JP2009290406A - 空間・周波数分割多元接続装置および空間・周波数分割多元接続方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 サブキャリア割当部が送信可能なビット数または所要送信電力を参照し、送信ビット数が増加し、所要送信電力が低減するように、送信データの系統数およびサブキャリアごとの受信アンテナの組を伝搬環境の変動に応じて適応的に選択し、所要品質を満足するように各サブキャリアの送信ビット数および送信電力を調整する。
【選択図】 図1
Description
この送信信号dは空間分割多元接続が可能になるように、すなわち受信機22a,22bがシンボルAおよびシンボルBをそれぞれ受信できるように、重み乗算部4aで位相・振幅の調整が行われる。この重み乗算部4aの重みは、重み計算部11が伝搬パラメータ推定部12の保有する送受信アンテナ間の伝搬パラメータを参照して算出する。サブキャリア2に対応する送信信号についても同様に、重み乗算部4bで位相・振幅の調整が行われる。
y=Hx …(1)
と表される。前述の条件より、この場合はx=dである。
x=Cd …(2)
と表される。式(1) と式(2) とにより、重みCがHの逆行列であれば所望の結果が得られることがわかる。この行列計算を一般化し、重みCは疑似逆行列を用いて、
C=H*(HH*)-1 …(3)
と表される。ここで、*は行列の転置を表し、−1は通常の逆行列計算を表す。
図1は、本発明の空間・周波数分割多元接続装置の第1の実施形態を示す。ここでは、2本のアンテナを搭載する送信機21と、1本のアンテナを搭載する2台の受信機22a,22bとの間で空間・周波数分割多元接続する構成について説明する。また、本構成では、周波数選択性フェージングに有効な複数のサブキャリアを用いて信号を伝送するOFDM変調を併用するものとし、簡単のために最大サブキャリア数を2とする。
送信データ部1aは、送信機21から受信機22aへ送信する系統1の送信データを保持する。送信データ部1bは、送信機21から受信機22bへ送信する系統2の送信データを保持する。各系統の送信データは、分配部2a,2bがサブキャリア割当部10を参照し、使用するサブキャリアに分配される。ここでは、分配部2aはサブキャリア1およびサブキャリア2を使用し、分配部2bはサブキャリア1のみを使用する。これに対応するようにサブキャリア割当部10が指示するサブキャリア割当用行列Dは、
C(1) =H(1)*(H(1)H(1)*)-1
C(2) =H(2)*(H(2)H(2)*)-1 …(4)
で表される。ここで、*は行列の転置を表し、−1は通常の逆行列計算を表す。H(1) およびH(2) は、各サブキャリアが使用する受信アンテナに関する伝搬パラメータで構成され、
分配部2a,2bで分配された送信ビットは、サブキャリア変調・電力分配部3a,3bでサブキャリア変調される。ここでは、各サブキャリアの重みC(1) ,C(2) と、伝搬パラメータH(1) ,H(2) とを参照し、受信機22a,22bが必要とする誤り率を満足するように変調方式と電力とを決定する。
ΔP0(n)={R(M(n)+1)−R(M(n))}/{ΣH(n)C(n)}2
ΔP(n) =ΔP0(n)Σ|C(n)|2
ここで、R(M(n)) は変調方式番号M(n) のときに必要な受信電力、ΣH(n)C(n)はサブキャリアごとの目的の受信アンテナが関連する成分の和を表す。ΔP0(n)はサブキャリア変調・電力割当部3a,3bの出力におけるレベルであり、これを送信アンテナから出力される電力に換算したものがΔP(n) である。伝搬パラメータH(n) は、受信機から送出されるリバースリンクのトレーニング信号から推定する構成であり、送信機において既知であるものとする。
本発明の空間・周波数分割多元接続装置の第2の実施形態は、図1に示す第1の実施形態の構成において、サブキャリア変調・電力割当部3a,3bの動作規範が異なり、各系統が所要ビットレートを満足するように動作することを特徴とする。サブキャリア変調・電力割当部3a,3b以外の動作は第1の実施形態と同様である。
本発明の空間・周波数分割多元接続装置の第3の実施形態は、図1に示す第1の実施形態の構成において、サブキャリア割当部10の動作に遺伝的アルゴリズムを導入するところに特徴とする。サブキャリア割当部10以外の動作は第1の実施形態または第2の実施形態と同様である。
サブキャリア割当部10は、その内部に第1の実施形態で示したサブキャリア割当用行列Dを複数個保有している(S21)。ここでは、サブキャリア割当用行列D1 ,D2 の2つを保有しているものとし、これがサブキャリア割当の候補となる。各サブキャリア割当用行列D1 ,D2 の初期値は全零、全1、または0と1の乱数で与える。初期値における各サブキャリア割当用行列D1 ,D2 の要素は同じであっても異なっていてもよい。
図5は、本発明の空間・周波数分割多元接続装置の第4の実施形態を示す。
本実施形態は、図1に示す第1の実施形態と同様に、2本のアンテナを搭載する送信機21と、1本のアンテナを搭載する2台の受信機22a,22bとの間で空間・周波数分割多元接続する構成であるが、送信機21の送信アンテナ6a,6bが大幅に離れた位置に配置される場合を想定している。そのため、送信アンテナ6aの送信信号が到達する領域Aと、送信アンテナ6bの送信信号が到達する領域Bが大きく異なる。なお、領域A,Bは、あるサブキャリアに対する例であり、周波数選択性フェージングが生ずる伝搬環境ではサブキャリアごとに生じる領域は異なる。
2a,2b 分配部
3a,3b サブキャリア変調部
4a,4b 重み乗算部
5a,5b IFFT演算部
6a,6b 送信アンテナ
7a,7b 受信アンテナ
8a,8b 受信部
9a,9b サブキャリア変調・電力割当部
10 サブキャリア割当部
11 重み計算部
12 伝搬パラメータ推定部
21 送信機
22a,22b 受信機
Claims (12)
- 複数の送信アンテナを有する1つの送信機と、それぞれが1以上の受信アンテナおよび受信部を有する1以上の受信機との間で、空間および周波数を分割して接続する空間・周波数分割多元接続装置において、
前記送信機は、
前記受信機の各受信部に送信する送信データを系統別に保有する送信データ部と、
前記送信データ部から前記各系統の送信データを入力し、前記系統ごとに前記送信データが占有する1以上のサブキャリアに分配する分配部と、
前記分配部から各サブキャリアに分配した送信データを入力し、所要の通信品質を満足する条件下で、各サブキャリアが送信する送信ビット数および送信電力を決定するサブキャリア変調・電力割当部と、
前記サブキャリア変調・電力割当部の出力のうち、同一のサブキャリアを用いる1以上の送信データに対して重みを乗算するサブキャリア数と同数の重み乗算部と、
前記重み乗算部の出力のうち、1つの送信アンテナから送信するすべてのサブキャリアの信号を逆フーリエ変換(IFFT変換)し、前記各送信アンテナにそれぞれ接続するIFFT演算部と、
前記各送信アンテナと前記各受信アンテナ間のサブキャリアごとの伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定部と、
前記サブキャリア変調・電力割当部の割当結果を参照し、前記受信部に送信する送信データの系統数、要求ビットレート、前記送信アンテナの送信電力、および変動する伝搬パラメータに応じて、各送信データが使用するサブキャリアを決定して前記分配部に通知するサブキャリア割当部と、
前記サブキャリア割当部のサブキャリア割り当てに従い、前記伝搬パラメータ推定部の出力から空間分割多重するための前記各送信アンテナから送信する各サブキャリアの重みを決定し、前記サブキャリア変調・電力割当部および前記重み乗算部に通知する重み計算部と
を備えたことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項1に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、前記各系統の送信データが同一のサブキャリアを占有するように割り当てる構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項2に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、前記サブキャリア変調・電力割当部から割当可能ビット数を参照し、全系統の送信データの合計ビットレートが最大になるようにサブキャリアの割り当てを行う構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項2に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、前記サブキャリア変調・電力割当部から割当可能ビット数を参照し、各系統の送信データの所要ビットレートを満足するようにサブキャリアの割り当てを行う構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項2に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、前記サブキャリア変調・電力割当部から割当可能ビット数を参照し、全系統の送信データの合計ビットレートが最大になり、かつ各系統の送信データの所要ビットレートを満足するようにサブキャリアの割り当てを行う構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項2に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、前記サブキャリア変調・電力割当部から所要送信電力を参照し、各系統の送信データの所要ビットレートを満足する所要送信電力が最小になるようにサブキャリアの割り当てを行う構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項3〜請求項5のいずれかに記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、各系統の送信データが占有するサブキャリアの組み合わせを未知変数とし、未知変数に値を入力したときの全系統の送信データの合計ビットレートおよび各系統の送信データの所要ビットレートを最大化する目的関数として、遺伝的アルゴリズムを用いて未知変数の解を得る構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項6に記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記サブキャリア割当部は、各系統の送信データが占有するサブキャリアの組み合わせを未知変数とし、未知変数に値を入力したときの各系統の送信データの所要ビットレートを満足する所要送信電力を最小化する目的関数として、遺伝的アルゴリズムを用いて未知変数の解を得る構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
1つの受信機が複数の受信アンテナおよび受信部を備え、当該受信機が1または複数の系統の送信データを受信する構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 請求項1〜請求項9のいずれかに記載の空間・周波数分割多元接続装置において、
前記複数の送信アンテナが空間的に離れた位置に設置され、各送信アンテナがサブキャリアごとに異なるサービスエリアを形成し、
前記サブキャリア割当部は、前記各系統の送信データが干渉しないサブキャリアの組み合わせを選択する構成である
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続装置。 - 複数の送信アンテナを有する1つの送信機と、それぞれが1以上の受信アンテナおよび受信部を有する1以上の受信機との間で、空間および周波数を分割して接続する空間・周波数分割多元接続方法において、
前記送信機は、
送信データ部が前記受信機の各受信部に送信する送信データを系統別に保有し、
分配部が前記送信データ部から前記各系統の送信データを入力し、前記系統ごとに前記送信データが占有する1以上のサブキャリアに分配し、
サブキャリア変調・電力割当部が前記分配部から各サブキャリアに分配した送信データを入力し、所要の通信品質を満足する条件下で、各サブキャリアが送信する送信ビット数および送信電力を決定し、
重み乗算部が前記サブキャリア変調・電力割当部の出力のうち、同一のサブキャリアを用いる1以上の送信データに対して重みを乗算し、
IFFT演算部が前記重み乗算部の出力のうち、1つの送信アンテナから送信するすべてのサブキャリアの信号を逆フーリエ変換(IFFT変換)し、前記各送信アンテナにそれぞれ接続し、
伝搬パラメータ推定部が前記各送信アンテナと前記各受信アンテナ間のサブキャリアごとの伝搬パラメータを推定し、
サブキャリア割当部が前記サブキャリア変調・電力割当部の割当結果を参照し、前記受信部に送信する送信データの系統数、要求ビットレート、前記送信アンテナの送信電力、および変動する伝搬パラメータに応じて、各送信データが使用するサブキャリアを決定して前記分配部に通知し、
重み計算部が前記サブキャリア割当部のサブキャリア割り当てに従い、前記伝搬パラメータ推定部の出力から空間分割多重するための前記各送信アンテナから送信する各サブキャリアの重みを決定し、前記サブキャリア変調・電力割当部および前記重み乗算部に通知する
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続方法。 - 請求項11に記載の空間・周波数分割多元接続方法において、
前記サブキャリア割当部は、前記各系統の送信データが同一のサブキャリアを占有するように割り当てる
ことを特徴とする空間・周波数分割多元接続方法。
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