JP2012182804A - 無線局 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、信号の送受信を行う無線局であって、自局から相手局への無線経路に関する第1のチャネル情報と前記相手局から自局への無線経路に関する第2のチャネル情報とに基づき自局のキャリア周波数を変更するキャリア周波数制御手段、を備える。
【選択図】図53
Description
無線通信機器では、アンテナとA/D変換(またはD/A変換)の間のアナログデバイス特性によって、デジタル領域で測定される伝搬路(測定伝搬路)の状態も異なる。通常、デジタル信号のみを扱う場合には、アナログデバイス特性と実伝搬路を含めて「測定伝搬路」として扱うのが一般的である。しかし、以下に示す各実施の形態の説明では、アナログ特性の議論を行うため、測定伝搬路を実伝搬路とアナログ特性に分離して表記する場合がある。そこで、無線機の送信系または受信系におけるアナログデバイスの複素利得をそれぞれT,Rとおく。
hk,m (UL)=Tk,m・gk,m (UL)・RBS
hk,m (DL)=TBS・gk,m (DL)・Rk,m …(1)
TDD方式において測定した伝搬路の可逆性が成り立つためにはキャリブレーションが必要となる。たとえば、後述する実施の形態1では、図1に示すように基地局のデジタル送信部および端末kアンテナmのデジタル送信部(端末kの各アンテナに対応するデジタル送信部)にそれぞれ複素補正係数uBS,uk,m(m=1,…,M)を乗じてキャリブレーションを行う。このとき、基地局と端末kアンテナmの間の補正を行った上りリンク測定伝搬路はuk,mhk,m (UL)、補正を行った下りリンクの測定伝搬路はuBShk,m (DL)と表される。従って、端末kのアンテナm(m=1,…,M)と基地局の間で可逆性を維持するためには次式(2)の条件が必要となる。
本実施の形態では、TDD方式においてデジタル部で測定される伝搬路の可逆性が成り立つように信号の補正を行うキャリブレーション手法について説明する。
hk,m self,R=Tk,l・gk,m self,R・Rk,m …(5)
ここで、gk,m self,Fは端末kのアンテナmからアンテナ1への実伝搬路の利得、gk,m self,Rは端末kのアンテナ1からアンテナmへの実伝搬路の利得を表す。実伝搬路では可逆性(gk,m self,R=gk,m self,F)が成り立つ。
つづいて、実施の形態2について説明する。本実施の形態では、チャネル測定を行うためのパイロット信号の送信電力の設定について説明する。
つづいて、実施の形態3Aについて説明する。上述した実施の形態1のキャリブレーション手順では、位相と振幅を同時に補正したが、本実施の形態では、位相のみを補正する場合のキャリブレーション手順について説明する。
つづいて、本実施の形態では基地局のキャリア周波数fBSと端末のキャリア周波数fMTが完全に一致しない場合のキャリブレーションの動作について説明を行う。実環境では、fBSとfMTが完全に一致しない場合もあるが、アナログデバイス及び実伝搬路の利得が同じとみなせる程度にfBSとfMTの差を小さくすることは周波数引込み等により現在の一般的な技術で可能である。
つづいて、実施の形態4について説明する。本実施の形態では、実施の形態1〜3とは異なり、他の無線機との間の信号伝送を通してキャリブレーションを行う方法について説明する。
つづいて、実施の形態5について説明する。本実施の形態では、他の無線機との間の信号伝送を通してキャリブレーションを行う方法であって、上述した実施の形態4とは異なる手順で行うキャリブレーション方法について説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様(図6参照)である。
(5−1)端末kは、アンテナm(m=1,…,M)からパイロット信号を送信し、基地局は、端末kから送信されたパイロット信号を受信し、チャネルa'k,m (UL)=hk,m (UL)を測定する(ステップS101)。なお、この手順は、実施の形態4で示した手順(4−1)と同じである。
つづいて、実施の形態6について説明する。本実施の形態は、実施の形態4および5と同様に、他の無線機との間の信号伝送を通してキャリブレーションを行う方法に関するものであり、特に位相のみを補正するキャリブレーションに関するものである。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
(6−2)基地局がパイロット信号uBSs(q)を送信し、端末kは、アンテナmでの受信パイロット信号から複素振幅ak,m (DL)=uBShk,m (DL)(m=1,…,M)を測定する。この手順は実施の形態4の手順(4−2)と同じである。
(6−3)基地局は、a'k,m (UL)の位相情報a'k,m (UL)/|a'k,m (UL)|(m=1,…,M)を端末kへ通知する。
(6−4)端末kはuk,m=(ak,m (DL)/|ak,m (DL)|)(a'k,m (UL)/|a'k,m (UL)|)(m=1,…,M)を設定する。
つづいて、実施の形態7について説明する。本実施の形態では、キャリブレーションを行う際に利用するパイロット信号について、その送信方法を説明する。
つづいて、実施の形態8Aについて説明する。本実施の形態では、パイロット信号の送信方法であって、上述した実施の形態7とは異なるパイロット信号の送信方法について説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
つづいて、実施の形態8Bについて説明する。本実施の形態では、パイロット信号の送信方法であって、上述した実施の形態8Aとは異なるパイロット信号の送信方法について説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
つづいて、実施の形態8Cについて説明する。本実施の形態では、パイロット信号の送信方法であって、上述した実施の形態8A、8Bとは異なるパイロット信号の送信方法について説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
つづいて、本実施の形態では、広帯域を有するOFMDA/TDD方式における周波数選択型キャリブレーションについて説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
(8D−1)アンテナm(=1,…,M)ごとにキャリブレーションに利用するL個の周波数fm (1),fm (2),…,fm (L)(fm (l)<fm (l+1))を選定する。
(8D−2)端末kはアンテナごとに選定された周波数で相対キャリブレーションを実行し、アンテナmでの補正係数uk,m(fm (1)),uk,m(fm (2)),…,uk,m(fm (L))(m=1,…,M)を得る。
(8D−3)周波数領域での補正係数の補間により全伝送帯域でのuk,m(fm)を決定する。
(8D−4)手順(8D−1)〜(8D−3)をアナログ特性が同じとみなせる異なる時刻でT回繰り返し、T個分の補正係数uk,m(fm)を用いて補正係数の精度を改善する。
選定法(CAL1)では、アンテナmごとに次式(11−8)に従い、等間隔な周波数fm (l)(l=1,…,L)を選定する。
fm (l)=F0+(l-1)MB+(m-1)B (l=1,…,L) …(11−8)
ここで、F0はアンテナm=1がキャリブレーションを開始する周波数、Bは基準帯域を表す。図18−4にCAL1で利用するOFDMAの周波数を示す。Lは伝送帯域をカバーできるように設定される。
CAL1ではフェージング状態が劣悪な周波数では、チャネル測定精度が劣化する可能性がある。そこで、CAL2では各アンテナでの伝搬状態がよくなるように次式(11−9)で示されるM個の周波数の中からf1 (l),f2 (l),…,fM (l)に1つずつ割り当てる。
C(l)={F0+(l-1)MB,F0+(l-1)MB+B,…,F0+(l-1)MB+(M-1)B}
…(11−9)
最小2乗誤差基準に基づく線形位相推定を行う。具体的には、手順(8D−2)において、∠uk,m(fm (1)),…,∠uk,m(fm (L))(|∠uk,m(fm (l-1))−∠uk,m(fm (l))|<π,l=2,…,L)を得ると、∠uk,m(fm)=αf+βとなることを想定して、最小2乗誤差基準に基づき定数α,βを決定する。また、全周波数f(fm (l)を含む)での補正係数をuk,m(f)=exp{j(αf+β)}とする。
制御ビット 時間パターン
00 ti+1−ti= 5ms (i=1,2,…)
01 ti+1−ti= 10ms (i=1,2,…)
10 ti+1−ti= 50ms (i=1,2,…)
11 ti+1−ti=100ms (i=1,2,…)
本実施の形態では、基地局との信号送受信時の信号対雑音電力比(SNR)が低い端末に対して、高精度なキャリブレーションを行う協力的アンテナアレーキャリブレーション制御を開示する。本実施の形態では、基地局の代わりに周辺の無線機が端末のキャリブレーションをサポートする。その結果、端末と基地局の距離が遠い場合にも、近距離にある無線機とキャリブレーションを行うことで円滑に複数アンテナの位相補正を行える。また、キャリブレーションをサポートする無線機を適応的に選定するシステム制御についても示す。
(8E−1)キャリブレーションを希望する端末は各アンテナからパイロット信号を含むキャリブレーション(CAL)要求信号を基地局へ通知する。
(8E−2)基地局はCAL要求信号を受信すると、信号の平均受信SNRΓBSを測定する。また、周辺無線機SもCAL要求信号を受信し、平均受信SNRΓSを測定する。
(8E−3)基地局はΓBSが所定レベルΓth以下の場合、図18−9に構成例を示したCALサポート依頼信号を下りリンクで送信する。本信号では、サポート依頼を表すビットとΓBSが通知される。
(8E−4)無線機Sはサポート依頼信号を受信すると、ΓS>ΓBSの場合には図18−10に示すCALサポート可能信号を基地局へ通知する。本信号では、サポート可能を表すビットと端末ID及びΓSが通知される。
(8E−5)基地局はCALサポート可能信号を受信すると最大のΓSを有する無線機Sに無線リソース(時間フレームと利用周波数)を指定して、キャリブレーションのサポートを要求する。無線機Sと端末は指定された無線リソースを用いてキャリブレーションを行う。
(8E−6)手順(8E−5)において、基地局がCALサポート信号を受信しなかった場合、基地局と端末の間でキャリブレーションを行う。
つづいて、実施の形態9について説明する。本実施の形態では、ランダムアクセスチャネルで端末がアクセスする際の信号を用いてキャリブレーションを行う方法について説明する。なお、本実施の形態の端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
つづいて、実施の形態10について説明する。本実施の形態では、キャリブレーションにより設定された補正値を用いると、伝搬路が変動した場合でも測定伝搬路の可逆性が保持されることについて説明する。なお、以下の説明で使用する端末kおよび基地局の装置構成は実施の形態4と同様である。
hk,m (DL)(t)=TBS・gk,m (DL)(t)・Rk,m …(12)
ここで、Tk,m,TBSは、それぞれ端末k,基地局の送信アナログ利得であり、RBS,Rk,mは、それぞれ基地局,端末kの受信アナログ利得である。
つづいて、実施の形態11について説明する。本実施の形態では、実施の形態1で述べた自己キャリブレーションと、実施の形態4,5で述べた他の無線機との間の信号伝送を通して行うキャリブレーションと、を使い分けることにより、効率的にキャリブレーションを実行する方法について説明する。ここでは、基地局と端末がルビジウム発振器など高精度発振器に基づき同一のキャリア周波数を持つ場合を想定して、狭義の可逆性を実現する場合について述べる。
(11−2)端末kは、アンテナmとアンテナ1を対象として、実施の形態1〜3で示したいずれかの自己キャリブレーションを実行する(ステップS222)。
つづいて、実施の形態12について説明する。本実施の形態では、実施の形態1で述べた自己キャリブレーションと、実施の形態4,5で述べた他の無線機との間の信号伝送を通して行うキャリブレーションと、を使い分けることにより、効率的にキャリブレーションを実行する方法であって、実施の形態11で示した方法とは異なる方法について説明する。本実施の形態では、基地局と端末がルビジウム発振器など高精度発振器に基づき同一のキャリア周波数を持つ場合を想定して、狭義の可逆性を実現する場合について述べる。
(12−2)端末kと基地局は、端末kのアンテナ1を対象として、実施の形態4〜6で示したいずれかのキャリブレーションを実行してアンテナ1の補正係数uk,1を決定し、さらに、他のアンテナの補正係数uk,m(m=2,…,M)を、手順(12−1)で導き出した関係から決定する(ステップS232)。
つづいて、実施の形態13について説明する。本実施の形態では、自己キャリブレーションと、他の無線機との間の信号伝送を通して行うキャリブレーションと、を使い分けることにより、効率的にキャリブレーションを実行する方法であって、実施の形態11,12で示した方法とは異なる方法について説明する。本実施の形態では、基地局と端末がルビジウム発振器など高精度発振器に基づき同一のキャリア周波数を持つ場合を想定して、狭義の可逆性を実現する場合について述べる。
つづいて、実施の形態14について説明する。本実施の形態では、端末と基地局がともに複数アンテナを持つMIMO(Multi-Input Multi Output)システムにおいて、自己キャリブレーションと、他の無線機との間の信号伝送を通して行うキャリブレーションと、を使い分けることにより、効率的にキャリブレーションを実行する方法について説明する。ここでは、基地局と端末がルビジウム発振器など高精度発振器に基づき同一のキャリア周波数を持つ場合を想定して、狭義の可逆性を実現する場合について述べる。
HBS,k (UL)=η・HBS,k (DL) …(21)
ここで、v=[v1,…,vM]T,w=[w1,…,wN]Tであり、Tは転置を表す。
端末が、基地局からのフィードバック情報を用いて補正係数(uk,1)をuk,1=hk (DL)/hk (UL)と設定すると、式(20)は次式(24)となり、測定伝搬路において狭義の可逆性が保持される。ただし、この狭義の可逆性は基地局と端末が同一のキャリア周波数を持つ場合に成り立つ関係である。
つづいて、実施の形態15について説明する。本実施の形態では、他の無線機との間の信号伝送を通してキャリブレーションを行う方法であって、特に、基地局以外の無線機を用いて間接的にキャリブレーションを行う方法について説明する。ここでは、基地局と端末がルビジウム発振器など高精度発振器に基づき同一のキャリア周波数を持つ場合を想定して、狭義の可逆性を実現する場合について述べる。
つづいて、実施の形態16について説明する。本実施の形態では、本実施の形態では、端末と基地局がともに複数アンテナを持つMIMOチャネルにおいて、キャリブレーションに必要となる信号数を従来よりも少なく抑えつつ無線機間でキャリブレーションを実行する方法について説明する。
(16−2)端末kと基地局は、手順(16−1)で決定した補正係数の一つであるuk,1を使用し、端末kのアンテナ1を対象として、実施の形態4または5で示したキャリブレーションを実行して補正係数uBS,n(n=1,…,N)を決定する。すなわちこの手順では、基地局が使用する補正係数を決定する。
つづいて、実施の形態17について説明する。本実施の形態では、基地局が複数の端末に対して個別にキャリブレーションを適用した場合に得られる状態について説明する。ここでは、複数の端末を端末k,端末lとして説明を行う。
つづいて、実施の形態18について説明する。本実施の形態では、端末の位置に応じて直接キャリブレーションを行うか実施の形態15で示した間接キャリブレーションを行うかを適応的に選択決定してキャリブレーションを実行する手順について説明する。図31に本実施の形態のキャリブレーション手順実行時の信号伝送の概要を示す。
つづいて、実施の形態19について説明する。本実施の形態では、端末が無変調信号(キャリア)を送信する際に、基地局においてその信号の位相(キャリア位相)が特定の値となるように制御する方法について説明する。ここでは、この制御をキャリア位相送信制御と呼んで説明を行う。なお、本実施の形態ではルビジウム発振器など高精度な周波数発振器を用いる場合、後の実施の形態に述べる超高精度キャリア周波数制御を行う場合などに実現される基地局と端末のキャリア周波数が同じまたは非常に近い環境を想定する。図35は、本実施の形態の端末の装置構成例と、基地局との間で伝送される信号を示す図である。また、図36は、本実施の形態の位相伝送制御一例を示すフローチャートである。
(19−2)基地局は、パイロット信号d(q)に補正係数uBSを乗じて生成したパイロット信号uBSd(q)を送信する(ステップS362)。
(19−3)端末は、下りリンクチャネル測定部において下りリンク時間スロットで基地局からのパイロット信号の複素振幅uBShk,m (DL)を測定する(ステップS363)。
(19−4)端末は、ウエイト決定部で送信ウエイトvk,m=1/(uBShk,m (DL))を決定し、送信信号生成部で送信信号s(q)を生成する。さらに、次の上りリンク時間スロットでウエイト乗算部が送信ウエイトvk,mを乗じて生成したデータ信号vk,ms(q)を送信する(ステップS364)。
ここで、rは重み付け係数を表す。重み付け係数の設定方法は種々存在している。例えば、さまざまな移動環境を想定した上で、統計的にa'の推定精度が高くなる固定値とする方法がある。
a'=ra(pre)+(1−r)a(blind_est) …(31)
つづいて、実施の形態20について説明する。本実施の形態では、複数のアンテナを持つ端末が各アンテナから無変調信号(キャリア)を送信すると仮定した場合に、基地局において端末の各アンテナからの複数の信号のキャリア位相が同じ値となるように制御する方法について説明する。なお、端末の構成は、実施の形態19と同様である。
(20−1)基地局と端末の複数アンテナm(m=1,…,M)の間で狭義の可逆性を維持するキャリブレーションを行う。なお、キャリブレーションは直接、間接キャリブレーションのいずれであっても構わない(例えば、実施の形態4,5で示した方法によって行う)。
(20−2)基地局は、パイロット信号d(q)に補正係数uBSを乗じて生成したパイロット信号uBSd(q)を送信する。
(20−3)端末の各アンテナm(m=1,…,M)では下りリンク時間スロットで基地局からのパイロット信号を受信し、受信信号から伝搬路uBShk,m (DL)を測定する。
(20−4)次の上りリンク時間スロットで端末のアンテナm(m=1,…,M)から送信ウエイトvk,m=1/(uBShk,m (DL))を乗じて信号vk,ms(q)を同時に送信する。
つづいて、実施の形態21について説明する。本実施の形態では、複数(少なくとも2つ)の端末がそれぞれ無変調信号(キャリア)を送信すると仮定した場合に、基地局においてその複数の信号の相対的なキャリア位相が特定の値となるように制御する方法について説明する。なお、本実施の形態ではルビジウム発振器など高精度な周波数発振器を用いる場合、または後の実施の形態に述べる超高精度キャリア周波数制御などにより実現可能な複数の端末のキャリア周波数が同じまたは非常に近い環境を想定する。但し、基地局と端末のキャリア周波数はある程度異なっていても構わない。図45に実施の形態21の各端末(端末k,l)の装置構成を示す。また、図46に制御手順のフローチャートを示す。
(21−2)基地局は、パイロット信号パイロット信号d(q)に補正係数uBSを乗じて生成したパイロット信号uBSd(q)を送信する(ステップS462)。
(21−3)端末kは、下りリンク時間スロットで基地局から送信されたパイロット信号を各アンテナm(m=1,…,Mk)で受信し、受信信号から伝搬路uBShk,m (DL)を測定する。同様に、端末lは、各アンテナm(m=1,…,Ml)で受信したパイロット信号から伝搬路uBShl,m (DL)を測定する(ステップS463)。
(21−4)次の上りリンク時間スロットにおいて、端末kは、送信ウエイトvk,m=1/(uBShk,m (DL))を乗じて生成した信号sk(q)をアンテナm(m=1,…,Mk)から同時に送信する。同様に、端末lは、送信ウエイトvl,m=1/(uBShl,m (DL))を乗じて生成した信号sl(q)をアンテナm(m=1,…,Ml)から同時に送信する(ステップS464)。
つづいて、実施の形態22について説明する。本実施の形態では、キャリア位相の送信制御を行う複数のリレー無線機が協力的に送信ビーム形成を行う方法について説明する。なお、本実施の形態ではルビジウム発振器など高精度な周波数発振器を用いる場合、後の実施の形態に述べる超高精度キャリア周波数制御などを用いて複数のリレー無線機が同じ又は非常に近いキャリア周波数を有する環境を想定する。また、図49は、実施の形態22の制御を実行する際の信号伝送の様子を示す図である。
(22−2)基地局は、パイロット信号パイロット信号d(q)に補正係数uBSを乗じて生成したパイロット信号uBSd(q)を送信する。
(22−3)リレー無線機kは、下りリンク時間スロットで基地局から送信されたパイロット信号を各アンテナm(m=1,…,Mk)で受信し、受信信号から伝搬路uBShk,m (DL)を測定する。同様に、リレー無線機lは、各アンテナm(m=1,…,Ml)で受信したパイロット信号から伝搬路uBShl,m (DL)を測定する。
(22−4)端末は信号491を送信し、リレー無線機k,lは、信号491を受信して、一旦受信信号のキャリア位相が0となるように位相補正を行う。
(22−5)上りリンク時間スロットにおいて、リレー無線機kは、手順(22−4)で補正した受信信号に対して送信ウエイトvk,m=fk,m/(uBShk,m (DL))を乗じて、アンテナm(m=1,…,Mk)から同時に送信する。同様に、リレー無線機lは、手順(22−4)で補正した受信信号に対して送信ウエイトvl,m=fl,m/(uBShl,m (DL))を乗じて、アンテナm(m=1,…,Ml)から同時に送信する。
vk,m=fk,m(uBShk,m (DL))*/|uBShk,m (DL)|2 …(32)
vk,m=fk,m(uBShk,m (DL)) …(33)
これらは全て実数スカラー倍の違いのみであるので、fk,mを任意の実数パラメータとしたとき、式(32),(33)の送信ウエイトを用いることもできる。vl,mについても同様である。
つづいて、実施の形態23Aについて説明する。本実施の形態では、キャリア位相の送信制御を行う複数のリレー無線機が協力的に送信ビーム形成を行う際の送信ウエイトの決定方法について説明する。なお、図50−1は、実施の形態23Aの制御手順の一例を示す図である。
(23−1)各リレー無線機は上りリンクでパイロット信号を送信し(ステップS501)、基地局は伝搬ベクトルhを測定する(ステップS502)。
(23−2)基地局は次式(39)で表されるパラメータξを下りリンクで全リレー無線機に通知する(ステップS503)。
(23−4)各リレー無線機は、下りリンクでチャネルhk,mを測定して、上りリンクでウエイトvk,m=ξhk,m *を用いて信号ξhk,m *s(q)を送信する(ステップS505)。
つづいて、実施の形態23Bについて説明する。本実施の形態では、リレー無線機kが基地局に向けて信号s(q)を送信するとしたが、リレー無線機kが送信する信号は雑音を含む場合もある。一般に、リレー無線機が受信信号を一旦復号する(再生中継と呼ぶ)か信号が有線ネットワークで供給される場合にはリレー無線機の送信信号は雑音を含まず、リレー無線機が受信した信号をそのまま増幅送信する場合(非再生中継と呼ぶ)には雑音を含む。本実施の形態では、リレー無線機からの送信信号が雑音成分を含む場合の制御方法の一例を開示する。なお、実施の形態23Aはリレー無線機の送信信号が雑音を含む場合にも準最適状態を与える制御として適用可能であるが、本実施の形態ではさらに高精度な伝送制御を開示する。
(23B−2)基地局はγk,m (1)とγk,m (2)を把握し、上式(40−5)のμを決定する。
(23B−3)基地局はパラメータη1=μ・||ν||と送信電力||ν||2/PBS (z)のパイロット信号を下りリンクで全リレー無線局に送信する。
(23B−4)各リレー無線局はパイロット受信電力からγk,m (1)=||ν||2|hk,m|2/PBS (z)を計算する。さらに、γk,m (1)、γk,m (2)、η1を用いて、上式(40−5)よりウエイトνk,mを決定する。
つづいて、実施の形態23Cについて説明する。本実施の形態では、実施の形態23Aの手法をさらにOFDMA/TDDなどのマルチキャリア伝送に適用した場合の協力的送信ビーム制御についてを示す。
(23C−2)基地局はサブキャリアl(l=1,…,L)に対応するパラメータξlを下りリンクで全リレー無線機に通知する。
(23C−3)リレー無線機は、端末からサブキャリアl(l=1,…,L)ごとに信号sl(q)を受信する。
(23C−4)各リレー無線機は、下りリンクのサブキャリアl(l=1,…,L)ごとにチャネルhk,m,lを測定して、上りリンクでウエイトvk,m,l=ξhk,m,l *を用いて信号ξhk,m,l *sl(q)を送信する。
つづいて、実施の形態24について説明する。本実施の形態では、キャリア位相の送信制御を行う複数のリレー無線機が協力的に送信ビーム形成を行う際の送信ウエイトの決定方法について説明する。ここでは、特に基地局が複数アンテナを持つ場合の動作について説明する。図51は、実施の形態24の制御を実行する際の信号伝送の様子を示す図である。なお、基地局の装置構成は、上述した実施の形態14で示した基地局(図27参照)と同様である。
v=[v1,1,…,v1,M1,v2,1…,v2,M2,vk,1,…,vk,Mk]T
H=[HBS,1,…,HBS,K]
…(41)
y(q)=wTxBS(q)=wTH・v・s(q)+wTzBS(q) …(42)
(24−2)基地局はH*HHの固有値に対応する固有ベクトルをN×1送信ウエイトwとして(送信ビーム形成して)パイロット信号d(q)を送信する(ステップS513)。
(24−3)各リレー無線機kは、下りリンクでパイロット信号をMkアンテナで受信し、MkアンテナにおけるMk×1伝搬ベクトルhk=HT BS,kwを測定する(ステップS514)。
(24−4)各リレー無線機kは、上りリンクでMk×1ウエイトベクトルξ・hk *を用いてMkアンテナから信号ξ・hk,m *s(q)を送信する(ステップS515)。ここで、ξはあらかじめ基地局とリレー無線機間で決定されたパラメータである。
(24−5)基地局では、複数リレー無線機が同時に送信した信号を受信ビームを用いて受信する(ステップS516)。
ここで、||w||=1であり、zBS(q)が白色雑音である場合には合成出力における雑音成分は一定となる。
つづいて、実施の形態25について説明する。本実施の形態では、キャリア位相の送信制御を行う複数のリレー無線機が協力的に送信ビーム形成を行う際の送信ウエイトの決定方法について説明する。ここでは、特に基地局が複数アンテナを持つ場合に、リレー無線機が複数の信号を同時に送信し、基地局において複数の信号を空間分離受信する動作について述べる。図52は、実施の形態25の制御を実行する際の信号伝送の様子を示す図である。なお、基地局およびリレー無線機の装置構成は、上述した実施の形態14で示した基地局および端末の装置構成(図27参照)と同様である。
(25−2)基地局は複数(2つ以上N以下)のN×1ウエイトw1,w2をH*HTの異なる固有値に対応する異なる固有ベクトルとして決定する。さらに、複数のパイロット信号d1(q),d2(q)をそれぞれ複数ウエイトw1,w2で重み付けして(送信ビーム形成して)下りリンクで送信する(ステップS523)。異なるパイロット信号は同じ時間・周波数で送信しても異なる時間・周波数で送信しても構わない。同じ時間・周波数で送信する場合には、複数のパイロット信号パターンが互いに直交関係にあることが強く望まれる。
(25−4)各リレー無線機は上りリンクで複数のMk×1ウエイトベクトルξ・hk (1)*,ξ・hk (2)*に対応して、個別にMkアンテナから異なる信号ξ・hk (1)*s1(q),ξ・hk (2)*s2(q)を送信する(ステップS525)。ここで、ξはあらかじめ決定されたパラメータである。
(25−5)基地局では複数のリレー無線機が同時に送信した複数の信号を異なる受信ビームを用いて個別に空間分離受信する(ステップS526)。
xBS(q)=(ξ・ρn1w1 *)s1(q)+(ξ・ρn2w2 *)s2(q)+zBS(q)
y1(q)=w1 TxBS(q)=(ξ・ρn1)s1(q)+w1 TzBS(q)
y2(q)=w2 TxBS(q)=(ξ・ρn2)s2(q)+w2 TzBS(q)
すなわち、空間多重された他方の信号を除去できる。このように、基地局では複数の空間多重された信号を空間分離受信できる。
つづいて、実施の形態26について説明する。上述した実施の形態22〜25で示したように、2つのリレー無線機間の相対位相を制御する方法にはさまざまな方法があり、必ずしも基地局と直接キャリブレーションを行う必要は無い。例えば、上記図49に示した例では、リレー無線機と基地局の位置関係が遠く、伝搬減衰が大きい場合に、リレー無線機k,lが基地局では無く、信号の送信元である端末とキャリブレーションを行うことにより、相対位相の送信制御を行うこともできる。
つづいて、実施の形態27について説明する。本実施の形態では、基地局と端末が無変調信号(キャリア)を同じ周波数で信号送信できるように送信周波数の補正を行う方法について説明する。
(27−4)基地局は観測した複数回のチャネル測定値(複素数)α(t'1),α(t'2),…から、その周波数オフセット(位相回転速度)Δf=(fMT−fBS)を計算する。なお、この位相回転速度は基地局と端末の周波数差の2倍を表す。基地局は算出したΔfを端末へ通知する。
(27−5)端末では、ダウンコンバートまたはアップコンバートする周波数をfMTからfMT−Δfに変更する。
(27B−4)端末はα(t'1),α(t'2),…から、その周波数オフセットΔf=(fMT−fBS)を計算する。この位相回転速度は基地局と端末の周波数差の2倍を表す。基地局は端末にΔfを通知する。また、ダウンコンバートまたはアップコンバートする周波数をfMTからfMT−Δfに変更する。
つづいて、実施の形態28について説明する。本実施の形態では、基地局と端末が無変調信号(キャリア)を同じ周波数で信号送信できるように送信周波数の補正を行う方法であって、上述した実施の形態27とは異なる方法について説明する。
つづいて、実施の形態29Aについて説明する。本実施の形態では、実施の形態27、28で示した送信周波数の補正手順に関して、この処理手順に含まれるチャネル測定処理の実行時刻について説明する。
t'n=0(n=1),2n-1(n=2,…,N) …(60)
n=1 tn=0.000秒
n=2 tn=0.002秒
n=6 tn=0.032秒
n=11 tn=1.024秒
n=16 tn=32.766秒
n=21 tn=1048.574秒≒17.4分
n=26 tn=33554430秒≒559.2分
つづいて、実施の形態29Bについて説明する。本実施の形態では、実施の形態29Aで示した手法が広範に適用できることを示し、なおかつ従来技術に対するその位置づけをより明確化する。
(2)2つの無線機が互いに応答する現在のUWB等で用いられている測距方式では、2つの無線機間のキャリア周波数を高精度に一致させると、より高精度な測距が可能となる。
(3)OFDMA方式上りリンクでは、異なる無線機が隣接サブキャリアを用いて信号伝送する場合にキャリア周波数のずれによって信号間で干渉が生じる。本発明のキャリア周波数制御法を用いて複数無線機間で高精度なキャリア周波数制御を行うと、この信号間で干渉を緩和できる。なお、基地局が各無線機と高精度なキャリア周波数制御を行うことで、無線機間のキャリア周波数を合わせることもできる。
(4)従来、複数無線機では無線機が内部に有するクロック速度に差が生じている。しかし、本発明のキャリア周波数制御を用いて無線機間で極めて高精度なキャリア周波数を持つ状態を構築すると、キャリア周波数の1周期(又は分周期)をクロックタイミングとすることで、無線機間でのクロック速度を極めて高精度に合わせることができる。その結果、無線機間での高精度なクロック速度の同期を保つことができる。クロック速度は無線機を動作させる上で最も基本となる技術の一つであり、高精度に一致したクロック速度を用いて将来の新たな技術展開も可能となる。このように、本発明の技術は将来の新技術の創出に重要となる基本技術である。
(5)上記(4)と関連するが、クロック速度の同期を必要とする電子機器は無線通信機器以外にも多く存在する。たとえば、工場内の製造ラインの機器を同期して運用させる際にも高精度なクロックタイミングによって正確な時刻に相互の機器を運用することができる。その結果、より精密なライン作業が可能となる。従って、本発明の制御は無線通信機器に限定されるものではなく、無線通信以外の分野においても広範に適用可能である。
つづいて、実施の形態30について説明する。本実施の形態では、実施の形態27、28で示した送信周波数の補正手順に関し、この手順内で使用するパイロット信号の伝送方法について説明する。
つづいて、実施の形態31について説明する。本実施の形態では、広帯域なOFDMA/TDD方式における送信周波数の補正手順に関するものである。
(31−1)n=0、fMT,1 (0)=fMTとし、t=t0,t1,…,tNを定める。
(31−2)時刻tNの上りリンクにおいて、端末はLサブバンドでそれぞれパイロット信号sl(p)(l=1,…,L)をキャリア信号exp{j(2πfMT,l (n)t+φMT)}でアップコンバートして送信を開始し、基地局ではキャリア信号exp{j(2πfBS,lt+φBS)}でダウンコンバートした受信信号と信号sl(p)の相関検出によりチャネル測定値aUL,1 (n)を得る。
(31−3)時刻tN+Δtの下りリンクにおいて、基地局はLサブバンドでそれぞれパイロット信号dl(p)(l=1,…,L)をキャリア信号exp{j(2πfBS,lt+φBS)}でアップコンバートして送信を開始し、端末はキャリア信号exp{j(2πfMT,l (n)t+φMT)}でダウンコンバートした受信信号と信号dl(p)の相関検出によりチャネル測定値aDL,1 (n)を得る。
(31−4)基地局はaUL,1 (n)(l=1,…,L)を端末に通知し、端末はrl (n)=aDL,l (n)/aUL,l (n)を算出する。
(31−5)端末はrl (i)(l=1,…,L、i=0,…,n)からキャリア周波数オフセットΔf(n)=fMT,1 (n)−fBS,1の推定値Δf(n)'を計算し、キャリア周波数をfMT,l (n+1)=fMT,l (n)−Δf(n)'(l=1,…,L)に変更する。具体的なΔf(n)'の計算法は後で示す。
(31−6)n<Nの場合にはnを1増加して手順(31−2)に戻り、n=Nの場合にはfMT,l (last)=fMT,l (N+1)として終了する。
つづいて、実施の形態32について説明する。本実施の形態では、広帯域なOFDMA/TDD方式においてキャリア周波数の補正を行った後に、基地局と端末が上下リンクの伝搬路測定結果を位相レベルで一致させる高精度キャリア位相制御を行う方法について開示する。
(32−1)実施の形態31のキャリア周波数制御法で示した手順(31−1)を実行する。
(32−1’)ul (0)=1(l=1,…,L)とする。
(32−2)〜(32−5)実施の形態31のキャリア周波数制御法で示した手順(31−2)〜(31−5)を実行する。
(32−5’)端末はrl (i)(l=1,…,L、i=1,…,n)から補正係数ul (n+1)を決定し、l番目のサブバンドでデジタル送信部にul (n+1)を乗じて全ての信号(パイロット信号、データ信号等)を送信する。
(32−6)実施の形態31のキャリア周波数制御法で示した手順(31−6)を実行する。
[方法B1]時刻tnでの測定値を用いて次式(75)より補正係数を決定する。
ul (n+1)=r”l (n|n+1) l=0,…,L …(75)
[方法B2]時刻t0,t1,…tnでの測定値のうちチャネル状態の良い時刻を選定し、次式(76)より補正係数を決定する。
ul (n+1)=r”l (i|n+1) i=argmax|aDL,l (i)| …(76)
ここで、iはサブバンドl=1,…,Lに対して個別に選定される。
つづいて、実施の形態33について説明する。本実施の形態では、複数リレー無線機がキャリア周波数補正、位相補正、協力的送信ビーム形成を行う構成について述べる。
(33−1)複数リレー無線機間でのキャリア周波数補正を行う(ステップS621)。
(33−2)複数リレー無線機間でのキャリア位相補正を行う(ステップS622)。
(33−3)複数リレー無線機間での協力的送信ビーム形成を行う(ステップS623)。
つづいて、実施の形態34について説明する。これまでに示した実施の形態では便宜的に「基地局」「端末」「リレー無線機」の語句を用いて説明したが、当然複数の基地局がキャリア周波数補正、位相補正を行い、協力的送信ビームを行う場合にも適用される。
つづいて、実施の形態35Aについて説明する。本実施の形態は複数の基地局間でチャネル測定を行いキャリア周波数補正、位相補正を行う際に用いる無線リソースに関するものである。
つづいて、実施の形態35Bについて説明する。本実施の形態では、複数の基地局でキャリア周波数補正及び位相補正を行うこれまでの実施の形態とは異なる方法について開示する。本実地の形態ではGPS(Global Positioning System)を用いて基地局間のキャリア周波数を高精度に一致させることを特徴とする。また、本構成により、複数基地局間でのコヒーレント信号送信を用意とする。
つづいて、実施の形態35Cについて説明する。本実施の形態では、複数の基地局でキャリア周波数補正及び位相補正を行う方法について、実施の形態35Bとは異なる方法を開示する。
つづいて、実施の形態35Dについて説明する。実施の形態35B,35Cでは複数の基地局間で同一のキャリア周波数を保持する方法を述べたが、GPS信号の位相をトラッキングすることにより、複数の基地局では同じ位相関係を保持できる。通常、複数の基地局が独立な発振器を用いると、独立な位相雑音が発生する。位相雑音は時間に応じて変化するため、コヒーレント信号送信における誤差要因となる。しかし、GPSの位相をトラッキングして、その位相をもとに位相加算制御等を行い基地局からの信号送信位相を決定する場合には、全ての基地局がGPS信号と同一の位相雑音を有する。その結果、仮にGPS信号が位相雑音を有したとしても、各基地局は同じ位相雑音を保有する状態となるためコヒーレント送信状態を維持できる。このように、各基地局がGPS信号の位相トラッキングを行い、その位相を活用することにより、基地局が独立な発振器を持つ場合に問題となった独立な位相雑音の問題を解消できる格別の利点がある。
つづいて、実施の形態35Eについて説明する。本実施の形態では、複数の基地局でキャリア周波数補正及び位相補正を行う方法について実施の形態35B,35Cとは異なる方法を開示する。
つづいて、実施の形態35Fについて説明する。本実施の形態では、複数の基地局でキャリア周波数補正を行う方法に関するものであり、GPS信号を用いる実施の形態35B,35Cと基地局間での伝搬路測定によりキャリア周波数制御を行う実施の形態27、28、29等の使い分けに関する一例を示す。
11、21 信号送受信部
12、22 キャリブレーション制御部
13−1〜13−M、23 信号補正部
14−1〜14−M、24 D/A変換部
15−1〜15−M、25 送信信号増幅部
16−1〜16−M、26 受信信号増幅部
17−1〜17−M、27 A/D変換部
18 制御情報受信部
28 制御情報生成部
100−1〜100−n、100a−1〜100a−n、100b−1〜100b−n 基地局
101 GPS受信部
102 周波数ロック部
103 振幅・位相制御部
104 下り信号送信部
105 上りパイロット信号受信部
106 下りフレーム送信部
107 上り制御信号受信部
108 位相制御用フレーム送信部
109 データフレーム送信部
110 上りフレーム受信部
111 スイッチ
200、200a、200b 端末
201 下り信号受信部
202 上りパイロット信号送信部
203 同期検波部
204、204b 合成部
205 相対位相情報測定部
206 上り制御信号送信部
207 上りフレーム送信部
Claims (5)
- 信号の送受信を行う無線局であって、
自局から相手局への無線経路に関する第1のチャネル情報と前記相手局から自局への無線経路に関する第2のチャネル情報とに基づき自局のキャリア周波数を変更するキャリア周波数制御手段、
を備えることを特徴とする無線局。 - 前記第1のチャネル情報は、
自局からの信号送信に基づき前記相手局で測定されたチャネル測定結果であり、
前記第2のチャネル情報は、
前記相手局からの信号送信に基づき自局で測定されたチャネル測定結果である、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線局。 - 前記第1のチャネル情報は自局からの複数回の信号送信に基づき前記相手局で測定された複数回のチャネル測定結果を含み、
前記第2のチャネル情報は前記相手局からの複数回の信号送信に基づき自局で測定された複数回のチャネル測定結果を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線局。 - 前記キャリア周波数制御手段は、
前記第1のチャネル情報と前記第2のチャネル情報の比に基づき自局のキャリア周波数を変更する周波数変更幅を決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線局。 - 前記キャリア周波数制御手段は、
前記第1のチャネル情報と前記第2のチャネル情報の比の時間的な位相回転に基づき自局のキャリア周波数を変更する周波数変更幅を決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線局。
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