JP2011515050A - マルチアンテナ信号の生成方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、マルチアンテナ信号を生成する方法に関する。最初に、チャネル係数間の伝播状況が生成される。各チャネル係数は、１つの送信器アンテナ（ＳＡ０，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３）及び１つの受信器アンテナ（ＥＡ０，ＥＡ１）について記述する。更に、重み係数が、各場合において１つの送信器アンテナ（ＳＡ０，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３）を介して送信される信号を重み付けするために生成される。チャネル係数（ｈ_ｉｊ）及び重み係数（Ｗ_ｉｊ）を考慮して、受信器アンテナ（ＥＡ０，ＥＡ１）の夫々について、到達する受信信号が計算される。計算された受信信号から、各場合において、送信信号が生成される。送信信号は、その受信装置（ＥＡ０，ＥＡ１）について計算された受信信号に対応する。特定の送信信号は、信号発生器によって生成され、関連する受信装置へ送信される。

Description

本発明は、マルチアンテナ信号を生成する方法であって、送信器アンテナと受信器アンテナとの間の各場合における伝播状況を示すチャネル係数と、送信器アンテナを介して各場合において送信される信号の重み付けのための重み係数とが生成される方法に関する。全ての受信器アンテナについて、伝播状況を示すチャネル係数及び重み係数を考慮して、入来する受信信号が計算される。信号発生器によって、受信器アンテナごとに、当該受信器アンテナについて計算される受信信号に対応する送信信号が生成され、割り当てられている受信装置に送信される。

ＭＩＭＯシステムのための送信器と受信器との間の無線チャネルのシミュレーションは、独国特許出願第１１２００６０００２０７（Ｔ５）号明細書（特許文献１）から知られる。開示されている方法で、少なくとも１つの干渉信号源と受信器との間の無線リンクは、無線チャネルブロック内で実時間でシミュレーションされる。無線チャネルブロックから出力される干渉のシミュレーション結果はバッファに格納される。これに続いて、送信器と受信器との間の無線リンクが無線チャネルブロックにおいてシミュレーションされる。同じく無線チャネルブロックから出力される無線リンクのシミュレーション結果は加算器に加えられる。バッファから読み出された干渉のシミュレーション結果が、加算器により実時間で無線リンクのシミュレーション結果に加えられる。この方法ステップにおいて加算器内で得られる最終的なシミュレーション結果は、出力信号の形で受信器の無線周波数部分に供給される。

干渉源、更には、送信器は、外部信号源であっても、あるいは、シミュレータで生成されてもよい。送信器からの信号は、チャネルシミュレーションの実施のために、無線チャネルブロック及びバッファを有する装置に無線で供給される。チャネルシミュレーションの実施のための装置は、送信器とは別個のユニットである。送信器がチャネルシミュレーションの実施のために装置に供給する入力信号は、高周波信号である。

チャネルシミュレーションの実施のための装置、及び送信器は別個の装置であるから、ハードウェアコンポーネントが、それらの別個のユニットの間の通信の実施のために、両方のユニットで必要とされる。従って、チャネルシミュレーションの実施のためのシステムは複雑であり且つ費用がかかる。更に、チャネルシミュレーションは、送信器だけでは実施され得ない。従って、更なる容積を占有する付加的な装置が、常に、チャネルシミュレーションのために必要である。送信器及び当該方法の実施のための装置は、当該方法の実施のたびに個別的に調整されなければならない。従って、チャネルシミュレーションのための開示されている方法は複雑である。

独国特許出願第１１２００６０００２０７（Ｔ５）号明細書

従って、本発明は、１つの装置のみで簡単で且つ費用が節約される方法で実施可能なマルチアンテナ信号の簡単な方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、請求項１に記載される特徴を有する方法によって達成される。

マルチアンテナ信号の生成方法は複数の方法ステップを有する。シミュレーションされる送信器アンテナと受信器アンテナとの間の各場合における伝播状況を示す係数と、シミュレーションされる送信器を介して各場合において送信される信号の重み付けのための重み係数とが生成される。シミュレーションされる条件は、これらの係数によって表示及び／又は記載され得る。従って、本発明に従う方法は、信号送信のシミュレーションにも適する。シミュレーションされる入来する受信信号は、伝播状況を示す係数及び重み係数を考慮して、全ての受信器アンテナについて計算される。従って、このようなシミュレーションされる受信器アンテナ特有の受信信号は、シミュレーションされる一般的な又は受信器アンテナ特有の条件を考慮することができ、又はそれらの効果を含むことができる。受信器アンテナごとに、この受信器アンテナについてシミュレーションされる計算された受信信号に対応する送信信号が、信号発生器によって生成される。送信信号は、例えばケーブルを介して、割り当てられる実際の受信器アンテナへ、又は夫々の実際の受信器へ送信若しくは転送される。

本発明に従う方法の有利な実施形態は、従属請求項で与えられる。

好んで、ベースバンド信号が信号発生器から受信装置へ送信される。然るに、実際の受信器へ送信される信号の不必要な変調及び復調が回避され得る。従って、不必要な変調及び復調に必要とされるハードウェア費用が回避され得る。

１つの有利な実施形態で、高周波信号が送信される。この方法で、シミュレーションされる受信信号は、高周波信号のみを受信することができる実際の受信器へも送信され得る
好んで、高周波信号の生成のために、ベースバンド信号は、最初に、全ての計算された受信信号について生成される。然るに、１又はそれ以上の実際の受信器へ送信される信号は、信号経路の様々な位置からのベースバンド信号又は高周波信号として出力され得る。

マルチアンテナ信号を生成するための本発明に従う方法に係る好ましい実施例は、図面において与えられ、以下の記載においてより詳細に説明される。

先行技術に従う４×２ＭＩＭＯシステムを示す。 図１の４×２ＭＩＭＯシステムの代替案を示す。 行列表記でシミュレーションの一部のための簡単な数学システムモデルを示す。 本発明に従う方法の第１の実施例を示す。 本発明に従う方法の第２の実施例を示す。 本発明に従う方法の第３の実施例を示す。

図１は、先行技術に係る４×２ＭＩＭＯシステムを示す。本発明に従う方法の１つの実施例で、このＭＩＭＯシステムがシミュレーションされる。ＭＩＭＯシステム１は、シミュレーションされる送信器２と、受信器３とを有する。シミュレーションされる送信器２、及び受信器３は、シミュレーションされる全チャネル４を介して接続されている。シミュレーションされる全チャネル４において、高周波無線トラフィックは、シミュレーションされる送信器２と受信器３との間で起こる。送信器２は、送信器アンテナＳＡ０〜ＳＡ３を介して開始信号を送信する。受信器３は、自身の受信器アンテナＥＡ０及びＥＡ１を介して受信信号を受信する。全チャネル４は、シミュレーションされる複数の個別チャネル４’を有する。いずれの場合でも、シミュレーションされる個別チャネル４’は、夫々、送信器アンテナＳＡ０、ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３のうちの１つを、受信器アンテナＥＡ０及びＥＡ１のうちの１つへ接続する。通信はシミュレーションされる１よりも多い個別チャネル４’を介して行われるので、より速いデータレート、より高い信号対雑音比又はダイバーシティゲインが達成され得る。送信器２と受信器３との間の、シミュレーションされるそれらの各自の個別チャネルでの伝播状況をモデル化する複素数値チャネル係数ｈ_ｉｊが、シミュレーションされる個別チャネル４’の夫々に割り当てられる。複素数値チャネル係数ｈ_ｉｊは、チャネル行列７に記録される。これを用いて、シミュレーションされる全チャネル４での送信器２と受信器３との間の伝播状況はモデル化され、又は記述される。チャネル行列７は図３で表されている。シミュレーションされる受信信号は、チャネル行列７を考慮して計算される。

図２では、図１の４×２ＭＩＭＯシステム１の代替案が示される。代替案は、例えば、第１の送信装置アンテナＳＧＡ１及び第２の送信装置アンテナＳＧＡ２を備える送信装置５としての信号発生器を有する。送信装置５内で、本発明に従う方法の第１、第２又は第３の実施例６、６’、６”の実施中に、シミュレーションされる送信器２とシミュレーションされる受信器３との間の、シミュレーションされる高周波無線トラフィックのシミュレーションが実施される。送信装置５は、第１の送信装置アンテナＳＧＡ１及び／又は第２の送信装置アンテナＳＧＡ２を介して、並びに全チャネル４０を介して、受信器３０の第１の受信アンテナＥＡ’１及び／又は第２の受信アンテナＥＡ’２と通信を行う。第１の送信装置アンテナＳＧＡ１及び第１の受信器アンテナＥＡ’１、又は第２の送信装置アンテナＳＧＡ２及び第２の受信器アンテナＥＡ’２は、単一チャネル４０’を介して接続されてよい。単一チャネル４０’を介する通信は無線により行われる。代替案として、送信装置５と受信器３０との間のベースバンド信号トラフィックが行われてよい。ベースバンド信号トラフィックは、また、１又はそれ以上のケーブルによっても実施され得る。無線接続に代えて、ケーブル接続による送信が提供されてもよい。その場合に、接続ブッシュが、受信器アンテナＥＡ’１及びＥＡ’２に代えて受信装置として、いずれの場合にも設けられる。

シミュレーションされる送信器２とシミュレーションされる受信器３との間の通信のシミュレーションの実施のために、様々な行列が用いられる。行列には、シミュレーションされる条件に関する情報を与える係数が含まれる。２つのこのような行列が図３に示される。チャネル行列７は、シミュレーションされる全チャネル４の、シミュレーションされる個別チャネル４’の伝播状況に関する情報を有するチャネル係数ｈ_ｉｊを含む。重み行列８は、シミュレーションされる送信器アンテナＳＡ０〜ＳＡ３の夫々についての及び受信器アンテナＥＡ１及びＥＡ１の夫々についての振幅及び位相の重み付けに関する情報を有する重み係数ｗ_ｋｌを含む。重み行列８は、シミュレーションされる条件を記述する。チャネル行列７に重み行列８を乗じることによって、重み係数行列Ａ＝ＨＷが得られる。この行列は、シミュレーションされる送信器２とシミュレーションされる受信器３との間の、シミュレーションされる通信に関する情報を有する係数を含む。従って、シミュレーションされる受信信号は、重み行列８、すなわち、重み係数行列Ａ＝ＨＷを考慮して計算される。重み係数行列Ａ＝ＨＷは第１のベクトル９を乗じられる。第１のベクトル９の成分Ｓ_ｍは送信器信号又はデータシンボルを表す。乗算は第２のベクトル１０を提供する。第２のベクトル１０の成分Ｙ_ｎは、受信器アンテナＥＡ０及びＥＡ１で受信される受信器信号又はサブキャリアを表す。例はＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）システムを説明する。

第１のベクトル９は、送信装置５で生成されるベースバンド送信器信号から、送信装置５で計算される。第１のベクトル９の計算は変調効果を考慮する。変調効果は、シミュレーションされる送信器２における、シミュレーションされる高周波通信信号へのベースバンド送信器信号の、シミュレーションされる変調の場合に起こる。シミュレーションされるベースバンド受信器信号は、第２のベクトル１０から、送信装置５で計算される。第２のベクトル１０からの、シミュレーションされるベースバンド受信器信号の計算は、復調効果を考慮する。復調効果は、シミュレーションされる受信器３における、受信された高周波通信信号の、シミュレーションされる復調の場合に起こる。然るに、シミュレーション全体は送信装置５で実施される。シミュレーションは、ベースバンド信号の実際の変調又は復調によらず、シミュレーション条件を考慮して、生成されたベースバンド送信信号から、シミュレーションされるベースバンド受信器信号を生成する。然るに、シミュレーションはベースバンドで行われる。

シミュレーション条件は、チャネル行列７及び重み行列８によって提示及び／又は記述をされる。チャネル行列７及び重み行列８は、いずれの場合でも、変更又は選択されたシミュレーション条件に適合させられ得る。このために、１若しくはそれ以上のチャネル係数ｈ_ｉｊ及び／又は１若しくはそれ以上の重み係数ｗ_ｋｌが、変更又は選択されたシミュレーション条件に適合させられ得る。

本発明に従う方法の第１の実施例６が図４に与えられている。第１の方法ステップ１１で、第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号、すなわち、開始信号が送信装置５内で生成される。第２の方法ステップ１２で、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号、すなわち、入来する受信信号又はシミュレーションされる入来受信信号が、第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号から、送信装置５で生成される。第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号の生成は、上述されたように実施される。第３の方法ステップ１３で、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号は、送信装置５によって出力される。結果として、シミュレーションされるベースバンド受信器信号の変調又は復調によらず、シミュレーション結果へのアクセスが得られる。実際の受信器３０は、信号送信のために、送信装置５へ１又はそれ以上のケーブルによって接続されてよい。

本発明に従う方法の第２の実施例６’が図５に与えられている。第１及び第２の実施例は、共通の第１の方法ステップ１１及び第２の方法ステップ１２を有する。第２の実施例では、代替の第３の方法ステップ１４及びそれに続く第４の方法ステップ１５が、第３の方法ステップ１３に代えて実施される。代替の第３の方法ステップ１４で、第２の数ｎ_Ｒの高周波受信器信号が、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号から生成される。第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号は、高周波範囲に配置される。第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号は、第４の方法ステップ１５で送信装置１５によって出力される。シミュレーション結果は、信号装置アンテナＳＧＡ１及びＳＧＡ２を介して第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号を用いて送信装置５によって出力され、全チャネル４０を介して実際の受信器３０の受信器アンテナＥＡ’１及びＥＡ’２へ無線により送信される。

図６に表される第３の実施例６”では、第１の実施例６の特徴及び第２の実施例６’の特徴が組み合わされている。すなわち、第１、第２、第３、代替の第３及び第４の方法ステップが実施される。然るに、第１及び第２の実施例の利点が組み合わされる。例えば、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号及び第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号は、同時に共通の装置へ又は夫々別個の装置へ供給され得る。いずれの場合でも、装置は、受信信号又はシミュレーション結果を個別に評価することができる。然るに、異なるシミュレーション条件を各場合において異なる方法で又は異なる表示形式を根幹として分析するシミュレーション分析方法で、時間が節約され得る。シミュレーションは、複数のタイプ又は複数の表示形式を根幹として同時に分析され得る。

数ｎ_Ｔ及びｎ_Ｒは、いずれの場合にも、互いに無関係に自然数の組から選択され得、最終的に、基礎をなす送信方法（例えば、３ＧＰＰＬＴＥ又はＷｉＭＡＸ）によって決定される。しかし、マルチアンテナ信号を生成するために、数ｎ_Ｔ又はｎ_Ｒのうちの少なくとも１つは、１よりも大きくなければならない。行及び列の数、又は行列７及び８の係数、並びに第１ベクトル９及び第２のベクトル１０の成分の数はｎ_Ｒ及びｎ_Ｔに依存する。

行列７及び８の係数は、夫々、別々に変更されてよい。然るに、様々なシミュレーション条件がモデル化され得る。例えば、シミュレーションされる全チャネル４での伝播条件は、チャネル行列７を用いてシミュレーションされる。様々なチャネル状況又はシミュレーション条件が、送信装置５において直接に調整され得る。

マルチアンテナ信号を生成するための本発明に従う方法の１つの好ましい実施例で、信号出力までの全ての方法ステップは送信装置５によって実施される。マルチアンテナ信号を生成するための方法で、第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号、すなわち、開始信号、及び第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号、すなわち、入来する受信信号は、送信装置５で生成される。ベースバンド送信器信号又はベースバンド受信器信号はシミュレーションのために準備され、この準備は送信装置５で実施される。シミュレーションによって生成されるシミュレーションベースバンド受信器信号又はシミュレーションによって生成されるシミュレーションベースバンド送信器信号は、シミュレーション結果を含む。シミュレーションベースバンド送信器信号又はシミュレーションベースバンド受信器信号は、送信装置５によって、直接に及び／又は送信装置５による更なる処理の後に、出力され得る。

特に好んで、重み行列８は、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号の生成のために使用される。重み行列８は、シミュレーションされる送信器のシミュレーションされる全ての送信器アンテナについての及びシミュレーションされる受信器のシミュレーションされる全ての受信器アンテナについての振幅及び位相の重み付けに関する情報を含む。然るに、重み行列８は、１又はそれ以上のシミュレーション条件に関する情報の１又はそれ以上の事項を与える。然るに、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号の生成は、シミュレーションされる条件を考慮する。

好んで、重み行列の少なくとも１つの係数ｗ_ｋｌは、シミュレーションされる条件に適合させられる。このような１又は任意にそれ以上の個数の係数ｗ_ｋｌの適合により、シミュレーションされる送信器又はその出力部でのシミュレーションされる様々な条件に関する情報は、必要条件に従って重み行列８により提示又は記述され得る。

第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号を生成するために、チャネル行列７は、特に好んで使用される。チャネル行列７により、シミュレーションされる１又はそれ以上の送信器アンテナ（すなわち、送信器アンテナＳＡ０〜ＳＡ３）を備えるシミュレーションされる送信器２と、１又はそれ以上のアンテナ（すなわち、受信器アンテナＥＡ０及びＥＡ１）を備える１つの受信器３との間の全チャネル４が与えられる。然るに、チャネル行列７は、更なるシミュレーション条件に関する情報を与える。従って、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信アンテナ信号の生成は、更なるシミュレーション条件も考慮する。

好んで、チャネル行列の係数ｈ_ｉｊは、シミュレーションされる条件に適合させられる。チャネル行列７の１又は任意にそれ以上の個数の係数ｈ_ｉｊの適合により、シミュレーションされる送信器２とシミュレーションされる受信器３との間のシミュレーションされる全チャネル４でのシミュレーションされる様々な条件に関する情報が、チャネル行列７により与えられ得る。

１つの有利な実施例で、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号は、送信装置５によって出力される。第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号は、更に、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号を形成するよう処理される。この更なる処理は、シミュレーションされる条件に関する特定の情報を用いて実施されてよい。然るに、ベースバンドにおいてシミュレーションを実施することが可能である。シミュレーション結果の生成のために、変調及び復調のいずれも必要でない。シミュレーション結果は、ベースバンドにおいて送信装置５に存在する。シミュレーションの結果は、送信装置５で生成される第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号に含まれる。然るに、第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号及び／又は第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号を変調し、送信し、受信し、及び／又はその後に復調することなく、このシミュレーション結果へのアクセスが得られる。然るに、その後のシミュレーションの実施のための、高周波信号への第１の数ｎ_Ｔのベースバンド送信器信号の不必要な変調は、回避される。従って、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号の生成のための、シミュレーションの結果である高周波信号の復調も回避され得る。従って、全体で、当該方法は、ハードウェア上極めて経済的であり、費用が節約され、更には実施が簡単である。

１つの好ましい実施例で、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号は、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号から生成される。これらのシミュレーション高周波受信器信号は、例えば、無線又はケーブル接続を介して、送信装置から受信器へ供給され得る。

好んで、第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信器信号は送信装置５によって出力される。これに関連して、用いられる送信装置５の送信アンテナＳＧＡ１及びＳＧＡ２の数、並びに用いられる実際の受信器３０の受信アンテナ（すなわち、受信器アンテナＥＡ’１及びＥＡ’２）の数は自由に選択され得る。好んで、送信アンテナ及び受信アンテナの数は同じであってよい。代替案として、１又はそれ以上のケーブルが、アンテナケーブル接続に代えて、及び無線リンクに代えて、用いられてよい。

シミュレーション結果は、ベースバンドにおいて第２の数ｎ_Ｒのシミュレーションベースバンド受信器信号を介して、及び／又は高周波範囲において第２の数ｎ_Ｒのシミュレーション高周波受信アンテナ信号を介して、実際の受信器３０へ供給されてよい。送信される信号は、信号発生器によって生成される。信号発生器で、送信経路の本発明に従うシミュレーションも実施される。

本発明は、提示されている実施例に限られない。それどころか、実施例の個々の特徴は、有利に、お互いと組み合わされてもよい。

Claims (4)

1. マルチアンテナ信号を生成する方法であって、
   送信器アンテナと受信器アンテナとの間の各場合における伝播状況を示すチャネル係数を生成するステップと、
   送信器アンテナを介して各場合において送信される信号の重み付けのための重み係数を生成するステップと、
   全ての受信器アンテナについて、前記伝播状況を示す前記チャネル係数及び前記重み係数を考慮して、入来する受信信号を計算するステップと、
   受信器アンテナごとに、当該受信器アンテナについて計算される受信信号に対応する送信信号を信号発生器によって生成し、該送信信号を、割り当てられている受信装置に送信するステップと
   を有する方法。
2. ベースバンド信号が送信される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 高周波信号が送信される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記高周波信号の生成のために、全ての計算された受信信号について、最初にベースバンド信号が生成される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。

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