JP2014068173A - Base station device, radio communication method, and radio communication system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform spatial multiplexed transmission with a plurality of terminal devices without impairing an efficiency of a MAC layer.SOLUTION: A base station device 400 comprises: a weight calculation section for calculating and storing a weight for in-phase combining signal received at a plurality of antenna elements 401-1 to 401-K on the basis of training signal transmitted from terminal devices for each combination of terminal devices and antenna elements; a radio processing section provided to each of antenna elements and for dividing signal received at antenna elements for every frequency component; a weight multiplication section provided to each of terminal devices and for multiplying weights of each frequency component corresponding to each terminal device by signal for each frequency component and divided by each radio processing section to additively combine multiplication results for every frequency component; and a reception processing section provided to each of terminal devices and for determining presence/absence of signal from a corresponding to the terminal device on the basis of the additively combine result by the weight multiplication section corresponding to the terminal device, and for performing a reception processing for the additively combine result when the signal from the terminal device is present.

Description

本発明は、基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。   The present invention relates to a base station apparatus, a radio communication method, and a radio communication system.

近年のインターネットの普及とともに、既に全世帯の90%にも及ぶ世帯で光ファイバを用いた回線が利用可能となっている。このようにブロードバンド化の流れは確実に進展してはいるが、実際には、光回線の敷設による採算が見込めない地域があることから、ブロードバンド・ゼロ地域の解消を如何にして実現するかという問題はなかなか解決する術が見つからない現状がある。このような光回線の敷設による採算が見込めない地域を不採算地域(条件不利地域)という。   With the spread of the Internet in recent years, lines using optical fibers are already available in 90% of all households. In this way, the trend toward broadband has certainly progressed, but in reality there are areas where profitability is not expected due to the laying of optical lines, so how to eliminate the broadband zero area? There is currently no way to find a way to solve the problem. Such an area where profitability is not expected by laying an optical line is called an unprofitable area (conditionally disadvantaged area).

このような不採算地域における対策としては、無線回線を利用することが有利とされており、例えば、WiMAX(Worldwide interoperability for microwave access)(登録商標、以下同様)と呼ばれる無線規格を用いたサービスのための周波数チャネルを10[MHz]確保し、この周波数チャネルを用いたWiMAXサービスを、条件不利地域を中心に適用する「地域WiMAX」と呼ばれる施策が実施されている。この施策に用いられているWiMAXでは、例えば基地局装置は10[W]程度の大きな送信電力で信号送信を行い、この結果、半径3km程度のエリアを1局でカバーすることが可能となっている。   As a countermeasure in such unprofitable areas, it is advantageous to use a wireless line. For example, a service using a wireless standard called WiMAX (Worldwide interoperability for microwave access) (registered trademark, the same shall apply hereinafter) is used. For this reason, a measure called “Region WiMAX” has been implemented, in which 10 [MHz] is reserved for the frequency channel for this purpose, and the WiMAX service using this frequency channel is applied mainly to conditionally disadvantaged areas. In WiMAX used for this measure, for example, the base station device transmits signals with a large transmission power of about 10 [W], and as a result, an area with a radius of about 3 km can be covered by one station. Yes.

一般に、見通しがきく環境では送信局と受信局の間での伝搬に伴い受信信号強度は、距離の2乗に反比例する。見通し外の場合には受信信号強度は距離の3〜4乗に反比例するようになり、回線設計上にはより厳しい制限が課せられることになる。仮に見通しを想定したとしても、伝送距離を2倍に伸ばすためには、送信電力を2=4倍にする必要があり、より線形性の高い送信アンプを必要とする。しかし、そのような送信アンプは高価であるとともに、そのような送信アンプを用いると、電力効率は著しく低下するため消費電力は急激に増加してしまう。 In general, in an environment where the line of sight is clear, the received signal strength is inversely proportional to the square of the distance due to propagation between the transmitting station and the receiving station. In the case of out of line of sight, the received signal strength is inversely proportional to the 3rd to 4th power of the distance, which places more severe restrictions on the circuit design. Even if a line of sight is assumed, in order to extend the transmission distance by a factor of 2, it is necessary to increase the transmission power to 2 2 = 4 times, and a transmission amplifier with higher linearity is required. However, such a transmission amplifier is expensive, and when such a transmission amplifier is used, the power efficiency is remarkably lowered, so that the power consumption increases rapidly.

近年は特に環境問題が注目され、無線を含めたインフラの低消費電力化が要求されており、高出力の送信アンプを用いた非効率的な通信は好ましくない。このような問題を解決するための方法としては、例えば、非特許文献1に記載のように、複数の中継局を介在させたコヒーレント伝送が有効である。非特許文献1では、中継においては非再生中継を仮定しているが、このコヒーレント伝送のポイントは、中継の形態が「非再生中継」であるか、又は「再生中継」であるかに依存しておらず、あくまでも受信側において各信号が同位相で合成されるように送信することである。このようなコヒーレント伝送を行う場合の別の形態の1つとして、例えば非特許文献2に記載のように分散アンテナシステムがある。   In recent years, environmental problems have attracted particular attention, and low power consumption of infrastructure including radio is required, and inefficient communication using a high-output transmission amplifier is not preferable. As a method for solving such a problem, for example, as described in Non-Patent Document 1, coherent transmission with a plurality of relay stations interposed is effective. In Non-Patent Document 1, non-regenerative relay is assumed for relay, but the point of this coherent transmission depends on whether the form of relay is “non-regenerative relay” or “regenerative relay”. However, the transmission is performed so that the signals are combined in the same phase on the receiving side. As another form when performing such coherent transmission, there is a distributed antenna system as described in Non-Patent Document 2, for example.

分散アンテナシステムは、1つの制御局に場所的に分散されて設置された複数のアンテナ(厳密にはアンテナに、光・電気変換や信号増幅等を行う装置が組み合わされた無線モジュールないしはリモート基地局)が接続された構成であり、制御局と各アンテナ間は光ファイバ等で接続される。
また、他の形態として、1つの基地局に複数の中継局が無線接続された構成(無線中継システム)をとることもできる。この場合は、基地局が制御局となり、中継局がアンテナないしは無線モジュールとなり、全体として分散アンテナシステムを構成することになるが、基地局と中継局とが無線により接続される点で異なる構成である。
いずれの場合も、複数のアンテナ(中継局)が受信端末側で各信号が同位相で合成されるように送信するコヒーレント伝送を行う。以下、その詳細な説明を行う。
A distributed antenna system is a radio module or remote base station in which a plurality of antennas installed in a distributed manner in one control station (strictly speaking, an antenna is combined with a device that performs optical / electrical conversion, signal amplification, etc.) ), And the control station and each antenna are connected by an optical fiber or the like.
Further, as another form, a configuration (wireless relay system) in which a plurality of relay stations are wirelessly connected to one base station can be taken. In this case, the base station serves as a control station, and the relay station serves as an antenna or a radio module, which constitutes a distributed antenna system as a whole, but differs in that the base station and the relay station are connected by radio. is there.
In any case, coherent transmission is performed in which a plurality of antennas (relay stations) transmit on the receiving terminal side so that the signals are combined in the same phase. The detailed description will be given below.

[従来技術におけるコヒーレント伝送のシステム概要]
(無線中継システム)
図2は、従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。
同図に示すように、無線中継システムは、送信局901と、N個の中継局902−1〜902−Nと、受信局903とを具備している。送信局901は、受信局903宛ての無線パケットを一旦中継局902−1〜902−Nに対して送信する。中継局902−1〜902−Nは、送信局901から受信した信号に対して各種受信信号処理を行い、送信局901が送信した無線パケットを再生(復元)する。次に、各中継局902−1〜902−Nは、再生した同一の無線パケットを同時刻に受信局903に対して送信する。この際、各中継局902−1〜902−Nは、それぞれが送信した信号が受信局903において同一の位相で受信されるように、送信信号の位相を調整する。受信局903では、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号全てが伝送路上で合成されて受信される。この際、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号が、受信局903において同程度の受信電力で受信されるとするならば、合成された後の信号は、合成される前の信号に対して振幅でN倍となる。また、受信電力は、振幅の2乗に比例するため(N倍となる。
[Outline of coherent transmission system in the prior art]
(Wireless relay system)
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a wireless relay system in the prior art.
As shown in the figure, the wireless relay system includes a transmission station 901, N 1 relay stations 902-1 to 902 -N 1, and a reception station 903. The transmitting station 901, once transmitted to the relay station 902-1~902-N 1 radio packets destined receiving station 903. The relay stations 902-1 to 902-N 1 perform various reception signal processing on the signal received from the transmission station 901, and reproduce (restore) the wireless packet transmitted by the transmission station 901. Then, each relay station 902-1~902-N 1 transmits to the receiving station 903 the same radio packet reproduced at the same time. In this case, each relay station 902-1~902-N 1, as the signal, each transmitted are received by the same phase at the receiving station 903 adjusts the phase of the transmission signal. In the receiving station 903, all signals transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is received is synthesized on the transmission path. At this time, the signal transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is, if the received at comparable received power at the receiving station 903, the signal after synthesis, is synthesized the N 1 times the amplitude with respect to the previous signal. Further, the received power is proportional to the square of the amplitude (N 1) is doubled.

ここで、無線中継システムにおける中継局902が1局の場合と、N局の場合とで比較する。評価条件を公平にするために、1局で中継する場合には単一の中継局902が送信電力をPとして送信し、N局で中継する場合には中継局902−1〜902−Nがそれぞれ送信電力をP/Nとして(総送信電力が一定の条件)送信するものとして比較する。N局の中継局902−1〜902−Nから送信した場合、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号は伝送路で合成され、中継局902−1〜902−Nのいずれか1局からの受信信号に比べ、受信局903における受信信号の振幅はN倍になり、その結果、総受信電力は(N倍となる。しかし、N局で送信した場合、1つの中継局902当たりの送信電力は、単一の中継局902で送信した場合の1/Nとなっている。そのため、受信電力は、(1/N)×(N=N倍となる。
つまり、中継局902−1〜902−Nの総送信電力を一定としているにもかかわらず、1局で中継する場合と比較して受信局903における受信電力がN倍となり、回線利得として10×Log10[dB]を稼ぐことが可能になる。
Here, a comparison is made between the case where the number of relay stations 902 in the wireless relay system is one and the case of N 1 stations. In order to make the evaluation condition fair, a single relay station 902 transmits the transmission power as P when relaying by one station, and relay stations 902-1 to 902-N when relaying by N1 station. 1 is compared with the transmission power of P / N 1 (the condition that the total transmission power is constant). When transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 of N 1 station, signals transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is synthesized in the transmission path, the relay station 902-1~902- Compared with the received signal from any one of N 1 stations, the amplitude of the received signal at the receiving station 903 is N 1 times, and as a result, the total received power is (N 1 ) 2 times. However, when transmission is performed at N 1 station, the transmission power per relay station 902 is 1 / N 1 when transmission is performed at a single relay station 902. Therefore, the received power is (1 / N 1 ) × (N 1 ) 2 = N 1 times.
That is, although the total transmission power of the relay stations 902-1 to 902-N 1 is constant, the reception power at the reception station 903 is N 1 times as compared with the case of relaying at one station, and the line gain is It is possible to earn 10 × Log 10 N 1 [dB].

(分散アンテナシステム)
図3は、従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。
同図に示すように、分散アンテナシステムは、協調的な通信を行う3つのセル911−1〜911−3を形成するリモート基地局912−1〜912−3と、複数の端末装置913−1〜913−6と、光ファイバ915を介して各リモート基地局912−1〜912−3に接続された制御局914とを具備している。なお、各リモート基地局912−1〜912−3と制御局914とを接続する光ファイバ915は、同軸ケーブルなどであってもよい。また、ここでは3つのセル911−1〜911−3と3つのリモート基地局912−1〜912−3を想定して説明を行うが、一般的には3以外の数であっても良い。
(Distributed antenna system)
FIG. 3 is a diagram showing an overview of a distributed antenna system in the prior art.
As shown in the figure, the distributed antenna system includes remote base stations 912-1 to 912-3 that form three cells 911-1 to 911-3 that perform cooperative communication, and a plurality of terminal devices 913-1. 913-6 and a control station 914 connected to each of the remote base stations 912-1 to 912-3 via an optical fiber 915. The optical fiber 915 connecting each remote base station 912-1 to 912-3 and the control station 914 may be a coaxial cable or the like. Further, here, the description will be made assuming three cells 911-1 to 911-3 and three remote base stations 911-1 to 912-3, but in general, the number may be other than three.

各リモート基地局912−1〜912−3は、それぞれが形成するセル内に位置する各端末装置913−1〜913−6と、同一の周波数チャネルを用いて通信を行う。制御局914は、光ファイバ915を介して、リモート基地局912−1〜912−3を制御する。同一の周波数チャネルを用いた通信を行うため、各端末装置913−1〜913−6は、複数のリモート基地局912−1〜912−3から送信された信号を同時に受信することができる。例えば、端末装置913−4は、全てのリモート基地局912−1〜912−3から信号を受信することができる。
ここで、リモート基地局912−1〜912−3それぞれと端末装置913−4との間のチャネル情報が既知であれば、リモート基地局912−1〜912−3は、それぞれが端末装置913−4宛てに送信する際に、各リモート基地局912−1〜912−3から送信された信号が端末装置913−4において同位相となるように送信ウエイト乗算を施すことができる。この場合、端末装置913−4において受信される信号は、同位相合成されるので受信電力が増加する。その結果、端末装置913−4における通信特性が改善される。このような、同位相合成を行うための信号処理の制御は全て制御局914で実施され、リモート基地局912−1〜912−3は制御局914の指示に従い動作する。
Each remote base station 912-1 to 912-3 communicates with each terminal device 913-1 to 913-6 located in the cell formed by each using the same frequency channel. The control station 914 controls the remote base stations 912-1 to 912-3 via the optical fiber 915. In order to perform communication using the same frequency channel, each terminal device 913-1 to 913-6 can simultaneously receive signals transmitted from a plurality of remote base stations 912-1 to 912-3. For example, the terminal device 913-4 can receive signals from all the remote base stations 912-1 to 912-3.
Here, if the channel information between each of the remote base stations 912-1 to 912-3 and the terminal device 913-4 is known, each of the remote base stations 912-1 to 912-3 has the terminal device 913-3. 4, transmission weight multiplication can be performed so that signals transmitted from the remote base stations 912-1 to 912-3 have the same phase in the terminal device 913-4. In this case, since the signal received by the terminal device 913-4 is synthesized in phase, the received power increases. As a result, the communication characteristics in the terminal device 913-4 are improved. Such control of signal processing for performing in-phase synthesis is all performed by the control station 914, and the remote base stations 912-1 to 912-3 operate according to instructions from the control station 914.

分散アンテナシステムにおいて、制御局914と各リモート基地局912−1〜912−3との間は光ファイバ915で接続されており、この光ファイバ915上で転送される信号を各リモート基地局912−1〜912−3では光/電気変換を行うことで無線回線上において送信する電気信号を生成し、信号増幅などの処理の後にこれをアンテナから送信する。このような制御を利用することで、全てのチャネル情報を把握した制御局914に受信側において同位相合成となるような信号処理の機能を集約し、その結果、各リモート基地局912−1〜912−3における位相制御の不確定性を回避しながら通信品質の向上を図ることを可能としている。   In the distributed antenna system, the control station 914 and each remote base station 912-1 to 912-3 are connected by an optical fiber 915, and a signal transferred on the optical fiber 915 is transmitted to each remote base station 912-2. In 1 to 912-3, an electrical signal to be transmitted on the wireless line is generated by performing optical / electrical conversion, and this is transmitted from the antenna after processing such as signal amplification. By utilizing such control, the signal processing functions for in-phase synthesis on the receiving side are aggregated in the control station 914 that has grasped all channel information, and as a result, each remote base station 912-1- It is possible to improve the communication quality while avoiding the uncertainty of the phase control in 912-3.

なお、厳密な意味での分散アンテナシステムでは、各リモート基地局912−1〜912−3は同時に複数の端末装置913−1〜913−6と同一周波数上で空間多重を行うマルチユーザMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術を利用してさらなる特性改善を図ることができる。マルチユーザMIMO技術を利用する際の制御は、多数の送信アンテナを利用することで、端末装置913における希望信号の同位相合成と、異なる端末装置913間の干渉信号の除去のためのヌル制御とを両立しているという点を除けば、基本的にはコヒーレント伝送を基礎とした制御である。   In the strict sense of the distributed antenna system, each of the remote base stations 912-1 to 912-3 simultaneously performs multi-user MIMO (Multiple MIMO) that performs spatial multiplexing on the same frequency as a plurality of terminal devices 913-1 to 913-6. It is possible to further improve the characteristics by using (Input Multiple Output) technology. The control when using the multi-user MIMO technology is performed by using multiple transmission antennas, so that in-phase synthesis of desired signals in the terminal device 913 and null control for removing interference signals between different terminal devices 913, Is basically control based on coherent transmission.

[コヒーレント伝送におけるチャネルフィードバックの概要]
コヒーレント伝送を行うためには、送受信局間のチャネルの状態を把握する必要がある。これは、複数の送信局又は中継局から送信された信号が同位相で受信局に届くようにするために、送信局及び中継局において、受信局との間のチャネルの状態を把握し、チャネルの状態に応じた送信ウエイトを用いて信号を送信するためである。
[Overview of channel feedback in coherent transmission]
In order to perform coherent transmission, it is necessary to grasp the channel state between the transmitting and receiving stations. In order to ensure that signals transmitted from a plurality of transmitting stations or relay stations reach the receiving station in the same phase, the transmitting station and the relay station grasp the state of the channel between the receiving station and the channel. This is because a signal is transmitted using a transmission weight according to the state.

図4は、従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。従来技術におけるチャネルフィードバックの方法は大別して2種類の方法がある。ここでは、フォワードリンクのチャネル推定結果を直接取得する「(A)直接的な方法」と、バックワードリンクの情報を用いて換算推定する「(B)間接的な方法」とについて説明する。   FIG. 4 is a flowchart showing channel feedback processing in the prior art. There are roughly two types of channel feedback methods in the prior art. Here, “(A) a direct method” for directly acquiring the channel estimation result of the forward link and “(B) an indirect method” for performing conversion estimation using information on the backward link will be described.

一般的には、フォワードリンクとその逆方向のバックワードリンクのチャネル情報は一致しない。それは、フォワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせと、バックワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせが異なり、フォワードリンクのチャネル情報とバックワードリンクのチャネル情報との間で複素位相や振幅が異なるからである。
しかし、後述する換算処理(キャリブレーション処理)を実施することで、バックワードリンクのチャネル情報からフォワードリンクの情報を換算推定することが可能である。なお、以降の説明においては、先の説明における「リモート基地局」及び「中継局」を区別しない場合は「無線モジュール」と呼ぶことにする。
In general, the channel information of the forward link and the backward link in the reverse direction do not match. This is because the combination of the high-power amplifier on the transmission side and low-noise amplifier on the reception side used in the forward link is different from the combination of the high-power amplifier on transmission side and the low-noise amplifier on the reception side used in the backward link. This is because the complex phase and amplitude differ between the information and the channel information of the backward link.
However, by performing a conversion process (calibration process), which will be described later, it is possible to estimate conversion of the forward link information from the backward link channel information. In the following description, when the “remote base station” and the “relay station” in the above description are not distinguished, they are referred to as “wireless modules”.

図4(A)は、直接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、直接的な方法では、チャネル情報を推定開始する(ステップS901)と、各無線モジュールから端末装置宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する(ステップS902)。
端末装置は、各無線モジュールから送信された無線パケットを受信し、受信した無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する(ステップS903)。端末装置では、このチャネル推定結果を「制御情報収容用の無線パケット」に収容し、無線モジュールに送信する(ステップS904)。
無線モジュールは、端末装置が送信した「制御情報収容用の無線パケット」を受信し、チャネル情報を取得する(ステップS905)。更に、無線モジュールは、受信したチャネル情報をメモリに保存し、チャネル情報に関するデータベースを構築し(ステップS906)、処理を終了する(ステップS907)。
FIG. 4A is a flowchart showing the processing of the direct method. As shown in the figure, in the direct method, when channel information estimation is started (step S901), a radio packet including a channel estimation preamble signal and the like is transmitted from each radio module to the terminal device (step S902). ).
The terminal apparatus receives the wireless packet transmitted from each wireless module, and performs channel estimation using a preamble signal or the like included in the received wireless packet (step S903). In the terminal device, this channel estimation result is accommodated in a “radio packet for accommodating control information” and transmitted to the radio module (step S904).
The wireless module receives the “radio packet for accommodating control information” transmitted from the terminal device, and acquires channel information (step S905). Further, the wireless module stores the received channel information in a memory, constructs a database related to the channel information (step S906), and ends the process (step S907).

図4(B)は、間接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、間接的な方法では、チャネル情報を推定開始する(ステップS908)と、端末装置から無線モジュール宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する(ステップS909)。
無線モジュールは、端末装置から送信された無線パケットを受信し、無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する(ステップS910)。無線モジュールは、このバックワードリンクにおけるチャネル情報の推定結果に、換算処理を施し、フォワードリンク側のチャネル情報を取得する(ステップS911)。
FIG. 4B is a flowchart showing processing of an indirect method. As shown in the figure, in the indirect method, when channel information estimation is started (step S908), a radio packet including a preamble signal for channel estimation is transmitted from the terminal device to the radio module (step S909). .
The wireless module receives a wireless packet transmitted from the terminal device, and performs channel estimation using a preamble signal included in the wireless packet (step S910). The wireless module performs conversion processing on the estimation result of the channel information in the backward link, and acquires the channel information on the forward link side (step S911).

バックワードリンクにおけるチャネル情報からフォワードリンクにおけるチャネル情報を算出する換算処理は、フォワードリンクにおけるハイパワーアンプと、バックワードリンクにおけるローノイズアンプとの相違を補正する係数を用いることにより実施することが可能である。具体的には、バックワードリンクにおけるチャネル情報に、ハイパワーアンプとローノイズアンプとの相違を補正する係数を乗算することによって、ステップS911における変換処理を実施することができる。
更に、無線モジュールは、端末装置から受信したバックワードリンクにおけるチャネル情報と、変換処理により得られたフォワードリンクにおけるチャネル情報とをメモリに保存し、チャネル情報を記憶するデータベースを構築し(ステップS912)、処理を終了する(ステップS913)。
The conversion process for calculating the channel information in the forward link from the channel information in the backward link can be performed by using a coefficient that corrects the difference between the high power amplifier in the forward link and the low noise amplifier in the backward link. is there. Specifically, the conversion process in step S911 can be performed by multiplying the channel information in the backward link by a coefficient for correcting the difference between the high power amplifier and the low noise amplifier.
Further, the radio module stores the channel information in the backward link received from the terminal device and the channel information in the forward link obtained by the conversion process in a memory, and constructs a database for storing the channel information (step S912). The process is terminated (step S913).

このようにしてチャネル情報を事前に取得しておき、一般的には実際に通信を行う際にこのチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。なお、チャネル情報は時間とともに変動するため、状況に応じて例えば周期的に更新することが一般的である。また、上記の中でチャネル情報をデータベース化して保存するのは、無線モジュール以外のその他の制御局等で行っても構わない。   In this way, the channel information is acquired in advance, and generally the transmission weight is calculated based on this channel information when actually communicating. In addition, since channel information changes with time, it is common to update periodically according to a situation, for example. Further, in the above, the channel information may be stored as a database in a control station other than the wireless module.

また、分散アンテナシステムを例にとれば、この送信ウエイト算出処理は各無線モジュールで個別に行うのではなく、制御局において集中制御的に一括処理を行うことが一般的である。特に、マルチユーザMIMOにより複数の端末装置と同時に同一周波数チャネルで通信を行う際には、全てのチャネル情報を用いなければ送信ウエイトを算出することはできない。ただし、マルチユーザMIMOではなく、1台の端末装置との間での1対1通信を行う場合に限定すれば、チャネル情報から得られる伝送路上での複素位相の回転をキャンセルする送信ウエイト(つまり、全ての無線モジュールでチャネル情報と送信ウエイトを乗算すると複素位相が定数となる)を利用可能であるので、無線モジュールで個別に処理をすることも可能である。   Taking a distributed antenna system as an example, this transmission weight calculation processing is generally not performed individually by each wireless module, but is collectively performed by a control station in a centralized manner. In particular, when communication is performed on the same frequency channel simultaneously with a plurality of terminal devices by multiuser MIMO, the transmission weight cannot be calculated unless all channel information is used. However, if the transmission is limited to one-to-one communication with one terminal device instead of multi-user MIMO, a transmission weight that cancels the rotation of the complex phase on the transmission path obtained from the channel information (that is, Since the complex phase becomes a constant when the channel information and the transmission weight are multiplied in all the wireless modules, it is possible to perform processing individually in the wireless modules.

なお、ここではOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式及びSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization:周波数領域等化シングルキャリア伝送)方式を用いる場合を例にとり説明を行う。なお、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式は、物理レイヤにおける処理は基本的にOFDM変調方式を利用しているため、下記の説明ではOFDMとOFDMAは同等の方式として扱うことにする。   Here, an explanation will be given taking as an example the case of using an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation scheme and an SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization) scheme. In the OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) method, processing in the physical layer basically uses the OFDM modulation method, and therefore the following description treats OFDM and OFDMA as equivalent methods. I will decide.

[フェーズドアレーアンテナ技術について]
なお、コヒーレント伝送と類似の技術として、多数のアンテナ素子を用いたフェーズドアレーアンテナ技術がある(例えば、非特許文献3)。
図5は、フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。同図には、5つのアンテナ素子961−1〜961−5が、互いに間隔dを隔てて直線状に配置されているフェーズドアレーアンテナが示されている。フェーズドアレーアンテナにおいてアンテナ素子961−1〜961−5の配列方向に対して角度θ方向の指向性を形成する場合、その方向に対してアンテナ素子961−1〜961−5ごとの経路長差がdCosθであることを考慮して、同位相合成するように各アンテナ素子961−1〜961−5を用いて送受信する信号それぞれに対して調整を行えばよい。
[Phased array antenna technology]
As a technique similar to coherent transmission, there is a phased array antenna technique using many antenna elements (for example, Non-Patent Document 3).
FIG. 5 is a diagram showing the principle of the phased array antenna. The figure shows a phased array antenna in which five antenna elements 961-1 to 961-5 are linearly arranged with a distance d therebetween. In the phased array antenna, when the directivity in the angle θ direction is formed with respect to the arrangement direction of the antenna elements 961-1 to 961-5, there is a difference in path length for each antenna element 961-1 to 961-5 with respect to the direction. In consideration of dCosθ, adjustment may be made to each of the signals transmitted and received using each of the antenna elements 961-1 to 961-5 so as to perform in-phase synthesis.

ここで、送受信する信号の波長がλである場合、隣接するアンテナ素子961−1〜961−5間で((2πdCosθ)/λ)ずつ位相をずらした信号を出力することにより、角度θ方向に対して指向性を形成することができる。この位相差((2πdCosθ)/λ)は、送受信する信号にアナログ的に移相器を用いて与えてもよいし、デジタル信号処理において与えてもよい。
フェーズドアレーアンテナでは、このようにして、所定の角度方向に対するアンテナ利得を稼ぐことができる。なお、一般には、指向性利得が最大となるメインローブ方向の周りに細かな利得のうねりを示すサブローブが生じるため、その影響を低減しメインローブを安定的に運用するために、アンテナ素子961−1〜961−5の間隔dをλ/2以下にする。
Here, when the wavelength of a signal to be transmitted / received is λ, a signal whose phase is shifted by ((2πdCosθ) / λ) between adjacent antenna elements 961-1 to 961-5 is output in the direction of the angle θ. A directivity can be formed. This phase difference ((2πdCosθ) / λ) may be given to a signal to be transmitted / received in an analog manner using a phase shifter or may be given in digital signal processing.
In the phased array antenna, the antenna gain with respect to a predetermined angular direction can be obtained in this way. In general, since a sublobe showing a fine wave of undulation is generated around the main lobe direction in which the directivity gain is maximized, in order to reduce the influence and stably operate the main lobe, the antenna element 961- The interval d between 1 and 961-5 is set to λ / 2 or less.

ただし、波長λに対しアンテナ素子961−1〜961−5間隔が短くなるにつれ、アンテナ素子961−1〜961−5同士の素子間結合や様々な要因により、単純な同位相合成の場合に比べ大幅に利得は低減する。この場合、個々のアンテナ素子961−1〜961−5から送受信される信号は、送受信点において独立な波として振幅を単純に加算できる波動と異なり、あたかも多数のアンテナ素子961−1〜961−5全体で一つの仮想的なアンテナ素子を構成し、その仮想的なアンテナ素子から一つの信号(波動)を送信するといった振る舞いとなる。この点で、単純な同位相合成が成り立つコヒーレント伝送とは異なる現象と見ることができる。   However, as the distance between the antenna elements 961-1 to 961-5 is shortened with respect to the wavelength λ, the antenna elements 961-1 to 961-5 are coupled to each other and various factors, compared with the case of simple in-phase synthesis. The gain is greatly reduced. In this case, the signals transmitted and received from the individual antenna elements 961-1 to 961-5 are different from the waves that can simply add the amplitudes as independent waves at the transmission and reception points, as if many antenna elements 961-1 to 961-5. As a whole, one virtual antenna element is configured, and one signal (wave) is transmitted from the virtual antenna element. In this respect, it can be regarded as a phenomenon different from coherent transmission in which simple in-phase synthesis is realized.

[マルチユーザMIMO技術について]
(マルチユーザMIMOの概要)
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局装置でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献4にて検討されているマルチユーザMIMO技術について説明をする。
[About multi-user MIMO technology]
(Outline of multi-user MIMO)
Coherent transmission and phased array antenna technology are basically technologies that improve channel gain, and in order to increase the channel capacity when covering a wide service area with one base station device, another wireless communication Technology is required. On the other hand, since frequency resources are limited, here, for example, a multi-user MIMO technique studied in Non-Patent Document 4 will be described as a technique for using limited resources with high frequency utilization efficiency.

図6は、マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザMIMOシステムは、基地局装置801と、端末装置802−1、802−2、802−3(端末装置#1〜#3)とを具備している。実際に一つの基地局装置801が収容する端末装置802の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し(同図では端末装置802−1〜802−3)、通信を行う。各端末装置802は、基地局装置801と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。例えば、基地局装置801から端末装置802への通信(ダウンリンク)を行う場合について説明する。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a multi-user MIMO system. As shown in the figure, the multi-user MIMO system includes a base station device 801 and terminal devices 802-1, 802-2, and 802-3 (terminal devices # 1 to # 3). There are actually a large number of terminal devices 802 accommodated in one base station device 801, but several of these are selected (terminal devices 802-1 to 802-3 in the figure) to perform communication. Each terminal device 802 generally has a smaller number of transmission / reception antennas than the base station device 801. For example, a case where communication (downlink) from the base station apparatus 801 to the terminal apparatus 802 will be described.

基地局装置801は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置802−1〜803に対してそれぞれ3つのMIMOチャネルを割り当て、全体として9系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置802−1に対して送信する信号は、端末装置802−2及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末装置802−2及び端末装置802−3への干渉を抑制する。同様に、端末装置802−2に対して送信する信号は、端末装置802−1及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置802−3にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置802−1においては、端末装置802−2及び端末装置802−3で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置802間での協調的な受信処理ができない。つまり、3本しかない端末装置802−1のみの受信処理において、9系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末装置802−1〜802−3には他の端末装置802の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。   Base station apparatus 801 forms a plurality of directional beams using a large number of antenna elements. For example, consider a case where three MIMO channels are allocated to each of the terminal devices 802-1 to 803 and nine signal sequences are transmitted as a whole. At that time, the signal transmitted to the terminal device 802-1 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3. As a result, the terminal device 802 2 and the terminal device 802-3. Similarly, the signal transmitted to the terminal device 802-2 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal device 802-1 and the terminal device 802-3. The same processing is performed on the terminal device 802-3. The reason for performing the directivity control in this way is that, for example, in the terminal device 802-1, there is no way of knowing information of signals received by the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3. A cooperative reception process is not possible. That is, in the reception process of only the terminal device 802-1 having only three, it is very strict to separate all nine signal sequences. Therefore, interference separation is performed in advance on the transmission side so that each terminal device 802-1 to 802-3 does not receive signals from other terminal devices 802.

以上が既存のマルチユーザMIMOシステムの概要である。次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置801が9つのアンテナ素子を備え、各端末装置802−1〜802−3が3つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図6において、基地局装置801の第j(j=1,…,9)のアンテナ素子と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子との間のチャネル情報をh1jと表記する。基地局装置801の各アンテナ素子(j=1,…,9)と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルhを(h11,h12,h13,…,h18,h19)と表記する。同様に、基地局装置801の第jのアンテナ素子と、端末装置802−1の第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子との間のチャネル情報をh2j及びh3jと表記し、対応する行ベクトルh及びhを(h21,h22,h23,…,h28,h29)及び(h31,h32,h33,…,h38,h39)と表記する。端末装置802−2及び端末装置802−3のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルh〜hを(h41,h42,h43,…,h48,h49)〜(h91,h92,h93,…,h98,h99)と表記する。 The above is the outline of the existing multi-user MIMO system. Next, a method for forming a directional beam will be described below. Here, a case will be described in which base station apparatus 801 includes nine antenna elements, and each terminal apparatus 802-1 to 802-3 includes three antenna elements. For example, in FIG. 6, channel information between the j-th (j = 1,..., 9) antenna element of the base station apparatus 801 and the first antenna element of the terminal apparatus 802-1 is denoted as h 1j . . Each antenna element of the base station apparatus 801 (j = 1, ..., 9) and, the first row vectors h 1 using the channel information of the antenna element (h 11 of the terminal apparatus 802-1, h 12, h 13 ,..., H 18 , h 19 ). Similarly, channel information between the j-th antenna element of the base station apparatus 801 and the second antenna element and the third antenna element of the terminal apparatus 802-1 is denoted as h 2j and h 3j and corresponds. The row vectors h 2 and h 3 are denoted as (h 21 , h 22 , h 23 ,..., H 28 , h 29 ) and (h 31 , h 32 , h 33 ,..., H 38 , h 39 ). Pretend similar serial number to the antenna elements of the terminal apparatus 802-2 and the terminal device 802-3, the row vector h 4 ~h 9 (h 41, h 42, h 43, ..., h 48, h 49) To (h 91 , h 92 , h 93 ,..., H 98 , h 99 ).

加えて、基地局装置801が送信する9系統の信号をt〜tと表記し、これを成分とする列ベクトルをTx[all]=(t,t,t,…,t,tと表記する。ここで、右肩のTの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末装置802−1〜80−3の9本のアンテナ素子での受信信号をr〜rと表記し、これを成分とする列ベクトルをRx[all]=(r,r,r,…,r,rと表記する。最後に、行ベクトルh〜hを第1から第9行成分とする行列を、全体チャネル情報行列H[all]と表記する。また、ノイズをnと表記する。
この場合、マルチユーザMIMOシステム全体として、次式(1)の関係が成り立つ。
In addition, nine systems of signals transmitted by the base station apparatus 801 are expressed as t 1 to t 9 , and a column vector having these components as T x [all] = (t 1 , t 2 , t 3 ,..., T 8 , t 9 ) T Here, the letter T on the right shoulder indicates transposition of a vector or a matrix. Similarly, received signals at the nine antenna elements of the terminal devices 802-1 to 80-3 are denoted as r 1 to r 9 , and a column vector having these components as components Rx [all] = (r 1 , r 2 , r 3 ,..., r 8 , r 9 ) T Finally, a matrix having the row vectors h 1 to h 9 as the first to ninth row components is denoted as an overall channel information matrix H [all] . In addition, noise is expressed as n.
In this case, the relationship of the following formula (1) is established for the entire multiuser MIMO system.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

これに対し送信指向性制御を行うため、9行9列の送信ウエイト行列Wを導入し、式(1)を次式(2)のように書き換える。   On the other hand, in order to perform transmission directivity control, a transmission weight matrix W of 9 rows and 9 columns is introduced, and the equation (1) is rewritten as the following equation (2).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

更に、送信ウエイト行列Wを列ベクトルw〜wに分解し、W=(w,w,w,…,w,w)と表記すると、式(2)における「H[all]・W」を次式(3)のように表せる。 Furthermore, the transmission weight matrix W is decomposed into column vectors w 1 ~w 9, W = ( w 1, w 2, w 3, ..., w 8, w 9) If the denoted "H in the formula (2) [ all] · W ”can be expressed as the following equation (3).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

ここで、例えば6つの行ベクトルh〜hと、3つの列ベクトルw〜wとの乗算(各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる)が全てゼロになるように、w〜wの値を選ぶことを考える。同時に、行ベクトルh〜h及びh〜hと列ベクトルw〜wとの乗算、行ベクトルh〜hと列ベクトルw〜wとの乗算が全てゼロになるように、w〜wの値を選ぶことにする。
すると、式(3)に示す9行9列の行列H[all]・Wは、3行3列の部分行列を用いて、次式(4)のように表すことができる。
Here, for example, the multiplication of the six row vectors h 4 to h 9 and the three column vectors w 1 to w 3 (the sum of the multiplication of each component, which is different from the inner product in the case of a complex vector) is all zero. Consider that the values of w 1 to w 3 are selected. At the same time, the multiplication of the row vector h 1 to h 3 and h 7 to h 9 column vector w 4 to w 6, multiplication becomes all zero row vector h 1 to h 6 column vector w 7 to w 9 Thus, the values of w 4 to w 9 are selected.
Then, the 9 × 9 matrix H [all] · W shown in Equation (3) can be expressed as the following Equation (4) using a 3 × 3 partial matrix.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

式(4)において、H[1]、H[2]、及びH[3]は3行3列の行列であり、「0」は成分が全てゼロの3行3列の行列である。このような条件を満たす変換行列を送信ウエイト行列Wに選択することで、式(4)は次式(5−1)〜式(5−3)で表される3つの関係式に分解できる。 In Equation (4), H [1] , H [2] , and H [3] are 3-by-3 matrices, and “0” is a 3-by-3 matrix with all components zero. By selecting a transformation matrix that satisfies such conditions as the transmission weight matrix W, the equation (4) can be decomposed into three relational expressions represented by the following equations (5-1) to (5-3).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

ここで、Tx[1]=(t,t,t、Tx[2]=(t,t,t、Tx[3]=(t,t,t、Rx[1]=(r,r,r、Rx[2]=(r,r,r、Rx[3]=(r,r,rとした。このようにして、一つの基地局装置が1対1でMIMO通信を行う、いわゆるシングルユーザMIMO通信が3系統、同時並行的に通信を行っている状態とみなすことができるようになる。 Here, Tx [1] = (t 1, t 2, t 3) T, Tx [2] = (t 4, t 5, t 6) T, Tx [3] = (t 7, t 8, t 9) T, Rx [1] = (r 1, r 2, r 3) T, Rx [2] = (r 4, r 5, r 6) T, Rx [3] = (r 7, r 8, r 9 ) T In this way, it can be considered that one base station apparatus performs MIMO communication on a one-to-one basis, that is, so-called single-user MIMO communication is communicating in three systems simultaneously in parallel.

次に、送信ウエイトベクトルw〜wの決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw〜wを決定し、順次、端末装置802−2に対する送信ウエイトベクトルw〜w、端末装置802−3に対する送信ウエイトベクトルw〜wを決定する。
まず、第1ステップとして、端末装置802−2、802−3に対する6つの行ベクトルh〜hが張る6次元部分空間における6つの基底ベクトルe〜eを求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
まず、一つの行ベクトルhに着目し、この方向で絶対値が1のベクトルを基底ベクトルeとする。基底ベクトルeは次式(6)として表される。
Next, an example of a method for determining the transmission weight vectors w 1 to w 9 will be described below. As a procedure, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are determined, and transmission weight vectors w 4 to w 6 for the terminal device 802-2 and transmission weight vectors w 7 for the terminal device 802-3 are sequentially set. to determine the ~w 9.
First, as a first step, six basis vectors e 4 to e 9 in a six-dimensional subspace spanned by six row vectors h 4 to h 9 for the terminal devices 802-2 and 802-3 are obtained. There are various methods other than the Gram Schmidt orthogonalization method. The Gram Schmidt orthogonalization method will be described as an example here.
First, paying attention to one row vector h 4 , a vector having an absolute value of 1 in this direction is set as a base vector e 4 . The basis vector e 4 is expressed as the following equation (6).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

式(6)における(h )は同一ベクトルの絶対値の2乗を意味するスカラー量であり、この値の平方根での除算は行ベクトルhを規格化することを意味する。また、「h 」は、行ベクトルhに対するエルミート共役ベクトルであり、行と列を転置し且つ各成分の複素共役を取ることで得られるベクトルである。
次に、行ベクトルhに着目し、この行ベクトルの中から基底ベクトルe方向の成分をキャンセルした行ベクトルh’を求めた後、更に規格化する。行ベクトルh’と基底ベクトルeとは、次式(7−1)及び式(7−2)で表される。
( H 4 h 4 H ) in Equation (6) is a scalar quantity that means the square of the absolute value of the same vector, and division by the square root of this value means normalization of the row vector h 4 . “H 4 H ” is a Hermitian conjugate vector for the row vector h 4 , and is a vector obtained by transposing the row and column and taking the complex conjugate of each component.
Next, focusing on the row vector h 5, after obtaining the row vector h 5 'canceling the basis vectors e 4 direction component from among the row vectors further normalized. The row vector h 5 ′ and the basis vector e 5 are expressed by the following expressions (7-1) and (7-2).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

式(7−1)における(h )は、行ベクトルhの基底ベクトルe方向への射影を意味する。同様の処理を次式(8−1)及び次式(8−2)のように行う。 ( H 5 e 4 H ) in Equation (7-1) means the projection of the row vector h 5 in the direction of the base vector e 4 . The same processing is performed as in the following equation (8-1) and the following equation (8-2).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

ここで、式(8−1)におけるΣの総和の範囲は、4≦i≦(j−1)(jは5〜9の整数)の整数iに対する総和となっている。つまり、既に確定した規定ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。このようにして、6つの基底ベクトルe〜eを求めることができる。
次に、第2ステップとして、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw〜wを求める。まず、行ベクトルh〜hから、基底ベクトルe〜eが張る6次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には、次式(9)で表される。
Here, the range of the summation of Σ in the equation (8-1) is the summation for the integer i of 4 ≦ i ≦ (j−1) (j is an integer of 5 to 9). That is, it means that the component in the defined vector direction that has already been determined is canceled. In this way, six basis vectors e 4 to e 9 can be obtained.
Next, as a second step, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are obtained. First, the components of the 6-dimensional subspace spanned by the base vectors e 4 to e 9 are canceled from the row vectors h 1 to h 3 . Specifically, it is represented by the following formula (9).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

ここで、式(9)におけるjは1〜3の整数であり、Σの総和の範囲は4≦i≦9の整数iに対する総和となっている。このようにして求めた行ベクトルh’〜h’の3つのベクトルが張る3次元空間は上述の行ベクトルh〜hのいずれとも直交している。この3次元空間内の3つのベクトル(必ずしも直交ベクトルである必然性はない)を選び、そのベクトルの複素共役ベクトルを送信ウエイトベクトルw〜wとして設定すれば、他の端末装置802−2、802−3への干渉を抑圧することができる。
なお、3つのベクトルの選び方は如何なる方法でも構わないが、例えば特異値分解を行って得られるユニタリー行列を構成する3つの直交ベクトルを用いれば、他の端末装置802に干渉を与えない部分空間内に限定された固有モード伝送が可能になり、効率的な伝送が可能になる。
Here, j in the formula (9) is an integer of 1 to 3, and the range of the sum of Σ is the sum for the integer i of 4 ≦ i ≦ 9. The three-dimensional space spanned by the three vectors of the row vectors h 1 ′ to h 3 ′ thus obtained is orthogonal to any of the above-described row vectors h 4 to h 9 . If three vectors in this three-dimensional space (not necessarily an orthogonal vector) are selected and the complex conjugate vector of the vector is set as transmission weight vectors w 1 to w 3 , another terminal device 802-2, Interference with 802-3 can be suppressed.
Note that any method may be used for selecting the three vectors. For example, if three orthogonal vectors that form a unitary matrix obtained by performing singular value decomposition are used, the sub-spaces that do not interfere with other terminal devices 802 are used. The eigenmode transmission limited to 1 is possible, and efficient transmission becomes possible.

最後に、第3ステップとして、これと同様の処理を端末装置802−2、端末装置802−3に対しても行えば、最終的に全体の送信ウエイトベクトルw〜wを求めることができる。
以上が送信ウエイト行列Wの求め方である。
Finally, as a third step, if the same processing is performed for the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3, finally the entire transmission weight vectors w 1 to w 9 can be obtained. .
The above is how to obtain the transmission weight matrix W.

図7は、マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順を示すフローチャートである。まず、送信ウエイト行列Wの算出にあたり、全ての端末装置802へのチャネル情報行列Hを取得する(ステップS801)。宛先とする端末装置802に対して通し番号を付与し、その通し番号を示す変数をkとした場合、まずkを初期化する(ステップS802)。更に、kをカウントアップし(ステップS803)、現在のkが示す値に対応する端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報(ここでは便宜上、Hmainと表記する。)を抽出し(ステップS804)、それ以外の宛先の端末装置802に対する部分チャネル情報行列(ここでは便宜上、Hsubと表記する。)を抽出する(ステップS805)。 FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for calculating the transmission weight matrix W in the multiuser MIMO system. First, in calculating the transmission weight matrix W, channel information matrices H for all the terminal devices 802 are acquired (step S801). When a serial number is assigned to the destination terminal device 802 and the variable indicating the serial number is k, k is first initialized (step S802). Further, k is counted up (step S803), and partial channel information (herein expressed as H main for convenience) corresponding to the terminal device 802 (# 1) corresponding to the current value indicated by k is extracted (step S804). ), And a partial channel information matrix (indicated here as H sub for convenience) for the other terminal device 802 is extracted (step S805).

更に、部分チャネル行列Hsubの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{e}と置く(ステップS806)。次に、式(9)に相当する処理として、着目している端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報行列HmainからステップS806において求めた基底ベクトル{e}に関する成分をキャンセルし、これを行列〜Hmainとする(ステップS807)。ここで、ステップS807において、「〜(チルダ)」が上に付されたHを「〜H」と表記する。以下、数式等においても同様に、「^(ハット)」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。 Further, an orthogonal basis vector of a subspace spanned by each row vector of the partial channel matrix H sub is calculated, and this is set as a basis vector {e j } (step S806). Next, as processing corresponding to Equation (9), the component related to the basis vector {e j } obtained in step S806 from the partial channel information matrix H main for the terminal device 802 (# 1) of interest is canceled, Is a matrix to H main (step S807). Here, in step S807, H with “˜ (tilde)” added thereto is denoted as “˜H”. Hereinafter, similarly, in a mathematical expression or the like, when a character such as “^ (hat)” is written on the character, the symbol is written before the character.

更に、行列〜Hmainの行ベクトルが張る部分空間の任意の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{e}とする(ステップS808)。ここで、任意の基底ベクトルとは、例えば行列〜Hmainを特異値分解した際の右特異行列を構成するベクトルなどを選んでもよい。その後、基底ベクトル{e}の各ベクトルのエルミート共役ベクトル(複素共役ベクトルを転置した列ベクトル)として、端末装置802(#1)の信号に関する送信ウエイトベクトル{w}を決定する(ステップS809)。 Further, an arbitrary orthogonal basis vector of the subspace spanned by the row vectors of the matrix to H main is calculated, and this is set as the basis vector {e i } (step S808). Here, as the arbitrary base vector, for example, a vector constituting the right singular matrix when the matrix ~ H main is subjected to singular value decomposition may be selected. Thereafter, a transmission weight vector {w j } relating to the signal of terminal apparatus 802 (# 1) is determined as a Hermitian conjugate vector (column vector obtained by transposing a complex conjugate vector) of each vector of basis vectors {e i } (step S809). ).

ここで、全ての宛先の端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みか否かを判定し(ステップS810)、残りの端末装置802があれば、ステップS803からステップS809までの処理を繰り返す。全ての端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル{w}を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Wを決定し(ステップS811)、処理を終了する。
なお、チャネル情報は一般的には周波数成分ごとに異なるため、広帯域の信号、例えばOFDM変調方式を用いた信号であれば、周波数成分ごと、すなわちサブキャリアごとに同様の送信ウエイトを算出することになる。またここでは、端末装置802−1〜802−3がそれぞれアンテナを3素子ずつ備えている場合を例に取り説明したため、ステップS808にて〜Hmainの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出する処理を含んでいたが、端末装置が1本のアンテナのみを備える場合には、ステップS808は単に〜Hmainに相当する行ベクトルを規格化することに対応する。
Here, it is determined whether or not the transmission weight vectors of all destination terminal devices 802 have been determined (step S810), and if there are remaining terminal devices 802, the processing from step S803 to step S809 is repeated. If the transmission weight vectors of all the terminal devices 802 have been determined, the transmission weight matrix W is determined as a matrix having the transmission weight vector {w j } as each column vector (step S811), and the process ends.
Since channel information generally differs for each frequency component, if a wideband signal, for example, a signal using the OFDM modulation method, a similar transmission weight is calculated for each frequency component, that is, for each subcarrier. Become. In addition, here, the case where each of the terminal devices 802-1 to 802-3 includes three antennas has been described as an example, and in step S808, the orthogonal basis vectors of the subspace spanned by each row vector of ~ H main are obtained. In the case where the terminal device includes only one antenna, the step S808 simply corresponds to normalizing a row vector corresponding to ~ H main .

(マルチユーザMIMOの装置構成例)
図8は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、送信部81、受信部85、インタフェース回路87、MAC層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。MAC層処理回路88はスケジューリング処理回路881を有している。
基地局装置80は、インタフェース回路87を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路87は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路88に出力する。MAC層処理回路88は、基地局装置80全体の動作の管理制御を行う通信制御回路820の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路87で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路881は、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。
マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に出力される。
(Multi-user MIMO device configuration example)
FIG. 8 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the base station apparatus 80 includes a transmission unit 81, a reception unit 85, an interface circuit 87, a MAC layer processing circuit 88, and a communication control circuit 820. The MAC layer processing circuit 88 has a scheduling processing circuit 881.
The base station apparatus 80 inputs / outputs data to / from an external device or network via the interface circuit 87. The interface circuit 87 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 88. The MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 820 that performs management control of the operation of the entire base station apparatus 80. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion of data input / output by the interface circuit 87 and data transmitted / received on the wireless line, addition of header information of the MAC layer, and the like. In this process, the scheduling processing circuit 881 performs various scheduling processes including a combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing in multiuser MIMO transmission. The scheduling processing circuit 881 outputs the scheduling result to the communication control circuit 820.
In multi-user MIMO, signals are transmitted to a plurality of terminal devices at a time, so that a plurality of signal sequences are output from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81.

図9は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−L(Lは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−K(Kは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−Kと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−Kと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−Kと、フィルタ817−1〜817−Kと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−Kと、アンテナ素子819−1〜819−Kと、送信ウエイト処理部830とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−Lと、送信ウエイト処理部830とは、図8において示した通信制御回路820に接続されている。
送信ウエイト処理部830は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路832と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路833とを備えている。
ここで、同図における送信信号処理回路811−1〜811−Lの添え字のLは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−Kからアンテナ素子819−1〜819−Kまでの回路の添え字のKは、基地局装置80が備えるアンテナ系統数を表す。
FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the transmission unit 81 in the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the transmission unit 81 includes transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L (L is an integer of 2 or more) and addition synthesis circuits 812-1 to 812-K (K is an integer of 2 or more). ), IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval) assigning circuits 813-1 to 813 -K, and D / A (digital / analog) converters 814-1 to 814- K, local oscillator 815, mixers 816-1 to 816-K, filters 817-1 to 817-K, high power amplifiers (HPA) 818-1 to 818-K, and antenna elements 819-1 to 819. -K and a transmission weight processing unit 830. The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L and the transmission weight processing unit 830 are connected to the communication control circuit 820 shown in FIG.
The transmission weight processing unit 830 includes a channel information acquisition circuit 831, a channel information storage circuit 832, and a multiuser MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 833.
Here, the subscript L of the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L in FIG. The subscript K of the circuits from the adder / synthesizer circuit 812-1 to 812-K to the antenna elements 819-1 to 819-K represents the number of antenna systems provided in the base station apparatus 80.

マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−Lに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先の端末装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#L)がMAC層処理回路88から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号は周波数成分ごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号に周波数成分ごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−Kに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路812−1〜812−Kに入力される。   In multi-user MIMO, in order to transmit signals to a plurality of terminal devices at a time, a plurality of signal sequences are input from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81, and the input plurality of signal sequences are transmitted signal processing. Input to the circuits 811-1 to 811-L. The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L, when data to be transmitted to each destination terminal device (data input # 1 to #L) are input from the MAC layer processing circuit 88, wireless transmission is performed via a wireless line. A packet is generated and modulated. Here, for example, if the OFDM modulation method is used, the signal of each signal series is subjected to modulation processing for each frequency component. Further, the baseband signal subjected to modulation processing is multiplied by a transmission weight for each frequency component. The signal multiplied by the transmission weight corresponding to each of the antenna elements 819-1 to 819 -K is subjected to the remaining signal processing as necessary, and is added and synthesized as a sampling signal of the transmission signal in the baseband 812-1. 812-K.

加算合成回路812−1〜812−Kに入力された信号は、周波数成分ごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−Kごとに、D/A変換器814−1〜814−Kでデジタル・サンプリングデータからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−Kで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−Kで帯域外の周波数成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−Kで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−Kより送信される。   The signals input to the adder / synthesizers 812-1 to 812-K are synthesized for each frequency component. The synthesized signal is converted from a signal on the frequency axis into a signal on the time axis by IFFT & GI adding circuits 83-1 to 813-K, and further, a guard interval is inserted or between OFDM symbols (block for SC-FDE). (Between transmission blocks) is processed, and for each antenna element 819-1 to 819-K, a D / A converter 814-1 to 814-K converts a digital sampling data into a baseband analog signal. Is converted to Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816-K and up-converted to a radio frequency signal. Here, since the signal is included in the frequency component outside the band of the channel to be transmitted in the up-converted signal, the frequency component outside the band is removed by the filters 817-1 to 817-K, and the electrical signal to be transmitted is transmitted. A typical signal. The generated signals are amplified by the high power amplifiers 818-1 to 818 -K and transmitted from the antenna elements 819-1 to 819 -K.

なお、図9では、各周波数成分の信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−Kで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路811−1〜811−Lにてこれらの処理を行い、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−Lにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理をさす。
なお、送信信号処理回路811−1〜811−Lで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部830に備えられているマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833より取得する。送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831で別途チャネル情報を取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路832に記憶する。信号の送信時にマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−Lに出力する。
また、宛先局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部830に対し、通信制御回路820は宛先局等を示す情報を出力する。
In FIG. 9, after adding and synthesizing the signals of the respective frequency components by the adding and synthesizing circuits 812-1 to 812-K, processing such as IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like is performed. The signal processing circuits 811-1 to 811-L may perform these processes, and the IFFT & GI giving circuits 83-1 to 813-K may be omitted. In this case, the remaining signal processing as necessary after transmission weight multiplication in the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L refers to IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like.
Note that the transmission weights multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811 -L are acquired from the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 provided in the transmission weight processing unit 830 during signal transmission processing. In the transmission weight processing unit 830, channel information is separately acquired by the channel information acquisition circuit 831 and stored in the channel information storage circuit 832 while being updated sequentially. At the time of signal transmission, the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 reads channel information corresponding to the destination station from the channel information storage circuit 832 and calculates a transmission weight based on the read channel information. Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 833 outputs the calculated transmission weight to transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L.
Further, the communication control circuit 820 manages control related to the entire communication such as management of the destination station and overall timing control. The communication control circuit 820 outputs information indicating the destination station and the like to the transmission weight processing unit 830 that performs signal processing related to the calculation of the transmission weight described above.

図10は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、アンテナ素子851−1〜851−Kと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−Kと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Kと、フィルタ855−1〜855−Kと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−Kと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−Kと、受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とを備えている。受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とは、図8において示した通信制御回路820に接続されている。
受信ウエイト処理部860は、チャネル情報推定回路861と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路862とを備えている。
FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the reception unit 85 in the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the base station apparatus 80 includes antenna elements 851-1 to 851-K, low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852-K, a local oscillator 853, and mixers 854-1 to 854-. K, filters 855-1 to 855-K, A / D (analog / digital) converters 856-1 to 856-K, and FFT (Fast Fourier Transform) circuits 857-1 to 857-K. And reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L and a reception weight processing unit 860. Reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L and reception weight processing unit 860 are connected to communication control circuit 820 shown in FIG. 8.
Reception weight processing section 860 includes channel information estimation circuit 861 and multiuser MIMO (MU-MIMO) reception weight calculation circuit 862.

アンテナ素子851−1〜851−Kで受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−Kで増幅する。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−Kで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の周波数成分も含まれるため、フィルタ855−1〜855−Kで帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−Kでデジタル・ベースバンド信号に変換される。デジタル・ベースバンド信号は全てFFT回路857−1〜857−Kに入力され、所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各周波数成分の信号に分離)する。この各周波数成分に分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−Lに入力されるとともに、チャネル情報推定回路861にも入力される。   Signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are amplified by the low noise amplifiers 852-1 to 852-K. The amplified signal and the local oscillation signal output from the local oscillator 853 are multiplied by mixers 854-1 to 854-K, and the amplified signal is down-converted from a radio frequency signal to a baseband signal. Since the down-converted signal includes frequency components outside the frequency band to be received, the out-of-band components are removed by the filters 855-1 to 855-K. The signal from which the out-of-band component is removed is converted into a digital baseband signal by the A / D converters 856-1 to 856-K. All digital baseband signals are input to FFT circuits 857-1 to 857 -K, and signals on the time axis are converted into signals on the frequency axis (separated into signals of each frequency component) at a predetermined symbol timing. The signals separated into the frequency components are input to the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L and also input to the channel information estimation circuit 861.

チャネル情報推定回路861では、各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末装置のアンテナ素子と、基地局装置80の各アンテナ素子851−1〜851−Kとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862では、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトを周波数成分ごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路858−1〜858−Lそれぞれに入力される。   In the channel information estimation circuit 861, the antenna element of each terminal device and the base station device 80 based on a known signal for channel estimation separated into each frequency component (such as a preamble signal added to the head of the radio packet). Channel information between each of the antenna elements 851-1 to 851-K is estimated for each frequency component, and the estimation result is output to the multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862. Multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862 calculates reception weights to be multiplied for each frequency component based on the input channel information. At this time, reception weights for synthesizing signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are different for each signal series, and reception signal processing circuits 858-1 to 858-L corresponding to the signal series to be extracted. Input to each.

受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、FFT回路857−1〜847−Kから入力された周波数成分ごとの信号に対し、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を周波数成分ごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−Lは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路88に出力する。
ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、MAC層処理回路88は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路87に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路811は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。MAC層処理回路88にて処理された受信データは、インタフェース回路87を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
また、送信元の端末装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部860に対し、通信制御回路820から送信元の端末装置等を示す情報が入力される。
In the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L, the signal for each frequency component input from the FFT circuits 857-1 to 847 -K is multiplied by the reception weight input from the multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862. Then, the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are added and synthesized for each frequency component. The reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L perform demodulation processing on the added and combined signals and output the reproduced data to the MAC layer processing circuit 88.
Here, different received signal processing circuits 858-1 to 858 -L perform signal processing of different signal sequences. The MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer (for example, conversion between data input / output to / from the interface circuit 87 and data transmitted / received on the wireless line, termination of header information of the MAC layer, etc.). Do. In this process, the scheduling processing circuit 811 performs various scheduling processes including a combination of terminal apparatuses that simultaneously perform spatial multiplexing in multiuser MIMO transmission, and outputs a scheduling result to the communication control circuit 820. The received data processed by the MAC layer processing circuit 88 is output to an external device or network via the interface circuit 87.
In addition, the communication control circuit 820 manages control related to overall communication such as management of a transmission source terminal device and overall timing control. In addition, information indicating a transmission source terminal device or the like is input from the communication control circuit 820 to the reception weight processing unit 860 that performs signal processing related to the calculation of the reception weight described above.

なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算は周波数成分ごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−Kから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−KでFFTを行い各周波数成分に分離し、分離した周波数成分ごとに、チャネル情報推定回路861での信号処理、及び、受信信号処理回路858−1〜858−Lでの受信信号処理が実施されることになる。   As for signal reception, as in the case of transmission, in the wideband system using the OFDM modulation scheme or SC-FDE scheme, the above-described reception weight multiplication is performed for each frequency component. That is, the signals output from the A / D converters 856-1 to 856-K are subjected to FFT in the FFT circuits 857-1 to 857-K and separated into frequency components, and channel information is obtained for each separated frequency component. The signal processing in the estimation circuit 861 and the reception signal processing in the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L are performed.

(マルチユーザMIMOの送信処理)
図11は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。マルチユーザMIMOでは、データの送信とは別に行うダウンリンクのチャネル情報のフィードバックが定期的になされている。チャネル情報取得回路831はダウンリンクにおけるチャネル情報を取得すると(ステップS831)、端末装置ごとに各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832に記憶させる(ステップS832)。ステップS831及びステップS832の処理は、逐次行われる。
(Multi-user MIMO transmission processing)
FIG. 11 is a flowchart showing a transmission process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. In multi-user MIMO, feedback of downlink channel information, which is performed separately from data transmission, is periodically performed. When the channel information acquisition circuit 831 acquires channel information in the downlink (step S831), the channel information storage circuit 832 stores the channel information of each frequency component for each terminal device (step S832). Steps S831 and S832 are performed sequentially.

基地局装置80からの信号送信処理が開始されると(ステップS821)、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先である端末装置に対応する各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出す(ステップS822)。
マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、読み出したチャネル情報を基に、先に示した処理によりマルチユーザMIMO用の送信ウエイトを周波数成分ごとに算出する(ステップS823)。ステップS822及びステップS823の処理とは別に、送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先ごとの送信すべきデータに対し、各種変調処理等の送信信号処理により、宛先局ごとに各周波数成分の送信信号を生成する(ステップS824)。
When signal transmission processing from the base station apparatus 80 is started (step S821), the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 obtains channel information of each frequency component corresponding to the terminal apparatus that is the destination from the channel information storage circuit 832. Read (step S822).
Based on the read channel information, the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 calculates a transmission weight for multiuser MIMO for each frequency component by the processing described above (step S823). Separately from the processing of step S822 and step S823, the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L perform each frequency for each destination station by performing transmission signal processing such as various modulation processing on the data to be transmitted for each destination. A component transmission signal is generated (step S824).

送信信号処理回路811−1〜811−Lは、生成した送信信号に、ステップS823においてマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833が算出した送信ウエイトを乗算する(ステップS825)。また、送信信号処理回路811−1〜811−Lは一連の信号処理を施し、加算合成回路812−1〜812−Lはアンテナ素子819−1〜819−Lごとに各周波数成分の各端末装置宛の送信信号に対する加算合成を行い、更にIFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理を行い、D/A変換器814−1〜814−Kに出力する(ステップS826−1〜S826−K)。IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kから出力された信号は、D/A変換器814−1〜814−Kからハイパワーアンプ818−1〜818−Kにおける信号処理が施され、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれから送信され(ステップS827−1〜S827−K)、処理を終了する(ステップS828−1〜S828−K)。   The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L multiply the generated transmission signal by the transmission weight calculated by the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 in step S823 (step S825). The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L perform a series of signal processing, and the adder / synthesizing circuits 812-1 to 812-L each terminal device of each frequency component for each of the antenna elements 819-1 to 819-L. Addition synthesis is performed on the transmission signal addressed to the signal, and the IFFT & GI adding circuits 83-1 to 813-K convert the signal on the frequency axis to the signal on the time axis, and further insert a guard interval or between OFDM symbols (SC- If it is FDE, it performs processing such as waveform shaping between the blocks in the block transmission) and outputs it to the D / A converters 814-1 to 814-K (steps S826-1 to S826-K). The signals output from the IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813 -K are subjected to signal processing in the high power amplifiers 818-1 to 818 -K from the D / A converters 814-1 to 814 -K, and the antenna element 819. -1 to 819-K (steps S827-1 to S827-K), and the process ends (steps S828-1 to S828-K).

なお、ステップS827−1〜S827−Kにおける処理は、ベースバンド信号から無線周波数へのアップコンバート処理、フィルタによる帯域が周波数成分の除去、ハイパワーアンプによる信号の増幅などを含む。   Note that the processing in steps S827-1 to S827-K includes up-conversion processing from a baseband signal to a radio frequency, removal of frequency components of a band by a filter, signal amplification by a high power amplifier, and the like.

(マルチユーザMIMOの受信処理)
図12は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。まず、受信処理を開始すると(ステップS840)、第1から第Kのアンテナ素子851−1〜851−Kにて信号を受信する(ステップS841−1〜S841−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。以降の信号処理は、デジタル化された受信信号に対する処理を意味する。
続いて、各アンテナ素子851−1〜851−Kに対応する受信信号に対し、FFT回路857−1〜857−Kによる各周波数成分への分離等の信号処理を行う(ステップS842−1〜S842−K)。更に、チャネル情報推定回路861は、無線パケットに付与されていた既知のパターンのプリアンブル信号の受信状態より、各周波数成分のチャネル推定を実施する(ステップS843−1〜S843−K)。ここで、伝搬路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握する。このステップS843−1〜S843−Kで行うチャネル推定では、ステップS843−1、S843−2、・・・、S843−Kを個別に示した通り、空間多重される信号系列ごとに個別にチャネル推定を行う必要がある。この個別のチャネル推定とは、送信元の端末装置それぞれから送信された信号を分離可能な状態で行う必要がある。OFDM変調方式を例に取れば、一般的には空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用のプリアンブル信号が必要となる。各端末装置は空間多重数と同数のシンボル数(ないしはそれ以上)で且つそれぞれが異なるパターンのプリアンブル信号を付与して信号送信を行い、基地局装置80はそのパターンの違いを利用して、ステップS843−1〜S843−Kにて個別のチャネル推定を行うことになる。
(Multi-user MIMO reception processing)
FIG. 12 is a flowchart showing reception processing of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. First, when reception processing is started (step S840), signals are received by the first to Kth antenna elements 851-1 to 851-K (steps S841-1 to S841-K). Here, reception includes processing for performing analog / digital conversion on a received signal or a signal obtained by down-converting the received signal. Subsequent signal processing means processing on a digitized received signal.
Subsequently, the received signals corresponding to the antenna elements 851-1 to 851-K are subjected to signal processing such as separation into frequency components by the FFT circuits 857-1 to 857-K (steps S842-1 to S842). -K). Furthermore, the channel information estimation circuit 861 performs channel estimation of each frequency component based on the reception state of the preamble signal having a known pattern attached to the wireless packet (steps S843-1 to S843-K). Here, the attenuation of the signal on the propagation path and the rotation state of the complex phase are grasped. In the channel estimation performed in steps S843-1 to S843-K, channel estimation is individually performed for each spatially multiplexed signal sequence, as shown in steps S843-1, S843-2,. Need to do. This individual channel estimation needs to be performed in a state in which the signals transmitted from the respective transmission source terminal devices can be separated. Taking the OFDM modulation method as an example, generally, a preamble signal for channel estimation having the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required. Each terminal apparatus performs signal transmission with the same number of symbols as the number of spatial multiplexing (or more) and assigns a different pattern of preamble signals, and the base station apparatus 80 uses the difference in pattern to perform step transmission. Individual channel estimation is performed in S843-1 to S843-K.

マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862は、チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報を用いて、空間多重された信号系列ごと及び周波数成分ごとに個別の適切な受信ウエイトを算出する(ステップS844)。更に、受信信号処理回路858−1〜858−Lは、信号系列ごと及び周波数成分ごとに算出された受信ウエイトを、周波数成分ごとに分離された各アンテナ素子の受信信号に乗算する(ステップS845−1〜S845−K)。
ここで、受信ウエイトは、空間多重された信号系列ごとに用意されているため、ステップS845−1〜S845−Lにおける乗算結果は、空間多重された信号系列ごとに別々の結果となる。それぞれの信号系列の信号は、各アンテナ素子851−1〜851−Kの信号が周波数成分ごとに加算合成され(ステップS846−1〜S846−L)、合成された信号系列に対して、第1信号系列の信号処理(ステップS847−1)から第L信号系列の信号処理(ステップS847−L)までの処理が行われ、処理を終了する(ステップS848−1〜S848−L)。
The multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862 uses the channel information estimated by the channel information estimation circuit 861 to calculate individual appropriate reception weights for each spatially multiplexed signal sequence and each frequency component (step S844). Further, the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L multiply the reception signal calculated for each signal series and each frequency component by the reception signal of each antenna element separated for each frequency component (step S <b> 845-). 1-S845-K).
Here, since reception weights are prepared for each spatially multiplexed signal sequence, the multiplication results in steps S845-1 to S845-L are different results for each spatially multiplexed signal sequence. The signals of the respective signal sequences are obtained by adding and synthesizing the signals of the antenna elements 851-1 to 851-K for each frequency component (steps S846-1 to S846-L). Processing from signal sequence signal processing (step S847-1) to signal processing of the Lth signal sequence (step S847-L) is performed, and the processing ends (steps S848-1 to S848-L).

なお、ここでは簡単のために線形の受信ウエイトを用いる場合の例を示したが、一般にはMIMOに関してはMLD(Maximum Likelihood Detection)等の非線形の信号処理を行うようにしてもよい。この場合、ステップS845−1〜S845−L、ステップS846−1〜S846−L、及びステップS847−1〜S847−Lにおける処理は、一体として非線形の信号検出処理が行われることになる。また、線形の受信ウエイトの算出に関しては、図7に示した送信ウエイトの算出処理と同様の手法で算出することが可能である。その他にも、擬似逆行列を利用した受信ウエイトや、MMSEウエイトを利用することも可能である。また、ここでは、受信に用いるアンテナ素子851−1〜851−Kの数Kに対し、空間多重された信号系列数がLとして説明をしたが、一般的にはKとLとは一致する必要はなく、Lの値がKの値以下であれば多数の信号系列の信号を空間多重することができる。   Here, for the sake of simplicity, an example in which a linear reception weight is used is shown, but in general, nonlinear signal processing such as MLD (Maximum Likelihood Detection) may be performed for MIMO. In this case, the processes in steps S845-1 to S845-L, steps S846-1 to S846-L, and steps S847-1 to S847-L are integrally performed with nonlinear signal detection processing. Further, the linear reception weight can be calculated by a method similar to the transmission weight calculation process shown in FIG. In addition, it is also possible to use a reception weight using a pseudo inverse matrix or an MMSE weight. Here, the number of spatially multiplexed signal sequences is described as L for the number K of antenna elements 851-1 to 851-K used for reception, but in general, K and L need to match. If the value of L is equal to or less than the value of K, a number of signal series signals can be spatially multiplexed.

以上説明を行ったが、マルチユーザMIMOの典型的な特徴は、アップリンクにおける基地局装置80での受信処理において送信側と受信側との間のチャネル情報を基に、受信の都度、受信ウエイトを算出する点(ステップS844)、及び、ダウンリンクにおける送信処理において最新のチャネル情報を読み出し(ステップS822)、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する点(ステップS823)にある。つまり、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、送信ないし受信の都度行う点にある。これは、チャネルの時変動に起因したものであり、良好なチャネル推定精度を得るためには周期的にチャネル情報のフィードバック処理をする必要がある。チャネルのフィードバック周期を短く設定するに従い、チャネルフィードバックのための制御情報の送受信が必要になりオーバーヘッドは増大する。更に、基地局装置80において空間多重された信号を受信する際には複数の端末装置のチャネル推定をそれぞれ個別に行う必要があり、そのために所望の数の直交したプリアンブルが必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要であり、空間多重数の増大に従ってそのオーバーヘッドも増大する。   As described above, a typical feature of multi-user MIMO is that, in the reception processing in the base station apparatus 80 in the uplink, the reception weight is set for each reception based on the channel information between the transmission side and the reception side. And the latest channel information in the downlink transmission process is read (step S822), and the transmission weight is calculated based on the read channel information (step S823). In other words, the transmission weight and the reception weight are calculated every time transmission or reception is performed. This is due to channel time variation, and in order to obtain good channel estimation accuracy, it is necessary to periodically perform feedback processing of channel information. As the channel feedback period is set shorter, transmission / reception of control information for channel feedback becomes necessary and the overhead increases. Furthermore, when the base station apparatus 80 receives a spatially multiplexed signal, it is necessary to individually perform channel estimation for a plurality of terminal apparatuses, and thus a desired number of orthogonal preambles are required. In general, it is preferable that the preamble signal patterns themselves are orthogonal, but if such a pattern cannot be set, overhead of the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required, and the number of spatial multiplexing increases. Accordingly, the overhead also increases.

[実際のシステムに求められる要求条件]
上述したコヒーレント伝送及び分散アンテナシステムでは、チャネル情報が送信側で既知である必要がある。そのため、実際のシステムでは、以下の要求条件をクリアする必要がある。
[Requirements for actual system]
In the coherent transmission and distributed antenna system described above, the channel information needs to be known on the transmission side. Therefore, in an actual system, it is necessary to clear the following requirements.

(要求条件1)
例えば、100局の無線モジュールを利用して20[dB]の回線利得を稼ぐ場合について考える。通信において、20[dB]の回線利得改善を前提として無線通信装置等の回路を設計するため、一つの無線モジュールと端末装置との間のチャネル推定を行う際には、通信時に比べて20[dB]劣化した環境でチャネル推定を行わなければならない。例えば、実際の通信における所要SNRが10[dB]であったとすると、チャネル推定はSNRが−10[dB]という雑音が支配的な環境で実施しなければならない。しかし、このような雑音が支配的な環境では、推定した極めて不確かなチャネル情報から送信ウエイトを求めても同位相合成を実現することはできない。
(Requirement 1)
For example, consider a case where a line gain of 20 [dB] is gained using a radio module of 100 stations. In communication, since a circuit such as a wireless communication device is designed on the assumption that the line gain is improved by 20 [dB], when performing channel estimation between one wireless module and a terminal device, 20 [ dB] Channel estimation must be performed in a degraded environment. For example, if the required SNR in actual communication is 10 [dB], channel estimation must be performed in a noise-dominated environment with an SNR of −10 [dB]. However, in such an environment where noise is dominant, even if the transmission weight is obtained from the estimated extremely uncertain channel information, in-phase synthesis cannot be realized.

なお、分散アンテナシステムは、図3に示したように、複数のセルがオーバーラップする領域に存在する端末装置を想定している。すなわち、分散アンテナシステムで送受信に関与するリモート基地局は地理的に端末装置に比較的近接する数局のみであり、その結果低SNRとはならず、そもそも上述のチャネル推定精度の問題は発生していなかった。また、複数の中継局を利用したコヒーレント伝送が記載されている非特許文献1では、その「まとめ」の章においても記載があるように、チャネル情報の推定法を含む各種制御の達成方法についてはこの文献内で「あえて言及しないこと」を明言している。すなわち、著者は現時点ではコヒーレント伝送の実現は困難であるとの認識であり、非特許文献1ではこれらの数々の課題を解決できさえすれば有益な効果が得られる可能性があるという主張を行っていると推察される。このように従来技術では、コヒーレント伝送に必要な超低SNR領域でのチャネル情報のフィードバックを行うための方法が確立されていない。したがって、実際のシステムではこれらの技術が確立されることが求められる。   Note that the distributed antenna system is assumed to be a terminal device that exists in a region where a plurality of cells overlap as shown in FIG. That is, only a few remote base stations that are involved in transmission / reception in a distributed antenna system are geographically relatively close to the terminal device. As a result, the SNR does not become low, and the above-mentioned channel estimation accuracy problem occurs in the first place. It wasn't. Further, in Non-Patent Document 1 in which coherent transmission using a plurality of relay stations is described, as described in the chapter “Summary”, various control achievement methods including channel information estimation methods are described. In this document, it is clearly stated that “don't mention it”. In other words, the author recognizes that it is difficult to realize coherent transmission at present, and Non-Patent Document 1 makes a claim that there is a possibility that a beneficial effect can be obtained if these various problems can be solved. It is inferred that Thus, in the prior art, a method for performing feedback of channel information in an ultra-low SNR region necessary for coherent transmission has not been established. Therefore, it is required that these technologies be established in an actual system.

(要求条件2)
都市部のように自動車の往来が常に絶えない環境を想定すると、チャネルの状況は時間とともに変動する。仮にチャネル推定精度が所望のレベルにありチャネルのフィードバックが可能な場合であっても、チャネルのフィードバックに要するオーバーヘッドによる伝送効率の低下を考慮すれば、チャネルをフィードバックする周期は比較的長めに設定する必要があり、この結果、実際の送受信時刻よりも過去のチャネル情報を基にした送受信ウエイトを利用することになる。しかし、チャネルの時変動により最適な送受信ウエイトは変化するため、期待する回線利得は得られないことがあり、通信が不安定化してしまうという問題がある。したがって、実際のシステムでは、このチャネル時変動に対する対策技術の確立が求められている。
(Requirement 2)
Assuming an environment where there is no constant traffic such as in urban areas, the channel conditions change over time. Even if the channel estimation accuracy is at a desired level and channel feedback is possible, the channel feedback period should be set relatively long, considering the decrease in transmission efficiency due to the overhead required for channel feedback. As a result, a transmission / reception weight based on channel information past the actual transmission / reception time is used. However, since the optimum transmission / reception weight changes due to channel fluctuations, the expected line gain may not be obtained, and communication may become unstable. Therefore, in an actual system, establishment of a countermeasure technique for this channel time variation is required.

以上説明したように、複数の無線モジュール又は複数のアンテナ素子を介したコヒーレント伝送を行うためには、上記の「受信電力が低い環境ではチャネル情報の精度が低くなることに対する対策」(要求条件1)、「チャネルの時変動に起因して通信が不安定化してしまうことに対する対策」(要求条件2)に関する技術を確立し、受信側としての端末装置において同位相で信号が合成されるように、各無線モジュール又は各アンテナ素子から送信する信号を調整するための新たな技術が求められることになる。また、送信側と同様に、各無線モジュール又は各アンテナ素子で受信した信号に対する受信信号処理においても、全く同様の要求条件が存在する。   As described above, in order to perform coherent transmission via a plurality of wireless modules or a plurality of antenna elements, the above-mentioned “measures for reducing accuracy of channel information in an environment where reception power is low” (requirement condition 1 ), “Technique for countermeasures against communication destabilization due to channel fluctuation” (Requirement 2) so that signals are synthesized in the same phase in the terminal device as the receiving side Therefore, a new technique for adjusting a signal transmitted from each wireless module or each antenna element is required. Similar to the transmission side, there are exactly the same requirements in the received signal processing for signals received by each wireless module or each antenna element.

(要求条件3)
上記の要求条件をクリアできる状況であったとしても、20[dB]などの高い回線利得を稼ぐことが可能である場合、非常に広域のエリアを一括してサービスエリアとすることができるようになるため、広域のエリア内に位置する多数の端末装置で周波数資源を共用しなければならない。エリアが広くなり周波数資源を共用する端末装置数が増えると、1台の端末装置あたりのスループットが結果的に低下する。端末装置あたりのスループットを所定の値以上にするには、システム全体におけるスループットを高める必要がある。しかし、周波数資源は限られているため、通信に利用する周波数帯域を広げることはできない。つまり、周波数利用効率を高めることで、1台の端末装置あたりのスループットを向上させる必要がある。つまり、このような環境での利用におけるシステムの大容量化技術の確立が求められる。
(Requirement 3)
Even if the above requirements can be cleared, if a high line gain such as 20 [dB] can be obtained, a very wide area can be collectively set as a service area. Therefore, frequency resources must be shared by many terminal devices located in a wide area. As the area becomes wider and the number of terminal devices sharing frequency resources increases, the throughput per terminal device decreases as a result. In order to increase the throughput per terminal device to a predetermined value or more, it is necessary to increase the throughput of the entire system. However, since frequency resources are limited, the frequency band used for communication cannot be expanded. In other words, it is necessary to improve the throughput per terminal device by increasing the frequency utilization efficiency. In other words, it is necessary to establish a technology for increasing the capacity of a system for use in such an environment.

上述の(要求条件3)に対しては、マルチユーザMIMO技術が有効であるが、大幅なスループットの増大のためには空間多重数を膨大にする必要があり、このために様々な要求条件が新たに生じる。
例えば、超多数(例えば、100本)のアンテナ素子を用いたマルチユーザMIMO伝送では、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出において、「総送信アンテナ素子数」×「総受信アンテナ素子数」の行列を扱うことになり、この行列のサイズの増加に合わせてデータの送受信ごとに求められる送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に対する影響が大きくなる。一般に、逆行列算出や特異値分解等の演算処理量(具体的には、回路として構成する際に加算回路に比べて乗算回路は回路規模が大きくなるため、乗算回数ないし除算回数を基準として評価される)は、行列サイズの3乗に比例して増加するといわれている。一般的に想定されるマルチユーザMIMOに用いられるアンテナ素子数に対して1桁以上多いアンテナ素子の数を用いる場合、要求される演算量は1000倍以上になってしまう。また、チャネルが時変動する環境であれば、データの送受信ごとに送信ウエイト又は受信ウエイトを算出する必要があるので、逐次、演算負荷による影響は著しく大きくなる。すなわち、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に要する時間が長くなり、空間多重化を効率よく行うことが困難になってしまうという問題がある。
For the above (Requirement 3), the multi-user MIMO technique is effective, but it is necessary to increase the number of spatial multiplexing in order to significantly increase the throughput. Newly occurs.
For example, in multi-user MIMO transmission using an extremely large number (for example, 100) of antenna elements, a matrix of “total number of transmission antenna elements” × “total number of reception antenna elements” is used in calculation of transmission weights and reception weights. In other words, the influence on the calculation of the transmission weight and the reception weight required for each data transmission / reception increases as the matrix size increases. In general, the amount of calculation processing such as inverse matrix calculation and singular value decomposition (specifically, because the circuit scale of a multiplication circuit is larger than that of an addition circuit when it is configured as a circuit, evaluation is based on the number of multiplications or divisions. Is said to increase in proportion to the cube of the matrix size. When the number of antenna elements that are one digit or more larger than the number of antenna elements generally used for multi-user MIMO is used, the required calculation amount is 1000 times or more. Further, in an environment where the channel fluctuates over time, it is necessary to calculate a transmission weight or a reception weight every time data is transmitted / received. That is, there is a problem in that it takes a long time to calculate the transmission weight and the reception weight, and it is difficult to efficiently perform spatial multiplexing.

更に、マルチユーザMIMO伝送で超多数の信号を空間多重する場合には、少なくともアップリンクにおいて、空間多重した信号を分離した上で、受信側で個別のパスのチャネル推定が必要となる。このようなチャネル推定を行うためには、少なくとも空間多重数の直交したプリアンブル信号が必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要となる。これはMACレイヤの効率を低下させることとなり、周波数利用効率を低くしてしまうことになる。つまり、(要求条件3)に対する従来の対策技術では、新たな課題を生むことになっている。したがって、実際のシステムでは、現実的な演算負荷で、且つチャネルフィードバックやチャネル推定用のプリアンブルなどを含めたオーバーヘッドによるMACレイヤの効率の低下を抑えて、大幅なスループットの増大のための高次の空間多重を効果的に実現することが求められている。   Further, when a very large number of signals are spatially multiplexed by multi-user MIMO transmission, it is necessary to separate the spatially multiplexed signals at least in the uplink and then perform channel estimation of individual paths on the receiving side. In order to perform such channel estimation, at least spatially multiplexed number of orthogonal preamble signals are required. In general, it is preferable that the preamble signal patterns themselves are orthogonal, but if such a pattern cannot be set, an overhead of the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required. This lowers the efficiency of the MAC layer and lowers the frequency utilization efficiency. That is, the conventional countermeasure technique for (Requirement 3) creates a new problem. Therefore, in an actual system, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the MAC layer due to a realistic calculation load and overhead including channel feedback, a preamble for channel estimation, etc. There is a need to effectively implement spatial multiplexing.

(要求条件4)
以上の説明は、基本的に物理レイヤにおける信号処理を中心に説明を行っていた。しかし実際の無線システムの運用においては、物理レイヤの処理に加えてアクセス制御を管理するMACレイヤの動作も合わせて重要になる。例えば、WiFi(登録商標、以下同様)などでは自律分散型のCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance:搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式)が適用されている。このCSMA/CAでは、他の無線機からの信号の送信の有無をキャリアセンスにより把握し、無線パケットの送信が衝突しないように所定のルールで乱数を発生させ、キャリアセンスで信号負検出の時間の累積値がその乱数に応じた時間長に一致した段階で送信を開始する(この制御を「ランダムバックオフ」と呼ぶ)。このような自立分散型の制御により、基地局装置は帯域割り当てのスケジューリング処理を回避し、簡易なアクセス制御を実現することが可能となる。この制御は複数の信号系列を空間多重する場合であっても、基地局装置と1台の端末装置が1対1でMIMO伝送するシングルユーザMIMOであれば、このCSMA/CAによる自律分散型のアクセス制御をそのまま流用できる。しかし、上述のマルチユーザMIMOなどの技術では、同時に空間多重する端末装置の組み合わせを基地局装置が集中管理する必要があり、自律分散型とは異なる基地局装置における集中制御型(以下、基地局集中制御型という。)のアクセス制御が必要となる。
(Requirement 4)
The above description has been basically focused on signal processing in the physical layer. However, in actual radio system operation, in addition to physical layer processing, the operation of the MAC layer that manages access control is also important. For example, WiFi (registered trademark, the same shall apply hereinafter) or the like employs autonomous distributed CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance). In this CSMA / CA, the presence / absence of signal transmission from another radio device is grasped by carrier sense, a random number is generated according to a predetermined rule so that the transmission of radio packets does not collide, and the time of signal negative detection by carrier sense Transmission starts at the stage when the accumulated value coincides with the time length corresponding to the random number (this control is referred to as “random backoff”). By such independent distributed control, the base station apparatus can avoid the bandwidth allocation scheduling process and realize simple access control. Even if this control is a case where a plurality of signal sequences are spatially multiplexed, if the base station apparatus and one terminal apparatus perform single-user MIMO transmission on a one-to-one basis, this CSMA / CA autonomous distributed type Access control can be used as it is. However, in the technology such as multi-user MIMO described above, the base station device needs to centrally manage combinations of terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously, and the centralized control type (hereinafter referred to as base station) in a base station device different from the autonomous distributed type Access control of centralized control type) is required.

アップリンクを例に取れば、基地局装置が同時に空間多重された信号を分離するためには端末装置ごとのチャネル情報の推定が必要である。このチャネル推定のためには端末装置ごとに直交したチャネル推定用のパイロット信号(プリアンブル信号)の受信と、どのパイロット信号がどの端末装置に対応するかの管理が必要となる。このパイロット信号の直交関係とは、一般的には時間軸(OFDMシンボル)及び周波数軸(サブキャリア)の組み合わせで他の端末装置と重複しない組み合わせを設定することで実現したり、複数OFDMシンボルの受信信号の所定の係数を乗じた加算合成などで実現する。しかし、例えば100台以上の端末装置が存在するような状況で、各端末装置に対して異なる直交プリアンブルを用意することは困難(ないしは非効率)であるため、実際には比較的少数の直交したパイロット信号を使いまわすのが一般的である。つまり、利用するパイロット信号の条件を帯域割り当て時に合わせて端末装置に対して指示し、それらのチャネル推定用のパイロット信号の同期を図って送受信を行う必要がある。このため、少なくともアップリンクに関しては、帯域が割り当てられる端末装置の選択と送信開始タイミング及びパイロット信号の使用条件についての指示とを基地局装置が行う必要があり、結果的に基地局集中制御型の動作にならざるを得ない。   Taking the uplink as an example, in order for the base station apparatus to simultaneously separate the spatially multiplexed signals, it is necessary to estimate channel information for each terminal apparatus. For this channel estimation, it is necessary to receive a pilot signal (preamble signal) for orthogonal channel estimation for each terminal device and to manage which pilot signal corresponds to which terminal device. This pilot signal orthogonal relationship is generally realized by setting a combination of time axis (OFDM symbol) and frequency axis (subcarrier) that does not overlap with other terminal apparatuses, This is realized by addition synthesis by multiplying a predetermined coefficient of the received signal. However, for example, in a situation where there are 100 or more terminal devices, it is difficult (or inefficient) to prepare different orthogonal preambles for each terminal device. Generally, pilot signals are reused. That is, it is necessary to instruct the terminal device in accordance with the conditions of the pilot signal to be used at the time of band allocation, and perform transmission / reception while synchronizing the pilot signals for channel estimation. For this reason, at least for the uplink, it is necessary for the base station apparatus to select a terminal apparatus to which a band is allocated and to instruct transmission start timing and pilot signal usage conditions. As a result, the base station centralized control type It must work.

この基地局集中制御では、基地局装置は各端末装置がアップリンクでデータを送信するために必要となる帯域を把握する必要がある。つまり、何らかの制御情報用パケットを用いて基地局装置に通知することになる。このような基地局集中制御は、通常はTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)方式の適用が想定される。標準規格の中にマルチユーザMIMOが部分的に導入されたシステムとしてはWiMAXが上げられるが、ここでもTDMAフレームを用い、端末装置は割り当てられたスロットを用いて帯域要求を行う。端末装置からは必要な帯域(例えば、収容すべき情報のバイト数とその際の伝送モードなど)に関する情報を含む制御情報を基地局装置に送信し、基地局装置はその要求に応じて帯域を割り当てる。基地局装置は端末装置が割り当て不要の場合でも、その帯域要求用の制御情報を送信するためのスロットの割り当てを行わなければならない。そのため、比較的トラヒックの密度の低い超多数の端末装置を基地局装置が収容する場合には、帯域要求などの制御情報を送受信するための帯域がオーバーヘッドとなり、MACレイヤの効率を低下させることになる。自律分散型のCSMA/CA方式は、ランダムバックオフを行う際の時間が送受信のために利用できないため、この分だけMACレイヤの効率を下げることになるが、本当に送信すべきデータを有する端末装置のみがデータ送信を行うため、比較的トラヒック密度の低い超多数の端末装置を収容する場合には、むしろ効率的には優れることになる。例えば、上述した条件不利地域において広域エリアを一台の基地局装置で収容する無線システムを想定するならば、非常に広いサービスエリア内に点在する超多数の端末装置を一括して収容することになる。このため、このような条件で運用する場合であっても、MACレイヤの効率を落とすことなく、効率的に運用可能なアクセス制御方式が求められている。   In this base station centralized control, the base station device needs to grasp the bandwidth required for each terminal device to transmit data on the uplink. That is, the base station apparatus is notified using some control information packet. For such base station centralized control, application of a TDMA (Time Division Multiple Access) system is generally assumed. WiMAX is an example of a system in which multi-user MIMO is partially introduced into the standard, but here too, a TDMA frame is used, and a terminal device makes a bandwidth request using an assigned slot. The terminal device transmits control information including information on a necessary bandwidth (for example, the number of bytes of information to be accommodated and a transmission mode at that time) to the base station device, and the base station device allocates the bandwidth in response to the request. assign. Even when the terminal device does not need to be assigned, the base station device must assign a slot for transmitting the control information for bandwidth request. Therefore, when the base station apparatus accommodates a very large number of terminal apparatuses having a relatively low traffic density, the bandwidth for transmitting / receiving control information such as a bandwidth request becomes an overhead, thereby reducing the efficiency of the MAC layer. Become. In the autonomous distributed CSMA / CA scheme, the time for performing random backoff cannot be used for transmission / reception, and therefore the efficiency of the MAC layer is lowered by this amount. Since only data transmission is performed, when a very large number of terminal devices having a relatively low traffic density are accommodated, it is rather efficient. For example, assuming a wireless system that accommodates a wide area in a conditionally disadvantageous area as described above with a single base station device, a large number of terminal devices scattered in a very wide service area can be accommodated collectively. become. For this reason, there is a need for an access control method that can be operated efficiently without reducing the efficiency of the MAC layer even when operating under such conditions.

原晋介他、「コヒーレント送信による消費電力の削減」、電子情報通信学会ソサイエティ大会BS−3−1、2009年9月Yusuke Hara et al., "Reduction of power consumption by coherent transmission", IEICE Society Conference BS-3-1, September 2009 松田大輝他、「最大比送信を用いる分散アンテナシステムのチャネル容量に関する一検討」、信学技法RCS2007−196、pp.61−66、2008年2月Daiki Matsuda et al., “A Study on Channel Capacity of Distributed Antenna System Using Maximum Ratio Transmission”, IEICE RCS2007-196, pp. 61-66, February 2008 築地武彦著、「電波・アンテナ工学入門」、総合電子出版社、pp.166−168、2002年3月Takehiko Tsukiji, “Introduction to Radio and Antenna Engineering”, General Electronic Publishing Company, pp. 166-168, March 2002 鷹取泰司他、「次世代高速無線アクセスシステムへの下りリンクマルチユーザMIMO技術の適用」電子情報通信学会論文誌 B、通信 J93−B(9)、 pp1127−1139、2010年09月Taiji Takatori et al., "Application of downlink multi-user MIMO technology to next-generation high-speed wireless access systems" IEICE Transactions B, Communication J93-B (9), pp 1127-1139, September 2010 庄納崇編著、「WiMAX教科書」、株式会社インプレスR&D発行、2008年7月21日Edited by Takashi Shono, "WiMAX Textbook", published by Impress R & D, Inc., July 21, 2008

マルチユーザMIMO伝送技術においては、送受信指向性制御のための送受信ウエイトの演算負荷や、直交性の高いユーザの組み合わせ選択の演算負荷に加えて、MACレイヤに係わる課題も残されている。MACレイヤに係わる課題の中でも、端末装置ごとのトラヒックのばらつきを考慮しながら、効率的に帯域割り当てを行うスケジューリング技術の確立は重要である。   In the multi-user MIMO transmission technology, in addition to the calculation load of transmission / reception weights for transmission / reception directivity control and the calculation load of selecting a combination of users with high orthogonality, problems related to the MAC layer remain. Among the issues related to the MAC layer, it is important to establish a scheduling technique for efficiently allocating bandwidth while taking into account the variation in traffic between terminal devices.

例えば、異なる2台の端末装置に対する空間多重において、1500バイトのパケットと64バイトのパケットとを空間多重する場合を考える。64バイトのパケットを送信するのに要する時間は圧倒的に1500バイトのパケットを送信する時間よりも短いので、単純に並べて空間多重を行うと実効的に空間多重が行われるのは64バイト分の前半部分のみになってしまう。ほとんどの時間は、1500バイトのデータの単独送信(空間多重ではない)が行われることになる。したがって、トラヒックのばらつきを考慮しながらスケジューリングを行わない場合、空間多重による伝送用量の改善効果は極めて限定的となる。   For example, consider the case where a 1500-byte packet and a 64-byte packet are spatially multiplexed in spatial multiplexing for two different terminal apparatuses. Since the time required for transmitting a 64-byte packet is overwhelmingly shorter than the time for transmitting a 1500-byte packet, if spatial multiplexing is simply performed side by side, the spatial multiplexing is effectively performed for 64 bytes. It becomes only the first half. Most of the time, 1500 bytes of data are transmitted independently (not spatially multiplexed). Therefore, when scheduling is not performed while taking into account traffic variations, the effect of improving the transmission dose by spatial multiplexing is extremely limited.

一般には、各端末装置の送受信データ量は時間的にはばらつきがあるために、MACレイヤの効率を高く維持するためには工夫が必要である。このような端末装置ごとのデータ量のばらつきに対し柔軟に対応可能な方式として、既存の方式の中ではOFDMA方式の適用が考えられる。先にも触れたが、部分的にマルチユーザMIMOを標準規格に採用したWiMAXにおいても、このOFDMA方式が採用されている。WiMAXに適用されるようなOFDMA方式においては、非特許文献5に示すように、端末装置ごとに割り当てが必要な帯域を把握した上で、その帯域に合わせてサブキャリアの割り当て数を変更する。情報量の多い端末装置に対しては多くのサブキャリアを、少ない端末装置に対しては少ないサブキャリアを割り当てれば良い。   In general, since the amount of transmitted / received data of each terminal device varies in terms of time, it is necessary to devise in order to maintain the MAC layer efficiency high. As a method that can flexibly cope with such a variation in the amount of data for each terminal device, an OFDMA method can be applied among existing methods. As mentioned above, this OFDMA scheme is also adopted in WiMAX that partially adopts multi-user MIMO as a standard. In the OFDMA system applied to WiMAX, as shown in Non-Patent Document 5, after grasping the band that needs to be allocated for each terminal device, the number of subcarriers allocated is changed in accordance with the band. A large number of subcarriers may be allocated to a terminal apparatus with a large amount of information, and a small number of subcarriers may be allocated to a small terminal apparatus.

更に、OFDMA方式では、周波数軸と時間軸の2次元的な配列の中に、パッチワーク状に割り当て領域を設定することになる。例えば先ほどの例では、1500バイトは64バイトの約23.4倍である。仮に64バイトのデータのために2サブキャリアを割り当てるならば、1500バイトのためには47サブキャリアを割り当てれば同等の時間で送信が完了することになる。この例は周波数軸だけで比較したが、周波数軸と時間軸で表される配列の割り当て個数で調整することも可能である。このように、OFDMA方式はスケジューリングの自由度が高まることから、複数端末装置を基地局集中制御型のシステムに収容するための効率的な方法として期待される。   Further, in the OFDMA method, an allocation area is set in a patchwork form in a two-dimensional array of a frequency axis and a time axis. For example, in the previous example, 1500 bytes is about 23.4 times 64 bytes. If 2 subcarriers are allocated for 64 bytes of data, transmission is completed in an equivalent time if 47 subcarriers are allocated for 1500 bytes. In this example, the comparison is made only on the frequency axis, but it is also possible to adjust by the number of allocated arrays represented on the frequency axis and the time axis. As described above, the OFDMA scheme is expected to be an efficient method for accommodating a plurality of terminal devices in a base station centralized control system since the degree of scheduling is increased.

しかし、OFDMA方式では、そのスケジューリングの柔軟さ故に、膨大な数の割り当ての選択肢の中から最適な割り当てを選択する必要があり、その処理の負荷は思いのほか大きい。例えばN台の端末装置を同時に同一周波数上で空間多重する場合には、スケジューリング処理の負荷は最低でもN倍となる。更に端末装置の組み合わせと空間多重特性の関係も考慮すれば、その演算負荷は更に大きくなる。
また、図9及び図10において示した基地局装置80の送信部81(図9)及び受信部85(図10)において、OFDMA方式を利用する場合には、送信信号処理回路811−1〜811−L(図9)及び受信信号処理回路858−1〜858−L(図10)に対応付けられる端末装置がサブキャリアごと、及び時間ごとに異なることになるため、各端末装置に対応する処理回路を適宜切り替える制御が非常に複雑になる。また、図8に示した送信部81(図9)及び受信部85(図10)を固定的な回路で実装した場合、MAC層処理回路88が通信制御回路820からの指示を受けて入出力するデータ#1〜#Lと、個々の送信信号処理回路811−1〜811−L又は受信信号処理回路858−1〜858−Lとの対応関係を切り替えることになり、MAC層処理回路88における処理が非常に複雑になる。
However, in the OFDMA scheme, due to the flexibility of scheduling, it is necessary to select an optimal allocation from among a large number of allocation options, and the processing load is unexpectedly large. For example, when N terminal devices are simultaneously spatially multiplexed on the same frequency, the scheduling processing load is at least N times. Further, if the relationship between the combination of terminal devices and the spatial multiplexing characteristics is also taken into account, the calculation load becomes even larger.
When the OFDMA system is used in the transmission unit 81 (FIG. 9) and the reception unit 85 (FIG. 10) of the base station apparatus 80 shown in FIGS. 9 and 10, the transmission signal processing circuits 811-1 to 811 are used. -L (FIG. 9) and the terminal devices associated with the received signal processing circuits 858-1 to 858-L (FIG. 10) are different for each subcarrier and each time. The control for appropriately switching the circuit becomes very complicated. Further, when the transmission unit 81 (FIG. 9) and the reception unit 85 (FIG. 10) shown in FIG. 8 are implemented by fixed circuits, the MAC layer processing circuit 88 receives and inputs an instruction from the communication control circuit 820. The corresponding relationship between the data # 1 to #L and the individual transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L or the reception signal processing circuits 858-1 to 858-L. Processing becomes very complicated.

このように、スケジューリング処理と信号処理との双方において、MAC層の処理が複雑化し、応答性能が低下してしまうという問題が生じる。
更に言えば、上述の(要求条件4)にも記載したとおり、条件不利地域などにおいて広域エリアを一台の基地局装置で収容する無線システムを想定する場合、非常に広いサービスエリア内に点在する比較的トラヒック密度の低い超多数の端末装置を一括して収容することになる。この場合、MACレイヤの効率を損なうことなく、各端末装置が必要とする帯域を示す帯域情報を取得して効率的な運用を行う基地局集中制御型のアクセス制御方式が必要となる。しかし、このような基地局集中制御型のアクセス制御方式においては、仮に送信すべきデータの存在しない端末装置であっても、帯域要求情報を定期的に送受信しなければならず、これらの制御情報のオーバーヘッドが実際に流れるデータの容量に比べて無視できない量になる可能性がある。この結果、MACレイヤにおける伝送効率が低下し、無線システムの大容量化の妨げとなる可能性がある。
As described above, in both the scheduling process and the signal process, there is a problem that the MAC layer process is complicated and the response performance is deteriorated.
Furthermore, as described in (Requirement 4) above, when assuming a wireless system in which a wide area is accommodated by one base station device in a disadvantageous area, etc., it is scattered within a very wide service area. Thus, a large number of terminal devices having a relatively low traffic density are accommodated together. In this case, there is a need for a base station centralized control type access control method that obtains bandwidth information indicating the bandwidth required by each terminal device and performs efficient operation without impairing the efficiency of the MAC layer. However, in such a base station centralized control type access control method, even if the terminal device does not have data to be transmitted, the bandwidth request information must be periodically transmitted and received. There is a possibility that the amount of overhead becomes a non-negligible amount compared to the actual amount of data flowing. As a result, the transmission efficiency in the MAC layer is lowered, which may hinder the increase in capacity of the wireless system.

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、MACレイヤの効率を損なうことなく複数の端末装置と空間多重伝送を行うことができる基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and a base station device, a wireless communication method, and a wireless communication system capable of performing spatial multiplexing transmission with a plurality of terminal devices without impairing the efficiency of the MAC layer Is to provide.

上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出部と、前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理部と、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理部それぞれが分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算部と、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記受信ウエイト乗算部による加算合成結果に基づいて、対応する端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理部とを備えることを特徴とする基地局装置である。   In order to solve the above problem, the present invention comprises a base station apparatus having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus are at the same time on the same frequency. A base station apparatus in a radio communication system capable of performing spatial multiplexing transmission, each for synthesizing in-phase signals received by a plurality of antenna elements based on a training signal transmitted from the terminal apparatus A reception weight for a frequency component is calculated for each combination of the terminal device and the antenna element, a transmission / reception weight calculation unit that stores the calculated reception weight, and a reception signal that is provided for each antenna element and is received by the antenna element. A radio signal processing unit that separates a signal for each frequency component; and a frequency component and an antenna provided for each terminal device and corresponding to the terminal device. Multiplying the reception weight according to the combination with the element by the signal of each frequency component separated by each of the radio signal processing units, a reception weight multiplication unit for adding and combining the multiplication results for each frequency component, and for each terminal device The presence / absence of a signal from the corresponding terminal device is determined based on the result of addition synthesis by the reception weight multiplication unit corresponding to the terminal device, and if there is a signal from the terminal device, And a reception signal processing unit that performs reception processing.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に送信する信号を周波数成分ごとの信号に分離する送信信号処理部と、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号に該端末装置に対応する周波数成分と前記アンテナ素子との組み合わせに応じた送信ウエイトを乗算し、乗算した送信ウエイトに対応するアンテナ素子に接続された前記無線信号処理部に乗算結果を出力する送信ウエイト乗算部と、を更に備え、前記送受信ウエイト算出部は、前記トレーニング信号、又は前記端末装置からフィードバックされるチャネル情報のいずれかに基づいて、複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分に対する前記送信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子との組み合わせごとに算出し、算出した前記送信ウエイトを記憶し、前記無線信号処理部は、前記端末装置それぞれに対応する前記送信ウエイト乗算部から入力された乗算結果を周波数成分ごとに加算合成し、周波数成分ごとの加算合成結果を基に時間軸上の信号に変換して対応する前記アンテナ素子から送信することを特徴とする。   Further, the present invention provides the transmission signal processing unit provided for each of the terminal devices, wherein the signal transmitted to the terminal device is separated into signals for each frequency component, and provided for each of the terminal devices. The signal for each frequency component separated by the transmission signal processing unit corresponding to the terminal device is multiplied by a transmission weight corresponding to the combination of the frequency component corresponding to the terminal device and the antenna element, and corresponds to the multiplied transmission weight A transmission weight multiplication unit that outputs a multiplication result to the radio signal processing unit connected to an antenna element, wherein the transmission / reception weight calculation unit is either the training signal or channel information fed back from the terminal device. Each of the rounds for synthesizing the signals transmitted from the plurality of antenna elements in the terminal device. The transmission weights for several components are calculated for each combination of the terminal device and the antenna element, the calculated transmission weights are stored, and the wireless signal processing unit corresponds to each of the terminal devices. Are added and combined for each frequency component, converted to a signal on the time axis based on the addition result for each frequency component, and transmitted from the corresponding antenna element.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記端末装置との空間多重伝送に周波数分割複信を用いる場合、前記端末装置と通信をしている期間において、前記無線信号処理部は常に前記受信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、受信ウエイト乗算部は常に前記受信ウエイトの乗算と加算合成とを行うことを特徴とする。   Also, in the present invention described above, when frequency division duplex is used for spatial multiplexing transmission with the terminal device, the radio signal processing unit is always in the period in which the terminal device is communicating. The reception signal is separated into signals for each frequency component, and the reception weight multiplication unit always performs multiplication of the reception weight and addition synthesis.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記端末装置との空間多重伝送に時分割複信を用いる場合、前記端末装置の受信に割り当てられている期間において、前記無線信号処理部は常に前記受信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、受信ウエイト乗算部は常に前記受信ウエイトの乗算と加算合成とを行うことを特徴とする。   Also, in the present invention described above, in the case where time division duplex is used for spatial multiplexing transmission with the terminal device, the radio signal processing unit is always in a period allocated for reception of the terminal device. The reception signal is separated into signals for each frequency component, and the reception weight multiplication unit always performs multiplication and addition synthesis of the reception weights.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置が行う無線通信方法であって、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出ステップと、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理ステップと、前記端末装置ごとに、該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理ステップにおいて分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算ステップと、前記受信ウエイト乗算ステップにおける前記端末装置それぞれに対応する加算合成結果に基づいて、該端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。   In addition, the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency. A wireless communication method performed by a base station apparatus in a wireless communication system capable of performing in-phase synthesis of signals received by a plurality of antenna elements based on a training signal transmitted from the terminal apparatus A reception weight for a component is calculated for each combination of the terminal device and the antenna element, and a transmission / reception weight calculation step for storing the calculated reception weight; and for each antenna element, a reception signal received by the antenna element is a frequency component A radio signal processing step for separating each signal, and for each terminal device, a frequency component and an antenna corresponding to the terminal device In the reception weight multiplication step, the reception weight multiplication step of multiplying the signal of each frequency component separated in the radio signal processing step by the combination with the child, and adding and combining the multiplication results for each frequency component, in the reception weight multiplication step Based on the result of addition synthesis corresponding to each terminal device, the presence / absence of a signal from the terminal device is determined, and when there is a signal from the terminal device, reception signal processing for performing reception processing on the addition synthesis result A wireless communication method comprising: steps.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出部と、前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理部と、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理部それぞれが分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算部と、前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記受信ウエイト乗算部による加算合成結果に基づいて、対応する端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。   In addition, the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses, and the base station apparatus and the terminal apparatus perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency. The base station apparatus receives each frequency component for in-phase combining signals received by the plurality of antenna elements based on a training signal transmitted from the terminal apparatus. A weight is calculated for each combination of the terminal device and the antenna element, a transmission / reception weight calculation unit for storing the calculated reception weight, and a reception signal provided for each antenna element and received by the antenna element for each frequency component A combination of a radio signal processing unit that separates signals and a frequency component provided for each of the terminal devices and an antenna element corresponding to the terminal device The reception weight multiplication unit that multiplies the corresponding reception weight by the signal of each frequency component separated by each of the radio signal processing units, and adds and synthesizes the multiplication result for each frequency component, and the terminal device provided for each terminal device The presence / absence of a signal from the corresponding terminal device is determined based on the result of addition / synthesis by the reception weight multiplication unit corresponding to, and if there is a signal from the terminal device, reception processing is performed on the addition / synthesis result A wireless communication system comprising a reception signal processing unit.

この発明によれば、基地局装置は、実際のデータ通信に先行して、所定のトレーニング信号を端末装置から受信することでチャネル情報を取得し、更に時間的に異なるタイミングで複数回に亘り取得されたチャネル情報の相対成分を平均化することでチャネル情報を精度良く推定し、このチャネル情報を用いて実際のデータ通信で複数端末装置を同時に空間多重する際に用いる固定的な受信ウエイトを事前に算出し、この空間多重の受信ウエイトを用いて受信処理を行う。
本発明によれば、基地局装置は通信対象の端末装置それぞれに一対一に対応する受信ウエイト乗算部及び受信信号処理部を備える。各受信ウエイト乗算部は自身に対応する端末装置とアンテナ素子及び周波数成分との組み合わせに対応する受信ウエイトを用いた加算合成を行い、各受信信号処理部は自身に対応する端末装置からの信号が受信ウエイトを乗算して加算合成された信号に含まれているか否かを判断し、当該信号が含まれているときに復調を行う。
これにより、基地局装置は、各端末装置に対する帯域の割り当てを把握することなしに、空間多重伝送された信号を復調することができる。すなわち、基地局装置は、各端末装置と1対1の通信を他の端末装置の通信を特に意識することなく並行して行うことができるため、各端末装置に対して全体としての空間多重を意識した帯域割り当てを行う必要がなく、各端末装置が必要とする帯域情報を把握しなくともよい。その結果、基地局装置は、各端末装置の帯域情報を把握するためのMACレイヤの効率を損なうことなく、各端末装置と空間多重伝送を行うことができる。
According to the present invention, prior to actual data communication, the base station apparatus acquires channel information by receiving a predetermined training signal from the terminal apparatus, and further acquires multiple times at different timings. By averaging the relative components of the received channel information, the channel information is accurately estimated, and a fixed reception weight to be used when simultaneously multiplexing multiple terminal apparatuses simultaneously in actual data communication using this channel information is obtained in advance. And reception processing is performed using this spatially multiplexed reception weight.
According to the present invention, the base station device includes a reception weight multiplication unit and a reception signal processing unit that correspond one-to-one with each terminal device to be communicated. Each reception weight multiplication unit performs addition synthesis using reception weights corresponding to a combination of a terminal device corresponding to itself, an antenna element, and a frequency component, and each reception signal processing unit receives a signal from the terminal device corresponding to itself. It is determined whether or not the signal is included in the addition-combined signal by multiplying the reception weight, and demodulation is performed when the signal is included.
As a result, the base station apparatus can demodulate the spatially multiplexed signal without knowing the band allocation to each terminal apparatus. That is, since the base station apparatus can perform one-to-one communication with each terminal apparatus in parallel without being particularly conscious of communication with other terminal apparatuses, the base station apparatus performs spatial multiplexing as a whole for each terminal apparatus. There is no need to perform conscious bandwidth allocation, and it is not necessary to grasp the bandwidth information required by each terminal device. As a result, the base station apparatus can perform spatial multiplexing transmission with each terminal apparatus without impairing the efficiency of the MAC layer for grasping the band information of each terminal apparatus.

本発明に係る実施形態における基地局装置400の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 400 in embodiment which concerns on this invention. 従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the radio relay system in a prior art. 従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the distributed antenna system in a prior art. 従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the channel feedback in a prior art. フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of a phased array antenna. マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the transmission weight matrix W in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the transmission part 81 in the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the receiving part 85 in the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. 本実施形態において用いる通信方式の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the communication system used in this embodiment. 本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。It is a figure which shows the example of installation of the base station apparatus with which the radio | wireless communications system which concerns on this invention comprises. 本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of the signal synthesis | combination which the base station apparatus which concerns on this invention performs. 本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the training signal in this invention. アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。It is a figure which shows the asymmetry of the channel information of an uplink and a downlink. キャリブレーションの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of calibration. 関連技術の構成例における基地局装置10の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 10 in the structural example of related technology. 同構成例における基地局装置10が備える受信部100の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the receiving part 100 with which the base station apparatus 10 in the same structural example is provided. 同構成例における送受信ウエイト算出部120の構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the transmission / reception weight calculation part 120 in the same structural example. 同構成例における基地局装置10における送信部140の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the transmission part 140 in the base station apparatus 10 in the same structural example. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the short time averaging process which acquires the channel information of the uplink in the same structural example. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the relative component acquisition process which acquires the relative component of the uplink channel information in the example of a structure. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the long-time averaging process of the uplink channel information in the same configuration example. 同構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which acquires the channel information of the downlink in the same structural example. 同構成例の基地局装置10における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which calculates the transmission weight and the reception weight in the base station apparatus 10 of the same structural example. 同構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 同構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 各構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other relative component acquisition process which acquires the relative component of the channel information of uplink in each structural example. 本実施形態における無線信号処理回路410の構成例(TDDの場合)を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example (in the case of TDD) of the radio signal processing circuit 410 in this embodiment. 本実施形態における無線信号処理回路410aの構成例(FDDの場合)を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example (in the case of FDD) of the radio | wireless signal processing circuit 410a in this embodiment. 本実施形態における基地局装置400の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 400 in this embodiment. 本実施形態における基地局装置400の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 400 in this embodiment.

[本発明の動作原理について]
本発明の本質の一つは、基地局装置が、基地局装置に備えられている多数の無線モジュールと、端末装置との間のチャネルの特性を示すチャネル情報の推定値を長時間に亘って測定し、チャネル情報の推定値の平均値に基づいて算出した送信ウエイト及び受信ウエイトを用いることにより、複数の無線モジュールを用いてチャネル時変動の影響を低減させながら、同位相合成を用いたコヒーレント伝送に伴う回線利得の獲得と、ピンポイントで同位相合成となる地域以外での低い回線利得を利用した高次の空間多重を実現することにある。
[Operational principle of the present invention]
One of the essences of the present invention is that the base station apparatus calculates an estimated value of channel information indicating channel characteristics between a large number of wireless modules provided in the base station apparatus and the terminal apparatus over a long period of time. By using transmission weights and reception weights that are measured and calculated based on the average value of the estimated channel information, it is possible to reduce the effects of channel time fluctuations using multiple wireless modules while coherent using in-phase synthesis. The purpose is to obtain a line gain associated with transmission and to realize high-order spatial multiplexing using a low line gain in an area other than the region where the same phase synthesis is performed at a pinpoint.

また、本発明は、上述のチャネル情報を平均して得られた推定値に基づいて算出した固定的な送信ウエイト及び受信ウエイトを用いて、各端末装置に対する送信処理及び受信処理を定常的に実施する。この際の受信ウエイトは、基地局装置の複数のアンテナにて受信されたある端末装置が送信した信号を、同位相で合成するための受信ウエイトである。同様に送信ウエイトは、基地局装置の複数のアンテナから送信される信号を端末装置にて同位相で合成されて受信できるようにするための送信ウエイトである。つまり、同時に空間多重する端末装置の組み合わせに依存せず、各端末装置で独立に設定可能な送受信ウエイトである。これらの受信ウエイト及び送信ウエイトを用い基地局装置は、ある端末装置に対して送信すべき送信信号の有無に拘わらずに送信ウエイトを用いた送信処理を行い、また、ある端末装置から受信すべき受信信号の有無に拘わらず受信ウエイトを用いた受信処理を行う。   In addition, the present invention steadily performs transmission processing and reception processing for each terminal device using fixed transmission weights and reception weights calculated based on the estimated values obtained by averaging the above channel information. To do. The reception weight at this time is a reception weight for combining signals transmitted from a certain terminal apparatus received by a plurality of antennas of the base station apparatus in the same phase. Similarly, the transmission weight is a transmission weight for allowing signals transmitted from a plurality of antennas of the base station apparatus to be combined and received by the terminal apparatus in the same phase. That is, it is a transmission / reception weight that can be set independently in each terminal device, without depending on the combination of terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously. Using these reception weights and transmission weights, the base station apparatus performs transmission processing using transmission weights regardless of whether there is a transmission signal to be transmitted to a certain terminal apparatus, and should also receive from a certain terminal apparatus. Reception processing using reception weights is performed regardless of the presence or absence of reception signals.

具体的には、基地局装置は、複数のアンテナで受信した受信信号それぞれを周波数軸上の信号に変換し、変換により得られた各周波数成分に対し、想定する端末装置、アンテナ及び周波数成分ごとに対応する受信ウエイトを乗算し、各周波数成分において各アンテナに対応する受信ウエイトの乗算結果を全アンテナに亘り加算合成する。このとき、各周波数成分に乗算される受信ウエイトは、アンテナ、周波数成分、及び端末装置の組み合わせに対応し、予め算出されたものである。   Specifically, the base station device converts each received signal received by a plurality of antennas into a signal on the frequency axis, and for each frequency component obtained by the conversion, for each assumed terminal device, antenna, and frequency component Is multiplied by the reception weight corresponding to each antenna, and the multiplication result of the reception weight corresponding to each antenna in each frequency component is added and synthesized over all antennas. At this time, the reception weight multiplied by each frequency component is calculated in advance corresponding to the combination of the antenna, the frequency component, and the terminal device.

ここで、ある端末装置のみが基地局装置に信号を送信する場合について考える。基地局装置において、信号を送信した端末装置に対応する受信ウエイトを受信信号に乗算した場合、多数のアンテナで受信した受信信号それぞれが同位相合成されて有意な受信レベルの信号となり信号を検出することができる。一方、他の端末装置に対応する受信ウエイトを受信信号に乗算した場合、各アンテナの信号がランダムな位相で加算合成されることになり、その結果得られる信号の受信レベルは非常に低い信号となり信号を検出することができない。すなわち、各端末装置に対応する受信ウエイトを用いて全周波数成分(ないしは一部の周波数成分でも良い)の信号を合成すると、信号を送信した端末装置に対応する受信ウエイトを用いて得られた合成結果において有意な受信レベルの信号を検出することができ、当該端末装置から信号が送信されたことを把握することができる。一方、端末装置が信号を送信していない場合には、上述の受信ウエイトを用いて得られた合成結果においても有意な受信レベルの信号が検出されず、当該端末装置から信号が送信されていないことを把握することができる。   Here, consider a case where only a certain terminal device transmits a signal to the base station device. In the base station apparatus, when the reception signal corresponding to the terminal apparatus that transmitted the signal is multiplied by the reception signal, the reception signals received by the multiple antennas are combined in phase to detect a signal having a significant reception level. be able to. On the other hand, when the reception signal corresponding to another terminal device is multiplied by the reception signal, the signals of each antenna are added and synthesized with a random phase, and the reception level of the resulting signal is a very low signal. The signal cannot be detected. That is, when the signals of all frequency components (or a part of the frequency components may be used) are synthesized using the reception weight corresponding to each terminal device, the synthesis obtained using the reception weight corresponding to the terminal device that transmitted the signal As a result, a signal having a significant reception level can be detected, and it can be grasped that the signal is transmitted from the terminal device. On the other hand, when the terminal device does not transmit a signal, a signal having a significant reception level is not detected even in the synthesis result obtained using the above-described reception weight, and no signal is transmitted from the terminal device. I can understand that.

基地局装置は、上述の受信ウエイトを用いた受信処理を行うことにより、各端末装置が信号を送信したか否かを把握することができるので、各端末装置の信号送信の有無を事前に把握せずとも各端末装置からの信号を受信することができる。すなわち、基地局装置は、収容した全ての端末装置それぞれに対応する受信処理を行う受信信号処理回路を備えることにより、各端末装置からの送信される信号の有無を事前に把握せずとも各端末装置から信号を受信することができるようになり、この結果、各端末装置に対する無線リソースの割り当て管理を省略することが可能になる。   The base station apparatus can grasp whether or not each terminal apparatus has transmitted a signal by performing the reception process using the above-described reception weight, so it can grasp in advance whether or not each terminal apparatus has transmitted a signal. Without being able to receive the signal from each terminal device. That is, the base station device includes a reception signal processing circuit that performs reception processing corresponding to each of all the accommodated terminal devices, so that each terminal can be determined without knowing in advance whether or not there is a signal transmitted from each terminal device. As a result, it becomes possible to receive a signal from the device, and as a result, it is possible to omit the assignment management of the radio resource to each terminal device.

同様に、基地局装置から端末装置へ信号を送信する際にも、上述の送信ウエイトを用いた送信処理を行うことにより、複数のアンテナから送信された信号が所望の端末装置で同位相合成され、当該端末装置宛の信号が有意な受信レベルの信号として当該端末装置において検出されるようにすることができる。このとき、他の端末装置においては同位相合成ではなくランダムな位相合成となるため、有意な受信レベルの信号として検出されない。換言すると、チャネル情報を平均して得られた推定値に基づいて算出した送信ウエイトを用いることにより、他の端末装置宛の信号の有無に拘わらずに、所望の端末装置宛の信号を送信することができる。   Similarly, when transmitting a signal from a base station apparatus to a terminal apparatus, the signals transmitted from a plurality of antennas are in-phase synthesized by a desired terminal apparatus by performing the transmission processing using the transmission weight described above. The signal addressed to the terminal device can be detected by the terminal device as a signal having a significant reception level. At this time, in other terminal apparatuses, since the phase synthesis is not random phase synthesis but random phase synthesis, it is not detected as a signal having a significant reception level. In other words, by using a transmission weight calculated based on an estimated value obtained by averaging channel information, a signal addressed to a desired terminal apparatus is transmitted regardless of the presence / absence of a signal addressed to another terminal apparatus. be able to.

このように、本発明における基地局装置では、チャネル情報を平均化して得られた推定値に基づいて算出した送信ウエイト及び受信ウエイトを用いて定常的に送受信処理を行うことにより、基地局集中制御による各端末装置に対する無線リソースの割り当て管理を行わずとも、各端末装置との間で空間多重された伝送を行うことができる。更に、通信の対象となる端末装置ごとに、受信処理と送信処理とを行う処理部を基地局装置が個別に備えることで、各端末装置との通信を独立且つ並行に行うことができる。これにより、各端末装置が必要とする帯域を帯域要求用の制御情報などを用いて把握する必要がなくなり、余計な制御信号を送受信することによるオーバーヘッドを回避し、MACレイヤの効率を損なうことなく複数の端末装置と空間多重伝送を行うことができる。   As described above, in the base station apparatus according to the present invention, base station centralized control is performed by regularly performing transmission / reception processing using transmission weights and reception weights calculated based on estimated values obtained by averaging channel information. Therefore, it is possible to perform spatially multiplexed transmission with each terminal device without performing the allocation management of radio resources to each terminal device. Furthermore, since the base station device individually includes a processing unit that performs reception processing and transmission processing for each terminal device to be communicated, communication with each terminal device can be performed independently and in parallel. This eliminates the need to grasp the bandwidth required for each terminal device using bandwidth request control information, avoids overhead due to transmission / reception of unnecessary control signals, and does not impair the efficiency of the MAC layer. Spatial multiplexing transmission can be performed with a plurality of terminal devices.

[本発明のベースとなる関連技術の概要]
以上に記した本発明の動作概要を実現するために、そのベースとなる関連技術について以下に説明を行う。以降の説明における関連技術とは、先に説明したコヒーレント伝送における無線中継システム、分散アンテナシステム、フェーズドアレイアンテナ技術、及びマルチユーザMIMO技術などの従来技術をさすものではなく、本発明を実現する際に組み合わせて利用するそのベースとなる技術を意味している。つまり本発明は、物理レイヤにおける処理及び動作原理的には、以下に示す関連技術の構成例に示す動作をベースとしている。そして、その特徴を利用しながらも、装置構成及び処理内容の一部を修正することで、MACレイヤの処理を簡易化することを可能にしている。なお、以下に示す本発明のベースとなる関連技術の構成例に示す処理においては、空間多重に用いる送受信ウエイトは空間多重する端末装置の組み合わせに依存せず、且つ時間とともに変動しない固定的な送受信ウエイトであるために、制御が大幅に簡易化されている。
以下、前提条件、システムの設置例などから順番に説明を行う。
[Outline of related technology on which the present invention is based]
In order to realize the outline of the operation of the present invention described above, the related technology as a base will be described below. The related technology in the following description does not refer to the conventional technologies such as the wireless relay system, the distributed antenna system, the phased array antenna technology, and the multiuser MIMO technology in the coherent transmission described above. This means the base technology used in combination. In other words, the present invention is based on the operation shown in the configuration example of the related technology described below in terms of processing and operation principle in the physical layer. And while utilizing the feature, it is possible to simplify the processing of the MAC layer by correcting a part of the apparatus configuration and processing contents. In the processing shown in the configuration example of the related technology that forms the basis of the present invention described below, the transmission / reception weight used for spatial multiplexing does not depend on the combination of terminal devices that perform spatial multiplexing, and does not vary with time. Due to the weight, the control is greatly simplified.
In the following, description will be made in order starting from the preconditions and system installation examples.

(前提条件)
まず本発明の前提条件としては、基地局装置において送信する信号と受信する信号とが混信しない通信を前提としている。図13は、本実施形態において用いる通信方式の例を示す図である。この混信を回避するため、本無線通信システムは、WiMAX等で用いられている通信方式であって図13(A)に示されている送信と受信とが行われる時間が異なる時分割複信(Time Division Duplex:TDD)方式、ないしは図13(B)に示されている送信と受信とで利用する周波数帯域が異なる周波数分割複信(Frequency Division Duplex:FDD)方式のいずれかを用いる。このように、本発明では、送信と受信とが時間的ないしは周波数的に分離されている無線通信システムを想定している。
(Prerequisite)
First, the precondition of the present invention is premised on communication in which a signal to be transmitted and a signal to be received in the base station apparatus do not interfere with each other. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a communication method used in the present embodiment. In order to avoid this interference, this wireless communication system is a communication method used in WiMAX and the like, and time-division duplex (in which transmission and reception times shown in FIG. Either the Time Division Duplex (TDD) method or the Frequency Division Duplex (FDD) method using different frequency bands for transmission and reception shown in FIG. 13B is used. Thus, the present invention assumes a wireless communication system in which transmission and reception are separated in terms of time or frequency.

さらには、OFDMシンボルタイミングは、基地局装置と端末装置との間においてタイミング同期が図られているものとする。このタイミング同期を図る方法としては、例えばGPSなどのシステムを利用した同期であっても良いし、他の如何なる方法であっても構わない。シンボルタイミング同期の精度としては、そのタイミング同期の誤差が、OFDMシンボルに含まれているガードインターバル長よりも十分に小さければよい。例えばWiMAXなどでは1OFDMシンボル長が約100μ秒、ガードインターバル長も約20μ秒であるので、GPSよりも同期精度の低い電波時計や他の様々な方法を活用することも可能である。   Further, it is assumed that the OFDM symbol timing is synchronized in timing between the base station apparatus and the terminal apparatus. As a method for achieving this timing synchronization, for example, synchronization using a system such as GPS may be used, or any other method may be used. As the accuracy of symbol timing synchronization, the timing synchronization error only needs to be sufficiently smaller than the guard interval length included in the OFDM symbol. For example, in WiMAX or the like, one OFDM symbol length is about 100 μs and a guard interval length is about 20 μs. Therefore, it is possible to use a radio clock or other various methods having a synchronization accuracy lower than that of GPS.

また本発明では、各無線モジュールと端末装置との見通しが必ずしも確保できている必要はないが、無線モジュールと端末装置とは比較的高所に固定されていることが推奨される。この場合、各無線モジュールと端末装置との間の伝送路(チャネル)は、「直接的な見通し波」と、固定的な巨大な建築物等による「安定した反射波」と、地上(低所)付近の車や人などの「移動を伴う物体からの多重反射波」とが混在したものとみなすことができる。この場合、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とは、「移動を伴う物体からの多重反射波」に比べ、受信レベルが相対的に高く、更に時変動が小さい。一方、「移動を伴う物体からの多重反射波」は、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とに比べ、受信レベルが低く、時変動が大きく激しい。   Further, in the present invention, it is not always necessary to ensure the prospect of each wireless module and the terminal device, but it is recommended that the wireless module and the terminal device are fixed at a relatively high place. In this case, the transmission path (channel) between each wireless module and the terminal device is a “direct line-of-sight wave”, a “stable reflected wave” by a fixed huge building, etc. ) It can be regarded as a mixture of “multiple reflected waves from objects with movement” such as nearby cars and people. In this case, the “direct line-of-sight wave” and the “stable reflected wave” have a relatively high reception level and smaller time fluctuation than the “multiple reflected wave from the moving object”. On the other hand, “multiple reflected waves from a moving object” has a lower reception level and a large fluctuation with time compared to “direct line-of-sight waves” and “stable reflected waves”.

何らかのチャネル推定用の信号(以降、「トレーニング信号」と呼ぶ)を連続的、又は間欠的に長時間に亘り送信し、受信側では受信した信号を長時間に亘り平均化すると、その結果、「移動を伴う物体からの多重反射波」の信号は、そのランダム性故に複素位相及び振幅の変動の平均値はゼロに近づく。一方で、「直接的な見通し波」及び「安定的な反射波」に関する成分は非ゼロの一定値に収束する。結果的に、時変動成分が相対的に小さな安定したパスに相当するチャネル推定結果が抽出されることになる。   A signal for channel estimation (hereinafter referred to as “training signal”) is transmitted continuously or intermittently over a long period of time, and the received signal is averaged over a long period of time. Because of the randomness of the “multiple reflected wave from the object with movement” signal, the average value of the variation of the complex phase and amplitude approaches zero. On the other hand, components related to “direct line-of-sight wave” and “stable reflected wave” converge to a non-zero constant value. As a result, a channel estimation result corresponding to a stable path with a relatively small time variation component is extracted.

なお、従来技術におけるコヒーレント伝送の説明においては「無線モジュール」とは「中継局」又は分散アンテナシステムにおける「リモート基地局」であった。これらは、当然ながら従来技術における制御局ないしは基地局から物理的に離れた場所に位置していた。分散アンテナシステムを例にとれば、複数のセルの中心にリモート基地局が位置する形態であるし、無線を用いた中継局であれば、無線を用いる必要があるほどには離れていることになる。しかし、本発明で意図する個別の無線モジュールからの信号の(送信及び受信の両方に対しての)同位相合成においては、必ずしも無線モジュールをリモート基地局や中継局のように遠くまで離す必要はない。
また、各無線モジュールのアンテナ素子とアンテナ素子の間隔が、通信の搬送波周波数の波長よりも小さくなると、アンテナ素子間の相互結合により想定している信号の同位相合成が乱される可能性があるが、概ね1波長以上の間隔がアンテナ素子相互に確保されていれば、この問題は回避できる。
In the description of coherent transmission in the prior art, the “wireless module” is “relay station” or “remote base station” in the distributed antenna system. Of course, these are physically located away from the control station or base station in the prior art. Taking a distributed antenna system as an example, a remote base station is located at the center of a plurality of cells, and if it is a relay station using radio, it is far enough to use radio Become. However, in the same phase synthesis (for both transmission and reception) of signals from individual radio modules intended in the present invention, it is not always necessary to separate the radio modules as far as remote base stations and relay stations. Absent.
In addition, if the distance between the antenna elements of each wireless module is smaller than the wavelength of the carrier frequency of communication, the assumed in-phase synthesis of signals may be disturbed due to mutual coupling between the antenna elements. However, this problem can be avoided if an interval of approximately one wavelength or more is ensured between the antenna elements.

つまり、本発明においては1波長以上の間隔が相互に確保された多数のアンテナ素子が、一つの基地局装置に接続された構成が基本となる。当然ながら、各アンテナ素子から送受信される信号は送受信ウエイトの係数が異なるため、アンテナ素子ごとに、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯におけるRF(Radio Frequency:無線周波数)回路が個別に設けられるとともに、接続されており、これらが一つの無線モジュールを構成する。
これまでの説明においては、各無線モジュールが物理的に制御局などと異なる場所に離散的に配置されていたために、アンテナ素子とほぼ一体型の無線モジュールを意図して「無線モジュール」という用語で様々な説明を行っていたが、本発明においては制御局と多数の無線モジュールが1箇所に集約され、一般的には一つの基地局装置という形態が自然であるため、その実現の構成によっては「無線モジュール」という表現が適切でない場合がありうる。
That is, the basic configuration of the present invention is that a large number of antenna elements each having an interval of one wavelength or more are secured to one base station apparatus. Of course, since the signals transmitted and received from each antenna element have different transmission and reception weight coefficients, each antenna element has a separate RF (Radio Frequency) circuit in the radio frequency band such as a high power amplifier, low noise amplifier, and filter. And are connected to each other to constitute one wireless module.
In the description so far, each wireless module is physically arranged discretely at a location different from the control station or the like, so the term “wireless module” is intended to be a wireless module that is almost integrated with the antenna element. Although various explanations have been given, in the present invention, a control station and a large number of wireless modules are integrated in one place, and generally, a form of one base station apparatus is natural. The expression “wireless module” may not be appropriate.

例えば、機能的にはベースバンド信号処理等の制御局に相当する機能と複数のハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯でのRF回路の機能が一つの筐体内に実装され、その筐体と多数のアンテナ素子間を同軸ケーブルで接続する構成を想定するならば、送受信時のアンプ、フィルタ系での振幅/複素位相の変動に対する補正を行うことを考慮した上で、「端末装置と無線モジュール間のチャネル情報」という表現は実質的には「端末装置のアンテナ素子と無線モジュールのアンテナ素子間のチャネル情報」と表現されることが多い。したがって、以降、チャネルの説明においては無線モジュールという用語の代わりにアンテナ素子という用語を用いて説明することにする。   For example, functionally, a function corresponding to a control station such as baseband signal processing and a function of an RF circuit in a radio frequency band such as a plurality of high power amplifiers, low noise amplifiers, filters, etc. are mounted in one casing, If a configuration is assumed in which a casing and a large number of antenna elements are connected by a coaxial cable, it is necessary to consider correction for fluctuations in amplitude / complex phase in amplifiers and filter systems during transmission and reception. In many cases, the expression “channel information between the wireless module and the wireless module” is substantially expressed as “channel information between the antenna element of the terminal device and the antenna element of the wireless module”. Therefore, hereinafter, in the description of the channel, the term “antenna element” will be used instead of the term “wireless module”.

(無線通信システムの設置例と関連技術の基本原理)
図14は、本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。同図において、符号11は基地局装置が設置されている建築物を示し、符号12−1〜12−2は端末装置を示し、符号13−1〜13−4は基地局装置が備えているアンテナ素子を示し、符号14−1〜14−3は地上の移動体を示し、符号15−1〜15−2は大型の建築物(当然、静止状態)を示している。
(Installation example of wireless communication system and basic principle of related technology)
FIG. 14 is a diagram illustrating an installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system according to the present invention. In the same figure, the code | symbol 11 shows the building in which the base station apparatus is installed, the code | symbols 12-1 to 12-2 shows a terminal device, and the code | symbols 13-1 to 13-4 are equipped with the base station apparatus. An antenna element is shown, the code | symbol 14-1 to 14-3 shows the mobile body on the ground, and the code | symbols 15-1 to 15-2 have shown the large sized building (naturally a stationary state).

ここで、基地局装置が備えるアンテナ素子13−1〜13−4は、建築物11の屋上など非常に高所に設置されている。端末装置12−1〜12−2は、電信柱などの上や、一般のビルの屋上など、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4よりは相対的に低所であるかも知れないが、比較的高所に設置されている。一方、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4や、端末装置12−1〜12−2よりも比較的低所に位置する場所には、地上の移動体14−1〜14−3である車に加え、人や風に揺れる樹木など、ランダムに変動する反射波の起点(反射点)が多数存在する。   Here, the antenna elements 13-1 to 13-4 included in the base station apparatus are installed in a very high place such as the roof of the building 11. The terminal devices 12-1 to 12-2 may be relatively lower than the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device such as a telephone pole or a general building rooftop. However, it is installed at a relatively high place. On the other hand, the mobile units 14-1 to 14-3 on the ground are located in places relatively lower than the antenna elements 13-1 to 13-4 and the terminal devices 12-1 to 12-2 of the base station apparatus. In addition to cars, there are many starting points (reflective points) of reflected waves that fluctuate randomly, such as people and trees swaying in the wind.

例えば、端末装置12−1と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、見通し環境(図中、太い実線の矢印で直接波を表示)にある。一方、端末装置12−2と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、大型の建築物15−2の遮蔽により見通し環境にはないが、大型の建築物15−1などの反射体があり、安定した反射波(図中、太い実線の矢印で表示)が到達している。   For example, the terminal device 12-1 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment (direct waves are indicated by thick solid arrows in the figure). On the other hand, although the terminal device 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are not in the line-of-sight environment due to the shielding of the large building 15-2, the large building 15-1 or the like And a stable reflected wave (indicated by a thick solid arrow in the figure) has reached.

また、見通し環境の端末装置12−1にとって、見通し波以外に大型の建築物による安定的な反射波が存在し、常にそれらが合成されて信号が到達する状況であるかもしれない。このような太い実線の矢印で表した信号を安定的な入射波とみなす。一方、地上の移動体14−1〜14−3等からの反射波は、多数回のランダムな多重反射として到達する信号が多く、相対的に受信される信号のレベルは低く、更に複素位相成分及び振幅は時間とともにランダムに変動する。
多数の微弱かつランダムな波を合成すると、その結果得られる信号は、安定的な入射波に対して相対的に信号強度が小さい。したがって、「安定的な入射波」に「ランダムな多重反射波」を合成して得られる「時変動する入射波」は、「安定的な入射波」の周りに微小な誤差が加わった信号と見ることができる。
In addition, for the terminal device 12-1 in the line-of-sight environment, there may be a situation where a stable reflected wave due to a large building exists in addition to the line-of-sight wave, and these signals are always combined to reach the signal. A signal represented by such a thick solid arrow is regarded as a stable incident wave. On the other hand, the reflected waves from the mobile bodies 14-1 to 14-3 on the ground have many signals that arrive as many random multiple reflections, and the level of the signal received is relatively low, and the complex phase component And the amplitude varies randomly with time.
When a number of weak and random waves are combined, the resulting signal has a relatively low signal strength relative to a stable incident wave. Therefore, the “time-varying incident wave” obtained by combining the “stable incident wave” with the “random multiple reflected wave” is a signal in which a minute error is added around the “stable incident wave”. Can see.

次に、このような状況において、基地局装置が行う信号の合成について説明する。
図15は、本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。ここでは、一例として、図14における端末装置12−1から送信された信号を、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4にて受信した際に、適切な受信ウエイトを用いて合成する場合を示している。
基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4では、「時変動する入射波」を受信している。これらを合成する際に用いる受信ウエイトは、「安定的な入射波」を基準にして、各アンテナ素子での信号が同位相合成されるように定められている。図15において点線で示した信号は、「安定的な入射波」に対して受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子13−1〜13−4で位相が同位相に揃えられた信号である。
Next, signal synthesis performed by the base station apparatus in such a situation will be described.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of signal combining operation performed by the base station apparatus according to the present invention. Here, as an example, when signals transmitted from terminal apparatus 12-1 in FIG. 14 are received by antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus, they are combined using appropriate reception weights. Shows the case.
The antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus receive the “incident wave that varies with time”. The reception weight used when combining these signals is determined so that the signals at the respective antenna elements are combined in phase with the “stable incident wave” as a reference. The signal indicated by the dotted line in FIG. 15 is a signal in which the “stable incident wave” is multiplied by the reception weight and the phase is aligned in the same phase in each of the antenna elements 13-1 to 13-4.

実際の「時変動する入射波」に受信ウエイトを乗算した信号、即ち図15における細い実線で示した「時変動する入射波」は、点線で示した「安定的な入射波」から微小にずれているため厳密には各アンテナ素子で同位相合成とはなっていないが、「時変動する入射波」は「安定的な入射波」に近い振る舞いを示すため、多数のアンテナ素子の信号を「安定的な入射波」を基準にして設定した受信ウエイトを用いて合成すると、太い実線で示した大きな振幅の合成された信号となる。つまり、基地局装置で用いるアンテナ素子の数を膨大な数に増やせば、統計的な効果として各アンテナ素子の「安定的な入射波」成分は同位相合成され、「ランダムな多重反射波」は相互に打ち消しあうために、「安定的な入射波」に対して時変動成分は相対的に非常に小さなレベルに抑えられる。
ここで、図14及び図15の説明においては、あくまでも簡単のために基地局装置に4本のアンテナ素子を備える場合について説明を行ったが、以下に示すように、本発明では非常に多数のアンテナ素子を備えることで統計的な効果を得ることが可能になる。
The actual “time-varying incident wave” multiplied by the reception weight, that is, the “time-varying incident wave” indicated by the thin solid line in FIG. 15 is slightly shifted from the “stable incident wave” indicated by the dotted line. Strictly speaking, each antenna element does not have the same phase composition, but the “time-varying incident wave” behaves close to a “stable incident wave”. When combined using the reception weight set with “stable incident wave” as a reference, a combined signal having a large amplitude indicated by a thick solid line is obtained. In other words, if the number of antenna elements used in the base station apparatus is increased to an enormous number, the “stable incident wave” component of each antenna element is in-phase synthesized as a statistical effect, and the “random multiple reflected wave” is In order to cancel each other, the time-varying component with respect to the “stable incident wave” is relatively suppressed to a very small level.
Here, in the description of FIG. 14 and FIG. 15, the case where the base station apparatus is provided with four antenna elements has been described for the sake of simplicity. A statistical effect can be obtained by providing the antenna element.

なお、この「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成は、送信時に用いる送信ウエイトと受信時に用いる受信ウエイトの双方において同様に利用することができる。基地局装置で用いる送受信ウエイトはチャネル推定結果に基づき算出されるものであるが、そのチャネル推定は基地局装置が送信するトレーニング信号を端末装置で受信して行っても、端末装置が送信する信号を基地局装置で受信してチャネル推定しても構わない。一般的に、ダウンリンクとアップリンクのチャネル情報は送信/受信に用いるアンプ/フィルタ等が異なるために非対称であるが、アップリンクのチャネル推定結果とダウンリンクのチャネル推定結果には所定の換算式が成り立ち、後述するキャリブレーション処理を用いれば、端末装置が送信したトレーニング信号を基地局装置の全てのアンテナ素子で同時に受信し、その結果を用いたチャネル推定によりアップリンクのチャネル情報を取得し、これに所定の換算式を適用することでダウンリンク方向のチャネル情報を取得することが可能である。   The in-phase synthesis of a statistical signal based on this “stable incident wave” can be used in the same way for both the transmission weight used during transmission and the reception weight used during reception. The transmission / reception weight used in the base station apparatus is calculated based on the channel estimation result. Even if the channel estimation is performed by receiving the training signal transmitted by the base station apparatus by the terminal apparatus, the signal transmitted by the terminal apparatus May be received by the base station apparatus to estimate the channel. In general, downlink and uplink channel information is asymmetric because amplifiers / filters used for transmission / reception are different, but a predetermined conversion formula is used for the uplink channel estimation result and the downlink channel estimation result. If the calibration process described later is used, the training signal transmitted by the terminal device is simultaneously received by all the antenna elements of the base station device, and uplink channel information is obtained by channel estimation using the result, By applying a predetermined conversion formula to this, channel information in the downlink direction can be acquired.

以上に説明したように、基地局装置の各アンテナ素子と、各端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報に対する長時間に亘る平均化処理により、ランダムな時変動成分を抑制し、時間変動のない見通し波ないしは安定的な構造物等からの安定的な入射波を抽出することが可能になる。この抽出された長時間平均のチャネル情報を基に、ターゲットとする端末装置に対して同位相合成を行うことで、高い回線利得を獲得することが可能となる。一般に、ある1本のアンテナ素子から送信された信号が別の場所の1本のアンテナ素子で受信される際の振幅を1としたときに、N本のアンテナ素子から送信された信号を同位相合成すると、受信信号の振幅の期待値はN倍になる。受信電力は振幅の2乗に比例するので、受信電力はN倍となる。つまり10Log10(N)[dB]の利得を得ることが可能になり、Nが仮に100であれば同位相合成によるコヒーレント伝送に伴う回線利得は40[dB]に相当する。 As explained above, by the averaging process over a long time for the channel information between each antenna element of the base station apparatus and the antenna element of each terminal apparatus, random time-varying components are suppressed, It is possible to extract a stable incident wave from no line-of-sight wave or a stable structure. Based on the extracted long-term average channel information, high phase gain can be obtained by performing in-phase synthesis on the target terminal device. In general, when an amplitude when a signal transmitted from one antenna element is received by one antenna element in another location is 1, signals transmitted from N antenna elements are in phase. When combined, the expected value of the amplitude of the received signal becomes N times. Since the received power is proportional to the square of the amplitude, the received power is N 2 times. That is, a gain of 10 Log 10 (N 2 ) [dB] can be obtained. If N is 100, the line gain associated with coherent transmission by in-phase combining corresponds to 40 [dB].

次に、与・被干渉の低減を利用した高次の空間多重に関して説明する。上述の同位相合成は、特定の端末装置をターゲットにして行うものであり、当該端末装置に対してのみピンポイントで高い回線利得を得ることができる。例えば、図14の端末装置12−1に対して同位相合成を行えば、端末装置12−2のように同位相合成とならない他の地点では、ランダムな位相合成となる。図14では基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4が4素子の場合を示したが、アンテナ素子がN本の場合、ランダムな位相合成の結果、期待値として受信電力はN倍になる。このような状況で、2つの信号系列を同時に空間多重した場合、同位相合成がなされている希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子1本あたりN倍であるのに対して、干渉となる非希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子1本あたりN倍となる。そのため、相対的なSIR値は10Log10(N)[dB]となる。 Next, high-order spatial multiplexing using reduction of given / interfered will be described. The in-phase synthesis described above is performed with a specific terminal device as a target, and a high line gain can be obtained pinpoint only for the terminal device. For example, if in-phase combining is performed on the terminal device 12-1 in FIG. 14, random phase combining is performed at other points where in-phase combining is not performed, such as the terminal device 12-2. Although FIG. 14 shows a case where the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus are four elements, when N antenna elements are used, the received power is increased N times as an expected value as a result of random phase synthesis. Become. In such a situation, when two signal sequences are simultaneously spatially multiplexed, the desired signal having the same phase composition is interfered with the line gain being N 2 times per transmission antenna element. For undesired signals, the line gain is N times per transmission antenna element. Therefore, the relative SIR value is 10 Log 10 (N) [dB].

このように、送信アンテナ素子の数(N)が仮に100であれば、空間多重を行いながらも期待値として20[dB]のSIRを稼ぐことができる。つまり、図14における太い実線で示した二つのパスを利用し、端末装置12−1及び端末装置12−2の両方と基地局装置との通信を同時に同一周波数帯で実施することが可能となる。
通常、アンテナの本数が膨大な場合に、一般的なマルチユーザMIMO技術で空間多重を行う際、アンテナの本数の3乗に比例する信号処理の演算量が見込まれるため、回路規模的に現実的な数のアンテナ素子による運用が強いられてきた。特に、重要なのはある端末装置への信号が他の端末装置に対して干渉とならないようにするためのヌル制御であるが、本発明においてはこのヌル制御を実現するための送受信ウエイトの算出をリアルタイムで行う必要がなく、事前に算出したウエイトを読み出す形で通信における信号処理を実現できる。このため、多数のアンテナ素子を利用しながらも、運用中の演算量及び回路規模を抑えた高次の空間多重が実現可能である。さらには、本発明では上述のヌル制御を行わずとも、もともとある程度高いSIRを確保することができ、このためチャネル時変動により多少ヌル制御が破れてもSIR値は比較的高いままで、安定的に空間多重を行うことができるという特徴も併せ持つ。
Thus, if the number (N) of transmitting antenna elements is 100, an SIR of 20 [dB] can be earned as an expected value while performing spatial multiplexing. That is, using the two paths indicated by thick solid lines in FIG. 14, it is possible to simultaneously perform communication between both the terminal device 12-1 and the terminal device 12-2 and the base station device in the same frequency band. .
Usually, when the number of antennas is enormous, when performing spatial multiplexing with a general multi-user MIMO technique, the amount of computation of signal processing proportional to the cube of the number of antennas is expected. Operation with a large number of antenna elements has been forced. Particularly important is null control to prevent a signal to a certain terminal device from interfering with other terminal devices. In the present invention, calculation of transmission / reception weights for realizing this null control is performed in real time. The signal processing in communication can be realized by reading the weight calculated in advance. For this reason, it is possible to realize high-order spatial multiplexing with a reduced calculation amount and circuit scale during operation while using a large number of antenna elements. Furthermore, in the present invention, a high SIR can be secured originally without performing the above-described null control. For this reason, even if the null control is broken to some extent due to channel fluctuation, the SIR value remains relatively high and stable. It also has the feature of being able to perform spatial multiplexing.

なお、先ほどの例を基に説明を行えば、送信アンテナの数(N)が100である場合、10系統の信号を空間多重すると干渉電力は相対的に約10倍となるために、SIRの期待値は約10[dB]となる。もちろん、平均SIR値が10[dB]でもある程度の分布の広がりがあるため、所要SIR値が10[dB]の場合でも10多重ないしはそれ以上の空間多重を行うためには、SIR特性が良好な端末装置の組み合わせを行うスケジューリング機能や、干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることが好ましい。ただし、ここで行うスケジューリング機能及び指向性制御機能は、時間とともに変動するチャネル情報を反映したリアルタイムの制御を前提とする必要はなく、先に説明した長時間平均により時変動成分を平均化した固定的なチャネル情報を用いて行うことができる。そのため、通信を行うたびに逐次複雑な信号処理を行うことを避け、通信の開始の前に行う事前処理において、その負荷の大きい処理を完了させ、処理の結果を用いた運用を行うことにより、運用中の負荷を低減させることができる。本発明は、上述のようにヌル制御なしでもSIR特性に優れる安定的な条件を構築するとともに、更に干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることで、より高次の空間多重を安定的に実現可能とする。   If the number of transmitting antennas (N) is 100, the interference power will be approximately 10 times relatively large when 10 signals are spatially multiplexed. The expected value is about 10 [dB]. Of course, even if the average SIR value is 10 [dB], there is a certain extent of distribution. Therefore, even when the required SIR value is 10 [dB], in order to perform 10 or more spatial multiplexing, the SIR characteristic is good. It is preferable to combine a scheduling function for combining terminal devices and a directivity control function for performing interference suppression. However, the scheduling function and directivity control function performed here do not need to be premised on real-time control reflecting channel information that varies with time, and the time-varying component is averaged by the long-time averaging described above. Channel information can be used. Therefore, avoiding performing complicated signal processing sequentially every time communication is performed, in the pre-processing performed before the start of communication, by completing the heavy processing, and using the processing results, The load during operation can be reduced. As described above, the present invention constructs a stable condition that excels in SIR characteristics without null control as described above, and further stabilizes higher-order spatial multiplexing by combining a directivity control function for performing interference suppression. To be feasible.

このように本発明では、リアルタイムのチャネル情報を用いて厳密な同位相合成を目指す代わりに、厳密な送受信ウエイトからは若干の誤差を伴う送受信ウエイトであったとしてもある程度の誤差以内に抑えられる送受信ウエイトを用い、多数のアンテナ素子を用いて合成することで統計的な効果により安定的かつ高い回線利得を引き出す準最適な同位相合成を目指す点が第1の重要なポイントである。
更に本発明では、送受信ウエイトはチャネルの時変動を意識することなく固定的な値となるため、例えば通信サービスの運用開始前に事前に取得しておけば、データの送受信を行うサービス運用時には、個々に演算をすることなく単純にメモリに記憶された送受信ウエイトを読み出すだけで良いため、通信に用いるアンテナ素子数を膨大な数に増やしたとしても信号処理の負荷を低く抑えることが可能であり、この点が第2の重要なポイントである。
更に本発明では、通信の都度、送受信ウエイトの算出のために個別のアンテナ素子間のチャネル推定を行わないので、空間多重数と同数のチャネル推定用のプリアンブル信号を付与する必要がない。このため、OFDM変調方式を用いる場合を例に取れば、従来であれば10多重の空間多重のためには異なる10シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号が必要であったが、本発明では空間多重数に依存せずに1シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号で足りることになる。この結果、MACレイヤの効率の低下を抑えて高次の空間多重を実施することが可能となり、この点が第3の重要なポイントである。
以上の動作原理に対し、詳細な実施形態の説明の前に、これらを実現するための補足事項を以下に簡単に整理しておく。
Thus, in the present invention, instead of aiming at strict in-phase synthesis using real-time channel information, transmission / reception that can be suppressed within a certain amount of error even if there is a transmission / reception weight with a slight error from the strict transmission / reception weight. The first important point is to aim at quasi-optimal in-phase synthesis that draws stable and high line gain by a statistical effect by combining weights and using many antenna elements.
Furthermore, in the present invention, since the transmission / reception weight is a fixed value without being conscious of channel time fluctuations, for example, if it is acquired in advance before starting the operation of the communication service, Even if the number of antenna elements used for communication is increased to an enormous number, it is possible to keep the signal processing load low because it is only necessary to read the transmission / reception weights stored in the memory without performing individual calculations. This is the second important point.
Furthermore, in the present invention, channel estimation between individual antenna elements is not performed every time communication is performed, so that it is not necessary to assign the same number of channel estimation preamble signals as the spatial multiplexing number. For this reason, taking the case of using the OFDM modulation method as an example, conventionally, a preamble signal for channel estimation of 10 different symbols is required for 10 spatial multiplexing, but in the present invention, spatial multiplexing is used. A preamble signal for channel estimation of one symbol is sufficient without depending on the number. As a result, it is possible to perform higher-order spatial multiplexing while suppressing a decrease in the efficiency of the MAC layer, which is a third important point.
With respect to the above operating principle, supplementary matters for realizing these will be briefly described below before describing the detailed embodiment.

(チャネル推定の平均化処理について)
本発明に係る基地局装置は、「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成を行うための送受信ウエイトを用いることが特徴であるが、この「安定的な入射波」に対応したチャネル推定の概要について、ここで説明しておく。
先ほども説明した通り、基地局装置は、移動体において反射しランダムに変動する多重反射波の影響を取り除くことで「安定的な入射波」に関する成分を抽出する。基地局装置は、多数のアンテナ素子による統計的な効果を得る前段として、各アンテナ素子においても「安定的な入射波」に関する成分を抽出するために、基地局装置の各アンテナ素子と端末装置のアンテナ素子との間の個々のチャネルのチャネル推定を長時間に亘り実施し、その結果を平均化することで「安定的な入射波」に対応したチャネル情報を取得する。
(About channel estimation averaging processing)
The base station apparatus according to the present invention is characterized by using a transmission / reception weight for performing in-phase synthesis of a statistical signal based on a “stable incident wave”. An overview of the corresponding channel estimation will now be described.
As described above, the base station apparatus extracts a component related to a “stable incident wave” by removing the influence of multiple reflected waves that are reflected on a mobile object and randomly vary. In order to extract a component related to “stable incident wave” in each antenna element as a pre-stage to obtain a statistical effect by a large number of antenna elements, the base station apparatus extracts each antenna element and terminal apparatus Channel information corresponding to a “stable incident wave” is acquired by performing channel estimation of individual channels with the antenna element over a long period of time and averaging the results.

その具体的な取得方法を説明する前に、まず、図14における車等の移動体14−1〜14−3において反射する反射の影響について考える。これらの移動体からの反射波の状況は、移動体の位置があまり変位しない短時間ではそれ程大きくは変動しないが、これらの移動体が物理的に異なる位置に移動すれば反射波の影響は全く異なるものになることが予想される。つまり、移動体において反射しランダムな多重反射の状況がそれ程大きく変動しない短時間の間でチャネル情報の平均化処理を行ったとしても、ランダムな反射波の基になる移動体が大きく移動した際には、また別のチャネル状態になっていることが予想される。   Before describing the specific acquisition method, first, the influence of reflection reflected on the moving bodies 14-1 to 14-3 such as a car in FIG. 14 will be considered. The situation of the reflected waves from these moving bodies does not change so much in a short time when the positions of the moving bodies are not displaced so much, but if these moving bodies move to physically different positions, the influence of the reflected waves is absolutely not. Expect to be different. In other words, even if the channel information is averaged in a short period of time, where the state of multiple multiple reflections reflected on the mobile object does not change so much, the mobile object that is the basis of the random reflected wave moves greatly. Is expected to be in another channel state.

次に、この長時間平均のチャネル情報の求め方について、注意すべき点を中心に説明する。一般に、基地局装置のクロック信号と、端末装置のクロック信号とは完全に同期が取れておらず、ある程度の周波数誤差が存在する。例えば、OFDM変調方式やSC−FDE伝送技術のようなブロック伝送を行う場合には、1シンボルのシンボル周期(ないしはブロック周期)は少しずつシンボルタイミングが基地局装置と端末装置との間でずれることになり、このシンボルタイミングのずれは全周波数で共通の複素位相の回転として表れる。なお、基地局装置のクロック信号、及び端末装置のクロック信号は、A/D変換や、D/A変換を行う際のサンプリング周期を定めるクロック信号のことである。   Next, how to obtain the long-term average channel information will be described focusing on points to be noted. In general, the clock signal of the base station apparatus and the clock signal of the terminal apparatus are not completely synchronized, and there is some frequency error. For example, when performing block transmission such as OFDM modulation scheme or SC-FDE transmission technology, the symbol timing (or block cycle) of one symbol is slightly shifted between the base station apparatus and the terminal apparatus. This symbol timing shift appears as a common complex phase rotation at all frequencies. Note that the clock signal of the base station device and the clock signal of the terminal device are A / D conversion and a clock signal that determines a sampling period when performing D / A conversion.

同様の複素位相の回転という課題は、ベースバンド信号と無線周波数信号との間のアップコンバート、ダウンコンバートで用いるローカル発振器が出力する局部発振信号の基地局装置と端末装置との間の非同期性や周波数誤差によっても問題となる。
送信と受信との間が非同期で周波数誤差が伴う場合、仮に空間上のチャネル情報に時変動がない場合でも、異なる時刻に測定するチャネル情報は、その時間差と周波数誤差とに依存する形で複素位相成分が変動する。
A similar problem of complex phase rotation is that the local oscillation signal output from the local oscillator used for up-conversion and down-conversion between the baseband signal and the radio frequency signal is not synchronized between the base station device and the terminal device. A frequency error also becomes a problem.
When transmission and reception are asynchronous and accompanied by a frequency error, the channel information measured at different times is complex depending on the time difference and the frequency error even if there is no time variation in the channel information in space. The phase component fluctuates.

これは、例えば、受信側のダウンコンバート処理でミキサにおいて乗算するローカル発振器から入力される局部発振信号の初期複素位相を通信の都度、毎回一致させることができないことに起因する。通信における信号検出処理では、トレーニング信号でチャネル推定を行う際に、その初期複素位相の影響まで含めた結果としてのチャネル情報を取得するため、トレーニング信号に後続する信号の信号検出処理において問題となることはない。しかし、離散時間で平均化する際には、仮にチャネル情報に時変動がなくてもこの初期複素位相の不確定性により時変動があったように見えてしまうために問題となる。   This is because, for example, the initial complex phase of the local oscillation signal input from the local oscillator that is multiplied in the mixer in the down-conversion process on the reception side cannot be matched every time communication is performed. In signal detection processing in communication, when channel estimation is performed with a training signal, channel information as a result including the influence of the initial complex phase is acquired, which causes a problem in signal detection processing of a signal subsequent to the training signal. There is nothing. However, when averaging in discrete time, there is a problem because even if there is no time variation in the channel information, it appears that there is time variation due to the uncertainty of the initial complex phase.

しかし、受信時の同位相合成を実現するための送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に必要となるチャネル情報は、伝送路の特性を示すチャネル情報の複素位相を含む絶対的な値そのものではなく、アンテナ素子ごとのチャネル情報における複素位相の相対的な関係さえ分かれば十分なのである。したがって、離散的な時刻に測定したチャネル推定結果を平均化する際には、基地局装置の複数のアンテナ素子から基準となるアンテナ素子を1つ設定し、そのアンテナ素子で推定されたチャネル情報の複素位相成分だけ、各アンテナ素子におけるチャネル情報の複素位相成分にマイナスのオフセットを付加すれば良い。   However, the channel information required to calculate the transmission weight and reception weight for realizing in-phase synthesis at the time of reception is not the absolute value itself including the complex phase of the channel information indicating the characteristics of the transmission path, but the antenna information. It is sufficient to know the relative relationship of complex phases in channel information for each element. Therefore, when averaging channel estimation results measured at discrete times, one reference antenna element is set from a plurality of antenna elements of the base station apparatus, and channel information estimated by the antenna element is set. It is only necessary to add a minus offset to the complex phase component of the channel information in each antenna element for the complex phase component.

具体的には、基地局装置がK個のアンテナ素子を備えている場合、アンテナ素子#i(i=1,…,K)で観測された第k周波数成分のチャネル情報がA・Exp(φ (k)j)であるとする。ここでjは虚数単位を表し、Aはアンテナ素子#iのチャネル情報の振幅成分を表し、φ (k)はアンテナ素子#iの第k周波数成分のチャネル情報の複素位相を表す。
このとき、アンテナ素子#1の複素位相φ (k)を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ (k)のオフセットを加えると、オフセットによる補正後のアンテナ素子#kのチャネル情報としてA・Exp{(φ (k)−φ (k))j}が得られる。空間上のチャネル情報が不変であるならば、この補正後のチャネル情報は基地局装置と端末装置とのクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差の影響(すなわち複素位相の初期位相の不確定性の影響)を受けない。以降の説明では、この初期位相の不確定性除去のための補正後のチャネル情報を「(チャネル情報の)相対成分」と呼ぶことにする。なお、この補正は周波数成分ごとに個別に行うものとする。
Specifically, when the base station apparatus includes K antenna elements, channel information of the k-th frequency component observed by antenna element #i (i = 1,..., K) is A i · Exp ( Let φ i (k) j). Here, j represents an imaginary unit, A i represents the amplitude component of the channel information of the antenna element #i, and φ i (k) represents the complex phase of the channel information of the k-th frequency component of the antenna element #i.
At this time, if the complex phase −φ 1 (k) is added to all the antenna elements using the complex phase φ 1 (k) of the antenna element # 1, the channel information of the antenna element #k corrected by the offset A i · Exp {(φ i (k) −φ 1 (k) ) j} is obtained. If the channel information in space is unchanged, the corrected channel information is influenced by the frequency error of the clock signal and the local oscillation signal between the base station device and the terminal device (that is, the uncertainty of the initial phase of the complex phase). Not affected. In the following description, the corrected channel information for removing the uncertainty of the initial phase is referred to as “relative component (of channel information)”. This correction is performed individually for each frequency component.

したがって、チャネル情報の平均化を行う際には、このような補正を行い、複素位相成分の不確定性を排除した上で平均化を実施する必要がある。その他、この平均化を行う上で、本発明における課題の(課題1)で示した回線利得が大幅に不足する領域では、チャネル推定により取得したチャネル情報の平均化を行う以前に、その基になる情報の取得が困難な場合があることに注意しなければならない。このような状況では、何らかのチャネル推定用のトレーニング信号を受信したとしても、一般にはその信号の受信を検知することができない。OFDM変調方式の場合を例にとれば、OFDMシンボルタイミングの検出ができないことを意味し、当然ながらガードインターバルの除去もできなければFFTを実施することもできない。以下に、このような低SNR環境におけるチャネル推定の平均化処理の方法と具体的なトレーニング信号の例を示す。   Therefore, when channel information is averaged, it is necessary to perform such correction to eliminate the uncertainty of the complex phase component and to perform averaging. In addition, in the area where the line gain shown in (Problem 1) of the problem of the present invention is greatly insufficient in performing this averaging, the channel information obtained by the channel estimation is based on the basis before the averaging. Note that it may be difficult to obtain information. In such a situation, even if any kind of channel estimation training signal is received, it is generally impossible to detect the reception of the signal. Taking the case of the OFDM modulation method as an example, it means that OFDM symbol timing cannot be detected. Of course, if the guard interval cannot be removed, FFT cannot be performed. A channel estimation averaging method in such a low SNR environment and an example of a specific training signal are shown below.

(本発明におけるトレーニング信号の例)
図16は、本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。同図において符号1−1〜1−3は一般的なOFDMシンボルを示し、符号2−1〜2−3はガードインターバルを含まない有効な信号領域を示し、符号3−1〜3−3は本発明におけるトレーニング信号を示し、符号4−1〜4−3は信号の末尾領域を示し、符号5−1〜5−3はガードインターバルを示し、符号6−1〜6−3は実際のチャネル推定に用いる信号周期を示している。なお、OFDM信号は、複数のサブキャリア成分を含むが、本図ではあるサブキャリア一つを抜き出して正弦波として図示している。
(Example of training signal in the present invention)
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a training signal in the present invention. In the figure, reference numerals 1-1 to 1-3 denote general OFDM symbols, reference numerals 2-1 to 2-3 denote effective signal areas not including guard intervals, and reference numerals 3-1 to 3-3 denote In the present invention, training signals are shown. Reference numerals 4-1 to 4-3 denote end regions of the signals, reference numerals 5-1 to 5-3 denote guard intervals, and reference numerals 6-1 to 6-3 denote actual channels. The signal period used for estimation is shown. Although the OFDM signal includes a plurality of subcarrier components, in the figure, one subcarrier is extracted and illustrated as a sine wave.

従来のOFDM信号であれば、OFDMシンボル(1−1〜1−3)周期の信号は、実際のデータとして有効な信号領域(2−1〜2−3)を生成し、この信号の末尾領域(4−1〜4−3)を信号の先頭領域にガードインターバル(5−1〜5−3)としてコピーして貼り付け、全体のOFDMシンボル(1−1〜1−3)を生成していた。通常の通信においては、ガードインターバルを取り除いた有効な信号領域(2−1〜2−3)の先頭部分のタイミングをタイミング検出により抽出し、そのタイミングを起点とした場合の振幅及び複素位相に関する情報をチャネル推定では取得する。   In the case of a conventional OFDM signal, a signal having a period of OFDM symbols (1-1 to 1-3) generates a signal region (2-1 to 2-3) effective as actual data, and the tail region of this signal. (4-1 to 4-3) are copied and pasted as guard intervals (5-1 to 5-3) in the head area of the signal to generate the entire OFDM symbols (1-1 to 1-3). It was. In normal communication, information on the amplitude and complex phase when the timing of the leading portion of the effective signal area (2-1 to 2-3) from which the guard interval is removed is extracted by timing detection and the timing is used as a starting point. Are obtained in the channel estimation.

しかし、本発明の送受信ウエイトの算出においては各アンテナ素子の相対的な位相関係を取得できれば十分であるために、正確な初期複素位相の把握までは不要であり、OFDMシンボルの先頭のような適切なタイミングを起点とする必要はない。したがって、ガードインターバルを設定したOFDM信号である必要はなく、OFDMシンボルの有効な信号領域(2−1〜2−3)を取り出して連続させた信号であるトレーニング信号(3−1〜3−3)を多数回繰り返し送信すれば良い。ここで各区間は連続的につながっているために、この複数の周期に亘るトレーニング信号においては実質的にはシンボルタイミングというものは意味を成さない。受信側では、受信したトレーニング信号(3−1〜3−3)に対して任意の開始タイミング、例えば実際のチャネル推定に用いる信号周期(6−1〜6−3)で信号を切り取り、区間6−1、区間6−2、区間6−3の信号に対して加算処理を行えばよい。   However, since it is sufficient to obtain the relative phase relationship of each antenna element in the calculation of the transmission / reception weight according to the present invention, it is not necessary to accurately grasp the initial complex phase, and an appropriate value such as the head of the OFDM symbol is used. There is no need to start from a specific timing. Therefore, it is not necessary to be an OFDM signal in which a guard interval is set, and training signals (3-1 to 3-3) which are signals obtained by extracting effective signal regions (2-1 to 2-3) of OFDM symbols and continuing them. ) May be repeated many times. Here, since the sections are continuously connected, the symbol timing does not substantially make sense in the training signal over a plurality of periods. On the receiving side, the received training signals (3-1 to 3-3) are cut out at arbitrary start timings, for example, signal periods (6-1 to 6-3) used for actual channel estimation, and the section 6 -1, section 6-2, and section 6-3 may be added.

(基地局装置と端末装置とのローカル発振器周波数誤差の補償)
なお、このトレーニング信号を用いたチャネル平均化においては、複数の連続する区間6−1、区間6−2、区間6−3の比較的短時間平均を行うことになるが、この「比較的短時間」の定量的な意味は、基地局装置と端末装置との間のクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差に依存する影響(厳密には、下記に示す周波数誤差補償処理後に残る、残留周波数誤差の影響)を無視できる範囲での平均化を意味する。
例えば、中心周波数が2.4[GHz]の局部発振信号において、ローカル発振器の周波数誤差が1p.p.m.である場合、局部発振信号の周波数誤差の最大値は2.4[kHz]である。つまり、416μ秒で位相が2π回転してしまう誤差である。このとき、平均化を行う時間長の中で周波数誤差に伴う複素位相の回転が1周期(2π)の1/10以内に抑えたいと考えるならば、平均化に使える時間長は約40μ秒となる。
しかし、広域をサービスエリアにするWiMAXの例を見れば、長遅延波の影響を排除するための1シンボル周期は約100μ秒に設定されており、平均化処理を行う時間としては十分ではない。これらの問題を解決するために、ここでは周波数誤差を補償するための以下の補正処理を行う。
(Compensation of local oscillator frequency error between base station and terminal)
In the channel averaging using the training signal, a relatively short time average of a plurality of continuous sections 6-1, 6-2, and 6-3 is performed. The quantitative meaning of “time” is the influence that depends on the frequency error of the clock signal and the local oscillation signal between the base station device and the terminal device (strictly speaking, the residual frequency error remaining after the frequency error compensation processing shown below) Mean in a range that can be ignored.
For example, in a local oscillation signal having a center frequency of 2.4 [GHz], the frequency error of the local oscillator is 1 p. p. m. In this case, the maximum value of the frequency error of the local oscillation signal is 2.4 [kHz]. That is, this is an error that the phase rotates by 2π in 416 μsec. At this time, if it is desired to suppress the rotation of the complex phase accompanying the frequency error within 1/10 of one period (2π) in the time length for averaging, the time length usable for averaging is about 40 μsec. Become.
However, in the WiMAX example where the wide area is the service area, one symbol period for eliminating the influence of the long delay wave is set to about 100 μsec, which is not sufficient as the time for the averaging process. In order to solve these problems, the following correction processing for compensating for the frequency error is performed here.

一般的には周波数誤差補正はAFC(Automatic Frequency Control)と呼ばれる信号処理で対処可能である。今回のトレーニング信号のように同一の信号が繰り返し受信される状況であれば、一般には1周期分だけシフトした信号を乗算することで周波数誤差成分を抽出することが可能である。このAFC処理を適用して周波数誤差を抽出し、その周波数誤差をキャンセルする補正を行うことが可能である。しかし、受信信号が低SNRである場合、AFC処理を適用して隣接するシンボルから周波数誤差を抽出しようとしても、ノイズに埋もれて誤った周波数誤差を抽出してしまう可能性がある。したがって、AFC処理も、もともとの信号のSNRを改善可能な時間長に亘り実施する必要がある。   In general, frequency error correction can be dealt with by signal processing called AFC (Automatic Frequency Control). If the same signal is repeatedly received like the current training signal, it is generally possible to extract the frequency error component by multiplying the signal shifted by one period. By applying this AFC process, it is possible to extract a frequency error and perform correction to cancel the frequency error. However, when the received signal has a low SNR, even if an attempt is made to extract a frequency error from adjacent symbols by applying AFC processing, there is a possibility that an erroneous frequency error is extracted due to being buried in noise. Therefore, the AFC processing also needs to be performed for a length of time that can improve the SNR of the original signal.

例えば、時刻tにおける複素数で表されるサンプリングデータをS(t)と表し、周波数誤差をΔfと表すと、時刻tにおける複素位相の回転量は2πΔf・tとなる。そこで、サンプリングデータS(t)に対して理想的に周波数補償すると、周波数補償されたサンプリングデータは、S(t)・Exp(−2πjΔf・t)となる。
また、サンプリング周期をΔtと表し、1シンボルの周期をTとすると、1周期のデータ数はN=T/Δtで与えられる。このとき、時刻t=m’・Δtとし、更に、mとMとをm=mod(m’,N)、M=Int(m’/N)とすれば、サンプリングデータS(t)を離散的な時刻により定められる数列{S (M)}と表記できる。ここで、関数「mod(x,y)」は、xをyで除算した際の余りを求める関数である。また、関数「Int(x)」は、xの整数部を求める関数(小数点以下を切り捨てる関数)である。
更に、サンプリングデータS(t)を理想的に周波数補償した数列を{S (M)・Exp(−2πjΔf・Δt・[M×N+m]}と表記できる。ここで、全体としてMシンボル周期のサンプリングを行うものとする。
For example, if sampling data represented by a complex number at time t is represented as S (t) and a frequency error is represented as Δf, the amount of rotation of the complex phase at time t is 2πΔf · t. Therefore, when the frequency compensation is ideally performed on the sampling data S (t), the frequency-compensated sampling data is S (t) · Exp (−2πjΔf · t).
If the sampling period is represented by Δt and the period of one symbol is T, the number of data in one period is given by N = T / Δt. At this time, if the time t = m ′ · Δt, and m and M are m = mod (m ′, N) and M = Int (m ′ / N), the sampling data S (t) is discrete. It can be expressed as a sequence {S m (M) } determined by a specific time. Here, the function “mod (x, y)” is a function for obtaining a remainder when x is divided by y. The function “Int (x)” is a function (a function for truncating the decimal part) for obtaining the integer part of x.
Further, a number sequence obtained by ideally frequency-compensating the sampling data S (t) can be expressed as {S m (M) · Exp (−2πjΔf · Δt · [M × N + m]}, where M 0 symbol period as a whole. Sampling shall be performed.

周波数補償した数列{S (M)・Exp(−2πjΔf・Δt・[M×N+m]}を、mごとに多数のMでの加算したサンプリングデータ〜Sは次式(10)で表される。ここで、式(10)において、「〜(チルダ)」が上に付されたSを「〜S」と表記する。 The frequency compensated number sequence {S m (M) · Exp (−2πjΔf · Δt · [M × N + m]}) obtained by adding a large number of M for each m to S m is expressed by the following equation (10). Here, in Formula (10), S with “˜ (tilde)” added thereto is represented as “˜S”.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

AFC処理によりSNRを改善するには、式(10)で表される〜Sの振幅を最大にするΔfを求めればよい。そこで、次式(11)で表される評価関数G(Δf)を定める。 To improve the SNR by AFC process may be determined to Δf to maximize the amplitude of the to S m of formula (10). Therefore, an evaluation function G (Δf) expressed by the following equation (11) is determined.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

式(11)における^S(M,M’)は、次式(12)で表される。   ^ S (M, M ′) in the equation (11) is expressed by the following equation (12).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

評価関数G(Δf)を最大にするΔfを求めれば良いので、次式(13)で表される条件式が求まる。   Since Δf that maximizes the evaluation function G (Δf) may be obtained, a conditional expression represented by the following expression (13) is obtained.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

条件式(13)を満たす実数Δfを数値的に求めれば、基地局装置と端末装置との間の周波数誤差が算出され、このΔfを用いて式(10)で与えられる1周期分の加算・平均化されたサンプリングデータを用い、チャネル推定を行えばよい。OFDM変調方式であれば、この1周期のサンプリングデータを基にFFT処理により、各サブキャリア成分のチャネル情報を算出する。   If the real number Δf satisfying the conditional expression (13) is obtained numerically, the frequency error between the base station apparatus and the terminal apparatus is calculated, and using this Δf, the addition for one cycle given by the expression (10) Channel estimation may be performed using averaged sampling data. In the case of the OFDM modulation method, channel information of each subcarrier component is calculated by FFT processing based on the sampling data of one cycle.

なお、必ずしも式(13)を用いなくても、Δfのとりうる範囲が限定されているならば、その範囲内の適当な刻み幅でΔfを設定し、それらのΔfに対して式(11)を算出して最大値を与えるΔfを検索しても良い。この場合、先ほど例示したのと同様に使用する中心周波数が仮に2.4GHzで周波数誤差が1p.p.m.であるならば、Δfの範囲は−2.4kHzから+2.4kHz以内となる。この刻み幅の最適値は求められる精度に応じて変わるが、例えば、10Hz刻みでΔfを設定し、式(11)を算出するならば、式(11)を最大にする真のΔfに対して±5Hz以内の残留周波数誤差の範囲でΔfを検索することが可能である。つまり、周波数誤差は5Hz以内に抑えられ、M周期の平均化を行う際の時間長(M×T)を5m秒程度と想定しても、平均化を行う期間内の位相の誤差は2πの1/40(角度は9度)以内に収まる。平均化の期間中に位相は定常的に回転することを考慮すれば、運用上、支障のない程度の精度でチャネル情報を算出することが可能である。これは逆にいえば、平均化を行う期間内の位相の誤差を所定の値に抑えられる範囲で、M周期の平均化を行う際の時間長(つまりMの値)が制限されることになる。 Note that even if the equation (13) is not necessarily used, if the possible range of Δf is limited, Δf is set with an appropriate step size within the range, and the equation (11) is set for those Δf. Δf that gives the maximum value may be searched. In this case, the center frequency to be used is 2.4 GHz and the frequency error is 1 p. p. m. In this case, the range of Δf is from −2.4 kHz to +2.4 kHz. The optimum value of the step size varies depending on the required accuracy. For example, if Δf is set in increments of 10 Hz and equation (11) is calculated, true Δf that maximizes equation (11) is obtained. It is possible to search for Δf within the range of residual frequency error within ± 5 Hz. That is, the frequency error is suppressed within 5 Hz, and even if the time length (M 0 × T) for averaging the M 0 period is assumed to be about 5 milliseconds, the phase error within the averaging period is It falls within 1/40 of 2π (angle is 9 degrees). Considering that the phase rotates constantly during the averaging period, it is possible to calculate the channel information with an accuracy that does not hinder the operation. In other words, the time length (that is, the value of M 0 ) during averaging of the M 0 period is limited within a range in which the phase error within the averaging period can be suppressed to a predetermined value. It will be.

このように、平均化処理を行う際には、連続する比較的短い時間スケールでの平均化と離散時間のチャネル推定結果での平均化を2段階で行う。なお、比較的短い時間スケールでの平均化を行う際の時間長は上述の制限を受けることに注意を要する。また、離散時間のチャネル推定結果においては、上述のようにアンテナ素子#1の複素位相φ (k)を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ (k)のオフセットを加えることで、初期複素位相の不確定性の問題は回避できる。 In this way, when performing the averaging process, averaging on a continuous relatively short time scale and averaging on the result of channel estimation in discrete time are performed in two stages. It should be noted that the time length for averaging on a relatively short time scale is subject to the above-mentioned limitations. Also, in the discrete time channel estimation result, by using the complex phase φ 1 (k) of the antenna element # 1 as described above, an offset of the complex phase −φ 1 (k) is added to all the antenna elements. The problem of the uncertainty of the initial complex phase can be avoided.

(アンプの個体差による影響(キャリブレーション)について)
実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。
(Effects of individual amplifier differences (calibration))
In an actual wireless communication apparatus, in signal processing on the transmission side, signal amplification is often performed by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, there is an error in the amplification factor due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate at a different value for each high power amplifier in the high power amplifier. Similarly, in signal processing on the reception side, signal amplification is often performed by a low noise amplifier immediately after reception. In this case, there is an error in the amplification factor due to individual differences among the low noise amplifiers, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier.

特に、ハイパワーアンプ及びローノイズアンプの増幅率及び位相回転量には、周波数依存性がある。周波数依存性を伴う増幅率及び複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。   In particular, the amplification factor and phase rotation amount of the high power amplifier and the low noise amplifier have frequency dependency. If the individual difference in the amplification factor with frequency dependency and the amount of rotation of the complex phase is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform calibration processing when estimating the downlink channel information from the uplink channel information. is there. Since the error of the amplification factor and the amount of phase rotation is almost stable in time, measure the error of the amplification factor and the amount of phase rotation in advance, and use a coefficient to cancel the influence of the error. Converts link channel information to downlink channel information.

以下の実施形態における基地局装置では、アップリンクのチャネル推定結果に長時間平均を行ったチャネル情報を用いて、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する。先の説明においても、実際にはハイパワーアンプやローノイズアンプ(厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等)により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。   In the base station apparatus in the following embodiment, the transmission weight and the reception weight are calculated using channel information obtained by performing long-time averaging on the uplink channel estimation result. Also in the above description, the amplitude and the complex phase may actually be changed by a high power amplifier or a low noise amplifier (strictly speaking, a transmission system and a reception system circuit including other circuits such as a filter). In this case, it has been described that a calibration coefficient for correcting in accordance with a change in amplitude or complex phase is acquired in advance and used for correction. Although a known technique may be used for the calibration process, an example of the calibration process will be described below.

図17は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号25−1〜25−3は無線モジュールを示し、符号21−1〜21−3はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号22−1〜22−3はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号23−1〜23−3は時分割スイッチ(TDD−SW)を示し、符号24−1〜24−3はアンテナ素子を示している。
ここでは、基地局装置においてチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略したが、無線モジュール25−1〜25−3にはその他の機能も含まれる。また、信号がハイパワーアンプ21−1〜21−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#1(f)、ZHPA#2(f)、ZHPA#3(f)に応じて変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ22−1〜22−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZLNA#1(f)、ZLNA#2(f)、ZLNA#3(f)に応じて変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第k周波数成分に対する周波数「(f)」の表記を行っている。
FIG. 17 is a diagram illustrating asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In the figure, reference numerals 25-1 to 25-3 denote wireless modules, reference numerals 21-1 to 21-3 denote high power amplifiers (HPA), and reference numerals 22-1 to 22-3 denote low noise amplifiers (LNA). Reference numerals 23-1 to 23-3 denote time division switches (TDD-SW), and reference numerals 24-1 to 24-3 denote antenna elements.
Here, since only functions that affect channel information are extracted in the base station apparatus, configurations other than those illustrated are omitted, but the wireless modules 25-1 to 25-3 include other functions. Further, when the signal passes through each of the high power amplifiers 21-1 to 21-3, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 1 (f k ), Z HPA # 2 (f k ), Z HPA # 3 (f k ). Further, when the signal passes through each of the low noise amplifiers 22-1 to 22-3, the amplitude and the complex phase are Z LNA # 1 (f k ), Z LNA # 2 (f k ), and Z LNA # 3 (f k ). Here, it is assumed that there is frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” is expressed for the k-th frequency component.

ここで、例えば、無線モジュール25−1及び無線モジュール25−2から試験用の無線モジュール25−3に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール25−1のアンテナ素子24−1と、無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表され、無線モジュール25−2のアンテナ素子24−2と無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表されている。 Here, for example, channel information when signals are transmitted from the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 to the test wireless module 25-3 will be described. Here, spatial channel information between the antenna element 24-1 of the wireless module 25-1 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 1 (f k ), and the wireless module 25 Channel information on the space between the antenna element 24-2 of -2 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 2 (f k ).

このとき、実際に無線モジュール25−1から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−1の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#1(f)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−2の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#2(f)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。
At this time, the channel information when the signal is actually transmitted from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 indicates a change accompanying the passage of the high power amplifier 21-1 at h 1 (f k ) in space. A coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.
Similarly, the channel information when transmitting a signal from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is a coefficient Z indicating a change accompanying passage of the high power amplifier 21-2 at h 2 (f k ) in space. HPA # 2 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.

したがって、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。また、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZHPA#2(f)/ZHPA#1(f)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). A channel from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.

この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−1にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ22−1の通過にともなる変化を示す係数ZLNA#1(f)とが乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−2にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ22−2の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#2(f)とが乗算された値として観測される。
This situation is the same on the receiving side. When the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-1, the channel information is stored in the high power amplifier 21 in h 1 (f k ) in space. Observed as a value obtained by multiplying the coefficient Z HPA # 3 (f k ) indicating the change accompanying the passage of −3 and the coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating the change accompanying the passing of the low noise amplifier 22-1 Is done.
Similarly, when the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-2, the channel information changes in space h 2 (f k ) due to the passage of the high power amplifier 21-3. It is observed as a value obtained by multiplying the indicated coefficient Z HPA # 3 (f k ) by the coefficient Z LNA # 2 (f k ) indicating the change accompanying the passage of the low noise amplifier 22-2.

したがって、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表される。また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZLNA#2(f)/ZLNA#1(f)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). A channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z LNA # 2 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ) difference occurs.

上述したように、実施形態における基地局装置は、受信したトレーニング信号に対して長時間平均をとることにより、各アンテナ素子に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報をアップリンクにて取得可能である。
しかし、基地局装置はダウンリンクにおけるチャネル情報を直接求めることができない。そこで、アップリンクのチャネル情報から換算することで、ダウンリンクのチャネル情報を取得する。この換算のためには、各アンテナ素子24−1〜24−3に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3及びハイパワーアンプ21−1〜21−3の個体差の影響をキャンセルする必要がある。
As described above, the base station apparatus according to the embodiment includes a channel including changes caused by the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 connected to each antenna element by taking a long-time average with respect to the received training signal. Information can be acquired on the uplink.
However, the base station apparatus cannot directly obtain channel information in the downlink. Therefore, downlink channel information is obtained by conversion from uplink channel information. For this conversion, the influence of individual differences between the low-noise amplifiers 22-1 to 22-3 and the high-power amplifiers 21-1 to 21-3 connected to the antenna elements 24-1 to 24-3 is canceled. There is a need.

そこで、基地局装置の製造段階において、リファレンスとなる試験用の無線モジュール25−3を用意し、試験用の無線モジュール25−3のアンテナ端子と、無線モジュール25−1、25−2のアンテナ端子とを直接ケーブルで接続し、伝搬路上のチャネル情報が共通の値となる環境で、ハイパワーアンプ21−1〜21−3及びローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報を測定し、測定したチャネル情報を用いて補正を行う。   Therefore, in the manufacturing stage of the base station apparatus, a test radio module 25-3 serving as a reference is prepared. And channel information including changes by the high power amplifiers 21-1 to 21-3 and the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 are measured in an environment where the channel information on the propagation path is a common value. Then, correction is performed using the measured channel information.

図18は、キャリブレーションの概要を示す図である。同図において、符号26−1〜26−3はアンテナ端子を示し、符号27は同軸ケーブルを示している。なお、図17に示した機能部と同じ機能部には同じ符号を付している。
図18(A)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−1とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図18(B)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−2とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図17が実際の空間上を信号が伝搬した状態を示しているのに対して、図18がアンテナ素子を介さずに同軸ケーブル上を信号が伝搬した状態を示している。
FIG. 18 is a diagram showing an outline of calibration. In the figure, reference numerals 26-1 to 26-3 indicate antenna terminals, and reference numeral 27 indicates a coaxial cable. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the function part same as the function part shown in FIG.
FIG. 18A shows a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-1 are connected by a coaxial cable. FIG. 18B shows a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-2 are connected by a coaxial cable. FIG. 17 shows a state in which a signal propagates in an actual space, whereas FIG. 18 shows a state in which a signal propagates on a coaxial cable without passing through an antenna element.

無線モジュール25−1、25−2と、無線モジュール25−3とを接続する伝搬路としての同軸ケーブル27のチャネル情報は、h(f)である。
このとき、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。
また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報は、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報は、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。
The channel information of the coaxial cable 27 serving as a propagation path connecting the wireless modules 25-1 and 25-2 and the wireless module 25-3 is h 0 (f k ).
At this time, the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 1 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 2 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ).
Further, the channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25 -3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ).

そこで、これらのチャネル情報を測定した後に、次式(14)及び式(15)で表されるキャリブレーション係数C(f)、C(f)を算出しておく。 Therefore, after measuring these channel information, calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) represented by the following equations (14) and (15) are calculated.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

Figure 2014068173
Figure 2014068173

先ほど、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報はZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報はZHPA#3・(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表されると説明した。これらに式(14)及び式(15)のキャリブレーション係数C(f)、C(f)を乗算すると次式(16)及び式(17)が得られる。 The channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25- It has been described that the channel information from 3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 · (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). When these are multiplied by the calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) of the equations (14) and (15), the following equations (16) and (17) are obtained.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

Figure 2014068173
Figure 2014068173

式(16)及び式(17)の右辺は、先ほど説明した、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報、及び、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報に一致している。
このように、式(14)及び式(15)に相当するキャリブレーション係数を基地局装置の製造段階において取得しておき、これらを基地局装置内に記憶しておくことにより、これらのキャリブレーショ係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出することができる。
The right sides of Expression (16) and Expression (17) are the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 and the channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 described above. It matches.
As described above, the calibration coefficients corresponding to the equations (14) and (15) are acquired at the manufacturing stage of the base station apparatus, and stored in the base station apparatus, thereby calibrating them. The downlink channel information can be calculated from the uplink channel information using the coefficient.

なお、以下の実施形態では、これらのキャリブレーション係数を予め取得し、その値をデジタル信号処理上で利用する場合の説明を中心に行うが、当然ながらアナログ回路上において、これらのキャリブレーション係数が全てほぼ一定の値(複素位相が一定値であれば、絶対値そのものには差があっても構わない)となるように基地局装置内で調整を行っていれば、全てのキャリブレーション係数が1であるとみなした処理に読み替えることも可能である。同様に、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整されている場合にも、結果的に式(14)及び式(15)で示されるキャリブレーション係数の複素位相が全てのアンテナ素子でほぼ一定値になるため、同様の効果を得ることができる。   In the following embodiment, these calibration coefficients are acquired in advance, and the description will be made mainly on the case where the values are used in digital signal processing.Naturally, these calibration coefficients are displayed on an analog circuit. If calibration is performed in the base station apparatus so that all values are almost constant (if the complex phase is constant, the absolute value itself may be different), all calibration coefficients are It can also be read as a process regarded as 1. Similarly, even when the complex phases of the uplink and downlink are adjusted to be constant values, as a result, the complex phases of the calibration coefficients expressed by the equations (14) and (15) are all Since the antenna element has a substantially constant value, the same effect can be obtained.

以上説明したように、見通し波及び安定的な反射波を抽出する形で、基地局装置のアンテナ素子と各端末装置のアンテナ素子と間のアップリンク及びダウンリンクのチャネル情報を取得することが可能になる。このチャネル情報を用いることで通信において固定的に用いる送信ウエイト及び受信ウエイトを求めることが可能になる。この送信ウエイトは、基地局装置の複数のアンテナ素子から端末装置のアンテナ素子に送信された複数の信号が、端末装置のアンテナ素子において同位相合成されるように設定される。受信ウエイトは、端末装置のアンテナ素子から送信された信号を基地局装置の複数のアンテナ素子で受信した複数の信号を同位相合成できるように設定される。つまり、送信ウエイト及び受信ウエイトは、同時に空間多重する端末装置の組み合わせに依存せず、各端末装置に対して独立に設定可能である。これらの送信ウエイト及び受信ウエイトを用いて行う本発明関連技術について、装置構成及び処理フローの詳細を以下に示す。   As described above, it is possible to acquire uplink and downlink channel information between the antenna element of the base station device and the antenna element of each terminal device by extracting a line-of-sight wave and a stable reflected wave. become. By using this channel information, it is possible to obtain a transmission weight and a reception weight used fixedly in communication. This transmission weight is set so that the plurality of signals transmitted from the plurality of antenna elements of the base station apparatus to the antenna element of the terminal apparatus are in-phase combined in the antenna element of the terminal apparatus. The reception weight is set so that a signal transmitted from the antenna element of the terminal apparatus can be combined in phase with a plurality of signals received by the plurality of antenna elements of the base station apparatus. That is, the transmission weight and the reception weight can be set independently for each terminal device without depending on the combination of terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously. Details of the apparatus configuration and processing flow will be described below for the technology related to the present invention performed using these transmission weights and reception weights.

[本発明のベースとなる関連技術の構成例]
本発明のベースとなる関連技術の構成例では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と、基地局装置と通信をする複数の端末装置を具備する無線通信システムを例にして説明を行う。まず本発明の具体的な実施形態を説明する前に、その実施形態のベースとなる関連技術の構成例を先に説明する。
[Configuration example of related technology as a base of the present invention]
In the configuration example of the related technology that forms the basis of the present invention, a radio communication system including a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses that communicate with the base station apparatus will be described as an example. First, before describing a specific embodiment of the present invention, a configuration example of related technology which is a base of the embodiment will be described first.

(本発明関連技術における基地局装置の構成例)
図19は、本発明関連技術の構成例における基地局装置10の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置10は、受信部100、送信部140、送受信ウエイト算出部120、インタフェース回路170、MAC層処理回路180、通信制御回路110及び記憶回路115を備えている。MAC層処理回路180はスケジューリング処理回路181を有している。
基地局装置10は、インタフェース回路170を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路170は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路180に出力する。MAC層処理回路180は、基地局装置10全体の動作の管理制御を行う通信制御回路110の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路170で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路181は、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路181は、スケジューリング結果を通信制御回路110に出力する。
(Configuration example of base station apparatus in the technology related to the present invention)
FIG. 19 is a schematic block diagram showing the configuration of the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the base station apparatus 10 includes a reception unit 100, a transmission unit 140, a transmission / reception weight calculation unit 120, an interface circuit 170, a MAC layer processing circuit 180, a communication control circuit 110, and a storage circuit 115. The MAC layer processing circuit 180 has a scheduling processing circuit 181.
The base station apparatus 10 inputs and outputs data with an external device or a network via the interface circuit 170. The interface circuit 170 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 180. The MAC layer processing circuit 180 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 110 that performs management control of the operation of the entire base station apparatus 10. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion of data input / output by the interface circuit 170 and data transmitted / received on the wireless line, addition of MAC layer header information, and the like. In this process, the scheduling processing circuit 181 performs various scheduling processes including a combination of terminal apparatuses that simultaneously perform spatial multiplexing. The scheduling processing circuit 181 outputs the scheduling result to the communication control circuit 110.

空間多重伝送では、送信時には複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路180から送信部140に出力される。また、受信時には複数の端末装置から送信された複数系統の信号系列が受信部100からMAC層処理回路180に出力される。送受信ウエイト算出部120は、受信部100と送信部140とが空間多重してデータを送受信する際に用いる受信ウエイト及び送信ウエイトを管理する。
記憶回路115は、無線通信システムにおいて各端末装置の様々な情報など(例えば、SNR情報、時変動の程度の情報や最適伝送モードなどに関する情報など)を予め記憶している。記憶回路115が記憶している端末装置のSNR情報や最適伝送モードなどの情報は、スケジューリング実施時において用いられる。なお、この記憶回路115は本発明の実施形態及びその関連技術の双方において、必ずしも必要ではなく、場合によっては省略する構成とすることも可能である。
以下、基地局装置10における受信(アップリンク)に係る構成(受信部100)と、送信(ダウンリンク)に係る構成(送信部140)とに分けて説明する。
In the spatial multiplexing transmission, a signal is transmitted to a plurality of terminal devices at a time at the time of transmission, so that a plurality of signal sequences are output from the MAC layer processing circuit 180 to the transmission unit 140. In addition, a plurality of signal sequences transmitted from a plurality of terminal devices are output from the receiving unit 100 to the MAC layer processing circuit 180 during reception. The transmission / reception weight calculation unit 120 manages reception weights and transmission weights used when the reception unit 100 and the transmission unit 140 spatially multiplex and transmit / receive data.
The storage circuit 115 stores in advance various information (for example, SNR information, information on the degree of time variation, information on the optimum transmission mode, etc.) of each terminal device in the wireless communication system. Information such as the SNR information and optimum transmission mode of the terminal device stored in the storage circuit 115 is used when scheduling is performed. Note that the memory circuit 115 is not necessarily required in both the embodiment of the present invention and related technology, and may be omitted in some cases.
Hereinafter, the configuration (reception unit 100) related to reception (uplink) in the base station apparatus 10 and the configuration (transmission unit 140) related to transmission (downlink) will be described separately.

図20は、本発明関連技術の構成例における基地局装置10が備える受信部100の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部100は、アンテナ素子101−1〜101−K、TDDスイッチ102−1〜102−K、ローノイズアンプ(LNA)103−1〜103−K、ローカル発振器104、ミキサ105−1〜105−K、フィルタ106−1〜106−K、A/D変換器107−1〜107−K、FFT回路108−1〜108−K、及び受信信号処理回路109−1〜109−Lを備えている。受信信号処理回路109−1〜109−Lと、TDDスイッチ102−1〜102−Kとは、図19に示した通信制御回路110に接続されている。また、FFT回路108−1〜108−Kと、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、図19に示した送受信ウエイト算出部120と接続されている。なお、アンテナ素子101−1〜101−Kは、図14におけるアンテナ素子13−1〜13−4に対応する。また、本構成例ではTDD方式を前提として説明を行なうが、後述する実施形態にも示すとおり、原理的にはFDD方式にも拡張可能である。   FIG. 20 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the receiving unit 100 included in the base station device 10 in the configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the receiving unit 100 includes antenna elements 101-1 to 101-K, TDD switches 102-1 to 102-K, low noise amplifiers (LNA) 103-1 to 103-K, a local oscillator 104, a mixer. 105-1 to 105-K, filters 106-1 to 106-K, A / D converters 107-1 to 107-K, FFT circuits 108-1 to 108-K, and received signal processing circuits 109-1 to 109 -L is provided. Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L and TDD switches 102-1 to 102-K are connected to communication control circuit 110 shown in FIG. The FFT circuits 108-1 to 108-K and the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L are connected to the transmission / reception weight calculation unit 120 shown in FIG. The antenna elements 101-1 to 101-K correspond to the antenna elements 13-1 to 13-4 in FIG. In this configuration example, the description will be made on the assumption that the TDD system is used. However, as shown in the embodiments described later, the present invention can be extended to the FDD system in principle.

本構成例の基地局装置10には、K個のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応する、TDDスイッチ102−1〜102−KからA/D変換器107−1〜107−Kまでの回路が並列に設けられ、A/D変換器107−1〜107−Kの出力にFFT回路108−1〜108−Kが接続されている。また、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定するために、送受信で同一のアンテナ素子101−1〜101−Kを用いている。TDDスイッチ102−1〜102−Kが送信信号と受信信号との流れを切り替えている。   The base station apparatus 10 of this configuration example includes A / D converters 107-1 to 107-K from TDD switches 102-1 to 102-K corresponding to the K antenna elements 101-1 to 101-K, respectively. Are provided in parallel, and the FFT circuits 108-1 to 108-K are connected to the outputs of the A / D converters 107-1 to 107-K. In order to estimate downlink channel information from uplink channel information, the same antenna elements 101-1 to 101-K are used for transmission and reception. The TDD switches 102-1 to 102-K switch the flow of transmission signals and reception signals.

TDDスイッチ102−1〜102−Kは、アンテナ素子101−1〜102−Kを介して受信した信号をローノイズアンプ103−1〜103−Kに出力する。ローノイズアンプ103−1〜103−Kは、TDDスイッチ102−1〜102−Kから出力される信号を増幅して、ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ローカル発振器104は、予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を各ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ここで、各ミキサ105−1〜105−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ105−1〜105−Kに入力される。   The TDD switches 102-1 to 102-K output the signals received via the antenna elements 101-1 to 102-K to the low noise amplifiers 103-1 to 103-K. The low noise amplifiers 103-1 to 103-K amplify the signals output from the TDD switches 102-1 to 102-K and output the amplified signals to the mixers 105-1 to 105-K. The local oscillator 104 generates a local oscillation signal having a predetermined frequency, and outputs the generated local oscillation signal to each of the mixers 105-1 to 105-K. Here, the local oscillation signals input to the mixers 105-1 to 105-K are the same signal, and the local oscillation signals having the same frequency and phase are input to the mixers 105-1 to 105-K.

ミキサ105−1〜105−Kは、ローノイズアンプ103−1〜103−Kから入力された信号に対し、ローカル発振器104から入力される局部発振信号を乗算してダウンコンバートしてフィルタ106−1〜106−Kに出力する。フィルタ106−1〜106−Kは、ミキサ105−1〜105−Kがダウンコンバートした信号に含まれる受信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、A/D変換器107−1〜107−Kに出力する。   The mixers 105-1 to 105-K multiply the signals input from the low noise amplifiers 103-1 to 103-K by the local oscillation signal input from the local oscillator 104, down-convert them, and perform filters 106-1. 106-K. Filters 106-1 to 106-K remove signals outside the band of the channel to be received, included in the signals down-converted by mixers 105-1 to 105-K, and A / D converters 107-1 to 107-. Output to K.

A/D変換器107−1〜107−Kは、フィルタ106−1〜106−Kから入力されるベースバンド信号をデジタル化する。FFT回路108−1〜108−Kは、A/D変換器107−1〜107−Kから入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号を含む信号であれば、当該デジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとの信号に分離する。この際、FFT回路108−1〜108−Kは、各周波数成分の信号に対して、OFDMシンボル(ないしはブロック伝送のブロック)ごとにガードインターバルを除去し、残りのサンプリングデータに対してFFT処理を施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換し、当該信号を受信信号処理回路109−1〜109−Lに出力する。更に、FFT回路108−1〜108−Kは、通信制御回路110の制御に応じて、入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号であれば、当該信号を送受信ウエイト算出部120に出力する。FFT回路108−1〜108−Kに入力されるデジタル・ベースバンド信号がデータ通信信号を含む信号であるか、それとは異なるトレーニング信号であるかの判定は、通信制御回路110が行う。   The A / D converters 107-1 to 107-K digitize the baseband signals input from the filters 106-1 to 106-K. If the digital baseband signal input from the A / D converters 107-1 to 107-K is a signal including a normal data communication signal, the FFT circuits 108-1 to 108-K correspond to the digital baseband. The signal is separated into signals for each frequency component. At this time, the FFT circuits 108-1 to 108-K remove the guard interval for each OFDM signal (or block transmission block) for each frequency component signal, and perform FFT processing on the remaining sampling data. The signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis, and the signal is output to the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L. Furthermore, if the input digital baseband signal is a training signal for channel estimation different from a normal data communication signal in accordance with the control of the communication control circuit 110, the FFT circuits 108-1 to 108-K The signal is output to transmission / reception weight calculation section 120. The communication control circuit 110 determines whether the digital baseband signal input to the FFT circuits 108-1 to 108-K is a signal including a data communication signal or a different training signal.

ここで、「通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号」とは、本構成例において送受信ウエイトの算出に用いるチャネル情報の推定処理において使用される図16に示すトレーニング信号3−1〜3−3信号であって、無線通信におけるユーザ・データないしは各種制御情報を収容した無線パケットとは全く異なる信号である。本関連技術では一部の構成例を除き、通常のデータ通信とは異なる信号処理(以下の図23に示すチャネル情報の短時間平均化処理等)を行う必要があり、この信号は図16にて説明した通り、従来のOFDM信号等とは異なるため、信号処理の内容も微妙に異なる。このため、FFT回路108−1〜108−Kでは、この通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号に対しては、FFTに伴う一連の処理を施さず、デジタル・ベースバンド信号のまま送受信ウエイト算出部120に出力し、送受信ウエイト算出部120においてFFTを含む処理を実施する機能が実装されているものとしている。ただ、詳細は後述するが、ここに記載された機能を実現するために、他の機能ブロックに同等の処理を実施することで代替することは当然可能であり、それも本関連技術の実現方法の一部であるとみなす。   Here, the “training signal for channel estimation different from the normal data communication signal” refers to the training signals 3-1 to 3-1 shown in FIG. 16 that are used in the channel information estimation process used in the transmission / reception weight calculation in this configuration example. The 3-3 signal is completely different from a radio packet containing user data or various control information in radio communication. In this related technology, except for some configuration examples, it is necessary to perform signal processing (such as short-time averaging processing of channel information shown in FIG. 23 below) different from normal data communication. As described above, since it differs from a conventional OFDM signal or the like, the contents of signal processing are also slightly different. For this reason, in the FFT circuits 108-1 to 108-K, a series of processing associated with FFT is not performed on the training signal for channel estimation different from the normal data communication signal, and the digital baseband signal remains as it is. It is assumed that a function that outputs to the transmission / reception weight calculation unit 120 and performs processing including FFT in the transmission / reception weight calculation unit 120 is implemented. However, although details will be described later, in order to realize the functions described herein, it is of course possible to substitute other functional blocks by performing equivalent processing, and this is also a method for realizing the related technology. Is considered part of

受信信号処理回路109−1〜109−Lは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する端末装置ないしは空間多重された信号系列に対応付けられ、受信信号から対応する端末装置のデータを検出する信号検出処理を行う。具体的には、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、各周波数成分に分離した信号に対して、それぞれに割り当てられた送信元の端末装置に対応する受信ウエイトを送受信ウエイト算出部120から入力し、周波数成分ごとに受信ウエイトを乗算する。受信信号処理回路109−1〜109−Lは、周波数成分ごとに、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対し、受信ウエイトを乗算した信号を加算合成し、加算合成した信号に対して信号検出処理を行い、得られたデータ出力#1〜#LをMAC層処理回路180に出力する。   Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L are each associated with a terminal device that transmits data using spatial multiplexing or a spatially multiplexed signal sequence, and detects data of the corresponding terminal device from the received signal. A signal detection process is performed. Specifically, the received signal processing circuits 109-1 to 109-L output the received weights corresponding to the transmission source terminal devices assigned to the respective frequency components to the transmission / reception weight calculation unit 120. Is multiplied by the reception weight for each frequency component. The reception signal processing circuits 109-1 to 109-L add and synthesize the signals multiplied by the reception weights for each of the antenna elements 101-1 to 101-K for each frequency component, and signal the added and synthesized signals. The detection process is performed, and the obtained data outputs # 1 to #L are output to the MAC layer processing circuit 180.

具体的には、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、OFDM(A)変調方式が用いられている場合、加算合成された信号に対してサブキャリアごとの復調処理を行い、SC−FDEが用いられている場合、加算合成された各周波数成分の信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対する復調処理を行う。ここでの復調処理には、加算合成等の信号処理が施された後の信号に対するチャネル推定を含み、ここで推定されたチャネル情報を基に信号検出処理が行われる。更に、必要に応じて誤り訂正の復号処理を施し、データを出力する。MAC層処理回路180におけるMAC層上での信号処理などは、公知の技術を用いた処理と同じであり、ここでは説明を省略する。   Specifically, when the OFDM (A) modulation method is used, reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform demodulation processing for each subcarrier on the added and synthesized signal, and SC- When FDE is used, signal equalization processing on the frequency axis is performed on the frequency component signals added and synthesized, and demodulation processing is performed on the signal synthesized by IFFT processing. The demodulation processing here includes channel estimation for the signal after signal processing such as addition synthesis, and signal detection processing is performed based on the channel information estimated here. Furthermore, it performs decoding processing for error correction as necessary, and outputs data. The signal processing on the MAC layer in the MAC layer processing circuit 180 is the same as the processing using a known technique, and the description is omitted here.

受信信号処理回路109−1〜109−Lが信号処理を行う際、送信元の端末装置ごとに異なる受信ウエイトを用いる必要がある。通信制御回路110は、一連の通信に係る制御全般を管理するが、特に、どのタイミングでどの端末装置からの信号を受信するか、どの受信ウエイトを用いるのかを管理する。そのため、本構成例における基地局装置10と端末装置との間のアクセス制御は、基地局装置10の集中制御により管理している。   When the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform signal processing, it is necessary to use different reception weights for each terminal device as a transmission source. The communication control circuit 110 manages overall control related to a series of communications. In particular, the communication control circuit 110 manages which terminal device receives a signal at which timing and which reception weight is used. Therefore, access control between the base station apparatus 10 and the terminal apparatus in this configuration example is managed by centralized control of the base station apparatus 10.

なお、補足であるが、通信制御回路110は、自装置(基地局装置10)と端末装置との間のタイミングの同期に関して、GPS等を用いた絶対的な時刻・タイミングの同期を用いるようにしてもよい。
また、絶対的な時刻の同期の他にも、基地局装置10と端末装置との間の大まかな距離が分かっていれば、その距離に相当する伝搬遅延を端末装置に事前に設定しておき、端末装置は、基地局装置10のタイミングの基準となる信号の受信時刻に対し、所定のオフセットとして伝搬遅延を減算した時間にアップリンクの信号を送信開始するようにしてもよい。
As a supplement, the communication control circuit 110 uses absolute time / timing synchronization using GPS or the like for timing synchronization between its own device (base station device 10) and the terminal device. May be.
In addition to absolute time synchronization, if a rough distance between the base station apparatus 10 and the terminal apparatus is known, a propagation delay corresponding to the distance is set in the terminal apparatus in advance. The terminal device may start transmission of the uplink signal at a time obtained by subtracting the propagation delay as a predetermined offset from the reception time of the signal serving as a timing reference of the base station device 10.

具体的には、時分割多元接続(Time Division Multiple Access:TDMA)を用いたアクセス制御の例を用いれば、端末装置は、TDMAフレーム先頭のプリアンブル等のタイミング検出により得られるフレームタイミングを基準とし、フレーム内のスロット割り当ての内容を把握して通信の動作を行う。通常であれば、アップリンクのタイムスロットのタイミングで信号を送信するが、いわゆるタイム・アライメントと呼ばれる制御では、伝搬遅延を見込んでその遅延分だけ端末が自らの認識しているタイミングに対して先行した時間のタイミングで信号の送信を開始し、結果的に基地局装置10にその信号が到着する時刻を、基地局が認識しているタイミング通りになるように調整する。   Specifically, if an example of access control using time division multiple access (Time Division Multiple Access (TDMA)) is used, the terminal device is based on the frame timing obtained by timing detection such as a preamble at the beginning of the TDMA frame, The contents of slot assignment in the frame are grasped and communication operation is performed. Normally, a signal is transmitted at the timing of the uplink time slot. However, in the so-called time alignment control, the terminal is ahead of the timing that the terminal recognizes by considering the propagation delay. The transmission of the signal is started at the timing of the time, and as a result, the time at which the signal arrives at the base station apparatus 10 is adjusted so as to match the timing recognized by the base station.

この際に必要となる調整量は、実際の信号は基地局装置10から端末装置、更に基地局装置10へと往復することになるため、端末装置は伝搬遅延の2倍の時間だけ前倒しで送信を開始することになる。なお、このタイミングの調整は必ずしも端末装置で行わなくてもよく、基地局装置10が自装置と端末装置との距離ないしはその距離に相当する伝搬遅延を把握することができれば、基地局装置10において信号が受信される時刻をその時間分(伝搬遅延の2倍)だけ後ろ倒しに調整することで、タイミング調整を行うことも可能である。ないしは、直接的に基地局装置から端末装置に対し、その時間分だけ前倒しした時間を送信タイミングであると指示を行ってもよい。
このように、GPSを用いた絶対時刻の同期ないしはタイム・アライメント制御等のいずれかの手段で把握したタイミングで基地局装置10は受信処理を開始し、シンボルタイミングも既知として処理を行うことが可能である。これらのタイミング制御、アクセス制御、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切り替え、受信ウエイトを読み出すときにおける送信元である端末装置情報の提供など、これらを合わせて全て通信制御回路110が制御・管理を行う。
The amount of adjustment required at this time is that the actual signal is reciprocated from the base station device 10 to the terminal device and then to the base station device 10, so the terminal device transmits it ahead of time by twice the propagation delay. Will start. Note that this timing adjustment does not necessarily have to be performed by the terminal device. If the base station device 10 can grasp the distance between the own device and the terminal device or the propagation delay corresponding to the distance, the base station device 10 It is also possible to adjust the timing by adjusting the time at which the signal is received backward by that amount (twice the propagation delay). Alternatively, the base station apparatus may directly instruct the terminal apparatus that the time advanced by that time is the transmission timing.
In this way, the base station apparatus 10 can start reception processing at a timing grasped by any means such as absolute time synchronization or time alignment control using GPS, and can perform processing with a known symbol timing. It is. The communication control circuit 110 controls and manages all of these timing control, access control, switching of the TDD switches 102-1 to 102-K, provision of terminal device information that is a transmission source when reading the reception weight, and the like. I do.

次に、送受信ウエイト算出部120の構成について説明する。
図21は、本発明関連技術の構成例における送受信ウエイト算出部120の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送受信ウエイト算出部120は、チャネル情報短時間平均回路121、相対成分取得回路122、チャネル情報長時間平均回路123、受信ウエイト算出回路124、受信ウエイト記憶回路125、キャリブレーション回路126、送信ウエイト算出回路127、送信ウエイト記憶回路128、及びキャリブレーション係数記憶回路129を有している。なお、以下に示す説明におけるチャネル情報、送受信ウエイト、キャリブレーション係数等は、全て周波数成分ごとに異なるものであり、それらは周波数成分ごとに個別に算出、処理、記録、管理されるものである。
Next, the configuration of the transmission / reception weight calculation unit 120 will be described.
FIG. 21 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception weight calculation unit 120 in the configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the transmission / reception weight calculation unit 120 includes a channel information short-time average circuit 121, a relative component acquisition circuit 122, a channel information long-time average circuit 123, a reception weight calculation circuit 124, a reception weight storage circuit 125, and calibration. A circuit 126, a transmission weight calculation circuit 127, a transmission weight storage circuit 128, and a calibration coefficient storage circuit 129 are included. Note that channel information, transmission / reception weights, calibration coefficients, and the like in the following description are all different for each frequency component, and are individually calculated, processed, recorded, and managed for each frequency component.

チャネル情報短時間平均回路121は、通信制御回路110の指示に従い、FFT回路108−1〜108−Kから入力される信号に対してトレーニング信号の短時間平均化処理(必要に応じ周波数誤差補償を行い、更に時間軸上の信号をFFT処理により周波数成分ごとに分離する)を行い、端末装置ごとに、端末装置とアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれとの間のアップリンクのチャネル情報を周波数成分ごとに取得する。相対成分取得回路122は、例えばアンテナ素子101−1の複素位相を基準とし、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれのチャネル情報のアンテナ素子101−1との相対成分を取得する。チャネル情報長時間平均回路123は、端末装置ごとに、相対成分取得回路122が取得した離散的な時刻に取得された複数回分のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対する相対成分から、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対する相対成分の平均値を算出する長時間平均化処理を行い、算出した平均値をチャネル情報として出力する。   The channel information short-time averaging circuit 121 performs a short-time averaging process of the training signal on the signals input from the FFT circuits 108-1 to 108-K according to instructions from the communication control circuit 110 (frequency error compensation is performed if necessary). And further separating the signal on the time axis for each frequency component by FFT processing), and for each terminal device, information on the uplink channel between the terminal device and each of the antenna elements 101-1 to 101-K is obtained. Acquired for each frequency component. The relative component acquisition circuit 122 acquires, for example, the relative component of each antenna element 101-1 to 101-K with respect to the antenna element 101-1, using the complex phase of the antenna element 101-1 as a reference. The channel information long-time average circuit 123 determines, for each terminal device, the antenna elements from the relative components for each of the plurality of antenna elements 101-1 to 101-K acquired at discrete times acquired by the relative component acquisition circuit 122. A long-time averaging process for calculating an average value of relative components for each of 101-1 to 101-K is performed, and the calculated average value is output as channel information.

受信ウエイト算出回路124は、チャネル情報長時間平均回路123が出力したチャネル情報に基づいて、端末装置ごとにアンテナ素子と周波数成分の各組み合わせに対応する受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125に出力する。受信ウエイト記憶回路125は、受信ウエイト算出回路124が出力した受信ウエイトと、端末装置、アンテナ素子及び周波数の組み合わせとを対応付けて記憶する。   The reception weight calculation circuit 124 calculates a reception weight corresponding to each combination of the antenna element and the frequency component for each terminal device based on the channel information output from the channel information long-time average circuit 123, and receives the calculated reception weight. The data is output to the weight storage circuit 125. The reception weight storage circuit 125 stores the reception weight output from the reception weight calculation circuit 124 in association with the combination of the terminal device, the antenna element, and the frequency.

キャリブレーション回路126は、チャネル情報長時間平均回路123が出力したチャネル情報に予め定められたキャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得する。送信ウエイト算出回路127は、キャリブレーション回路126が取得したダウンリンクのチャネル情報に基づいて、端末装置ごとにアンテナ素子と周波数成分の各組み合わせに対応する送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128に出力する。送信ウエイト記憶回路128は、送信ウエイト算出回路127が出力した送信ウエイトと、端末装置、アンテナ素子及び周波数の組み合わせとを対応付けて記憶する。
キャリブレーション係数記憶回路129には、アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、アップリンクのチャネル情報から、ダウンリンクのチャネル情報を算出する際に用いる各周波数及び各アンテナ素子におけるキャリブレーション係数を予め記憶している。なお、送信ウエイト記憶回路128は、基地局装置10が備えるアップリンクに係る構成の一部にもなっている。
The calibration circuit 126 obtains downlink channel information by multiplying the channel information output from the channel information long-time average circuit 123 by a predetermined calibration coefficient. Based on the downlink channel information acquired by the calibration circuit 126, the transmission weight calculation circuit 127 calculates a transmission weight corresponding to each combination of antenna element and frequency component for each terminal device, and transmits the calculated transmission weight. The data is output to the weight storage circuit 128. The transmission weight storage circuit 128 stores the transmission weight output from the transmission weight calculation circuit 127 in association with the combination of the terminal device, the antenna element, and the frequency.
The calibration coefficient storage circuit 129 stores, for each antenna element 101-1 to 101 -K, each frequency used for calculating downlink channel information from the uplink channel information and the calibration coefficient for each antenna element. Pre-stored. Note that the transmission weight storage circuit 128 is also a part of the configuration related to the uplink included in the base station apparatus 10.

なお、送受信ウエイト算出部120にて行うチャネル情報の推定に係わる一連の処理、及びそれに後続する送受信ウエイトの算出とその記憶等の一連の処理は、全て周波数成分ごとに行われる。つまり、式(11)又は式(13)を用いて行う周波数誤差を推定した後は、周波数誤差を補正した式(10)で与えられる短時間平均化後の各mに対するサンプリングデータ〜Sに対してFFT処理を行い、各周波数成分に分離することでアップリンクの短時間平均化されたチャネル情報を取得した後、それを基に各周波数成分に対して一連の処理を行う。 Note that a series of processes related to channel information estimation performed by the transmission / reception weight calculation unit 120 and a subsequent series of processes such as calculation and storage of transmission / reception weights are all performed for each frequency component. That is, after estimating the frequency error using Equation (11) or Equation (13), the sampling data for each m to S m after short-time averaging given by Equation (10) corrected for the frequency error On the other hand, after FFT processing is performed and channel information averaged for a short period of time is acquired by separating the frequency components, a series of processing is performed on each frequency component based on the acquired channel information.

図22は、本発明背景技術の構成例における基地局装置10における送信部140の構成の一例を示す図である。同図に示すように、送信部140は、送信信号処理回路141−1〜141−L、加算合成回路142−1〜142−K、IFFT&GI付与回路143−1〜143−K、D/A変換器144−1〜144−K、ローカル発振器145、ミキサ146−1〜146−K、フィルタ147−1〜147−K、及びハイパワーアンプ(HPA)148−1〜148−Kを更に備えている。送信信号処理回路141−1〜141−Lと、TDDスイッチ102−1〜102−Kとは、図19に示した通信制御回路110に接続されている。また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、図19に示した送受信ウエイト算出部120に接続されている。ここで、アンテナ素子101−1〜101−K、及びTDDスイッチ102−1〜102−Kは、アップリンクに係る構成(受信側)とで共通に用いられる。実際には、基地局装置10において、アップリンクに係る構成と、ダウンリンクに係る構成とが一体となって動作するものであるが、説明の都合上、分けて説明をしている。   FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the configuration of the transmission unit 140 in the base station apparatus 10 in the configuration example of the background art of the present invention. As shown in the figure, the transmission unit 140 includes transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L, addition synthesis circuits 142-1 to 142-K, IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K, and D / A conversion. 144-1 to 144-K, a local oscillator 145, mixers 146-1 to 146-K, filters 147-1 to 147-K, and high power amplifiers (HPA) 148-1 to 148-K. . Transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L and TDD switches 102-1 to 102-K are connected to communication control circuit 110 shown in FIG. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L are connected to the transmission / reception weight calculation unit 120 shown in FIG. Here, the antenna elements 101-1 to 101-K and the TDD switches 102-1 to 102-K are used in common with the configuration related to the uplink (reception side). Actually, in the base station apparatus 10, the configuration related to the uplink and the configuration related to the downlink operate integrally, but for the convenience of description, they are described separately.

送信信号処理回路141−1〜141−Lは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する宛先の端末装置に対応付けられ、対応付けられた端末装置に送信するデータに対して信号処理を行う。具体的には、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、送信すべきデータ入力#1〜#LがMAC層処理回路180から入力されると、OFDM(A)変調方式又はSC−FDEにおける所定の送信処理を実行する。データ入力#1〜#Lは、宛先の端末装置ないしは空間多重する信号系列それぞれに対応するデータであり、宛先の端末装置に対応付けられた送信信号処理回路141−1〜141−Lに入力される。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、基地局装置10においてOFDM(A)変調方式が用いられる場合、誤り訂正符号化の後にサブキャリアごとの信号の変調処理を行う。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、送信ウエイト記憶回路128に記憶されている送信ウエイトのうち、それぞれに割り当てられた宛先の端末装置に対応する各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128から読み出し、変調処理を行ったサブキャリアごとの信号に対し、読み出した送信ウエイトをサブキャリアごとに乗算する。   Each of the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L is associated with a destination terminal device that transmits data using spatial multiplexing, and performs signal processing on data to be transmitted to the associated terminal device. Do. Specifically, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L receive the OFDM (A) modulation scheme or SC-FDE when the data inputs # 1 to #L to be transmitted are input from the MAC layer processing circuit 180. The predetermined transmission process in is performed. Data inputs # 1 to #L are data corresponding to each destination terminal device or spatially multiplexed signal sequence, and are input to transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L associated with the destination terminal device. The When the base station apparatus 10 uses the OFDM (A) modulation scheme, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L perform signal modulation processing for each subcarrier after error correction coding. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L correspond to the antenna elements 101-1 to 101-K corresponding to the destination terminal devices assigned to the transmission weights stored in the transmission weight storage circuit 128, respectively. Each transmission weight is read from the transmission weight storage circuit 128, and the signal for each subcarrier subjected to the modulation process is multiplied by the read transmission weight for each subcarrier.

また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、基地局装置10においてSC−FDEが用いられる場合、誤り訂正符号化の後にシングルキャリアの変調処理が施された信号を、送信信号のブロック単位でFFTにより各周波数成分に分離する。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、送信ウエイト記憶回路128に記憶されている送信ウエイトのうち、宛先の端末装置に対応した送信ウエイトを読み出し、周波数成分に分離した信号に対し、読み出した送信ウエイトを周波数成分ごとに乗算する。
その後、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、OFDM(A)変調方式及びSC−FDEのいずれが用いられる場合においても、送信ウエイトを乗算したアンテナ素子ごとの各周波数成分の信号を加算合成回路142−1〜142−Kに出力する。加算合成回路142−1〜142−Kは、送信信号処理回路141−1〜141−Lが生成した信号を周波数成分ごとに合成し、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kに出力する。IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kは、加算合成回路142−1〜142−Kにおいて合成された信号に対しIFFT処理を施し、周波数軸上から時間軸上の信号に変換し、更にガードインターバルを付与し、必要に応じて波形整形を行い送信すべきデジタル・ベースバンド信号を生成し、D/A変換器144−1〜144−Kに出力する。なお、デジタル・ベースバンド信号は、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応し、個別に信号処理される。
Further, when SC-FDE is used in the base station apparatus 10, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L transmit a signal subjected to single carrier modulation processing after error correction coding to a block of the transmission signal. Each frequency component is separated by FFT in units. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L read out the transmission weight corresponding to the destination terminal device from among the transmission weights stored in the transmission weight storage circuit 128, and read out the signals separated into frequency components. The transmitted weight is multiplied for each frequency component.
Thereafter, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L add the signal of each frequency component for each antenna element multiplied by the transmission weight, regardless of which of the OFDM (A) modulation scheme and SC-FDE is used. The data is output to the synthesis circuits 142-1 to 142-K. Addition synthesis circuits 142-1 to 142-K synthesize the signals generated by transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L for each frequency component, and output them to IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K. IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K perform IFFT processing on the signals synthesized in the adder / synthesizing circuits 142-1 to 142-K, convert the signals from the frequency axis to the signals on the time axis, and further guard intervals , And waveform shaping as necessary to generate a digital baseband signal to be transmitted and output it to the D / A converters 144-1 to 144-K. The digital baseband signal corresponds to each of the antenna elements 101-1 to 101 -K and is individually signal processed.

D/A変換器144−1〜144−Kは、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kから入力された信号をアナログ信号に変換しミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ローカル発振器145は、アップコンバートに用いられる局部発振信号であって所定の周波数を有する局部発振信号をミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ミキサ146−1〜146−Kは、D/A変換器144−1〜144−Kから入力されるアナログ信号に対し、ローカル発振器145から入力される局部発振信号を乗算して無線周波数にアップコンバートした信号をフィルタ147−1〜147−Kに出力する。なお、ミキサ146−1〜146−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ146−1〜146−Kに入力される。
The D / A converters 144-1 to 144-K convert the signals input from the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K into analog signals and output the analog signals to the mixers 146-1 to 146-K.
The local oscillator 145 outputs a local oscillation signal used for up-conversion and having a predetermined frequency to the mixers 146-1 to 146-K.
The mixers 146-1 to 146-K multiply the analog signals input from the D / A converters 144-1 to 144-K by the local oscillation signals input from the local oscillator 145 and up-convert them to radio frequencies. The signal is output to the filters 147-1 to 147-K. The local oscillation signals input to the mixers 146-1 to 146-K are the same signal, and local oscillation signals having the same frequency and phase are input to the mixers 146-1 to 146-K.

フィルタ147−1〜147−Kは、ミキサ146−1〜146−Kから入力される信号に含まれ送信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kに出力する。
ハイパワーアンプ148−1〜148−Kは、フィルタ147−1〜147−Kから入力される信号を増幅し、TDDスイッチ102−1〜102−Kを介してアンテナ素子101−1〜101−Kより送信する。
通信制御回路110は、更に、送信タイミングや、宛先の端末装置の管理、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切り替えの制御を行う。
Filters 147-1 to 147 -K remove signals outside the band of the channel to be transmitted included in the signals input from mixers 146-1 to 146 -K and provide high-power amplifiers 148-1 to 148 -K. Output.
The high power amplifiers 148-1 to 148-K amplify the signals input from the filters 147-1 to 147-K, and the antenna elements 101-1 to 101-K via the TDD switches 102-1 to 102-K. Send more.
The communication control circuit 110 further controls transmission timing, destination terminal device management, and switching of the TDD switches 102-1 to 102-K.

なお、以上の説明では、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う信号処理が加算合成回路142−1〜142−Kの後段において処理される場合について説明を行ったが、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う信号処理を送信信号処理回路141−1〜141−Lにて実施し、時間軸上のデジタル・サンプリングデータとした上で、各サンプリング時刻のサンプリングデータを加算合成回路142−1〜142−Kにて全宛先の端末局に亘り加算合成するという処理に置き換えても、同等の信号処理が可能であり、どちらの構成を選択しても構わない。ただし、この場合、IFFTを行う回数が上記説明よりも多くなるため、全体的な回路規模抑制の観点からは図22の構成が好ましいと思われる。   In the above description, the case where the signal processing performed in the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K is processed in the subsequent stage of the adding / combining circuits 142-1 to 142-K has been described. However, the IFFT & GI adding circuit 143 has been described. The signal processing performed in -1 to 143-K is performed in the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L to obtain digital sampling data on the time axis, and the sampling data at each sampling time is added and synthesized Even if it replaces with the process of carrying out addition synthesis over all the destination terminal stations in 142-1 to 142-K, equivalent signal processing is possible, and either configuration may be selected. However, in this case, the number of times IFFT is performed is larger than that described above, and therefore the configuration of FIG. 22 is considered preferable from the viewpoint of overall circuit scale suppression.

(チャネル推定から送受信ウエイトの算出処理)
以下、図23から図27を用いて、本構成例の基地局装置10におけるチャネル推定から送信ウエイト及び受信ウエイトの算出までの処理を説明する。これらの一連処理は、端末装置と通信を開始する前に行うことが基本であるが、一旦、これらの処理を行った上で、逐次学習を行いながらチャネル情報の精度の向上、すなわち送信ウエイト及び受信ウエイトの精度の向上を図ることも可能である。
また、基地局装置10は、ブロードバンドサービスの中で利用されることを想定し、ある程度の帯域幅で通信を行う場合を対象とした。このため、OFDM(A)変調方式や、SC−FDE等の通信方式が用いられることを想定し、ブロック単位で各周波数成分を分離して信号処理をする説明を行っている。
(Calculation processing of transmission / reception weight from channel estimation)
Hereinafter, processing from channel estimation to calculation of transmission weights and reception weights in the base station apparatus 10 of this configuration example will be described with reference to FIGS. These series of processes are basically performed before starting communication with the terminal device, but once these processes are performed, the accuracy of channel information is improved while performing sequential learning, that is, transmission weight and It is also possible to improve the accuracy of the reception weight.
In addition, the base station apparatus 10 is intended for use in a broadband service and is intended for communication with a certain bandwidth. For this reason, assuming that an OFDM (A) modulation method or a communication method such as SC-FDE is used, an explanation is given of performing signal processing by separating each frequency component in units of blocks.

アップリンクのチャネル推定においては、例えば、図16に示したようなトレーニング信号を端末装置から連続的に送信し、それを基地局装置10が受信し、比較的短い時間での平均化処理(図23)を行う。更に、基地局装置10において、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの相対的なチャネル情報の差を示す相対成分を取得し(図24)、長時間での平均化処理(図25)を行う3段階の信号処理を行う。
このようにして求めたアップリンクのチャネル情報に対し、キャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得し(図26)、アップリンク及びダウンリンクのチャネル情報に基づいて送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する(図27)。
以下、各処理を説明する。
In uplink channel estimation, for example, a training signal as shown in FIG. 16 is continuously transmitted from the terminal device, and the base station device 10 receives the training signal and performs an averaging process in a relatively short time (see FIG. 16). 23). Further, the base station apparatus 10 acquires a relative component indicating a difference in relative channel information of each of the antenna elements 101-1 to 101-K (FIG. 24), and performs an averaging process for a long time (FIG. 25). Three-stage signal processing is performed.
The uplink channel information thus obtained is multiplied by a calibration coefficient to obtain downlink channel information (FIG. 26), and transmission weights and reception weights are obtained based on the uplink and downlink channel information. Is calculated (FIG. 27).
Hereinafter, each processing will be described.

図23は、本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。
基地局装置10において、チャネル情報短時間平均回路121は、端末装置から短時間平均化用のチャネル推定のトレーニング信号の受信が開始されると(ステップS101)、サンプリングのカウンタとしてのm及びMをゼロにリセットする(ステップS102)。ここで、カウンタとは、式(10)におけるm、Mのことであり、第Mシンボルの第mサンプルの意味である。チャネル情報短時間平均回路121は、FFT回路108−1〜108−Kから入力されるトレーニング信号に対してサンプリングを行い、サンプリングした信号をS (M)とする(ステップS103)。
FIG. 23 is a flowchart showing short-time averaging processing for acquiring uplink channel information in the configuration example of the background art of the present invention.
In the base station device 10, the channel information short-time averaging circuit 121 starts receiving a training signal for channel estimation for short-time averaging from the terminal device (step S 101), and sets m and M as sampling counters. Reset to zero (step S102). Here, the counter means m and M in Equation (10), and means the m-th sample of the M-th symbol. The channel information short-time averaging circuit 121 samples the training signals input from the FFT circuits 108-1 to 108-K, and sets the sampled signal as S m (M) (step S103).

チャネル情報短時間平均回路121は、サンプリング周期Δtが経過するたびに、カウンタmに「1」を加算し(ステップS104)、カウンタmがデータ数Nと一致した(m=N)か否かを判定し(ステップS105)、カウンタmがデータ数Nと一致していない(m≠N)場合(ステップS105:NO)、ステップS103に処理を戻し、ステップS103〜S105を繰り返す。ここで、データ数Nは、1シンボル当たりのサンプル数であり、予め定められた値である。
一方、カウンタmがデータ数Nと一致した場合(ステップS105:YES)、チャネル情報短時間平均回路121は、1シンボル分のサンプリングが完了したとみなし、次のシンボルをサンプリングするために、カウンタmに0を代入し、カウンタMに「1」を加算する(ステップS106)。
The channel information short-time averaging circuit 121 adds “1” to the counter m every time the sampling period Δt elapses (step S104), and checks whether the counter m matches the number of data N (m = N). When the determination is made (step S105) and the counter m does not match the number of data N (m ≠ N) (step S105: NO), the process returns to step S103, and steps S103 to S105 are repeated. Here, the data number N is the number of samples per symbol, and is a predetermined value.
On the other hand, when the counter m coincides with the number of data N (step S105: YES), the channel information short-time averaging circuit 121 considers that sampling for one symbol has been completed, and in order to sample the next symbol, the counter m 0 is substituted into “1”, and “1” is added to the counter M (step S106).

チャネル情報短時間平均回路121は、カウンタMが所定の値(式(10)のM)に達したか否かに応じてサンプリング終了か否かを判定し(ステップS107)、一続きのサンプリングが完了していない場合(ステップS107:NO)、ステップS103に処理を戻し、ステップS103〜S106の処理を繰り返して行う。ここで、一続きのサンプリングとは、予め定められたシンボル数Mのサンプリングのことである。
一方、一続きのサンプリングが完了した場合(ステップS107:YES)、チャネル情報短時間平均回路121は、式(12)を用いて^S(M,M’)を算出し(ステップS108)、式(13)の解ないしは式(11)を最大にする周波数誤差Δfを算出する(ステップS109)。
The channel information short-time averaging circuit 121 determines whether or not the sampling is finished depending on whether or not the counter M has reached a predetermined value (M 0 in Expression (10)) (step S107), and a series of samplings Is not completed (step S107: NO), the process returns to step S103, and the processes of steps S103 to S106 are repeated. Here, the sampling of a series is that the predetermined sampling number of symbols M 0.
On the other hand, when a series of sampling is completed (step S107: YES), the channel information short-time averaging circuit 121 calculates ^ S (M, M ′) using equation (12) (step S108). A frequency error Δf that maximizes the solution of (13) or equation (11) is calculated (step S109).

チャネル情報短時間平均回路121は、算出した周波数誤差Δfを用い、式(10)から複数周期に亘り加算平均化されたサンプリングデータ〜Sを算出する(ステップS110)。
チャネル情報短時間平均回路121は、短時間平均されたサンプリングデータ〜Sに対してFFTを行い、各周波数成分の情報を算出し(ステップS111)、短時間平均化の処理を終了する(ステップS112)。
なお、周波数誤差Δfが無視可能なほどに小さいことが事前に分かっている場合(設計上、このような設定となっている場合)、ないしは短時間平均化を行う時間(T×M)が十分に短く設定されている場合には、周波数誤差Δfの補正に相当するステップS108及びS109を省略し、Δf=0としてステップS110を直接実施することも可能である。
チャネル情報短時間平均回路121は、アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、複数の周期に亘るトレーニング信号を周期ごとに分離し、分離した各トレーニング信号を合成して短時間の平均化処理を行う。更に、各アンテナ素子101−1〜101−Kで受信した信号に含まれる異なる周期を有する各周波数成分の信号をFFTにて周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの信号から各アンテナ素子101−1〜101−Kと端末装置との間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得する。
The channel information short-time averaging circuit 121 uses the calculated frequency error Δf to calculate sampling data to S m that are added and averaged over a plurality of periods from Equation (10) (step S110).
Channel information short-time average circuit 121, a short time performs an FFT on averaged sampled data to S m, calculates information of each frequency component (step S111), and terminates the processing in the short-term average (step S112).
When it is known in advance that the frequency error Δf is negligibly small (in the case of such a setting in the design), or the time for performing short-time averaging (T × M 0 ) is If it is set sufficiently short, steps S108 and S109 corresponding to the correction of the frequency error Δf can be omitted, and step S110 can be directly executed with Δf = 0.
The channel information short-time averaging circuit 121 separates training signals over a plurality of periods for each of the antenna elements 101-1 to 101 -K and synthesizes the separated training signals for a short-time averaging process. I do. Furthermore, each frequency component signal having a different period included in the signal received by each antenna element 101-1 to 101 -K is separated for each frequency component by FFT, and each antenna element is separated from the separated signal for each frequency component. Channel information of each frequency component in the uplink between 101-1 to 101-K and the terminal device is acquired.

図24は、本発明関連技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。相対成分取得回路122は、チャネル情報短時間平均回路121が第1のアンテナ素子101−1から第Kのアンテナ素子101−Kそれぞれに対応する信号に対して短時間平均化処理を終了すると(ステップS121−1〜S121−K)、短時間平均化処理が終了した各アンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報における第k周波数成分^h (k),…,^h (k)がチャネル情報短時間平均回路121から入力される(ステップS122−1〜122−K)。 FIG. 24 is a flowchart showing a relative component acquisition process for acquiring a relative component of uplink channel information in the configuration example of the technology related to the present invention. The relative component acquisition circuit 122 completes the short-time averaging process for the signals corresponding to the first antenna element 101-1 to the K-th antenna element 101 -K by the channel information short-time average circuit 121 (step S 1). S121-1 to S121-K), k-th frequency components ^ h 1 (k) , ..., ^ h K ( in channel information corresponding to the antenna elements 101-1 to 101-K for which the short-time averaging processing has been completed. k) is input from the channel information short-time averaging circuit 121 (steps S122-1 to 122-K).

相対成分取得回路122は、第1のアンテナ素子101−1におけるチャネル情報(^h (k))と、その複素共役(^h (k)とから、オフセット値e−jφ(k)(=(^h (k)/‖^h (k)‖)を算出する(ステップS123)。ここで「‖x‖」は、xの絶対値を表す。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
相対成分取得回路122は、算出した第k周波数成分に対するオフセット値e−jφ(k)を各アンテナ素子101−1〜101−Kに対応する第k周波数成分^h (k)、…、^h (k)に乗算し(ステップS124−1〜S124−K)、相対的な複素位相関係を示すチャネル情報〜h (k),…,〜h (k)を求め、処理を終了する(ステップS125−1〜S125−K)。
上述のように、相対成分取得回路122は、第1のアンテナ素子101−1のチャネル情報を基準として、各アンテナ素子101−1〜101−Kの相対的なチャネル情報〜h (k),…,〜h (k)を算出する。なお、相対成分取得回路122は、端末装置ごとに、全ての周波数成分について上記のステップS121−1〜ステップS125−Kまでの処理を行い、各端末装置に対する全ての周波数成分における短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h (k),…,〜h (k)を算出する。
The relative component acquisition circuit 122 calculates the offset value e −jφ (k from the channel information (^ h 1 (k) ) in the first antenna element 101-1 and its complex conjugate (^ h 1 (k) ) *. ) (= (^ H 1 (k) ) * / ‖ ^ h 1 (k) ‖) is calculated (step S123). Here, “‖x‖” represents the absolute value of x. This offset value is obtained individually for each frequency component.
The relative component acquisition circuit 122 uses the calculated offset value e −jφ (k) for the k-th frequency component as the k-th frequency component corresponding to each of the antenna elements 101-1 to 101 -K ^ h 1 (k) ,. multiplying the h K (k) (step S124-1~S124-K), the channel information to h 1 indicating the relative complex phase relationships (k), ..., determine the ~h K (k), the process ends (Steps S125-1 to S125-K).
As described above, the relative component acquisition circuit 122 uses the channel information of the first antenna element 101-1 as a reference, and the relative channel information of the antenna elements 101-1 to 101-K to h 1 (k) , ..., ~ h K (k) is calculated. The relative component acquisition circuit 122 performs the processing from step S121-1 to step S125-K for all frequency components for each terminal device, and performs a short-time average channel for all frequency components for each terminal device. relative components to h 1 information (k), ..., and calculates the ~h K (k).

図25は、本発明関連技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。上述の図23及び図24の各処理は、連続又は離散的な時間で複数回実施され、各処理において算出された短時間平均のチャネル情報を基に、長時間平均化処理において長時間平均化されたチャネル情報を算出する。
チャネル情報長時間平均回路123は、1回目からQ回目の短時間平均化処理(相対成分取得を含む)が完了すると(ステップS131−1〜S131−Q)、相対成分取得回路122から短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h (k)[q],…,〜h (k)[q](q=1,…,Q)が入力される(ステップS132−1〜S132−Q)。ここで、短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h (k)[q]は、q回目に算出された第1のアンテナ素子101−1の第k周波数成分に対するチャネル情報の相対成分である。したがって、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで行われる処理に相当する。なお、長時間平均化処理の対象になる回数Qは、無線通信システムを運用する環境などに基づいて予め定められる。
また、チャネル情報長時間平均回路123は、次式(18)を用いて、長時間平均のチャネル情報h (k)(i=1,…,K)を算出する(ステップS133)。なお、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで処理が完了するため、長時間平均化処理であるステップS133の実施までの間、このチャネル情報の相対成分を一時的にメモリに記憶しておき、一度にステップS133を実施しても構わない。ないしは、ステップS133のΣによる総和の個々の加算処理を、ステップS132−1〜S132−Qの個々の処理が完了ごとに実施し、次の処理までの間メモリに記憶しておいて、加算の都度、それらを読み出してステップS133を実施しても構わない。
FIG. 25 is a flowchart showing long-time averaging processing of uplink channel information in the configuration example of the technology related to the present invention. Each of the processes shown in FIGS. 23 and 24 is performed a plurality of times in continuous or discrete time, and long-time averaging is performed in the long-time averaging process based on the short-time average channel information calculated in each process. Calculated channel information is calculated.
When the channel information long-time averaging circuit 123 completes the first to Q-time short-time averaging processing (including relative component acquisition) (steps S131-1 to S131-Q), the short-time average is calculated from the relative component acquisition circuit 122. , H 1 (k) [q] ,..., H K (k) [q] (q = 1,..., Q) are input (steps S132-1 to S132-Q). . Here, the relative component of short-term average channel information to h 1 (k) [q] is the relative component of the channel information with respect to the k-th frequency component of the first antenna element 101-1 calculated for the q-th time. . Therefore, steps S132-1 to S132-Q correspond to processing performed at different timings. Note that the number Q of times subjected to long-time averaging processing is determined in advance based on the environment in which the wireless communication system is operated.
The channel information long-time average circuit 123 calculates long-time average channel information h i (k) (i = 1,..., K) using the following equation (18) (step S133). Since steps S132-1 to S132-Q are completed at different timings, the relative component of this channel information is temporarily stored in the memory until step S133, which is a long-time averaging process, is performed. You may memorize | store and implement step S133 at once. Alternatively, the individual summation processing by Σ in step S133 is performed every time the individual processing in steps S132-1 to S132-Q is completed, and is stored in the memory until the next processing. You may read them each time and may implement step S133.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

チャネル情報長時間平均回路123は、各アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、各周波数成分のチャネル情報それぞれを平均化した長時間平均のチャネル情報h (k)を算出すると、長時間平均化処理を終了する(ステップS134)。なお、後述の図27を用いて説明する受信ウエイトの算出は、ここで取得したアップリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり、一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
以上の処理により、アップリンクのチャネル情報が直接的に取得できる。また、本構成例では、相対成分取得処理(図24)を行っているので、1回目からQ回目までの各短時間平均処理における位相のずれの影響を受けることなく長時間平均のチャネル情報を算出することができる。なお、上述のチャネル情報h (k)等の右肩の添え字kは周波数成分を識別する番号を表している。
The channel information long-time averaging circuit 123 calculates long-time average channel information h i (k) obtained by averaging the channel information of each frequency component for each antenna element 101-1 to 101 -K. The averaging process ends (step S134). The reception weight calculation described with reference to FIG. 27 described later is performed using the uplink channel information acquired here. However, when these processes are performed, the reception weight is temporarily stored in a memory. You can leave it.
Through the above processing, uplink channel information can be acquired directly. In this configuration example, since the relative component acquisition process (FIG. 24) is performed, the long-time average channel information is obtained without being affected by the phase shift in each short-time average process from the first time to the Q-th time. Can be calculated. Note that the superscript k on the right shoulder of the channel information h i (k) described above represents a number for identifying a frequency component.

図26は、本発明関連技術の構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。基地局装置10は、基地局装置10から端末装置へのダウンリンクに関しては、アップリンクのように直接的にチャネル情報を取得することが困難なので、アップリンクのチャネル情報を基にダウンリンクのチャネル情報を推定する。   FIG. 26 is a flowchart showing a process of acquiring downlink channel information in the configuration example of the technology related to the present invention. Since it is difficult for the base station apparatus 10 to obtain channel information directly as in the uplink for the downlink from the base station apparatus 10 to the terminal apparatus, the downlink channel is based on the uplink channel information. Estimate information.

基地局装置10において、キャリブレーション回路126は、チャネル情報長時間平均回路123からアップリンクのチャネル情報h (k)が入力され(ステップS142)、入力されたチャネル情報h (k)に対する第iのアンテナ素子101−iにおける第k周波数成分に対応するキャリブレーション係数C (k)をキャリブレーション係数記憶回路129から読み出す(ステップS143)。
キャリブレーション回路126は、入力されたチャネル情報h (k)と、読み出したキャリブレーション係数C (k)とを乗算し(ステップS144)、乗算結果をダウンリンクのチャネル情報として、処理を終了する(ステップS145)。この場合も、後述の図27を用いて説明する送信ウエイトの算出は、ここで取得したダウンリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
キャリブレーション回路126は、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに上述のステップS142からステップS144の処理を行う。
In the base station apparatus 10, the calibration circuit 126 receives the uplink channel information h i (k) from the channel information long-time averaging circuit 123 (step S 142), and the calibration circuit 126 performs the first operation on the input channel information h i (k) . The calibration coefficient C i (k) corresponding to the k-th frequency component in the antenna element 101-i of i is read from the calibration coefficient storage circuit 129 (step S143).
The calibration circuit 126 multiplies the input channel information h i (k) by the read calibration coefficient C i (k) (step S144), and uses the multiplication result as downlink channel information to complete the process. (Step S145). Also in this case, the calculation of the transmission weight described with reference to FIG. 27 described later is performed using the downlink channel information acquired here, but is temporarily stored in the memory when performing these processes. It does not matter.
The calibration circuit 126 performs the processing from step S142 to step S144 described above for each frequency component for each of the antenna elements 101-1 to 101-K.

図27は、本発明関連技術の構成例の基地局装置10における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。アップリンクにおけるチャネル情報に対する受信ウエイトの算出処理と、ダウンリンクにおけるチャネル情報に対する送信ウエイトの算出処理とは同等であるので、ここでは、ダウンリンクにおける送信ウエイトを算出する処理について説明し、アップリンクにおける受信ウエイトを算出する処理の具体的な説明を省略する。   FIG. 27 is a flowchart showing processing for calculating a transmission weight and a reception weight in the base station apparatus 10 according to the configuration example of the present invention. Since the processing for calculating the reception weight for the channel information in the uplink and the processing for calculating the transmission weight for the channel information in the downlink are the same, the processing for calculating the transmission weight in the downlink will be described here. A specific description of the process of calculating the reception weight will be omitted.

送信ウエイト算出回路127は、処理を開始すると(ステップS451)、第iのアンテナ素子101−iにおける着目するある端末装置に関する第k周波数成分のダウンリンクにおけるチャネル情報h (k)がキャリブレーション回路126から入力される(ステップS452)。
送信ウエイト算出回路127は、キャリブレーション回路126から入力されたチャネル情報h (k)の複素共役(h (k)を算出し、算出した複素共役(h (k)をチャネル情報h (k)の絶対値で除算した値を送信ウエイトw (k)にする(ステップS453)。すなわち、送信ウエイト算出回路127は、次式(19)を用いて、送信ウエイトw (k)を算出する(ステップS453)。
When the transmission weight calculation circuit 127 starts the processing (step S451), the channel information h i (k) in the downlink of the k-th frequency component related to the terminal device of interest in the i-th antenna element 101-i is the calibration circuit. 126 (step S452).
The transmission weight calculation circuit 127 calculates a complex conjugate (h i (k) ) * of the channel information h i (k) input from the calibration circuit 126 and calculates the calculated complex conjugate (h i (k) ) * . The value divided by the absolute value of the channel information h i (k) is set as the transmission weight w i (k) (step S453). That is, the transmission weight calculation circuit 127 calculates the transmission weight w i (k) using the following equation (19) (step S453).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

送信ウエイト算出回路127は、算出した送信ウエイトw (k)を送信ウエイト記憶回路128に記憶させ(ステップS454)、処理を終了する(ステップS455)。
送信ウエイト算出回路127は、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに全ての端末装置に対して上述のステップS452からステップS453の処理を行う。
なお、受信ウエイト算出回路124は、送信ウエイト算出回路127と同様の演算により、チャネル情報長時間平均回路123から入力されるチャネル情報h (k)から受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125に記憶させる。
なお、一般に複数のアンテナで受信した場合の信号合成のためのウエイトとしては、フェージング等の影響によりアンテナごとの信号の受信レベルに大きな差が見られる場合があり、その場合には受信レベルの低いアンテナ素子の受信信号の雑音の影響を抑制するために、以下に示す最大比合成のウエイトを用いることが多い。したがって、本構成例では式(19)の代わりに、以下に示す式(20)を用いることも可能である。
The transmission weight calculation circuit 127 stores the calculated transmission weight w i (k) in the transmission weight storage circuit 128 (step S454), and ends the process (step S455).
The transmission weight calculation circuit 127 performs the processing from step S452 to step S453 described above for all the terminal devices for each frequency component for each of the antenna elements 101-1 to 101 -K.
The reception weight calculation circuit 124 calculates the reception weight from the channel information h i (k) input from the channel information long-time average circuit 123 by the same operation as the transmission weight calculation circuit 127, and calculates the calculated reception weight. The data is stored in the reception weight storage circuit 125.
In general, as a weight for signal synthesis when signals are received by a plurality of antennas, there may be a large difference in the signal reception level for each antenna due to the influence of fading or the like. In this case, the reception level is low. In order to suppress the influence of noise of the received signal of the antenna element, the maximum ratio combining weight shown below is often used. Therefore, in the present configuration example, the following equation (20) can be used instead of the equation (19).

Figure 2014068173
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式(19)と式(20)との二つのウエイトの違いは、第iアンテナ素子の係数の大きさ(絶対値)がアンテナ素子ごとに微妙に異なるか同一であるかの差であり、式(20)では相対的に雑音のレベルが高い(すなわち受信レベルの低い)信号の重みを軽くする効果を取り込んでいる。しかし、長時間平均化されたチャネル情報との乗算後にはともに複素位相がゼロないし一定値となるように調整されている点では両者は共通している。広義の意味では式(20)も同位相合成のウエイトの一種といえる。本構成例では、このように長時間平均化されたチャネル情報との乗算後に複素位相がゼロないし一定値となるウエイトであればその他のウエイトを用いても同様の効果を得ることができる。   The difference between the two weights of Expression (19) and Expression (20) is the difference in whether the magnitude (absolute value) of the coefficient of the i-th antenna element is slightly different or the same for each antenna element. (20) incorporates an effect of reducing the weight of a signal having a relatively high noise level (that is, a low reception level). However, both are common in that both are adjusted so that the complex phase becomes zero or a constant value after multiplication with channel information averaged for a long time. In a broad sense, equation (20) is also a kind of weight for in-phase synthesis. In this configuration example, the same effect can be obtained even if other weights are used as long as the complex phase is zero or a constant value after multiplication with the channel information averaged for a long time.

一般には、送信ウエイトとしては式(19)のウエイトを、受信ウエイトとしては式(20)のウエイトを用いるのが好ましい。なお、本構成例では基地局装置と端末装置の間の見通しが確保できるように設置されることが推奨されるので、非常に多くの多重反射波が存在するマルチパス環境とは異なり見通し波が支配的な環境であるため、アンテナ素子ごとの受信レベルの差は比較的つきにくい。この結果、式(20)で求めたウエイトは、実効的には式(19)と等価なウエイトとなる。
なお、送受信ウエイトは、アンテナ素子ごとのウエイトの値を各要素の成分として構成されるベクトル(ウエイトベクトル)の示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるウエイトベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたウエイトベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価である。つまり、式(19)や式(20)で与えられる各ベクトルの成分全体に共通の係数が乗算されたウエイトは、全て本発明関連技術におけるウエイトと等価なものである。
図27に関する以上の説明は送信ウエイトの算出に関するものであったが、受信ウエイトに関しても対応する回路(例えば、キャリブレーション回路126に対してチャネル情報長時間平均回路123、送信ウエイト算出回路127に対して受信ウエイト算出回路124、送信ウエイト記憶回路128に対して受信ウエイト記憶回路125)に置き換えて、同様の処理を行うことで受信ウエイトの算出処理を実施することができる。
In general, it is preferable to use the weight of Expression (19) as the transmission weight and the weight of Expression (20) as the reception weight. In this configuration example, it is recommended that the system be installed so that a line of sight can be secured between the base station apparatus and the terminal apparatus. Since this is a dominant environment, the difference in reception level for each antenna element is relatively difficult. As a result, the weight obtained by Expression (20) is effectively a weight equivalent to Expression (19).
In the transmission / reception weight, the direction indicated by a vector (weight vector) having the weight value for each antenna element as a component of each element has an effective meaning. For this reason, a vector obtained by multiplying a certain weight vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a weight vector multiplied by a constant coefficient for each antenna element is all equivalent without depending on the coefficient to be multiplied. is there. That is, all the weights obtained by multiplying the entire components of the vectors given by the equations (19) and (20) by the common coefficient are equivalent to the weights in the technology related to the present invention.
The above description regarding FIG. 27 was related to the calculation of the transmission weight, but the circuit corresponding to the reception weight (for example, the channel information long-time averaging circuit 123 for the calibration circuit 126 and the transmission weight calculation circuit 127). Thus, the reception weight calculation circuit 124 and the transmission weight storage circuit 128 can be replaced with the reception weight storage circuit 125), and the reception weight calculation processing can be performed by performing the same processing.

図23から図27に示した上述の処理を事前に実施し、そこで得られた送信ウエイト及び受信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128及び受信ウエイト記憶回路125に記憶させておく。なお、図23及び図27に示した処理は、通信開始後も適当な周期で通信を一時的に休止させて実行することが可能である。そこで得られた短時間平均のチャネル情報を用いて図25から図27に示した処理を行い、逐次、送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するようにしてもよい。   The above-described processing shown in FIGS. 23 to 27 is performed in advance, and the transmission weight and the reception weight obtained there are stored in the transmission weight storage circuit 128 and the reception weight storage circuit 125, respectively. Note that the processing shown in FIGS. 23 and 27 can be executed after temporarily suspending communication at an appropriate cycle even after the start of communication. The processing shown in FIGS. 25 to 27 may be performed using the short-time average channel information obtained there, and the transmission weight and the reception weight may be updated sequentially.

(送信処理)
次に、基地局装置10における信号の送信処理について図を参照して説明する。
図28は、本発明関連技術の構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。先にも触れたが、ここではOFDM(A)変調方式ないしはSC−FDEを用いている場合について説明する。
基地局装置10において、送信処理が開始されると(ステップS161)、通信制御回路110又はスケジューリング処理回路181が公知の技術を用いて空間多重の対象となる端末装置を選択する(ステップS162)。なお、ここでは同時に空間多重する端末装置の選択方法、すなわちスケジューリング方法の詳細についての説明を省略する。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、入力されるデータ入力#1〜#Lから各周波数成分の送信信号の生成を行う(ステップS163)。
(Transmission process)
Next, signal transmission processing in the base station apparatus 10 will be described with reference to the drawings.
FIG. 28 is a flowchart showing a transmission process of the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention. As mentioned above, here, a case where the OFDM (A) modulation method or SC-FDE is used will be described.
When the base station apparatus 10 starts transmission processing (step S161), the communication control circuit 110 or the scheduling processing circuit 181 selects a terminal apparatus to be subjected to spatial multiplexing using a known technique (step S162). It should be noted that here, a detailed description of a method for selecting a terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously, that is, a scheduling method is omitted. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L generate transmission signals of each frequency component from the input data inputs # 1 to #L (step S163).

ステップS163における送信信号処理回路141−1〜141−Lが行う処理は、例えば、OFDM(A)変調方式を用いている場合、MACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与等を施し、サブキャリアごとにビットを分けて所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等を行う。また、SC−FDEを用いている場合、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、OFDM(A)変調方式と同様にMACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与等を施し、所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等のシングルキャリアの送信信号処理を行い、周波数軸上での送信ウエイト乗算処理を行うためにブロック単位でFFTを実施し、送信信号の各周波数成分を生成する。   The processing performed by the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in step S163 is necessary for a bit string constituting a wireless packet subjected to MAC layer signal processing, for example, when the OFDM (A) modulation method is used. Depending on the error, encoding processing for error correction, overhead information (preamble signal) including timing detection signals, channel estimation signals, and the like are applied, and bits are divided for each subcarrier and a predetermined modulation scheme (for example, BPSK) , QPSK, 16QAM, etc.). In addition, when SC-FDE is used, transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L are necessary for a bit string constituting a radio packet subjected to MAC layer signal processing in the same manner as the OFDM (A) modulation method. In accordance with the above, an encoding process for error correction, overhead information (preamble signal) including a timing detection signal, a channel estimation signal, and the like are applied, and a predetermined modulation scheme (for example, BPSK, QPSK, 16QAM, etc.) Single-carrier transmission signal processing such as signal point mapping processing is performed, and FFT is performed in units of blocks in order to perform transmission weight multiplication processing on the frequency axis, thereby generating each frequency component of the transmission signal.

また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、通信制御回路110が選択した端末装置に対応する送信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの各周波数成分の送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128から読み出す(ステップS164)。
送信信号処理回路141−1〜141−Lは、それぞれが各アンテナ素子101−1〜101−Kで送信する送信信号ごとに、ステップS163において生成した各周波数成分に分離した送信信号と、ステップS164において読み出した各周波数成分の送信ウエイトとを乗算し、加算合成回路142−1〜142−Kに出力する(ステップS165)。
The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L correspond to the antenna elements 101-1 to 101-1 corresponding to the terminal device assigned to the own circuit among the transmission weights corresponding to the terminal device selected by the communication control circuit 110. The transmission weight of each frequency component of 101-K is read from the transmission weight storage circuit 128 (step S164).
The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L respectively transmit the transmission signals separated in the frequency components generated in step S163 for each transmission signal transmitted by the antenna elements 101-1 to 101-K, and step S164. Is multiplied by the transmission weight of each frequency component read out in step S165, and the result is output to the adder / synthesizer circuit 142-1 to 142-K (step S165).

加算合成回路142−1〜142−Kは、それぞれが各送信信号処理回路141−1〜141−Lから入力された信号を加算合成し、この信号に対しIFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するとともにガードインターバルが付与され、必要に応じて波形整形等の一連の処理を行う(ステップS166−1〜S166−K)。この信号それぞれに対して、D/A変換器144−1〜144−KによるサンプリングデータのD/A変換や、ミキサ146−1〜146−Kによる無線周波数へのアップコンバート、フィルタ147−1〜147−Kによる帯域外信号の除去、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kによる増幅が行われ、各アンテナ素子101−1〜101−Kから送信され(ステップS167−1〜S167−K)、送信処理が終了する(ステップS168−1〜S168−K)。
これらの一連の処理(ステップS163からステップS167−1〜S167−K)は、無線パケットが複数シンボル又は複数ブロックに亘る場合には、OFDMシンボルやSC−FDEのブロック単位での処理がシンボル数ないしブロック数分だけ引き続き実施されることで無線パケット全体の送信信号処理が実施される。
Each of the adder / synthesizers 142-1 to 142-K adds and synthesizes the signals input from the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L, and the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K. A signal on the frequency axis is converted to a signal on the time axis, and a guard interval is given, and a series of processing such as waveform shaping is performed as necessary (steps S166-1 to S166-K). For each of these signals, D / A conversion of sampling data by the D / A converters 144-1 to 144-K, up-conversion to a radio frequency by the mixers 146-1 to 146-K, and filters 147-1 to 147-1 147-K removes the out-of-band signal, performs amplification by the high power amplifiers 148-1 to 148-K, and transmits from each of the antenna elements 101-1 to 101-K (steps S167-1 to S167-K). The transmission process ends (steps S168-1 to S168-K).
These series of processes (from step S163 to steps S167-1 to S167-K), when a wireless packet spans a plurality of symbols or a plurality of blocks, the processing in units of blocks of OFDM symbols or SC-FDEs is the number of symbols. The transmission signal processing of the entire wireless packet is performed by continuing the execution for the number of blocks.

本構成例における基地局装置10の送信処理の特徴としては、ステップS164において送信ウエイト記憶回路128に記憶されている、端末装置に対応する送信ウエイトを読み出して利用する点であり、時々刻々と微妙に変化するチャネル情報を意識せず、端末装置ごとに事前に算出された固定的な送信ウエイトを利用することである。これにより、送信する都度、送信ウエイトを算出することなく、送信処理を行うことができる。
また、このようにして送信された信号は、各端末装置のアンテナ素子において、基地局装置10のアンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が、周波数成分ごとに概ね同位相で受信されることになる。各端末装置において受信された信号は、特に基地局装置10が行う各種信号処理を意識することなく受信できる通常の信号として処理することが可能である。
また、送信信号処理回路141−1〜141−LがステップS163において行うチャネル推定用信号等のオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与においては、複数の端末装置に対して共通のパターンの信号を利用することが可能である。これはステップS165において行う送信ウエイトの乗算により、各端末装置において他の端末装置宛の信号が十分に抑圧された状態で受信可能となるために、各端末装置に個別のプリアンブル信号を割り当てる必要がないからである。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要がなくなり、MACレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。
A characteristic of the transmission processing of the base station apparatus 10 in this configuration example is that the transmission weight corresponding to the terminal apparatus stored in the transmission weight storage circuit 128 is read out and used in step S164, and is slightly subtle. This is to use a fixed transmission weight calculated in advance for each terminal device without being conscious of the channel information that changes. Thereby, it is possible to perform transmission processing without calculating a transmission weight each time transmission is performed.
In addition, the signals transmitted in this manner are received at the antenna elements of the respective terminal apparatuses, with the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K of the base station apparatus 10 being approximately in phase for each frequency component. Will be. The signal received at each terminal device can be processed as a normal signal that can be received without being conscious of various signal processing performed by the base station device 10 in particular.
In addition, in the provision of overhead information (preamble signal) such as a channel estimation signal performed by the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in step S163, signals having a common pattern are used for a plurality of terminal devices. It is possible. This is because transmission by the transmission weight performed in step S165 allows each terminal device to receive a signal destined for another terminal device in a sufficiently suppressed state. Therefore, it is necessary to assign a separate preamble signal to each terminal device. Because there is no. As a result, it is not necessary to assign a preamble signal having the number of symbols depending on the number of spatial multiplexing while performing high-order spatial multiplexing, and it is possible to suppress a decrease in MAC layer efficiency.

(受信処理)
図29は、本発明関連技術の構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。端末装置が送信する信号は、本構成例における基地局装置10が実施する各種信号処理を意識することなく、通常の信号として送信される。ここでは、同時に空間多重する端末装置の選択方法、即ちスケジューリング方法の詳細は省略するが、MAC層処理回路180は公知の技術を用いて、空間多重してデータを伝送する端末装置を選択する。
(Reception processing)
FIG. 29 is a flowchart showing a reception process of the base station device 10 in the configuration example of the technology related to the present invention. The signal transmitted by the terminal device is transmitted as a normal signal without being conscious of various signal processing performed by the base station device 10 in this configuration example. Here, although details of a method for selecting a terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously, that is, a scheduling method, are omitted, the MAC layer processing circuit 180 selects a terminal device that performs spatial multiplexing and transmits data using a known technique.

基地局装置10において、受信処理が開始されると(ステップS171)、通信制御回路110は、空間多重してデータを伝送する端末装置の組み合わせを選択し(ステップS172)、アップリンクに関するスケジューリング内容を選択された端末装置に対して通知する(ステップS173)。ここでの通知方法は、例えばTDMAフレームを用いた基地局集中制御を採用するWiMAXのようなシステムであれば、フレーム先頭部分におけるUL−MAP(アップリンクの割り当てマップ)にて、割り当てのあるサブキャリア番号やタイムスロット(OFDMシンボル位置)、さらには継続する時間(OFDMシンボル数)などを通知する。もちろん、他の方法で割り当てを端末装置に通知してもよいし、アクセス制御の方法次第では端末装置に通知するステップS173を省略することも可能である。   In the base station apparatus 10, when the reception process is started (step S171), the communication control circuit 110 selects a combination of terminal apparatuses that perform spatial multiplexing and transmit data (step S172), and sets scheduling contents related to the uplink. The selected terminal device is notified (step S173). For example, in the case of a system such as WiMAX that employs base station centralized control using a TDMA frame, the notification method here is an UL-MAP (uplink allocation map) at the head of the frame, which is assigned to The carrier number, time slot (OFDM symbol position), and the continuous time (number of OFDM symbols) are notified. Of course, the assignment may be notified to the terminal device by another method, and step S173 of notifying the terminal device may be omitted depending on the access control method.

ステップS173の処理に合わせて、送信元の端末装置に対応する受信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの各周波数成分の受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125から読み出しを行う(ステップS176)。
これと並行して、割り当て指示(端末装置への送信指示)を行った所定のタイミングから各アンテナ素子101−1〜101−Kを介して信号を受信する(ステップS174−1〜S174−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。その後、FFT回路108−1〜108−Kにてシンボル単位で信号を抽出し、ガードインターバルを除去してFFT処理を実施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換するなどの各種の受信信号処理を実施する(ステップS175−1〜S175−K)。
In accordance with the processing of step S173, among the reception weights corresponding to the transmission source terminal apparatus, the reception weights of the respective frequency components of the respective antenna elements 101-1 to 101-K corresponding to the terminal apparatus allocated to the own circuit. Is read from the reception weight storage circuit 125 (step S176).
In parallel with this, signals are received via the respective antenna elements 101-1 to 101-K from a predetermined timing when the assignment instruction (transmission instruction to the terminal device) is given (steps S174-1 to S174-K). . Here, reception includes processing for performing analog / digital conversion on a received signal or a signal obtained by down-converting the received signal. Thereafter, the FFT circuits 108-1 to 108-K extract signals in symbol units, remove guard intervals, perform FFT processing, and convert signals on the time axis into signals on the frequency axis. The received signal processing is performed (steps S175-1 to S175-K).

更に、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、受信ウエイト記憶回路125から読み出した受信ウエイトと、周波数成分ごとに分離した受信信号とを乗算する(ステップS177−1〜S177−K)。受信信号処理回路109−1〜109−Lは乗算結果を送信元の端末装置ごとに加算合成する(ステップS178−1〜S178−L)。ステップS177−1〜S177−K及びステップS178−1〜S178−Lにおける処理は、それ全体で受信信号ベクトルに受信ウエイト行列を乗算する演算に相当する。   Further, the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L multiply the reception weight read from the reception weight storage circuit 125 and the reception signal separated for each frequency component (steps S177-1 to S177-K). The reception signal processing circuits 109-1 to 109-L add and synthesize the multiplication results for each transmission source terminal device (steps S178-1 to S178-L). The processing in steps S177-1 to S177-K and steps S178-1 to S178-L corresponds to the operation of multiplying the reception signal vector by the reception weight matrix as a whole.

受信信号処理回路109−1〜109−Lは、このようにして信号分離された各信号系列(データ出力#1〜#L)に対して、所定の受信信号処理を行い(ステップS179−1〜S179−L)、一連の処理を終了する(ステップS180−1〜S180−L)。
ここで、所定の受信信号処理とは、空間多重された信号を信号分離した後の処理である。したがって、通常のSISO通信と同様の信号処理である。また、受信信号処理には、OFDM(A)変調方式が用いられている場合、サブキャリアごとの復調処理を含み、SC−FDEが用いられている場合、各周波数成分の受信信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対するシングルキャリアの復調処理を含む。さらには、必要に応じて誤り訂正の復号処理などを実施してもよい。当然ながら、以上の処理の後段でMACレイヤ等の信号処理も行われるが、公知の技術による処理と変わらないためここでは省略する。
Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform predetermined reception signal processing on each signal series (data output # 1 to #L) thus separated (step S179-1 to S179-1). S179-L), a series of processing ends (steps S180-1 to S180-L).
Here, the predetermined received signal processing is processing after signal separation of a spatially multiplexed signal. Therefore, the signal processing is the same as that of normal SISO communication. The received signal processing includes demodulation processing for each subcarrier when the OFDM (A) modulation method is used, and when SC-FDE is used, the frequency axis for the received signal of each frequency component It includes a single carrier demodulation process for a signal obtained by performing the above signal equalization process and synthesizing the signal by IFFT process. Furthermore, a decoding process for error correction may be performed as necessary. Naturally, signal processing such as a MAC layer is also performed after the above processing, but it is omitted here because it is the same as the processing by a known technique.

なお、シンボルタイミングに関しては、各アンテナ素子101−1〜101−Kでの受信信号の受信レベルが非常に微弱な場合には、受信信号からタイミング検出を行うのは困難な場合がある。この場合には、例えばGPSを用いた絶対的な時間同期の他に、周期的なフレーム構成を用いて、直前のフレームタイミング検出用の信号などで得られたタイミングを基準にして、後続するフレームの受信タイミングを推定するなど、如何なる同期手段を用いて受信信号の受信タイミング及びシンボルタイミングを決定するようにしてもよい。このとき、端末装置は送信タイミングを決定する際に、同期された受信タイミングを基準として基地局からの指示等に従い所定のタイミングで信号を送信すればよい。   Regarding the symbol timing, when the reception level of the reception signal at each of the antenna elements 101-1 to 101-K is very weak, it may be difficult to detect the timing from the reception signal. In this case, for example, in addition to absolute time synchronization using GPS, a subsequent frame using a periodic frame configuration with reference to the timing obtained from the immediately preceding frame timing detection signal, etc. The reception timing and symbol timing of the received signal may be determined using any synchronization means such as estimating the reception timing of the received signal. At this time, when determining the transmission timing, the terminal device may transmit a signal at a predetermined timing in accordance with an instruction from the base station based on the synchronized reception timing.

(本発明関連技術の効果)
上述のように、本構成例の無線通信システムでは、基地局装置10及び端末装置が双方ともに比較的高所に設置され、この結果として見通し波ないしは固定的な巨大な建築物等からの安定的な反射波が基地局装置及び端末装置間で期待される環境で、見通し波及び安定した反射波の合成により与えられる安定した入射波成分に対応するチャネル情報を取得する。基地局装置10は、取得したチャネル情報に基づいて、送信ウエイト及び受信ウエイトを生成し、この受信ウエイトを用いることで基地局装置及び端末装置における信号の同位相合成を実現する。また、基地局装置10が生成した送信ウエイトを用いて複数のアンテナ素子101−1〜101−Kから信号を送信することで、端末装置は伝搬路上において合成された信号を高い精度で位相が揃えられた信号として受信することができる。
(Effects of the technology related to the present invention)
As described above, in the wireless communication system of this configuration example, both the base station apparatus 10 and the terminal apparatus are installed at relatively high places, and as a result, stable from a line-of-sight or a fixed huge building or the like. Channel information corresponding to a stable incident wave component given by combining a line-of-sight wave and a stable reflected wave is acquired in an environment where a reflected wave is expected between the base station apparatus and the terminal apparatus. The base station device 10 generates a transmission weight and a reception weight based on the acquired channel information, and realizes in-phase synthesis of signals in the base station device and the terminal device by using the reception weight. Further, by transmitting signals from the plurality of antenna elements 101-1 to 101 -K using the transmission weight generated by the base station apparatus 10, the terminal apparatus aligns the phases of the signals synthesized on the propagation path with high accuracy. Received as a received signal.

また、基地局装置10におけるチャネル情報の取得では、短時間平均を行うことでチャネル推定の推定精度を向上している。更に、アンテナ素子101−1〜101−Kを介して受信する離散した時刻の複数の受信信号を合成することにより、各アンテナ素子101−1〜101−Kを介して受信する受信信号におけるランダムな時変動成分の安定的な成分に対する相対的な比率を統計的に抑圧することができ、時変動の影響を低減させることができる。
これにより、端末装置とアンテナ素子101−1〜101−Kとの間のチャネル情報の取得が困難なほどに、各アンテナ素子101−1〜101−Kによる回線利得が不足する環境であっても、各アンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が端末装置において同位相合成される送信ウエイトを算出することができる。
Moreover, in the acquisition of channel information in the base station apparatus 10, the estimation accuracy of channel estimation is improved by performing short-time averaging. Further, by combining a plurality of reception signals at discrete times received via the antenna elements 101-1 to 101-K, random signals in the reception signals received via the antenna elements 101-1 to 101-K can be obtained. The relative ratio of the time variation component to the stable component can be statistically suppressed, and the influence of the time variation can be reduced.
As a result, even in an environment where the line gain by each of the antenna elements 101-1 to 101-K is insufficient such that acquisition of channel information between the terminal device and the antenna elements 101-1 to 101-K is difficult. Thus, it is possible to calculate transmission weights in which the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K are combined in phase in the terminal device.

また、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に係わるチャネル情報のフィードバックにおいて、リアルタイムのチャネル情報のフィードバックを頻繁に行う場合には問題となるチャネル推定のためのオーバーヘッドによる伝送効率の低下を回避することができる。実際、サービス開始前に長時間平均化チャネル情報を取得しておけば、データ通信を行うサービス中にはチャネル情報フィードバックを一切行わなくても運用可能である。さらには従来であれば逐次行われていた送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に伴う演算の負荷も、無線通信システムの運用開始時に1回だけ算出すれば良くなるため、通常運用時の負荷の低減を図ることも可能である。これらの送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、リアルタイム処理が前提の従来技術では短時間での演算処理完了が求められる場合が多く、このために高速演算が可能なハードウエア処理が前提となることが多かった。しかし、従来技術では膨大な演算量ゆえにハードウエア規模が増大する問題があったが、基地局装置10によれば無線通信システムの運用開始時に時間をかけて演算処理を行うことが許されるようになるために、演算処理時間の遅いソフトウエア処理であっても対処可能になり、全体的なハードウエア規模を低減するといった副次的な効果も得ることができるようになる。   Further, in the feedback of channel information related to the calculation of transmission weights and reception weights, it is possible to avoid a decrease in transmission efficiency due to overhead for channel estimation, which is a problem when real-time channel information feedback is frequently performed. . Actually, if the average channel information is acquired for a long time before the service is started, it is possible to operate without performing any channel information feedback during the data communication service. Furthermore, since the calculation load associated with the calculation of the transmission weight and the reception weight, which has been performed sequentially in the past, only needs to be calculated once at the start of operation of the wireless communication system, the load during normal operation can be reduced. It is also possible to plan. The calculation of these transmission weights and reception weights is often required to complete arithmetic processing in a short time in the conventional technology premised on real-time processing. For this reason, hardware processing capable of high-speed arithmetic is assumed. There were many. However, although the conventional technique has a problem that the hardware scale increases due to the enormous amount of computation, the base station apparatus 10 is allowed to perform computation processing over time at the start of operation of the wireless communication system. Therefore, even software processing with a slow calculation processing time can be dealt with, and a secondary effect of reducing the overall hardware scale can be obtained.

このように、上述の送信ウエイト及び受信ウエイトを利用してK個のアンテナ素子(無線モジュール)を用いて送受信を行うことで、総送信電力が一定の条件下において最大で10Log10K[dB]の回線利得を得ることが可能となる。この結果、総送信電力を抑える省エネ効果や、高出力の高価な線形性の高い高利得アンプの代わりに安価なアンプが利用可能になる経済効果などを得ることができる。これと同時に、L系統の信号系列を同時に同一周波数上で空間多重することで、伝送容量の増大、すなわち周波数利用効率の向上をもたらすことができる。 Thus, by performing transmission / reception using K antenna elements (wireless modules) using the transmission weight and reception weight described above, the maximum transmission power is 10 Log 10 K [dB] at a maximum under a certain condition. Can be obtained. As a result, it is possible to obtain an energy saving effect that reduces the total transmission power, an economic effect that allows an inexpensive amplifier to be used instead of a high output, high linearity, high gain amplifier, and the like. At the same time, the L signal series can be simultaneously spatially multiplexed on the same frequency, thereby increasing the transmission capacity, that is, improving the frequency utilization efficiency.

また、図10に示した基地局装置80の受信部85は、信号を受信する都度、チャネル推定に用いるプリアンブル信号等をA/D変換器856−1〜856−Kからチャネル情報推定回路861に出力し、チャネル情報推定回路861が受信信号のチャネル推定を行う。チャネル推定の結果は、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に入力され、ここでMIMOのチャネル行列に対する所定の演算処理から受信ウエイトを算出し、これを受信信号処理回路858−1〜858−Lに出力し、これを基に受信信号検出処理を行う。最も典型的な処理例では、MIMOチャネル行列の逆行列ないしは擬似逆行列を受信ウエイトとして算出するが、当然ながら、宛先の端末装置の組み合わせが異なる場合、仮に着目する端末装置のチャネル情報(チャネルベクトル)として同一のベクトルを選択したとしても、他のチャネルベクトルが異なるときには逆行列演算により求められる受信ウエイト行列を構成する該当端末装置に対応した行ベクトルは異なるものとなり、受信ウエイトは異なる。
これに対して、本構成例における基地局装置10は、信号を受信する都度、空間多重された信号系列を分離するための受信ウエイトを生成するための情報取得を目的としてチャネル推定をし、推定結果から受信ウエイトを算出することは不要である。この点が図10に示した基地局装置80の受信部85とは本質的に異なる。特に、基地局装置10では、長時間平均を行った多数のアンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報を基に、事前に算出した受信ウエイトを用いる。
Also, the receiving unit 85 of the base station apparatus 80 shown in FIG. 10 sends a preamble signal or the like used for channel estimation from the A / D converters 856-1 to 856-K to the channel information estimation circuit 861 every time a signal is received. The channel information estimation circuit 861 performs channel estimation of the received signal. The result of channel estimation is input to multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862, where reception weights are calculated from a predetermined calculation process for the MIMO channel matrix, and are received by reception signal processing circuits 858-1 to 858-L. The received signal is detected based on the output. In the most typical processing example, an inverse matrix or pseudo inverse matrix of a MIMO channel matrix is calculated as a reception weight, but of course, if the destination terminal device combination is different, the channel information (channel vector) of the terminal device to which attention is paid. Even if the same vector is selected, the row vectors corresponding to the corresponding terminal devices constituting the reception weight matrix obtained by the inverse matrix calculation are different when the other channel vectors are different, and the reception weights are different.
On the other hand, every time a base station apparatus 10 in this configuration example receives a signal, it performs channel estimation for the purpose of acquiring information for generating a reception weight for separating a spatially multiplexed signal sequence, and performs estimation. It is not necessary to calculate the reception weight from the result. This point is essentially different from the receiving unit 85 of the base station apparatus 80 shown in FIG. In particular, the base station apparatus 10 uses reception weights calculated in advance based on channel information corresponding to a large number of antenna elements 101-1 to 101-K subjected to long-time averaging.

従来のマルチユーザMIMO技術において信号を受信する都度受信ウエイトを算出するのは、空間多重されている各信号系列(データ入力#1〜#L)からの干渉信号の強度が無視できないレベルであり、これを抑圧するためにヌル制御として他の端末装置の信号を合成時にキャンセルする係数を算出する必要があるからである。この信号抑圧のための信号処理が先に示した(擬似)逆行列などの算出であるが、行列サイズの3乗に比例して演算負荷が増大し、リアルタイム処理が不可能になる傾向にある。
本構成例における基地局装置10は、受信する端末装置が定まると、当該端末装置に対応した受信ウエイトを読み出して受信信号処理を行うのみでよいので、受信ウエイト算出演算に関してリアルタイム処理を必要としない(すなわち受信ウエイトはメモリからの単純な読み出しだけでよい)ため、膨大なアンテナ素子数を想定しても現実的なハードウエア構成で実現可能である。
The reception weight is calculated every time a signal is received in the conventional multi-user MIMO technology, and the level of the interference signal from each of the spatially multiplexed signal sequences (data inputs # 1 to #L) is not negligible. This is because, in order to suppress this, it is necessary to calculate a coefficient for canceling a signal of another terminal device at the time of synthesis as null control. The signal processing for signal suppression is the calculation of the (pseudo) inverse matrix shown above, but the calculation load increases in proportion to the cube of the matrix size, and real-time processing tends to be impossible. .
When the base station apparatus 10 in this configuration example determines the terminal apparatus to receive, the base station apparatus 10 only needs to read out the reception weight corresponding to the terminal apparatus and perform reception signal processing, and thus does not need real-time processing for the reception weight calculation calculation. (In other words, the reception weight can be simply read from the memory.) Therefore, even if an enormous number of antenna elements is assumed, it can be realized with a realistic hardware configuration.

また、基地局装置80は、マルチユーザMIMO技術において信号を受信する都度、同時に空間多重される端末装置ごとにそれぞれ個別にチャネル推定を行う必要があり、その結果を用いて受信ウエイトを算出していた。この個別のチャネル推定のためには、空間多重数と同数の直交プリアンブルないしは空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用信号のプリアンブル信号が必要であった。この場合、空間多重数と同数のシンボル数だけのオーバーヘッドが発生することから、MACレイヤの効率の低下につながっていた。しかし本発明関連技術では、空間多重されている端末装置ごとにチャネル推定を行うことなくステップS177−1〜S177−Kにて受信ウエイトを受信信号に対して乗算し、その結果として送信元の端末装置ごとに信号分離がなされる。これにより、ステップS179−1〜S179−Lにおいて行う信号系列ごとの受信信号処理においては、あたかも空間多重数が1であるかのように単一のチャネル推定用のプリアンブル信号(例えば1シンボル)があれば信号検出処理を実施することが可能である。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要がなくなり、MACレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。   Further, every time a signal is received in the multi-user MIMO technology, the base station apparatus 80 needs to perform channel estimation individually for each terminal apparatus that is simultaneously spatially multiplexed, and uses the result to calculate the reception weight. It was. For this individual channel estimation, the same number of orthogonal preambles as the spatial multiplexing number or the preamble signal of the channel estimation signal having the same number of symbols as the spatial multiplexing number is required. In this case, overhead corresponding to the number of symbols equal to the number of spatial multiplexing occurs, leading to a decrease in MAC layer efficiency. However, in the technology related to the present invention, the reception weight is multiplied by the reception signal in steps S177-1 to S177-K without performing channel estimation for each spatially multiplexed terminal device, and as a result, the transmission source terminal Signal separation is performed for each device. Thus, in the received signal processing for each signal sequence performed in steps S179-1 to S179-L, a single channel estimation preamble signal (for example, one symbol) is as if the spatial multiplexing number is 1. If there is, signal detection processing can be performed. As a result, it is not necessary to assign a preamble signal having the number of symbols depending on the number of spatial multiplexing while performing high-order spatial multiplexing, and it is possible to suppress a decrease in MAC layer efficiency.

また、基地局装置10に具備されているアンテナ素子101−1〜101−Kの数を非常に大きな数とした場合、個々の送信アンテナ素子対受信アンテナ素子のチャネルの時間変動があっても、多数のアンテナ素子間にてランダムに変化すれば、全体として統計的に平均化された状態とみなすことができ、時間変動の影響を低減することが可能である。
また、送信ウエイト記憶回路128に端末装置ごとに算出した送信ウエイトを予め記憶させておくことにより、空間多重してデータを送信する際に、端末装置に対応する送信ウエイトを読み出し、送信信号処理を行うため、送信の都度、送信ウエイトを算出することなく、空間多重してデータを送信することができ、簡易な処理で膨大なアンテナ素子数を用いた高次の空間多重を実現し、その結果としてダウンリンクの周波数利用効率を向上させることができる。
Further, when the number of antenna elements 101-1 to 101-K provided in the base station apparatus 10 is a very large number, even if there is a time variation of the channel of each transmitting antenna element versus receiving antenna element, If it changes randomly between a large number of antenna elements, it can be regarded as a statistically averaged state as a whole, and the influence of time fluctuation can be reduced.
Further, by storing the transmission weight calculated for each terminal device in the transmission weight storage circuit 128 in advance, when transmitting data by spatial multiplexing, the transmission weight corresponding to the terminal device is read and transmission signal processing is performed. Therefore, it is possible to transmit data by spatial multiplexing without calculating the transmission weight each time transmission is performed, and high-order spatial multiplexing using a huge number of antenna elements is realized with simple processing, and as a result As a result, the frequency utilization efficiency of the downlink can be improved.

(構成例に関する補足)
以上が、本発明関連技術の構成例の説明である。以下に、これらの構成例に共通な補足事項を示しておく。
本発明関連技術の構成例における基地局装置10では、アップリンクにおけるチャネル情報を取得する際に図23に示した短時間平均処理を実施する構成を説明した。しかし、これは(要求条件1)への対応を前提とするものであった。例えば、回線設計的にはチャネル推定は実施可能なレベルであるが、より高い伝送レートでの通信のために、回線利得を更に得るための手段として基地局装置10を用いる場合には、必ずしも短時間平均を行う必要はない。この場合、アップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理(図23)は、単に、チャネル推定処理に置き換えることができる。
(Supplement regarding configuration example)
The above is the description of the configuration example of the technology related to the present invention. The following are supplementary items common to these configuration examples.
In the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention, the configuration in which the short-time averaging process illustrated in FIG. 23 is performed when acquiring the channel information in the uplink has been described. However, this was premised on the response to (Requirement 1). For example, although channel estimation is at a level where channel estimation is feasible in terms of channel design, when the base station apparatus 10 is used as a means for further obtaining channel gain for communication at a higher transmission rate, it is not necessarily short. There is no need to perform time averaging. In this case, the short-time averaging process (FIG. 23) for acquiring uplink channel information can be simply replaced with a channel estimation process.

また同様に本発明関連技術の構成例における基地局装置10では、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出する際に、式(14)及び式(15)に示したキャリブレーション係数を用いる構成を説明した。しかし、先にも説明したが、ローノイズアンプ103−1〜103−K、フィルタ106−1〜106−K、ハイパワーアンプ148−1〜148−K、フィルタ147−1〜147−Kなどにおける周波数成分ごとの複素位相の回転量のアップリンクとダウンリンクとの間の相対値(複素位相の角度差)が全てのアンテナ素子に対応する回路で一定値になるようにアナログ的な信号処理で調整を行ってある場合(例えば、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整していても良い)、キャリブレーション係数を用いた処理を行う必要はない。この場合、ダウンリンクのチャネル情報を取得する処理(図26)は、省略することができ、上りリンクのチャネル情報とダウンリンクのチャネル情報とが等価になるので、送信ウエイトと受信ウエイトとは共通の値になる。この場合、ダウンリンクにおける送信ウエイト算出に係わる回路と、アップリンクにおける受信ウエイトの算出に係わる回路は共用化を図ることが可能である。   Similarly, in the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention, when calculating the downlink channel information from the uplink channel information, the calibration coefficients shown in the equations (14) and (15) are used. The configuration used is described. However, as described above, the frequencies in the low noise amplifiers 103-1 to 103-K, the filters 106-1 to 106-K, the high power amplifiers 148-1 to 148-K, the filters 147-1 to 147-K, and the like. Adjust by analog signal processing so that the relative value (angle difference of complex phase) between the uplink and downlink of the amount of complex phase rotation for each component becomes a constant value in the circuit corresponding to all antenna elements. (For example, the complex phase of the uplink and downlink may be adjusted to be a constant value), it is not necessary to perform the process using the calibration coefficient. In this case, the process of acquiring downlink channel information (FIG. 26) can be omitted, and the uplink channel information and the downlink channel information are equivalent, so the transmission weight and the reception weight are common. Value. In this case, the circuit related to the calculation of the transmission weight in the downlink and the circuit related to the calculation of the reception weight in the uplink can be shared.

またこの場合、本発明関連技術の構成例における基地局装置では、受信ウエイト算出回路124及び受信ウエイト記憶回路125が、送信ウエイトと受信ウエイトとの算出及び記憶を兼ねて行う構成となる。この結果、キャリブレーション回路126、送信ウエイト算出回路127、送信ウエイト記憶回路128、及びキャリブレーション係数記憶回路129が省略される。しかし、これに限ることなく、本発明関連技術の構成例における基地局装置10と同じ構成のままで、キャリブレーション係数をアンテナ素子及び周波数成分の全ての組み合わせにおいて「1」とみなして送信ウエイトを算出するようにしてもよい。
更にこの場合、各周波数成分の必ずしも全てのアンテナ素子において複素位相の回転量が同一(ないしは、キャリブレーション係数が1)である必要はなく、この条件が一部の少数のアンテナ素子において例外的に満たされない状況であっても、少なくとも半数以上のアンテナ素子でこの条件を満たしていれば、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。
In this case, in the base station apparatus in the configuration example of the technology related to the present invention, the reception weight calculation circuit 124 and the reception weight storage circuit 125 are configured to perform both calculation and storage of the transmission weight and the reception weight. As a result, the calibration circuit 126, the transmission weight calculation circuit 127, the transmission weight storage circuit 128, and the calibration coefficient storage circuit 129 are omitted. However, the present invention is not limited to this, and with the same configuration as that of the base station apparatus 10 in the configuration example of the present invention, the calibration coefficient is regarded as “1” in all combinations of antenna elements and frequency components, and the transmission weight is set. You may make it calculate.
Furthermore, in this case, the rotation amount of the complex phase does not necessarily have to be the same (or the calibration coefficient is 1) in all the antenna elements of each frequency component, and this condition is exceptional in some small number of antenna elements. Even in a situation that is not satisfied, as long as at least half of the antenna elements satisfy this condition, the operation intended by the present invention can be realized as a whole.

また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイトは全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いていた。しかし、OFDMAでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間(OFDMシンボル)及び周波数(サブキャリア)ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。この場合には、複数面で構成される受信信号処理回路109−1〜109−L及び送信信号処理回路141−1〜141−Lは、周波数及び時刻に関係なく通信相手となる端末装置に対応しているというものではなく、ある各周波数成分ないしは各時刻(OFDMシンボル)に着目した場合に通信相手となる端末装置に対応していると理解すべきである。しかし、その差を除けばOFDMとOFDMAとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書中ではOFDMを中心に説明を行ったが、OFDMAにおいても全く同様に本発明関連技術を適用することができる。
また、SC−FDEに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で送信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のSC−FDEで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのSC−FDEに適用可能である。
Further, in the OFDM modulation scheme, all subcarriers are used for communication with the same terminal apparatus, and therefore, transmission / reception weights for the terminal apparatuses of a combination common to all subcarriers are used. However, in OFDMA, since allocations to different combinations of terminal devices in a patchwork pattern on the time axis and the frequency axis are gathered together, terminals allocated for each time (OFDM symbol) and frequency (subcarrier) It is necessary to use transmission / reception weights for the device. In this case, the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L and the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L configured by a plurality of surfaces correspond to the terminal device that is the communication partner regardless of the frequency and time. However, it should be understood that it corresponds to a terminal device that is a communication partner when attention is paid to each frequency component or each time (OFDM symbol). However, except for the difference, OFDM and OFDMA can be processed in exactly the same way. In this specification, the description has been focused on OFDM, but the present invention is also applied to OFDMA. can do.
In addition, there are various operational variations regarding SC-FDE, but reception signal processing and reception after signals transmitted from each antenna element are combined in space are multiplied by transmission weights on the transmission side. In any of the received signal processings after the reception weights are multiplied on the side and the signals of the respective antenna elements are added and combined, the processing performed in the conventional SC-FDE is applied as it is in each of the above-described configuration examples. Therefore, the present invention is applicable to all variations of SC-FDE.

更に、受信ウエイトを乗算した信号を複数のアンテナ素子に亘り加算合成する際に、必ずしも全てのアンテナ素子に亘り加算合成する必要はなく、全体の中の一部の複数のアンテナ素子に亘り加算合成を行ったとしても、全体として本発明関連技術の意図する動作を実現することは可能であり、結果として同様の効果を得ることができる。同様に、送信ウエイトを乗算した複数の端末装置宛の信号をアンテナ素子ごとに加算合成する際においても、加算合成を全てのアンテナ素子に亘り実施せず、一部の複数のアンテナ素子において加算合成を行ったとしても、全体として本発明関連技術の意図する動作を実現することは可能である。
また同様に、本発明関連技術においてはデータ通信の際に用いるチャネル推定用のプリアンブル信号は全ての端末装置において共通のプリアンブル信号とすることは可能であるが、一部の端末装置で他のプリアンブル信号を用いる構成とすることも当然ながら可能であり、少なくとも複数の端末装置に対して同時に空間多重して信号を送受信する際に共通のプリアンブルを用いたとすれば、それは本発明関連技術の意図する動作に相当する。
Furthermore, when adding and combining signals multiplied by reception weights over multiple antenna elements, it is not always necessary to add and combine over all antenna elements, and add and combine over some antenna elements in the whole. Even if it performs, it is possible to implement | achieve the operation | movement which the technique relevant to this invention intends as a whole, and can obtain the same effect as a result. Similarly, when adding and combining signals for a plurality of terminal devices multiplied by transmission weights for each antenna element, addition combining is not performed for all the antenna elements, and addition and combining is performed for some antenna elements. Even if the above is performed, it is possible to realize the intended operation of the technology related to the present invention as a whole.
Similarly, in the technology related to the present invention, the preamble signal for channel estimation used for data communication can be a common preamble signal in all terminal devices, but other preambles are used in some terminal devices. It is of course possible to employ a configuration using a signal. If a common preamble is used when transmitting and receiving a signal by spatially multiplexing at least a plurality of terminal devices at the same time, it is intended by the technology related to the present invention. Corresponds to the action.

更に、本発明関連技術における図23から図25で示したチャネル情報の取得処理において、それらの処理を開始するための指示等の各種制御情報の基地局装置と端末装置の間の交換処理は如何なる方法で実現しても構わない。これらの処理は基本的にはサービス運用開始前に行うものであり、その場合には適切な送受信ウエイトが当初は未知であるために、基地局装置と端末装置の間で十分な回線利得が確保できない状況で各種制御が行われることが想定される。しかし、サービス運用開始前であれば、例えば作業員が端末装置の設置作業において手動で処理開始の指示を行うことも可能であるし、一時的に他の無線規格を利用して制御を行っても構わない。したがって、チャネル情報の取得処理を開始するための指示等の各種制御処理方法に係わりなく、本発明関連技術を実施することは可能である。   Furthermore, in the channel information acquisition process shown in FIGS. 23 to 25 in the technology related to the present invention, what is the exchange process between the base station apparatus and the terminal apparatus for various control information such as an instruction for starting these processes? It may be realized by a method. These processes are basically performed before the start of service operation. In this case, since an appropriate transmission / reception weight is unknown at the beginning, a sufficient line gain is secured between the base station apparatus and the terminal apparatus. It is assumed that various controls are performed in a situation where it is impossible. However, before the start of service operation, for example, an operator can manually instruct the start of processing in the installation work of the terminal device, or temporarily control using other wireless standards It doesn't matter. Therefore, it is possible to implement the technology related to the present invention regardless of various control processing methods such as an instruction for starting the acquisition processing of channel information.

また更に、相対成分を取得する際に用いる複素位相のオフセット値φ(k)は、図24に示した処理以外の方法で取得することも可能である。
図30は、上述の本発明関連技術の各構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。同図に示す処理と図24に示した処理との差分は、相対成分の取得の際に用いる複素位相のオフセット値φ(k)を、特定のアンテナ素子101−1の複素位相を基準とする代わりに、ステップS193において全てのアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相(すなわち0〜2πで表される角度)の平均値を用いる点である。ステップS122−1〜S122−Kにてアンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報における第k周波数成分^h (k),…,^h (k)を基に、次式(21)を用いて第k周波数成分に対する全アンテナの複素位相の平均値φ(k)を求め、これをステップS124−1〜S124−Kにて用いることで相対成分の取得を実現する。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
個々のアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相成分は誤差を含む場合においても、式(21)では誤差の平均化を行うことになるので、結果的に精度の高い相対成分を求めることができる。
Furthermore, the offset value φ (k) of the complex phase used when acquiring the relative component can be acquired by a method other than the processing shown in FIG.
FIG. 30 is a flowchart showing another relative component acquisition process for acquiring a relative component of uplink channel information in each configuration example of the technology related to the present invention described above. The difference between the processing shown in FIG. 24 and the processing shown in FIG. 24 is that the complex phase offset value φ (k) used when acquiring the relative component is based on the complex phase of the specific antenna element 101-1. Instead, in step S193, an average value of complex phases (that is, angles represented by 0 to 2π) of all the antenna elements 101-1 to 101-K is used. Based on the k-th frequency components ^ h 1 (k) ,..., ^ H K (k) in the channel information corresponding to the antenna elements 101-1 to 101-K in steps S122-1 to S122-K, Using (21), the average value φ (k) of the complex phases of all antennas for the k-th frequency component is obtained, and this is used in steps S124-1 to S124-K, thereby obtaining the relative component. This offset value is obtained individually for each frequency component.
Even when the complex phase component of each of the antenna elements 101-1 to 101-K includes an error, the equation (21) averages the error, and as a result, a highly accurate relative component is obtained. Can do.

Figure 2014068173
Figure 2014068173

また、ダウンリンクのチャネル情報の取得方法としては、本明細書で示したアップリンクのチャネル情報を利用する方法の他に、従来技術の図4(A)の直接的な方法で示したように、ダウンリンクで直接トレーニング信号を送信し、そのトレーニング信号を受信した端末装置が取得したチャネル情報をフィードバックする形で基地局装置に設定する方法も考えられる。この場合、図16で示したトレーニング信号を、基地局装置が備えるアンテナ素子から1本ずつ順番に送信し、図23から図25で示した処理と同様の処理を端末装置で実施し、その結果得られた平均化されたアンテナ素子ごと及び周波数成分ごとのチャネル情報を何らかの方法で基地局にフィードバックして設定し、基地局装置ではこれを利用して送信ウエイトを算出する構成としても同様の効果を得ることは可能である。ただし、この場合であってもアップリンクのチャネル情報の取得においては各端末装置からのトレーニング信号の送信は必須であり、この点に関しては上述の本発明関連技術と全く同様である。   As a method of acquiring downlink channel information, in addition to the method using uplink channel information shown in this specification, as shown in the direct method of FIG. A method is also conceivable in which a training signal is directly transmitted on the downlink and channel information acquired by a terminal device that has received the training signal is fed back to the base station device in a form of feedback. In this case, the training signals shown in FIG. 16 are sequentially transmitted one by one from the antenna elements provided in the base station apparatus, and the same processes as those shown in FIGS. 23 to 25 are performed in the terminal apparatus. The same effect can be obtained when the averaged channel information for each antenna element and each frequency component is set by feeding back to the base station by some method, and the base station apparatus uses this to calculate the transmission weight. It is possible to get However, even in this case, transmission of a training signal from each terminal device is indispensable for acquiring uplink channel information, and this point is exactly the same as the above-described technology related to the present invention.

また、例えば式(21)ではチャネル情報^h (k)の複素位相を抽出する処理を行っているが、チャネル情報^h (k)の実数部と虚数部の比率から複素位相の角度情報を取得し、その角度情報を基に式(21)と等価な値を算出することも可能である。これは数式的には異なる処理に見えるが、数学的には全く等価な処理であり、全ての演算処理に対しこのような数学的に等価な代替の手段で処理を代用することも当然ながら可能である。
また同様に本発明関連技術の構成例における基地局装置10では、図24に示すアップリンクのチャネル情報の相対成分の取得後の処理として、図25に示す長時間平均化処理を行った後、図27に示す送受信ウエイト算出処理を行っていた。しかし、式(19)ないし式(20)で示すウエイトは単純な複素位相成分の抽出に相当するため、図24に示す相対成分の取得後に図27に示すウエイト算出処理を実施し、図25のステップS131−1〜S131−Qを個々の受信ウエイトの取得に読み替えて、ステップS133に示す長時間平均化の対象をこの受信ウエイトに置き換えることでも近似的に同等の長時間平均の受信ウエイトを取得することは可能である。つまり、先の本発明関連技術の構成例では長時間平均化の対象となる物理量はチャネル情報の相対成分であったが、チャネル情報の相対成分から算出した受信ウエイトを長時間平均化の対象となる物理量に置き換えることも可能である。
Further, for example, is performed a process of extracting the complex phase of the formula (21) in the channel information ^ h i (k), the angle of the complex phase from the ratio of the real and imaginary parts of the channel information ^ h i (k) It is also possible to acquire information and calculate a value equivalent to the equation (21) based on the angle information. Although this appears to be mathematically different, it is mathematically equivalent, and of course it is possible to substitute processing with such mathematically equivalent alternatives for all arithmetic operations. It is.
Similarly, in the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention, after performing the long-time averaging process shown in FIG. 25 as the process after obtaining the relative component of the uplink channel information shown in FIG. The transmission / reception weight calculation process shown in FIG. 27 was performed. However, since the weights shown in the equations (19) to (20) correspond to simple complex phase component extraction, the weight calculation processing shown in FIG. 27 is performed after the relative components shown in FIG. By replacing steps S131-1 to S131-Q with acquisition of individual reception weights and replacing the long-time averaging target shown in step S133 with this reception weight, an approximately equivalent long-time average reception weight is acquired. It is possible to do. That is, in the configuration example of the related art of the present invention, the physical quantity that is subject to long-term averaging is a relative component of channel information, but the reception weight calculated from the relative component of channel information is subject to long-term averaging. It is also possible to replace it with a physical quantity.

更に、図14に示した本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例では、端末装置12−1〜12−2は1本のアンテナを備えるものとして図示したが、端末装置が複数のアンテナを備えていたとしても同様の処理を行うことは可能である。原理的には、端末装置12−1〜12−2が複数本のアンテナを備えていれば、一つの端末局に複数の信号系列を空間多重することも可能である。この場合、端末装置12−1〜12−2の各アンテナを個々の端末局のアンテナ素子とみなすことで、本発明関連技術を同様に実施することが可能である。ただし、本発明では端末装置12−1〜12−2と基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4は相互に見通し環境であることを想定しているため、一般的には基地局と一つの端末局の間でMIMO伝送を行うことは困難(第2固有値以降がゼロに近づく)であることが多い。   Furthermore, in the installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system according to the present invention illustrated in FIG. 14, the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are illustrated as including one antenna. Even if a plurality of antennas are provided, the same processing can be performed. In principle, if the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are provided with a plurality of antennas, a plurality of signal sequences can be spatially multiplexed in one terminal station. In this case, it is possible to similarly implement the technology related to the present invention by regarding each antenna of the terminal devices 12-1 to 12-2 as an antenna element of each terminal station. However, in the present invention, since it is assumed that the terminal devices 12-1 to 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment, generally, It is often difficult to perform MIMO transmission between one terminal station (after the second eigenvalue approaches zero).

そこで端末局が複数本のアンテナを備えている場合には、実際には単一信号系列の送受信を複数アンテナのダイバーシチ構成として運用するのが現実的である。この場合には、複数のアンテナを適当なウエイトで合成することで、仮想的な1本のアンテナとみなすことが可能であり、この仮想的な1本のアンテナとの間で同様の処理を実現すれば、全く同様に本発明関連技術を適用することが可能である。
また更に、以上の動作原理及び本発明関連技術の構成例の説明の中では、各アンテナ素子に対応したチャネル情報や送受信ウエイトについて述べてきたが、各アンテナ素子のチャネル情報ないしは送受信ウエイトを成分として構成されるベクトルは、そのベクトルの示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価な意味合いをもつことになる。
Therefore, when the terminal station is provided with a plurality of antennas, it is practical to operate transmission / reception of a single signal sequence as a diversity configuration of a plurality of antennas. In this case, by combining a plurality of antennas with appropriate weights, it can be regarded as a virtual one antenna, and the same processing is realized with this virtual one antenna. Then, it is possible to apply the technology related to the present invention in exactly the same way.
Furthermore, in the above description of the operation principle and the configuration example of the technology related to the present invention, the channel information and transmission / reception weight corresponding to each antenna element have been described. However, the channel information or transmission / reception weight of each antenna element is used as a component. In the constructed vector, the direction indicated by the vector has an effective meaning. For this reason, the vector obtained by multiplying a certain vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a vector obtained by multiplying a certain coefficient for each antenna element has all equivalent meanings without depending on the coefficient to be multiplied. Will have.

一方で、本発明の前提条件で説明した通り、基地局装置と端末装置のアンテナはそれぞれ見通し環境ないしは見通し環境に近い環境を想定しているため、各アンテナ素子で受信される信号の強度及び振幅は概ね一定の値となっていることが期待される。このため、例えば各アンテナ素子のチャネル情報のベクトルは、実効的にはベクトルの各成分の絶対値はそれほど大きな意味をもたず、チャネル情報の値を規格化した値(チャネル情報をその絶対値で除算して得られる複素数)が有意な情報となる。このため、以上の動作原理及びの説明の中で用いられた「チャネル情報」を、近似的に「チャネル情報の値を規格化した値」とみなした処理は本発明及び本発明の関連技術と全く等価なものであり、その意味で上述の「チャネル情報」とは広義の意味で「チャネル情報の値を規格化した値」までを含むものとする。   On the other hand, as described in the preconditions of the present invention, since the antennas of the base station apparatus and the terminal apparatus are assumed to be a line-of-sight environment or an environment close to the line-of-sight environment, the intensity and amplitude of the signal received by each antenna element. Is expected to be roughly constant. For this reason, for example, the vector of channel information of each antenna element is effectively not so significant in the absolute value of each component of the vector, and the channel information value is normalized (the channel information is the absolute value). (Complex number obtained by dividing by) is significant information. For this reason, the processing in which the “channel information” used in the description of the operation principle and the above is approximately regarded as the “value obtained by normalizing the value of the channel information” is the present invention and related technology of the present invention. In this sense, the above-mentioned “channel information” includes up to “a value obtained by standardizing the value of channel information” in a broad sense.

また更に、本発明の明細書においては説明の都合上、「行ベクトル」と「列ベクトル」をあまり区別することなく扱っている。例えば、式(3)におけるチャネル情報ベクトルhiは行ベクトルであり、送信ウエイトベクトルwjは列ベクトルであり、ベクトルの並びの方向を統一する厳密な数学上の表記であれは「転置」などの記号などを使って表記すべきである。しかし、本発明の実施において必要な情報はベクトルの各成分の値であり、そのベクトルが行ベクトルか列ベクトルであるかはあまり意味をもたないため、理解の容易さを優先して「行ベクトル」と「列ベクトル」を区別しない説明としている。 Furthermore, in the specification of the present invention, for convenience of explanation, “row vector” and “column vector” are treated without being distinguished from each other. For example, the channel information vector h i in the expression (3) is a row vector, the transmission weight vector w j is a column vector, and “transpose” or the like if it is a strict mathematical notation that unifies the direction of vector arrangement. Should be written using the symbol etc. However, the information required in the practice of the present invention is the value of each component of the vector, and it does not make much sense whether the vector is a row vector or a column vector. The description does not distinguish between “vector” and “column vector”.

また更に、以上の関連技術の主たる特徴は、実際の通信に先行した事前処理として、アップリンク及び又はダウンリンクのチャネル情報を事前に取得し、その情報を基に事前に受信ウエイト及び又は送信ウエイトを算出しておき、実際の通信に際しては事前に取得しておいた受信ウエイト又は送信ウエイトを参照して送受信の信号処理を実施する点である。この結果、アンテナ素子数が膨大な数になっても送受信ウエイトの取得処理において非常に重い演算の負荷を伴わず、回路規模も抑えながら、リアルタイムでの処理を実施することが可能という効果を得ることが可能となる。したがって、必ずしもチャネル情報のアンテナ素子ごとの相対成分の取得や、その平均化処理などを行わず、事前処理として1回のチャネル情報の取得結果を用いて送受信ウエイトを取得したとしても、信号分離のための送受信ウエイトによる信号分離の精度は幾分落ちるかもしれないが、本関連技術の目的とする効果を得ることも可能である。本発明においては、この関連技術の利用を主として想定しているが、本発明の効果を得るための必須条件としては、チャネル情報の相対成分の取得と平均化処理は必要ではない。   Still further, the main feature of the related technology described above is that, as pre-processing prior to actual communication, uplink and / or downlink channel information is acquired in advance, and reception weight and / or transmission weight is determined in advance based on that information. In actual communication, transmission / reception signal processing is performed with reference to the reception weight or transmission weight acquired in advance. As a result, even when the number of antenna elements becomes enormous, it is possible to perform real-time processing while reducing the circuit scale without accompanying a very heavy calculation load in the transmission / reception weight acquisition processing. It becomes possible. Therefore, acquisition of relative components for each antenna element of channel information is not necessarily performed, and averaging processing thereof is not performed. Even if transmission / reception weights are acquired using a single channel information acquisition result as preprocessing, signal separation is not performed. Therefore, the accuracy of signal separation due to the transmission / reception weight may be somewhat lowered, but it is also possible to obtain the intended effect of the related technology. In the present invention, the use of this related technique is mainly assumed. However, acquisition of the relative component of the channel information and the averaging process are not necessary as an essential condition for obtaining the effect of the present invention.

また更に、図28のステップS162、及び図29のステップS172に示すスケジューリング処理に関しては、例えば時変動などの影響で劣化する各端末装置のSINR(Signal to Interference and Noise Power Ratio:信号対干渉雑音電力比)値の予想値が所定の条件を満たせるか否かの判断により行うようにしても構わない。例えば、i番目の端末装置である第i端末のSNR値がx[dB]、時変動指標の階級値に対応したSIR値がy[dB]、適用する伝送モードの所要SINR値がz[dB]であったとする。この場合、所望の通信品質を満たすためには次式(22)を満たす必要がある。 Furthermore, regarding the scheduling process shown in step S162 of FIG. 28 and step S172 of FIG. 29, for example, the SINR (Signal to Interference and Noise Power Ratio) of each terminal device that deteriorates due to the influence of time variation or the like. The ratio may be determined by determining whether the expected value of the ratio can satisfy a predetermined condition. For example, the SNR value of the i-th terminal device which is the i-th terminal device is x i [dB], the SIR value corresponding to the class value of the time variation index is y i [dB], and the required SINR value of the transmission mode to be applied is z It is assumed that i [dB]. In this case, in order to satisfy the desired communication quality, it is necessary to satisfy the following equation (22).

Figure 2014068173
Figure 2014068173

ここで、式(22)の左辺第2項のΣの総和をとる範囲は、空間多重伝送の対象として想定する端末番号jに対し、式(22)の品質評価対象とする第i端末のみを除外した範囲(j≠j)である。例えば、スケジューリングのある段階で空間多重を想定する端末装置の全てを空間多重対象とした場合、ある番号jの端末装置に対し式(22)が満たされなかった場合には、その第i端末を空間多重伝送の対象から除外するとともに、以降の式(22)の成立可否判断におけるΣの総和をとる範囲から、その端末番号を除外すれば良い。このような条件を満たせる範囲で、スケジューリング処理回路181は空間多重する端末装置の絞り込みを行う。なお、ここで、式(22)の右辺に表れる適用する伝送モードの所要SINR値(z[dB])は、適用する伝送モードを変えることで条件が変るので、そのような伝送モードの適応的な変更により対処しても構わない。このように、スケジューリングに際しては様々な条件判断や端末装置の組み合わせの検索処理などが必要となるが、そのスケジューリング処理に依存せずに本発明の関連技術は適用可能であり、得に制限条件が必要となるものではない。 Here, the range in which the sum of Σ in the second term on the left side of equation (22) is taken is that only the i-th terminal that is subject to quality evaluation of equation (22) with respect to the terminal number j assumed as the object of spatial multiplexing transmission. The excluded range (j ≠ j). For example, when all of the terminal devices that are assumed to be spatially multiplexed at a certain stage of scheduling are subject to spatial multiplexing, if Equation (22) is not satisfied for a terminal device of a certain number j, the i-th terminal is In addition to being excluded from the target of spatial multiplexing transmission, the terminal number may be excluded from the range in which the summation of Σ in the determination of the feasibility of the following equation (22) is taken. As long as such a condition can be satisfied, the scheduling processing circuit 181 narrows down the terminal devices to be spatially multiplexed. Here, since the required SINR value (z i [dB]) of the transmission mode to be applied that appears on the right side of the equation (22) changes depending on the transmission mode to be applied, the adaptation of such a transmission mode is applied. It may be dealt with by a change. As described above, various conditions are determined and scheduling processing for combinations of terminal devices is required for scheduling. However, the related technology of the present invention can be applied without depending on the scheduling processing, and there are particularly limited conditions. It is not necessary.

[関連技術に基づく具体的な本発明の実施形態]
以上の動作原理のもと、具体的な本発明の実施形態について以下に説明を行う。本発明の実施形態は、本発明のベースとなる関連技術との組み合わせで実施されるものである。以下、基地局装置が空間多重伝送の対象とする端末装置の数をN、基地局装置が備えるアンテナ素子の数をK(FDD方式の場合には送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とのペアの数をK組)として説明する。
[Specific Embodiment of the Present Invention Based on Related Technology]
Based on the above principle of operation, a specific embodiment of the present invention will be described below. The embodiments of the present invention are implemented in combination with related technologies on which the present invention is based. Hereinafter, the number of terminal devices that the base station device is subject to spatial multiplexing transmission is N, and the number of antenna elements provided in the base station device is K (in the case of the FDD system, the number of pairs of transmitting antenna elements and receiving antenna elements) Is described as K group).

(基地局装置の構成例)
図1は、本発明に係る実施形態における基地局装置400の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置400は、複数の端末装置と同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う。また、基地局装置400は、同図に示すように、K本のアンテナ素子401−1〜401−Kと、K個の無線信号処理回路410−1〜410−Kと、N個の送受信信号処理部430−1〜430−Nと、送受信ウエイト算出部402と、通信制御回路403と、インタフェース回路404とを備えている。以下、アンテナ素子401−1〜401−Kの全体又はいずれか一つを示す場合にアンテナ素子401という。同様に、無線信号処理回路410−1〜410−Kの全体又はいずれか一つを示す場合に無線信号処理回路410、送受信信号処理部430−1〜430−Nの全体又はいずれか一つを示す場合に送受信信号処理部430という。
(Configuration example of base station device)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a base station apparatus 400 in an embodiment according to the present invention. Base station apparatus 400 performs spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency as a plurality of terminal apparatuses. Further, as shown in the figure, the base station apparatus 400 includes K antenna elements 401-1 to 401 -K, K radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K, and N transmission / reception signals. Processing units 430-1 to 430 -N, a transmission / reception weight calculation unit 402, a communication control circuit 403, and an interface circuit 404 are provided. Hereinafter, the whole or any one of the antenna elements 401-1 to 401 -K is referred to as the antenna element 401. Similarly, when the whole or any one of the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K is shown, the whole or any one of the wireless signal processing circuit 410 and the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N is used. In this case, it is referred to as a transmission / reception signal processor 430.

アンテナ素子401−1〜401−Kは、それぞれが無線信号処理回路410−1〜410−Kと一対一に対応付けられ、対応する無線信号処理回路410−1〜410−Kに接続されている。
無線信号処理回路410−1〜410−Kは、接続されているアンテナ素子401−1〜401−Kを介して受信した受信信号に対し信号増幅の後に、ベースバンド帯域への周波数変換、フィルタによる帯域外成分の除去、サンプリング処理(A/D変換処理)、ガードインターバルの除去、FFT処理を実施し各周波数成分のデジタル信号に変換し、変換により得られたデジタル信号を送受信信号処理部430−1〜430−Nに出力する。
The antenna elements 401-1 to 401 -K are associated with the wireless signal processing circuits 410-1 to 410 -K on a one-to-one basis, and are connected to the corresponding wireless signal processing circuits 410-1 to 410 -K. .
The radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K perform signal amplification on the received signals received via the connected antenna elements 401-1 to 401 -K, frequency conversion to a baseband, and filters Out-of-band component removal, sampling processing (A / D conversion processing), guard interval removal, FFT processing are performed to convert each frequency component into a digital signal, and the digital signal obtained by the conversion is transmitted / received signal processing section 430- 1 to 430-N.

また、無線信号処理回路410−1〜410−Kは、送受信信号処理部430−1〜430−Nそれぞれから入力される各周波数成分のデジタル信号を加算合成し、加算合成により得られた各周波数成分の信号をIFFT処理及びガードインターバルの付与によりベースバンド帯のデジタル信号に変換し、これをD/A変換し更に無線周波数帯域のアナログ信号に周波数変換(帯域外成分の除去含む)して、信号増幅の後に接続されているアンテナ素子401−1〜401−Kを介して送信する。以下、無線信号処理回路410−1〜410−Kの具体的な構成例を説明する。   The radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K add and synthesize digital signals of respective frequency components input from the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430 -N, and each frequency obtained by the addition synthesis. The component signal is converted to a baseband digital signal by IFFT processing and a guard interval, and this is D / A converted and further converted to a radio frequency band analog signal (including removal of out-of-band components), It transmits via the antenna elements 401-1 to 401-K connected after signal amplification. Hereinafter, specific configuration examples of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K will be described.

図31は、本実施形態における無線信号処理回路410の構成例(TDD方式の場合)を示す概略ブロック図である。同図に示すように、無線信号処理回路410は、TDDスイッチ411、ローノイズアンプ(LNA)412、ローカル発振器413、ミキサ414、フィルタ415、A/D変換器416、FFT回路417、加算合成回路421、IFFT&GI付与回路422、D/A変換器423、ローカル発振器424、ミキサ425、フィルタ426、及び、ハイパワーアンプ(HPA)427を有している。   FIG. 31 is a schematic block diagram showing a configuration example (in the case of the TDD system) of the wireless signal processing circuit 410 in the present embodiment. As shown in the figure, the radio signal processing circuit 410 includes a TDD switch 411, a low noise amplifier (LNA) 412, a local oscillator 413, a mixer 414, a filter 415, an A / D converter 416, an FFT circuit 417, and an addition synthesis circuit 421. , IFFT & GI adding circuit 422, D / A converter 423, local oscillator 424, mixer 425, filter 426, and high power amplifier (HPA) 427.

TDDスイッチ411、ローノイズアンプ412、ローカル発振器413、ミキサ414、フィルタ415、A/D変換器416、及びFFT回路417は、図20に示した受信部100におけるTDDスイッチ102−1、ローノイズアンプ103−1、ローカル発振器104、ミキサ105−1、フィルタ106−1、A/D変換器107−1、及びFFT回路108−1に対応し、同様の処理を行う。
FFT回路417により分離して得られる信号であって受信信号に含まれる各周波数成分の信号は、図1に示す各送受信信号処理部430−1〜430−Nに出力される。
The TDD switch 411, the low noise amplifier 412, the local oscillator 413, the mixer 414, the filter 415, the A / D converter 416, and the FFT circuit 417 are the TDD switch 102-1 and the low noise amplifier 103- in the receiving unit 100 illustrated in FIG. 1 corresponds to the local oscillator 104, the mixer 105-1, the filter 106-1, the A / D converter 107-1, and the FFT circuit 108-1, and performs the same processing.
Signals obtained by separating by the FFT circuit 417 and having each frequency component included in the received signal are output to the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N shown in FIG.

また、加算合成回路421、IFFT&GI付与回路422、D/A変換器423、ローカル発振器424、ミキサ425、フィルタ426、及びハイパワーアンプ(HPA)427は、図22に示した送信部140における加算合成回路142−1、IFFT&GI付与回路143−1、D/A変換器144−1、ローカル発振器145、ミキサ146−1、フィルタ147−1、及びハイパワーアンプ148−1に対応し、同様の処理を行う。なお、加算合成回路421には、図1に示す各送受信信号処理部430−1〜430−Nにおいて生成された送信信号それぞれの各周波数成分が入力される。   Also, the addition synthesis circuit 421, IFFT & GI adding circuit 422, D / A converter 423, local oscillator 424, mixer 425, filter 426, and high power amplifier (HPA) 427 are addition synthesis in the transmission unit 140 shown in FIG. Corresponding to the circuit 142-1, IFFT & GI adding circuit 143-1, D / A converter 144-1, local oscillator 145, mixer 146-1, filter 147-1, and high power amplifier 148-1, the same processing is performed. Do. In addition, each frequency component of each transmission signal generated in each transmission / reception signal processing section 430-1 to 430-N shown in FIG.

なお、各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおける各ローカル発振器413は同期した局部発振信号(F1)を生成する。この際、通常は各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおいて同期した局部発振信号をミキサ414が利用するために、各無線信号処理回路410−1〜410−Kが共通の受信用のローカル発振器413の出力を分岐した局部発振信号を利用する構成をとる。すなわちローカル発振器413は、各無線信号処理回路410−1〜410−Kのいずれか一つの内部に配置されるか、又は各無線信号処理回路410−1〜410−Kの外部に一つ配置される。そして、ローカル発振器413が出力する局部発振信号(F1)を分岐させて各無線信号処理回路410−1〜410−Kに入力する構成であっても良い。   Each local oscillator 413 in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K generates a synchronized local oscillation signal (F1). At this time, since the mixer 414 normally uses a local oscillation signal synchronized in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K, each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K uses a common reception signal. A local oscillation signal obtained by branching the output of the local oscillator 413 is used. That is, the local oscillator 413 is arranged inside any one of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K, or one local oscillator 413 is arranged outside the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K. The The local oscillation signal (F1) output from the local oscillator 413 may be branched and input to each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K.

また、各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおける各ローカル発振器424は同期した局部発振信号(F1)を生成する。この際、通常は各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおいて同期した局部発振信号をミキサ425が利用するために、各無線信号処理回路410−1〜410−Kが共通の送信用のローカル発振器424の出力を分岐した信号を利用する構成をとる。すなわちローカル発振器424は、各無線信号処理回路410−1〜410−Kのいずれか一つの内部に配置されるか、又は各無線信号処理回路410−1〜410−Kの外部に一つ配置される。そして、ローカル発振器424が出力する局部発振信号(F1)を分岐させて各無線信号処理回路410−1〜410−Kに入力する構成であっても良い。   In addition, each local oscillator 424 in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K generates a synchronized local oscillation signal (F1). At this time, since the mixer 425 normally uses a local oscillation signal synchronized in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K, each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K uses a common transmission signal. A configuration is used in which a signal obtained by branching the output of the local oscillator 424 is used. That is, the local oscillator 424 is disposed inside one of the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K, or one local oscillator 424 is disposed outside the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K. The The local oscillation signal (F1) output from the local oscillator 424 may be branched and input to the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K.

更に、図31に示したTDD方式を採用する場合には、アップコンバート/ダウンコンバートの周波数変換に用いる周波数は共通なので、ローカル発振器413とローカル発振器424とを共通化することも可能である。この場合、各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおいて用いる局部発振信号を一つのローカル発振器で生成することになる。なお、一つのローカル発振器で生成した局部発振信号を分岐させることにより信号強度が低下する場合には、適宜、増幅器を用いて信号増幅しても構わない。
また、ここではTDD方式を適用した場合における無線信号処理回路410の構成を示したが、先にも説明した通りFDD方式の適用も可能である。
Further, when the TDD system shown in FIG. 31 is employed, the frequency used for up-conversion / down-conversion frequency conversion is common, so that the local oscillator 413 and the local oscillator 424 can be shared. In this case, a local oscillation signal used in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K is generated by one local oscillator. If the signal intensity is reduced by branching a local oscillation signal generated by one local oscillator, the signal may be amplified using an amplifier as appropriate.
In addition, here, the configuration of the wireless signal processing circuit 410 when the TDD method is applied is shown, but the FDD method can also be applied as described above.

図32は、本実施形態における無線信号処理回路410aの構成例(FDDの場合)を示す概略ブロック図である。図31ではTDD方式が基地局装置400に適用される場合の無線信号処理回路410を示したが、図32ではFDD方式が基地局装置400に適用される場合の無線信号処理回路410aを示す。FDD方式が適用される無線信号処理回路410aは、受信系統(ローノイズアンプ412、ローカル発振器413、ミキサ414、フィルタ415、A/D変換器416、及びFFT回路417)と、送信系統(加算合成回路421、IFFT&GI付与回路422、D/A変換器423、ローカル発振器424a、ミキサ425、フィルタ426a、及びハイパワーアンプ(HPA)427)とそれぞれに異なるアンテナ素子(受信アンテナ素子401rと送信アンテナ素子401t)を接続し、TDDスイッチ411を不要とする構成になる。図1ではアンテナ素子401−1〜401−Kで示したように、各無線信号処理回路410にはアンテナ素子が1本ずつ配置されるTDD方式の場合を例示していたが、FDD方式の場合には図32に示すようにそれぞれにアンテナ素子が2本ずつ接続された無線信号処理回路410aが備えられる。また、ローカル発振器413が生成する局部発振信号の周波数がF1であるのに対し、ローカル発振器424aが生成する局部発振信号の周波数はF1とは異なるF2を用いる。このため、FDD方式の場合にはローカル発振器413とローカル発振器424aを共用化することは出来ない。また、フィルタ426aも、FDD方式の場合にはアップリンクとダウンリンクとで異なる周波数を用いるため、フィルタの通過帯域が異なりTDD方式の場合と異なる設計のフィルタを利用することになる。   FIG. 32 is a schematic block diagram showing a configuration example (in the case of FDD) of the wireless signal processing circuit 410a in the present embodiment. FIG. 31 shows the radio signal processing circuit 410 when the TDD scheme is applied to the base station apparatus 400, but FIG. 32 shows the radio signal processing circuit 410a when the FDD scheme is applied to the base station apparatus 400. The radio signal processing circuit 410a to which the FDD method is applied includes a reception system (low noise amplifier 412, local oscillator 413, mixer 414, filter 415, A / D converter 416, and FFT circuit 417) and a transmission system (addition synthesis circuit). 421, IFFT & GI adding circuit 422, D / A converter 423, local oscillator 424a, mixer 425, filter 426a, and high power amplifier (HPA) 427), and different antenna elements (receiving antenna element 401r and transmitting antenna element 401t) And the TDD switch 411 is unnecessary. In FIG. 1, as shown by antenna elements 401-1 to 401 -K, each radio signal processing circuit 410 has been illustrated with a TDD system in which one antenna element is arranged, but in the case of the FDD system As shown in FIG. 32, a radio signal processing circuit 410a to which two antenna elements are connected is provided. The frequency of the local oscillation signal generated by the local oscillator 413 is F1, whereas the frequency of the local oscillation signal generated by the local oscillator 424a is F2, which is different from F1. For this reason, in the case of the FDD system, the local oscillator 413 and the local oscillator 424a cannot be shared. Further, since the filter 426a uses different frequencies for the uplink and the downlink in the case of the FDD system, a filter having a different pass band and a different design from that in the TDD system is used.

図1に戻って、基地局装置400の説明を続ける。
また、無線信号処理回路410−1〜410−Kは、通信制御回路403に接続されており、通信制御回路403から各種制御情報が入力される。例えば、通信制御回路403は、基地局装置400における受信と送信とを切り替える際に、各無線信号処理回路410−1〜410−KのTDDスイッチ411を制御する。また、フレームタイミングや送信及び受信のシンボルタイミングに関する情報も通信制御回路403から無線信号処理回路410−1〜410−Kに入力され、このシンボルタイミングに従ってFFTやIFFTなどの信号処理を実施する。
Returning to FIG. 1, the description of the base station apparatus 400 will be continued.
The radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K are connected to the communication control circuit 403, and various control information is input from the communication control circuit 403. For example, the communication control circuit 403 controls the TDD switches 411 of the radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K when switching between reception and transmission in the base station apparatus 400. Information on frame timing and transmission / reception symbol timing is also input from the communication control circuit 403 to the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K, and signal processing such as FFT and IFFT is performed according to the symbol timing.

送受信信号処理部430−1〜430−Nは、基地局装置400が空間多重伝送の対象とする端末装置と一対一に対応付けられており、対応する端末装置との間で送受信する信号の処理を行う。送受信信号処理部430−1〜430−Nは、図1に示すように、それぞれが受信ウエイト乗算回路431、受信信号処理回路432、MAC層処理回路433、送信信号処理回路434、及び、送信ウエイト乗算回路435を有している。   The transmission / reception signal processing units 430-1 to 430 -N are associated one-to-one with the terminal device to be subjected to spatial multiplexing transmission by the base station device 400, and process signals transmitted / received to / from the corresponding terminal device I do. As shown in FIG. 1, each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N includes a reception weight multiplication circuit 431, a reception signal processing circuit 432, a MAC layer processing circuit 433, a transmission signal processing circuit 434, and a transmission weight. A multiplication circuit 435 is provided.

受信ウエイト乗算回路431は、各無線信号処理回路410−1〜410−Kから入力される信号に対して、自回路が対応付けられている端末装置と各アンテナ素子401−1〜401−Kとの組み合わせに対応する受信ウエイトを周波数成分ごとに乗算し、それぞれの乗算結果を周波数成分ごとに加算合成して得られた信号を受信信号処理回路432に出力する。
受信信号処理回路432は、チャネル推定処理、受信信号の信号検出処理、復調及び誤り訂正復号などの処理を行い、自回路が対応付けられている端末装置から送信されたデータを取得し、MAC層処理回路433に出力する。
The reception weight multiplication circuit 431 includes a terminal device associated with its own circuit and each of the antenna elements 401-1 to 401 -K for the signals input from the wireless signal processing circuits 410-1 to 410 -K. The signal obtained by multiplying the reception weight corresponding to each combination for each frequency component and adding and synthesizing each multiplication result for each frequency component is output to the reception signal processing circuit 432.
The received signal processing circuit 432 performs processing such as channel estimation processing, received signal detection processing, demodulation and error correction decoding, acquires data transmitted from the terminal device associated with the own circuit, and receives the MAC layer. The data is output to the processing circuit 433.

MAC層処理回路433は、受信信号処理回路432から入力されるデータに対して、MACヘッダなどの終端やアクセス制御に関わるMACレイヤの信号処理を行い、得られた信号を通信制御回路403又はインタフェース回路404のいずれかに出力する。また、MAC層処理回路433は、通信制御回路403又はインタフェース回路404のいずれかから入力されるデータに対して、プリアンブル信号の付加、MACヘッダなどの終端やアクセス制御に関わるMACレイヤの信号処理を行い、送信信号処理回路434に出力する。   The MAC layer processing circuit 433 performs MAC layer signal processing related to termination and access control such as a MAC header on the data input from the received signal processing circuit 432, and the obtained signal is transmitted to the communication control circuit 403 or the interface. Output to one of the circuits 404. The MAC layer processing circuit 433 performs MAC layer signal processing related to addition of a preamble signal, termination of a MAC header, and access control on data input from either the communication control circuit 403 or the interface circuit 404. And output to the transmission signal processing circuit 434.

送信信号処理回路434は、MAC層処理回路433から入力されるデータに対して、誤り訂正符号化及び変調や、プリアンブル信号の付加などの処理を行い、得られた信号を送信ウエイト乗算回路435に出力する。送信ウエイト乗算回路435は、送信信号処理回路434から入力される信号に対して、自回路に対応付けられている端末装置と各アンテナ素子401−1〜401−Kとの組み合わせに対応する送信ウエイトを周波数成分ごとに乗算する。送信ウエイト乗算回路435は、乗算に用いた送信ウエイトに対応する無線信号処理回路410に、当該送信ウエイトを乗算して得られた周波数成分ごとの結果を出力する。   The transmission signal processing circuit 434 performs processing such as error correction coding and modulation and addition of a preamble signal on the data input from the MAC layer processing circuit 433, and sends the obtained signal to the transmission weight multiplication circuit 435. Output. The transmission weight multiplication circuit 435, for the signal input from the transmission signal processing circuit 434, transmits a transmission weight corresponding to a combination of the terminal device associated with its own circuit and each of the antenna elements 401-1 to 401-K. Is multiplied for each frequency component. The transmission weight multiplication circuit 435 outputs a result for each frequency component obtained by multiplying the transmission weight to the radio signal processing circuit 410 corresponding to the transmission weight used for the multiplication.

また、送受信信号処理部430は、無線信号処理回路410と同様に、通信制御回路403に接続されており、各種制御情報が入出力される。例えば、フレームタイミングや送信及び受信のシンボルタイミングに関する情報も送受信信号処理部430−1〜430−Nに入力され、このシンボルタイミングに従って、基地局装置400が通信を行う端末装置のそれぞれ個別の信号処理を行う。ここで行う信号処理とは、受信ウエイトの乗算、加算合成処理、チャネル推定処理、受信信号の信号検出・復調処理、必要に応じて誤り訂正などの処理などの物理レイヤの受信信号処理に加え、誤り訂正符号化、信号変調処理、プリアンブル信号等の付加、送信ウエイトの乗算などの物理レイヤの送信信号処理、及び制御情報やMACヘッダなどの終端やアクセス制御に係わるMACレイヤの信号処理などが含まれる。MAC層処理回路433にて制御信号が受信された場合には、必要に応じてこれを通信制御回路403にも通知する。端末装置に送信すべき制御情報が通信制御回路403から入力された場合には、MAC層処理回路433は、適宜MACレイヤの処理を行い、送信信号処理回路434に出力する。   Similarly to the radio signal processing circuit 410, the transmission / reception signal processing unit 430 is connected to the communication control circuit 403, and various control information is input and output. For example, information on frame timing and transmission / reception symbol timing is also input to transmission / reception signal processing sections 430-1 to 430-N, and individual signal processing of each terminal apparatus with which base station apparatus 400 communicates according to this symbol timing. I do. Signal processing performed here includes reception signal processing of the physical layer such as reception weight multiplication, addition synthesis processing, channel estimation processing, reception signal signal detection / demodulation processing, error correction processing as necessary, etc. Includes physical layer transmission signal processing such as error correction coding, signal modulation processing, preamble signal addition, transmission weight multiplication, and MAC layer signal processing related to termination and access control of control information and MAC header It is. When the control signal is received by the MAC layer processing circuit 433, this is also notified to the communication control circuit 403 as necessary. When control information to be transmitted to the terminal device is input from the communication control circuit 403, the MAC layer processing circuit 433 appropriately processes the MAC layer and outputs it to the transmission signal processing circuit 434.

送受信ウエイト算出部402は、図21に示した送受信ウエイト算出部120と同じ構成を有しているので、送受信ウエイト算出部402の具体的な構成についての説明は省略する。
通信制御回路403は、図19に示した通信制御回路110と同じ構成を有し、上述したように、無線信号処理回路410−1〜410−Kと、送受信信号処理部430−1〜430−Nとを制御する。
インタフェース回路404は、図19に示したインタフェース回路170と同じ構成を有し、各送受信信号処理部430−1〜430−Nと、外部のネットワークとに接続されている。インタフェース回路404は、各送受信信号処理部430−1〜430−Nとネットワークと間のデータの中継処理を行う。
Since the transmission / reception weight calculation unit 402 has the same configuration as the transmission / reception weight calculation unit 120 shown in FIG. 21, a description of a specific configuration of the transmission / reception weight calculation unit 402 is omitted.
The communication control circuit 403 has the same configuration as the communication control circuit 110 shown in FIG. 19, and as described above, the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K and the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430- N.
The interface circuit 404 has the same configuration as the interface circuit 170 shown in FIG. 19, and is connected to each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N and an external network. The interface circuit 404 performs data relay processing between the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N and the network.

なお、本実施形態における基地局装置400と、本発明関連技術の構成例における基地局装置10との違いは、基地局装置400が通信対象とする全ての端末装置に対して一対一に対応する送受信信号処理部430−1〜430−Nを備えている点である。各送受信信号処理部430−1〜430−Nに対応する端末装置を固定することにより、各送受信信号処理部430−1〜430−Nが受信ウエイトを受信処理の都度、送受信ウエイト算出部402から読み出す必要がなくなる。送信ウエイトについても同様である。そこで、本実施形態においては、送受信ウエイト算出部402において算出された受信ウエイトを受信ウエイト乗算回路431に記憶させるようにしてもよい。同様に、送信ウエイトを送信ウエイト乗算回路435に記憶させるようにしてもよい。   The difference between the base station apparatus 400 in the present embodiment and the base station apparatus 10 in the configuration example of the technology related to the present invention corresponds one-to-one with respect to all terminal apparatuses that the base station apparatus 400 communicates with. The transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N are provided. By fixing a terminal device corresponding to each transmission / reception signal processing unit 430-1 to 430-N, each transmission / reception signal processing unit 430-1 to 430-N receives a reception weight from the transmission / reception weight calculation unit 402 every time reception processing is performed. There is no need to read. The same applies to the transmission weight. Therefore, in this embodiment, the reception weight calculated by the transmission / reception weight calculation unit 402 may be stored in the reception weight multiplication circuit 431. Similarly, the transmission weight may be stored in the transmission weight multiplication circuit 435.

(受信処理)
図33は、本実施形態における基地局装置400の受信処理を示すフローチャートである。基地局装置400における受信処理は、基本的に基地局装置400と各端末装置との間で同期が図られているシンボル単位で処理を行う。一般的なOFDM方式を用いた通信であれば、所定のプリアンブル信号を用いた受信信号のタイミング検出の有無の判断により受信処理の開始を判断しているが、本実施形態における受信処理は、そのような判断を行わずに常にシンボル単位で受信処理を繰り返して行う。
(Reception processing)
FIG. 33 is a flowchart showing reception processing of the base station device 400 in the present embodiment. The reception process in the base station apparatus 400 is basically performed in units of symbols that are synchronized between the base station apparatus 400 and each terminal apparatus. In the case of communication using a general OFDM method, the start of the reception process is determined by determining whether or not the timing detection of the reception signal using a predetermined preamble signal is performed. The reception process is always repeated for each symbol without making such a determination.

基地局装置400において受信処理が開始されると、第1のアンテナ素子401−1において受信された信号が第1の無線信号処理回路410−1に入力される(ステップS401−1)。同様に、第2のアンテナ素子401−2から第Kのアンテナ素子401−Kのそれぞれにおいて受信された信号が、各アンテナ素子401−2〜401−Kに対応する無線信号処理回路410−2〜410−Kに入力される(ステップS401−2〜S401−K)。
各無線信号処理回路410−1〜410−Kは、入力された信号をローノイズアンプ412で増幅し、増幅された信号をミキサ414でベースバンド帯域にダウンコンバートし、帯域外成分をフィルタ415で除去し、その結果をA/D変換器416でデジタル化する。更に、FFT回路417がデジタル化されたベースバンド信号からガードインターバルを除去し、時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換する(ステップS402−1〜S402−K)。
When reception processing is started in the base station apparatus 400, a signal received by the first antenna element 401-1 is input to the first radio signal processing circuit 410-1 (step S 401-1). Similarly, signals received from the second antenna element 401-2 to each of the Kth antenna elements 401-K correspond to the radio signal processing circuits 410-2 to 410-2 corresponding to the antenna elements 401-2 to 401-K. 410-K (steps S401-2 to S401-K).
Each of the wireless signal processing circuits 410-1 to 410 -K amplifies the input signal by the low noise amplifier 412, downconverts the amplified signal to the baseband by the mixer 414, and removes out-of-band components by the filter 415. Then, the result is digitized by the A / D converter 416. Further, the FFT circuit 417 removes the guard interval from the digitized baseband signal, and converts the signal on the time axis to the signal on the frequency axis (steps S402-1 to S402-K).

各無線信号処理回路410−1〜410−KがステップS402−1〜S402−Kにおいて算出した周波数軸上のベースバンド信号はコピーされ、N台の端末装置それぞれに対応する送受信信号処理部430−1〜430−Nに入力される。第1の送受信信号処理部430−1に入力された各ベースバンド信号に対して、受信ウエイト乗算回路431が各ベースバンド信号に対応する受信ウエイトを周波数成分ごとに乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに全アンテナ素子に亘り加算合成して受信信号処理回路432に出力する(ステップS403−1)。同様に、第2の送受信信号処理部430−2から第Nの送受信信号処理部430−Nそれぞれにおいても、各受信ウエイト乗算回路431が入力されるベースバンド信号に受信ウエイトを周波数成分ごとに乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに全アンテナ素子に亘り加算合成して受信信号処理回路432に出力する(ステップS403−2〜S403−N)。   The baseband signals on the frequency axis calculated by the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K in steps S402-1 to S402-K are copied, and the transmission / reception signal processing unit 430- corresponding to each of the N terminal devices. 1 to 430-N. The reception weight multiplication circuit 431 multiplies each baseband signal input to the first transmission / reception signal processing unit 430-1 by a reception weight corresponding to each baseband signal for each frequency component, and the multiplication result is a frequency component. Each is added and synthesized over all antenna elements and output to the received signal processing circuit 432 (step S403-1). Similarly, in each of the second transmission / reception signal processing unit 430-2 to the Nth transmission / reception signal processing unit 430-N, each reception weight multiplication circuit 431 multiplies the reception weight by the reception component for each frequency component. Then, the multiplication results are added and synthesized over all antenna elements for each frequency component and output to the received signal processing circuit 432 (steps S403-2 to S403-N).

なお、ベースバンド信号に対応する受信ウエイトとは、ベースバンド信号を取得した無線信号処理回路410に接続されているアンテナ素子401と、送受信信号処理部430に対応付けられた端末装置との組み合わせに対応する受信ウエイトであって各周波数成分の受信ウエイトである。   The reception weight corresponding to the baseband signal is a combination of the antenna element 401 connected to the radio signal processing circuit 410 that acquired the baseband signal and the terminal device associated with the transmission / reception signal processing unit 430. Corresponding reception weights for each frequency component.

送受信信号処理部430−1において、受信信号処理回路432は、受信ウエイト乗算回路431が加算合成して得られた信号から有意な信号を検出したか否かを判定し(ステップS404−1)、有意な信号を検出しなかった場合(ステップS404−1:NO)、受信処理を終了する。同様に、第2の送受信信号処理部430−2から第Nの送受信信号処理部430−Nにおいても、各受信信号処理回路432は、加算合成により得られた信号から有意な信号を検出したか否かを判定し(ステップS404−2〜S404−N)、有意な信号を検出しなかった場合(ステップS404−2〜S404−N:NO)、受信処理を終了する。   In the transmission / reception signal processing unit 430-1, the reception signal processing circuit 432 determines whether or not a significant signal is detected from the signals obtained by the addition and synthesis by the reception weight multiplication circuit 431 (step S404-1). If no significant signal is detected (step S404-1: NO), the reception process is terminated. Similarly, in each of the second transmission / reception signal processing unit 430-2 to the Nth transmission / reception signal processing unit 430-N, has each reception signal processing circuit 432 detected a significant signal from the signals obtained by addition synthesis? If no significant signal is detected (steps S404-2 to S404-N: NO), the reception process is terminated.

一方、送受信信号処理部430−1において、加算合成により得られた信号から有意な信号を検出した場合(ステップS404−1:YES)、受信信号処理回路432は、検出した信号に対して受信信号処理を行い(ステップS405−1)、受信処理を終了する。同様に、送受信信号処理部430−2〜430−Nにおいても、加算合成により得られた信号から有意な信号を検出した場合(ステップS404−2〜S404−N:YES)、受信信号処理回路432は検出した信号に対して受信処理を行い(ステップS405−2〜S405−N)、受信処理を終了する。   On the other hand, when the transmission / reception signal processing unit 430-1 detects a significant signal from the signals obtained by addition synthesis (step S404-1: YES), the reception signal processing circuit 432 receives the received signal with respect to the detected signal. The process is performed (step S405-1), and the reception process is terminated. Similarly, in the transmission / reception signal processing units 430-2 to 430-N, when a significant signal is detected from signals obtained by addition synthesis (steps S404-2 to S404-N: YES), the reception signal processing circuit 432 Performs reception processing on the detected signal (steps S405-2 to S405-N), and ends the reception processing.

なお、ステップS404−1〜S404−Nにおける有意な信号の検出は、加算合成により得られた信号(例えば、複素数で表される信号)の絶対値を二乗して全周波数成分で合算した値で得られる受信信号レベル(ないしは他の方法で求める受信信号レベルの近似量でも良い)が、予め定められた閾値レベル以上であるか否かにより行う。ないしは、各周波数成分の値の絶対値がある閾値を超えるか否かを評価し、一定数以上の周波数成分で所定の閾値を超える場合に有意な信号の検出としても良い。また、同様に信号の有無を判定できる方法なら如何なる方法であっても構わない。   In addition, the detection of a significant signal in steps S404-1 to S404-N is a value obtained by squaring the absolute value of a signal obtained by addition synthesis (for example, a signal represented by a complex number) and adding up all frequency components. This is performed depending on whether or not the obtained received signal level (or an approximate amount of the received signal level obtained by another method) is equal to or higher than a predetermined threshold level. Alternatively, it is possible to evaluate whether or not the absolute value of each frequency component value exceeds a certain threshold value, and to detect a significant signal when a predetermined number or more frequency components exceed a predetermined threshold value. Similarly, any method that can determine the presence or absence of a signal may be used.

また、ここでの受信信号処理とは、フレームフォーマットも意識したチャネル推定処理や、そのチャネル推定結果を基にした信号検出処理(復調処理等)、さらには必要に応じて誤り訂正処理など物理レイヤを中心とした処理を指す。ここでOFDMを用いる場合には、加算合成された信号に対してサブキャリアごとの復調処理を行い、SC−FDEを用いる場合には、加算合成された各周波数成分の信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対する復調処理を行う。当然ながらMACレイヤ等の上位レイヤの処理やインタフェース部の処理なども必要であるが、これらはシンボル単位の処理とは異なり、信号の有無などに応じて適宜、従来技術と同様に処理されるものである。
また、ステップS403−2〜S403−Nの処理において、全アンテナ素子に対応する信号を加算合成すると説明したが、有意な信号の検出や、復調・復号等を行える受信信号レベルを得ることができるのであれば、一部のアンテナ素子に対応する信号を加算合成するようにしてもよい。
The received signal processing here refers to channel estimation processing that considers the frame format, signal detection processing (demodulation processing, etc.) based on the channel estimation results, and error correction processing as necessary. Refers to processing centered on. Here, when OFDM is used, demodulation processing for each subcarrier is performed on the added and combined signal, and when SC-FDE is used, the signal of each frequency component that is added and combined is on the frequency axis. The signal equalization process is performed, and the demodulation process is performed on the signal synthesized by the IFFT process. Of course, higher layer processing such as the MAC layer and processing of the interface unit are also necessary, but these are processed in the same manner as in the prior art as appropriate according to the presence or absence of signals, etc., unlike the processing in units of symbols. It is.
Further, in the processing of steps S403-2 to S403-N, it has been described that the signals corresponding to all the antenna elements are added and synthesized. However, it is possible to obtain a received signal level capable of performing significant signal detection, demodulation, decoding, and the like. In this case, signals corresponding to some antenna elements may be added and synthesized.

なお、ここでの有意な信号の検出と送受信信号処理部430−1〜430−Nで行う受信信号処理は、一続きの無線パケットに対して一体的に判断される。例えば有意な信号検出がない状態から信号検出がある状態に変化したら、それを無線パケットの受信開始と見なして処理を開始し、フレームフォーマットに従って例えばデータ長を表す制御情報などを取得し、そのデータ長の間は仮に有意な信号検出がなくても受信信号処理を継続するとしても構わない。さらには、受信レベルの変化から無線パケットの受信開始と見なされた際に、真に無線パケットの先頭であるか否かの判断の処理を加え、この判断で間違いなく無線パケットの先頭だと判断された場合に上述の受信信号処理の継続を行うこととしても良い。この判断の方法は、例えば誤り検出符号によるチェック(例えばCRCチェック)などでも良いし、チャネル推定後にユニークワード的なパターンを利用し、そのパターンとのマッチングで判断しても良い。   Note that the significant signal detection here and the reception signal processing performed by the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N are integrally determined for a series of wireless packets. For example, if there is a change from a state where there is no significant signal detection to a state where there is signal detection, it is regarded as the start of reception of a wireless packet, processing is started, control information representing the data length, for example, is acquired according to the frame format, and the data During the length, the received signal processing may be continued even if there is no significant signal detection. Furthermore, when it is determined that the reception of a wireless packet starts from the change in the reception level, processing for determining whether or not it is truly the start of the wireless packet is added, and this determination definitely determines that it is the start of the wireless packet. In this case, the above reception signal processing may be continued. This determination method may be, for example, a check using an error detection code (for example, CRC check) or the like, or may be determined by using a unique word pattern after channel estimation and matching with the pattern.

さらには、チャネル推定結果の周波数軸上の成分を、プリアンブル信号になされた変調処理の逆処理を実施し、その結果をIFFT処理することで得られるインパルス応答ないしは遅延プロファイルにおいて、先頭部分に位置する所定の領域内の成分の絶対値の2乗和が残りの領域の成分の2乗和に対して所定の割合以上となっていることで、近似的なタイミング検出を行っても良い。さらには、周波数成分の信号を時間軸上の成分に戻し、時間軸上の信号に対して従来のタイミング検出と等価な処理を行っても構わない。このような様々な既存の技術の組み合わせにより実施することは可能であり、その如何なる方法であっても本発明を実施することは可能である。   Further, the component on the frequency axis of the channel estimation result is positioned at the head in the impulse response or delay profile obtained by performing the inverse process of the modulation process performed on the preamble signal and performing the IFFT process on the result. Approximate timing detection may be performed when the sum of the squares of the absolute values of the components in the predetermined region is equal to or greater than a predetermined ratio with respect to the sum of the squares of the components in the remaining region. Furthermore, the signal of the frequency component may be returned to the component on the time axis, and processing equivalent to conventional timing detection may be performed on the signal on the time axis. The present invention can be implemented by a combination of various existing techniques, and the present invention can be implemented by any method.

(送信処理)
図34は、本実施形態における基地局装置400の送信処理を示すフローチャートである。送信処理においても、基本的に基地局装置400と各端末装置との間で同期が図られているシンボル単位で定常的に以下の処理を実施する。一般的に、送信処理は送信すべき信号がある場合にのみ実施する処理であるが、本発明の基地局装置400における送信処理は、送信すべき信号の有無を判断せずに、常にシンボル単位で以下の送信処理を繰り返して行う。
(Transmission process)
FIG. 34 is a flowchart showing the transmission processing of the base station apparatus 400 in the present embodiment. Also in the transmission processing, the following processing is regularly performed in units of symbols that are basically synchronized between the base station device 400 and each terminal device. In general, the transmission process is a process performed only when there is a signal to be transmitted. However, the transmission process in the base station apparatus 400 of the present invention always performs a symbol unit without determining whether there is a signal to be transmitted. The following transmission process is repeated.

基地局装置400において送信処理が開始されると、第1の送受信信号処理部430−1において、送信信号処理回路434は自身に対応する端末装置に送信すべき信号の有無(厳密にはMAC層処理回路433から入力される信号の有無)を判断し(ステップS411−1)、送信すべき信号がない場合(ステップS411−1:NO)、第1の送受信信号処理部430−1における送信処理を終了させる。同様に、第2の送受信信号処理部430−2から第Nの送受信信号処理部430−Nにおいても、送信信号処理回路434は自身に対応する端末装置に送信すべき信号の有無を個別に判断し(ステップS411−2〜S411−N)、送信すべき信号がない場合(ステップS411−2〜S411−N:NO)、第2から第Nの送受信信号処理部430−2〜430−Nにおける送信信号処理を終了させる。   When transmission processing is started in the base station apparatus 400, in the first transmission / reception signal processing section 430-1, the transmission signal processing circuit 434 determines whether there is a signal to be transmitted to the terminal apparatus corresponding to itself (strictly speaking, the MAC layer). The presence / absence of a signal input from the processing circuit 433 is determined (step S411-1), and when there is no signal to be transmitted (step S411-1: NO), transmission processing in the first transmission / reception signal processing unit 430-1 End. Similarly, in the second transmission / reception signal processing unit 430-2 to the Nth transmission / reception signal processing unit 430-N, the transmission signal processing circuit 434 individually determines whether or not there is a signal to be transmitted to the terminal device corresponding to itself. If there is no signal to be transmitted (steps S411-2 to S411-N: NO), the second to Nth transmission / reception signal processing units 430-2 to 430-N The transmission signal processing is terminated.

一方、第1の送受信信号処理部430−1において、自身に対応する端末装置に送信すべき信号がある場合(ステップS411−1:YES)、送信信号処理回路434は、当該信号に対して送信信号処理を行う(ステップS412−1)。ここでの送信信号処理は、いわゆる変調処理や必要に応じて付与されるプリアンブル信号の付加などの従来技術と同様な処理を指す。例えばOFDMであれば、MACレイヤの制御情報なども付与された送信データに必要に応じて誤り訂正符号化を施し、この結果をサブキャリアごとのビット列に分け、分けた各ビット列をIQ平面上の信号点にマッピングし、周波数軸上の送信信号として形成する。その他にもSC−FDEであれば、MACレイヤの制御情報なども付与された送信データに必要に応じて誤り訂正符号化を施し、この結果にシングルキャリアの変調処理を施し、さらに送信信号のブロック単位でFFTにより各周波数成分に分離する。同様に、第2から第Nの送受信信号処理部430−2〜430−Nにおいても、自身に対応する端末装置に送信すべき信号がある場合(ステップS411−2〜S411−N:YES)、送信信号処理回路434は、当該信号に対して送信信号処理を行う(ステップS412−2〜S412−N)。   On the other hand, when there is a signal to be transmitted to the terminal device corresponding to the first transmission / reception signal processing unit 430-1 (step S411-1: YES), the transmission signal processing circuit 434 transmits the signal. Signal processing is performed (step S412-1). The transmission signal processing here refers to processing similar to that of the prior art, such as so-called modulation processing or addition of a preamble signal given as necessary. For example, in the case of OFDM, error correction coding is performed as necessary on transmission data to which MAC layer control information and the like are given, and the result is divided into bit strings for each subcarrier. The signal is mapped to a signal point and formed as a transmission signal on the frequency axis. In addition, in the case of SC-FDE, error correction coding is performed on transmission data to which MAC layer control information and the like are added as necessary, and a single carrier modulation process is performed on the result, and a block of a transmission signal is further processed. Each frequency component is separated by FFT in units. Similarly, in the second to Nth transmission / reception signal processing units 430-2 to 430-N, when there is a signal to be transmitted to a terminal device corresponding to itself (steps S411-2 to S411-N: YES), The transmission signal processing circuit 434 performs transmission signal processing on the signal (steps S412-2 to S412-N).

各送受信信号処理部430−1〜430−Nにおいて、ステップS412−1〜S412−Nで送信信号処理がなされた各周波数成分の信号に対して、送信ウエイト乗算回路435は、各アンテナ素子401−1〜401−Kごとに、当該アンテナ素子に対応する送信ウエイトを乗算し、乗算結果を当該アンテナ素子が接続されている無線信号処理回路410に出力する(ステップS413−1〜S413−N)。   In each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N, the transmission weight multiplication circuit 435 applies each antenna element 401- to the signal of each frequency component subjected to the transmission signal processing in steps S412-1 to S412-N. Every 1 to 401-K, the transmission weight corresponding to the antenna element is multiplied, and the multiplication result is output to the radio signal processing circuit 410 to which the antenna element is connected (steps S413-1 to S413-N).

第1の無線信号処理回路410−1において、加算合成回路421は、各送受信信号処理部430−1〜430−Nから入力された各周波数成分の信号(周波数軸上の信号)を周波数成分ごとに加算合成する(ステップS414−1)。同様に、第2から第Kの無線信号処理回路410−2〜410−Kにおいても、加算合成回路421は、各送受信信号処理部430−1〜430−Nから入力された各周波数成分の信号を周波数成分ごとに加算合成する(ステップS414−2〜S414−K)。
各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおいて、各IFFT&GI付与回路422は、加算合成された信号に対してIFFT処理しガードインターバルを付与して時間軸上の信号に変換する(ステップS415−1〜S415−K)。このとき、必要であればシンボル間の波形整形を行ってもよい。
In the first radio signal processing circuit 410-1, the addition / combination circuit 421 converts each frequency component signal (signal on the frequency axis) input from each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N for each frequency component. Are added and synthesized (step S414-1). Similarly, in the second to K-th radio signal processing circuits 410-2 to 410-K, the addition / combination circuit 421 also receives the signals of the frequency components input from the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N. Are added and synthesized for each frequency component (steps S414-2 to S414-K).
In each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410 -K, each IFFT & GI adding circuit 422 performs IFFT processing on the added and synthesized signal, gives a guard interval, and converts it to a signal on the time axis (step S 415-). 1-S415-K). At this time, waveform shaping between symbols may be performed if necessary.

更に、各無線信号処理回路410−1〜410−Kにおいて、D/A変換器423が時間軸上の信号をアナログ信号に変換し、このアナログ信号をミキサ425が無線周波数帯域にアップコンバートし、アップコンバートされた信号に含まれる帯域外の周波数成分をフィルタ426が除去する(ステップS416−1〜S416−K)。ハイパワーアンプ427は、フィルタ426により帯域外の周波数成分が除去された信号を増幅し、アンテナ素子401−1〜401−Kから送信して(ステップS417−1〜S417−K)、送信処理を終了する   Further, in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K, the D / A converter 423 converts the signal on the time axis into an analog signal, and the mixer 425 upconverts the analog signal to the radio frequency band. The filter 426 removes out-of-band frequency components included in the upconverted signal (steps S416-1 to S416-K). The high power amplifier 427 amplifies the signal from which the out-of-band frequency component has been removed by the filter 426, transmits the signal from the antenna elements 401-1 to 401-K (steps S417-1 to S417-K), and performs transmission processing. finish

なお、ステップS411−1〜S411−Nにおいて、送信すべき信号がない場合(ステップS411−1〜S411−N:NO)、送信処理を終了するとしたが、送受信信号処理部430−1〜430−Nは、ステップS412−1〜S412−NからステップS413−1〜S413−Nの処理を行わずに、各周波数成分においてオール・ゼロの信号を各無線信号処理回路410−1〜410−Kに出力するようにしても構わない。この場合においても、各無線信号処理回路410−1〜410−Kは、ステップS414−1〜414−KからステップS417−1〜S417−Kまでの処理を上述のように実施する。また、これと全く等価であるが、ステップS413−1〜S413−Nの処理における送信ウエイトを乗算する対象の送信信号を信号「0(ゼロ)」と設定してステップS413−1〜S413−Nの処理に遷移しても構わない。この処理を行うようにしても、加算合成においてはゼロが加算されるだけで実質的に影響を与えることがなく、実効的には有効な信号が送信されていないのと等価になる。   In Steps S411-1 to S411-N, when there is no signal to be transmitted (Steps S411-1 to S411-N: NO), the transmission process is ended, but the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430- N does not perform the processing of steps S412-1 to S412-N to steps S413-1 to S413-N, and outputs all-zero signals in the respective frequency components to the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K. You may make it output. Also in this case, each of the wireless signal processing circuits 410-1 to 410-K performs the processing from step S414-1 to 414-K to steps S417-1 to S417-K as described above. Further, although completely equivalent to this, the transmission signal to be multiplied by the transmission weight in the processing of steps S413-1 to S413-N is set as a signal “0 (zero)”, and steps S413-1 to S413-N are performed. The process may be shifted to. Even if this processing is performed, in addition synthesis, only zero is added, and there is no substantial effect, which is effectively equivalent to not transmitting a valid signal.

(本実施形態にかかわる補足事項)
なお、本実施形態における補足事項であるが、仮にFDD方式を用いる場合にはアップリンクとダウンリンクとの間のチャネル推定結果には全く相関がないものとなる。したがって、アップリンクのチャネル推定結果からキャリブレーションを行いダウンリンクのチャネル情報を推定することはできない。したがって、ダウンリンクのチャネル推定は、チャネルフィードバックの直接的な方法によって実現するなど、別途、追加の処理が必要となる場合があるが、それらの処理を実施すればFDD方式を用いる場合であっても同様に適用可能である。FDD方式を用いる場合のダウンリンクのチャネル推定では、基地局装置400からは1本ずつ順番に全てのアンテナ素子401からトレーニング信号等を順に送信する必要がある。しかし、基地局装置400からのチャネル推定用の信号の送信に対して、全ての端末装置は同時並行的にチャネル推定を行うことが可能である。一方、アップリンクの場合においては、本発明関連技術で示したのと同様に信号が混信しないように各端末装置が個別にタイミングを分けて送信することになるため、アップリンクとダウンリンクでは非対象の処理となっている点に注意を要する。
(Supplementary items related to this embodiment)
As a supplementary matter in the present embodiment, if the FDD scheme is used, the channel estimation results between the uplink and the downlink have no correlation at all. Therefore, it is not possible to estimate downlink channel information by performing calibration from the uplink channel estimation result. Therefore, the downlink channel estimation may require additional processing such as realization by a direct method of channel feedback. However, if such processing is performed, the FDD scheme is used. Is equally applicable. In downlink channel estimation when the FDD scheme is used, it is necessary to sequentially transmit training signals and the like from all the antenna elements 401 one by one from the base station apparatus 400 one by one. However, all of the terminal devices can perform channel estimation in parallel with respect to transmission of a channel estimation signal from the base station device 400. On the other hand, in the case of the uplink, each terminal apparatus transmits the signal separately at different timings so that the signal does not interfere as in the case of the related art of the present invention. It should be noted that this is a target process.

上述のように、本実施形態における基地局装置400は、通信対象とするN台全ての端末装置に一対一に対応するN個の送受信信号処理部430−1〜430−Nを備えるようにした。更に各送受信信号処理部430−1〜430−Nにおいて、チャネル情報に対して短時間平均化処理(図23)、相対成分取得処理(図24)、長時間平均化処理(図25)を行って得られた受信ウエイトを用いて複数のアンテナ素子401−1〜401−Kで受信した各受信信号を常に同位相合成して、有意な信号が含まれているか否かを判断する。すなわち、各送受信信号処理部430−1〜430−Nにおいて、対応する端末装置が信号を送信したか否かを判断し、送信された信号がある場合に受信処理をすることができる。これにより、各端末装置に対する無線リソースの割り当てを把握することなくアップリンクの通信を並列に行うことができる。   As described above, the base station apparatus 400 according to the present embodiment includes N transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N that correspond one-to-one to all N terminal apparatuses to be communicated. . Further, each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N performs short-time averaging processing (FIG. 23), relative component acquisition processing (FIG. 24), and long-time averaging processing (FIG. 25) on the channel information. Using the reception weights obtained in this way, the reception signals received by the plurality of antenna elements 401-1 to 401 -K are always in-phase synthesized to determine whether or not a significant signal is included. That is, each of the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N can determine whether or not the corresponding terminal device has transmitted a signal, and can perform reception processing when there is a transmitted signal. Thereby, uplink communication can be performed in parallel without grasping the allocation of radio resources to each terminal device.

また、各送受信信号処理部430−1〜430−Nは、対応する端末装置に送信すべき信号がある場合には、短時間平均化処理、相対成分取得処理、長時間平均化処理を行って得られた送信ウエイトを用いて当該端末装置において同位相合成される信号を送信する。これにより、送受信信号処理部430−1〜430−Nは、複数台の端末装置と空間多重伝送を行う場合においても、それぞれに対応する端末装置に送信すべき信号の有無に応じて処理を並列に行うことができる。   Each transmission / reception signal processing unit 430-1 to 430 -N performs short-time averaging processing, relative component acquisition processing, and long-time averaging processing when there is a signal to be transmitted to the corresponding terminal device. Using the obtained transmission weight, a signal to be synthesized in phase at the terminal device is transmitted. As a result, the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N perform parallel processing according to the presence / absence of signals to be transmitted to the corresponding terminal devices even when performing spatial multiplexing transmission with a plurality of terminal devices. Can be done.

これにより、基地局装置400は、各端末装置に無線リソースを割り当てるスケジューリング処理を行わずとも、各端末装置と空間多重伝送を行うことができる。つまり、基地局装置400における送受信信号処理部430−1〜430−Nと各端末装置との間で見れば、あたかもPoint−to−Point型の通信を行っている状況であり、シンボルタイミング同期の条件、及びTDD方式の場合には送信/受信区間の制約や、メンテナンス作業等において無線通信が中断されることはあるが、それらを除けば任意のタイミングでデータの送信及び受信を実施することができる。したがって、基地局装置400において、スケジューリングに付随する処理に関する負荷を削減することができる。   Thereby, the base station apparatus 400 can perform spatial multiplexing transmission with each terminal apparatus, without performing the scheduling process which allocates a radio | wireless resource to each terminal apparatus. That is, when viewed between the transmission / reception signal processing units 430-1 to 430-N in the base station apparatus 400 and each terminal apparatus, it is as if Point-to-Point type communication is being performed, and symbol timing synchronization is performed. In the case of conditions and TDD system, wireless communication may be interrupted due to restrictions on transmission / reception sections, maintenance work, etc., but data transmission and reception may be performed at any timing except those it can. Therefore, in base station apparatus 400, it is possible to reduce a load related to processing associated with scheduling.

更に、端末装置に対する帯域割り当て管理が不要になるので、必要とする帯域を各端末装置に問い合わせたり、各端末装置が基地局装置に帯域の割り当てを要求したりする制御情報の送受信が不要となり、MACレイヤにおける処理を削減することができるとともに、無駄なオーバーヘッドとなる制御情報を省略することでMACレイヤの効率を向上することができる。例えば複数の端末装置との間の通常の多元接続であれば、信号の衝突を許容するランダムアクセス制御を除けば、帯域要求用及び帯域割り当てのための制御信号を相互に交換することが避けられないため、そのオーバーヘッドによるMACレイヤの効率の低下が無視できなかった。特に、そのオーバーヘッドは端末装置の数に比例する傾向があるため、大多数の端末装置との多元接続では致命的であった。しかし、基地局装置400は、端末装置ごとのトラヒックに大きな偏りがある場合や、時間に応じてトラヒックに大きな偏りがある場合においても、このようなオーバーヘッドによるMACレイヤの効率を低下させることなく、各端末装置と空間多重伝送を行うことができる。また、基地局装置400においては、各端末装置から送信される信号の混信を回避するためのアクセス制御は不要であるため、実際には例えばTDMA方式におけるスロット割り当て的な処理や、CSMA/CA方式におけるランダムバックオフなどの制御は不要となる。
これにより、基地局装置400を具備する無線通信システムにおいては、MACレイヤ効率の向上とそれに伴うスループット特性の向上とが期待できる。
Furthermore, since the bandwidth allocation management for the terminal device becomes unnecessary, it becomes unnecessary to transmit / receive control information for inquiring each terminal device about the required bandwidth, or for requesting bandwidth allocation to the base station device by each terminal device, The processing in the MAC layer can be reduced, and the efficiency of the MAC layer can be improved by omitting unnecessary control information. For example, in the case of normal multiple access among a plurality of terminal devices, it is unavoidable to exchange control signals for bandwidth request and bandwidth allocation with the exception of random access control that allows signal collision. Therefore, the decrease in the efficiency of the MAC layer due to the overhead cannot be ignored. In particular, since the overhead tends to be proportional to the number of terminal devices, it is fatal in multiple access with the majority of terminal devices. However, the base station device 400 does not reduce the efficiency of the MAC layer due to such overhead even when there is a large bias in traffic for each terminal device or when there is a large bias in traffic according to time, Spatial multiplexing transmission can be performed with each terminal device. Further, in base station apparatus 400, access control for avoiding interference of signals transmitted from each terminal apparatus is unnecessary, so in practice, for example, slot assignment processing in the TDMA system, CSMA / CA system, or the like. Control such as random back-off in is unnecessary.
As a result, in the wireless communication system including the base station apparatus 400, it is possible to expect improvement in MAC layer efficiency and accompanying improvement in throughput characteristics.

なお、基地局装置400において、既存の無線標準規格に従い動作するのであれば、MAC層処理回路においてそのようなアクセス制御が実施されていたとしても問題はない。具体的には、端末装置が無線標準規格のWiMAXに従う端末装置であるとすれば、実効的にはPoint−to−Point通信でありながらも、基地局装置400の各MAC層処理回路433はWiMAXのフレーム構成におけるUL−MapやDL−Mapなどのスケジューリングに関する報知情報を生成するようにしてもよい。   If the base station device 400 operates in accordance with the existing wireless standard, there is no problem even if such access control is performed in the MAC layer processing circuit. Specifically, if the terminal device is a terminal device that complies with WiMAX of the wireless standard, each MAC layer processing circuit 433 of the base station device 400 is connected to WiMAX, although it is effectively point-to-point communication. Broadcast information related to scheduling, such as UL-Map and DL-Map, in the frame configuration may be generated.

また、FDD方式を用いる場合には、送信と受信を別の周波数チャネルで行うという修正を行えば、無線標準規格のWiFiに従う端末装置であっても、従来と同等の処理を実施することができる。なお、WiFiの場合には複数の端末装置の送信タイミングの衝突を回避するためのランダムバックオフ制御が必須であるが、本発明を適用する場合では、基本的に異なる端末装置同士で無線パケットの衝突(混信)は発生しないため、ランダムバックオフ制御も当該の基地局装置及び端末装置間の衝突のみを回避できれば十分である。   In addition, when the FDD method is used, if a modification is performed in which transmission and reception are performed using different frequency channels, even a terminal device that complies with the wireless standard WiFi can perform the same processing as before. . In the case of WiFi, random back-off control for avoiding the collision of transmission timings of a plurality of terminal devices is indispensable. However, in the case of applying the present invention, wireless packet transmission between different terminal devices is basically different. Since no collision (interference) occurs, it is sufficient that the random backoff control can avoid only the collision between the base station apparatus and the terminal apparatus.

また、本発明で規定している動作は、必ずしも全ての時間帯で定常的に実施しなくても良い。例えば、TDD方式を用いる場合もFDD方式を用いる場合も同様に、ある一定の周期で基地局装置よりアップリンク及びダウンリンクの双方の帯域割り当てを指示する基地局集中制御的な動作を行う時間帯と、本発明にて規定される各端末装置と基地局装置があたかも自律分散的なPoint−to−Point通信を並列に動作する時間帯とを時分割で分け、その決められた時間帯においてのみ本発明を利用する構成としても構わない。具体例としては、アップリンクにおける帯域要求信号のみを本発明を用いて送信し、従来と同様にユーザデータに関しては基地局集中制御により送受信するとしても構わない。この場合、基地局集中制御に伴うスケジューリングの負荷を軽減する効果は期待できなくなるが、帯域要求用の制御信号に関してはスケジューリング処理が不要になり、さらには必要な時だけ帯域要求情報を送信すればよいために、無用なオーバーヘッドを低減し、MACレイヤの効率を高めることは可能である。
更に、図19に示した本発明関連技術における構成例の記憶回路115に相当する回路を本実施形態では明記していなかったが、これらの回路を実装し、ここに記憶された様々な設定情報を通信の際に活用することは当然ながら可能である。
また更に、図1には、図31の無線信号処理回路410の構成例、あるいは図32の無線信号処理回路410aの構成例に記載したローカル発振器413及び424(または424a)は明示的に記載していない。ただし、先の説明でも記載したとおり、図1の各無線信号処理回路410−1〜410−Kに含まれるローカル発振器413及び424は、基地局全体で共用化が図られるのが一般的であり、本来であれば無線信号処理回路410の外部にローカル発振器413及び424を図示するのが適当である。しかし、ここでは説明の都合上、各無線信号処理回路410内にこれらを記載し、実際の運用では全体が共用化されているものとして説明を行っている。
Further, the operation defined in the present invention does not necessarily have to be performed constantly in all time zones. For example, in the case of using the TDD method and the FDD method, similarly, a time zone in which a base station centralized control operation instructing allocation of both uplink and downlink bandwidths from the base station apparatus at a certain period is performed. And the time zone in which each terminal device and base station device defined in the present invention operate autonomously distributed Point-to-Point communication in parallel by time division, and only in the determined time zone A configuration using the present invention may be used. As a specific example, only the bandwidth request signal in the uplink may be transmitted using the present invention, and user data may be transmitted / received by base station centralized control as in the past. In this case, the effect of reducing the scheduling load associated with the central station centralized control cannot be expected, but the scheduling process is not necessary for the control signal for bandwidth request, and if the bandwidth request information is transmitted only when necessary. For good, it is possible to reduce unnecessary overhead and increase the efficiency of the MAC layer.
Further, although the circuit corresponding to the storage circuit 115 of the configuration example in the technology related to the present invention shown in FIG. 19 is not specified in the present embodiment, these circuits are mounted and various setting information stored therein are stored. Of course, it is possible to utilize this for communication.
Furthermore, in FIG. 1, the local oscillators 413 and 424 (or 424a) described in the configuration example of the radio signal processing circuit 410 in FIG. 31 or the configuration example of the radio signal processing circuit 410a in FIG. Not. However, as described in the above description, the local oscillators 413 and 424 included in each of the radio signal processing circuits 410-1 to 410-K in FIG. 1 are generally shared by the entire base station. Originally, it is appropriate to illustrate the local oscillators 413 and 424 outside the wireless signal processing circuit 410. However, here, for convenience of explanation, these are described in each radio signal processing circuit 410, and the whole operation is explained as being shared.

[その他の補足事項]
なお、本発明における基地局装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、送信ウエイト及び受信ウエイト、並びに送受信ウエイトを算出する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
[Other supplementary items]
Note that a program for realizing the functions of the base station apparatus according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby transmitting weights. In addition, a process of calculating a reception weight and a transmission / reception weight may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

1−1、1−2、1−3 OFDMシンボル
2−1、2−2、2−3 有効な信号領域
3−1、3−2、3−3 トレーニング信号
4−1、4−2、4−3 末尾領域
5−1、5−2、5−3 ガードインターバル
6−1、6−2、6−3 信号周期
10 基地局装置
11 建築物
12−1、12−2 端末装置
13−1、13−2、13−3、13−4 基地局装置のアンテナ素子
14−1、14−2、14−3 地上の移動体
15−1、15−2 建築物
21−1、21−2、21−3 ハイパワーアンプ(HPA)
22−1、22−2、22−3 ローノイズアンプ(LNA)
23−1、23−2、23−3 時分割スイッチ(TDD−SW)
24−1、24−2、24−3 アンテナ素子
25−1、25−2、25−3 無線モジュール
26−1、26−2、26−3 アンテナ端子
27 同軸ケーブル
80 基地局装置
81 送信部
85 受信部
87 インタフェース回路
88 MAC層処理回路
100 受信部
101−1、101−2、101−K アンテナ素子
102−1、102−2、102−K TDDスイッチ
103−1、103−2、103−K ローノイズアンプ(LNA)
104 ローカル発振器
105−1、105−2、105−K ミキサ
106−1、106−2、106−K フィルタ
107−1、107−2、107−K A/D変換器
108−1、108−2、108−K FFT回路
109−1、109−2、109−L 受信信号処理回路
110 通信制御回路
115 記憶回路
120 送受信ウエイト算出部
121 チャネル情報短時間平均回路
122 相対成分取得回路
123 チャネル情報長時間平均回路
124 受信ウエイト算出回路
125 受信ウエイト記憶回路
126 キャリブレーション回路
127 送信ウエイト算出回路
128 送信ウエイト記憶回路
129 キャリブレーション係数記憶回路
140 送信部
141−1、141−2、141−L 送信信号処理回路
142−1、142−2、142−K 加算合成回路
143−1、143−2、143−K IFFT&GI付与回路
144−1、144−2、144−K D/A変換器
145 ローカル発振器
146−1、146−2、146−K ミキサ
147−1、147−2、147−K フィルタ
148−1、148−2、148−K ハイパワーアンプ(HPA)
170 インタフェース回路
180 MAC層処理回路
181 スケジューリング処理回路
400 基地局装置
401、401−1、401−2、401−K アンテナ素子
402 送受信ウエイト算出部
403 通信制御回路
404 インタフェース回路
410、410a、410−1、410−2、410−K 無線信号処理回路(無線信号処理部)
411 TDDスイッチ
412 ローノイズアンプ(LNA)
413、424、424a ローカル発振器
414、425 ミキサ
415、426、426a フィルタ
416 A/D変換器
417 FFT回路
421 加算合成回路
422 IFFT&GI付与回路
423 D/A変換器
427 ハイパワーアンプ
430、430−1、430−2、430−N 送受信信号処理部
431 受信ウエイト乗算回路(受信ウエイト乗算部)
432 受信信号処理回路(受信信号処理部)
433 MAC層処理回路
434 送信信号処理回路(送信信号処理部)
435 送信ウエイト乗算回路(送信ウエイト乗算部)
801 基地局装置
802−1、802−2、802−3 端末装置
811−1、811−2、811−L 送信信号処理回路
812−1、812−2、812−K 加算合成回路
813−1、813−2、813−K IFFT&GI付与回路
814−1、814−2、814−K D/A変換器
815 ローカル発振器
816−1、816−2、816−K ミキサ
817−1、817−2、817−K フィルタ
818−1、818−2、818−K ハイパワーアンプ(HPA)
819−1、819−2、819−K アンテナ素子
820 通信制御回路
830 送信ウエイト処理部
831 チャネル情報取得回路
832 チャネル情報記憶回路
833 マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路
851−1、851−2、851−K アンテナ素子
852−1、852−2、852−K ローノイズアンプ(LNA)
853 ローカル発振器
854−1、854−2、854−K ミキサ
855−1、855−2、855−K フィルタ
856−1、856−2、856−K A/D変換器
857−1、857−2、857−K FFT回路
858−1、858−2、858−L 受信信号処理回路
860 受信ウエイト処理部
861 チャネル情報推定回路
862 マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路
881 スケジューリング処理回路
901 送信局
902−1、902−2、902−3、902−N 中継局
903 受信局
911−1、911−2、911−3 セル
912−1、912−2、912−3 リモート基地局
913−1、913−2、913−3、913−4、913−5、913−6 端末装置
914 制御局
915 光ファイバ
961−1、961−2、961−3、961−4、961−5 アンテナ素子
1-1, 1-2, 1-3 OFDM symbol 2-1, 2-2, 2-3 Effective signal region 3-1, 3-2, 3-3 Training signal 4-1, 4-2, 4 -3 Trailing area 5-1, 5-2, 5-3 Guard interval 6-1, 6-2, 6-3 Signal period 10 Base station device 11 Building 12-1, 12-2 Terminal device 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 Antenna elements of base station apparatus 14-1, 14-2, 14-3 Ground moving body 15-1, 15-2 Building 21-1, 21-2, 21 -3 High power amplifier (HPA)
22-1, 22-2, 22-3 Low noise amplifier (LNA)
23-1, 23-2, 23-3 Time division switch (TDD-SW)
24-1, 24-2, 24-3 Antenna elements 25-1, 25-2, 25-3 Radio module 26-1, 26-2, 26-3 Antenna terminal 27 Coaxial cable 80 Base station device 81 Transmitter 85 Receiving unit 87 Interface circuit 88 MAC layer processing circuit 100 Receiving unit 101-1, 101-2, 101-K Antenna element 102-1, 102-2, 102-K TDD switch 103-1, 103-2, 103-K Low noise amplifier (LNA)
104 local oscillators 105-1, 105-2, 105-K mixers 106-1, 106-2, 106-K filters 107-1, 107-2, 107-K A / D converters 108-1, 108-2 , 108-K FFT circuit 109-1, 109-2, 109-L Reception signal processing circuit 110 Communication control circuit 115 Storage circuit 120 Transmission / reception weight calculation unit 121 Channel information short time averaging circuit 122 Relative component acquisition circuit 123 Channel information long time Average circuit 124 Reception weight calculation circuit 125 Reception weight storage circuit 126 Calibration circuit 127 Transmission weight calculation circuit 128 Transmission weight storage circuit 129 Calibration coefficient storage circuit 140 Transmitters 141-1, 141-2, 141-L Transmission signal processing circuit 142-1, 142-2, 142-K addition synthesis circuit 143-1, 143-2, 143-K IFFT & GI adding circuit 144-1, 144-2, 144-K D / A converter 145 local oscillator 146-1, 146-2, 146-K Mixers 147-1, 147-2, 147-K Filters 148-1, 148-2, 148-K High power amplifier (HPA)
170 Interface circuit 180 MAC layer processing circuit 181 Scheduling processing circuit 400 Base station apparatus 401, 401-1, 401-2, 401-K Antenna element 402 Transmission / reception weight calculation unit 403 Communication control circuit 404 Interface circuit 410, 410a, 410-1 410-2, 410-K Wireless signal processing circuit (wireless signal processing unit)
411 TDD switch 412 Low noise amplifier (LNA)
413, 424, 424a Local oscillator 414, 425 Mixer 415, 426, 426a Filter 416 A / D converter 417 FFT circuit 421 Addition synthesis circuit 422 IFFT & GI adding circuit 423 D / A converter 427 High power amplifier 430, 430-1, 430-2, 430-N transmission / reception signal processing unit 431 reception weight multiplication circuit (reception weight multiplication unit)
432 Received signal processing circuit (received signal processing unit)
433 MAC layer processing circuit 434 transmission signal processing circuit (transmission signal processing unit)
435 Transmission weight multiplication circuit (transmission weight multiplication unit)
801 Base station device 802-1, 802-2, 802-3 Terminal device 811-1, 811-2, 811-L Transmission signal processing circuit 812-1, 812-2, 812-K Addition / synthesis circuit 813-1 813-2, 813 -K IFFT & GI adding circuit 814-1, 814-2, 814 -K D / A converter 815 Local oscillator 816-1, 816-2, 816 -K mixer 817-1, 817-2, 817 -K filters 818-1, 818-2, 818-K high power amplifier (HPA)
819-1, 819-2, 819-K Antenna element 820 Communication control circuit 830 Transmission weight processing unit 831 Channel information acquisition circuit 832 Channel information storage circuit 833 Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 851-1, 851-2, 851- K antenna element 852-1, 852-2, 852-K Low noise amplifier (LNA)
853 Local oscillators 854-1, 854-2, 854-K mixers 855-1, 855-2, 855-K filters 856-1, 856-2, 856-K A / D converters 857-1, 857-2 857-K FFT circuit 858-1, 858-2, 858-L reception signal processing circuit 860 reception weight processing unit 861 channel information estimation circuit 862 multiuser MIMO reception weight calculation circuit 881 scheduling processing circuit 901 transmitting station 902-1 902-2, 902-3, 902-N 1 relay station 903 receiving station 911-1, 911-2, 911-3 cell 912-1, 912-2, 912-3 remote base station 913-1, 913-2 , 913-3, 913-4, 913-5, 913-6 terminal device 914 control station 915 optical fiber 96 -1,961-2,961-3,961-4,961-5 antenna element

Claims (6)

複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出部と、
前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理部と、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理部それぞれが分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算部と、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記受信ウエイト乗算部による加算合成結果に基づいて、対応する端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理部と
を備えることを特徴とする基地局装置。
A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency A base station apparatus in which
Based on the training signal transmitted from the terminal device, for each combination of the terminal device and the antenna element, a reception weight for each frequency component for in-phase synthesis of signals received by the plurality of antenna elements is calculated, A transmission / reception weight calculation unit for storing the calculated reception weight;
A radio signal processing unit that is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
The reception weight corresponding to the combination of the frequency component and the antenna element corresponding to the terminal device provided for each terminal device is multiplied by the signal of each frequency component separated by each of the radio signal processing units, and the multiplication result is the frequency. A reception weight multiplier for adding and combining each component;
Based on the result of addition synthesis by the reception weight multiplier provided for each terminal device and corresponding to the terminal device, the presence / absence of a signal from the corresponding terminal device is determined, and when there is a signal from the terminal device, A base station apparatus comprising: a reception signal processing unit that performs reception processing on the addition synthesis result.
請求項1に記載の基地局装置であって、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に送信する信号を周波数成分ごとの信号に分離する送信信号処理部と、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号に該端末装置に対応する周波数成分と前記アンテナ素子との組み合わせに応じた送信ウエイトを乗算し、乗算した送信ウエイトに対応するアンテナ素子に接続された前記無線信号処理部に乗算結果を出力する送信ウエイト乗算部と、
を更に備え、
前記送受信ウエイト算出部は、
前記トレーニング信号、又は前記端末装置からフィードバックされるチャネル情報のいずれかに基づいて、複数の前記アンテナ素子から送信された信号を前記端末装置において同位相合成するための各周波数成分に対する前記送信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子との組み合わせごとに算出し、算出した前記送信ウエイトを記憶し、
前記無線信号処理部は、
前記端末装置それぞれに対応する前記送信ウエイト乗算部から入力された乗算結果を周波数成分ごとに加算合成し、周波数成分ごとの加算合成結果を基に時間軸上の信号に変換して対応する前記アンテナ素子から送信する
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 1,
A transmission signal processing unit that is provided for each terminal device and separates a signal to be transmitted to the terminal device into signals for each frequency component;
A signal for each frequency component provided for each terminal device and separated by the transmission signal processing unit corresponding to the terminal device is multiplied by a transmission weight corresponding to a combination of the frequency component corresponding to the terminal device and the antenna element. A transmission weight multiplier for outputting a multiplication result to the radio signal processor connected to the antenna element corresponding to the multiplied transmission weight;
Further comprising
The transmission / reception weight calculation unit includes:
Based on either the training signal or the channel information fed back from the terminal device, the transmission weight for each frequency component for in-phase combining the signals transmitted from the plurality of antenna elements in the terminal device. Calculate for each combination of the terminal device and the antenna element, store the calculated transmission weight,
The wireless signal processor is
The antennas corresponding to each of the terminal devices are added and synthesized for each frequency component by the multiplication results inputted from the transmission weight multiplication unit, and converted to a signal on the time axis based on the addition synthesis result for each frequency component. A base station apparatus that transmits from an element.
請求項1又は請求項2に記載の基地局装置であって、
前記端末装置との空間多重伝送に周波数分割複信を用いる場合、前記端末装置と通信をしている期間において、
前記無線信号処理部は常に前記受信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、
受信ウエイト乗算部は常に前記受信ウエイトの乗算と加算合成とを行う
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 1 or 2,
When using frequency division duplex for spatial multiplexing transmission with the terminal device, in the period of communication with the terminal device,
The radio signal processing unit always separates the received signal into signals for each frequency component,
The base station apparatus, wherein the reception weight multiplication unit always performs multiplication and addition synthesis of the reception weights.
請求項1又は請求項2に記載の基地局装置であって、
前記端末装置との空間多重伝送に時分割複信を用いる場合、前記端末装置の受信に割り当てられている期間において、
前記無線信号処理部は常に前記受信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、
受信ウエイト乗算部は常に前記受信ウエイトの乗算と加算合成とを行う
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 1 or 2,
When using time division duplex for spatial multiplexing transmission with the terminal device, in a period allocated to reception of the terminal device,
The radio signal processing unit always separates the received signal into signals for each frequency component,
The base station apparatus, wherein the reception weight multiplication unit always performs multiplication and addition synthesis of the reception weights.
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置が行う無線通信方法であって、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出ステップと、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理ステップと、
前記端末装置ごとに、該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理ステップにおいて分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算ステップと、
前記受信ウエイト乗算ステップにおける前記端末装置それぞれに対応する加算合成結果に基づいて、該端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency A wireless communication method performed by a base station apparatus in
Based on the training signal transmitted from the terminal device, for each combination of the terminal device and the antenna element, a reception weight for each frequency component for in-phase synthesis of signals received by the plurality of antenna elements is calculated, A transmission / reception weight calculation step for storing the calculated reception weight;
For each antenna element, a radio signal processing step for separating a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
For each terminal device, the reception weight corresponding to the combination of the frequency component corresponding to the terminal device and the antenna element is multiplied by the signal of each frequency component separated in the radio signal processing step, and the multiplication result for each frequency component A reception weight multiplication step to add and synthesize,
The presence / absence of a signal from the terminal device is determined based on the addition / combination result corresponding to each of the terminal devices in the reception weight multiplication step, and when there is a signal from the terminal device, the addition / combination result is received. And a received signal processing step for performing processing.
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記端末装置から送信されたトレーニング信号に基づいて、複数の前記アンテナ素子で受信した信号を同位相合成するための各周波数成分に対する受信ウエイトを前記端末装置と前記アンテナ素子の組み合わせごとに算出し、算出した受信ウエイトを記憶する送受信ウエイト算出部と、
前記アンテナ素子ごとに設けられ該アンテナ素子で受信された受信信号を周波数成分ごとの信号に分離する無線信号処理部と、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する周波数成分とアンテナ素子との組み合わせに応じた前記受信ウエイトを前記無線信号処理部それぞれが分離した各周波数成分の信号に乗算し、乗算結果を周波数成分ごとに加算合成する受信ウエイト乗算部と、
前記端末装置ごとに設けられ該端末装置に対応する前記受信ウエイト乗算部による加算合成結果に基づいて、対応する端末装置からの信号の有無を判定し、該端末装置からの信号がある場合、前記加算合成結果に対して受信処理を行う受信信号処理部と
を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
A wireless communication system comprising a base station device having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices, wherein the base station device and the terminal devices can perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency Because
The base station device
Based on the training signal transmitted from the terminal device, for each combination of the terminal device and the antenna element, a reception weight for each frequency component for in-phase synthesis of signals received by the plurality of antenna elements is calculated, A transmission / reception weight calculation unit for storing the calculated reception weight;
A radio signal processing unit that is provided for each antenna element and separates a received signal received by the antenna element into a signal for each frequency component;
The reception weight corresponding to the combination of the frequency component and the antenna element corresponding to the terminal device provided for each terminal device is multiplied by the signal of each frequency component separated by each of the radio signal processing units, and the multiplication result is the frequency. A reception weight multiplier for adding and combining each component;
Based on the result of addition synthesis by the reception weight multiplier provided for each terminal device and corresponding to the terminal device, the presence / absence of a signal from the corresponding terminal device is determined, and when there is a signal from the terminal device, A wireless communication system, comprising: a reception signal processing unit that performs reception processing on the addition synthesis result.
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