JP2014027367A - Radio communication system and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを備えた無線通信システムおよび無線通信方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method provided with an array antenna including a plurality of antenna elements.
近年、限られた周波数帯域でギガビット級の高速無線通信を実現することが求められている。その実現方法の一つに、MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)伝送技術がある。MIMO伝送では、複数の送信アンテナから同一時間、同一周波数で異なる信号を送信し、送信機と受信機との間のマルチパス環境を利用することによって、受信機側で信号処理により各信号を分離し、復号する。これにより、使用周波数帯域を広げることなく、送受アンテナ素子数に応じて通信速度を向上させることができる。 In recent years, it has been required to realize gigabit-class high-speed wireless communication in a limited frequency band. One of the implementation methods is a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) transmission technology. In MIMO transmission, different signals are transmitted from multiple transmitting antennas at the same time and at the same frequency, and each signal is separated by signal processing on the receiver side by using a multipath environment between the transmitter and the receiver. And decrypt. Thereby, it is possible to improve the communication speed according to the number of transmitting / receiving antenna elements without expanding the use frequency band.
通常、MIMO伝送はマルチパス環境を前提としている。送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない場合は、送受信される複数の信号の伝搬経路がほぼ等しくなり、空間相関が増加する。このため、信号分離が困難になり、チャネル容量が減少する。ところが、近年、例えば非特許文献1に示されているように、送信アンテナと受信アンテナが近接し、送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない近距離通信においてもMIMO伝送技術が適用可能であることが注目されている。以下、近距離通信におけるMIMO伝送を近距離MIMO伝送と称する。
Normally, MIMO transmission assumes a multipath environment. When the environment between the transmitter and the receiver is not a multipath environment, the propagation paths of a plurality of signals transmitted and received are substantially equal, and the spatial correlation increases. For this reason, signal separation becomes difficult and the channel capacity decreases. However, in recent years, for example, as shown in Non-Patent
非特許文献1の技術によれば、近距離MIMO伝送において、送信機と受信機との間の距離に応じてアレーアンテナの素子間隔を適切に設定することにより、マルチパス環境でない場合においてもアンテナ間の空間相関が低くなり、高いチャネル容量を達成することができる。また、非特許文献2では、コンクリート壁などの障害物内部を伝搬路として用いる近距離超高速無線中継システムが提案されている。この近距離超高速無線中継システムによれば、近距離であれば、壁などにより送受信アンテナの見通しが得られない環境においても、近距離MIMO伝送による高速通信が可能になる。
According to the technique of Non-Patent
また、非特許文献2では、近距離MIMO伝送においてチャネル容量を増大するための検討が行われている。しかしながら、実際のMIMO伝送を実現するためには、チャネル容量を増大させる技術に加え、送受信機における信号処理技術が必要である。この信号処理技術について、非特許文献1では、MIMO伝送の最適送受信方法として知られている固有モード伝送(以下、EM−BFと称する)の特性と、受信側のみで信号処理を行う方法として知られているゼロフォーシング(以下、ZFと称する)の特性とが比較されている。そして、非特許文献2には、アレーアンテナの最適な素子間隔によりEM−BFの特性とZFの特性とがほぼ一致することが示されている。
Further, in
図14は、近距離MIMO伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。図14において、送信側のアンテナ素子Txj(jは、1≦j≦Mの正整数であり、Mは、M≧2の正整数である。)の数と受信側のアンテナ素子Rxi(iは、1≦i≦Mの正整数である。)の数は、いずれもMである。また、送信側のアンテナ素子Txjは平面PT上に配置されており、受信側のアンテナ素子Rxiは、平面PTと平行をなす平面PR上に、送信側のアンテナ素子Txjと伝搬空間FSを挟んで対向するように配置されている。これら平面PTと平面PRとの間の距離はDである。以下では、平面PTと平面PRとの距離Dを「送受信間隔D」と称する。また、送信機側および受信機側の双方において、隣接する任意の二つのアンテナ素子の間隔はdである。以下では、説明の簡略化のため、M=2の場合、すなわち2×2(2入力2出力)近距離MIMO伝送の場合について説明する。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing an arrangement example of antenna elements in short-range MIMO transmission. In FIG. 14, the number of antenna elements Tx j on the transmission side (j is a positive integer satisfying 1 ≦ j ≦ M, and M is a positive integer satisfying M ≧ 2) and the antenna element Rx i (reception side). i is a positive integer satisfying 1 ≦ i ≦ M. The antenna element Tx j on the transmission side is arranged on the plane PT, and the antenna element Rx i on the reception side is in the propagation space FS with the antenna element Tx j on the transmission side on the plane PR parallel to the plane PT. It is arrange | positioned so that it may oppose on both sides. The distance between the plane PT and the plane PR is D. Hereinafter, the distance D between the plane PT and the plane PR is referred to as “transmission / reception interval D”. In addition, on both the transmitter side and the receiver side, the distance between any two adjacent antenna elements is d. In the following, for simplification of description, the case of M = 2, that is, the case of 2 × 2 (two inputs and two outputs) near field MIMO transmission will be described.
図15は、2×2近距離MIMO伝送のモデル図である。図15に示す2×2近距離MIMO伝送において、チャネル行列Hを式(1)で表すと、受信信号は式(2)で表される。 FIG. 15 is a model diagram of 2 × 2 short-range MIMO transmission. In the 2 × 2 short-range MIMO transmission shown in FIG. 15, when the channel matrix H is expressed by Expression (1), the received signal is expressed by Expression (2).
ここで、式(1)および式(2)において、要素hij(i,jは、それぞれ2以下の正整数)は、送信アンテナ素子Txjから受信アンテナ素子Rxiへのチャネルを伝搬した信号の位相および振幅の変化率を、例えば複素数表現により示す行列要素である。また、sjは送信アンテナ素子Txjから送信される信号を、riは受信アンテナ素子Rxiで受信される信号を表す行列要素であり、niは受信信号に付加される雑音を表す行列要素である。 Here, in the expressions (1) and (2), the element h ij (i and j are positive integers of 2 or less) is a signal propagated through the channel from the transmitting antenna element Tx j to the receiving antenna element Rx i . Is a matrix element that indicates the change rate of the phase and amplitude of, for example, by complex number expression. Further, s j is a signal transmitted from the transmitting antenna element Tx j, r i is a matrix element representing the signal received by the receiving antenna element Rx i, n i is a matrix representing the noise added to the received signal Is an element.
また、2×2MIMO伝送における信号分離のための受信ウェイト行列Wを、式(3)のように表すと、受信ウェイト演算後に各受信回路へ出力される信号は式(4)で表される。 In addition, when a reception weight matrix W for signal separation in 2 × 2 MIMO transmission is expressed as in Expression (3), a signal output to each receiving circuit after reception weight calculation is expressed in Expression (4).
式(3)および式(4)において、行列要素wij(i,jは、それぞれ2以下の正整数である。)は、送信アンテナ素子Txiが送信するデータ系列s’に対応するデータ系列s’iを抽出するために、受信アンテナ素子Rxjが受信した信号に乗算されるウェイトを示す。 In Expressions (3) and (4), matrix elements w ij (i and j are each a positive integer equal to or less than 2) are data series corresponding to the data series s ′ transmitted by the transmitting antenna element Tx i . In order to extract s ′ i , the weight multiplied by the signal received by the receiving antenna element Rx j is shown.
2×2近距離MIMO伝送では、各チャネルの位相差θH=tan−1(h21/h11)=tan−1(h12/h22)が90度となるようにアンテナ素子の間隔dが設定された場合にチャネル容量が最大となる。以下では、チャネル容量が最大となるアンテナ素子の間隔dを「最適素子間隔dopt」と称する。 In 2 × 2 short-range MIMO transmission, the antenna element spacing d is such that the phase difference θ H = tan −1 (h 21 / h 11 ) = tan −1 (h 12 / h 22 ) of each channel is 90 degrees. The channel capacity is maximized when is set. Hereinafter, the antenna element interval d that maximizes the channel capacity is referred to as “optimal element interval d opt ”.
アンテナ素子の間隔dを最適素子間隔doptに設定した場合、2×2近距離MIMO伝送のチャネル行列Hは式(5)で近似される。ここで、式(5)において、aは、送信アンテナ素子Tx1から受信アンテナ素子Rx1へのチャネルを伝搬した信号の振幅と、送信アンテナ素子Tx1から受信アンテナ素子Rx2へのチャネルを伝搬した信号の振幅との比率を表す。 When the antenna element interval d is set to the optimum element interval d opt , the channel matrix H of 2 × 2 short-distance MIMO transmission is approximated by Equation (5). Here, in Expression (5), a propagates the amplitude of the signal propagated through the channel from the transmission antenna element Tx 1 to the reception antenna element Rx 1 and the channel from the transmission antenna element Tx 1 to the reception antenna element Rx 2 . Represents the ratio to the amplitude of the measured signal.
このとき、ZFにおける受信ウェイト行列WZFは式(6)で近似される。 At this time, the reception weight matrix W ZF in ZF is approximated by Equation (6).
式(5)および式(6)から、チャネル行列と受信ウェイト行列の積は、式(7)のように対角行列で表される。すなわち、各送信アンテナから送信された信号は、受信機内で受信ウェイトを乗算することにより分離され、互いに干渉を与えることなく受信される。 From Equation (5) and Equation (6), the product of the channel matrix and the reception weight matrix is represented by a diagonal matrix as shown in Equation (7). That is, the signals transmitted from the respective transmission antennas are separated by multiplying the reception weight in the receiver, and are received without causing interference.
前述のように、2×2近距離MIMO伝送では、各チャネルの位相差θH=tan−1(h21/h11)=tan−1(h12/h22)が90度となるようにアンテナ素子の間隔dを設定した場合にチャネル容量が最大となる。
しかしながら、通常、図14に示すような平面アレーアンテナの設計段階では、特定の送受信間隔Dが想定され、この送受信間隔Dに応じてアンテナ素子の間隔dが特定の値に設定される。そして、このアンテナの製造工程において、上述の設計段階で設定された特定の間隔dで1つの基板上にアンテナ素子が配列される。このため、設計段階で想定した送受信間隔D以外の送受信間隔では各チャネルの位相差θHが90度とならず、近距離MIMO伝送の特性が劣化するという問題がある。
As described above, in 2 × 2 short-distance MIMO transmission, the phase difference θ H = tan −1 (h 21 / h 11 ) = tan −1 (h 12 / h 22 ) of each channel is 90 degrees. The channel capacity is maximized when the distance d between the antenna elements is set.
However, usually, at the design stage of a planar array antenna as shown in FIG. 14, a specific transmission / reception interval D is assumed, and the interval d of antenna elements is set to a specific value according to the transmission / reception interval D. In this antenna manufacturing process, antenna elements are arranged on one substrate at a specific interval d set in the above-described design stage. Therefore, not only the phase difference theta H of each
また、上記の問題は、非特許文献2でも提示されている、部屋間や屋内外間の壁を挟んで両側に送受信機を設置して近距離MIMO伝送を行うシステムのように、送受信間隔Dを任意の間隔に調整できない場合にいっそう顕著となる。
In addition, the above-described problem is caused by setting the transmission / reception interval D as shown in
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、実際の送受信間隔が平面アレーアンテナの設計段階で想定した送受信間隔からずれ、チャネルの位相差θHが所望の値(例えば、90度)からずれた場合においても、アンテナ素子の間隔を変えることなく、チャネルの位相差θHを所望の値に近づけることが可能な無線通信システムおよび無線通信方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make the actual transmission / reception interval deviate from the transmission / reception interval assumed in the design stage of the planar array antenna, and the channel phase difference θ H is a desired value. To provide a wireless communication system and a wireless communication method capable of bringing the phase difference θ H of the channel close to a desired value without changing the interval between the antenna elements even when it deviates from (for example, 90 degrees). is there.
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による無線通信システムは、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナを複数具備する受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムであって、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整部(請求項1の「第1の位相差調整部」に対応する要素)と、を具備することを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a wireless communication system according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna including a plurality of transmission subarray antennas each including a plurality of transmission antenna elements, and the plurality of the transmission array antennas. A reception sub-array antenna comprising a plurality of reception sub-array antennas each composed of a plurality of reception antenna elements facing each of the transmission antenna elements, the transmission sub-array antenna provided in the transmission array antenna, A phase difference estimation unit for estimating a phase difference of a channel formed between the reception array antenna and the reception subarray antenna; and the transmission array antenna based on the phase difference estimated by the phase difference estimation unit. Transmitting antenna elements constituting the transmitting subarray antenna By controlling the power ratio of the transmitted signals and the power ratio of the signals received by the receiving antenna elements constituting the receiving sub-array antenna of the receiving array antenna, the desired channel capacity can be obtained. A first phase difference adjustment unit that adjusts a phase difference of a channel formed between the transmission subarray antenna and the reception subarray antenna (element corresponding to the “first phase difference adjustment unit” of claim 1); It is characterized by comprising.
また、本発明の一態様による無線通信システムは、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナを複数具備する受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムであって、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整部(請求項2の「第1の位相差調整部」に対応する要素)と、を具備することを特徴とする。 A wireless communication system according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna including a plurality of transmission subarray antennas configured from a plurality of transmission antenna elements, and a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication system comprising a receiving array antenna having a plurality of configured receiving subarray antennas, wherein the transmitting subarray antenna is provided between the transmitting subarray antenna and the receiving subarray antenna provided in the receiving array antenna. A phase difference estimator that estimates the phase difference of the channel to be formed, and a transmission antenna element that constitutes a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna, based on the phase difference estimated by the phase difference estimator Power ratio and phase relationship of the received signal and the receiving The transmission subarray antenna and the reception subarray antenna are configured so as to obtain a desired channel capacity by controlling the power ratio and phase relationship of signals received by the reception antenna elements constituting the reception subarray antenna included in the array antenna. And a second phase difference adjusting unit (an element corresponding to the “first phase difference adjusting unit” in claim 2) that adjusts the phase difference of the channel formed between the first and second channels. .
また、本発明の一態様による無線通信システムは、前記第1の位相差調整部は、電力比の制御のみでは、所望のチャネル容量を得るように各チャネルの位相差を調整できない場合、前記受信する信号の位相関係の制御を行うことでさらに位相差を調整することを特徴とする。 In the wireless communication system according to an aspect of the present invention, when the first phase difference adjustment unit cannot adjust the phase difference of each channel so as to obtain a desired channel capacity only by controlling the power ratio, the reception is performed. The phase difference is further adjusted by controlling the phase relationship of the signals to be transmitted.
また、本発明の一態様による無線通信システムは、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナとを備え、前記送信アレーアンテナを構成する複数の送信アンテナ素子と複数の送信部とがそれぞれスイッチ部を介して接続され、前記受信アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナ素子とウェイト演算回路とがそれぞれスイッチ部を介して接続される無線通信システムであって、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて前記スイッチ部の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を選択することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第3の位相差調整部(請求項3の「第2の位相差調整部」に対応する要素)と、を具備することを特徴とする。 A wireless communication system according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna configured by a plurality of transmission antenna elements, and a reception array antenna configured by a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A plurality of transmission antenna elements constituting the transmission array antenna and a plurality of transmission units are connected to each other via a switch unit, and a plurality of reception antenna elements constituting the reception array antenna and a weight calculation circuit are respectively provided. A wireless communication system connected via a switch unit, wherein a phase difference estimation unit that estimates a phase difference of a channel formed between the transmission array antenna and the reception array antenna, and the phase difference estimation unit Transmission used for communication by switching the switch unit based on the estimated phase difference A third phase difference that adjusts a phase difference of a channel formed between the transmission antenna element and the reception antenna element so that a desired channel capacity can be obtained by selecting the antenna element and the reception antenna element. And an adjustment unit (element corresponding to the “second phase difference adjustment unit” in claim 3).
また、本発明の一態様による無線通信システムは、前記第1の位相差調整部または前記第2の位相差調整部の何れかと、前記第3の位相差調整部とを、具備することを特徴とする。 A wireless communication system according to an aspect of the present invention includes either the first phase difference adjustment unit or the second phase difference adjustment unit and the third phase difference adjustment unit. And
また、本発明の一態様による無線通信方法は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナを複数具備する受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整手順と、を含むことを特徴とする。 In addition, a wireless communication method according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna including a plurality of transmission subarray antennas configured from a plurality of transmission antenna elements, and a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication method using a wireless communication system including a reception array antenna including a plurality of reception subarray antennas, wherein the transmission subarray antenna includes the transmission array antenna, and the reception subarray antenna includes the reception array antenna. A phase difference estimation procedure for estimating the phase difference of the channel formed between the transmission sub-array antenna and the transmission constituting the transmission sub-array antenna included in the transmission array antenna based on the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure The power ratio of the signal transmitted from the antenna element and the previous By controlling the power ratio of the signals received by the receiving antenna elements constituting the receiving sub-array antenna included in the receiving array antenna, the transmission sub-array antenna and the receiving sub-array antenna are arranged so as to obtain a desired channel capacity. And a first phase difference adjustment procedure for adjusting a phase difference between channels formed therebetween.
また、本発明の一態様による無線通信方法は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナを複数具備する受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整手順と、を含むことを特徴とする。 In addition, a wireless communication method according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna including a plurality of transmission subarray antennas configured from a plurality of transmission antenna elements, and a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication method using a wireless communication system including a reception array antenna including a plurality of reception subarray antennas, wherein the transmission subarray antenna includes the transmission array antenna, and the reception subarray antenna includes the reception array antenna. A phase difference estimation procedure for estimating the phase difference of the channel formed between the transmission sub-array antenna and the transmission constituting the transmission sub-array antenna included in the transmission array antenna based on the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure Power ratio of signals transmitted from antenna elements and By controlling the phase relationship and the power ratio and phase relationship of the signals received by the receiving antenna elements constituting the receiving subarray antenna included in the receiving array antenna, the transmission subarray is obtained so that a desired channel capacity can be obtained. And a first phase difference adjustment procedure for adjusting a phase difference of a channel formed between an antenna and the reception subarray antenna.
また、本発明の一態様による無線通信方法は、前記第2の位相差調整手順では、電力比の制御のみでは、所望のチャネル容量を得るように各チャネルの位相差を調整できない場合、前記受信する信号の位相関係の制御を行うことでさらに位相差を調整することを特徴とする。 In the wireless communication method according to one aspect of the present invention, in the second phase difference adjustment procedure, when the phase difference of each channel cannot be adjusted so as to obtain a desired channel capacity only by controlling the power ratio, the reception is performed. The phase difference is further adjusted by controlling the phase relationship of the signals to be transmitted.
また、本発明の一態様による無線通信方法は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナとを備え、前記送信アレーアンテナを構成する複数の送信アンテナ素子と複数の送信部とがそれぞれスイッチ部を介して接続され、前記受信アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナ素子とウェイト演算回路とがそれぞれスイッチ部を介して接続される無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順で推定された前記位相差に基づいて前記スイッチ部の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を選択することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整手順と、を含むことを特徴とする。 In addition, a wireless communication method according to an aspect of the present invention includes a transmission array antenna configured from a plurality of transmission antenna elements, and a reception array antenna configured from a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A plurality of transmission antenna elements constituting the transmission array antenna and a plurality of transmission units are connected to each other via a switch unit, and a plurality of reception antenna elements constituting the reception array antenna and a weight calculation circuit are respectively provided. A wireless communication method using a wireless communication system connected via a switch unit, the phase difference estimation procedure for estimating a phase difference of a channel formed between the transmission array antenna and the reception array antenna, Communication is performed by switching the switch unit based on the phase difference estimated in the phase difference estimation procedure. Secondly, the phase difference of the channel formed between the transmission antenna element and the reception antenna element is adjusted so that a desired channel capacity can be obtained by selecting the transmission antenna element and the reception antenna element to be used. And a phase difference adjustment procedure.
また、本発明の一態様による無線通信方法は、前記第1の位相差調整手順または前記第2の位相差調整手順の何れかと、前記第3の位相差調整手順とを含むことを特徴とする。 In addition, a wireless communication method according to an aspect of the present invention includes either the first phase difference adjustment procedure or the second phase difference adjustment procedure, and the third phase difference adjustment procedure. .
本発明によれば、送受信間隔が平面アレーアンテナの設計時に想定した送受信間隔からずれ、各チャネルの位相差が近距離MIMO伝送のチャネル容量が最大となるときの位相差からずれが生じた場合においても、アンテナ素子の間隔を変えることなく、各チャネルの位相差をチャネル容量が最大となるときの所望の位相差に近づけることができる。従って、チャネル容量の低下を抑制し、近距離MIMO伝送の特性の劣化を抑制することが可能になる。 According to the present invention, when the transmission / reception interval deviates from the transmission / reception interval assumed at the time of designing the planar array antenna and the phase difference of each channel deviates from the phase difference when the channel capacity of short-distance MIMO transmission is maximized. However, the phase difference of each channel can be brought close to a desired phase difference when the channel capacity is maximized without changing the spacing of the antenna elements. Therefore, it is possible to suppress a decrease in channel capacity and to suppress deterioration in characteristics of short-distance MIMO transmission.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
なお、以下に説明する全実施形態および全図面にわたって同一符号は同一要素を表す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol represents the same element over all embodiment and all drawings demonstrated below.
<第1の実施形態>
[構成の説明]
本発明の第1の実施形態による無線通信システム1の構成を説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態における無線通信システム1の概略構成を示す構成図である。無線通信システム1は、送信機として機能する通信装置100と、受信機として機能する通信装置700とを具備し、2×2MIMO(2入力2出力のMIMO)伝送において、通信装置100から通信装置700への2系列(データ系列S1およびデータ系列S2)のデータ通信を行うものである。ここで、通信装置100は、データ系列S1,S2を送信するものであり、送信部112,112と、可変電力分配器131,132と、複数の送信アンテナ素子141,142,143,144と、制御装置150とを具備する。
<First Embodiment>
[Description of configuration]
A configuration of the
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a
このうち、送信部111は、データ系列S1の送信信号を生成するものであり、送信部112は、データ系列S2の送信信号を生成するものである。可変電力分配器131,132は、制御装置150の制御の下、制御装置150から指定された電力比で複数の送信アンテナ素子141,142,143,144に送信信号を分配するものである。送信アンテナ素子141,142,143,144は、送信信号を無線信号(電波)として送信するものである。制御装置150は、後述するチャネルの位相差情報に基づいて、上記電力比を設定して可変電力分配器131,132に指定するものであり、上記電力比を制御することにより後述のチャネルの位相差θHを調整する第1の位相差調整部として機能する。
Among these, the
一方、通信装置700は、通信装置100から送信された系列データS1,S2を受信するためのものであり、受信部711,712と、ウェイト演算回路720と、合成器731,732と、受信アンテナ素子741,742,743,744と、制御装置750と、位相差推定部760とを具備する。このうち、受信アンテナ素子741,742,743,744は、無線信号を受信するためのものである。合成器731,732は、制御装置750の制御の下、制御装置750から指定された合成比で各受信アンテナ素子で受信された受信信号を合成するものである。
On the other hand, the
ウェイト演算回路720は、合成された受信信号に受信ウェイトを乗算することにより信号分離を行うものである。受信部711,712は、信号分離された受信信号に対し復調や復号等の処理を行うものである。制御装置750は、前述の電力比に対応する合成比を合成器731,732に指定するものであり、上述の制御装置150と共に第1の位相差調整部として機能する。位相差推定部760は、受信信号の各チャネルの位相差θHを推定して、この位相差θHの情報を通信装置100にフィードバックするものである。
The
ただし、この例に限定されず、制御装置150と可変電力分配部131,132とを第1の位相差調整部として取り扱ってもよく、また、制御装置750と合成器731,732とを第1の位相差調整部として取り扱ってもよく、更には、これら制御装置150,750と、可変電力分配部131,132と、合成器731,732とを第1の位相差調整部として取り扱ってもよい。
However, the present invention is not limited to this example, and the
次に、送信アンテナ素子141〜144および受信アンテナ素子741〜744の構成を詳細に説明する。
本実施形態では、通信装置100を構成する送信アンテナ素子141〜144は間隔dを隔てて同一平面上に配列されている。また、通信装置700を構成する受信アンテナ素子741〜744も同じく間隔dを隔てて同一平面上に配列されている。これら送信アンテナ素子141〜144が配列された平面と受信アンテナ素子741〜744が配列された平面とは相互に平行面をなす。また、送信アンテナ素子141〜144が配列された平面と、受信アンテナ素子741〜744が配列された平面との間の距離、即ち送受信間隔はDである。
Next, the configuration of the transmitting
In the present embodiment, the
以下では、同一平面上に配置された複数のアンテナ素子を具備するアンテナをアレーアンテナと称し、また、同一のデータ系列を扱うアンテナ素子の集合をサブアレーアンテナと称する。本実施形態では、送信アンテナ素子141〜144が送信アレーアンテナ140を構成し、受信アンテナ素子741〜744が受信アレーアンテナ740を構成する。このうち、送信アンテナ素子141と送信アンテナ素子142が送信サブアレーアンテナ1412を構成し、送信アンテナ素子143と送信アンテナ素子144が送信サブアレーアンテナ1434を構成する。また、受信アンテナ素子741と受信アンテナ素子742が受信サブアレーアンテナ7412を構成し、受信アンテナ素子743と受信アンテナ素子744が受信サブアレーアンテナ7434を構成する。
Hereinafter, an antenna including a plurality of antenna elements arranged on the same plane is referred to as an array antenna, and a set of antenna elements that handle the same data series is referred to as a subarray antenna. In the present embodiment, the
また、本実施形態では、受信アンテナ素子741〜744は、送信アンテナ素子141〜144とそれぞれ対向する位置に配置されている。具体的には、受信アンテナ素子741は、送信アンテナ素子141と対向する位置に配置され、受信アンテナ素子742は、送信アンテナ素子142と対向する位置に配置され、受信アンテナ素子743は、送信アンテナ素子143と対向する位置に配置され、受信アンテナ素子744は、送信アンテナ素子144と対向する位置に配置されている。
In the present embodiment, the receiving
このように、本実施形態による無線通信システム1は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナ140と、これら複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナ740を複数具備する受信アレーアンテナ740とを備えている。
As described above, the
また、本実施形態では、送信アンテナ素子141の中心位置(放射点)と送信アンテナ素子142の中心位置とは、同一平面内において間隔d’だけ離れた位置に配置されている。同様に、送信アンテナ素子143の中心位置と送信アンテナ素子144の中心位置とは、同一平面内において間隔d’だけ離れた位置に配置されている。また、送信アンテナ素子141,142から構成される送信サブアレーアンテナ1412の中心位置と、送信アンテナ素子143,144から構成される送信サブアレーアンテナ1434の中心位置とは、同一平面内において間隔dだけ離れた位置に配置されている。このようなアンテナ素子の配置間隔については、受信アンテナ素子741〜744も同様である。
Further, in the present embodiment, the center position (radiation point) of the
上述のように、本実施形態では、無線通信システム1が備える通信装置100および通信装置700のそれぞれは、四つのアンテナ素子を備えているが、後述するように、無線通信システム1は、2×2MIMO(2入力2出力のMIMO)伝送において、通信装置100から通信装置700への、2系列(データ系列S1およびデータ系列S2)のデータ通信を行うものとして機能する。
なお、上述の例に限定されず、送信アンテナ素子の数と、これに対応する受信アンテナ素子の数は任意である。
As described above, in this embodiment, each of the
In addition, it is not limited to the above-mentioned example, The number of transmitting antenna elements and the number of receiving antenna elements corresponding to this are arbitrary.
[動作の説明]
次に、本実施形態による無線通信システム1の動作を説明する。
送信機として機能する通信装置100において、送信部111は、データ系列S1を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列S1の送信信号を生成して可変電力分配器131に出力する。同様に、送信部112はデータ系列S2を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列S2の送信信号を生成して可変電力分配器132に出力する。ここで、データ系列S1とデータ系列S2とは、互いに独立した系列であってもよいし、相関を有する系列であってもよい。
[Description of operation]
Next, the operation of the
In
続いて、可変電力分配器131は、位相差推定部760からフィードバックされる後述の位相差情報に基づいて実施される制御装置150の制御の下、送信部111から出力された送信信号を、制御装置150から指定された電力比で送信アンテナ素子141と送信アンテナ素子142に分配し、これらアンテナ素子141とアンテナ素子142に同相で出力する。同様に、可変電力分配器132は、位相差推定部760からフィードバックされる後述の位相差情報に基づいて実施される制御装置150の制御の下、送信部112から出力された送信信号を、制御装置150から指定された電力比で送信アンテナ素子143と送信アンテナ素子144に分配し、これらアンテナ素子143とアンテナ素子144に同相で出力する。
Subsequently, the
ここで、制御装置150は、位相差推定部760からフィードバックされる後述の位相差情報に基づいて、可変電力分配器131,132により各送信アンテナ素子に分配される送信信号の電力比を制御する。即ち、制御装置150は、送信アレーアンテナ140が具備する送信サブアレーアンテナ1412,1434を構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比を制御する。これにより、制御装置150は、チャネルの位相差θHが所望の値(例えば、90度)に近づくように、即ち、所望のチャネル容量が得られるように、送信サブアレーアンテナ1412,1434と受信サブアレーアンテナ7412,7434との間に形成されるチャネルの位相差θHを調整する。
Here, the
本実施形態では、制御装置150は、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネル(h11)と、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネル(h21)との位相差θH=tan−1(h21/h11)の情報に基づいて、可変電力分配器131により送信アンテナ素子141,142に分配される送信信号の電力比を制御する。同様に、制御装置150は、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネル(h22)と、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネル(h12)との位相差θH=tan−1(h12/h22)の情報に基づいて、可変電力分配器132により送信アンテナ素子143,144に分配される送信信号の電力比を制御する。
このように、制御装置150は、位相差推定部760からフィードバックされる後述の位相差情報に基づいて、所望のチャネル容量が得られるようにチャネルの位相差θHを調整するが、位相差情報のフィードバックと、位相差調整の原理については後述する。
In the present embodiment,
As described above, the
上述の制御装置150の制御の下、送信アンテナ素子141,142から構成された送信サブアレーアンテナ1412は、制御装置150から指定された電力比で可変電力分配器131から出力される送信信号を無線信号(電波)として送信する。同様に、送信アンテナ素子143,144から構成された送信サブアレーアンテナ1434は、制御装置150から指定された電力比で可変電力分配器132から出力される送信信号を無線信号(電波)として送信する。これらの無線信号は伝搬空間に放射される。
Under the control of the
続いて、通信装置700は、次に説明するように、通信装置100から受信された無線信号から各系列のデータを抽出する。
受信アンテナ素子731と受信アンテナ素子732は、送信サブアレーアンテナ1412から送信された無線信号と、送信サブアレーアンテナ素子1434から送信された無線信号とを、両無線信号が合成された無線信号として受信し、これを受信信号として合成器731に出力する。合成器731は、制御装置750が指定する電力比で受信信号を合成し、ウェイト演算回路720に出力する。同様に、合成器731は、受信アンテナ素子743と受信アンテナ素子744が受信した受信信号を、制御装置750が指定する電力比で合成し、ウェイト演算回路720に出力する。
Subsequently, the
The
ここで、制御装置750は、上述の制御装置150と同様に、位相差推定部760からフィードバックされる後述の位相差情報に基づいて、合成器731,732における受信信号の合成比を制御する。即ち、制御装置750は、受信アレーアンテナ740が具備する受信サブアレーアンテナ7412,7434を構成する送信アンテナ素子で受信される信号の合成比を制御する。これにより、制御装置750は、チャネルの位相差θHが所望の値(例えば、90度)に近づくように、即ち、所望のチャネル容量が得られるように、送信サブアレーアンテナ1412,1434と受信サブアレーアンテナ7412,7434との間に形成されるチャネルの位相差θHを調整する。
Here, similarly to the
ウェイト演算回路720は、合成器731から出力される信号および合成器732から出力される信号に対して受信ウェイトを乗算することにより信号分離を行う。そして、ウェイト演算回路720は、上記の信号分離により、送信サブアレーアンテナ1412が送信した系列S1の信号に対応する系列S1’の信号を取得し、この系列S1’の信号を受信部711に出力する。また、ウェイト演算回路720は、上記の信号分離により、送信サブアレーアンテナ1434が送信したデータ系列S2の信号に対応する系列S2’の信号を取得し、この系列S2’の信号を受信部712に出力する。
The
受信部711は、ウェイト演算回路720から出力された系列S1’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列S1’を生成する。受信部712は、ウェイト演算回路720から出力された系列S2’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列S2’を生成する。これにより、送信側の通信装置100から送信されたデータ系列S1,S2が、受信側の通信装置700において、データ系列S1’,S2’として復元される。
The receiving
次に、上述のチャネルの位相差θHの調整に用いられる位相差情報のフィードバックについて説明する。
ここでは、前述の図15に示した送信アンテナ素子TXA1,TXA2と受信アンテナ素子RXA1,RXA2との間のチャネルの行列要素hijを援用し、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネルの行列要素をh11、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルの行列要素をh21、送信サブアレーアンテナ1434から受信アンテナ素子7412へのチャネルの行列要素をh12、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルの行列要素をh22と表す。
Next, a description will be given feedback of the phase difference information to be used for adjusting the phase difference theta H of the aforementioned channel.
Here, the channel matrix element h ij between the transmitting antenna elements TXA1 and TXA2 and the receiving antenna elements RXA1 and RXA2 shown in FIG. The matrix element is h 11 , the matrix element of the channel from the
通信装置700の位相差推定部760は、送信アレーアンテナ140が具備する各送信サブアレーアンテナと受信アレーアンテナ740が具備する各受信サブアレーアンテナとの間に形成される各チャネルの位相差θHを推定する。本実施形態では、位相差推定部760は、θH=tan−1(h21/h11)=tan−1(h12/h22)なる関係式から位相差θHを推定する。そして、位相差推定部760は、上記の推定した位相差θHを位相差情報として制御装置150および制御装置750にフィードバックする。制御装置150および制御装置750は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差θHの情報を基に、この位相差θHが90度に近づくように電力比および合成比をそれぞれ制御する。
The phase
本実施形態では、通信装置100は、データ系列S1およびデータ系列S2を送信する前に、チャネルの位相差θHを推定するためのトレーニング信号を送信する。そして、通信装置700の位相差推定部760は、通信装置100から送信されたトレーニング信号を用いて推定した位相差θHを位相差情報として通信装置100の制御装置150と通信装置700の制御装置750にフィードバックする。
In the present embodiment, the
制御装置150は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報のうち、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルh21と、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネルh11との位相差θH=tan−1(h121/h11)の情報に基づいて、位相差θHが90度(所望の値)に近づくように可変電力分配器131の電力比の制御を行う。また、制御装置150は、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ1412へのチャネルh12と、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルh22との位相差θH=tan−1(h12/h22)の情報を基づいて、位相差θHが90度(所望の値)に近づくように可変電力分配器132の電力比の制御を行う。
なお、通信装置700の位相差推定部760で推定した位相差θHに関する位相差情報を通信装置100の制御装置150にフィードバックする手段および手法は、TDD(Time Division Duplex: 時分割複信)やFDD(Frequency Division Duplex: 周波数分割複信)等、任意の手段および手法を用いることができ、特定の手段に限定されるものではない。
Note that means and a method for feeding back phase difference information related to the phase difference θ H estimated by the phase
次に、図2のフローチャートを参照して、上述の動作の手順を総括的に説明する。
まず、ステップS101において、通信装置100はデータ系列S1およびデータ系列S2の無線信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する。続いて、ステップS102において、通信装置700は通信装置100から送信されたトレーニング信号を受信し、位相差推定部760により各チャネルの位相差θHを推定した後、この位相差θHの情報を位相差情報として制御装置150,750にフィードバックする。続いて、ステップS103において、制御装置150,750は、フィードバックされた位相差情報を基に、可変電力分配器131,132の電力分配比および合成器731,732の合成比を制御し、サブアレーアンテナ間のチャネルの位相差θHを90度に近づけるように調節する。続いて、ステップS104において、上述の位相差θHの調節の後、通信装置100はデータ系列S1およびデータ系列S2の無線信号の送信を開始する。
Next, the procedure of the above-described operation will be generally described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S101, the
次に、図3から図5を参照して、本実施形態による位相差調整の原理を説明する。
図3は、可変電力分配器131を用いたサブアレーアンテナ1412の指向性パターンの一例を示す説明図である。図4および図5は、本実施形態による位相差調整の原理を示す説明図である。以下では、説明の簡略化のため、送信サブアレーアンテナ1412に着目して説明を行うが、送信サブアレーアンテナ1434の指向パターンも送信サブアレーアンテナ1412と同様に説明される。また、受信サブアレーアンテナ7412および受信サブアレーアンテナ7434についても、合成器731,732での合成比を可変電力分配器131,132の電力比と同じ値に設定することで、送信側と同様の指向性パターンとなる。
Next, the principle of phase difference adjustment according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the directivity pattern of the
可変電力分配器131に入力される送信信号の電力に対する送信アンテナ素子141の入力信号の電力の比率をα(0≦α≦1)と表すと、送信アンテナ素子141に入力される信号の電力P1と、送信アンテナ素子142に入力される信号の電力P2との比、すなわち電力分配比は、P1:P2=α:1−αで表される。
When the ratio of the power of the input signal of the
図3(a)は、α=1の場合の電力分配比におけるサブアレーアンテナの指向性パターンを例示し、図3(b)は、α=0.5の場合の電力分配比におけるサブアレーアンテナの指向性パターンを例示し、図3(c)は、α=0の場合の電力分配比におけるサブアレーアンテナの指向性パターンを例示している。ここで、送信アンテナ素子141および送信アンテナ素子142から送信される信号は同位相で送信されるものとする。
FIG. 3A illustrates the directivity pattern of the sub-array antenna at the power distribution ratio when α = 1, and FIG. 3B illustrates the directivity of the sub-array antenna at the power distribution ratio when α = 0.5. FIG. 3C illustrates the directivity pattern of the subarray antenna in the power distribution ratio when α = 0. Here, it is assumed that signals transmitted from the
図3(a)に例示するように、α=1の場合、すなわち可変電力分配器131に入力される信号をすべて送信アンテナ素子141に分配する場合、送信信号は送信アンテナ素子141の指向性パターンに基づいて伝搬空間に放射される。この場合、送信サブアレーアンテナ1412から放射される信号の放射点は、送信アンテナ素子141の放射点と一致する。
As illustrated in FIG. 3A, when α = 1, that is, when all the signals input to the
また、図3(b)に例示するように、α=0.5の場合、送信信号の電力が送信アンテナ素子141および送信アンテナ素子142に等しく分配され、送信アンテナ素子141および送信アンテナ素子142から等しい電力で信号が放射される。この場合、送信サブアレーアンテナ1412から放射される信号の放射点は、送信アンテナ素子141の放射点と送信アンテナ素子142の放射点を結ぶ線の垂直二等分線上に存在し、この垂直二等分線上の前方に送信サブアレーアンテナ1412の指向性のピークが形成される。
3B, when α = 0.5, the power of the transmission signal is equally distributed to the
更に、図3(c)に例示するように、α=0の場合、すなわち可変電力分配器131に入力される信号をすべて送信アンテナ素子142に分配する場合、送信信号は送信アンテナ素子142の指向性パターンに基づいて伝搬空間に放射される。この場合、送信サブアレーアンテナ1412から放射される信号の放射点は、送信アンテナ素子142の放射点と一致する。
Further, as illustrated in FIG. 3C, when α = 0, that is, when all signals input to the
上述のように、可変電力分配器131の電力分配比(α)に応じて、送信サブアレーアンテナ1412から送信される信号の放射点が変化する。これにより、図4および図5に示すように、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネルh11と、送信サブアレーアンテナ1412から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルh21との間の位相差θH=tan−1(h21/h11)を調整することができる。
As described above, the radiation point of the signal transmitted from the
ここで、図4は、送信サブアレーアンテナ1412の放射点が送信アンテナ素子141の放射点と一致した場合を示し、この場合のチャネルh11とチャネルh21との位相差θHがθH1で表されている。また、図5は、送信サブアレーアンテナ1412の放射点が送信アンテナ素子142の放射点と一致した場合を示し、この場合のチャネルh11とチャネルh21との位相差θHがθH2で表されている。図4および図5から理解されるように、位相差θH1と位相差θH2との間には、θH1<θH2なる大小関係が存在し、放射点の位置に応じて位相差θHが変化している。従って、上述のように送信サブアレーアンテナ1412の放射点を移動させることにより、チャネルの位相差θHを調整することが可能になる。
Here, FIG. 4 shows a case where the radiation point of the
同様に、可変電力分配器132の電力分配比を変化させることで、送信サブアレーアンテナ1434から送信される信号の放射点が変化し、これにより、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7412へのチャネルh12と、送信サブアレーアンテナ1434から受信サブアレーアンテナ7434へのチャネルh22との位相差θH=tan−1(h12/h22)を調整することができる。
Similarly, by changing the power distribution ratio of the
以上から理解されるように、可変電力分配器131,132における送信信号の電力分配比と、合成器731,732における受信信号の合成比を制御することにより、アレーアンテナのアンテナ素子間隔を変えることなく、チャネルの位相差θHを近距離MIMO伝送のチャネル容量が最大となる90度に近づけることができ、所望のチャネル容量を得ることができる。
As understood from the above, the antenna element spacing of the array antenna is changed by controlling the power distribution ratio of the transmission signal in the
なお、図1の構成では、送信側の通信装置100が可変電力分配器131,132を具備し、受信側の通信装置700が合成器731,732を具備し、送信側と受信側が共にサブアレーアンテナの指向性パターンを制御する構成となっているが、通信装置100または通信装置700のいずれか一方がサブアレーアンテナの指向性パターンを制御する構成としてもよい。その場合、指向性パターンを制御しない通信装置は、アンテナ素子をサブアレー化する必要がなくなるため、可変電力分配器131,132または合成器731,732を省略することができる。
In the configuration of FIG. 1, the
また、上述の説明では、送信サブアレーアンテナ1412,1434の各送信アンテナ素子から送信される信号、または受信サブアレーアンテナ7412,7434の各受信アンテナ素子で受信される信号の合成比を制御する手段として、比率が可変な分配器や合成器を用いる構成について説明したが、本発明は、このような比率が可変な分配器や合成器を用いる構成に限定されるものではなく、信号の電力比を制御できる構成であれば、任意の手段または手法を用いることができる。例えば、可変減衰器を用いて各信号に異なる減衰量を与えることにより、電力比を制御する構成としてもよい。
In the above description, as means for controlling the synthesis ratio of signals transmitted from the transmission antenna elements of the
次に、図6および図7を参照して、本実施形態による効果の一例を説明する。
図6は、本発明の有効性検証に使用したモデルの説明図である。図6の例では、周波数f1=4.85GHz、波長λ1=61.8557mm、伝送距離D1=1434mm、アンテナ素子間隔d1=3.4139λ1=211.1691mmとし、また、送信サブアレーアンテナおよび受信サブアレーアンテナを構成する各アンテナ素子の間隔は0.5λ1としている。IEEE802.11adで規定されているミリ波帯の4チャネルのうち、チャネル2の中心周波数f2=60.48GHzにおいて、伝送距離D2=115mmの場合、チャネル位相差θH=tan−1(h21/h11)=tan−1(h12/h22)が90度となる素子間隔はd2=3.4139λ2=16.933873mmであり、上記の伝送距離D1および素子間隔d1は、ミリ波帯のスケールモデルとして決定した値である。
Next, an example of the effect according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a model used for validity verification of the present invention. In the example of FIG. 6, the frequency f 1 = 4.85 GHz, the wavelength λ 1 = 61.8557 mm, the transmission distance D 1 = 1434 mm, the antenna element spacing d 1 = 3.4139λ 1 = 211.1691 mm, and the transmission subarray antenna and spacing of the antenna elements constituting the receiving sub-array antenna is set to 0.5 [lambda 1. Among the four channels in the millimeter wave band defined by IEEE802.11ad, when the transmission distance D 2 = 115 mm at the center frequency f 2 = 60.48 GHz of the
図7は、上述の図6に示すモデルにおいて、送信サブアレーアンテナ1412および送信サブアレーアンテナ1434の電力分配比(α)とチャネル位相差(θH)との関係を示す説明図である。図7に示すように、電力分配比(α)を0から1の範囲で変化させた場合、約−70度から約−110度までの約40度の範囲で位相差θHを調整することが可能である。したがって、伝送距離の変化によりチャネル位相差θHが90度(所望の値)からずれた場合においても、可変電力分配器131,132の電力分配比を制御することにより、位相差θHを90度に近づけることができる。従って、本実施形態によれば、チャネル位相差θHが90度からずれた場合においても、アンテナ素子間隔を変えることなく、チャネル容量の低下を抑制することが可能になる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the power distribution ratio (α) and the channel phase difference (θ H ) of the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態における無線通信システム2の概略構成を示す構成図である。第1の実施形態では、送信信号の電力比のみを変化させ、各アンテナ素子に同相の給電を行う構成であったが、第2の実施形態では、図8に示すように、送信信号の電力比の制御に加え、移相器171,172,771,772を用いて各アンテナ素子から出力される信号の位相関係の制御も行うものであり、その他の構成は第1の実施形態と同一である。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the
無線通信システム2は、送信機として機能する通信装置2100と、受信機として機能する通信装置2700とを具備する。ここで、通信装置2100は、第1の実施形態における通信装置100の構成に加え、さらに移相器171,172を具備する。本実施形態では、位相器171は、可変電力分配器131と送信アンテナ素子141との間に配置され、位相器172は、可変電力分配器132と送信アンテナ素子144との間に配置されている。同様に、通信装置2700は、第1の実施形態における通信装置700の構成に加え、さらに移相器771,772を具備する。本実施形態では、位相器771は、合成器731と受信アンテナ素子741との間に配置され、位相器772は、合成器732と受信アンテナ素子744との間に配置されている。
The
また、本実施形態では、第1の実施形態の制御装置150,750に対応する要素として、制御装置2150,2750を備えている。ここで、第1の実施形態では、制御装置150は可変電力分配器131,132の電力分配比を制御するものであるが、本実施形態における制御装置2150は、可変電力分配器131,132と移相器171,172に接続され、可変電力分配器131,132の分配比を制御すると共に移相器171,172の移相量を制御する。また、第1の実施形態では、制御装置750は合成器731,732の合成比を制御するものであるが、本実施形態における制御装置2750は、合成器731,732と移相器771,772に接続され、合成器731,732の合成比を制御すると共に移相器771,772の移相量を制御する。
In the present embodiment,
位相差推定部760は、上述の第1の実施形態と同様に、データ系列S1およびデータ系列S2の送信前に送信されるトレーニング信号を用いて各チャネルの位相差θHを推定し、これを位相差情報として制御装置2150および制御装置2750にフィードバックするものである。制御装置2150および制御装置2750は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報を基に、可変電力分配器131,132の分配比および合成器731,732の合成比を制御することにより、各チャネルの位相差θHを90度に近づける。本実施形態では、再度トレーニング信号を用いて各チャネルの位相差θHを推定したとしても、送信信号の電力比の制御のみでは各チャネルの位相差θHを90度に調整できない場合、制御装置2150,2750は、上述の電力分配比の制御に加え、移相器171,172,771,772の各移相量を変化させることにより、各チャネルの位相差θHを90度に調整する。
Similarly to the first embodiment, the phase
移相器171,172は、可変電力分配器131,132から出力される信号に、制御装置2150が指定する位相回転を加え、送信アンテナ素子141,144に出力する。また、移相器771,772は、受信アンテナ素子741,744が受信した信号に、制御装置2750が指定する位相回転を加え、合成器731,732へ出力する。このように、移相器により、サブアレーアンテナの各アンテナ素子から送信(または受信)される信号の位相関係を変化させ、サブアレーアンテナの指向性パターンを変化させることにより、可変電力分配器131,132の電力分配比や合成器731,732の合成比の制御により得られる位相差調整の効果を、第1の実施形態で得られる効果より大きくすることができる。
The
このように、本実施形態では、制御装置2150が、位相差推定部760により推定された位相差θHに基づいて、送信アレーアンテナ140が具備する送信サブアレーアンテナ1412,1434を構成する各送信アンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係を制御し、制御装置2750が、受信アレーアンテナ740が具備する受信サブアレーアンテナ7412,7434を構成する各受信アンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御する。これにより、制御装置2150,2150は、所望のチャネル容量が得られるように、送信サブアレーアンテナ1412,1434と受信サブアレーアンテナ7412,7434との間に形成されるチャネルの位相差θHを調整する第1の位相差調整部として機能する。
As described above, in the present embodiment, the
なお、図8に例示する構成では、送信側の通信装置2100が可変電力分配器131,132と移相器171,172とを具備し、受信側の通信装置2700が合成器731,732と移相器771,772とを具備し、送信側と受信側の双方でサブアレーアンテナの指向性パターンを制御するものとしているが、この例に限定されず、通信装置2100または通信装置2700の何れか一方でのみサブアレーアンテナの指向性パターンを制御するものとしてもよい。例えば、送信側の通信装置2100が電力分配比と移相量(位相回転量)を制御し、受信側では合成比と移相量を制御しない構成としてもよく、逆に、送信側で電力分配比と移相量を制御せず、受信側の通信装置2700が合成比と移相量を制御する構成としてもよい。その場合、指向性パターンの制御を行わない通信装置は、アンテナ素子をサブアレー化するために必要とされる可変電力分配器131,132または合成器731,732を備える必要はなく、移相器171,172または位相器771,772も具備する必要はない。
In the configuration illustrated in FIG. 8, the transmission-
次に、図9のフローチャートを参照して、上述の動作の手順を総括的に説明する。
まず、ステップS201において、通信装置2100は、系列S1および系列S2の信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する。続いて、ステップS202において、通信装置2700は通信装置2100から送信されたトレーニング信号を受信し、位相差推定部760により各チャネルの位相差θHを推定した後、この位相差θHを位相差情報をとして御装置2100,2700にフィードバックする。続いて、ステップS203において、制御装置2100,2700は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報を基に、可変電力分配器131,132の各電力分配比と、合成器731,732の各合成比と、移相器171,172,771,772の各移相量とを制御し、各サブアレーアンテナ間のチャネルの位相差θHを90度に調整する。この位相差調整の後、ステップS204において、通信装置2100は系列S1および系列S2の信号の送信を開始する。
Next, with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S201, the
次に、図10および図11を参照して、本実施形態の効果の一例を説明する。
図10は、本発明の有効性検証に使用したモデルの説明図である。図10に示すように、有効性検証に使用したモデルでは、受信アンテナ素子741と合成器731との間に位相器771を配置すると共に、受信アンテナ素子744と合成器732との間に移相器772を配置し、各移相器が信号に与える移相量(位相回転量)を45度に設定している。また、周波数f1=4.85GHz、波長λ1=61.8557mm、伝送距離D1=1434mm、アンテナ素子間隔d1=3.4139λ1=211.1691mmとし、サブアレーアンテナを構成する各アンテナ素子の間隔を0.5λ1としている。
Next, an example of the effect of this embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a model used for validity verification of the present invention. As shown in FIG. 10, in the model used for the validity verification, a
図11は、上述の図10に示すモデルにおいて、送信サブアレーアンテナ1412および送信サブアレーアンテナ1434の各電力分配比(α)とチャネル位相差(θH)との関係を示す説明図である。図11に示すように、送信サブアレーアンテナ1412および送信サブアレーアンテナ1434の各電力分配比(α)を0から1の範囲で変化させると、約−55度から約−125度までの約70度の範囲で位相差θHを調整することが可能である。この位相差θHを調整範囲(約70度)は、第1の実施形態による位相差θHの調整範囲(約50度)よりも大きい。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between each power distribution ratio (α) and channel phase difference (θ H ) of the
このことは、受信側の移相器771,772を用いて受信信号の位相関係を変化させることで、可変電力分配器131,132の電力分配比や合成器731,732の合成比を制御した場合に得られる位相差調整の効果を大きくすることができることを意味する。従って、本実施形態によれば、上述の第1の実施形態に比較して、より効果的に位相差θHを調整することができ、いっそうチャネル容量の低下を抑制することが可能になる。
This is because the phase relationship of the received signals is changed using the
なお、図10および図11の例では、受信側に位相器771,772を備えた場合について有効性の検証を行ったが、送信側に位相器171,172を備えた場合も同様に位相差θHを効果的に調整することができる。また、送信側に位相器171,172を備えると共に受信側に位相器771,772を備えれば、よりいっそう効果的に位相差θHを調整できることが理解される。
In the examples of FIGS. 10 and 11, the effectiveness is verified for the case where the
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。
図12は、本発明の第3の実施形態における無線通信システム3の概略構成を示す構成図である。説明の簡略化のため、送信側の通信装置1と、受信側の通信装置2がそれぞれ4つのアンテナ素子を具備する構成の場合について説明を行うが、この例に限定されず、アンテナ素子の数は任意である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the
図12に示すように、無線通信システム3は、送信機として機能する通信装置3100と、受信機として機能する通信装置3700とを具備する。このうち、通信装置3100は、送信部111,112と、送信アンテナ素子141,142,143,144と、スイッチ部180と、制御装置3150とを具備する。送信部111および送信部112は、それぞれ、スイッチ部180を介してアンテナ素子141〜144に接続されている。ここで、送信アンテナ素子111〜114は、送信アレーアンテナ140を構成し、同一平面内に配置され、隣り合う二つの送信アンテナ素子は間隔dだけ離れた位置に配置されている。本実施形態では、制御装置3150によりスイッチ部180内で線路の切り替えが行われ、制御装置3150が指定する送信アンテナ素子にスイッチ部180を介して送信部111,112から信号が出力される。
As illustrated in FIG. 12, the
また、通信装置3700は、受信部711,712と、ウェイト演算回路720と、スイッチ部780と、受信アンテナ素子741,742,743,744と、位相差推定部760と、制御装置3750とを具備する。受信アンテナ素子741〜744は、それぞれ、スイッチ部780を介してウェイト演算回路720に接続されている。ここで、受信アンテナ素子741〜744は、受信アレーアンテナ740を構成し、送信アンテナ素子141〜144とそれぞれ対向して同一平面内に配置され、隣り合う二つの受信アンテナ素子は間隔dだけ離れた位置に配置されている。本実施形態では、制御装置3750によりスイッチ部780内で線路の切り替えが行われ、制御装置3750が指定する受信アンテナ素子が受信した信号がスイッチ部780を介してウェイト演算回路720に入力される。
位相差推定部760は、第1の実施形態と同様に、データ系列S1およびデータ系列S2の送信前に送信されるトレーニング信号を用いて、送信アレーアンテナ140と受信アレーアンテナ740との間に形成される各チャネルの位相差θHを推定するものであり、これを位相差情報として制御装置3150および制御装置3750にフィードバックする。制御装置3150は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報を基に、データ系列S1およびデータ系列S2の信号をそれぞれ送信するための2つの送信アンテナ素子を決定し、そのためのスイッチ部180の線路の切り替えを制御する。また、制御装置3750は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報を基に、通信装置3100から送信された無線信号を受信する2つの受信アンテナ素子を決定し、そのためのスイッチ部780の線路の切り替えを制御する。
Similarly to the first embodiment, the phase
これにより、送信側の送信アンテナ素子141〜144と受信側の受信アンテナ素子741〜744から無線通信に使用する2対のアンテナ素子を選択し、この選択によるアンテナ素子の組み合わせの数と同数の複数種類の伝送距離でチャネルの位相差θHが90度となる。このため、近距離MIMO伝送で高いチャネル容量特性を達成することができ、伝送距離の範囲を広げることができる。
As a result, two pairs of antenna elements to be used for wireless communication are selected from the transmitting
このように、本実施形態では、制御装置3150が、位相差推定部760により推定された位相差θHに基づいてスイッチ部180の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子を選択し、制御装置3750が、位相差推定部760により推定された位相差θHに基づいてスイッチ部780の切り替えを行って通信に使用する受信アンテナ素子を選択する。これにより、制御装置3150,3750は、所望のチャネル容量が得られるように、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整部として機能する。
Thus, in the present embodiment, the
次に、図13のフローチャートを参照して、上述の動作の手順を総括的に説明する。
まず、ステップS301において、通信装置3100は、系列S1および系列S2の信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する。続いて、ステップS302において、通信装置3700は、通信装置3100から送信されたトレーニング信号を受信し、位相差推定部760が各チャネルの位相差θHを推定した後、これを位相差情報として制御装置3150,3750にフィードバックする。続いて、ステップS303において、制御装置3150,3750は、位相差推定部760からフィードバックされた位相差情報を基に、通信に使用するアンテナ素子(組み合わせ)を決定する。続いて、ステップS304において、制御装置3150,3750は、それぞれ、スイッチ部180,780の線路の切り替えを制御し、各アンテナ素子間のチャネルの位相差θHを90度に調整する。この位相差調整の後、ステップS305において、通信装置3100は、データ系列S1および系列S2の信号の送信を開始する。
Next, the procedure of the above-described operation will be described generally with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S301, the
なお、第3の実施形態として、通信に使用するアンテナ素子をスイッチ部で切り替える構成について説明してきたが、第3の実施形態における無線通信システム3の構成に、さらに第1の実施形態で説明した分配比や合成比を制御する構成、および/または、第2の実施形態で説明した移相量を制御する構成を組み合わせてもよい。例えば、第1および第2の実施形態において、第1の位相差調整部として機能する制御装置150,750,2150,2750のうちの1または2以上の機能に、第3の実施形態における制御装置3150,3750のうちの1または2以上の第2の位相差調整部としての機能を組み合わせてもよい。これにより、近距離MIMO伝送で高いチャネル容量特性を達成することができる伝送距離の範囲をさらに広げることができる。
In addition, although the structure which switches the antenna element used for communication by a switch part was demonstrated as 3rd Embodiment, it demonstrated further in 1st Embodiment to the structure of the radio |
上述の本発明の第1から第3の実施形態では、本発明を無線通信システムとして説明したが、本発明は無線通信方法として表現することもできる。この場合、本発明は、例えば、複数の送信アンテナ素子から構成された送信サブアレーアンテナを複数具備する送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信サブアレーアンテナを複数具備する受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法として表現することができる。 In the above first to third embodiments of the present invention, the present invention has been described as a wireless communication system, but the present invention can also be expressed as a wireless communication method. In this case, the present invention provides, for example, a transmission array antenna including a plurality of transmission subarray antennas configured from a plurality of transmission antenna elements, and a reception configured from a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication method using a wireless communication system including a plurality of receiving array antennas, wherein the transmitting array antenna includes a transmitting subarray antenna and the receiving array antenna includes a receiving subarray antenna. Based on the phase difference estimation procedure for estimating the phase difference of the formed channel and the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure, transmission is performed from transmission antenna elements constituting a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna. Power ratio of the received signal and the receiving array By controlling the power ratio of the signals received by the reception antenna elements constituting the reception subarray antenna of the tenor, the desired channel capacity can be obtained between the transmission subarray antenna and the reception subarray antenna. And a first phase difference adjustment procedure for adjusting the phase difference of the formed channel. This can be expressed as a wireless communication method.
また、例えば、前記第1の位相差調整手順では、前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備するサブアレーアンテナを構成するアンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係と、前記受信アレーアンテナが具備するサブアレーアンテナを構成するアンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整してもよい。 Further, for example, in the first phase difference adjustment procedure, based on the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure, a signal transmitted from an antenna element constituting a subarray antenna included in the transmission array antenna By controlling the power ratio and phase relationship and the power ratio and phase relationship of the signals received by the antenna elements constituting the sub-array antenna included in the receiving array antenna, the transmission is performed so that a desired channel capacity can be obtained. You may adjust the phase difference of the channel formed between a subarray antenna and the said receiving subarray antenna.
また、本発明は、例えば、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、前記複数の送信アンテナ素子にそれぞれ対向する複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナとを備え、前記送信アレーアンテナを構成する複数の送信アンテナ素子と複数の送信部とがそれぞれスイッチ部を介して接続され、前記受信アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナ素子とウェイト演算回路とがそれぞれスイッチ部を介して接続される無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順で推定された前記位相差に基づいて前記スイッチ部の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を選択することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法として表現することができる。この場合、例えば、前記第1の位相差調整手順をさらに含んでもよい。 In addition, the present invention includes, for example, a transmission array antenna configured from a plurality of transmission antenna elements, and a reception array antenna configured from a plurality of reception antenna elements respectively opposed to the plurality of transmission antenna elements. A plurality of transmitting antenna elements and a plurality of transmitting units constituting the array antenna are respectively connected via a switch unit, and a plurality of receiving antenna elements and a weight calculation circuit constituting the receiving array antenna are respectively connected via a switch unit. A wireless communication method using a connected wireless communication system, comprising: a phase difference estimation procedure for estimating a phase difference of a channel formed between the transmission array antenna and the reception array antenna; and estimation by the phase difference estimation procedure A transmission amplifier used for communication by switching the switch unit based on the phase difference A second phase difference that adjusts a phase difference of a channel formed between the transmission antenna element and the reception antenna element so that a desired channel capacity can be obtained by selecting the antenna element and the reception antenna element. It can be expressed as a wireless communication method characterized by including an adjustment procedure. In this case, for example, the first phase difference adjustment procedure may be further included.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正が可能である。
例えば、上述の第1の実施形態では、通信装置100を送信機とし、通信装置700を受信機として説明したが、通信装置100,700のそれぞれを送信機能と受信機能の双方を有する送受信機として構成してもよい。他の実施形態でも同様である。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be arbitrarily modified or modified without departing from the gist of the present invention.
For example, in the first embodiment described above, the
1,2,3…無線通信システム、100,700,2100,2700,3100,3700…通信装置、111,112…送信部、131,132…可変電力分配器、141〜144…送信アンテナ素子、140…送信アレーアンテナ、150,750,2150,2750,3150,3750…制御装置、171,172,771,772…位相器、711,712…受信部、180,780…スイッチ部、720…ウェイト演算回路、731,732…合成器、740…受信アレーアンテナ、741〜744…受信アンテナ素子、760…位相差推定部、1412,1434…送信サブアレーアンテナ、7412,7434…受信サブアレーアンテナ。 1, 2, 3 ... wireless communication system, 100, 700, 2100, 2700, 3100, 3700 ... communication device, 111, 112 ... transmission unit, 131, 132 ... variable power distributor, 141 to 144 ... transmission antenna element, 140 ... Transmitting array antenna, 150, 750, 2150, 2750, 3150, 3750 ... Control device, 171, 172, 771, 772 ... Phaser, 711, 712 ... Receiving unit, 180, 780 ... Switch unit, 720 ... Weight calculation circuit , 731,732 ... combiner, 740 ... reception array antenna, 741-744 ... reception antenna element, 760 ... phase difference estimation unit, 1412, 1434 ... transmission subarray antenna, 7412, 7434 ... reception subarray antenna.
Claims (8)
前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定部と、
前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。 A receiving array antenna comprising a plurality of transmitting sub-array antennas comprising a plurality of transmitting antenna elements, and a plurality of receiving sub-array antennas comprising a plurality of receiving antenna elements respectively facing the plurality of transmitting antenna elements. A wireless communication system comprising:
A phase difference estimation unit that estimates a phase difference of a channel formed between a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna and a reception subarray antenna included in the reception array antenna;
Based on the phase difference estimated by the phase difference estimation unit, a power ratio of signals transmitted from transmission antenna elements constituting a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna and reception included in the reception array antenna. By controlling the power ratio of the signals received by the receiving antenna elements constituting the subarray antenna, the channel formed between the transmitting subarray antenna and the receiving subarray antenna can be obtained so as to obtain a desired channel capacity. A first phase difference adjusting unit for adjusting the phase difference;
A wireless communication system comprising:
前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The first phase difference adjusting unit is
Based on the phase difference estimated by the phase difference estimator, the power ratio and phase relationship of signals transmitted from the transmission antenna elements constituting the transmission subarray antenna of the transmission array antenna, and the reception array antenna By controlling the power ratio and phase relationship of the signals received by the receiving antenna elements constituting the receiving subarray antenna, a desired channel capacity can be obtained between the transmitting subarray antenna and the receiving subarray antenna. The radio communication system according to claim 1, wherein a phase difference between channels formed in the channel is adjusted.
前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定部と、
前記位相差推定部により推定された前記位相差に基づいて前記スイッチ部の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を選択することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。 A plurality of transmissions comprising a transmission array antenna composed of a plurality of transmission antenna elements and a reception array antenna composed of a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication system in which an antenna element and a plurality of transmission units are connected via a switch unit, respectively, and a plurality of reception antenna elements constituting the reception array antenna and a weight calculation circuit are connected via a switch unit. And
A phase difference estimation unit that estimates a phase difference of a channel formed between the transmission array antenna and the reception array antenna;
By switching the switch unit based on the phase difference estimated by the phase difference estimation unit and selecting a transmission antenna element and a reception antenna element used for communication, a desired channel capacity can be obtained. A second phase difference adjustment unit for adjusting a phase difference of a channel formed between the transmission antenna element and the reception antenna element;
A wireless communication system comprising:
前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナと、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、
前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備する送信サブアレーアンテナを構成する送信アンテナ素子から送信される信号の電力比と、前記受信アレーアンテナが具備する受信サブアレーアンテナを構成する受信アンテナ素子が受信する信号の電力比とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整する第1の位相差調整手順と、
を含むことを特徴とする無線通信方法。 A receiving array antenna comprising a plurality of transmitting sub-array antennas comprising a plurality of transmitting antenna elements, and a plurality of receiving sub-array antennas comprising a plurality of receiving antenna elements respectively facing the plurality of transmitting antenna elements. A wireless communication method using a wireless communication system comprising:
A phase difference estimation procedure for estimating a phase difference of a channel formed between a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna and a reception subarray antenna included in the reception array antenna;
Based on the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure, a power ratio of signals transmitted from transmission antenna elements constituting a transmission subarray antenna included in the transmission array antenna, and reception included in the reception array antenna. By controlling the power ratio of the signals received by the receiving antenna elements constituting the subarray antenna, the channel formed between the transmitting subarray antenna and the receiving subarray antenna can be obtained so as to obtain a desired channel capacity. A first phase difference adjustment procedure for adjusting the phase difference;
A wireless communication method comprising:
前記位相差推定手順により推定された前記位相差に基づいて、前記送信アレーアンテナが具備するサブアレーアンテナを構成するアンテナ素子から送信される信号の電力比および位相関係と、前記受信アレーアンテナが具備するサブアレーアンテナを構成するアンテナ素子が受信する信号の電力比および位相関係とを制御することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信サブアレーアンテナと前記受信サブアレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を調整することを特徴とする請求項5に記載の無線通信方法。 In the first phase difference adjustment procedure,
Based on the phase difference estimated by the phase difference estimation procedure, the power ratio and phase relationship of signals transmitted from the antenna elements constituting the subarray antenna included in the transmission array antenna, and the reception array antenna are included. It is formed between the transmission subarray antenna and the reception subarray antenna so that a desired channel capacity can be obtained by controlling the power ratio and phase relationship of signals received by the antenna elements constituting the subarray antenna. The wireless communication method according to claim 5, wherein the phase difference of the channel is adjusted.
前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成されるチャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、
前記位相差推定手順で推定された前記位相差に基づいて前記スイッチ部の切り替えを行って通信に使用する送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を選択することにより、所望のチャネル容量が得られるように、前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの位相差を調整する第2の位相差調整手順と、
を含むことを特徴とする無線通信方法。 A plurality of transmissions comprising a transmission array antenna composed of a plurality of transmission antenna elements and a reception array antenna composed of a plurality of reception antenna elements respectively facing the plurality of transmission antenna elements. Wireless communication by a wireless communication system in which an antenna element and a plurality of transmitting units are connected via a switch unit, and a plurality of receiving antenna elements and a weight calculation circuit constituting the receiving array antenna are connected via a switch unit, respectively. A communication method,
A phase difference estimation procedure for estimating a phase difference of a channel formed between the transmitting array antenna and the receiving array antenna;
By selecting the transmission antenna element and the reception antenna element used for communication by switching the switch unit based on the phase difference estimated in the phase difference estimation procedure, so as to obtain a desired channel capacity, A second phase difference adjustment procedure for adjusting a phase difference of a channel formed between the transmission antenna element and the reception antenna element;
A wireless communication method comprising:
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105024176A (en) * | 2015-07-29 | 2015-11-04 | 哈尔滨工业大学 | Directional diagram design method of subarray level mixed MIMO-phase array system |
JP2016111520A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 日本電信電話株式会社 | Radio communication system and radio communication method |
WO2017018070A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | シャープ株式会社 | Wireless communication device and installation method therefor |
KR20180033678A (en) * | 2016-09-26 | 2018-04-04 | (주)와이파이브 | Apparatus and method for array antenna beamforming |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009027539A (en) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Sony Corp | Wireless receiver, and antenna selection method for spatially multiplexed communication |
JP2010154489A (en) * | 2008-11-26 | 2010-07-08 | Kyocera Corp | Array antenna |
JP2010157805A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Kddi Corp | Transmitter and transmission and reception method |
-
2012
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009027539A (en) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Sony Corp | Wireless receiver, and antenna selection method for spatially multiplexed communication |
JP2010154489A (en) * | 2008-11-26 | 2010-07-08 | Kyocera Corp | Array antenna |
JP2010157805A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Kddi Corp | Transmitter and transmission and reception method |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016111520A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 日本電信電話株式会社 | Radio communication system and radio communication method |
WO2017018070A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | シャープ株式会社 | Wireless communication device and installation method therefor |
CN105024176A (en) * | 2015-07-29 | 2015-11-04 | 哈尔滨工业大学 | Directional diagram design method of subarray level mixed MIMO-phase array system |
KR20180033678A (en) * | 2016-09-26 | 2018-04-04 | (주)와이파이브 | Apparatus and method for array antenna beamforming |
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