JP2009272942A - Receiver, radio communication system, quantization method of channel vector, and transmission method of multistream - Google Patents

Receiver, radio communication system, quantization method of channel vector, and transmission method of multistream Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a receiver capable of obtaining high transmission characteristics and transmission efficiency. <P>SOLUTION: The receiver includes: an antenna candidate-selecting part which selects a set of reception antennas of M(2≤M≤N-1) units from among reception antennas of N(N≥3) units, and then selects all sets formed of different K(K≥2) sets; a synthesizing/quantizing part which calculates K units of quantized vectors corresponding to each set by synthesizing/quantizing M units of channel vectors corresponding to M units of reception antennas; an angular difference calculating part for calculating, for each set, angular difference of K units of quantized vectors; an orthogonal quantization vector-selecting part which detects a set whose angular difference calculated by the angular difference calculating part is closest to right angle and selects K units of quantized vectors corresponding to the set; and a reception SINR calculating part which calculates reception SINR using K units of quantized vectors selected by the orthogonal quantization vector-selecting part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、受信装置、無線通信システム、チャネルベクトルの量子化方法、及びマルチストリームの伝送方法に関する。特に、移動通信システムにおけるマルチユーザMIMO(Multiple−Input and Multiple−Output)方式に係る受信装置、無線通信システム、チャネルベクトルの量子化方法、及びマルチストリームの伝送方法に関する。   The present invention relates to a receiving apparatus, a wireless communication system, a channel vector quantization method, and a multi-stream transmission method. In particular, the present invention relates to a receiving apparatus, a radio communication system, a channel vector quantization method, and a multi-stream transmission method according to a multi-user MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) scheme in a mobile communication system.

無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。   As one technique for increasing the communication speed between wireless devices, a multi-input / multi-output transmission system is known. This method is literally based on signal input / output using a plurality of antennas. The feature of this method is that a plurality of transmission data can be transmitted at the same time and at the same frequency using a plurality of different antennas. Therefore, as the number of channels that can be transmitted simultaneously increases, the amount of information that can be transmitted per unit time can be increased by the increased number of channels. Further, this method has an advantage that the occupied frequency band does not increase when the communication speed is improved.

しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、パイロットシンボル等を用いて推定される。   However, since a plurality of modulated signals having carrier components of the same frequency are transmitted at the same time, a means for separating the interfering modulated signals on the receiving side is necessary. Therefore, on the receiving side, a channel matrix representing the transmission characteristics of the wireless transmission path is estimated, and the transmission signal corresponding to each substream is separated from the received signal based on the channel matrix. The channel matrix is estimated using pilot symbols or the like.

しかしながら、伝送路内で付加されるノイズやサブストリーム間に生じる干渉等の影響を十分に除去してサブストリーム毎に送信信号を精度良く再現するには特別な工夫が必要である。近年、MIMO信号検出に関する様々な技術が開発されてきている。特に最近は、MIMO方式の信号伝送が可能な複数の通信装置を含むマルチユーザMIMOシステムに関する話題に注目が集まっている。   However, special contrivance is required to accurately remove the influence of noise added in the transmission path and interference generated between substreams and reproduce the transmission signal with accuracy for each substream. In recent years, various techniques related to MIMO signal detection have been developed. In particular, recently, attention has been focused on a topic related to a multi-user MIMO system including a plurality of communication apparatuses capable of MIMO signal transmission.

マルチユーザMIMOシステムにおける信号検出方法としては、例えば、MMSE(Minimum Mean Squared Error)検出を利用する方法が知られている。この方法は、受信側でMMSE検波後のSINR(Signal power to Interference plus Noise power Ratio)を算出して送信側に帰還し、そのMMSE検波後のSINRに基づいて伝送制御パラメータを設定することで伝送特性を向上させる技術である。   As a signal detection method in a multi-user MIMO system, for example, a method using MMSE (Minimum Mean Squared Error) detection is known. In this method, SINR (Signal power to Interference plus Noise power Ratio) after MMSE detection is calculated on the reception side, and the transmission is returned to the transmission side, and transmission control parameters are set based on the SINR after MMSE detection. It is a technology that improves the characteristics.

さらに、上記のMMSE検波方式よりも伝送特性を向上させることが可能な方式として、例えば、MLD(Maximum Likelihood Detection)検波方式等をマルチユーザMIMOシステムの受信側に利用したいという要望もある。そのため、ユーザ毎にサブチャネルを分離する技術が求められている。これに関連する技術として、例えば、下記の非特許文献1には、各受信装置から帰還されたサブチャネル行列を特異値分解してビームフォーミング行列を算出する技術が開示されている。   Further, as a method capable of improving transmission characteristics as compared with the above MMSE detection method, there is a demand to use, for example, an MLD (Maximum Likelihood Detection) detection method or the like on the receiving side of the multiuser MIMO system. Therefore, a technique for separating subchannels for each user is required. As a technique related to this, for example, the following Non-Patent Document 1 discloses a technique for calculating a beamforming matrix by performing singular value decomposition on a subchannel matrix fed back from each receiving apparatus.

また、受信側で推定したチャネル情報を送信側に帰還して、送信側でスループットが向上するユーザの組み合わせを選択する技術が知られている。このとき、チャネル情報の帰還情報量を低減させるために各チャネルベクトルに対して量子化が施される。このとき、量子化誤差を低減させるために、複数のチャネルベクトルを合成量子化する技術が知られている。この合成量子化技術の一例として、下記の非特許文献2には、最大比伝送チャネルベクトル量子化と呼ばれる手法が開示されている。こうした手法を用いることで、チャネル情報を帰還する際の帰還情報量を低減することができる。   Further, a technique is known in which channel information estimated on the reception side is fed back to the transmission side, and a combination of users whose throughput is improved on the transmission side is selected. At this time, each channel vector is quantized to reduce the amount of feedback information of the channel information. At this time, a technique for combining and quantizing a plurality of channel vectors is known in order to reduce the quantization error. As an example of this synthetic quantization technique, Non-Patent Document 2 below discloses a technique called maximum ratio transmission channel vector quantization. By using such a method, it is possible to reduce the amount of feedback information when channel information is fed back.

Q.H.Spencer et al,“Zero−forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels”, IEEE Trans. Signal Processing, vol.52, no.2, pp.461−471, Feb 2004Q. H. Spencer et al, “Zero-forcing methods for downlink multi-multiplexing in MIMO MIMO channels”, IEEE Trans. Signal Processing, vol. 52, no. 2, pp. 461-471, Feb 2004 D.Love, R.Heath and T.Strohmer,“Grassmannian beamforming for multiple−input multiple−output wirelesssystems”,IEEE Trans. on Information Theory, vol.49, no.10, pp.2735−2747, October 2003D. Love, R.A. Heath and T.W. Strommer, “Grassmanian beamforming for multiple-input multiple-output wireless systems”, IEEE Trans. on Information Theory, vol. 49, no. 10, pp. 2735-2747, October 2003

しかしながら、上記の非特許文献2に記載のシステムにおいては、各ユーザにおいて、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルを用いて量子化チャネルベクトルが算出されるため、ユーザ毎に1ストリームしか送信できない。そのため、送信アンテナ数よりもユーザ数が少ない場合、スループット特性が低下するという問題がある。また、あるユーザが高速のデータ伝送を要求しても、ストリーム数を増やして高速化することができないという問題がある。   However, in the system described in Non-Patent Document 2, the quantized channel vector is calculated for each user using channel vectors corresponding to all receiving antennas, and therefore, only one stream can be transmitted for each user. Therefore, when the number of users is smaller than the number of transmission antennas, there is a problem that throughput characteristics are degraded. Further, there is a problem that even if a certain user requests high-speed data transmission, the number of streams cannot be increased to increase the speed.

また、上記の非特許文献1に記載のシステムにおいては、1ユーザ当たり複数のストリームを伝送することが可能であるが、ユーザ単位でブロック対角化されたビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングが施されているため、各ユーザが他ユーザのMIMOチャネル情報を知り得ない。そのため、自ユーザに向けられるビームフォーミングウェイトを予測することができない。その結果、スループットが向上するユーザの組み合わせを送信側で選択する際に用いる信号品質情報が各ユーザにおいて算出できず、信号品質情報を用いてユーザ選択する場合に比べて、スループット特性が低下してしまうという問題がある。   Further, in the system described in Non-Patent Document 1, it is possible to transmit a plurality of streams per user. However, transmission beamforming is performed using a beamforming matrix block-diagonalized for each user. Therefore, each user cannot know the MIMO channel information of other users. Therefore, it is impossible to predict the beamforming weight directed to the user. As a result, the signal quality information used when selecting a combination of users whose throughput is improved on the transmission side cannot be calculated for each user, and the throughput characteristics are reduced as compared with the case where the user is selected using the signal quality information. There is a problem of end.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、伝送効率及び伝送特性を向上させることが可能な、新規かつ改良された受信装置、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved receiving apparatus and wireless communication system capable of improving transmission efficiency and transmission characteristics. And providing a wireless communication method.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するK個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、前記K個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRを算出する受信SINR算出部とを備え、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとを送信側に帰還する、受信装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas is selected from N (N ≧ 3) receiving antennas and is different from each other. Corresponding to each set by combining and quantizing an antenna candidate selection unit that selects all sets formed by K combinations (K ≧ 2) and M channel vectors corresponding to the M reception antennas A synthetic quantization unit that calculates K quantization vectors to be performed, an angle difference calculation unit that calculates an angle difference between the K quantization vectors for each set, and an angle difference calculated by the angle difference calculation unit Detects the set closest to the right angle and selects the K quantized vector corresponding to the set, and the K quantized vectors selected by the orthogonal quantized vector selecting unit Receive SI using vector A reception SINR calculation unit that calculates R, and transmits the codebook index of the K quantization vectors selected by the orthogonal quantization vector selection unit and the reception SINR calculated by the reception SINR calculation unit A receiving device is provided that returns to the side.

このように、上記の受信装置は、アンテナ候補選択部により、N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される複数の組を選択する。N本(N≧3)の受信アンテナから選択できるM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせは複数通りある。そのため、互いに異なるK個の組み合わせを選択し、「組み合わせ」の組を選択することができる。アンテナ候補選択部は、このような「組」を全て選択するのである。   As described above, the above-described receiving apparatus selects a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas from N (N ≧ 3) receiving antennas by using the antenna candidate selection unit, and is different from each other. A plurality of sets formed by the combinations (K ≧ 2) are selected. There are a plurality of combinations of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas that can be selected from N (N ≧ 3) receiving antennas. Therefore, it is possible to select K combinations that are different from each other and select a combination. The antenna candidate selection unit selects all such “groups”.

さらに、上記の受信装置は、合成量子化部により、前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するK個の量子化ベクトルを算出する。上記の通り、「組」毎にK個の「M本の受信アンテナの組み合わせ」がある。M本の受信アンテナで受信した信号からチャネル行列が生成できる。そして、各受信アンテナに対応するチャネルベクトルを抽出することができる。つまり、組毎に「M個のチャネルベクトル」がK個ずつ得られる。そこで、合成量子化部は、M個のチャネルベクトルを合成量子化して1つの量子化ベクトルを生成する。その結果、各組に対応するK個の量子化ベクトルが得られる。   Further, in the reception apparatus, the composite quantization unit performs composite quantization on the M channel vectors corresponding to the M reception antennas to calculate K quantization vectors corresponding to the sets. As described above, there are K “combinations of M reception antennas” for each “group”. A channel matrix can be generated from signals received by M receiving antennas. A channel vector corresponding to each receiving antenna can be extracted. That is, “M channel vectors” are obtained for each set. Thus, the synthetic quantization unit performs synthetic quantization on the M channel vectors to generate one quantization vector. As a result, K quantization vectors corresponding to each set are obtained.

さらに、上記の受信装置は、角度差計算部により、前記K個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する。そして、直交量子化ベクトル選択部により、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルを選択する。この角度差が直角に近いほど、受信ビームフォーミングにおいてサブストリームの分離が容易になる。そして、上記の受信装置は、受信SINR算出部により、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRを算出し、各量子化ベクトルのコードブックインデックスと共に送信側に帰還する。   Further, in the receiving device, the angle difference calculation unit calculates the angle difference of the K quantization vectors for each set. Then, the orthogonal quantization vector selection unit detects a set in which the angle difference calculated by the angle difference calculation unit is closest to the right angle, and selects the K quantization vectors corresponding to the set. The closer this angle difference is to a right angle, the easier the substreams are separated in receive beamforming. In the receiving apparatus, the reception SINR calculation unit calculates the reception SINR using the K quantization vectors selected by the orthogonal quantization vector selection unit, together with the codebook index of each quantization vector. Return to the sender.

上記のように、角度差が直角に近い量子化ベクトルの組が選択され、それらのコードブックインデックスと、受信SINRとが帰還される。送信側では、コードブックインデックスから量子化ベクトルを再生することができる。そのため、送信側では、量子化ベクトルを利用してユーザ間干渉を除去することが可能な送信ビームフォーミング行列(ウェイト行列)を生成することができるようになる。また、送信側では、受信SINRを用いてスループット特性が向上するような受信装置の組み合わせを選択できるようになる。その結果、MIMOチャネルにおけるスループット特性を向上させることが可能になる。   As described above, a set of quantization vectors whose angle difference is close to a right angle is selected, and their codebook index and received SINR are fed back. On the transmission side, the quantization vector can be reproduced from the codebook index. Therefore, on the transmission side, it becomes possible to generate a transmission beamforming matrix (weight matrix) that can eliminate inter-user interference using the quantization vector. Further, on the transmission side, it is possible to select a combination of receiving apparatuses that improve the throughput characteristics using the received SINR. As a result, it is possible to improve throughput characteristics in the MIMO channel.

また、上記の受信装置は、前記コードブックインデックスから生成された送信ビームフォーミング行列により送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記N本の受信アンテナに対応するN個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記N個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのK個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信SINRを算出するビームフォーミング後受信SINR算出部と、をさらに備えていてもよい。   In addition, the reception apparatus receives a signal subjected to transmission beamforming by a transmission beamforming matrix generated from the codebook index, and N channels corresponding to the N reception antennas from the received signal A beamforming channel estimation unit for estimating a vector, and reception for generating K received beamforming vectors for separating each substream using the N channel vectors estimated by the beamforming channel estimation unit A beamforming vector generation unit and a post-beamforming reception SINR calculation unit that calculates a reception SINR after beamforming using the K reception beamforming vectors may be further provided.

この場合、上記の受信装置は、前記ビームフォーミング後受信SINR算出部により算出されたビームフォーミング後の受信SINRを送信側に帰還するように構成される。また、上記の受信装置は、前記ビームフォーミング後の受信SINRに基づいて決定された符号化方式、及び変調方式によりチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてK個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備えていてもよい。   In this case, the receiving apparatus is configured to feed back the received SINR after beamforming calculated by the received SINR calculating unit after beamforming to the transmission side. In addition, the receiving apparatus receives a signal that has been subjected to channel coding and modulation mapping according to a coding scheme determined based on the received SINR after beamforming and a modulation scheme, and receives the signal from the received signal. A reception beamforming unit that separates K substreams using K reception beamforming vectors may be further provided.

このように、送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から推定されるチャネルベクトルを用いて受信ビームフォーミングベクトルが生成され、この受信ビームフォーミングベクトルから受信SINRが算出される。この受信SINRは、送信ビームフォーミングと、受信ビームフォーミングとが考慮されたものとなる。この受信SINRが送信側に帰還され、符号化方式及び変調方式の組み合わせを決定される際に参照されることで、より伝送効率の高い組み合わせが選択され、スループット特性の向上に寄与する。   In this manner, a signal subjected to transmission beamforming is received, a reception beamforming vector is generated using a channel vector estimated from the received signal, and a reception SINR is calculated from the reception beamforming vector. This reception SINR takes transmission beam forming and reception beam forming into consideration. This received SINR is fed back to the transmission side and is referred to when the combination of the encoding method and the modulation method is determined, so that a combination with higher transmission efficiency is selected, which contributes to improvement of throughput characteristics.

また、送信ビームフォーミングが施された信号によるチャネルベクトルの推定処理は、残留ユーザ間干渉の効果を推定する処理に相当する。従って、上記のように、受信した信号に受信ビームフォーミングを施してサブストリームを分離することで、残留ユーザ間干渉を除去することができる。   In addition, the channel vector estimation process using the signal subjected to transmission beamforming corresponds to a process for estimating the effect of residual user interference. Therefore, as described above, by performing reception beam forming on the received signal to separate the substreams, it is possible to remove the residual inter-user interference.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送信装置と、複数の受信装置とを含む次のような無線通信システムが提供される。   In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided the following wireless communication system including a transmission device and a plurality of reception devices.

上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するK個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、前記K個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRを算出する受信SINR算出部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとを前記送信装置に帰還するコードブックインデックス/受信SINR帰還部と、を備える。   Each of the receiving devices included in the wireless communication system selects a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas from N (N ≧ 3) receiving antennas, and K different ( An antenna candidate selection unit that selects all pairs formed by the combination of K ≧ 2), and K channels corresponding to the pairs by combining and quantizing M channel vectors corresponding to the M reception antennas. A combined quantization unit that calculates a quantization vector of the first, an angle difference calculation unit that calculates an angle difference of the K quantization vectors for each group, and an angle difference calculated by the angle difference calculation unit is the rightmost angle An orthogonal quantization vector selection unit that detects a set close to, and selects the K quantization vectors corresponding to the set, and uses the K quantization vectors selected by the orthogonal quantization vector selection unit Receive SIN A reception SINR calculation unit for calculating the code, the codebook index of the K quantization vectors selected by the orthogonal quantization vector selection unit, and the reception SINR calculated by the reception SINR calculation unit to the transmission apparatus. A codebook index / reception SINR feedback unit for feedback.

また、上記の無線通信システムに含まれる前記送信装置は、前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルを再生する量子化ベクトル再生部と、前記複数の受信装置から帰還された受信SINRに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせを選択するユーザ選択部と、前記ユーザ選択部により選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにする送信ビームフォーミング行列を生成する送信ビームフォーミング行列生成部と、前記ユーザ選択部により選択された各受信装置に送信される信号をK個のサブストリームに分配し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング処理部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を複数のアンテナで送信する送信部と、を備える。   In addition, the transmission device included in the wireless communication system is fed back from the plurality of reception devices and a quantization vector reproduction unit that reproduces a quantization vector based on a codebook index fed back from each reception device. A user selection unit that selects a combination of the reception devices whose throughput characteristics are improved based on the received SINR, and a combination of the quantization vectors corresponding to the combination of the reception devices selected by the user selection unit. A transmission beamforming matrix generation unit that generates a transmission beamforming matrix that prevents streams transmitted to the reception device from interfering with each other, and a signal transmitted to each reception device selected by the user selection unit is transmitted to K sub-bands. Distributed to the stream and using the transmit beamforming matrix, Comprising a transmitting beam forming process unit for performing transmission beam forming to the stream, and a transmission unit for transmitting a signal the transmission beam forming is performed by a plurality of antennas.

また、上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、前記送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記N本の受信アンテナに対応するN個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記N個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのK個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信SINRを算出するビームフォーミング後受信SINR算出部と、前記ビームフォーミング後受信SINR算出部により算出されたビームフォーミング後の受信SINRを送信側に帰還するビームフォーミング後受信SINR帰還部と、をさらに備えていてもよい。   Each of the reception devices included in the wireless communication system receives the signal subjected to the transmission beamforming, and estimates N channel vectors corresponding to the N reception antennas from the received signal. Beam forming channel estimation unit and reception beam forming vector generation for generating K reception beam forming vectors for separating each sub-stream using the N channel vectors estimated by the beam forming channel estimation unit , A post-beamforming received SINR calculator that calculates a received SINR after beamforming using the K received beamforming vectors, and a received SINR after beamforming calculated by the received SINR calculator after beamforming Return to the sender And after beamforming reception SINR feedback unit which may further comprise a.

この場合、上記の無線通信システムに含まれる前記送信装置は、前記各受信装置から帰還されたビームフォーミング後の受信SINRに基づいてスループット特性が向上する符号化方式、及び変調方式の組み合わせを決定し、当該符号化方式及び変調方式の組み合わせを用いてサブストリーム毎にチャネル符号化、及び変調マッピングするチャネル符号化&変調マッピング部をさらに備え、前記送信ビームフォーミング処理部は、前記チャネル符号化&変調マッピング部によりチャネル符号化及び変調マッピングが施された信号に対し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングするように構成される。   In this case, the transmitter included in the wireless communication system determines a combination of a coding scheme and a modulation scheme that improve throughput characteristics based on the received SINR after beamforming fed back from each receiver. And a channel coding & modulation mapping unit that performs channel coding and modulation mapping for each substream using a combination of the coding method and the modulation method, and the transmission beamforming processing unit includes the channel coding and modulation. A signal subjected to channel coding and modulation mapping by the mapping unit is configured to perform transmission beam forming using the transmission beam forming matrix.

また、上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、前記送信装置によりビームフォーミング後の受信SINRに基づいてチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてK個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備えていてもよい。   Each of the reception devices included in the wireless communication system receives a signal subjected to channel coding and modulation mapping based on a reception SINR after beamforming by the transmission device, and receives the signal from the received signal. A reception beamforming unit that separates K substreams using K reception beamforming vectors may be further provided.

上記のような構成にすることで、各受信装置に対するマルチストリーム伝送が実現される。また、同時に信号が伝送されるユーザを選択する際に、各受信装置から帰還された受信SINRが参照されるため、スループット特性の良いユーザの組み合わせが選択される。さらに、各受信装置において受信ビームフォーミングが施され、残留ユーザ間干渉が除去される。このとき、各受信装置から帰還される複数の量子化ベクトルの成す角が直角に近いため、各受信装置で受信ビームフォーミングによりサブストリームの分離が容易になる。そして、送信ビームフォーミング、及び受信ビームフォーミングが考慮された受信SINRを参照して符号化方式、及び変調方式が選択されるため、さらにスループット特性が向上する。このような作用から伝送効率、及び伝送品質の格別な向上効果が得られる。   With the above configuration, multi-stream transmission for each receiving apparatus is realized. In addition, when selecting a user to whom a signal is transmitted simultaneously, the received SINR fed back from each receiving apparatus is referred to, so a combination of users with good throughput characteristics is selected. Furthermore, reception beam forming is performed in each reception apparatus, and residual inter-user interference is removed. At this time, since the angle formed by a plurality of quantization vectors fed back from each receiving apparatus is close to a right angle, substreams can be easily separated by receiving beam forming in each receiving apparatus. Since the encoding scheme and the modulation scheme are selected with reference to the received SINR taking transmission beamforming and reception beamforming into consideration, the throughput characteristics are further improved. From such an operation, the transmission efficiency and the transmission quality can be significantly improved.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するK個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、前記K個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRが算出される受信SINR算出ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出ステップにおいて算出された受信SINRとが送信側に帰還されるステップと、を含む、チャネルベクトルの量子化方法が提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas is selected from N (N ≧ 3) receiving antennas. Antenna candidate selection step in which all sets formed by K combinations (K ≧ 2) different from each other are selected, and M channel vectors corresponding to the M reception antennas are combined and quantized, A synthetic quantization step in which K quantization vectors corresponding to each set are calculated, an angle difference calculation step in which an angle difference between the K quantization vectors is calculated for each set, and the angle difference calculation A set having the angle difference calculated in the step closest to the right angle is detected, and an orthogonal quantization vector selection step in which the K quantization vectors corresponding to the set are selected; and the orthogonal quantization vector selection step. A received SINR calculation step in which a received SINR is calculated using the K quantization vectors selected in Step 1, a codebook index of the K quantization vectors selected in the orthogonal quantization vector selection step, and There is provided a channel vector quantization method including the step of feeding back the received SINR calculated in the received SINR calculating step to the transmission side.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムにおける次のようなマルチストリームの伝送方法が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, there is provided the following multi-stream transmission method in a wireless communication system including a transmission device and a plurality of reception devices.

上記のマルチストリームの伝送方法には、前記各受信装置により、N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するK個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、前記K個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRが算出される受信SINR算出ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとが前記送信装置に帰還されるコードブックインデックス/受信SINR帰還ステップと、が含まれる。   In the multi-stream transmission method described above, a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) receiving antennas is selected from N (N ≧ 3) receiving antennas by the receiving devices, and K different from each other. Antenna candidate selection step in which all pairs formed by the combinations (K ≧ 2) are selected, and M channel vectors corresponding to the M reception antennas are combined and quantized, A combined quantization step in which corresponding K quantization vectors are calculated, an angle difference calculation step in which an angle difference between the K quantization vectors is calculated for each set, and an angle difference calculation step. An orthogonal quantization vector selection step in which a set having the closest angular difference is detected and the K quantization vectors corresponding to the set are selected; and the orthogonal quantization vector selection step. A reception SINR calculation step in which reception SINR is calculated using the K quantization vectors selected in a group; a codebook index of the K quantization vectors selected in the orthogonal quantization vector selection step; A codebook index / reception SINR feedback step in which the reception SINR calculated by the reception SINR calculation unit is fed back to the transmission apparatus.

さらに、上記のマルチストリームの伝送方法には、前記送信装置により、前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルが再生される量子化ベクトル再生ステップと、前記複数の受信装置から帰還された受信SINRに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせが選択されるユーザ選択ステップと、前記ユーザ選択ステップにおいて選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにするための送信ビームフォーミング行列が生成される送信ビームフォーミング行列生成ステップと、前記ユーザ選択ステップにおいて選択された各受信装置に送信される信号がK個のサブストリームに分配され、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングが施される送信ビームフォーミング処理ステップと、前記送信ビームフォーミングが施された信号が複数のアンテナで送信される送信ステップと、が含まれる。   Further, the multi-stream transmission method includes a quantization vector reproduction step in which a quantization vector is reproduced based on a codebook index fed back from each reception device by the transmission device, and the plurality of reception devices. A user selection step in which a combination of the reception devices whose throughput characteristics are improved based on the received SINR fed back from the user is selected, and a combination of the quantization vectors corresponding to the combination of the reception devices selected in the user selection step. And a transmission beamforming matrix generation step for generating a transmission beamforming matrix for preventing the streams transmitted to the respective reception devices from interfering with each other, and transmission to each of the reception devices selected in the user selection step. K substreams And a transmission beamforming processing step in which transmission beamforming is performed on all substreams using the transmission beamforming matrix, and a transmission step in which signals subjected to the transmission beamforming are transmitted by a plurality of antennas. And are included.

以上説明したように本発明によれば、マルチストリーム伝送が可能になると共に、各ユーザにおける信号品質情報に基づいてスループット特性が向上するユーザの組み合わせを選択することが可能になるため、伝送効率及び伝送特性を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to perform multi-stream transmission and to select a combination of users whose throughput characteristics are improved based on signal quality information for each user. Transmission characteristics can be improved.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

《課題の整理》
まず、本発明の好適な実施形態について説明するに先立ち、同実施形態に係る技術と従来技術との間の相違点を明確にするため、ビームフォーミングを用いるマルチユーザMIMOシステムの構成例について簡単に説明する。
<Organization of issues>
Prior to describing a preferred embodiment of the present invention, a configuration example of a multi-user MIMO system using beamforming will be briefly described in order to clarify the difference between the technology according to the embodiment and the conventional technology. explain.

具体的には、ゼロ−フォーシング・ビームフォーミング(ZFBF;Zero−forcing beamforming)、及びブロック対角化ビームフォーミング(BDBF;Block−diagonalizing beamforming)について説明する。この中で、これらの技術が抱える問題点についても指摘する。   Specifically, zero-forcing beamforming (ZFBF) and block-diagonalizing beamforming (BDBF) will be described. In this section, we will point out the problems that these technologies have.

[通信システムS1の構成]
まず、図1を参照しながら、ZFBFを用いるマルチユーザMIMOシステムに係る通信システムS1の構成について説明する。図1は、ZFBFを用いるマルチユーザMIMOシステムに係る通信システムS1の構成例を示す説明図である。
[Configuration of Communication System S1]
First, the configuration of a communication system S1 related to a multiuser MIMO system using ZFBF will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a communication system S1 related to a multi-user MIMO system using ZFBF.

図1に示すように、通信システムS1は、送信装置10と、複数の受信装置24(#1、#2、#3、#4)により構成される。送信装置10の送信アンテナ数Nは4本である。各受信装置24(#1、#2、#3、#4)の受信アンテナ数Nは4本である。また、以下の説明において、全ての受信装置24(#1、#2、#3、#4)が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置24のことをユーザと呼ぶ場合がある。 As illustrated in FIG. 1, the communication system S1 includes a transmission device 10 and a plurality of reception devices 24 (# 1, # 2, # 3, and # 4). The number of transmission antennas NT of the transmission device 10 is four. Each receiving device 24 (# 1, # 2, # 3, # 4) has four receiving antennas N R. In the following description, it is assumed that all the receiving devices 24 (# 1, # 2, # 3, # 4) have the same functional configuration. The receiving device 24 may be called a user.

図1に示す通信システムS1は、受信装置24から送信装置10にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システムS1は、送信装置10においてユーザ選択処理、チャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、CQI(Channel Quality Indicator)を利用するように構成されている。以下、受信装置24、送信装置10における個々の機能構成について説明する。   The communication system S1 shown in FIG. 1 is configured to quantize a channel vector and feed back a codebook index when channel information is fed back from the receiving device 24 to the transmitting device 10. The communication system S1 is configured to use CQI (Channel Quality Indicator) when the transmission apparatus 10 performs user selection processing, channel coding processing, and modulation mapping processing. Hereinafter, individual functional configurations of the reception device 24 and the transmission device 10 will be described.

(受信装置24の機能構成)
まず、受信装置24の機能構成について説明する。上記の通り、送信装置10の送信アンテナ数N=4、受信装置24の受信アンテナ数N=4であるから、任意の受信装置24において推定されるチャネル行列Hは、下記の式(1)のように表現される。
(Functional configuration of receiving device 24)
First, the functional configuration of the receiving device 24 will be described. As described above, since the number of transmission antennas N T = 4 of the transmission apparatus 10 and the number of reception antennas N R = 4 of the reception apparatus 24, the channel matrix H estimated in any reception apparatus 24 is expressed by the following equation (1). ).

Figure 2009272942
…(1)
Figure 2009272942
... (1)

通信システムS1に含まれる受信装置24は、上記の式(1)で表現されるチャネル行列Hを推定する機能を有する。チャネル行列Hを推定すると、受信装置24は、推定したチャネル行列Hを利用し、下記の式(2)に基づいて量子化チャネルベクトルh’を算出する。下記の式(2)で表現される量子化チャネルベクトルの算出方法は、最大比伝送チャネルベクトル量子化と呼ばれる。   The receiving device 24 included in the communication system S1 has a function of estimating the channel matrix H expressed by the above equation (1). When the channel matrix H is estimated, the receiving device 24 uses the estimated channel matrix H to calculate a quantized channel vector h ′ based on the following equation (2). The quantization channel vector calculation method expressed by the following equation (2) is called maximum ratio transmission channel vector quantization.

Figure 2009272942
…(2)
Figure 2009272942
... (2)

但し、上記の式(2)の中で、h’、cはベクトル量である。また、上付きのHはエルミート共役を表す。また、ベクトルcは、量子化コードブックに含まれるN次元のユニットノルムベクトルである。そして、Bは量子化ビット数である。 However, in the above equation (2), h ′ and cm are vector quantities. Superscript H represents Hermitian conjugate. The vector cm is an NT- dimensional unit norm vector included in the quantization codebook. B is the number of quantization bits.

このように、受信装置24は、4本の受信アンテナで受信した信号から推定したチャネル行列Hに基づいて1つの量子化チャネルベクトルh’を算出する。量子化チャネルベクトルh’を推定した後、受信装置24は、推定した量子化チャネルベクトルh’に対応するコードブックインデックスを送信装置10に帰還する。帰還されたコードブックインデックスは、後述する送信装置10の量子化ベクトル再生部12に伝達される。   As described above, the receiving device 24 calculates one quantized channel vector h ′ based on the channel matrix H estimated from the signals received by the four receiving antennas. After estimating the quantized channel vector h ′, the receiving device 24 feeds back the codebook index corresponding to the estimated quantized channel vector h ′ to the transmitting device 10. The returned codebook index is transmitted to the quantized vector reproduction unit 12 of the transmission apparatus 10 to be described later.

さらに、受信装置24は、量子化チャネルベクトルh’を用いて、送信装置10でユーザ選択処理に利用される仮のCQIを算出する。仮のCQIは、次のようにして算出される。   Further, the reception device 24 calculates a temporary CQI used for the user selection process in the transmission device 10 using the quantized channel vector h ′. The provisional CQI is calculated as follows.

量子化チャネルベクトルh’が送信ビームウェイトとして利用されると仮定し、仮想的な送信信号ベクトルs、仮想的な雑音ベクトルnを用いると、仮想的な受信信号ベクトルxは、下記の式(3)のように表現できる。但し、上付きの*は複素共役を表す。 Assuming that the quantized channel vector h ′ * is used as a transmission beam weight, and using a virtual transmission signal vector s and a virtual noise vector n, the virtual reception signal vector x is expressed by the following formula ( It can be expressed as 3). However, the superscript * represents a complex conjugate.

Figure 2009272942
…(3)
Figure 2009272942
... (3)

また、上記の式(3)で表現される仮想的な受信信号ベクトルxに対して受信ビームフォーミングが施されると、下記の式(4)に示す正規化最大比合成受信ビームベクトルvを用いて、受信ビームフォーミング出力信号yが下記の式(5)のように表現される。但し、下記の式(5)の中で、上付きのTは転置を表す。   When reception beamforming is performed on the virtual reception signal vector x expressed by the above equation (3), the normalized maximum ratio combined reception beam vector v shown in the following equation (4) is used. Thus, the received beamforming output signal y is expressed as the following equation (5). However, in the following formula (5), the superscript T represents transposition.

Figure 2009272942
…(4)

Figure 2009272942
…(5)
Figure 2009272942
(4)

Figure 2009272942
... (5)

従って、量子化チャネルベクトルh’が送信ビームウェイトとして利用されると仮定した場合、受信SINR(ρ)は、|s|=1/N、‖v‖=1、雑音分散σを用いて、下記の式(6)のように表現される。そこで、受信装置24は、下記の式(6)に基づいて受信SINR(ρ)を算出する。さらに、受信装置24は、仮のCQIとして、算出した受信SINRを送信装置10に帰還する。このとき、仮のCQIは、上記のコードブックインデックスと共に送信装置10に帰還される。帰還された仮のCQIは、後述する送信装置10のユーザ選択部14に伝達される。 Therefore, assuming that the quantized channel vector h ′ * is used as a transmission beam weight, the received SINR (ρ) is | s | 2 = 1 / N T , ‖v ‖ 2 = 1, and noise variance σ 2. Is expressed as the following equation (6). Therefore, the receiving device 24 calculates the received SINR (ρ) based on the following equation (6). Further, the reception device 24 feeds back the calculated reception SINR to the transmission device 10 as a temporary CQI. At this time, the temporary CQI is fed back to the transmitter 10 together with the codebook index. The returned temporary CQI is transmitted to the user selection unit 14 of the transmission apparatus 10 to be described later.

Figure 2009272942
…(6)
Figure 2009272942
(6)

上記のように、受信装置24で算出されたコードブックインデックス、及び仮のCQIは、送信装置10に帰還される。そして、送信装置10では、帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルが再生され、この量子化チャネルベクトルと、帰還された仮のCQIとに基づいてスループットが向上するユーザの組み合わせが選択される。その後、選択されたユーザの組み合わせに対し、送信ビームフォーミングが施された信号が送信される。この信号を受けて、受信装置24は、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとを考慮したCQIを算出する。以下、この算出処理について説明する。   As described above, the codebook index calculated by the receiving device 24 and the temporary CQI are fed back to the transmitting device 10. Then, the transmitting apparatus 10 reproduces the quantized channel vector based on the fed back codebook index, and selects a combination of users whose throughput is improved based on the quantized channel vector and the fed back provisional CQI. Is done. Thereafter, a signal subjected to transmission beamforming is transmitted to the selected combination of users. Receiving this signal, the receiving device 24 calculates CQI in consideration of transmission beam forming and reception beam forming. Hereinafter, this calculation process will be described.

上記の通り、送信装置10では、選択されたユーザの組み合わせに対応して送信信号に送信ビームフォーミングが施される。このとき、送信装置10は、コードブックインデックスに基づいて再生された量子化チャネルベクトルのうち、選択されたユーザの量子化チャネルベクトルを纏めてチャネル行列とする。そして、送信装置10は、このチャネル行列に基づいて算出されるZFBFのビームフォーミングウェイト行列を用いて送信信号に送信ビームフォーミングを施す。   As described above, the transmission apparatus 10 performs transmission beamforming on the transmission signal in accordance with the selected combination of users. At this time, the transmission apparatus 10 collects the quantized channel vectors of the selected user from the quantized channel vectors reproduced based on the codebook index, and forms a channel matrix. Then, the transmission apparatus 10 performs transmission beamforming on the transmission signal using the ZFBF beamforming weight matrix calculated based on the channel matrix.

このように、各受信装置24から帰還されたチャネル情報に基づいて送信ビームフォーミングが施されるため、本来、ユーザ間干渉の影響が除去されるはずである。ところが、各受信装置24において推定されたチャネルベクトルと量子化チャネルベクトルとの間の誤差に起因してユーザ間干渉の影響が残留してしまう。そのため、受信装置24では、この残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングが実行される。そのため、送信装置10で実行される送信ビームフォーミングと、受信装置24で実行される受信ビームフォーミングとを考慮したCQIの算出が求められるのである。   Thus, since transmission beamforming is performed based on channel information fed back from each receiving device 24, the influence of inter-user interference should be removed. However, the influence of inter-user interference remains due to the error between the channel vector estimated by each receiving device 24 and the quantized channel vector. For this reason, the receiving apparatus 24 performs reception beamforming for removing the residual inter-user interference. For this reason, calculation of CQI in consideration of transmission beamforming performed by the transmission apparatus 10 and reception beamforming performed by the reception apparatus 24 is required.

送信ビームフォーミングが施された信号を受信すると、受信装置24は、ビーム毎に送信信号に対して付加されている個別パイロット信号を用いて各ビームからのチャネルベクトルを推定する。この推定処理は、上記の残留ユーザ間干渉の推定に相当する。そして、受信装置24は、推定したチャネルベクトルを用いて残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングベクトルを算出する。さらに、受信装置24は、この受信ビームフォーミングベクトルを用いてCQIを算出し、送信装置10に帰還する。   When receiving the signal subjected to the transmission beam forming, the receiving device 24 estimates the channel vector from each beam using the individual pilot signal added to the transmission signal for each beam. This estimation process corresponds to the above estimation of residual inter-user interference. Then, the reception device 24 calculates a reception beamforming vector for removing residual inter-user interference using the estimated channel vector. Further, the receiving device 24 calculates CQI using this received beamforming vector and feeds back to the transmitting device 10.

帰還されたCQIは、送信装置10のチャネル符号化&変調マッピング部18に伝達され、MCS(Modulation and Coding Set)の選択に利用される。選択されたMCSに基づいて送信された信号を受信すると、受信装置24は、上記の受信ビームフォーミングベクトルを受信信号に重積してストリームを抽出する。   The fed back CQI is transmitted to the channel coding & modulation mapping unit 18 of the transmission apparatus 10 and used for selection of MCS (Modulation and Coding Set). When receiving a signal transmitted based on the selected MCS, the receiving device 24 extracts the stream by superimposing the received beamforming vector on the received signal.

以上、受信装置24の機能構成について説明した。上記の通り、通信システムS1の受信装置24は、推定したチャネル情報に基づいて量子化ベクトル、仮のCQIを算出して送信装置10に帰還する。さらに、受信装置24は、残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングベクトルを算出し、この受信ビームフォーミングベクトルを用いて算出したCQIを送信装置10に帰還する。その結果、送信装置10において、高いスループットが得られるユーザの組み合わせ、及びMCSが選択できるようになる。   The functional configuration of the receiving device 24 has been described above. As described above, the receiving device 24 of the communication system S1 calculates a quantization vector and a temporary CQI based on the estimated channel information and feeds back to the transmitting device 10. Furthermore, the reception device 24 calculates a reception beamforming vector for removing the residual inter-user interference, and feeds back the CQI calculated using the reception beamforming vector to the transmission device 10. As a result, the transmission apparatus 10 can select a combination of users that can obtain a high throughput and an MCS.

(送信装置10の機能構成)
次に、送信装置10の機能構成について簡単に説明する。上記の受信装置24に関する説明の中で、通信システムS1が実行する一連の処理における送信装置10が実行する処理の流れについては既に説明している。そこで、以下の説明では、送信装置10が有する構成要素の具体的な機能について、より詳細に説明する。
(Functional configuration of transmitting apparatus 10)
Next, a functional configuration of the transmission device 10 will be briefly described. In the above description regarding the receiving device 24, the flow of processing executed by the transmitting device 10 in a series of processing executed by the communication system S1 has already been described. Therefore, in the following description, specific functions of the components included in the transmission device 10 will be described in more detail.

図1に示すように、送信装置10は、主に、量子化ベクトル再生部12と、ユーザ選択部14と、ZFBF行列生成部16と、チャネル符号化&変調マッピング部18と、ZFBF処理部20と、複数の送信アンテナ22とにより構成される。   As shown in FIG. 1, the transmission apparatus 10 mainly includes a quantized vector reproduction unit 12, a user selection unit 14, a ZFBF matrix generation unit 16, a channel coding & modulation mapping unit 18, and a ZFBF processing unit 20. And a plurality of transmission antennas 22.

(量子化ベクトル再生部12)
量子化ベクトル再生部12は、量子化コードブックを参照し、各受信装置24から帰還されたコードブックインデックスに基づき、各受信装置24で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部12で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、ユーザ選択部14に入力される。
(Quantized vector reproduction unit 12)
The quantization vector reproducing unit 12 refers to the quantization code book, and reproduces a quantized channel vector corresponding to the channel vector estimated by each receiving device 24 based on the codebook index fed back from each receiving device 24. . Information on the quantized channel vector reproduced by the quantized vector reproducing unit 12 is input to the user selecting unit 14.

(ユーザ選択部14)
ユーザ選択部14は、量子化ベクトル再生部12から入力された各受信装置24の量子化チャネルベクトル、及び受信装置24から帰還された仮のCQIに基づき、送信信号が同時に送信された場合に送信ビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなり、スループットが大きくなるユーザの組合せを選択する。そして、ユーザ選択部14は、選択したユーザの組み合わせをZFBF行列生成部16に伝達する。このとき、各受信装置24に対応するユーザインデックスの組み合わせがZFBF行列生成部16に伝達される。
(User selection unit 14)
Based on the quantized channel vector of each receiving device 24 input from the quantized vector reproducing unit 12 and the provisional CQI fed back from the receiving device 24, the user selecting unit 14 transmits when a transmission signal is transmitted simultaneously. A combination of users that increases the channel capacity after beam forming and increases the throughput is selected. Then, the user selection unit 14 transmits the selected combination of users to the ZFBF matrix generation unit 16. At this time, a combination of user indexes corresponding to each receiving device 24 is transmitted to the ZFBF matrix generation unit 16.

さらに、ユーザ選択部14により受信装置24の組合せが選択されると、その組み合わせに応じてストリーム毎に割り当てるデータ(ユーザ#1へのデータu、ユーザ#2へのデータu、ユーザ#3へのデータu、ユーザ#4へのデータu)が決定され、チャネル符号化&変調マッピング部18に入力される。 Further, when a combination of the receiving devices 24 is selected by the user selection unit 14, data assigned to each stream according to the combination (data u 1 for user # 1 , data u 2 for user # 2 , user # 3) data u 3 to the data u 4 to user # 4) is determined and input to the channel coding & modulation mapping unit 18.

(ZFBF行列生成部16)
ZFBF行列生成部16は、ユーザ選択部14からユーザインデックスの組み合わせが伝達されると、その組み合わせに対応するビームフォーミング行列Wを次のようにして算出する。但し、以下の説明において、受信装置24(#k)(k=1〜4)から帰還されたコードブックインデックスに対応する量子化チャネルベクトルをh’#kと表記する。また、量子化チャネルベクトルh’#kを下記の式(7)〜(10)のように表記する。
(ZFBF matrix generation unit 16)
When the combination of user indexes is transmitted from the user selection unit 14, the ZFBF matrix generation unit 16 calculates the beamforming matrix W corresponding to the combination as follows. However, in the following description, the quantized channel vector corresponding to the codebook index fed back from the receiving device 24 (#k) (k = 1 to 4) is expressed as h ′ # k . Further, the quantized channel vector h ′ # k is expressed as the following equations (7) to (10).

Figure 2009272942
…(7)

Figure 2009272942
…(8)

Figure 2009272942
…(9)

Figure 2009272942
…(10)
Figure 2009272942
... (7)

Figure 2009272942
(8)

Figure 2009272942
... (9)

Figure 2009272942
(10)

まず、ZFBF行列生成部16は、下記の式(11)に示すように、上記の(7)〜(10)で表現される選択ユーザの量子化チャネルベクトルh’#kを用いてマルチユーザMIMOチャネルのチャネル行列Hを生成する。 First, as shown in the following formula (11), the ZFBF matrix generation unit 16 uses the quantized channel vector h ′ # k of the selected user expressed by the above (7) to (10) to perform multiuser MIMO. A channel matrix H of the channel is generated.

Figure 2009272942
…(11)
Figure 2009272942
... (11)

次いで、ZFBF行列生成部16は、下記の式(12)に示すように、上記の(11)で表現されるチャネル行列に逆行列演算を施して送信ビームフォーミング行列Wを算出する。この送信ビームフォーミング行列Wは、選択された組み合わせに属するユーザについて、ユーザ間の干渉成分を除去するためのものである。このようにして算出された送信ビームフォーミング行列Wは、ZFBF処理部20に入力される。   Next, the ZFBF matrix generation unit 16 calculates a transmission beamforming matrix W by performing an inverse matrix operation on the channel matrix expressed by the above (11) as shown in the following equation (12). This transmission beamforming matrix W is for removing interference components between users for users belonging to the selected combination. The transmission beamforming matrix W calculated in this way is input to the ZFBF processing unit 20.

Figure 2009272942
…(12)
Figure 2009272942
(12)

(チャネル符号化&変調マッピング部18)
チャネル符号化&変調マッピング部18は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化&変調マッピング部18は、チャネル符号化されたストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置24からCQIが帰還されている場合、チャネル符号化&変調マッピング部18は、CQIを考慮してスループットが向上するMCSの組み合わせを決定する。チャネル符号化&変調マッピング部18により決定されたストリーム毎の送信シンボルはZFBF処理部20に入力される。
(Channel coding & modulation mapping unit 18)
The channel encoding & modulation mapping unit 18 performs channel encoding on the input data for each stream. Further, the channel coding & modulation mapping unit 18 performs modulation mapping of channel-coded data for each stream with a predetermined modulation scheme and modulation order, and determines a transmission symbol for each stream. When the CQI is fed back from the receiving device 24, the channel coding & modulation mapping unit 18 determines the combination of MCSs that improve the throughput in consideration of the CQI. The transmission symbol for each stream determined by the channel coding & modulation mapping unit 18 is input to the ZFBF processing unit 20.

(ZFBF処理部20)
上記の通り、ZFBF処理部20には、ZFBF行列生成部16から送信ビームフォーミング行列Wが入力され、チャネル符号化&変調マッピング部18からストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、ZFBF処理部20は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Wを積算する。
(ZFBF processing unit 20)
As described above, the transmission beamforming matrix W is input from the ZFBF matrix generation unit 16 to the ZFBF processing unit 20, and the transmission symbols for each stream are input from the channel coding & modulation mapping unit 18. Therefore, the ZFBF processing unit 20 integrates the transmission beamforming matrix W with respect to the transmission symbol vector composed of the input transmission symbols.

例えば、受信装置24(#k)(k=1〜4)に送信される送信シンボルをs#kと表記すると、送信装置10から送信される送信シンボルベクトルはs=[s#1,s#2,s#3,s#4と表現される。同様に、受信装置24(#k)(k=1〜4)で受信される受信シンボルをr#kと表記すると、通信システムS1における受信シンボルベクトルはr=[r#1,r#2,r#3,r#4と表記される。 For example, if a transmission symbol transmitted to the receiving device 24 (#k) (k = 1 to 4) is expressed as s #k , a transmission symbol vector transmitted from the transmitting device 10 is s = [s # 1 , s #. 2 , s # 3 , s # 4 ] T. Similarly, when a received symbol received by the receiving device 24 (#k) (k = 1 to 4) is expressed as r # k , a received symbol vector in the communication system S1 is r = [r # 1 , r # 2 ,. r # 3 , r # 4 ] T.

これらの表記を用いると、送信シンボルベクトルsと受信シンボルベクトルrとの間の関係は、送信ビームフォーミング行列W及びチャネル行列Hを用いて下記の式(13)のように表現される。下記の式(13)から明らかなように、送信ビームフォーミングが施された後の実効的なチャネル行列HWは、ユーザ間干渉を示す非対角要素が全て除去された対角行列になる。   When these notations are used, the relationship between the transmission symbol vector s and the reception symbol vector r is expressed by the following equation (13) using the transmission beamforming matrix W and the channel matrix H. As is clear from the following equation (13), the effective channel matrix HW after the transmission beamforming is performed is a diagonal matrix from which all off-diagonal elements indicating inter-user interference are removed.

Figure 2009272942
…(13)
Figure 2009272942
... (13)

このように、ZFBF処理部20は、送信シンボルベクトルに対して送信ビームフォーミング行列Wを作用させることでユーザ間干渉を除去する。ZFBF処理部20により送信ビームフォーミングが施された送信信号は、アンテナ22を介して受信装置24に送信される。   Thus, the ZFBF processing unit 20 removes inter-user interference by applying the transmission beamforming matrix W to the transmission symbol vector. The transmission signal subjected to the transmission beamforming by the ZFBF processing unit 20 is transmitted to the reception device 24 via the antenna 22.

以上、通信システムS1の構成について説明した。上記のように、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還する構成とすることで、帰還するデータ量が低減され、帰還に係る通信負荷が低減される。また、仮のCQIが帰還されるため、各ユーザが推定したチャネルベクトルの大きさに関する情報を加味してユーザの組み合わせを選択することが可能になる。さらに、送信ビームフォーミングと、残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングとを考慮したCQIが帰還されるため、残留ユーザ間干渉を加味してMCSを決定することができる。   The configuration of the communication system S1 has been described above. As described above, by adopting a configuration in which the channel vector is quantized and the codebook index is fed back, the amount of data to be fed back is reduced, and the communication load related to feedback is reduced. Further, since the provisional CQI is fed back, it becomes possible to select a combination of users in consideration of information on the size of the channel vector estimated by each user. Furthermore, since CQI taking into account transmission beam forming and reception beam forming for removing residual user interference is fed back, MCS can be determined in consideration of residual user interference.

(通信システムS1の問題点)
上記の通り、通信システムS1の構成を適用することでスループットを向上させる効果が得られる。しかし、通信システムS1の受信装置24は、複数の受信アンテナを有しているにも拘わらず、全ての受信アンテナに対応するチャネル行列を用いて量子化チャネルベクトルを算出している。そのため、受信装置24は、1つの量子化チャネルベクトルのコードブックインデックスしか送信装置10に帰還していない。その結果、送信装置10は、同一の受信装置24に対して複数のストリームを同時に送信できない。
(Problem of communication system S1)
As described above, the effect of improving the throughput can be obtained by applying the configuration of the communication system S1. However, although the receiving device 24 of the communication system S1 has a plurality of receiving antennas, the quantizing channel vector is calculated using channel matrices corresponding to all the receiving antennas. Therefore, the receiving device 24 returns only the codebook index of one quantization channel vector to the transmitting device 10. As a result, the transmission device 10 cannot simultaneously transmit a plurality of streams to the same reception device 24.

そのため、図2に示すように、ユーザ数が送信アンテナ数Nよりも少ない場合、次のような問題が生じる。図2は、通信システムS1において、ユーザ数が2(<N=4)の場合を示したものである。(問題点1)ユーザ数が送信アンテナ数Nよりも少ない場合、MCSの最大レートが固定されているため、全体のスループット特性が低下してしまう。(問題点2)特定のユーザが高速なデータ伝送を要求した場合に、そのユーザに対してマルチストリーム伝送により対応することができない。後述する本発明の実施形態においては、こうした問題点を解決するための手段が提案される。 Therefore, as shown in FIG. 2, when the number of users is smaller than the number of transmission antennas NT , the following problem occurs. FIG. 2 shows a case where the number of users is 2 (<N T = 4) in the communication system S1. (Problem 1) When the number of users is smaller than the number of transmission antennas NT , the maximum throughput rate of MCS is fixed, so the overall throughput characteristics are degraded. (Problem 2) When a specific user requests high-speed data transmission, the user cannot cope with the multi-stream transmission. In the embodiments of the present invention described later, means for solving such problems are proposed.

[通信システムS2の構成]
次に、図3を参照しながら、BDBFを用いるマルチユーザMIMOシステムに係る通信システムS2の構成について説明する。図3は、BDBFを用いるマルチユーザMIMOシステムに係る通信システムS2の構成例を示す説明図である。
[Configuration of Communication System S2]
Next, the configuration of the communication system S2 related to the multiuser MIMO system using BDBF will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration example of the communication system S2 related to the multiuser MIMO system using the BDBF.

図3に示すように、通信システムS2は、送信装置30と、複数の受信装置44(#1、#2)とにより構成される。送信装置30の送信アンテナ数Nは4本である。各受信装置44(#1、#2)の受信アンテナ数Nは4本である。また、以下の説明において、全ての受信装置44(#1、#2)が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置44のことをユーザと呼ぶ場合がある。 As illustrated in FIG. 3, the communication system S2 includes a transmission device 30 and a plurality of reception devices 44 (# 1, # 2). The number of transmission antennas NT of the transmission device 30 is four. Each receiving device 44 (# 1, # 2) number of reception antennas N R of is four. In the following description, it is assumed that all receiving apparatuses 44 (# 1, # 2) have the same functional configuration. The receiving device 44 may be called a user.

図3に示す通信システムS2は、受信装置44から送信装置30にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システムS2は、送信装置30においてチャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、CQI(Channel Quality Indicator)を利用するように構成されている。また、上記の通信システムS1とは異なり、各ユーザに送信される送信ストリーム数は2である。以下、受信装置44、送信装置30における個々の機能構成について説明する。   The communication system S2 shown in FIG. 3 is configured to quantize a channel vector and feed back a codebook index when channel information is fed back from the receiving device 44 to the transmitting device 30. The communication system S2 is configured to use CQI (Channel Quality Indicator) when the transmission apparatus 30 performs channel coding processing and modulation mapping processing. Further, unlike the communication system S1 described above, the number of transmission streams transmitted to each user is two. Hereinafter, individual functional configurations of the reception device 44 and the transmission device 30 will be described.

(受信装置44の機能構成)
まず、受信装置44の機能構成について説明する。上記の通り、送信装置30の送信アンテナ数N=4、受信装置44の受信アンテナ数N=4であるから、受信装置24(#1、#2)において推定されるチャネル行列(H、H)は、下記の式(14)及び式(15)のように表現される。
(Functional configuration of receiving device 44)
First, the functional configuration of the receiving device 44 will be described. As described above, since the number of transmission antennas N T = 4 of the transmission device 30 and the number of reception antennas N R = 4 of the reception device 44, the channel matrix (H 1 ) estimated in the reception devices 24 (# 1, # 2). , H 2 ) is expressed as in the following formulas (14) and (15).

Figure 2009272942
…(14)

Figure 2009272942
…(15)
Figure 2009272942
... (14)

Figure 2009272942
... (15)

また、上記の式(14)及び式(15)で表現されるチャネル行列H、Hを2本の受信アンテナ毎に分割すると、下記の式(16)〜(19)で表現される4つのサブチャネル行列H11、H12、H21、H22に分割される。 Further, when the channel matrices H 1 and H 2 expressed by the above formulas (14) and (15) are divided for every two receiving antennas, 4 expressed by the following formulas (16) to (19) 4 It is divided into two subchannel matrices H 11 , H 12 , H 21 and H 22 .

Figure 2009272942
…(16)

Figure 2009272942
…(17)

Figure 2009272942
…(18)

Figure 2009272942
…(19)
Figure 2009272942
... (16)

Figure 2009272942
... (17)

Figure 2009272942
... (18)

Figure 2009272942
... (19)

受信装置44は、サブチャネル行列に基づいてチャネルベクトルを量子化する。例えば、受信装置44(#k)(k=1,2)は、下記の式(20)に基づいて量子化チャネルベクトルを算出する。但し、kはユーザインデックスである。iは分割されたサブチャネル行列のインデックスである。上記の式(16)〜(19)の例ではi=1、2となる。尚、チャネル行列の分割数は、ユーザ当たり送信ストリーム数に相当する。   The receiving device 44 quantizes the channel vector based on the subchannel matrix. For example, the receiving device 44 (#k) (k = 1, 2) calculates a quantized channel vector based on the following equation (20). Here, k is a user index. i is an index of the divided subchannel matrix. In the examples of the above formulas (16) to (19), i = 1, 2. Note that the division number of the channel matrix corresponds to the number of transmission streams per user.

Figure 2009272942
…(20)
Figure 2009272942
... (20)

但し、上記の式(20)の中で、h’ki、cはベクトル量である。また、ベクトルcは、量子化コードブックに含まれるN次元のユニットノルムベクトルである。そして、Bは量子化ビット数である。上記の式(20)に基づいて量子化チャネルベクトルを算出すると、受信装置44は、その量子化チャネルベクトルに対応するコードブックインデックスを送信装置30に帰還する。 However, in the above equation (20), h ′ ki and cm are vector quantities. The vector cm is an NT- dimensional unit norm vector included in the quantization codebook. B is the number of quantization bits. When the quantized channel vector is calculated based on the above equation (20), the receiving device 44 feeds back the codebook index corresponding to the quantized channel vector to the transmitting device 30.

このように、通信システムS2の受信装置44は、ストリーム数分だけチャネル行列を分割してサブチャネル行列を生成し、量子化チャネルベクトルを算出する。そのため、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルが量子化チャネルベクトルの算出に利用されずに済む。その結果、同一の受信装置44に向けて、送信装置30から複数のストリームを同時に送信することが可能になる。   As described above, the receiving device 44 of the communication system S2 divides the channel matrix by the number of streams to generate a subchannel matrix, and calculates a quantized channel vector. Therefore, channel vectors corresponding to all reception antennas are not used for calculation of the quantized channel vector. As a result, a plurality of streams can be transmitted simultaneously from the transmission device 30 toward the same reception device 44.

(送信装置30の機能構成)
次に、送信装置30の機能構成について説明する。送信装置30は、上記の通信システムS1に含まれる送信装置10とは異なり、送信信号にBDBFを施してユーザ間干渉を除去するように構成されている。また、送信装置30は、同一の受信装置44に向けて複数のストリームを同時に送信する。
(Functional configuration of transmitting device 30)
Next, the functional configuration of the transmission device 30 will be described. Unlike the transmission apparatus 10 included in the communication system S1, the transmission apparatus 30 is configured to perform BDBF on a transmission signal to remove inter-user interference. Further, the transmission device 30 transmits a plurality of streams simultaneously to the same reception device 44.

図3に示すように、送信装置30は、主に、量子化ベクトル再生部32と、BDBF行列生成部34と、S/P変換部36と、チャネル符号化&変調マッピング部38と、BDBF処理部40と、複数の送信アンテナ42とにより構成される。   As illustrated in FIG. 3, the transmission apparatus 30 mainly includes a quantization vector reproduction unit 32, a BDBF matrix generation unit 34, an S / P conversion unit 36, a channel coding & modulation mapping unit 38, and a BDBF process. The unit 40 includes a plurality of transmission antennas 42.

(量子化ベクトル再生部32)
量子化ベクトル再生部32は、量子化コードブックを参照し、各受信装置44から帰還されたコードブックインデックスに基づき、各受信装置44で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部32で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、BDBF行列生成部34に入力される。
(Quantized vector reproduction unit 32)
The quantization vector reproduction unit 32 refers to the quantization code book and reproduces a quantization channel vector corresponding to the channel vector estimated by each reception device 44 based on the codebook index fed back from each reception device 44. . Information on the quantized channel vector reproduced by the quantized vector reproducing unit 32 is input to the BDBF matrix generating unit 34.

例えば、受信装置44(#k)(k=1、2)からサブチャネル行列Hk1、Hk2に対応する量子化チャネル行列h’k1、h’k2が帰還されると、量子化ベクトル再生部32は、下記の式(21)及び式(22)に示すように、受信装置44(#k)に対応するチャネル行列H’を再生する。そして、チャネル行列H’、H’は、BDBF行列生成部34に入力される。 For example, when the quantized channel matrices h ′ k1 and h ′ k2 corresponding to the subchannel matrices H k1 and H k2 are fed back from the receiving device 44 (#k) (k = 1, 2), the quantized vector reproduction unit 32 reproduces the channel matrix H ′ k corresponding to the receiving device 44 (#k) as shown in the following equations (21) and (22). The channel matrices H ′ 1 and H ′ 2 are input to the BDBF matrix generation unit 34.

Figure 2009272942
…(21)

Figure 2009272942
…(22)
Figure 2009272942
... (21)

Figure 2009272942
... (22)

(BDBF行列生成部34)
BDBF行列生成部34は、下記の式(23)に示すように、量子化ベクトル再生部32から入力された受信装置44(#2)のサブチャネル行列H’を特異値分解し、特異値ベクトルV (1)、V (0)を算出する。この中で、右特異値ベクトルV (0)は、特異値0に対応し、サブチャネル行列H’に対する零空間ベクトルを与える。
(BDBF matrix generation unit 34)
As shown in the following equation (23), the BDBF matrix generation unit 34 performs singular value decomposition on the subchannel matrix H ′ 2 of the reception device 44 (# 2) input from the quantization vector reproduction unit 32, and performs singular value decomposition. Vectors V 2 (1) and V 2 (0) are calculated. Among them, the right singular value vector V 2 (0) corresponds to the singular value 0 and gives a null space vector for the subchannel matrix H ′ 1 .

同様に、BDBF行列生成部34は、下記の式(24)に示すように、量子化ベクトル再生部32から入力された受信装置44(#1)のサブチャネル行列H’を特異値分解し、特異値ベクトルV (1)、V (0)を算出する。この中で、右特異値ベクトルV (0)は、特異値0に対応し、サブチャネル行列H’に対する零空間ベクトルを与える。 Similarly, the BDBF matrix generation unit 34 performs singular value decomposition on the subchannel matrix H ′ 1 of the reception device 44 (# 1) input from the quantization vector reproduction unit 32 as shown in the following equation (24). The singular value vectors V 1 (1) and V 1 (0) are calculated. Among these, the right singular value vector V 1 (0) corresponds to the singular value 0 and gives a null space vector for the subchannel matrix H ′ 2 .

Figure 2009272942
…(23)

Figure 2009272942
…(24)
Figure 2009272942
... (23)

Figure 2009272942
... (24)

そこで、BDBF行列生成部34は、右特異値ベクトルV (0)を受信装置44(#1)に対するビームフォーミング行列成分として用いる。また、右特異値ベクトルV (0)を受信装置44(#2)に対するビームフォーミング行列成分として用いる。つまり、BDBF行列生成部34は、上記の右特異値ベクトルV (0)、V (0)を用いて送信ビームフォーミング行列W=[V (0),V (0)]を生成する。このようにして生成された送信ビームフォーミング行列Wは、BDBF処理部40に入力され、チャネル符号化&変調マッピング部38から入力される送信シンボルベクトルに演算される。 Therefore, the BDBF matrix generation unit 34 uses the right singular value vector V 2 (0) as a beamforming matrix component for the receiving device 44 (# 1). Further, the right singular value vector V 1 (0) is used as a beamforming matrix component for the receiving device 44 (# 2). That is, the BDBF matrix generation unit 34 generates the transmission beamforming matrix W = [V 2 (0) , V 1 (0) ] using the right singular value vectors V 1 (0) , V 2 (0). To do. The transmission beamforming matrix W generated in this way is input to the BDBF processing unit 40, and is calculated into a transmission symbol vector input from the channel coding & modulation mapping unit 38.

(S/P変換部36、チャネル符号化&変調マッピング部38)
S/P変換部36には、各ユーザに送信されるデータが入力される。S/P変換部36は、入力されたデータをシリアル/パラレル変換して複数のサブストリームに分配する。各サブストリームに分配されたデータは、チャネル符号化&変調マッピング部38に入力される。
(S / P converter 36, channel coding & modulation mapping unit 38)
Data to be transmitted to each user is input to the S / P converter 36. The S / P converter 36 performs serial / parallel conversion on the input data and distributes the data to a plurality of substreams. The data distributed to each substream is input to the channel coding & modulation mapping unit 38.

チャネル符号化&変調マッピング部38は、入力されたサブストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化&変調マッピング部38は、チャネル符号化されたサブストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、サブストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置44からCQIが帰還されている場合、チャネル符号化&変調マッピング部38は、CQIを考慮してスループットが向上するMCSの組み合わせを決定する。チャネル符号化&変調マッピング部38により決定されたストリーム毎の送信シンボルはBDBF処理部40に入力される。   The channel encoding & modulation mapping unit 38 performs channel encoding on the input data for each substream. Further, the channel coding & modulation mapping unit 38 performs modulation mapping of channel-coded data for each substream with a predetermined modulation scheme and modulation order, and determines a transmission symbol for each substream. When the CQI is fed back from the receiving device 44, the channel coding & modulation mapping unit 38 determines the combination of MCS that improves the throughput in consideration of the CQI. The transmission symbol for each stream determined by the channel coding & modulation mapping unit 38 is input to the BDBF processing unit 40.

(BDBF処理部40)
上記の通り、BDBF処理部40には、BDBF行列生成部34から送信ビームフォーミング行列Wが入力され、チャネル符号化&変調マッピング部38からサブストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、BDBF処理部40は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Wを演算する。そして、送信ビームフォーミングが施された送信信号は、複数の送信アンテナ42を介して受信装置44に送信される。
(BDBF processing unit 40)
As described above, the BDBF processing unit 40 receives the transmission beamforming matrix W from the BDBF matrix generation unit 34 and receives the transmission symbols for each substream from the channel coding & modulation mapping unit 38. Therefore, the BDBF processing unit 40 calculates a transmission beamforming matrix W with respect to a transmission symbol vector composed of the input transmission symbols. Then, the transmission signal subjected to the transmission beamforming is transmitted to the reception device 44 via the plurality of transmission antennas 42.

例えば、BDBF処理部40は、送信シンボルベクトルsに対し、入力された送信ビームフォーミング行列Wを作用させる。仮に、送信シンボルベクトルをs=[s,s,s,sと表記すると、受信シンボルベクトルrは、下記の式(25)のように表現される。下記の式(25)から明らかなように、送信ビームフォーミングが施された後の実効的なチャネル行列HWは、ユーザ間干渉に対応する非対角要素が全て除去されたブロック対角行列になる。これは、ビームフォーミング行列Wを生成する際に、他のユーザのMIMOチャネル行列の零空間ベクトルを用いたことによる。そのため、ユーザ間干渉が除去されたのである。 For example, the BDBF processing unit 40 applies the input transmission beamforming matrix W to the transmission symbol vector s. If the transmission symbol vector is expressed as s = [s 1 , s 2 , s 3 , s 4 ] T , the reception symbol vector r is expressed as the following equation (25). As is clear from the following equation (25), the effective channel matrix HW after the transmission beamforming is performed is a block diagonal matrix from which all off-diagonal elements corresponding to inter-user interference are removed. . This is because the null space vector of the MIMO channel matrix of another user is used when generating the beamforming matrix W. For this reason, the inter-user interference is eliminated.

Figure 2009272942
…(25)
Figure 2009272942
... (25)

上記の式(25)のように、ユーザ間の干渉成分が除去されているため、各受信装置44は、自装置向けのMIMOサブチャネルを推定し、MMSE検波やMLD検波等により信号検出をすることが可能になる。チャネルベクトル量子化による量子化誤差が十分に小さいならば、送信装置30は、上記の送信ビームフォーミング行列Wを利用してユーザ間に干渉を与えないように複数のストリームを同時に送信することができる。   Since the interference component between users is removed as in the above equation (25), each receiving device 44 estimates a MIMO subchannel for the device itself, and performs signal detection by MMSE detection, MLD detection, or the like. It becomes possible. If the quantization error due to channel vector quantization is sufficiently small, the transmission apparatus 30 can simultaneously transmit a plurality of streams using the transmission beamforming matrix W so as not to cause interference between users. .

(通信システムS2の問題点)
上記の通り、通信システムS2は、チャネルベクトルの量子化誤差が小さいならば、同一の受信装置44に対して複数のストリームを同時に送信することが可能である。そのため、ユーザ数が送信装置30の送信アンテナ数Nよりも少ない場合、各受信装置44に対して割り当てるストリーム数を増加させてスループットを向上させることができる。
(Problem of communication system S2)
As described above, the communication system S2 can simultaneously transmit a plurality of streams to the same receiving device 44 if the quantization error of the channel vector is small. Therefore, when the number of users is smaller than the number of transmission antennas NT of the transmission device 30, the number of streams allocated to each reception device 44 can be increased to improve the throughput.

但し、上記の送信ビームフォーミング行列Wを用いると、他のユーザのMIMOチャネルの零空間に向けて送信ビームを送信することになる。そのため、この送信ビームフォーミング行列Wでビームフォーミングされた送信データを受信したユーザは、他のユーザのMIMOチャネルに関する情報を得ることができない。その結果、自身に向けられたビームフォーミングウェイトを予測することができず、受信装置44において仮のCQIを算出することができないという問題が生じる。   However, if the transmission beam forming matrix W is used, the transmission beam is transmitted toward the null space of the MIMO channel of another user. Therefore, a user who has received transmission data beamformed by this transmission beamforming matrix W cannot obtain information on the MIMO channels of other users. As a result, there is a problem in that the beamforming weight directed to itself cannot be predicted, and the provisional CQI cannot be calculated in the receiving apparatus 44.

図4に示すように、送信装置30にユーザ選択部33を設け、選択されたユーザの組み合わせに対して信号を送信する場合、ユーザ選択部33は、量子化チャネルベクトルに含まれる角度情報のみに基づいてユーザの組み合わせを選択することになる。つまり、ユーザの組み合わせを選択する際に、信号品質の情報を利用することができないのである。その結果、信号品質を考慮してユーザ選択した場合に比べると、スループットが低下してしまうという問題が生じるのである。後述する本発明の実施形態においては、こうした問題点を解決するための手段が提案される。   As shown in FIG. 4, when the user selection unit 33 is provided in the transmission device 30 and a signal is transmitted to the selected combination of users, the user selection unit 33 only uses the angle information included in the quantization channel vector. Based on this, the user combination is selected. That is, signal quality information cannot be used when selecting a combination of users. As a result, there arises a problem that the throughput is reduced as compared with the case of user selection in consideration of signal quality. In the embodiments of the present invention described later, means for solving such problems are proposed.

《実施形態》
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、同一のユーザに対してマルチストリーム伝送が可能であり、かつ、ユーザ選択に用いるCQIを生成することが可能なチャネルベクトル量子化方法に関する。
<Embodiment>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a channel vector quantization method capable of multi-stream transmission for the same user and capable of generating a CQI used for user selection.

[通信システム1の構成]
まず、図5を参照しながら、本実施形態に係る通信システム1の構成について説明する。図5は、本実施形態に係る通信システム1の構成例を示す説明図である。
[Configuration of Communication System 1]
First, the configuration of the communication system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the communication system 1 according to the present embodiment.

図5に示すように、通信システム1は、送信装置100と、複数の受信装置200(#1、#2)とにより構成される。送信装置100の送信アンテナ数Nは4本である。各受信装置200(#1、#2)の受信アンテナ数Nは4本である。また、以下の説明において、説明の都合上、全ての受信装置200(#1、#2)が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置200のことをユーザと呼ぶ場合がある。もちろん、送信アンテナ数、受信アンテナ数、ユーザ数等は、これに限定されるものではない。 As illustrated in FIG. 5, the communication system 1 includes a transmission device 100 and a plurality of reception devices 200 (# 1, # 2). The number of transmission antennas NT of the transmission device 100 is four. Each receiving apparatus 200 (# 1, # 2) has four receiving antennas N R. In the following description, for the convenience of description, it is assumed that all receiving apparatuses 200 (# 1, # 2) have the same functional configuration. In addition, the receiving device 200 may be referred to as a user. Of course, the number of transmitting antennas, the number of receiving antennas, the number of users, etc. are not limited to this.

図5に示す通信システム1は、受信装置200から送信装置100にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システム1は、送信装置100においてユーザ選択処理、チャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、CQIを利用するように構成されている。また、上記の通信システムS1とは異なり、同一ユーザに対して複数のストリームを送信できるように構成されている。以下、受信装置200、送信装置100における個々の機能構成について説明する。   The communication system 1 shown in FIG. 5 is configured to quantize a channel vector and feed back a codebook index when channel information is fed back from the receiving device 200 to the transmitting device 100. Further, the communication system 1 is configured to use CQI when the transmission apparatus 100 performs user selection processing, channel coding processing, and modulation mapping processing. Further, unlike the communication system S1 described above, a plurality of streams can be transmitted to the same user. Hereinafter, individual functional configurations of the reception device 200 and the transmission device 100 will be described.

(送信装置100の機能構成)
まず、送信装置100の機能構成について説明する。送信装置100は、送信信号にZFBFを施して送信するように構成されている。しかし、上記の通信システムS1に含まれる送信装置10とは異なり、各ユーザに送信されるデータを複数のサブストリームに分割し、同一ユーザに複数のサブストリームを送信する構成を有する。また、送信装置100には、上記の送信装置10と同様に、各受信装置200からコードブックインデックス、仮のCQI、CQIが帰還されているものとする。
(Functional configuration of transmitting apparatus 100)
First, the functional configuration of the transmission device 100 will be described. The transmission apparatus 100 is configured to perform transmission by applying ZFBF to a transmission signal. However, unlike the transmission device 10 included in the communication system S1, the data transmitted to each user is divided into a plurality of substreams, and the plurality of substreams are transmitted to the same user. Also, it is assumed that the codebook index, temporary CQI, and CQI are fed back from each receiving apparatus 200 to the transmitting apparatus 100 as in the case of the transmitting apparatus 10 described above.

以下、送信装置100の各構成要素について、より詳細に説明する。但し、上記の送信装置10と実質的に同一の構成要素については詳細な説明を省略する。   Hereinafter, each component of the transmission device 100 will be described in more detail. However, detailed description of components that are substantially the same as those of the transmission device 10 is omitted.

図5に示すように、送信装置100は、主に、量子化ベクトル再生部102と、ユーザ選択部104と、ZFBF行列生成部106と、S/P変換部108と、チャネル符号化&変調マッピング部110と、ZFBF処理部112と、複数の送信アンテナ114とにより構成される。   As illustrated in FIG. 5, the transmission apparatus 100 mainly includes a quantization vector reproduction unit 102, a user selection unit 104, a ZFBF matrix generation unit 106, an S / P conversion unit 108, a channel coding & modulation mapping. Unit 110, ZFBF processing unit 112, and a plurality of transmission antennas 114.

(量子化ベクトル再生部102)
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で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部102で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、ユーザ選択部104に入力される。
(Quantized vector reproduction unit 102)
The quantization vector reproducing unit 102 reproduces a quantization channel vector corresponding to the channel vector estimated by each receiving apparatus 200 based on the codebook index fed back from each receiving apparatus 200 with reference to the quantization code book To do. Information on the quantized channel vector reproduced by the quantized vector reproducing unit 102 is input to the user selecting unit 104.

(ユーザ選択部104)
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の量子化チャネルベクトル、及び受信装置200から帰還された仮のCQIに基づき、送信信号が同時に送信された場合に送信ビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなり、スループットが大きくなるユーザの組合せを選択する。そして、ユーザ選択部104は、選択したユーザの組み合わせをZFBF行列生成部106に入力する。
(User selection unit 104)
Based on the quantized channel vector of each receiving device 200 input from the quantized vector reproducing unit 102 and the provisional CQI fed back from the receiving device 200, the user selecting unit 104 transmits when transmission signals are transmitted simultaneously. A combination of users that increases the channel capacity after beam forming and increases the throughput is selected. Then, the user selection unit 104 inputs the selected user combination to the ZFBF matrix generation unit 106.

さらに、ユーザ選択部104により受信装置200の組合せが選択されると、その組み合わせに応じてストリーム毎に割り当てるデータ(ユーザ#1へのデータu、ユーザ#2へのデータu)が決定され、S/P変換部108に入力される。 Further, when a combination of the receiving apparatuses 200 is selected by the user selection unit 104, data (data u 1 to the user # 1, data u 2 to the user # 2 ) to be assigned for each stream is determined according to the combination. , Input to the S / P converter 108.

(ZFBF行列生成部106)
ZFBF行列生成部106は、ユーザ選択部104からユーザインデックスの組み合わせが伝達されると、その組み合わせに対応するビームフォーミング行列Wを算出する。
(ZFBF matrix generation unit 106)
When a combination of user indexes is transmitted from the user selection unit 104, the ZFBF matrix generation unit 106 calculates a beamforming matrix W corresponding to the combination.

まず、ZFBF行列生成部106は、選択ユーザの量子化チャネルベクトルを用いてマルチユーザMIMOチャネルのチャネル行列Hを生成する。次いで、ZFBF行列生成部106は、上記の式(12)に示すように、チャネル行列に逆行列演算を施して送信ビームフォーミング行列Wを算出する。このようにして算出された送信ビームフォーミング行列Wは、ZFBF処理部112に入力され、チャネル符号化&変調マッピング部110から入力される送信シンボルベクトルに演算される。   First, the ZFBF matrix generation unit 106 generates a channel matrix H of a multiuser MIMO channel using the quantization channel vector of the selected user. Next, the ZFBF matrix generation unit 106 performs an inverse matrix operation on the channel matrix to calculate a transmission beamforming matrix W as shown in the above equation (12). The transmission beamforming matrix W calculated in this way is input to the ZFBF processing unit 112 and is calculated as a transmission symbol vector input from the channel coding & modulation mapping unit 110.

(S/P変換部108、チャネル符号化&変調マッピング部110)
S/P変換部108には、各ユーザに送信されるデータが入力される。S/P変換部108は、入力されたデータをシリアル/パラレル変換して複数のサブストリームに分配する。各サブストリームに分配されたデータは、チャネル符号化&変調マッピング部110に入力される。
(S / P converter 108, channel coding & modulation mapping unit 110)
Data transmitted to each user is input to the S / P converter 108. The S / P converter 108 performs serial / parallel conversion on the input data and distributes it to a plurality of substreams. Data distributed to each substream is input to channel coding & modulation mapping section 110.

チャネル符号化&変調マッピング部110は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化&変調マッピング部110は、チャネル符号化されたストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置200からCQIが帰還されている場合、チャネル符号化&変調マッピング部110は、CQIを考慮してスループットが向上するMCSの組み合わせを決定する。チャネル符号化&変調マッピング部110により決定されたストリーム毎の送信シンボルはZFBF処理部112に入力される。   The channel coding & modulation mapping unit 110 channel codes the input data for each stream. Further, the channel coding & modulation mapping unit 110 performs modulation mapping of channel-coded data for each stream with a predetermined modulation scheme and modulation order, and determines a transmission symbol for each stream. When CQI is fed back from receiving apparatus 200, channel coding & modulation mapping section 110 determines a combination of MCS that improves throughput in consideration of CQI. The transmission symbol for each stream determined by the channel coding & modulation mapping unit 110 is input to the ZFBF processing unit 112.

(ZFBF処理部112)
上記の通り、ZFBF処理部112には、ZFBF行列生成部106から送信ビームフォーミング行列Wが入力され、チャネル符号化&変調マッピング部110からストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、ZFBF処理部112は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Wを積算する。このようにしてZFBF処理部112により送信ビームフォーミングが施された送信信号は、送信アンテナ114を介して受信装置200に送信される。
(ZFBF processor 112)
As described above, the ZFBF processing unit 112 receives the transmission beamforming matrix W from the ZFBF matrix generation unit 106 and the transmission symbol for each stream from the channel coding & modulation mapping unit 110. Therefore, the ZFBF processing unit 112 integrates the transmission beamforming matrix W with respect to the transmission symbol vector configured by the input transmission symbols. The transmission signal subjected to the transmission beam forming by the ZFBF processing unit 112 in this way is transmitted to the reception apparatus 200 via the transmission antenna 114.

以上、本実施形態に係る送信装置100の機能構成について説明した。上記の通り、送信装置100は、逆行列演算を用いたZFBFにより送信信号に送信ビームフォーミングを施して送信するように構成されている。さらに、ユーザ選択処理の際に、受信装置200から帰還された仮のCQIを用いてスループットが向上するユーザの組み合わせを選択するように構成されている。   Heretofore, the functional configuration of the transmission device 100 according to the present embodiment has been described. As described above, the transmission apparatus 100 is configured to perform transmission beamforming on a transmission signal by ZFBF using inverse matrix calculation and transmit the transmission signal. Furthermore, in the user selection process, the temporary CQI fed back from the receiving apparatus 200 is used to select a combination of users whose throughput is improved.

また、受信装置200から帰還されたCQIに基づいてMCSを選択するように構成されている。そして、各ユーザに向けて送信されるデータをサブストリーム毎に分配し、同一ユーザに対して複数のストリームを送信するように構成されている。これらの送信装置100が有する構成は、後述する受信装置200の特徴的な構成により実現される。そこで、上記の送信装置100が有する機能構成を念頭の置き、以下では、本実施形態に係る受信装置200の機能構成について詳細に説明する。   Further, the MCS is selected based on the CQI fed back from the receiving apparatus 200. Then, data transmitted to each user is distributed for each substream, and a plurality of streams are transmitted to the same user. The configuration of these transmission apparatuses 100 is realized by a characteristic configuration of the reception apparatus 200 described later. Therefore, with the functional configuration of the transmission apparatus 100 described above in mind, the functional configuration of the reception apparatus 200 according to the present embodiment will be described in detail below.

(受信装置200の機能構成)
ここで、図6を参照しながら、本実施形態に係る受信装置200の機能構成について説明する。図6は、本実施形態に係る受信装置200の機能構成を示す説明図である。
(Functional configuration of receiving apparatus 200)
Here, the functional configuration of the receiving apparatus 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration of the receiving device 200 according to the present embodiment.

図6に示すように、受信装置200は、量子化チャネルベクトル及び仮CQIの算出処理に関し、チャネル推定部204と、アンテナ候補選択部206と、ランダムベクトル量子化部208と、角度差計算部210と、直交量子化ベクトルインデックス検出部212と、仮CQI計算部214とを備える。   As illustrated in FIG. 6, the reception apparatus 200 relates to a calculation process of a quantized channel vector and provisional CQI, and includes a channel estimation unit 204, an antenna candidate selection unit 206, a random vector quantization unit 208, and an angle difference calculation unit 210. And an orthogonal quantization vector index detection unit 212 and a provisional CQI calculation unit 214.

さらに、受信装置200は、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したCQIの算出処理等に関し、BFチャネル推定部216と、受信ビームフォーミングベクトル計算部218と、CQI計算部220とを備える。そして、受信装置200は、複数の受信アンテナ202と、受信ビームフォーミング部222と、LLR計算部224と、誤り訂正復号部226とを備える。   Furthermore, the reception apparatus 200 includes a BF channel estimation unit 216, a reception beamforming vector calculation unit 218, and a CQI calculation unit 220 regarding CQI calculation processing and the like in consideration of transmission beamforming and reception beamforming. Reception apparatus 200 includes a plurality of reception antennas 202, a reception beamforming unit 222, an LLR calculation unit 224, and an error correction decoding unit 226.

(量子化チャネルベクトル及び仮CQIの算出について)
まず、受信装置200が備える機能構成のうち、量子化チャネルベクトル、及び仮CQIの算出処理に係る機能構成について説明する。
(Calculation of quantization channel vector and provisional CQI)
First, a functional configuration related to a calculation process of a quantization channel vector and a provisional CQI among functional configurations included in the receiving apparatus 200 will be described.

上記の通信システムS1が含む受信装置24においては、4本の受信アンテナで受信した信号から得られる全てのチャネルベクトルを用いて量子化チャネルベクトルが算出された。しかし、本実施形態に係る受信装置200は、全受信アンテナ数よりも少ない数の受信アンテナ202を用いて量子化チャネルベクトルを算出する。その際、本実施形態に係る受信装置200は、量子化チャネルベクトルの算出に用いるチャネルベクトルの組み合わせを好適に選択することができるように構成されている。この構成上の特徴点を中心に、以下で詳細に説明する。   In the receiving device 24 included in the communication system S1, the quantized channel vector is calculated using all channel vectors obtained from signals received by the four receiving antennas. However, the receiving apparatus 200 according to the present embodiment calculates a quantized channel vector using a smaller number of receiving antennas 202 than the total number of receiving antennas. At that time, the receiving apparatus 200 according to the present embodiment is configured so that a combination of channel vectors used for calculation of a quantized channel vector can be suitably selected. This will be described in detail below, focusing on this structural feature point.

(チャネル推定部204)
チャネル推定部204は、複数の受信アンテナ202から受信した信号に基づいてチャネル行列Hを推定する。例えば、チャネル推定部204は、第1番目の受信アンテナ202(#1)から受信した信号に基づいて、送信装置100が備える各送信アンテナ114に対応した成分を持つチャネルベクトルhを推定する。同様に、チャネル推定部204は、第k番目(k=2〜4)の受信アンテナ202から受信した信号に基づいて各送信アンテナ114に対応した成分を持つチャネルベクトルhを推定する。このとき、チャネル行列Hは、下記の式(26)のように表現される。
(Channel estimation unit 204)
Channel estimation section 204 estimates channel matrix H based on signals received from a plurality of reception antennas 202. For example, the channel estimation unit 204 estimates a channel vector h 1 having a component corresponding to each transmission antenna 114 included in the transmission device 100 based on the signal received from the first reception antenna 202 (# 1). Similarly, the channel estimation unit 204 estimates a channel vector h k having a component corresponding to each transmission antenna 114 based on a signal received from the k-th (k = 2 to 4) reception antenna 202. At this time, the channel matrix H is expressed as the following Expression (26).

Figure 2009272942
…(26)
Figure 2009272942
... (26)

チャネル推定部204により推定された各チャネルベクトルh(k=1〜4)は、アンテナ候補選択部206に入力される。 Each channel vector h k (k = 1 to 4) estimated by the channel estimation unit 204 is input to the antenna candidate selection unit 206.

(アンテナ候補選択部206)
アンテナ候補選択部206は、量子化チャネルベクトルを算出するために用いるチャネルベクトルの組み合わせを選択する。各チャネルベクトルは、上記の通り、各受信アンテナ202で受信した信号から推定されるため、各受信アンテナ202に対応している。そこで、アンテナ候補選択部206は、量子化チャネルベクトルの算出に用いる受信アンテナ202の組み合わせを選択する。
(Antenna candidate selection unit 206)
The antenna candidate selection unit 206 selects a combination of channel vectors used for calculating a quantized channel vector. Each channel vector is estimated from a signal received by each receiving antenna 202 as described above, and therefore corresponds to each receiving antenna 202. Therefore, the antenna candidate selection unit 206 selects a combination of the reception antennas 202 used for calculation of the quantization channel vector.

例えば、3つのチャネルベクトルを合成量子化して1つの量子化チャネルベクトルを算出するものとし、2つの量子化チャネルベクトルを算出するために、異なる2組の受信アンテナ202が選択される場合について考える。つまり、アンテナ候補選択部206は、互いに重複しないように、3本の受信アンテナ202で構成される受信アンテナ202の組み合わせを4本の受信アンテナ202から2組選択するのである。   For example, assume that three channel vectors are combined and quantized to calculate one quantized channel vector, and two different sets of receiving antennas 202 are selected to calculate two quantized channel vectors. That is, the antenna candidate selection unit 206 selects two combinations of the reception antennas 202 including the three reception antennas 202 from the four reception antennas 202 so as not to overlap each other.

このような組み合わせは、図10に示す図表1のように6通りある。図10は、組み合わせ毎に組み合わせ番号を付し、第1の組み合わせ(#1)と第2の組み合わせ(#2)とを並べて記載したものである。図表1の中で、第k番目(k=1〜4)の受信アンテナ202を番号kで表現し、例えば、第1、2、3番目の受信アンテナ202で構成される組み合わせを(1,2,3)と表現した。アンテナ候補選択部206は、例えば、図表1に記載したような受信アンテナ202の組み合わせを選択することができる。   There are six such combinations as shown in Chart 1 in FIG. In FIG. 10, a combination number is assigned to each combination, and the first combination (# 1) and the second combination (# 2) are arranged side by side. In Table 1, the k-th (k = 1 to 4) receiving antenna 202 is represented by a number k, and for example, a combination of the first, second, and third receiving antennas 202 is represented by (1,2 , 3). The antenna candidate selection unit 206 can select, for example, a combination of the reception antennas 202 as described in FIG.

但し、アンテナ候補選択部206は、上記の例以外にも、様々な条件の下でチャネルベクトルの組み合わせを選択することができる。例えば、2つのチャネルベクトルを合成量子化して1つの量子化チャネルベクトルを算出し、2つの量子化チャネルベクトルを算出する条件についても対応可能である。つまり、アンテナ候補選択部206は、互いに重複しないように、2本の受信アンテナ202で構成される受信アンテナ202の組み合わせを4本の受信アンテナ202から2組選択するのである。   However, the antenna candidate selection unit 206 can select a combination of channel vectors under various conditions other than the above example. For example, it is possible to cope with the condition of calculating two quantized channel vectors by combining and quantizing two channel vectors to calculate one quantized channel vector. That is, the antenna candidate selection unit 206 selects two combinations of the reception antennas 202 including the two reception antennas 202 from the four reception antennas 202 so as not to overlap each other.

このとき、アンテナ候補選択部206は、互いの要素が完全に重複しないように受信アンテナ202の組み合わせを選択することもできる。この場合、アンテナ候補選択部206により選択される受信アンテナ202の組み合わせは、図11の図表2に示した3通りとなる。図表2から明らかなように、選択された2組の受信アンテナ202の要素は、互いに完全に重複していない。   At this time, the antenna candidate selection unit 206 can also select the combination of the receiving antennas 202 so that the elements do not completely overlap each other. In this case, there are three combinations of the reception antennas 202 selected by the antenna candidate selection unit 206 as shown in Chart 2 of FIG. As is apparent from Chart 2, the elements of the two selected sets of receive antennas 202 do not completely overlap each other.

上記の通り、アンテナ候補選択部206は、量子化チャネルベクトルを算出するために用いるチャネルベクトルの組み合わせを互いに重複しないように複数組選択することができる。アンテナ候補選択部206により選択された受信アンテナ202の組み合わせ情報は、ランダムベクトル量子化部208に入力される。   As described above, the antenna candidate selection unit 206 can select a plurality of sets of channel vector combinations used for calculating the quantized channel vectors so as not to overlap each other. The combination information of the receiving antennas 202 selected by the antenna candidate selection unit 206 is input to the random vector quantization unit 208.

(ランダムベクトル量子化部208)
ランダムベクトル量子化部208は、アンテナ候補選択部206により選択されたチャネルベクトルの組み合わせ情報に基づいて、チャネル推定部204により推定された複数のチャネルベクトルを合成量子化する。
(Random vector quantization unit 208)
Random vector quantization section 208 performs synthetic quantization on a plurality of channel vectors estimated by channel estimation section 204 based on channel vector combination information selected by antenna candidate selection section 206.

まず、ランダムベクトル量子化部208は、下記の式(27)に示すように、受信アンテナ選択行列Pj、iを用いて各組み合わせ番号jに対応する第i番目のチャネル行列Hj、iを算出する。但し、受信アンテナ選択行列Pj,iは、例えば、図12に示すように、各組み合わせ番号jに対応して予め設定されている。 First, as shown in the following equation (27), the random vector quantization unit 208 uses the reception antenna selection matrix P j, i to calculate the i-th channel matrix H j, i corresponding to each combination number j. calculate. However, the receiving antenna selection matrix P j, i is set in advance corresponding to each combination number j as shown in FIG. 12, for example.

Figure 2009272942
…(27)
Figure 2009272942
... (27)

図12に示した図表3の例は、図10に示した図表1の組み合わせに各々対応するものである。図表3の例では、j=1〜6、i=1,2である。つまり、3本の受信アンテナ202に対応するチャネルベクトルから1つの量子化チャネルベクトルが算出され、2つの量子化チャネルベクトルが算出される場合である。2つの量子化チャネルベクトルが算出されるのは2ストリーム伝送に対応するためである。この場合、図表3に示すように、各受信アンテナ選択行列は3行4列になる。図表3に示す例の場合、例えば、組み合わせ番号1に対応するチャネル行列H1、i(i=1、2)は、下記の式(28)及び式(29)のように表現される。 The example of Chart 3 shown in FIG. 12 corresponds to each combination of Chart 1 shown in FIG. In the example of Chart 3, j = 1 to 6 and i = 1,2. That is, this is a case where one quantized channel vector is calculated from channel vectors corresponding to the three receiving antennas 202, and two quantized channel vectors are calculated. The reason why the two quantized channel vectors are calculated is to support 2-stream transmission. In this case, as shown in Chart 3, each receiving antenna selection matrix is 3 rows by 4 columns. In the case of the example shown in FIG. 3, for example, the channel matrix H 1, i (i = 1, 2) corresponding to the combination number 1 is expressed as the following Expression (28) and Expression (29).

Figure 2009272942
…(28)

Figure 2009272942
…(29)
Figure 2009272942
... (28)

Figure 2009272942
... (29)

このようにして各組み合わせ番号に対応するチャネル行列Hj,iを算出した後、ランダムベクトル量子化部208は、下記の式(30)に基づいて最大比伝送チャネルベクトル量子化を実行し、各組み合わせに対応する量子化チャネルベクトルh’j,iを算出する。 After calculating the channel matrix H j, i corresponding to each combination number in this way, the random vector quantization unit 208 performs maximum ratio transmission channel vector quantization based on the following equation (30), Quantization channel vectors h ′ j, i corresponding to the combinations are calculated.

Figure 2009272942
…(30)
Figure 2009272942
... (30)

但し、上記の式(30)の中で、h’j、i、cはベクトル量である。また、ベクトルcは、量子化コードブックに含まれるN次元のユニットノルムベクトルである。そして、Bは量子化ビット数である。 However, in the above equation (30), h ′ j, i and cm are vector quantities. The vector cm is an NT- dimensional unit norm vector included in the quantization codebook. B is the number of quantization bits.

このようにしてランダムベクトル量子化部208により算出された量子化チャネルベクトルh’j、iは、角度差計算部210に入力される。 The quantized channel vector h ′ j, i calculated by the random vector quantizing unit 208 in this way is input to the angle difference calculating unit 210.

(角度差計算部210)
角度差計算部210は、ランダムベクトル量子化部208から入力された量子化チャネルベクトルh’j、iの間の角度差を計算する。例えば、角度差計算部210は、組み合わせ番号jの量子化チャネルベクトルh’j、1、h’j、2の間の角度差を計算する。この角度差θは、下記の式(31)に基づいて算出される。
(Angle difference calculation unit 210)
The angle difference calculation unit 210 calculates an angle difference between the quantized channel vectors h ′ j, i input from the random vector quantization unit 208. For example, the angle difference calculation unit 210 calculates the angle difference between the quantization channel vectors h ′ j, 1 , h ′ j, 2 of the combination number j. This angle difference θ j is calculated based on the following equation (31).

Figure 2009272942
…(31)
Figure 2009272942
... (31)

このようにして角度差計算部210により計算された角度差は、直交量子化ベクトルインデックス検出部212に入力される。   The angle difference calculated by the angle difference calculation unit 210 in this way is input to the orthogonal quantization vector index detection unit 212.

(直交量子化ベクトルインデックス検出部212)
直交量子化ベクトルインデックス検出部212は、角度差計算部210から入力された組み合わせ毎の角度差を参照し、量子化チャネルベクトルの交わる角度が最も直交に近い組み合わせを検出する。つまり、直交量子化ベクトルインデックス検出部212は、下記の式(32)に基づいて角度差が直交に近い組み合わせ数jmaxを検出する。但し、下記の式(32)の中で、Lは組み合わせ番号の最大値である。また、‖h’j,1‖=‖h’j,2‖=1である。
(Orthogonal quantization vector index detection unit 212)
The orthogonal quantization vector index detection unit 212 refers to the angle difference for each combination input from the angle difference calculation unit 210 and detects a combination in which the angle at which the quantization channel vectors intersect is closest to the orthogonality. That is, the orthogonal quantization vector index detection unit 212 detects the number j max of combinations in which the angle difference is close to orthogonal based on the following equation (32). However, in the following equation (32), L is the maximum combination number. Further, ‖h ′ j, 1 ‖ = ‖h ′ j, 2 ‖ = 1.

Figure 2009272942
…(32)
Figure 2009272942
... (32)

このようにして角度差が直交に近い組み合わせ数jmaxを検出した後、直交量子化ベクトルインデックス検出部212は、この組み合わせ数jmaxに対応する量子化チャネルベクトルh’jmax,1、h’jmax,2のコードブックインデックスを送信装置100に帰還する。また、これらの量子化チャネルベクトルh’jmax,1、h’jmax,2は、仮CQI計算部214に入力される。 After detecting the number j max of combinations in which the angle difference is close to orthogonal in this way, the orthogonal quantization vector index detection unit 212 detects the quantized channel vectors h ′ jmax, 1 , h ′ jmax corresponding to the number of combinations j max. , 2 are returned to the transmitting apparatus 100. These quantized channel vectors h ′ jmax, 1 and h ′ jmax, 2 are input to the temporary CQI calculation unit 214.

(仮CQI計算部214)
仮CQI計算部214は、直交量子化ベクトルインデックス検出部212から入力された量子化チャネルベクトルh’jmax,1、h’jmax,2を用いて、ユーザ選択に利用される仮CQIを算出する。仮CQIは、次のようにして算出される。
(Temporary CQI calculation unit 214)
The temporary CQI calculation unit 214 calculates a temporary CQI used for user selection using the quantized channel vectors h ′ jmax, 1 , h ′ jmax, 2 input from the orthogonal quantization vector index detection unit 212. The provisional CQI is calculated as follows.

量子化チャネルベクトルh’ jmax,1、h’ jmax,2が送信ビームウェイトとして利用されると仮定し、仮想的な送信信号ベクトルs、s、仮想的な雑音ベクトルnを用いると、仮想的な受信信号ベクトルx、xは、下記の式(33)及び式(34)のように表現できる。 Assuming that the quantized channel vectors h ′ * jmax, 1 and h ′ * jmax, 2 are used as transmission beam weights, the virtual transmission signal vectors s 1 and s 2 and the virtual noise vector n are used. The virtual received signal vectors x 1 and x 2 can be expressed as the following equations (33) and (34).

Figure 2009272942
…(33)

Figure 2009272942
…(34)
Figure 2009272942
... (33)

Figure 2009272942
... (34)

また、上記の式(33)及び式(34)で表現される仮想的な受信信号ベクトルx、xに対して受信ビームフォーミングが施されると、下記の式(35)に示す正規化最大比合成受信ビームベクトルv(i=1,2)を用いて、受信ビームフォーミング出力信号y、yが下記の式(36)及び式(37)のように表現される。 Further, when reception beamforming is performed on the virtual reception signal vectors x 1 and x 2 expressed by the above equations (33) and (34), the normalization shown in the following equation (35) is performed. Using the maximum ratio combined received beam vector v i (i = 1, 2), the received beamforming output signals y 1 and y 2 are expressed by the following equations (36) and (37).

Figure 2009272942
…(35)

Figure 2009272942
…(36)

Figure 2009272942
…(37)
Figure 2009272942
... (35)

Figure 2009272942
... (36)

Figure 2009272942
... (37)

従って、量子化チャネルベクトルh’ jmax,1、h’ jmax,2が送信ビームウェイトとして利用されると仮定した場合、受信SINR(ρ)は、|s=|s=1/N、‖v=1、雑音分散σを用いて、下記の式(38)のように表現される。 Accordingly, assuming that the quantized channel vectors h ′ * jmax, 1 and h ′ * jmax, 2 are used as transmission beam weights, the received SINR (ρ) is | s 1 | 2 = | s 2 | 2 = 1 / N T , ‖v i2 = 1, and noise variance σ 2 are used to express the following equation (38).

Figure 2009272942
…(38)
Figure 2009272942
... (38)

そこで、仮CQI計算部214は、上記の式(38)に基づいて受信SINR(ρ)を算出し、この受信SINRを仮CQIとして送信装置100に帰還する。帰還された仮CQIは、既に述べた通り、送信装置100のユーザ選択部104に伝達され、スループットが向上するユーザの組み合わせを選択する際に利用される。   Therefore, provisional CQI calculation section 214 calculates reception SINR (ρ) based on the above equation (38), and returns this reception SINR to transmission apparatus 100 as provisional CQI. As described above, the provisional CQI that has been fed back is transmitted to the user selection unit 104 of the transmission apparatus 100, and is used when selecting a combination of users whose throughput is improved.

以上、本実施形態に係る受信装置200の機能構成のうち、量子化チャネルベクトル、及び仮CQIの算出処理に係る構成要素、及び処理の流れについて説明した。上記の通り、本実施形態に係る量子化チャネルベクトルの算出方法は、互いに重複しない受信アンテナ202の組み合わせが選択され、各組み合わせに対して算出された量子化チャネルベクトルに関する角度差が計算されて、角度差が直角に近い量子化チャネルベクトルの組み合わせが選択されるというものである。   Heretofore, among the functional configuration of the receiving apparatus 200 according to the present embodiment, the components related to the quantization channel vector and provisional CQI calculation processing, and the processing flow have been described. As described above, in the quantization channel vector calculation method according to the present embodiment, combinations of receiving antennas 202 that do not overlap each other are selected, and an angular difference regarding the quantization channel vector calculated for each combination is calculated. A combination of quantization channel vectors whose angle difference is close to a right angle is selected.

このような構成にすることで、複数のチャネルベクトルを用いて精度の高い量子化チャネルベクトルが算出できると同時に、複数ストリームに対応する複数の量子化チャネルベクトルが選択できる。さらに、選択される複数の量子化チャネルベクトルの関係が互いに直交に近いため、受信ビームフォーミングによる信号分離が容易になる。   With this configuration, it is possible to calculate a highly accurate quantized channel vector using a plurality of channel vectors, and simultaneously select a plurality of quantized channel vectors corresponding to a plurality of streams. Furthermore, since the relationship between the selected quantization channel vectors is nearly orthogonal to each other, signal separation by reception beam forming is facilitated.

(送信/受信ビームフォーミングを考慮したCQIの算出処理等について)
上記のように、コードブックインデックス及び仮CQIが送信装置100に帰還されると、送信装置100は、帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルを再生し、仮CQIに基づいてスループットが向上するユーザの組み合わせを選択する。そして、選択されたユーザに対して送信ビームフォーミングを施した信号を送信する。このようにして送信信号に送信ビームフォーミングが施されると、量子化誤差が十分に小さいならば、ユーザ間干渉による影響が十分に取り除かれる。
(About CQI calculation processing considering transmission / reception beamforming)
As described above, when the codebook index and the provisional CQI are fed back to the transmission apparatus 100, the transmission apparatus 100 reproduces the quantization channel vector based on the fed back codebook index, and the throughput is based on the provisional CQI. Select user combinations to improve. Then, a signal subjected to transmission beamforming is transmitted to the selected user. When transmission beamforming is performed on the transmission signal in this way, the influence of interference between users is sufficiently removed if the quantization error is sufficiently small.

しかしながら、量子化誤差が無視できない場合、受信装置200において受信ビームフォーミングが施され、量子化誤差に起因する残留ユーザ間干渉が取り除かれる。本実施形態に係る受信装置200は、複数ストリームが伝送される場合でも、送信ビームフォーミング、及び受信ビームフォーミングを考慮してCQIの算出ができるように構成されている。また、このCQIを考慮して選択されたMCSに基づいて送信された信号に対し、受信ビームフォーミングを施してマルチストリームを個別に抽出する手段を有する。   However, when the quantization error cannot be ignored, reception beam forming is performed in the receiving apparatus 200, and the residual inter-user interference caused by the quantization error is removed. The receiving apparatus 200 according to the present embodiment is configured to be able to calculate CQI in consideration of transmission beamforming and reception beamforming even when a plurality of streams are transmitted. In addition, there is provided means for individually extracting a multi-stream by performing reception beam forming on a signal transmitted based on the MCS selected in consideration of the CQI.

以下、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したCQIの算出等に係る受信装置200の機能構成、及び一連の処理の流れについて説明する。尚、送信装置100において、帰還されたコードブックインデックス、及び仮CQIに基づいてユーザ選択がされ、送信ビームフォーミングが施された信号が送信されるものとする。   Hereinafter, a functional configuration of the receiving apparatus 200 related to CQI calculation in consideration of transmission beam forming and reception beam forming, and a series of processing flows will be described. It is assumed that the transmission apparatus 100 transmits a signal subjected to transmission beamforming after user selection based on the returned codebook index and provisional CQI.

(BFチャネル推定部216)
BFチャネル推定部216は、受信アンテナ202の各々から信号を受信し、ビーム毎に送信信号に付加されている個別パイロット信号を用いて各受信アンテナ202に対応するチャネルベクトルを推定する。この推定処理は、残留ユーザ間干渉の推定に相当する。BFチャネル推定部216により推定されたチャネルベクトルは、受信ビームフォーミングベクトル計算部218に入力される。
(BF channel estimation unit 216)
The BF channel estimation unit 216 receives a signal from each of the reception antennas 202 and estimates a channel vector corresponding to each reception antenna 202 using an individual pilot signal added to the transmission signal for each beam. This estimation process corresponds to estimation of residual inter-user interference. The channel vector estimated by the BF channel estimation unit 216 is input to the reception beamforming vector calculation unit 218.

(受信ビームフォーミングベクトル計算部218)
受信ビームフォーミングベクトル計算部218は、BFチャネル推定部216により推定されたチャネルベクトルに基づいて受信ビームフォーミングベクトルを算出する。尚、受信ビームフォーミングは、全ての受信アンテナ202から受信された信号に対して施される。そのため、受信ビームフォーミングベクトルは、全ての受信アンテナ202に対応するチャネルベクトルを用いて算出される。そして、受信ビームフォーミングベクトル計算部218により算出された受信ビームフォーミングベクトルは、CQI計算部220、及び受信ビームフォーミング部222に入力される。
(Receiving beamforming vector calculation unit 218)
Reception beamforming vector calculation unit 218 calculates a reception beamforming vector based on the channel vector estimated by BF channel estimation unit 216. Note that reception beamforming is performed on signals received from all reception antennas 202. Therefore, the reception beamforming vector is calculated using channel vectors corresponding to all reception antennas 202. The reception beamforming vector calculated by reception beamforming vector calculation unit 218 is input to CQI calculation unit 220 and reception beamforming unit 222.

(CQI計算部220)
CQI計算部220は、受信ビームフォーミングベクトル計算部218から入力された受信ビームフォーミングベクトルに基づいて受信SINRを算出する。そして、CQI計算部220により算出された受信SINRはCQIとして送信装置100に帰還される。
(CQI calculation unit 220)
The CQI calculation unit 220 calculates a reception SINR based on the reception beamforming vector input from the reception beamforming vector calculation unit 218. The received SINR calculated by CQI calculating section 220 is fed back to transmitting apparatus 100 as CQI.

上記の通り、帰還されたCQIは、送信装置100においてMCSの選択に利用される。送信装置100では、帰還されたCQIに基づいてMCSが選択されると、選択されたMCSに基づいてチャネル符号化及び変調マッピングが施され、さらに、送信ビームフォーミングされて信号が送信される。この送信信号が受信装置200により受信され、受信ビームフォーミング部222に入力される。   As described above, the returned CQI is used for the selection of MCS in transmitting apparatus 100. In transmitting apparatus 100, when MCS is selected based on the fed back CQI, channel coding and modulation mapping are performed based on the selected MCS, and further, transmission beamforming is performed and a signal is transmitted. This transmission signal is received by receiving apparatus 200 and input to reception beam forming section 222.

(受信ビームフォーミング部222)
受信ビームフォーミング部222は、各受信アンテナ202を介して受信された受信信号に対し、受信ビームフォーミングベクトル計算部218から入力された受信ビームフォーミングベクトルを重積して自ユーザ向けに送信された複数のストリームを個々に抽出する。受信ビームフォーミング部222により抽出された各ストリームは、LLR計算部224に入力される。
(Receiving beam forming unit 222)
The reception beamforming unit 222 accumulates the reception beamforming vectors input from the reception beamforming vector calculation unit 218 on the reception signals received via the reception antennas 202 and transmits the received signals to the user. The streams are extracted individually. Each stream extracted by the reception beamforming unit 222 is input to the LLR calculation unit 224.

(LLR計算部224、誤り訂正復号部226)
LLR計算部224は、受信ビームフォーミング部222により分離された各ストリームの対数尤度比(LLR;Log−Likelihood Ratio)を計算する。LLR計算部224により算出されたストリーム毎の対数尤度比は、誤り訂正復号部226に入力される。誤り訂正復号部226は、LLR計算部224により算出された対数尤度比を用いて各ストリームに誤り訂正復号処理を施して復号データを出力する。
(LLR calculation unit 224, error correction decoding unit 226)
The LLR calculation unit 224 calculates a log likelihood ratio (LLR) of each stream separated by the reception beamforming unit 222. The log likelihood ratio for each stream calculated by the LLR calculation unit 224 is input to the error correction decoding unit 226. The error correction decoding unit 226 performs error correction decoding processing on each stream using the log likelihood ratio calculated by the LLR calculation unit 224, and outputs decoded data.

以上、本実施形態に係る受信装置200の機能構成について説明した。また、量子化チャネルベクトルの選択方法、ユーザ選択に用いる仮CQIの算出方法、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したCQIの算出方法について説明した。上記の通り、本実施形態に係る受信装置200は、受信アンテナ202の組み合わせを選択し、各組み合わせについて量子化チャネルベクトルを算出した後で、互いに直交に近い角度差を有する組み合わせを選択する。そして、選択された量子化チャネルベクトルを用いて仮CQIが算出される。   Heretofore, the functional configuration of the receiving device 200 according to the present embodiment has been described. Further, the quantization channel vector selection method, the provisional CQI calculation method used for user selection, and the CQI calculation method considering transmission beamforming and reception beamforming have been described. As described above, the receiving apparatus 200 according to the present embodiment selects a combination of the receiving antennas 202, calculates a quantization channel vector for each combination, and then selects a combination having an angle difference close to orthogonal to each other. Then, a temporary CQI is calculated using the selected quantization channel vector.

特に、受信装置200は、複数の受信アンテナ202を互いに重複しない2組のサブセットに分けてチャネルベクトルの量子化を実行する。その上で、2つの量子化チャネルベクトルが直交に近い関係にある量子化チャネルベクトルの組み合わせが選択される。そのため、同一ユーザにマルチストリームが伝送された場合にも、受信ビームフォーミングにより容易にストリームが分離できるようなチャネル状態が形成できるようになる。また、コードブックインデックスと共に仮CQIが帰還されることで、スループットが向上するユーザの組み合わせが選択できるようになる。その結果、ZFBFの枠組みの中で、伝送特性及び伝送効率を向上させることが可能になる。   In particular, receiving apparatus 200 divides a plurality of receiving antennas 202 into two sets of subsets that do not overlap each other and performs channel vector quantization. Then, a combination of quantized channel vectors in which the two quantized channel vectors are close to orthogonal is selected. Therefore, even when multi-streams are transmitted to the same user, a channel state can be formed in which streams can be easily separated by reception beam forming. Further, the provisional CQI is fed back together with the codebook index, so that a combination of users whose throughput is improved can be selected. As a result, it is possible to improve transmission characteristics and transmission efficiency within the framework of ZFBF.

[応用例]
次に、図7、図8を参照しながら、本実施形態に係る通信システム1の一応用例として、通信システム2の構成を示す。図7は、本応用例に係る通信システム2の構成を示す説明図である。図8は、本応用例に係る受信装置400の機能構成を示す説明図である。尚、上記の通信システム1に含まれる送信装置100、又は受信装置200の構成要素と実質的に同一の機能構成については詳細な説明を省略する。
[Application example]
Next, a configuration of a communication system 2 is shown as an application example of the communication system 1 according to the present embodiment with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the communication system 2 according to this application example. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a functional configuration of the receiving apparatus 400 according to this application example. Note that a detailed description of the functional configuration substantially the same as the constituent elements of the transmission device 100 or the reception device 200 included in the communication system 1 is omitted.

図7に示すように、通信システム2は、ZFBFを用いるマルチユーザMIMOシステムの一例であり、送信装置300と、複数の受信装置400とにより構成されている。   As illustrated in FIG. 7, the communication system 2 is an example of a multi-user MIMO system using ZFBF, and includes a transmission device 300 and a plurality of reception devices 400.

図7に示すように、送信装置300は、量子化ベクトル再生部302と、ユーザ選択部304と、ZFBF行列生成部306と、S/P変換部308と、ターボ符号化&変調マッピング部310と、個別Pilot多重部311と、ZFBF処理部312と、共通Pilot多重部313と、複数の送信アンテナ314とを備える。   As illustrated in FIG. 7, the transmission apparatus 300 includes a quantization vector reproduction unit 302, a user selection unit 304, a ZFBF matrix generation unit 306, an S / P conversion unit 308, a turbo coding & modulation mapping unit 310, , An individual pilot multiplexing unit 311, a ZFBF processing unit 312, a common pilot multiplexing unit 313, and a plurality of transmission antennas 314.

上記の送信装置100との間の主な構成上の相違点は、ターボ符号化&変調マッピング部310と、個別Pilot多重部311と、共通Pilot多重部313とにある。つまり、データを符号化する際にターボ符号を利用する点と、個別パイロット信号、及び共通パイロット信号を多重する処理を明示的に示した点とが相違する。   The main structural differences from the above-described transmission apparatus 100 are the turbo coding & modulation mapping unit 310, the individual pilot multiplexing unit 311, and the common pilot multiplexing unit 313. That is, the point that the turbo code is used when data is encoded is different from the point that the process of multiplexing the individual pilot signal and the common pilot signal is explicitly shown.

一方、受信装置400は、図8に示すように、複数の受信アンテナ402と、チャネル推定部404と、アンテナ候補選択部406と、ランダムベクトル量子化部408と、角度差計算部410と、直交量子化ベクトルインデックス検出部412と、仮CQI計算部414と、BFチャネル推定部416と、受信MMSEビームフォーミングベクトル計算部418と、CQI計算部420と、受信MMSEビームフォーミング部422と、LLR計算部424と、ターボ復号部426とを備える。   On the other hand, as shown in FIG. 8, the receiving apparatus 400 includes a plurality of receiving antennas 402, a channel estimation unit 404, an antenna candidate selection unit 406, a random vector quantization unit 408, an angle difference calculation unit 410, and an orthogonality. Quantization vector index detection unit 412, provisional CQI calculation unit 414, BF channel estimation unit 416, reception MMSE beamforming vector calculation unit 418, CQI calculation unit 420, reception MMSE beamforming unit 422, and LLR calculation unit 424 and a turbo decoding unit 426.

上記の受信装置200との間の主な構成上の相違点は、受信MMSEビームフォーミングベクトル計算部418と、受信MMSEビームフォーミング部422と、ターボ復号部426とにある。つまり、受信ビームフォーミングの際にMMSE検波方式を利用する点と、送信装置300に対応してデータを復号する際にターボ復号する点が相違する。   The main structural differences from the receiving apparatus 200 described above lie in the reception MMSE beamforming vector calculation unit 418, the reception MMSE beamforming unit 422, and the turbo decoding unit 426. That is, the difference is that the MMSE detection method is used at the time of reception beamforming and the turbo decoding is performed when data is decoded corresponding to the transmission apparatus 300.

送信装置300、及び受信装置400に関する上記の相違点を踏まえ、以下、通信システム2におけるマルチストリーム送受信方法に関して一連の処理の流れを説明する。   Based on the above differences regarding the transmission apparatus 300 and the reception apparatus 400, a series of processing flows regarding the multi-stream transmission / reception method in the communication system 2 will be described below.

まず、送信装置300は、共通Pilot多重部313によりフレーム信号に共通パイロット信号を付加した後、複数の送信アンテナ314を介して各受信装置400に複数のストリームを送信する。次いで、受信装置400は、チャネル推定部404により、フレーム信号に付加された共通パイロット信号を用いてチャネル行列を推定する。推定されたチャネル行列は、アンテナ候補選択部406に入力される。   First, the transmission apparatus 300 adds a common pilot signal to the frame signal by the common pilot multiplexing unit 313, and then transmits a plurality of streams to each reception apparatus 400 via the plurality of transmission antennas 314. Next, receiving apparatus 400 uses channel estimation section 404 to estimate the channel matrix using the common pilot signal added to the frame signal. The estimated channel matrix is input to the antenna candidate selection unit 406.

アンテナ候補選択部406では、例えば、図10に示した図表1に基づいて、入力されたチャネル行列を2組のチャネル行列に分ける。アンテナ候補選択部406により分けられたチャネル行列は、ランダムベクトル量子化部408に入力される。そして、入力されたチャネル行列は、ランダムベクトル量子化部408により量子化される。このようにして算出された複数組の量子化チャネルベクトルは、角度差計算部410に入力される。   The antenna candidate selection unit 406 divides the input channel matrix into two sets of channel matrices, for example, based on the chart 1 shown in FIG. The channel matrix divided by the antenna candidate selection unit 406 is input to the random vector quantization unit 408. Then, the input channel matrix is quantized by the random vector quantization unit 408. The plurality of sets of quantized channel vectors calculated in this way are input to the angle difference calculation unit 410.

角度差計算部410では、入力された量子化チャネルベクトルの組毎の角度差が算出される。角度差計算部410により算出された組毎の角度差は、直交量子化ベクトルインデックス検出部412に入力される。そして、直交量子化ベクトルインデックス検出部412により、上記の式(32)に基づいて角度差に対応するメトリックが計算される。さらに、直交量子化ベクトルインデックス検出部412により、図表1に示す組み合わせ数の中から、メトリックが最小となる受信アンテナ402の組み合わせが選択される。   The angle difference calculation unit 410 calculates an angle difference for each set of input quantized channel vectors. The angle difference for each set calculated by the angle difference calculation unit 410 is input to the orthogonal quantization vector index detection unit 412. Then, the orthogonal quantization vector index detection unit 412 calculates a metric corresponding to the angle difference based on the above equation (32). Further, the orthogonal quantization vector index detection unit 412 selects the combination of the receiving antennas 402 having the smallest metric from the number of combinations shown in Table 1.

さらに、最小メトリックとなる量子化チャネルベクトルの組について、対応するコードブックインデックスが決定される。また、仮CQI計算部414により、この量子化チャネルベクトルの組に対応する仮CQIが算出される。その後、これらのコードブックインデックス及び仮CQIは、送信装置300に帰還される。   Furthermore, the corresponding codebook index is determined for the set of quantized channel vectors that is the minimum metric. In addition, provisional CQI calculation section 414 calculates provisional CQI corresponding to this set of quantized channel vectors. Thereafter, these codebook index and provisional CQI are fed back to the transmitting apparatus 300.

次いで、送信装置300は、量子化ベクトル再生部302により、受信装置400から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部302により再生された量子化チャネルベクトルは、ユーザ選択部304に入力される。次いで、送信装置300は、ユーザ選択部304により、受信装置400から帰還された仮CQIを参照し、スループットが向上するユーザの組み合わせを選択し、各ユーザに送信するデータをS/P変換部308に入力する。   Next, in the transmission apparatus 300, the quantization channel reproduction unit 302 reproduces the quantization channel vector based on the codebook index fed back from the reception apparatus 400. The quantized channel vector reproduced by the quantized vector reproducing unit 302 is input to the user selecting unit 304. Next, the transmission apparatus 300 refers to the provisional CQI fed back from the reception apparatus 400 by the user selection unit 304, selects a combination of users whose throughput is improved, and transmits data to be transmitted to each user to the S / P conversion unit 308. To enter.

さらに、送信装置300は、ZFBF行列生成部306により、選択されたユーザに対応する量子化チャネルベクトルを纏めてチャネル行列を再現し、このチャネル行列から、逆行列演算に基づいてZFBFの送信ビームフォーミング行列Wを算出する。算出された送信ビームフォーミング行列Wは、ZFBF処理部312に入力される。ZFBF処理部312には、個別Pilot多重部311により個別パイロット信号が多重された信号が入力され、送信ビームフォーミングが施される。そして、送信ビームフォーミング後の個別パイロット信号は、選択されたユーザに対応する受信装置400に向けて送信される。   Furthermore, the transmission apparatus 300 reproduces a channel matrix by collecting the quantized channel vectors corresponding to the selected user by the ZFBF matrix generation unit 306, and based on the inverse matrix operation, the ZFBF transmission beamforming is performed from the channel matrix. A matrix W is calculated. The calculated transmission beamforming matrix W is input to the ZFBF processing unit 312. The ZFBF processing unit 312 receives a signal obtained by multiplexing the dedicated pilot signal by the dedicated pilot multiplexing unit 311 and performs transmission beam forming. Then, the dedicated pilot signal after the transmission beamforming is transmitted toward the receiving apparatus 400 corresponding to the selected user.

個別パイロット信号を受信した受信装置400では、BFチャネル推定部416により、送信ビームフォーミングの効果を含むチャネル行列が推定される。つまり、量子化誤差に起因して含まれる他ユーザ向けのビームによる干渉効果が推定される。推定されたチャネル行列は、受信MMSEビームフォーミングベクトル計算部418に入力される。受信MMSEビームフォーミングベクトル計算部418は、入力されたチャネル行列を用いて、ユーザ間干渉を除去し、自ユーザ向けのサブストリームを抽出するための2組のMMSE受信ビームフォーミングベクトルを計算する。   In receiving apparatus 400 that has received the dedicated pilot signal, BF channel estimation section 416 estimates a channel matrix including the effect of transmission beamforming. That is, the interference effect by the beam for other users included due to the quantization error is estimated. The estimated channel matrix is input to reception MMSE beamforming vector calculation unit 418. Reception MMSE beamforming vector calculation unit 418 uses the input channel matrix to calculate two sets of MMSE reception beamforming vectors for removing inter-user interference and extracting a substream for the own user.

このMMSE受信ビームフォーミングベクトルはCQI計算部420に入力される。そして、CQI計算部420により、MMSE受信ビームフォーミングベクトルとチャネル行列とに基づいて受信SINRが算出される。算出された受信SINRは、CQIとして送信装置300に帰還される。   This MMSE receive beamforming vector is input to CQI calculation section 420. Then, reception SINR is calculated by CQI calculation section 420 based on the MMSE reception beamforming vector and the channel matrix. The calculated received SINR is fed back to transmitting apparatus 300 as CQI.

各受信装置400から帰還されたCQIを受け、送信装置300は、最適なMCSを選択する。そして、送信装置300は、ターボ符号化&変調マッピング部310により、選択されたMCSに基づいて複数ストリーム用のターボ符号化、及び変調マッピングを施す。さらに、ターボ符号化、及び変調マッピングが施された後の送信信号は、ZFBF処理部312により送信ビームフォーミングが施され、送信アンテナ314を介して各受信装置400に送信される。   Upon receiving the CQI fed back from each receiving device 400, the transmitting device 300 selects an optimum MCS. Then, the transmission apparatus 300 performs turbo encoding and modulation mapping for multiple streams based on the selected MCS by the turbo encoding & modulation mapping unit 310. Further, the transmission signal after being subjected to turbo coding and modulation mapping is subjected to transmission beamforming by the ZFBF processing unit 312 and transmitted to each receiving apparatus 400 via the transmission antenna 314.

各受信装置400では、受信MMSEビームフォーミング部422により、先に計算しておいたMMSE受信ビームフォーミングベクトルを用いてサブストリームが抽出される。具体的には、受信信号ベクトルにMMSE受信ビームフォーミングベクトルが重積される。尚、先に計算しておいたMMSE受信ビームフォーミングベクトルに代えて、個別パイロット信号を用いて新たに計算されたMMSE受信ビームフォーミングベクトルを用いてもよい。抽出されたサブストリーム毎の受信ビームフォーミング信号は、LLR計算部424に入力され、対数尤度比が計算される。そして、計算された対数尤度比を用いてターボ復号部426によりターボ復号が実行され、復号データが再生される。   In each receiving apparatus 400, a reception MMSE beamforming unit 422 extracts a substream using the previously calculated MMSE reception beamforming vector. Specifically, the MMSE reception beamforming vector is superimposed on the reception signal vector. Instead of the previously calculated MMSE receive beamforming vector, a newly calculated MMSE receive beamforming vector using an individual pilot signal may be used. The extracted received beamforming signal for each substream is input to the LLR calculator 424, and a log likelihood ratio is calculated. Then, turbo decoding is performed by the turbo decoding unit 426 using the calculated log likelihood ratio, and decoded data is reproduced.

以上、本実施形態に係る一応用例として、ターボ符号、及びMMSE検波方式を用いた具体的なシステム構成、及び一連の処理の流れについて説明した。この応用例においても、上記の通信システム1と同様、同一ユーザにマルチストリームが伝送された場合にも、受信ビームフォーミングにより容易にストリームが分離できるようなチャネル状態が形成できる。また、コードブックインデックスと共に仮CQIが帰還されることで、スループットが向上するユーザの組み合わせが選択できる。そして、ZFBFの枠組みの中で、伝送特性及び伝送効率を向上させることが可能になる。   The specific system configuration using the turbo code and the MMSE detection method and the flow of a series of processes have been described above as an application example according to the present embodiment. Also in this application example, similarly to the communication system 1 described above, even when multi-streams are transmitted to the same user, it is possible to form a channel state in which streams can be easily separated by reception beamforming. In addition, the provisional CQI is fed back together with the codebook index, so that a combination of users whose throughput is improved can be selected. And it becomes possible to improve transmission characteristics and transmission efficiency within the framework of ZFBF.

[効果]
最後に、図9を参照しながら、本実施形態に係る技術を適用した場合に得られる具体的な効果について述べる。図9は、本実施形態に係る技術を適用した場合におけるシミュレーション結果を示す説明図である。このシミュレーション結果は、送信アンテナ数が4、受信アンテナ数が4の場合を想定して算出されたものである。また、MCSについては、符号化率が1/3、1/2、2/3、3/4、4/5、変調方式がQPSK、16QAM、64QAMの15通りである。
[effect]
Finally, specific effects obtained when the technique according to the present embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a simulation result when the technique according to the present embodiment is applied. This simulation result is calculated assuming that the number of transmitting antennas is 4 and the number of receiving antennas is 4. For MCS, there are 15 coding rates: 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 4/5, and modulation schemes of QPSK, 16QAM, and 64QAM.

(実線(四角)のグラフについて)
図9の中で、実線(四角)で示したグラフは、ユーザ数が4、各ユーザにおいて全ての受信アンテナに対応するチャネル行列からチャネルベクトルを量子化した場合のスループット特性を示す。つまり、各ユーザは、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルから1つの量子化チャネルベクトルを算出し、送信側に帰還する構成である。送信側では、ZFBFを施して各ユーザに1ストリームを伝送することになる。
(About the solid line (square) graph)
In FIG. 9, a graph indicated by a solid line (square) indicates throughput characteristics when the number of users is 4, and channel vectors are quantized from channel matrices corresponding to all reception antennas for each user. That is, each user calculates one quantized channel vector from channel vectors corresponding to all receiving antennas and feeds back to the transmitting side. On the transmission side, one stream is transmitted to each user by applying ZFBF.

この場合、送信側からは4ストリームが送信されるため、高SNR領域(30dB)では、MCSのレートの上限である4.8bit/s/Hz(符号化率4/5、変調方式64QAM)の4倍に相当する19.2bit/s/Hzに漸近していることが分かる。   In this case, since four streams are transmitted from the transmission side, in the high SNR region (30 dB), the upper limit of the MCS rate is 4.8 bits / s / Hz (coding rate 4/5, modulation scheme 64QAM). It turns out that it is asymptotic to 19.2 bits / s / Hz corresponding to 4 times.

(点線(三角)のグラフについて)
図9の中で、点線(三角)で示したグラフは、ユーザ数が2、各ユーザにおいて全ての受信アンテナに対応するチャネル行列からチャネルベクトルを量子化した場合のスループット特性を示す。つまり、各ユーザは、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルから1つの量子化チャネルベクトルを算出し、送信側に帰還する構成である。送信側では、ZFBFを施して各ユーザに1ストリームを伝送することになる。
(Dotted line (triangle) graph)
In FIG. 9, a graph indicated by a dotted line (triangle) indicates throughput characteristics when the number of users is 2 and channel vectors are quantized from channel matrices corresponding to all reception antennas for each user. That is, each user calculates one quantized channel vector from channel vectors corresponding to all receiving antennas and feeds back to the transmitting side. On the transmission side, one stream is transmitted to each user by applying ZFBF.

この場合、ユーザ数が2であることから、送信側からは2ストリームしか送信されず、高SNR領域では、MCSのレートの上限が4.8bit/s/Hzの2倍に相当する9.6bit/s/Hzに留まっていることが分かる。   In this case, since the number of users is 2, only two streams are transmitted from the transmission side, and in the high SNR region, the upper limit of the MCS rate is 9.6 bits corresponding to twice 4.8 bits / s / Hz. It can be seen that it remains at / s / Hz.

(鎖線(丸)のグラフについて)
図9の中で、鎖線(丸)で示したグラフは、ユーザ数が2の場合において、本実施形態の構成を適用した場合のスループット特性を示すものである。このグラフから明らかなように、本実施形態のスループット特性は、ユーザ数が2であるにも拘わらず、ユーザ数が4の場合(実線(四角))に漸近している。4ユーザの場合に比べて若干スループット特性が低下しているのは、3本の受信アンテナから最大比伝送チャネルベクトル量子化を行っているためであり、4本の受信アンテナで最大比伝送チャネルベクトル量子化を行う場合に比べて受信電力が低下することによる。しかしながら、同じユーザ数の場合(点線(三角))で比較すると、受信SNRが10dB以上の場合には、スループット特性を大きく改善できることが分かる。
(About the dotted line (circle) graph)
In FIG. 9, a graph indicated by a chain line (circle) shows throughput characteristics when the configuration of the present embodiment is applied when the number of users is two. As is apparent from this graph, the throughput characteristics of the present embodiment are asymptotic to when the number of users is 4 (solid line (square)) even though the number of users is 2. The reason why the throughput characteristics are slightly reduced as compared with the case of four users is that the maximum ratio transmission channel vector quantization is performed from three reception antennas. This is because the received power decreases compared to the case where quantization is performed. However, when the number of users is the same (dotted line (triangle)), it can be seen that the throughput characteristics can be greatly improved when the reception SNR is 10 dB or more.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

例えば、上記の説明において、送信アンテナ数を4、受信アンテナを4としたが、これに限定されない。また、ユーザ数が2の場合について説明したが、ユーザ数が3以上であってもよい。さらに、符号化方式や変調方式についても、自由に変更することができる。   For example, in the above description, the number of transmission antennas is 4 and the number of reception antennas is 4. However, the present invention is not limited to this. Moreover, although the case where the number of users was 2 was demonstrated, the number of users may be 3 or more. Furthermore, the encoding method and the modulation method can be freely changed.

ZFBFを用いるマルチユーザMIMOシステムの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the multiuser MIMO system using ZFBF. ZFBFを用いるマルチユーザMIMOシステムの問題点を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the problem of the multiuser MIMO system using ZFBF. BDBFを用いるマルチユーザMIMOシステムの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the multiuser MIMO system using BDBF. BDBFを用いるマルチユーザMIMOシステムの問題点を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the problem of the multiuser MIMO system using BDBF. 本発明の一実施形態に係る通信システムのシステム構成、及び送信装置の機能構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the system configuration | structure of the communication system which concerns on one Embodiment of this invention, and the function structure of a transmitter. 本実施形態に係る受信装置の機能構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a function structure of the receiver which concerns on this embodiment. 本実施形態の一応用例に係る通信システムのシステム構成、及び送信装置の機能構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the system configuration | structure of the communication system which concerns on one application example of this embodiment, and the function structure of a transmitter. 本実施形態の一応用例に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the function structure of the receiver which concerns on one application example of this embodiment. 本実施形態に係る通信システムを用いた場合に得られるスループット特性の向上効果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the improvement effect of the throughput characteristic obtained when the communication system which concerns on this embodiment is used. 本実施形態に係るチャネルベクトル合成量子化用受信アンテナの組み合わせ例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a combination of the receiving antenna for channel vector synthetic | combination quantization which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るチャネルベクトル合成量子化用受信アンテナの組み合わせ例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a combination of the receiving antenna for channel vector synthetic | combination quantization which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る受信アンテナの選択行列の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the selection matrix of the receiving antenna which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 通信システム
100、300 送信装置
102、302 量子化ベクトル再生部
104、304 ユーザ選択部
106、306 ZFBF行列生成部
108、308 S/P変換部
110 チャネル符号化&変調マッピング部
112、312 ZFBF処理部
114、314 送信アンテナ
200、400 受信装置
202、402 受信アンテナ
204、404 チャネル推定部
206、406 アンテナ候補選択部
208、408 ランダムベクトル量子化部
210、410 角度差計算部
212、412 直交量子化ベクトルインデックス検出部
214、414 仮CQI計算部
216、416 BFチャネル推定部
218 受信ビームフォーミングベクトル計算部
220、420 CQI計算部
222 受信ビームフォーミング部
224、424 LLR計算部
226 誤り訂正復号部
310 ターボ符号化&変調マッピング部
311 個別Pilot多重部
313 共通Pilot多重部
418 受信MMSEビームフォーミングベクトル計算部
422 受信MMSEビームフォーミング部
426 ターボ復号部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Communication system 100, 300 Transmitter 102, 302 Quantization vector reproduction part 104, 304 User selection part 106, 306 ZFBF matrix generation part 108, 308 S / P conversion part 110 Channel coding & modulation mapping part 112, 312 ZFBF processor 114, 314 Transmit antenna 200, 400 Receiver 202, 402 Receive antenna 204, 404 Channel estimator 206, 406 Antenna candidate selector 208, 408 Random vector quantizer 210, 410 Angle difference calculator 212, 412 Orthogonal Quantized vector index detection unit 214, 414 Temporary CQI calculation unit 216, 416 BF channel estimation unit 218 Reception beamforming vector calculation unit 220, 420 CQI calculation unit 222 Reception beamforming unit 224, 24 LLR calculation unit 226 error correction decoder 310 turbo coding & modulation mapping unit 311 individually Pilot multiplexing unit 313 common Pilot multiplexing unit 418 receives MMSE beamforming vector calculating unit 422 receives MMSE beamforming unit 426 turbo decoder

Claims (8)

N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、
前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するK個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、
前記K個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、
前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRを算出する受信SINR算出部と、
を備え、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとを送信側に帰還する、受信装置。
All combinations formed by selecting a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) reception antennas from N (N ≧ 3) reception antennas and K combinations (K ≧ 2) different from each other. An antenna candidate selector for selecting
A combined quantization unit for combining and quantizing M channel vectors corresponding to the M receiving antennas to calculate K quantized vectors corresponding to the sets;
An angle difference calculation unit for calculating an angle difference between the K quantization vectors for each set;
An orthogonal quantization vector selection unit that detects a set in which the angle difference calculated by the angle difference calculation unit is closest to a right angle and selects the K quantization vectors corresponding to the set;
A received SINR calculator that calculates a received SINR using the K quantized vectors selected by the orthogonal quantized vector selector;
With
A receiving apparatus that feeds back the codebook index of the K quantized vectors selected by the orthogonal quantized vector selecting unit and the received SINR calculated by the received SINR calculating unit to the transmitting side.
前記コードブックインデックスから生成された送信ビームフォーミング行列により送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記N本の受信アンテナに対応するN個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、
前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記N個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのK個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、
前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信SINRを算出するビームフォーミング後受信SINR算出部と、
をさらに備え、
前記ビームフォーミング後受信SINR算出部により算出されたビームフォーミング後の受信SINRを送信側に帰還する、請求項1に記載の受信装置。
Beamforming channel estimation for receiving a signal subjected to transmission beamforming by a transmission beamforming matrix generated from the codebook index and estimating N channel vectors corresponding to the N receiving antennas from the received signal And
A reception beamforming vector generation unit that generates K reception beamforming vectors for separating each substream using the N channel vectors estimated by the beamforming channel estimation unit;
A post-beamforming received SINR calculator that calculates a received SINR after beamforming using the K received beamforming vectors;
Further comprising
The receiving apparatus according to claim 1, wherein the reception SINR after beamforming calculated by the reception SINR calculation unit after beamforming is fed back to the transmission side.
前記ビームフォーミング後の受信SINRに基づいて決定された符号化方式、及び変調方式によりチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてK個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備える、請求項2に記載の受信装置。   A signal that has been subjected to channel coding and modulation mapping by a coding method determined based on the received SINR after the beamforming and a modulation method is received, and the K received beamforming vectors are received from the received signal. The receiving apparatus according to claim 2, further comprising: a receiving beamforming unit that uses and separates K substreams. 送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムであって、
前記各受信装置は、
N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、
前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するK個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、
前記K個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、
前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRを算出する受信SINR算出部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとを前記送信装置に帰還するコードブックインデックス/受信SINR帰還部と、
を備え、
前記送信装置は、
前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルを再生する量子化ベクトル再生部と、
前記複数の受信装置から帰還された受信SINRに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせを選択するユーザ選択部と、
前記ユーザ選択部により選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにする送信ビームフォーミング行列を生成する送信ビームフォーミング行列生成部と、
前記ユーザ選択部により選択された各受信装置に送信される信号をK個のサブストリームに分配し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング処理部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を複数のアンテナで送信する送信部と、
を備える、無線通信システム。
A wireless communication system including a transmission device and a plurality of reception devices,
Each of the receiving devices is
All combinations formed by selecting a combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) reception antennas from N (N ≧ 3) reception antennas and K combinations (K ≧ 2) different from each other. An antenna candidate selector for selecting
A combined quantization unit for combining and quantizing M channel vectors corresponding to the M receiving antennas to calculate K quantized vectors corresponding to the sets;
An angle difference calculation unit for calculating an angle difference between the K quantization vectors for each set;
An orthogonal quantization vector selection unit that detects a set in which the angle difference calculated by the angle difference calculation unit is closest to a right angle and selects the K quantization vectors corresponding to the set;
A received SINR calculator that calculates a received SINR using the K quantized vectors selected by the orthogonal quantized vector selector;
Codebook index / received SINR feedback for feeding back the codebook index of the K quantized vectors selected by the orthogonal quantized vector selecting unit and the received SINR calculated by the received SINR calculating unit to the transmitting apparatus And
With
The transmitter is
A quantization vector reproducing unit that reproduces a quantization vector based on the codebook index fed back from each of the receiving devices;
A user selection unit that selects a combination of the reception devices that improve throughput characteristics based on reception SINRs fed back from the plurality of reception devices;
Transmit beamforming for generating a transmit beamforming matrix that prevents streams transmitted to the respective receivers from interfering with each other using the combination of the quantization vectors corresponding to the combination of the receivers selected by the user selection unit A matrix generator;
A transmission beamforming processing unit that distributes a signal to be transmitted to each receiving apparatus selected by the user selection unit to K substreams, and performs transmission beamforming on all substreams using the transmission beamforming matrix; ,
A transmission unit for transmitting the signal subjected to the transmission beamforming with a plurality of antennas;
A wireless communication system.
前記各受信装置は、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記N本の受信アンテナに対応するN個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、
前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記N個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのK個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、
前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信SINRを算出するビームフォーミング後受信SINR算出部と、
前記ビームフォーミング後受信SINR算出部により算出されたビームフォーミング後の受信SINRを送信側に帰還するビームフォーミング後受信SINR帰還部と、
をさらに備え、
前記送信装置は、
前記各受信装置から帰還されたビームフォーミング後の受信SINRに基づいてスループット特性が向上する符号化方式、及び変調方式の組み合わせを決定し、当該符号化方式及び変調方式の組み合わせを用いてサブストリーム毎にチャネル符号化、及び変調マッピングするチャネル符号化&変調マッピング部をさらに備え、
前記送信ビームフォーミング処理部は、前記チャネル符号化&変調マッピング部によりチャネル符号化及び変調マッピングが施された信号に対し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングする、請求項4に記載の無線通信システム。
Each of the receiving devices is
A beamforming channel estimation unit that receives the signal subjected to the transmission beamforming and estimates N channel vectors corresponding to the N reception antennas from the received signal;
A reception beamforming vector generation unit that generates K reception beamforming vectors for separating each substream using the N channel vectors estimated by the beamforming channel estimation unit;
A post-beamforming received SINR calculator that calculates a received SINR after beamforming using the K received beamforming vectors;
A post-beamforming received SINR feedback unit that feeds back a received SINR after beamforming calculated by the post-beamforming received SINR calculating unit;
Further comprising
The transmitter is
A combination of a coding scheme and a modulation scheme that improve throughput characteristics is determined based on the received SINR after beamforming fed back from each receiving apparatus, and each substream is determined using the combination of the coding scheme and the modulation scheme. Further comprises a channel coding and modulation mapping unit for channel coding and modulation mapping,
The transmission beamforming processing unit according to claim 4, wherein the transmission beamforming processing unit performs transmission beamforming on the signal subjected to channel coding and modulation mapping by the channel coding & modulation mapping unit using the transmission beamforming matrix. Wireless communication system.
前記各受信装置は、
前記送信装置によりビームフォーミング後の受信SINRに基づいてチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記K個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてK個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備える、請求項5に記載の受信装置。
Each of the receiving devices is
The transmitter receives a signal that has been subjected to channel coding and modulation mapping based on the received SINR after beamforming by the transmitter, and uses the received K beamforming vectors to generate K substreams from the received signal. The receiving apparatus according to claim 5, further comprising a receiving beam forming unit for separation.
N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、
前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するK個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、
前記K個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、
前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRが算出される受信SINR算出ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出ステップにおいて算出された受信SINRとが送信側に帰還されるステップと、
を含む、チャネルベクトルの量子化方法。
A combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) reception antennas is selected from N (N ≧ 3) reception antennas, and all combinations formed by K combinations (K ≧ 2) different from each other. Antenna candidate selection step in which is selected,
A combined quantization step in which M channel vectors corresponding to the M reception antennas are combined and quantized, and K quantization vectors corresponding to the sets are calculated;
An angular difference calculating step in which an angular difference between the K quantization vectors is calculated for each set;
A set of orthogonal quantization vectors in which the set of angle differences calculated in the step of calculating the angle difference is detected at a right angle and the K quantization vectors corresponding to the set are selected;
A reception SINR calculation step in which a reception SINR is calculated using the K quantization vectors selected in the orthogonal quantization vector selection step;
A step of feeding back the codebook index of the K quantization vectors selected in the orthogonal quantization vector selection step and the reception SINR calculated in the reception SINR calculation step to the transmission side;
A method of quantizing a channel vector, including:
送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムにおけるマルチストリームの伝送方法であって、
前記各受信装置により、
N本(N≧3)の受信アンテナからM本(2≦M≦N−1)の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるK個(K≧2)の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、
前記M本の受信アンテナに対応するM個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するK個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、
前記K個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、
前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記K個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルを用いて受信SINRが算出される受信SINR算出ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記K個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信SINR算出部により算出された受信SINRとが前記送信装置に帰還されるコードブックインデックス/受信SINR帰還ステップと、
前記送信装置により、
前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルが再生される量子化ベクトル再生ステップと、
前記複数の受信装置から帰還された受信SINRに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせが選択されるユーザ選択ステップと、
前記ユーザ選択ステップにおいて選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにするための送信ビームフォーミング行列が生成される送信ビームフォーミング行列生成ステップと、
前記ユーザ選択ステップにおいて選択された各受信装置に送信される信号がK個のサブストリームに分配され、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングが施される送信ビームフォーミング処理ステップと、
前記送信ビームフォーミングが施された信号が複数のアンテナで送信される送信ステップと、
を含む、マルチストリームの伝送方法。
A multi-stream transmission method in a wireless communication system including a transmission device and a plurality of reception devices,
By each receiving device,
A combination of M (2 ≦ M ≦ N−1) reception antennas is selected from N (N ≧ 3) reception antennas, and all combinations formed by K combinations (K ≧ 2) different from each other. Antenna candidate selection step in which is selected,
A combined quantization step in which M channel vectors corresponding to the M reception antennas are combined and quantized, and K quantization vectors corresponding to the sets are calculated;
An angular difference calculating step in which an angular difference between the K quantization vectors is calculated for each set;
A set of orthogonal quantization vectors in which the set of angle differences calculated in the step of calculating the angle difference is detected at a right angle and the K quantization vectors corresponding to the set are selected;
A reception SINR calculation step in which a reception SINR is calculated using the K quantization vectors selected in the orthogonal quantization vector selection step;
The codebook index / received SINR in which the codebook index of the K quantized vectors selected in the orthogonal quantized vector selecting step and the received SINR calculated by the received SINR calculating unit are fed back to the transmitting apparatus. A return step,
By the transmission device,
A quantization vector reproduction step in which a quantization vector is reproduced based on a codebook index fed back from each receiving device;
A user selection step in which a combination of the receiving devices that improve throughput characteristics is selected based on the received SINRs fed back from the plurality of receiving devices;
A transmission beamforming matrix is generated to prevent the streams transmitted to each receiving apparatus from interfering with each other using the combination of the quantization vectors corresponding to the combination of receiving apparatuses selected in the user selection step. A transmit beamforming matrix generation step;
A transmission beamforming process in which a signal transmitted to each receiving apparatus selected in the user selection step is distributed to K substreams, and transmission beamforming is performed on all substreams using the transmission beamforming matrix. Steps,
A transmission step in which signals subjected to the transmission beamforming are transmitted by a plurality of antennas;
Including a multi-stream transmission method.
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