。図1は、アンテナ巡回置換型の自動再送制御が可能な通信システム1のシステム構成を示す説明図である。
まず、送信装置10の機能構成について説明する。送信装置10は、主に、再送制御部12と、誤り検出符号化部14と、誤り訂正符号化部16と、変調マッピング部18と、アンテナ巡回置換部20と、複数のアンテナ22とにより構成される。
次に、受信装置40の機能構成について説明する。受信装置40は、主に、複数のアンテナ42と、MIMO信号検出部44と、パケット合成部46と、誤り訂正復号部48と、誤り検出部50とにより構成される。
次に、図2を参照しながら、上記の構成を有する送信装置10、及び受信装置40による自動再送制御処理の流れについて簡単に説明する。図2は、通信システム1における自動再送制御処理の流れを示す説明図である。
次に、図3、及び図4を参照しながら、チャネルベクトルの合成量子化方法について説明する。この方法によると、複数のチャネルベクトルを合成して量子化することで、量子化ビット数を増加させることなく、量子化精度を向上させることができる。
図5及び図6を参照しながら、通信システム1000のシステム構成について説明する。図5は、通信システム1000のシステム構成、及び通信システム1000に含まれる送信装置100の機能構成を示す説明図である。図6は、通信システム1000に含まれる受信装置200の機能構成を示す説明図である。
まず、図5を参照しながら、通信システム1000に含まれる送信装置100の機能構成について説明する。
量子化ベクトル再生部102は、量子化コードブックを参照し、各受信装置200から帰還されたコードブックインデックスに基づいて、各受信装置200により推定されたチャネルベクトルに対応する量子化ベクトルを選出する。量子化ベクトル再生部102により選出された量子化ベクトルの情報は、ユーザ選択部104に入力される。
まず、ユーザ選択部104は、量子化ベクトル再生部102から入力された各受信装置200に対応する量子化ベクトルq(#1)、q(#2)に基づいてビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなるように、信号が同時に送信される送信先となる受信装置200の組合せを選択する。ユーザ選択部104は、各受信装置200を示すユーザインデックスを用いて、受信装置200の組合せをサブセット行列設定部106に通知する。また、送信装置100は、ユーザ選択部104により選択された受信装置200の組合せ(ユーザインデックスの組合せ)に応じてストリーム毎に割り当てるデータ(データu1、データu2)を決定し、シリアル/パラレル変換部112に入力する。
サブセット行列設定部106は、量子化ベクトルの要素に基づき、一の受信装置200が有する1つのアンテナ(i)と、他の受信装置200が有する全アンテナとに関するサブセット行列Hi’を設定する。このとき、サブセット行列設定部106は、通信システム1000に含まれる全ての受信装置200に対して、各受信装置200が備えるアンテナ毎にサブセット行列を設定する。但し、(i)は、全受信装置200のアンテナを番号付けした場合のi番目のアンテナを示すインデックスである。
逆行列演算部108は、サブセット行列設定部106により設定された各サブセット行列Hi’に対し、下記の式(5)に示す逆行列演算を施して、サブセット行列Hi’毎のビームフォーミングウェイトWi’を算出する。そして、逆行列演算部108は、算出したビームフォーミングウェイトWi’の情報をビームフォーミング行列生成部110に入力する。
ビームフォーミング行列生成部110は、サブセット行列Hi’毎に算出されたビームフォーミングウェイトWi’を用いて、チャネル行列Hを受信装置200の単位でブロック対角化するためのビームフォーミング行列W’を生成する。まず、ビームフォーミング行列生成部110は、ビームフォーミングウェイトWi’={wj (i);j=1,2,…}の要素(以下、ウェイトベクトル)の中から、受信装置200のアンテナ(i)に対応するウェイトベクトルwk (i)を抽出する。但し、kは、アンテナ(i)に対応する構成要素のインデックスを表す。そして、ビームフォーミング行列生成部110は、抽出したウェイトベクトルwk (i)(k=1,2,…)を用いてビームフォーミング行列W’を生成する。
ビームフォーミング処理部118は、ビームフォーミング行列生成部110により生成されたビームフォーミング行列W’を用いて、送信シンボルベクトルsにビームフォーミングを施して送信する。その結果、受信シンボルベクトルrは、下記の式(8)のように表現される。下記の式(8)に示すように、ビームフォーミング後の実効的なチャネル行列HW’は、受信装置毎にブロック対角化され、受信装置間の干渉成分が除去されている。さらに、この実行的なチャネル行列HW’には、受信装置200が備える複数アンテナ間の干渉成分が残存している。下記の式(8)において、例えば、ρ21は、アンテナ(1)向けのウェイトベクトルと、アンテナ(2)のチャネルベクトルに含まれる相互相関成分とに対応し、アンテナ(2)により受信される成分である。
次に、図6を参照しながら、受信装置200の機能構成について説明する。
チャネル推定部202は、アンテナ(1)から受信した信号に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh1=[h11,h12,h13,h14]Tを推定する。同様に、チャネル推定部204は、アンテナ(2)から受信した信号に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh2=[h21,h22,h23,h24]Tを推定する。チャネル推定部202、204により推定されたチャネルベクトルh1、h2は、合成量子化部206に入力される。
次いで、合成量子化部206は、チャネル推定部204、206により推定された2つのチャネルベクトルh1、h2を合成し、合成チャネルベクトルh1’=a1×h1+b1×h2を生成する。但し、a1、b1は、合成係数である。さらに、合成量子化部206は、記憶部208に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルh1’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置100に帰還する。例えば、合成量子化部206は、合成チャネルベクトルh1’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルq1=[q11,q12,q13,q14]Tを選出する。尚、チャネルベクトルの合成方法には、例えば、選択合成、最大比合成、又は量子化誤差最小合成等の方法が利用される。
チャネル推定部222は、アンテナ(3)から受信した信号に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh3=[h31,h32,h33,h34]Tを推定する。同様に、チャネル推定部224は、アンテナ(4)から受信した信号に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh4=[h41,h42,h43,h44]Tを推定する。チャネル推定部222、224により推定されたチャネルベクトルh3、h4は、合成量子化部226に入力される。
次いで、合成量子化部226は、チャネル推定部224、226により推定された2つのチャネルベクトルh3、h4を合成し、合成チャネルベクトルh2’=a2×h3+b2×h4を生成する。但し、a2、b2は、合成係数である。さらに、合成量子化部226は、記憶部228に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルh2’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置100に帰還する。例えば、合成量子化部226は、合成チャネルベクトルh2’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルq2=[q21,q22,q23,q24]Tを選出する。
合成係数取得部210は、複数のチャネルベクトルh1’、h2’の合成チャネルベクトルと、合成量子化部206により選出された量子化ベクトルq1との間の角度差が小さくなるように、複数のチャネルベクトルh1’、h2’に各々乗算される合成係数a1、b1を取得する手段である。尚、合成係数取得部210は、複数のチャネルベクトルh1’、h2’の情報と、選出された量子化ベクトルq1の情報とに基づいて合成係数a1、b1を算出してもよい。そして、合成係数取得部210は、取得した合成係数a1,b1の情報を信号合成部212に入力する。
信号合成部212は、合成量子化部206に対応する複数のアンテナ(1)(2)から受信した複数の受信信号(r1、r2)を合成する。このとき、信号合成部212は、合成係数取得部210により入力された合成係数a1,b1を各受信信号に乗算してから合成する。例えば、信号合成部212は、アンテナ(1)から受信した受信信号r1に対して合成係数a1を乗算し、アンテナ(2)から受信した受信信号r2に対して合成係数b1を乗算する。そして、信号合成部212は、合成係数a1、b1を乗算した受信信号r1、r2を合成して合成信号R1=a1×r1+b1×r2を生成する。
チャネル推定部214は、信号合成部212により生成された合成信号R1に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh1’=[h11’,h12’,h13’,h14’]Tを推定する。同様に、チャネル推定部234は、信号合成部232により生成された合成信号R2に基づいて、送信装置100の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルh2’=[h21’,h22’,h23’,h24’]Tを推定する。チャネル推定部214、234により推定されたチャネルベクトルh1’、h2’は、MIMO信号検出部240に入力される。
MIMO信号検出部240は、複数の信号合成部212、232により入力された合成信号R1、R2と、各合成信号に対応するチャネルベクトルh1’、h2’とに基づいてストリーム毎に受信信号を分離し、各ストリームの送信シンボルを再生する。MIMO信号検出部240は、例えば、MMSE検波方式やMLD検波方式等の種々の信号分離アルゴリズムを利用してストリームに受信信号を分離する。もちろん、本実施形態のように、ユーザ単位でチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列を用いて送信シンボルベクトルにビームフォーミングが施されている場合、より良好な伝送特性が得られるMLD検波方式又はQR分解MLD方式を適用する方が好ましい。
本発明の一実施形態に係る通信システム5000の構成について説明する。図7に示すように、本実施形態に係る通信システム5000は、送信装置500と、複数の受信装置600とにより構成される。以下、送信装置500、及び受信装置600の機能構成について詳細に説明する。
まず、図7を参照しながら、本実施形態に係る送信装置500の機能構成について説明する。図7は、本実施形態に係る送信装置500の機能構成を示す説明図である。但し、上記の通信システム1000に含まれる送信装置100と実質的に同一の構成要素については重複説明を避けるため、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。
再送制御部502は、各受信装置600から帰還されたACK又はNACKに応じて再送制御するか否かを判断し、必要に応じて再送制御する。例えば、再送制御部502は、受信装置600からNACKを受信した場合、受信装置600において誤りが検出された再送データに対応する送信データを再びチャネル符号化部114に入力する。逆に、受信装置600からACKを受信した場合、シリアル/パラレル変換部112から入力された新たな送信データをチャネル符号化部114に入力する。
次に、図8を参照しながら、本実施形態に係る受信装置600の機能構成について説明する。図8は、本実施形態に係る受信装置600の機能構成を示す説明図である。但し、上記の通信システム1000に含まれる受信装置200と実質的に同一の構成要素については重複説明を避けるため、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。
アンテナ切換部602は、誤り検出部608、628から通知されたNACKに応じてアンテナ(1)〜(4)の組み合わせを切り替える。図8の例では、アンテナ(1)とアンテナ(4)とを介して受信した信号が第1合成量子化ユニットに入力されている。一方、アンテナ(2)とアンテナ(3)とを介して受信した信号は、第2合成量子化ユニットに入力されている。アンテナ切換部602は、これらの各合成量子化ユニットに対応するアンテナの組み合わせを切り替える手段である。
パケット合成部604は、誤り検出部608により通知されたNACKに応じて再送された再送パケットと、再送以前に送信された同一のパケットとを合成する手段である。より具体的には、パケット合成部604は、再送パケットと再送以前に送信された同一パケットとについて、信号合成部212により合成された合成信号と、チャネル推定部214により推定されたチャネルベクトルとに基づいてMIMO信号検出部240により検出されたストリーム毎の送信信号を合成する。尚、再送制御が繰り返し実施された場合、再送以前に送信された複数の同一パケットが再送パケットに合成される。
誤り訂正復号部606は、パケット合成部604により合成されたパケットに対して誤り訂正の復号を実施し、ストリーム毎の送信データ(以下、再生ストリーム)を再生する。同様に、誤り訂正復号部626は、パケット合成部624により合成されたパケットに対して誤り訂正の復号を実施し、ストリーム毎の送信データを再生する。そして、誤り訂正復号部606、626は、それぞれ、ストリーム毎の送信データを誤り検出部608、628に入力する。
誤り検出部608は、誤り訂正復号部606により復号された再生ストリームに対し、誤り検出符号に基づいて誤り検出を実施する。同様に、誤り検出部628は、誤り訂正復号部626により復号された再生ストリームに対し、誤り検出符号に基づいて誤り検出を実施する。誤り検出部608、628は、再生ストリームに誤りが検出された場合、送信装置500に対してNACKを帰還すると共、アンテナ切換部602、及びパケット合成部604、624の各々に対してNACKを通知する。一方、再生ストリームに誤りが検出されなかった場合、誤り検出部608、628は、送信装置500に対してACKを帰還すると共、アンテナ切換部602、及びパケット合成部604、624の各々に対してACKを通知する。
100 送信装置
102 量子化ベクトル再生部
104 ユーザ選択部
106 サブセット行列設定部
108 逆行列演算部
110 ビームフォーミング行列生成部
112 シリアル/パラレル変換部
114 チャネル符号化部
116 変調マッピング部
118 ビームフォーミング処理部
200 受信装置
202、204、214、222、224、234 チャネル推定部
206、226 合成量子化部
208、228 記憶部(量子化コードブック)
210、230 合成係数取得部
212、232 信号合成部
240 MIMO信号検出部
500 送信装置
502 再送制御部
600 受信装置
602 切換部
604、624 パケット合成部
606、626 誤り訂正復号部
608、628 誤り検出部
Claims (5)
- N本(N≧4)のアンテナを有し、再送制御が可能な受信装置であって、
M本(2≦M≦N−2)の前記アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成して当該M個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部と、
前記合成量子化部により合成される前記チャネルベクトルの組合せを前記アンテナの他の組合せに対応する前記チャネルベクトルの組合せに切り替える組合せ切換部と、
を備え、
各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還することを特徴とする、受信装置。 - 前記組合せ切換部は、再生データに誤りが検出された場合に前記チャネルベクトルの組合せを切り替え、
前記合成量子化部は、前記組合せ切換部により切り替えられた前記チャネルベクトルの組合せに基づいて前記所定の量子化ベクトルを新たに選択し、
前記受信装置は、前記新たに選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを前記送信装置に帰還することを特徴とする、請求項1に記載の受信装置。 - 前記受信装置は、前記インデックスに対応する所定の量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングが施された送信信号を受信し、
各前記合成量子化部に対応する前記M本のアンテナを介して受信されたM個の受信信号を合成し、当該各合成量子化部に対応する合成信号を生成する信号合成部と、
前記複数の合成量子化部に対応する複数の前記合成信号から推定されるチャネル行列に基づいてストリーム毎の送信信号を検出する信号検出部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の受信装置。 - 誤りが検出された前記再生データに対応するストリーム毎の受信信号と、前記新たに選択された前記所定の量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングされた再送信号に対応するストリーム毎の受信信号とを合成する検出信号合成部をさらに備えることを特徴とする、請求項2又は3に記載の受信装置。
- 前記受信装置は、マルチユーザMIMOシステムに含まれるユーザ端末であって、
前記送信装置により、前記受信装置から帰還された前記所定の量子化ベクトルのインデックスに基づいてユーザ端末毎にチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列が算出され、当該ビームフォーミング行列によりビームフォーミングされた送信信号が送信された場合に、前記信号検出部は、前記合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を利用してストリーム毎の送信信号を検出することを特徴とする、請求項3又は4に記載の受信装置。
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