JP2014075679A - Wireless communication system, wireless transmitter and wireless communication method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless communication system which suppresses an increase in communication overhead caused by feedback of channel state information and furthermore can achieve a good spectrum efficiency, in a MIMO communication system.SOLUTION: The wireless communication system performs wireless communication of a signal modulated by an orthogonal frequency division multiplex system, by MIMO. A base station receives channel state information for each subband fed back from a terminal, and calculates a perturbation vector in a VP method (S104). Further, time-frequency processing for obtaining the channel state information on the predetermined number of subcarriers is performed with respect to the channel state information for each subband (S106 and S108), and a weighting coefficient for controlling the antenna directivity is calculated (S110), and linear interpolation of the weighting coefficient with respect to all subcarriers is performed (S114).

Description

この発明は、複数のアンテナを有する基地局と、端末装置の存在する無線通信システムに関し、より特定的には、マルチユーザMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信の無線通信システムにおける送信ビームフォーミング技術に関連する、無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法に関する。   The present invention relates to a radio communication system in which a base station having a plurality of antennas and a terminal device exist, and more particularly to a transmission beamforming technique in a radio communication system of multi-user MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless transmission device, and a wireless communication method.

従来から、マルチユーザMIMO技術が提案されている(特許文献1,特許文献2、特許文献3)。マルチユーザMIMOは、基地局(またはアクセスポイント)側に多数のアンテナ素子をもたせるとともに、端末側は比較的少数のアンテナ素子をもたせ、基地局と複数の端末とで同時に仮想的なMIMOチャネルを形成するものである。   Conventionally, multi-user MIMO technology has been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). Multi-user MIMO has a large number of antenna elements on the base station (or access point) side and a relatively small number of antenna elements on the terminal side, so that a virtual MIMO channel can be formed simultaneously between the base station and a plurality of terminals. To do.

つまり、マルチユーザMIMO送信技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一周波数同一タイミングで異なる独立な信号を複数の通信相手装置に送信し、複数の通信相手装置の受信アンテナ全体を巨大な受信アレーとみなして下りスループットの向上を図る技術である。   In other words, the multi-user MIMO transmission technology is such that, on the transmitting station side, independent signals different from each other at the same frequency and the same timing are transmitted from a plurality of transmission antennas to a plurality of communication counterpart devices, and the entire reception antennas of the plurality of communication counterpart devices are enormous. This is a technique for improving the downlink throughput as a receiving array.

一方で、2.4GHz帯又は5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、IEEE802.11g規格、IEEE802.11a規格などの技術が普及している。これらの無線通信システムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重(OFDM;Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いられている。   On the other hand, technologies such as the IEEE802.11g standard and the IEEE802.11a standard are prevalent as high-speed wireless access systems using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band. In these wireless communication systems, an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, which is a technique for stabilizing characteristics in a multipath fading environment, is used.

このような高速無線アクセス技術においても、大容量化の技術として、マルチユーザMIMO送信技術が注目されている。   Also in such a high-speed wireless access technology, a multi-user MIMO transmission technology has attracted attention as a technology for increasing the capacity.

さらに、マルチユーザMIMO技術は、携帯電話の規格、たとえば、LTE(Long Term Evolution)や、LTE−A(Long Term Evolution Advanced;LTEの拡張)でも採用されている。   Furthermore, the multi-user MIMO technology is also adopted in cellular phone standards such as LTE (Long Term Evolution) and LTE-A (Long Term Evolution Advanced: LTE).

図30は、このようなマルチユーザMIMO通信システムの構成を示す概念図である。   FIG. 30 is a conceptual diagram showing the configuration of such a multiuser MIMO communication system.

図30に示されるように、基地局BSは、アンテナ1〜Mから、それぞれ送信信号x1〜xMを送信する。端末UE1〜UEkは、たとえば、それぞれ2本のアンテナを備えているものとする。端末UE1は、基地局からの送信信号x1〜xMを、その2本のアンテナにより受けて、それぞれ信号y1およびy2を受信する。同様にして、他の端末UE2〜UEkも、それぞれ2本のアンテナにより、基地局からの送信信号x1〜xMを受けて、信号y3およびy4,…,yM-1およびyMを受信する。 As shown in FIG. 30, the base station BS transmits transmission signals x 1 to x M from antennas 1 to M , respectively. Terminals UE 1 to UE k are each provided with two antennas, for example. Terminal UE 1 receives transmission signals x 1 to x M from the base station via its two antennas and receives signals y 1 and y 2 , respectively. Similarly, other terminals UE 2 ~UE k, by each of the two antennas, receives a transmission signal x 1 ~x M from the base station, the signal y 3 and y 4, ..., y M- 1 and to receive y M.

すなわち、図30の例では、(基地局の送信アンテナの本数)=(1つの端末側の受信アンテナの本数)×(端末数)が成り立っている場合を例示している。   That is, the example of FIG. 30 illustrates a case where (the number of transmission antennas of the base station) = (the number of reception antennas on one terminal side) × (the number of terminals).

このとき、受信側の端末UE1〜UEkでの各アンテナでの受信信号y1〜yMをまとめた受信信号ベクトルYは、以下の式により表される。 At this time, a received signal vector Y in which the received signals y 1 to y M at the antennas at the receiving side terminals UE 1 to UE k are collected is expressed by the following expression.


ここで、行列Hの各要素は、送信側の各アンテナから受信側の各アンテナへの伝送路のインパルス応答に相当し、行列Hは「チャネル応答マトリックス」(または「伝送路行列」)と呼ばれる。ベクトルXは、送信機側での各アンテナへの送信信号を並べたベクトルである。また、ベクトルNは、受信側の各アンテナで受信される信号に含まれるノイズ成分を並べたものである。

Here, each element of the matrix H corresponds to an impulse response of a transmission path from each antenna on the transmission side to each antenna on the reception side, and the matrix H is called a “channel response matrix” (or “transmission path matrix”). . The vector X is a vector in which transmission signals to each antenna on the transmitter side are arranged. The vector N is an array of noise components included in signals received by the receiving antennas.

従来のマルチユーザMIMOダウンリンクにおける送信ビーム形成(BF:Beam Forming)法としては、自端末以外の全ての端末の全受信アンテナに対してヌルを形成するZF(Zero Forcing:ゼロフォーシング)法や、MMSE(Minimum Mean Square Error:最小二乗法)法に基づいた種々のビーム形成法が考案されている。MMSE法に基づくビーム形成法では、自端末以外の全ての端末の全受信アンテナに対してヌルを形成するのではなく、一定量の漏洩を許容する。   As a transmission beam forming (BF: Beam Forming) method in a conventional multi-user MIMO downlink, a ZF (Zero Forcing) method for forming nulls for all receiving antennas of all terminals other than the own terminal, Various beam forming methods based on the MMSE (Minimum Mean Square Error) method have been devised. The beam forming method based on the MMSE method does not form nulls for all receiving antennas of all terminals other than its own terminal, but allows a certain amount of leakage.

以下では、送信アンテナの本数Mとしては、M=Nt=Nr×Kであるものとする。Nrは受信側(移動端末)のアンテナ本数であり、Kは移動端末の個数である。   In the following, it is assumed that the number M of transmission antennas is M = Nt = Nr × K. Nr is the number of antennas on the receiving side (mobile terminal), and K is the number of mobile terminals.

(MMSE法によるビーム形成の構成)
ここで、シングルキャリアの場合について、MMSE法により、各アンテナに与える送信信号を合成するための「重み付け係数」(ビームフォーミングウェイト行列)を推定する方法については、特許文献2(特開2007−110664号公報)に開示されている。
(Configuration of beam forming by MMSE method)
Here, in the case of a single carrier, a method of estimating a “weighting coefficient” (beam forming weight matrix) for combining transmission signals to be given to each antenna by the MMSE method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-110664. No.).

以下、簡単にMMSE法によるビーム形成について、数式を用いて説明する。   Hereinafter, beam formation by the MMSE method will be briefly described using mathematical expressions.

図31は、MMSE法によるビーム形成の手続きを示す概念図である。   FIG. 31 is a conceptual diagram showing a beam forming procedure by the MMSE method.

ここでは、送信機BSにおいて、送信に使用されるアンテナ数はNt本であり、受信側では、Nt(=Nr×K)本のアンテナで信号を受信する構成について説明している。   Here, in the transmitter BS, the number of antennas used for transmission is Nt, and on the receiving side, a configuration is described in which a signal is received by Nt (= Nr × K) antennas.

送信される原信号を以下のようにベクトルXで表すものとする。   The original signal to be transmitted is represented by a vector X as follows.


このとき、たとえば、チャネル応答マトリックスHは、受信側(受信機UEs)からの情報により推定されるものとする。

At this time, for example, the channel response matrix H is assumed to be estimated from information from the reception side (receiver UEs).

このような状況では、送信ビームウェイト乗算後の信号ベクトルXハット(Xの上に”^”の付加されたものを、以下、本文中では、このように表現する)は、以下の式であらわされる。   In such a situation, the signal vector X hat after multiplying the transmission beam weight (the one in which “^” is added on X is expressed in the following manner in the text) is expressed by the following equation. It is.


ここで、上付きのHは、行列共役転置操作後のエルミート行列であることを示し、αは正規化係数を表し、INtは、(Nt×Nt)の単位行列を表す。

Here, superscript H indicates a Hermitian matrix after matrix conjugate transposition operation, α indicates a normalization coefficient, and I Nt indicates a unit matrix of (Nt × Nt).

送信アンテナから送出される信号Zは、以下の式で表される。   The signal Z transmitted from the transmission antenna is expressed by the following equation.


ここで、γは総送信電力を規格化するための係数である。ただし、||は、ユークリッドノルムを表す。

Here, γ is a coefficient for normalizing the total transmission power. However, || represents the Euclidean norm.

チャネルを送信信号が伝達した後(すなわち、信号Zにチャネル応答マトリックスが乗算されたことに等価)、受信側では、加算性白色ガウス雑音(AWGN)が付加された信号に対して、√γがそれぞれ乗算されて、信号xiハットが分離される。 After the transmitted signal is transmitted through the channel (ie, equivalent to the signal Z multiplied by the channel response matrix), on the receiving side, √γ is given to the signal with additive white Gaussian noise (AWGN). Each is multiplied to separate the signal x i hat.

以上のようにして、MMSE法を用いたビーム形成方法により、MIMO通信が実現される。   As described above, MIMO communication is realized by the beam forming method using the MMSE method.

しかしながら、マルチユーザMIMOは、屋外で使用されるだけでなく、たとえば、オフィスや家庭内などのような屋内で使用される場合が増加している。   However, multi-user MIMO is not only used outdoors, but is increasingly used indoors such as in offices and homes.

たとえば、ピコセルかフェムトセル・システムのような近距離通信システムについては、システムのスペクトラム効率(SE)は、送信機または基地局BS側で正確なチャネル状態情報(CSI)を備えたマルチユーザMIMO(MU−MIMO)アルゴリズムの技術を使用して改善されることが知られている。   For example, for near field communication systems such as picocell or femtocell systems, the spectral efficiency (SE) of the system is multi-user MIMO (with accurate channel state information (CSI) at the transmitter or base station BS side ( It is known to be improved using the technology of the (MU-MIMO) algorithm.

ただし、このような場合、各受信機が空間的に近接しており、結果として、MIMOチャネル間の相関が高くなる。   However, in such a case, each receiver is spatially close, and as a result, the correlation between MIMO channels is high.

このような場合において、上述したMMSE法では、互いに相関の高いチャネルに対しては、規格化係数γの値が、大きくなりすぎ、規格化後の信号電力が必要以上に抑制されるチャネルが生じて、ストリームデータの一部が失われる恐れがあるという問題がある。   In such a case, in the above-described MMSE method, for the channels highly correlated with each other, the value of the normalization coefficient γ becomes too large, resulting in a channel in which the normalized signal power is suppressed more than necessary. Therefore, there is a problem that part of the stream data may be lost.

(非線形プリコーディング法:VP法)
このような問題に対しては、たとえば、非線形プリコーディング法のVP(Vector Perturbation)法が知られている。このような「非線形プリコーディング法」については、たとえば、特許文献4にも開示がある。
(Nonlinear precoding method: VP method)
For such a problem, for example, a VP (Vector Perturbation) method of a nonlinear precoding method is known. Such a “non-linear precoding method” is also disclosed in Patent Document 4, for example.

VP法のような非線形プリコーディング法においては、受信装置間干渉を受ける受信装置宛の送信信号に対し、プリコーディング処理が行われ、事前に干渉成分が間引かれる。   In a non-linear precoding method such as the VP method, a precoding process is performed on a transmission signal addressed to a receiving device that receives interference between receiving devices, and an interference component is thinned out in advance.

VP法を用いたマルチユーザMIMO(VP MU−MIMO)システムでは、端末装置が受信信号にModulo演算(モジュロ演算)という演算を施す。モジュロ演算とは、信号点平面において、モジュロ幅という所定の間隔の整数倍だけ平行移動した点を同じ信号点と見なす処理である。   In a multi-user MIMO (VP MU-MIMO) system using the VP method, a terminal device performs an operation called a modulo operation (modulo operation) on a received signal. The modulo operation is a process in which, on the signal point plane, points translated by an integral multiple of a predetermined interval called a modulo width are regarded as the same signal point.

端末装置が複数の信号点を同一と見なすことは、基地局装置にとってみると、送信信号を選択するときの自由度が高くなることを意味する。基地局装置では、この自由度を利用して、より低電力で送信できる点を選択して送信する。   When the terminal apparatus regards a plurality of signal points as the same, it means that the base station apparatus has a higher degree of freedom when selecting a transmission signal. The base station apparatus uses this degree of freedom to select and transmit points that can be transmitted with lower power.

基地局BSは、VP MU−MIMO方式の通信を行う場合、以下の二つの手順によって送信信号を生成する。   The base station BS generates a transmission signal according to the following two procedures when performing VP MU-MIMO communication.

1. 適切に選択したModulo幅(以下、「モジュロ幅」)の整数倍の信号(摂動ベクトル)を所望信号に加算する。   1. Add a signal (perturbation vector) that is an integer multiple of the appropriately selected modulo width (hereinafter “modulo width”) to the desired signal.

2.線形プレコーディングと同じ処理により移動端末同士の干渉を除去する。   2. The interference between mobile terminals is removed by the same process as the linear precoding.

このとき、加算する信号を摂動ベクトル(Perturbation Vector)という。この摂動ベクトルを全移動端末宛の信号と伝搬路状態を考慮して適切に選ぶと、送信電力を抑圧することができる。VP MU−MIMO方式は線形プリコーディングと同じ線形フィルタを用いるものの、摂動ベクトルの加算という非線形処理を施しているため、非線形処理に分類される。   At this time, the signal to be added is called a perturbation vector. When this perturbation vector is appropriately selected in consideration of signals addressed to all mobile terminals and propagation path conditions, transmission power can be suppressed. Although the VP MU-MIMO method uses the same linear filter as linear precoding, it is classified as nonlinear processing because it performs nonlinear processing called addition of perturbation vectors.

つまり、プリコーディング処理前の信号に対しては、モジュロ演算処理が実行される。「モジュロ演算処理」とは、入力された信号の実数部および虚数部に対し、実数部および虚数部に規定の値の整数倍の値を持つ摂動信号ベクトルを付加することと等価である。 モジュロ演算により送信電力が規定値内に抑えられた信号はビームフォーミングにより伝送される。   That is, the modulo arithmetic process is performed on the signal before the precoding process. “Modulo arithmetic processing” is equivalent to adding a perturbation signal vector having a value that is an integer multiple of a specified value to the real part and imaginary part of the real part and imaginary part of the input signal. A signal whose transmission power is suppressed within a specified value by modulo calculation is transmitted by beam forming.

一方、受信処理では、所望の信号(データを含む情報信号)に上述した摂動信号が加わっている受信信号に対し、再びモジュロ演算処理が行われ、上記摂動信号成分が除去されて、情報信号が取り出される。   On the other hand, in the reception processing, the modulo arithmetic processing is performed again on the reception signal in which the above-described perturbation signal is added to the desired signal (information signal including data), the perturbation signal component is removed, and the information signal is It is taken out.

図32は、非線形プリコーディング法であるVP法の処理を説明するための概念図である。   FIG. 32 is a conceptual diagram for explaining processing of the VP method which is a nonlinear precoding method.

図32を参照して、まず、送信機BSにおいては、送信される原信号ベクトルXに対して、ダーティペイパーコーディング(DPC)に基づく、摂動ベクトルの付加演算(以下、「DPC MOD処理」と略記する)が行われ、ベクトルXmodが以下のように算出される。なお、このようなVP法については、非特許文献1に開示がある。   Referring to FIG. 32, first, in transmitter BS, perturbation vector addition operation (hereinafter referred to as “DPC MOD processing”) based on Dirty Pay Percoding (DPC) is performed on transmitted original signal vector X. And the vector Xmod is calculated as follows. Such a VP method is disclosed in Non-Patent Document 1.


このようなベクトルXmodに対して、MMSE法によりビーム形成演算を行うこととすると、上述した単純なMMSE法と同様にして、送信信号Zは、以下のように算出される。

If the beam forming operation is performed on such a vector Xmod by the MMSE method, the transmission signal Z is calculated as follows in the same manner as the simple MMSE method described above.


受信側のUEsでは、加算性白色ガウス雑音(AWGN)が付加された信号に対して、√γがそれぞれ乗算されて、さらに、DPCおよびモジュロ演算(以下、「DPC DeMOD処理」と略記する)が、以下の式により実行されて、信号xiハットが分離される。

In the UEs on the receiving side, the signal added with the additive white Gaussian noise (AWGN) is multiplied by √γ, and further DPC and modulo operation (hereinafter abbreviated as “DPC DeMOD processing”) are performed. The signal x i hat is separated by the following equation:


なお、下の式で表される演算は、負方向の整数に丸め込む処理を表す。

Note that the operation represented by the following expression represents a process of rounding to a negative integer.


このような非線形プリコーディング法、たとえば、VP法を用いれば、上述したような相関の高いチャネルの存在により、係数γが大きくなることで、ストリームデータの一部が失われるという問題を回避することは可能である。

If such a nonlinear precoding method, for example, the VP method is used, the problem that a part of stream data is lost due to the increase of the coefficient γ due to the presence of a highly correlated channel as described above is avoided. Is possible.

ところで、VP法などのプリコーディング法では、送信側において、送受信アンテナ素子間のチャネル状態情報を得る必要がある。   By the way, in a precoding method such as the VP method, it is necessary to obtain channel state information between transmitting and receiving antenna elements on the transmission side.

例えば、送受信に同じ周波数帯域を用いる時分割複信(Time Division Duplex;TDD)の場合には、端末局から予め送受信アンテナ素子間で既知の信号を送信側に送信することで、アクセスポイントにおいて全送受信アンテナ素子間のチャネル状態情報を推定するというような開ループ方式で行うことができる。   For example, in the case of time division duplex (TDD) using the same frequency band for transmission / reception, the terminal station transmits in advance a known signal between the transmission / reception antenna elements to the transmission side, thereby This can be done by an open loop method in which channel state information between transmitting and receiving antenna elements is estimated.

しかしながら、周波数分割複信(Frequency Division Duplex;FDD)の場合、上記開ループ方式を用いることができないため、端末局から基地局にチャネル状態情報をフィードバックする必要がある。また、TDDの場合でも、キャリブレーション機能を基地局、端末局それぞれで具備していない場合には、上り/下りでチャネル状態情報が非対称になってしまうため、端末局から基地局にチャネル状態情報をフィードバックする必要がある。   However, in the case of frequency division duplex (FDD), since the above open loop method cannot be used, it is necessary to feed back channel state information from the terminal station to the base station. Even in the case of TDD, if the calibration function is not provided in each of the base station and the terminal station, the channel state information becomes asymmetric in uplink / downlink. Need feedback.

このとき、マルチユーザMIMO送信技術を用いて複数の送信相手に信号を伝送する前に、基地局側でチャネル状態情報を得るために、予め端末局側でチャネル状態情報(伝達関数)を推定して基地局側へチャネル状態情報をフィードバックする。チャネル状態情報をある基準で量子化(ディジタル化)をしてフィードバックする際に、そのフィードバックする総データ量が増加すると、通信のオーバーヘッドが大きくなり、通信に利用できる帯域が減少してしまう。そして、フィードバックする情報により通信帯域が占有されると、無線通信システム全体のスループットが低下してしまう。   At this time, the channel state information (transfer function) is estimated in advance on the terminal station side in order to obtain channel state information on the base station side before transmitting signals to a plurality of transmission partners using the multi-user MIMO transmission technique. Channel state information is fed back to the base station. When the channel state information is quantized (digitized) according to a certain reference and fed back, if the total amount of data to be fed back increases, communication overhead increases and the bandwidth available for communication decreases. When the communication band is occupied by the information to be fed back, the throughput of the entire wireless communication system is reduced.

チャネル状態情報のフィードバックに要する総データ量を削減するために、量子化ビット数を小さくしてフィードバックする総データ量を減らすこともできるが、この場合、量子化誤差が大きくなり、基地局側で送信ビームフォーミングを正しく形成することができなくなってしまう。その結果、端末局における伝送品質が劣化して、通信におけるスループットが低下してしまうという問題がある。   In order to reduce the total amount of data required for feedback of channel state information, it is possible to reduce the total amount of data to be fed back by reducing the number of quantization bits, but in this case, the quantization error becomes large and the base station side Transmit beamforming cannot be formed correctly. As a result, there is a problem that the transmission quality at the terminal station deteriorates and the throughput in communication decreases.

そこで、チャネル状態情報のフィードバックには、何らかの制限を設ける必要がある。   Therefore, it is necessary to provide some restrictions on the feedback of the channel state information.

そして、制限のあるフィードバック・リソースに対してフィードバック負荷を軽減するために、MIMO OFDM方式では、しばしば隣接したサブキャリア間のチャネル状態情報CSIの相関を利用する。   In order to reduce the feedback load for limited feedback resources, the MIMO OFDM scheme often uses the correlation of channel state information CSI between adjacent subcarriers.

その場合、たとえば、サブキャリアは、すべていくつかのサブバンドに分割される。ここで、サブバンドはそれぞれ所定数の連続的なサブキャリアを含んでいる。   In that case, for example, the subcarriers are all divided into several subbands. Here, each subband includes a predetermined number of continuous subcarriers.

そして、各サブバンドの中央のサブキャリアのチャネル状態情報CSIが、基地局BSにフィード・バックされる。   Then, the channel state information CSI of the center subcarrier of each subband is fed back to the base station BS.

したがって、フィードバック負荷は、サブバンドの数によって調節することができる。   Therefore, the feedback load can be adjusted by the number of subbands.

その後、残りのサブキャリアのチャネル状態情報CSIは、フィードバックチャネル状態情報CSIを使用して再構成される。   Thereafter, the channel state information CSI of the remaining subcarriers is reconstructed using the feedback channel state information CSI.

周波数領域チャネル状態情報CSIが、MIMOチャネルの伝達関数のサンプリングにより得られるので、チャネル状態情報CSIのマトリックスは、ローラン多項式(LP)マトリックスとして扱うことができ、時間領域および周波数領域変換の処理によって再構成することができる(非特許文献2を参照)。   Since the frequency domain channel state information CSI is obtained by sampling the transfer function of the MIMO channel, the matrix of the channel state information CSI can be treated as a Laurent polynomial (LP) matrix and re-processed by time domain and frequency domain transform processing. It can be configured (see Non-Patent Document 2).

その後、各サブキャリアについて、VPのアルゴリズムを実行する送信機は、チャネル状態情報CSI関連のマトリックスを計算し、最適な摂動ベクトルを見つけ、かつ、送信するストリーム中の干渉を予めキャンセルする、有効なプリコーディングマトリックスあるいは空間フィルターを生成する。   Then, for each subcarrier, the transmitter executing the VP algorithm calculates a channel state information CSI related matrix, finds the optimal perturbation vector, and cancels the interference in the transmitted stream in advance. Generate a precoding matrix or spatial filter.

特開2005−328312号公報JP 2005-328312 A 特開2007−110664号公報JP 2007-110664 A 特開2009−177616号公報JP 2009-177616 A 特開2010−154320号公報JP 2010-154320 A

Hochwald, B.M. et al., “A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-part II: perturbation”, IEEE Transactions on Communications, vol.53, no.3, pp. 537-544, March 2005;Kusume et al. (2007)Hochwald, BM et al., “A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-part II: perturbation”, IEEE Transactions on Communications, vol.53, no.3, pp. 537-544, March 2005; Kusume et al. (2007) A. Ancora, C. Bona, and D.T.M. Slock, ”Down-sampled impulse response least-squares channel estimation for LTE OFDMA”, in Proc. 2007 IEEE ICASSP, vol. 3, pp. 293-296, 15-20 Apr. 2007.A. Ancora, C. Bona, and DTM Slock, “Down-sampled impulse response least-squares channel estimation for LTE OFDMA”, in Proc. 2007 IEEE ICASSP, vol. 3, pp. 293-296, 15-20 Apr. 2007.

しかしながら、このようなスキームはハードウェアに高い計算量(計算負荷)を必要とする。   However, such a scheme requires a high calculation amount (calculation load) in hardware.

システムの計算負荷を縮小する単純な方法は、さらに隣接したサブキャリアのチャネル状態情報CSIの相関を利用することである。つまり、1つのサブバンドのすべてのサブキャリアのチャネル状態情報CSIは同一であると仮定するという方法である。   A simple way to reduce the computational load of the system is to use the correlation of channel state information CSI of adjacent subcarriers. That is, the channel state information CSI of all subcarriers in one subband is assumed to be the same.

このような仮定のもとでは、有効なプリコーディング・マトリックスあるいは空間フィルターは、このサブバンド内のすべてのサブキャリアに対して一度計算されるだけでよい。   Under such assumptions, a valid precoding matrix or spatial filter need only be calculated once for all subcarriers in this subband.

この方法を「単純なサブバンド・モード」と呼ぶことにする。   This method is called “simple subband mode”.

しかしながら、各サブバンドの中央のサブキャリアおよび端部のサブキャリアの間のチャネル状態情報CSIの誤差により、この単純なサブバンド・モードは、少数のサブバンドおよび制限のあるチャネル状態情報CSIのフィードバックによっては、スペクトラム効率の損失を引き起こすことになる。   However, due to errors in the channel state information CSI between the center and end subcarriers of each subband, this simple subband mode makes a small number of subbands and limited channel state information CSI feedback. Depending on the case, it may cause a loss of spectrum efficiency.

したがって、従来は、MIMO通信方式において、チャネル状態情報のフィードバックによる通信のオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、同時に、良好なスペクトラム効率を実現する方法が明らかではないという問題があった。特に、このような問題は、マルチユーザMIMO通信方式において顕著となる。   Therefore, conventionally, in the MIMO communication system, there has been a problem that it is not clear how to achieve good spectrum efficiency while suppressing an increase in communication overhead due to feedback of channel state information. In particular, such a problem becomes prominent in the multi-user MIMO communication system.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、MIMO通信方式において、チャネル状態情報のフィードバックによる通信のオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、同時に、良好なスペクトラム効率を実現する無線通信方法、無線通信システムおよび無線通信装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object thereof is to suppress an increase in communication overhead due to feedback of channel state information in a MIMO communication system, and at the same time, improve It is to provide a wireless communication method, a wireless communication system, and a wireless communication apparatus that realize a high spectrum efficiency.

この発明の1つの局面に従うと、複数のアンテナ素子を備える第1の通信装置と、第1の通信装置と通信する第2の通信装置との間において、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMO(Multiple Input Multiple Output)により無線通信する無線通信方法であって、第2の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、第1の通信装置に備えられている複数のアンテナ素子の各々との間のチャネル状態情報をサブバンドごとに推定するステップを備え、サブバンドは、複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを含み、第2の通信装置が、推定されたサブバンドごとのチャネル状態情報を、第1の通信装置にフィードバックして送信するステップと、第1の通信装置が、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報に基づいて、第1の通信装置からの送信信号へ付加する摂動ベクトルを算出するステップと、第1の通信装置が、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出するステップと、第1の通信装置が、所定数のサブキャリアに対する重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出するステップと、第1の通信装置が、第2の補間処理により算出された重みづけ係数を摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、複数の送信アンテナ素子から送出するステップとを備える。   According to one aspect of the present invention, an orthogonal frequency division multiplexing scheme using a plurality of subcarriers is provided between a first communication device including a plurality of antenna elements and a second communication device communicating with the first communication device. A wireless communication method for wirelessly communicating a signal modulated in (2) by MIMO (Multiple Input Multiple Output), wherein a second communication device is provided in an antenna element provided in the device itself and in the first communication device. Estimating for each subband channel state information with each of the plurality of antenna elements, wherein the subband includes a predetermined number of adjacent subcarriers of the plurality of subcarriers, The communication device feeds back the estimated channel state information for each subband to the first communication device and transmits it. The first communication device calculates a perturbation vector to be added to the transmission signal from the first communication device based on the channel state information for each subband fed back, the first communication device, A first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers is performed on the fed back channel state information for each subband, and an antenna is obtained based on the channel state information subjected to the first interpolation process. A step of calculating a weighting coefficient for controlling directivity; and a first communication apparatus determines a second weighting coefficient for the remaining subcarriers for MIMO communication based on the weighting coefficient for a predetermined number of subcarriers. And the first communication device calculates the weighting coefficient calculated by the second interpolation process as a perturbation vector. It multiplied against the added transmission signal, and a step of transmitting a plurality of transmit antenna elements.

好ましくは、第1の補間処理は、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換するステップと、時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換するステップとを含む。   Preferably, in the first interpolation process, the channel state information for each subband fed back is converted from the frequency domain to the time domain, and the channel state information in the time domain is cut with a response up to a predetermined delay amount. And reconverting from the time domain to the frequency domain.

好ましくは、周波数領域から時間領域に変換するステップは、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する。   Preferably, the step of transforming from the frequency domain to the time domain transforms the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on the least square error criterion.

好ましくは、第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換されたチャネル状態情報の個数は、サブバンドの個数より大きく、サブキャリアの個数よりも少ない。   Preferably, in the first interpolation process, the number of channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of subbands and smaller than the number of subcarriers.

この発明の他の局面に従うと、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMOにより無線通信する無線通信システムであって、第1の通信装置を備え、第1の通信装置は、複数の第1のアンテナ素子と、通信相手からフィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を受信するフィードバック情報受信部とを含み、サブバンドは、複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを有し、送信信号へ付加する摂動ベクトルおよび複数のアンテナ素子から送信信号をMIMO方式で送信するための重み係数を算出する制御部をさらに含み、制御部は、フィードバックされたチャネル状態情報に基づいて、送信信号へ付加する摂動ベクトルを算出する摂動ベクトル算出手段と、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出する第1の係数算出手段と、所定数のサブキャリアに対する重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出する第2の係数算出手段とを有し、第2の補間処理により算出された重み付け係数を摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、複数の送信アンテナ素子から送信部をさらに含み、第2の通信装置は、第2のアンテナ素子と、第2のアンテナ素子と、複数の第1のアンテナ素子の各々との間のチャネル状態情報をサブバンドごとに推定するチャネル応答推定部と、推定されたサブバンドごとのチャネル状態情報を、第1の通信装置にフィードバックして送信するチャネル状態情報送信処理部とを含む。   According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication system that wirelessly communicates a signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing system using a plurality of subcarriers by MIMO, the first communication apparatus including the first communication apparatus. Includes a plurality of first antenna elements and a feedback information receiving unit that receives channel state information for each subband fed back from a communication partner, and the subband is a predetermined number of adjacent subcarriers. And a control unit that calculates a perturbation vector to be added to the transmission signal and a weighting factor for transmitting the transmission signal from the plurality of antenna elements according to the MIMO scheme. A perturbation vector calculating means for calculating a perturbation vector to be added to the transmission signal based on the information, and feedback A first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers is performed on the channel state information for each subband, and antenna orientation is performed based on the channel state information subjected to the first interpolation process. A first coefficient calculating means for calculating a weighting coefficient for controlling the characteristics and a weighting coefficient for the remaining number of subcarriers for MIMO communication based on the weighting coefficient for the predetermined number of subcarriers. And a second coefficient calculation means for calculating the transmission coefficient by multiplying the transmission signal to which the perturbation vector is added by the weighting coefficient calculated by the second interpolation processing, further comprising: And the second communication device supports channel state information between the second antenna element, the second antenna element, and each of the plurality of first antenna elements. It includes a channel response estimation unit which estimates for each band, the channel state information for each estimated sub-band, and a channel state information transmission processing unit for transmitting the feedback to the first communication device.

好ましくは、第1の補間処理において、第1の係数算出手段は、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換し、時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換する。   Preferably, in the first interpolation processing, the first coefficient calculation means converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain, and converts the channel state information in the time domain to a predetermined delay. After cutting with a response up to the amount, retransform from the time domain to the frequency domain.

好ましくは、第1の係数算出手段は、周波数領域から時間領域に変換する際に、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する。   Preferably, when converting from the frequency domain to the time domain, the first coefficient calculation unit converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on the least square error criterion. .

好ましくは、第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換されたチャネル状態情報の個数は、サブバンドの個数より大きく、サブキャリアの個数よりも少ない。   Preferably, in the first interpolation process, the number of channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of subbands and smaller than the number of subcarriers.

この発明のさらに他の局面に従うと、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMOにより無線通信する無線通信装置であって、複数の第1のアンテナ素子と、通信相手からフィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を受信するフィードバック情報受信部とを含み、サブバンドは、複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを有し、送信信号へ付加する摂動ベクトルおよび複数のアンテナ素子から送信信号をMIMO方式で送信するための重み係数を算出する制御部をさらに含み、制御部は、フィードバックされたチャネル状態情報に基づいて、送信信号へ付加する摂動ベクトルを算出する摂動ベクトル算出手段と、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出する第1の係数算出手段と、所定数のサブキャリアに対する重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出する第2の係数算出手段とを含み、第2の補間処理により算出された重み付け係数を摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、複数の送信アンテナ素子から送信部をさらに備える。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication apparatus that wirelessly communicates a signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing system using a plurality of subcarriers using MIMO, the plurality of first antenna elements and a communication partner. A feedback information receiving unit that receives channel state information for each subband fed back, and the subband has a predetermined number of adjacent subcarriers among a plurality of subcarriers and is added to a transmission signal. And a control unit for calculating a weighting factor for transmitting the transmission signal from the plurality of antenna elements by the MIMO method, and the control unit calculates a perturbation vector to be added to the transmission signal based on the fed back channel state information. Perturbation vector calculation means and channel state information for each fed back subband On the other hand, a first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers is performed, and a weighting coefficient for controlling antenna directivity is calculated based on the channel state information subjected to the first interpolation process. And a second coefficient calculation means for calculating weighting coefficients for the remaining subcarriers for MIMO communication by a second interpolation process based on weighting coefficients for a predetermined number of subcarriers. , The transmission coefficient to which the perturbation vector is added is multiplied by the weighting coefficient calculated by the second interpolation process, and further includes a transmission unit from a plurality of transmission antenna elements.

好ましくは、第1の補間処理において、第1の係数算出手段は、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換し、時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換する。   Preferably, in the first interpolation processing, the first coefficient calculation means converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain, and converts the channel state information in the time domain to a predetermined delay. After cutting with a response up to the amount, retransform from the time domain to the frequency domain.

好ましくは、第1の係数算出手段は、周波数領域から時間領域に変換する際に、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされたサブバンドごとのチャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する。   Preferably, when converting from the frequency domain to the time domain, the first coefficient calculation unit converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on the least square error criterion. .

好ましくは、第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換されたチャネル状態情報の個数は、サブバンドの個数より大きく、サブキャリアの個数よりも少ない。   Preferably, in the first interpolation process, the number of channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of subbands and smaller than the number of subcarriers.

この発明によれば、MIMO通信方式において、チャネル状態情報のフィードバックによる通信のオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、良好なスペクトラム効率を実現することが可能である。   According to the present invention, in the MIMO communication system, it is possible to realize good spectrum efficiency while suppressing an increase in communication overhead due to feedback of channel state information.

実施の形態のマルチユーザMIMOでの通信の状態を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the state of communication in the multiuser MIMO of embodiment. 実施の形態の無線通信システムにおける無線送信装置1000の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless transmitter 1000 in the radio | wireless communications system of embodiment. 実施の形態の無線通信システムにおける端末装置1100の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the terminal device 1100 in the radio | wireless communications system of embodiment. LTEにおけるOFDMシンボルの逆フーリエ変換の手順を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the procedure of the inverse Fourier transform of the OFDM symbol in LTE. 異なる行列演算のための計算負荷のオーダを示す図である。It is a figure which shows the order of the calculation load for a different matrix calculation. VP法による摂動ベクトルの探索処理とプリコーディングのための空間フィルタの行列の算出処理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for explaining perturbation vector search processing by VP method and spatial filter matrix calculation processing for precoding. シミュレーションパラメータを説明する図である。It is a figure explaining a simulation parameter. シミュレーションにおけるチャネルパラメータを示す図である。It is a figure which shows the channel parameter in simulation. シミュレートされた結果を示す図である。It is a figure which shows the simulated result. シミュレートされた結果を示す図である。It is a figure which shows the simulated result. 本実施の形態の線形補間スキームの概念を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the concept of the linear interpolation scheme of this Embodiment. 本実施の形態の線形補間スキームの概念を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the concept of the linear interpolation scheme of this Embodiment. 時間・周波数領域変換処理を行う推定器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimator which performs a time and frequency domain conversion process. 空間フィルタの重み係数の算出手順を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the calculation procedure of the weighting factor of a spatial filter. 空間フィルタの重み係数の算出手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the calculation procedure of the weighting factor of a spatial filter. 計算負荷量を比較する図である。It is a figure which compares calculation load amount. シミュレーションに使用されたパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter used for simulation. SB=50の場合のTFT補間法および単純なサブバンド・モードのシミュレートについてスペクトラム効率をシミュレーションした結果を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the result of having simulated the spectrum efficiency about the TFT interpolation method in case of NSB = 50, and the simulation of a simple subband mode. SB=50の場合のTFT補間法および単純なサブバンド・モードのシミュレートについてスペクトラム効率をシミュレーションした結果を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the result of having simulated the spectrum efficiency about the TFT interpolation method in case of NSB = 50, and the simulation of a simple subband mode. LTE−Aの場合のIFFT処理におけるOFDMサブキャリアの配分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating allocation of the OFDM subcarrier in IFFT process in the case of LTE-A. 逆FFT(IFFT)処理のための行列FHを説明する図である。Conversely FFT (IFFT) is a diagram illustrating a matrix F H for processing. TFT補間処理おける逆FFT処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inverse FFT process in a TFT interpolation process. サブバンドへの分割を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the division | segmentation into a subband. TFT処理に使用されるフィードバックチャネル状態情報行列を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feedback channel state information matrix used for a TFT process. TFT処理で使用される行列Fp Hを説明するための図である。It is a diagram for explaining the matrix F p H for use in TFT process. TFT処理での行列演算を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the matrix calculation in a TFT process. TFT処理のうち、行列FLの乗算処理を説明するための図である。Of TFT process is a diagram for explaining the process of multiplying the matrix F L. 図27で使用される行列FLの構成を説明する図である。Is a diagram illustrating the configuration of a matrix F L used in FIG. TFT処理により生成されるチャネル状態情報を説明する図である。It is a figure explaining the channel state information produced | generated by TFT process. マルチユーザMIMO通信システムの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of a multiuser MIMO communication system. MMSE法によるビーム形成の手続きを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the procedure of the beam formation by MMSE method. 非線形プリコーディング法であるVP法の処理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the process of VP method which is a nonlinear precoding method.

以下、本発明の実施の形態の無線通信システムについて、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, a radio communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps given the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.

図1は、実施の形態のマルチユーザMIMOでの通信の状態を説明するための概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a state of communication in multi-user MIMO according to the embodiment.

図1(a)は、比較的広い領域で、基地局BSと複数の端末装置UEiとが通信している状態を示す。   FIG. 1A shows a state in which a base station BS and a plurality of terminal apparatuses UEi are communicating in a relatively wide area.

広い領域に端末装置UEiが分散している場合は、それぞれの通信チャネルを分離したビームを形成することが可能である。   When the terminal apparatus UEi is dispersed in a wide area, it is possible to form a beam in which each communication channel is separated.

一方、図1(b)は、屋内などの比較的狭い領域で、基地局BSと複数の端末装置UEiとが通信している状態を示す。   On the other hand, FIG. 1B shows a state in which the base station BS and a plurality of terminal devices UEi are communicating in a relatively narrow area such as indoors.

狭い領域に端末装置UEiが存在している場合は、それぞれの通信チャネルを分離したビームを形成することが難しくなる。これは、チャネル間の相関が高くなることに相当する。   When the terminal device UEi is present in a narrow area, it is difficult to form a beam in which each communication channel is separated. This corresponds to a high correlation between channels.

また、このような状況では、チャネル応答マトリックスにおいて、ある端末が他の端末よりもわずかに基地局からの距離が遠いというような場合が起こり、他の行の要素のノルム(大きさ)に比べて、極端に、ノルムの小さな行(受信機側のアンテナに相当)が生じる場合がある。   Also, in this situation, in the channel response matrix, a certain terminal may be slightly farther from the base station than the other terminal, compared to the norm (size) of the elements in other rows. Thus, extremely small norm rows (corresponding to antennas on the receiver side) may occur.

図2は、実施の形態の無線通信システムにおける無線送信装置1000の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the wireless transmission device 1000 in the wireless communication system according to the embodiment.

なお、図2では、MIMO伝送される信号がOFDM変調されているものとしている。   In FIG. 2, it is assumed that a signal to be transmitted by MIMO is OFDM-modulated.

そして、NS個のストリーム(NS/2ユーザ)に対して、OFDM信号伝送用のサブキャリアがNc個であり、送信アンテナはN本であるものとする。なお、後に説明するように、各受信機側のアンテナは、一般には、Nr本であるが、ここでは、例示として、2本であるものとする。 Then, with respect to the NS streams (NS / 2 users), sub-carriers for OFDM signal transmission is Nc number, transmitting antennas is assumed to be the N T. As will be described later, the number of antennas on each receiver side is generally Nr, but here, it is assumed that there are two antennas as an example.

図2を参照して、無線送信装置1000は、入力ノード10から与えられるデジタル信号に対して、前方誤り訂正(FEC: Forward Error Correction)などの誤り訂正符号化を実行する符号化部20と、符号化部20からの信号をシリアルパラレル変換して、それぞれNc個ごとの並列な信号のグループにするためのシリアルパラレル変換部22と、パラレル変換された各信号に対して、Nc個のグループごとに所定の変調方式で変調するための変調部30−1〜30−NSとを含む。   Referring to FIG. 2, radio transmitting apparatus 1000 includes encoding section 20 that performs error correction encoding such as forward error correction (FEC) on a digital signal given from input node 10; A serial / parallel converter 22 for serial-parallel conversion of the signal from the encoding unit 20 to form a group of Nc parallel signals, and Nc groups for each parallel-converted signal. Includes modulation units 30-1 to 30-NS for modulating with a predetermined modulation method.

このような誤り訂正は、後述するように、送信されるOFDMフレーム内での所定ビット数までの誤りを訂正できるように構成される。なお、このような誤り訂正には、インターリーブ処理等を併せて実行される。   Such error correction is configured to correct errors up to a predetermined number of bits in the transmitted OFDM frame, as will be described later. Such error correction is performed together with interleaving processing and the like.

なお、送信シンボルは、同相成分と直行成分とを含みうるが、図2では、両者は、1つの信号線で表現されている。   Note that a transmission symbol may include an in-phase component and an orthogonal component, but in FIG. 2, both are represented by a single signal line.

また、変調部30−1〜30−NSは、プリコーディング処理として上述した非線形プリコーディングを実施するために、変調部30−1〜30−NSからの出力に対して、制御部50からの制御の下で、摂動ベクトルを付加するモジュロ演算処理を実行する。   Also, the modulation units 30-1 to 30-NS control the outputs from the modulation units 30-1 to 30-NS from the control unit 50 in order to perform the above-described nonlinear precoding as precoding processing. The modulo arithmetic processing for adding the perturbation vector is executed.

また、このようなモジュロ演算とともに、干渉キャンセルのための符号化技術としてDPC(Dirty Paper Coding)を用いることも可能である。   In addition to such a modulo operation, DPC (Dirty Paper Coding) can be used as an encoding technique for interference cancellation.

無線送信装置1000は、チャネル状態情報に基づいて、プリコーディング行列を算出するための制御部50と、制御部50からのプリコーディング行列中の係数を、変調部30−1〜30−NSからの信号に乗算するための重み付け処理部40−1〜40−Ncとを含む。すなわち、OFDM変調では、サブキャリアがNc個あることに対応して、重み付け処理部40−1〜40−Ncは、それぞれ、対応する1つのサブキャリアの信号成分について、重み付け処理を実行する。   Based on the channel state information, radio transmitting apparatus 1000 has a control unit 50 for calculating a precoding matrix, and coefficients in the precoding matrix from control unit 50 from modulation units 30-1 to 30-NS. Weighting processing units 40-1 to 40-Nc for multiplying signals. That is, in OFDM modulation, corresponding to the fact that there are Nc subcarriers, the weighting processing units 40-1 to 40-Nc each perform weighting processing on the signal component of one corresponding subcarrier.

制御部50は、受信側から送られ、フィードバック情報受信部80で受信されたチャネル状態情報(CSI)に基づいて、後に説明するように、OFDMのサブキャリアごとに重み付け係数を算出して、重みづけ処理のための係数を算出する。ここで、チャネル状態情報(CSI)は、後述するサブバンドごとにフィードバックされるものとする。   Based on the channel state information (CSI) sent from the receiving side and received by the feedback information receiving unit 80, the control unit 50 calculates a weighting factor for each OFDM subcarrier, as will be described later. The coefficient for the attaching process is calculated. Here, the channel state information (CSI) is fed back for each subband described later.

なお、サブバンドごとにフィードバックされるチャネル状態情報は、周波数領域の情報であっても、時間領域の情報であってもよい。以下の説明では、例として、周波数領域の情報であるものとして説明する。   The channel state information fed back for each subband may be frequency domain information or time domain information. In the following description, as an example, it is assumed that the information is frequency domain information.

また、記憶部52は、後に説明するような「時間・周波数領域変換」のための行列の要素の値を、さまざまなパラメータについて、事前に算出したものを記憶しているものとし、制御部50は、記憶部52に記憶されたデータを使用して、「時間・周波数領域変換処理」を実行する。   Further, the storage unit 52 stores values of matrix elements for “time / frequency domain conversion” described later, which are calculated in advance for various parameters, and the control unit 50 Performs the “time / frequency domain conversion process” using the data stored in the storage unit 52.

重み付け処理部40−1は、変調部30−1からの信号に対して、プリコーディング行列中の係数を乗算して、アンテナ100−1〜100−Nからそれぞれ送信するための信号を生成する乗算器42−11−42−N1を含む。重み付け処理部40−1は、変調部30−1に対応するのと同様の構成を、変調部30−2〜30−NSに対応しても含んでいる。たとえば、重み付け処理部40−1は、変調部30−NSからの信号に対しては、プリコーディング行列中の係数を乗算して、アンテナ100−1〜100−Nからそれぞれ送信するための信号を生成する乗算器42−1NS−42−NNSを含む。さらに、重み付け処理部40−1は、アンテナ100−1に対応する乗算器42−11〜42−1NSからの信号を統合して、アンテナ100−1向けの信号を生成する加算器44−1を含む。他のアンテナ100−2〜100−Nに対応しても、同様な加算器44−2(図示せず)〜44−Nを含んでいる。ここで、変調部30−1〜30−NSからの信号について重み付け処理を実行する他の重み付け処理部40−2〜40−Ncについても、重み付け処理部40−1と同様な構成を有する。 The weighting processing unit 40-1 multiplies the signal from the modulation unit 30-1 by a coefficient in the precoding matrix to generate a signal to be transmitted from each of the antennas 100-1 to 100- NT. Multipliers 42-11-42-N T 1 are included. The weighting processing unit 40-1 includes the same configuration as that corresponding to the modulation unit 30-1, corresponding to the modulation units 30-2 to 30-NS. For example, the weighting processing unit 40-1 multiplies the signal from the modulation unit 30-NS by a coefficient in the precoding matrix and transmits the signals from the antennas 100-1 to 100- NT , respectively. Includes multipliers 42-1NS-42-N T NS. Furthermore, the weighting processing unit 40-1 integrates signals from the multipliers 42-11 to 42-1NS corresponding to the antenna 100-1 and generates an adder 44-1 that generates a signal for the antenna 100-1. Including. It is compatible with other antennas 100 - 2 to 100-N T, similar adder 44-2 (not shown) includes a ~ 44-N T. Here, the other weighting processing units 40-2 to 40-Nc that perform weighting processing on signals from the modulation units 30-1 to 30-NS also have the same configuration as the weighting processing unit 40-1.

無線送信装置1000は、さらに、重み付け処理部40−1〜40−Ncの出力をそれぞれ受けて、無線送信する信号に変換するアップコンバータ60−1〜60−Nを含む。 Radio transmitting apparatus 1000 further includes up-converters 60-1 to 60- NT that receive the outputs of weighting processing sections 40-1 to 40-Nc, respectively, and convert them into signals to be transmitted by radio.

アップコンバータ60−1は、重み付け処理部40−1〜40−Ncの出力を受けて、逆フーリエ変換するための逆フーリエ変換部62と、デジタルアナログ変換するためのDA変換部64と、DA変換部64の信号を局部発信部70からの信号に基づいて周波数変換するための周波数変換部66と、周波数変換部66の出力を増幅して、アンテナ100−1に供給するための電力増幅部68とを含む。他のアップコンバータ60−2〜60−Nも同様の構成を有する。 The up-converter 60-1 receives the outputs of the weighting processing units 40-1 to 40-Nc and performs an inverse Fourier transform unit 62 for performing an inverse Fourier transform, a DA conversion unit 64 for performing digital-analog conversion, and a DA conversion. Frequency converter 66 for frequency converting the signal of unit 64 based on the signal from local transmitter 70, and power amplifying unit 68 for amplifying the output of frequency converter 66 and supplying it to antenna 100-1. Including. The other up-converters 60-2 to 60- NT have the same configuration.

図3は、実施の形態の無線通信システムにおける端末装置1100の構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of terminal apparatus 1100 in the wireless communication system of the embodiment.

図3を参照して、端末装置1100は、アンテナ200−1と200−2とを含む。そして、無線通信システムとしては、図2の無線送信装置1000の例示的構成に対応して、4つの端末を含んで、(送信アンテナの総本数)=(端末1台当たりのアンテナ数)×(端末数)の関係が成り立っているものとして、以下、説明をする。ただし、受信側の端末装置のアンテナ数は、このような構成に限定されるものではなく、たとえば、1本でもよい。   Referring to FIG. 3, terminal device 1100 includes antennas 200-1 and 200-2. The wireless communication system includes four terminals corresponding to the exemplary configuration of the wireless transmission device 1000 of FIG. 2, (total number of transmission antennas) = (number of antennas per terminal) × ( The following description will be made assuming that the relationship of the number of terminals) is established. However, the number of antennas of the terminal device on the receiving side is not limited to such a configuration, and may be one, for example.

端末装置1100は、アンテナ200−1および200−2からの受信信号をダウンコンバートするためのダウンコンバータ220−1および220−2を含む。ダウンコンバータ220−1は、アンテナ200−1からの受信信号を増幅するための低雑音増幅部232と、低雑音増幅部222の出力に対して、局部発信部230からの局部発信信号により周波数変換を行うための周波数変換部224と、周波数変換部224の出力に対して、アナログデジタル変換を実行するためのAD変換部226と、OFDM復調するためのフーリエ変換部228とを含む。ダウンコンバータ220−2についても、同様の構成を有する。   Terminal apparatus 1100 includes down-converters 220-1 and 220-2 for down-converting received signals from antennas 200-1 and 200-2. The down converter 220-1 converts the frequency of the output of the low noise amplification unit 232 for amplifying the reception signal from the antenna 200-1 and the low noise amplification unit 222 by the local transmission signal from the local transmission unit 230. A frequency conversion unit 224 for performing the analog-to-digital conversion on the output of the frequency conversion unit 224, and a Fourier transform unit 228 for OFDM demodulation. The down converter 220-2 has the same configuration.

端末装置1100は、さらに、ダウンコンバータ220−1と220−2とからの信号を受けて、制御部250からの制御の下に、重み付け処理を実行するための重み付け処理部240を含む。重み付け処理部240は、制御部250からの重み付け係数をそれぞれ乗算するための乗算器242−1および242−2と、乗算器242−1および242−2からの信号を加算して合成し、端末装置1100に対応するチャネルからの受信信号を選択的に分離するための加算器244とを含む。   The terminal device 1100 further includes a weighting processing unit 240 for receiving signals from the down converters 220-1 and 220-2 and executing weighting processing under the control of the control unit 250. The weighting processing unit 240 adds and combines the signals from the multipliers 242-1 and 242-2 for multiplying the weighting coefficients from the control unit 250 and the multipliers 242-1 and 242-2, respectively, and And adder 244 for selectively separating received signals from channels corresponding to apparatus 1100.

なお、端末装置1100側でも、送信側でプリコーディング処理として上述したような非線形プリコーディングを実施する場合には、ダウンコンバータ220−1および220−2の出力に対して、モジュロ演算処理が実行される。このようなモジュロ演算処理についても、制御部250の制御の下に実行されることになる。また、このようなモジュロ演算とともに、干渉キャンセルのための符号化技術としてDPC(Dirty Paper Coding)が用いられている場合は、これに対する復号処理も実行される。   In the terminal device 1100 side as well, when nonlinear precoding as described above is performed as precoding processing on the transmission side, modulo arithmetic processing is performed on the outputs of the down converters 220-1 and 220-2. The Such modulo arithmetic processing is also executed under the control of the control unit 250. In addition to such a modulo operation, when DPC (Dirty Paper Coding) is used as an encoding technique for interference cancellation, a decoding process for this is also executed.

重み付け処理部240の出力は、復調部270により、復調処理が実行された後に、パラレルシリアル変換部272において、パラレルシリアル変換されて、復号器280において、誤り訂正がされ、ノード300から受信信号として出力される。   The output of the weighting processing unit 240 is demodulated by the demodulating unit 270, then parallel-serial converted by the parallel-serial converting unit 272, error-corrected by the decoder 280, and received as a received signal from the node 300. Is output.

制御部250における重み付け係数の演算処理には、チャネル応答推定部260における端末装置1100についてのチャネル応答行列(伝送路行列)の推定結果が使用される。なお、このようなチャネル応答行列の推定処理は、上述した先行技術において開示されているのと同様の処理を使用することが可能である。   In the calculation processing of the weighting coefficient in the control unit 250, the channel response matrix (transmission path matrix) estimation result for the terminal device 1100 in the channel response estimation unit 260 is used. Note that, for such channel response matrix estimation processing, processing similar to that disclosed in the above-described prior art can be used.

また、チャネル応答推定部260において推定された端末装置1100についてのチャネル応答行列は、チャネル状態情報送信処理部262により、アンテナ200−1、200−2から、無線送信装置1000に対して、サブバンドごとに、フィードバック情報として送信される。   Also, the channel response matrix for terminal apparatus 1100 estimated by channel response estimation section 260 is subbanded from antennas 200-1 and 200-2 to radio transmission apparatus 1000 by channel state information transmission processing section 262. Each time it is sent as feedback information.

なお、サブキャリアについてのチャネル推定のためには、たとえば、送信側と受信側とで既知のサブキャリアで、既知のパイロット信号が送信される。受信機側では、このパイロット信号の送信されるサブキャリアについて、チャネル推定を行う。このようにして推定されたチャネルの情報が、CSI情報として送信機側にフィードバックされる。
[1.VPベースのアルゴリズムおよびその計算量の評価]
以下では、本実施の形態におけるチャネル状態情報のフィードバック方式およびそれに基づくビームフォーミング法を採用した場合の計算量やスペクトラム効率を評価するための前提として、まず、上述したVP法によるアルゴリズムを後の議論に適切なように、再度、簡単にまとめるとともに、「単純なサブバンド・モード」における計算負荷の評価を行う。さらに、本実施の形態における指向性制御のための空間フィルターマトリックス(重み係数マトリックス)における計算方法を説明した後に、本実施の形態の計算負荷を「単純なサブバンド・モード」における計算負荷と比較する。
For channel estimation for subcarriers, for example, a known pilot signal is transmitted on a known subcarrier on the transmitting side and the receiving side. On the receiver side, channel estimation is performed for the subcarrier on which the pilot signal is transmitted. The channel information estimated in this way is fed back to the transmitter as CSI information.
[1. Evaluation of VP-based algorithm and its computational complexity]
In the following, as a premise for evaluating the calculation amount and the spectrum efficiency when the channel state information feedback method and the beamforming method based on the channel state information feedback method in the present embodiment are adopted, first, the algorithm based on the VP method will be discussed later. As is appropriate, the calculation load is evaluated again in the “simple subband mode”. Further, after describing the calculation method in the spatial filter matrix (weighting coefficient matrix) for directivity control in the present embodiment, the calculation load in the present embodiment is compared with the calculation load in the “simple subband mode”. To do.

以下のシミュレーションによって、VP法のアルゴリズムのほとんどのスペクトラム効率の損失が不適合な空間フィルターから生成されることが示される。   The following simulation shows that most of the spectral efficiency loss of the VP algorithm is generated from a non-conforming spatial filter.

したがって、本実施の形態では、VP法のアルゴリズムの空間フィルター用には、アンテナの指向性制御のための空間フィルターマトリックスの計算に比べて、より計算の複雑さが低い補間を実行する。   Therefore, in the present embodiment, for the spatial filter of the algorithm of the VP method, interpolation with lower calculation complexity is executed as compared with the calculation of the spatial filter matrix for antenna directivity control.

本実施の形態の補間スキームは、時間・周波数領域変換により、サブバンドごとのフィードバックチャネル状態情報CSIから、部分的なサブキャリアのチャネル状態情報CSIを再構築する。   The interpolation scheme of this embodiment reconstructs partial subcarrier channel state information CSI from feedback channel state information CSI for each subband by time-frequency domain transformation.

その後、これらの部分的なサブキャリアの空間フィルターマトリックスを使用して、すべてのサブキャリアの空間フィルターマトリックスが線形補間により生成される。   These partial subcarrier spatial filter matrices are then used to generate a spatial filter matrix for all subcarriers by linear interpolation.

計算負荷の分析およびシミュレーションによるスペクトラム効率の計算結果に基づくと、単純なサブバンド・モードと比較して、本実施の形態の補間スキームは、計算量のわずかな増加で、VP法のアルゴリズムのスペクトラム効率を大きく改善できる。
(1.1 摂動ベクトル(VP)のアルゴリズム)
MU−MIMOシステムを考察するための一般的なモデルとして、各々がNr本の受信アンテナを備えたK個の移動端末と、Nt(=Nr×K)本の送信アンテナを備えた基地局BSを考える。
Based on the calculation result of the spectrum efficiency by the analysis of the calculation load and the simulation, the interpolation scheme of this embodiment has a slight increase in the calculation amount, and the spectrum of the algorithm of the VP method compared with the simple subband mode. The efficiency can be greatly improved.
(1.1 Perturbation vector (VP) algorithm)
As a general model for considering the MU-MIMO system, there are K mobile terminals each having Nr receive antennas and a base station BS having Nt (= Nr × K) transmit antennas. Think.

なお、以下では、表記方法として、(.)Tおよび(.)Hは、転置行列および共役転置行列(エルミート行列)を表示する。E{.}およびVar{.}は、期待値および分散オペレーターである。 In the following, as a notation method, (.) T and (.) H indicate a transposed matrix and a conjugate transposed matrix (Hermitian matrix). E {.} And Var {.} Are expected values and distributed operators.

対応するベクトル方程式は、以下のとおりである。   The corresponding vector equation is:


Nt×NtマトリックスHは、MIMOチャネルのチャネル応答を示す複素要素からなる。

The Nt × Nt matrix H is composed of complex elements indicating the channel response of the MIMO channel.

式(1)では、E{nn}=σ2Ntと仮定し、パワー条件としては、E{|x|2}=1を仮定する。 In the equation (1), it is assumed that E {nn * } = σ 2 I Nt and E {| x | 2 } = 1 is assumed as the power condition.

NtはNt×Nt単位行列である。 I Nt is an Nt × Nt identity matrix.

MMSEに基づいてチャネルを推定し、MMSEプリコーディングマトリックスあるいはMMSE空間フィルターが算出される。   A channel is estimated based on the MMSE, and an MMSE precoding matrix or an MMSE spatial filter is calculated.

まず、基地局BS側が、完全なチャネル状態情報CSIのHを持っている状態を仮定すると、MMSEフィルタWは、以下のように設定され、基地局BSは、送信信号sを以下のように設定する。   First, assuming that the base station BS side has the complete channel state information CSI H, the MMSE filter W is set as follows, and the base station BS sets the transmission signal s as follows: To do.


ここで、α=Ntσ2であり、σ2は、ダウンリンクの受信アンテナの信号対雑音比(SNR)の値であって、受信側からフィードバックされる。

Here, α = Ntσ 2 , and σ 2 is a signal-to-noise ratio (SNR) value of the downlink receiving antenna, and is fed back from the receiving side.

送信シンボルは規格化された送信シンボルuとして、最終的には、以下のようなシンボルuが、すべてのユーザに対してMU−MIMOチャネルHで送信される。   The transmission symbol is a standardized transmission symbol u, and finally the symbol u as shown below is transmitted to all users on the MU-MIMO channel H.


しかしながら、チャネル応答Hが、高い相関を有するチャネルマトリックスならば、規格化パラメーターγは大きく増加する。そして、データXは全て失われることになる。

However, if the channel response H is a highly correlated channel matrix, the normalization parameter γ is greatly increased. All data X is lost.

その結果を緩和するために、上述したようにVP法では、送信シンボルXは、データ・ベクトルで摂動が加えられる。   In order to alleviate the result, as described above, in the VP method, the transmission symbol X is perturbed by a data vector.

最も単純な場合では、τが正の実数であって、lがNt次元の複素数の摂動ベクトル(a+ib)であるとき、摂動が加えられた送信ベクトルは、Xmod=X+τlと設定される。ここで、aおよびbは、整数である。   In the simplest case, when τ is a positive real number and l is an Nt-dimensional complex perturbation vector (a + ib), the perturbed transmission vector is set as Xmod = X + τl. Here, a and b are integers.

このような摂動ベクトルの探索の過程での信号電力の規格化係数(スカラー)γ1は、以下のように計算される The signal power normalization coefficient (scalar) γ 1 in the process of searching for the perturbation vector is calculated as follows.


ここで、

here,


である。

It is.

また、以下のようにPを定義して、式(4)を簡略に表現する。   Further, P is defined as follows, and Expression (4) is simply expressed.


式(2)および(4)から、ρ=1ならば、アンテナ指向性制御のためのMMSEフィルタW(重み係数行列)は、マトリックスPと同一である。

From equations (2) and (4), if ρ = 1, the MMSE filter W (weight coefficient matrix) for antenna directivity control is the same as the matrix P.

しかしながら、上述した非特許文献1の中でも説明されるように、ρの値が1未満である場合、VP法のアルゴリズムはよりよい性能を達成できる。   However, as described in Non-Patent Document 1 described above, when the value of ρ is less than 1, the VP algorithm can achieve better performance.

そこで、以下の実施の形態では、特に限定されないが、たとえば、Nt=8の場合には、ρ=0.125と設定する。   Therefore, in the following embodiment, although not particularly limited, for example, when Nt = 8, ρ = 0.125 is set.

摂動ベクトル探索の後の送信信号は、以下のようになる。   The transmission signal after the perturbation vector search is as follows.


送信シンボルuは、移動端末にMU−MIMOチャネルHで送信され、以下のように表わされる。

The transmission symbol u is transmitted to the mobile terminal via the MU-MIMO channel H and is expressed as follows.


受信側では、以下のようなモジュロ演算が可能なようにスカラーτは選ばれる。

On the receiving side, the scalar τ is selected so that the following modulo operation is possible.


モジュロ演算を用いることで、受信機は本来のデータを復調することができる。

By using modulo arithmetic, the receiver can demodulate the original data.

VP法の設計の中心的な点は、スカラーγ1を最小化するように、摂動ベクトルlを最適に選択することである。 The central point of the design of the VP method is to optimally select the perturbation vector l so as to minimize the scalar γ 1 .


これは、以下の文献1に記載されるいわゆる「スフィアデコーダ」を使用して解くことができるNt次元の整数格子の最小自乗問題である。

This is a least square problem of an integer lattice of Nt dimensions that can be solved by using a so-called “sphere decoder” described in Document 1 below.

文献1:B. Hassibi and H. Vikalo, ”On sphere decoding algorithm. I. expected complexity”, IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 53, no. 8, pp. 2806-2818, Aug. 2005.
しかしながら、一般に、スフィアデコーダの計算負荷は大きいために、効率的なスフィアデコーダ・アルゴリズムは、計算負荷および摂動ベクトルの多様性の程度のトレードオフを図ることのできるQR分解M−アルゴリズムエンコーダ(QRDM−E)を使用することで実現される。
Reference 1: B. Hassibi and H. Vikalo, “On sphere decoding algorithm. I. expected complexity”, IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 53, no. 8, pp. 2806-2818, Aug. 2005.
However, in general, since the computational load of the sphere decoder is large, an efficient sphere decoder algorithm is able to trade off between the computational load and the degree of perturbation vector diversity. This is realized by using E).

このような「QR分解M−アルゴリズムエンコーダ(QRDM−E)」については、以下の文献2に開示がある。   Such “QR decomposition M-algorithm encoder (QRDM-E)” is disclosed in Document 2 below.

文献2:Manar Mohaisen, Bing Hui, KyungHi Chang, Seunghwan Ji, and Jinsoup Joung, ”Fixed-complexity vector perturbation with block diagonalization for MU-MIMO systems”,Proc. 2009 IEEE MICC, pp.238-243,15-17, Dec.2009
QRDM−Eの概略を説明すると、摂動ベクトルlの整数値aおよびbを、対称な整数の組Aに制限する。ここで、A={−T,−T+1,…−1,0,1,T−1,T}である。このような組Aを採用することで、より小さな値Tに範囲が制限され、探索の複雑さが縮小される。
Reference 2: Manar Mohaisen, Bing Hui, KyungHi Chang, Seunghwan Ji, and Jinsoup Joung, “Fixed-complexity vector perturbation with block diagonalization for MU-MIMO systems”, Proc. 2009 IEEE MICC, pp.238-243, 15-17 , Dec. 2009
Describing the outline of QRDM-E, the integer values a and b of the perturbation vector l are limited to a symmetric integer set A. Here, A = {− T, −T + 1,... −1, 0, 1, T−1, T}. By adopting such a set A, the range is limited to a smaller value T, and the search complexity is reduced.

他方では、QRDM−Eは、式(8)中のマトリックスPをユニタリー行列Qおよび上三角行列Rの積に分解するので、式(8)中の探索問題は、以下の式(9)のように単純化される。   On the other hand, QRDM-E decomposes matrix P in equation (8) into the product of unitary matrix Q and upper triangular matrix R, so the search problem in equation (8) is as shown in equation (9) below. To be simplified.


式(9)を実行する各反復過程に対して、最も累積的でないメトリクスがある最良のブランチが、各エンコードレベルにおいて、次のレベルに対して選択される。

For each iteration that performs equation (9), the best branch with the least cumulative metric is selected for the next level at each encoding level.

なお、以下の説明では、特に限定されないが、LTEにおけるOFDM変調方式のMU−MIMOを例にとって考察することにする。   In the following description, although not particularly limited, the MU-MIMO of the OFDM modulation scheme in LTE will be considered as an example.

図4は、このようなLTEにおけるOFDMシンボルの逆フーリエ変換の手順を示す概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing the procedure of inverse Fourier transform of an OFDM symbol in such LTE.

図4に示すように、各フレーム内のOFDMシンボルは、信号伝送用サブキャリアの個数だけのサンプルを含む。図4の各サンプルは、たとえば、BPSK変調、QPSK変調、QAM変調等をされた信号である。   As shown in FIG. 4, the OFDM symbol in each frame includes as many samples as the number of signal transmission subcarriers. Each sample in FIG. 4 is, for example, a signal subjected to BPSK modulation, QPSK modulation, QAM modulation, or the like.

図4の例においては、複数のストリームにそれぞれ対応する複数フレームについてのサンプル[X1 1,X2 1,X3 1,X4 1]が、1番目のサブキャリアに対応する。他のサブキャリアについても同様である。 In the example of FIG. 4, samples [X 1 1 , X 2 1 , X 3 1 , X 4 1 ] for a plurality of frames respectively corresponding to a plurality of streams correspond to the first subcarrier. The same applies to other subcarriers.

上述したサブキャリアごとのチャネル応答マトリックスHk(1≦k≦Nc)とは、1つのサブキャリアごとに送信側のアンテナから受信側のアンテナへの伝送路を想定した場合のチャネル応答マトリックスに相当する。Ncは、信号伝送用サブキャリアの個数である。 The above-described channel response matrix H k for each subcarrier (1 ≦ k ≦ Nc) corresponds to a channel response matrix when a transmission path from the transmitting antenna to the receiving antenna is assumed for each subcarrier. To do. Nc is the number of signal transmission subcarriers.

一方で、LTEにおいては、OFDMの全サブキャリアの個数NFFT(FFTサイズ:(ガードバンド+信号伝送用+DC)のすべてのサブキャリアを含む)は、1024個または2048個であるが、以下の説明では、NFFT=2048個の場合を例にとって説明する。
(1.2 VP法のアルゴリズムの計算負荷)
以下では、単に、VP法のアルゴリズムの計算負荷を見積もるにあたり、行列の積演算および和演算の合計のオーダを利用することにする。
On the other hand, in LTE, the number of all subcarriers N FFT (FFT size: including all subcarriers of (guardband + signal transmission + DC)) is 1024 or 2048. In the description, a case where N FFT = 2048 is taken as an example.
(1.2 Calculation load of VP algorithm)
In the following, in order to estimate the calculation load of the algorithm of the VP method, the order of the sum of matrix product operation and sum operation is used.

図5は、異なる行列演算のための計算負荷のオーダを示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an order of calculation load for different matrix operations.

したがって、図5を用いると、1つのサブキャリアのためのVPアルゴリズムの計算負荷のオーダCvpは、概算すると以下のようになる。   Therefore, using FIG. 5, the order Cvp of the calculation load of the VP algorithm for one subcarrier is roughly as follows.


ここで、CMMSEは、式(2)の中で示されるような2つの(Nt×Nt)複素数マトリックスの積演算と(Nt×Nt)複素数マトリックスの逆行列演算とを含んでおり、12Nt 3に等しい。
(1.3 制限のあるチャネル状態情報のフィードバックでのVP法のMU−MIMOの性能)
(1.3−1 MU−MIMO OFDM方式のサブバンド)
データ伝送用のNC個のサブキャリアを有するOFDM方式に対して、NC個のサブキャリアがNSB個のサブバンドに分割され、各サブバンドは、NSC=NC/NSBの連続的なサブキャリアを含んでいるものとする。

Here, C MMSE includes a product operation of two (Nt × Nt) complex matrices and an inverse matrix operation of (Nt × Nt) complex matrices as shown in Equation (2), and 12N t Equal to 3 .
(1.3 MU-MIMO performance of VP method with feedback of limited channel state information)
(1.3-1 MU-MIMO OFDM subband)
For an OFDM scheme with N C-number of subcarriers for data transmission, N C-number of subcarriers are divided into N SB subbands, each subband is continuous N SC = N C / N SB Suppose that the subcarrier is included.

ここでは、各サブバンドの中央のサブキャリアのチャネル状態情報CSIだけが送信機にフィード・バックされるとする。   Here, it is assumed that only the channel state information CSI of the center subcarrier of each subband is fed back to the transmitter.

したがって、NSBが小さくなるとフィードバック負荷は軽減されるが、フィードバックチャネル状態情報CSIの品質を劣化させることになる。 Therefore, when NSB is reduced, the feedback load is reduced, but the quality of the feedback channel state information CSI is degraded.

OFDM方式にデータ伝送用のNCサブキャリアがある時、1つのOFDMシンボルのための計算負荷の合計は、VP法を用いるシステム用については、NcCvpに増加する。
(参照方式1:単純なサブバンドモードでの計算負荷)
単純なサブバンド・モード(以下、参照方式1)では、各サブバンドのすべてのサブキャリアの周波数領域チャネル状態情報CSIはこのサブバンドの中央のサブキャリアのそれと同一であると仮定される。
When the OFDM scheme has N C subcarriers for data transmission, the total computational load for one OFDM symbol increases to NcCvp for systems using the VP method.
(Reference method 1: Calculation load in simple subband mode)
In the simple subband mode (hereinafter referred to as reference scheme 1), it is assumed that the frequency domain channel state information CSI of all subcarriers of each subband is the same as that of the center subcarrier of this subband.

したがって、単純なサブバンド・モード用の計算負荷の合計は、以下のように計算される。   Therefore, the total computational load for the simple subband mode is calculated as follows:


計算負荷は、NSBを小さな値で抑えることで縮小できる。

The computational load can be reduced by keeping NSB at a small value.

しかしながら、サブバンドの中央のサブキャリアおよび端部サブキャリアの間のチャネル状態情報CSIの誤差は、NSBを小さくすると増加し、さらにスペクトラム効率の損失を引き起こす。
(1.3−2 VP法によるMIMO OFDMの性能への不適合な空間フィルターの影響)
図6は、VP法による摂動ベクトルの探索処理とプリコーディングのための空間フィルタの行列の算出処理を説明するための概念図である。
However, the error of the channel state information CSI between the center subcarrier and the end subcarrier of the subband increases when NSB is reduced, and causes a loss of spectrum efficiency.
(1.3-2 Influence of nonconforming spatial filter on performance of MIMO OFDM by VP method)
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining perturbation vector search processing by the VP method and spatial filter matrix calculation processing for precoding.

VP法のアルゴリズムには、摂動ベクトル探索過程および空間フィルタの算出過程という、2つの主要な演算過程がある。   The VP algorithm has two main calculation processes, a perturbation vector search process and a spatial filter calculation process.

正確なチャネル状態情報CSIなしでは、摂動ベクトル探索過程では、式(4)の最も小さな規格化係数γ1を得ることができないため、非能率的な摂動ベクトルを選択することになる。 Without accurate channel state information CSI, the smallest normalization coefficient γ 1 of equation (4) cannot be obtained in the perturbation vector search process, so an inefficient perturbation vector is selected.

さらに、不適合な空間フィルターは、ストリーム間の干渉を抑圧することができない。   Furthermore, a non-conforming spatial filter cannot suppress interference between streams.

そこで、以下では、本実施の形態の「摂動ベクトル探索過程および空間フィルタの算出過程」を説明するための前提として、VP法に基づいたMU−MIMO OFDM方式の性能に対する「不適合な空間フィルター」の影響を評価する。   Therefore, in the following, as a premise for explaining the “perturbation vector search process and spatial filter calculation process” of the present embodiment, the “incompatible spatial filter” for the performance of the MU-MIMO OFDM system based on the VP method is described. Assess the impact.

図6に示すように、各サブバンドについて、すべてのサブキャリアに対して、MMSE空間フィルタを構成し、かつ、摂動ベクトルを探索するための2つのスキームをシミュレーションにより比較する。   As shown in FIG. 6, MMSE spatial filters are configured for all subcarriers for each subband, and two schemes for searching for perturbation vectors are compared by simulation.

参照方式1は、上述のとおり、単純なサブバンド・モードであり、サブバンド内のすべてのサブキャリアについて、MMSE空間フィルタおよび摂動ベクトル探索過程に対して、各サブバンドの中央のサブキャリアの同一のチャネル状態情報CSIを利用する。   Reference scheme 1 is a simple subband mode, as described above, for the same MMSE spatial filter and perturbation vector search process for all subcarriers in the subband, with the same subcarrier in the center of each subband. Channel state information CSI.

一方、参照方式2では、MMSE空間フィルタの算出処理では、すべてのサブキャリアについて、完全なチャネル状態情報がフィードバックされており、これを使用するものの、摂動ベクトル探索過程に対しては、各サブバンドのすべてのサブキャリアについては、サブバンドの中央のサブキャリアの同一のチャネル状態情報CSIを利用する。   On the other hand, in the reference method 2, in the calculation process of the MMSE spatial filter, complete channel state information is fed back for all subcarriers, and this is used, but each subband is used for the perturbation vector search process. For all of the subcarriers, the same channel state information CSI of the subcarrier at the center of the subband is used.

図7は、シミュレーションパラメータを説明する図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating simulation parameters.

また、図8は、シミュレーションにおけるチャネルパラメータを示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing channel parameters in the simulation.

図8に示されるように、チャネル状態情報の完全性の影響を評価するために2種類のチャネル・モデルを選んだ。   As shown in FIG. 8, two types of channel models were chosen to evaluate the impact of the integrity of channel state information.

なお、このようなチャネルパラメータは、以下の文献3に開示のものと同様である。   Such channel parameters are the same as those disclosed in Document 3 below.

文献3:WINNER II D1.1.2, ”WINNER II channel models,”https://www.ist-winner.org/deliverables.html, Sep. 2007.
図9および図10は、シミュレートされた結果を示す図である。
Reference 3: WINNER II D1.1.2, “WINNER II channel models,” https://www.ist-winner.org/deliverables.html, Sep. 2007.
9 and 10 are diagrams showing simulated results.

図9は、チャネルモデルとして、A1 LOSを採用し、64QAMでシミュレートしたものであり、図10は、チャネルモデルとして、C1 NLOSを採用し、64QAMでシミュレートしたものである。   FIG. 9 employs A1 LOS as a channel model and is simulated by 64QAM, and FIG. 10 employs C1 NLOS as a channel model and is simulated by 64QAM.

図9および図10では、信号伝送用サブキャリアの個数Ncは、1200であるものとしている。   9 and 10, the number Nc of signal transmission subcarriers is assumed to be 1200.

また、サブバンドの個数NSBを変化させてシミュレートしている。 Also simulated by changing the number N SB subbands.

したがって、NSB=1200であれば、各サブバンドごとのサブキャリアの個数NSCは1個となり、この場合、サブバンドごとにチャネル状態情報がフィードバックされることは、とりもなおさず、送信側に完全な(すべてのサブキャリアについての)チャネル状態情報がフィードバックされていることを示す。 Therefore, if N SB = 1200, the number of subcarriers N SC for each subband is 1, and in this case, the channel state information is fed back for each subband. Indicates that the complete channel state information (for all subcarriers) is being fed back.

「NSB=1200、NSC=1、VP」とは、VP法での摂動ベクトル探索過程およびアンテナ指向性制御のための空間フィルタの双方において、完全なチャネル状態情報がフィードバックされて、演算が行われていることを示す。 “N SB = 1200, N SC = 1, VP” means that the complete channel state information is fed back in both the perturbation vector search process in the VP method and the spatial filter for antenna directivity control. Indicates what is happening.

「NSB=1200、NSC=1、MMSE」とは、非線形MIMOの処理を行わず、完全なチャネル状態情報がフィードバックされて、MMSE法によるアンテナ指向性制御のための空間フィルタの演算のみが行われていることを示す。 “N SB = 1200, N SC = 1, MMSE” means that non-linear MIMO processing is not performed, complete channel state information is fed back, and only a spatial filter calculation for antenna directivity control by the MMSE method is performed. Indicates what is happening.

「NSB=50、NSC=24、VP Simple subband mode」とは、50個のサブバンド(1サブバンドあたり24個のサブキャリア)の各々について中央の1つのサブキャリアについてのチャネル状態情報がフィードバックされ、VP法での摂動ベクトル探索過程およびアンテナ指向性制御のための空間フィルタの双方において、各サブバンド内のサブキャリアについては、この中央のチャネル状態情報と同一であるとして、演算が行われていることを示す。 “N SB = 50, N SC = 24, VP Simple subband mode” means that channel state information for one subcarrier at the center of each of 50 subbands (24 subcarriers per subband). In both the perturbation vector search process in the VP method and the spatial filter for antenna directivity control, the calculation is performed assuming that the subcarriers in each subband are the same as the central channel state information. Indicates that

「NSB=50、NSC=24、VP Perfect MMSE filter」とは、VP法での摂動ベクトル探索過程では、50個のサブバンド(1サブバンドあたり24個のサブキャリア)の各々について中央の1つのサブキャリアについてのチャネル状態情報がフィードバックされ、各サブバンド内のサブキャリアについては、この中央のチャネル状態情報と同一であるとして演算が行われ、一方、アンテナ指向性制御のための空間フィルタの演算処理においては、各サブバンド内のすべてのサブキャリアについて、完全なチャネル状態情報がフィードバックされているものとして、演算が行われていることを示す。 “N SB = 50, N SC = 24, VP Perfect MMSE filter” means that in the perturbation vector search process in the VP method, each of 50 subbands (24 subcarriers per subband) The channel state information for one subcarrier is fed back, and the subcarriers in each subband are calculated as being the same as the central channel state information, while the spatial filter for antenna directivity control is performed. This calculation processing indicates that calculation is performed on the assumption that complete channel state information is fed back for all subcarriers in each subband.

図9および図10のシミュレートされた結果から、VP法のアルゴリズムのほとんどの性能ロスが、フィードバックされるチャネル状態情報が不完全なことによる、不適合な「アンテナ指向性制御のための空間フィルターの演算」から生成されることがわかる。   From the simulated results of FIGS. 9 and 10, most of the performance loss of the VP algorithm algorithm is due to the incomplete “feedback” channel state information of the spatial filter for antenna directivity control. It can be seen that it is generated from "calculation".

たとえば、図10に示すような、平均234[ns]遅れの広がりを有するC1 NLOSのチャネルモデルの場合を見てみることにする。   For example, consider the case of a C1 NLOS channel model having an average 234 [ns] delay spread as shown in FIG.

MMSE空間フィルタが、サブバンド中のすべてのサブキャリアに対して完全な情報を利用する場合、摂動ベクトルを探索するために中央のサブキャリアのチャネル状態情報CSIを利用するだけのことでは、仮にNSC=48、すなわち、サブバンドの個数が少ない場合であっても、大規模な性能ロスを生成することはない。 If the MMSE spatial filter uses complete information for all subcarriers in a subband, it is assumed that only using the channel state information CSI of the central subcarrier to search for the perturbation vector, N Even when SC = 48, that is, when the number of subbands is small, a large-scale performance loss is not generated.

しかしながら、完全なMMSE空間フィルタがない場合、仮にNSC=24、すなわちサブバンドの個数が多い場合であっても、大幅な性能ロスとなる。 However, if there is no perfect MMSE spatial filter, even if N SC = 24, that is, if the number of subbands is large, there will be a significant performance loss.

この理由は、非能率的な摂動ベクトルは、単に各ストリームのSNR値を小さくするような大きな値の規格化係数γ1(式(4))を生成するにすぎない、ということである。これに対して、不適合なMMSE空間フィルタは、ストリーム間の干渉を引き起こし、システム性能を大きく劣化させることになってしまう。
(2.本実施の形態のVP MU−MIMO OFDM方式の補間スキーム)
VP MU−MIMO OFDM方式にとってのスペクトラム効率のロスを低減するために有効な方法は、図9および図10において説明したように、各サブキャリアに対して、完全なMMSE空間フィルタを生成することである。
The reason for this is that the inefficient perturbation vector only generates a large value of the normalization factor γ 1 (equation (4)) that reduces the SNR value of each stream. In contrast, an incompatible MMSE spatial filter causes interference between streams and greatly degrades system performance.
(2. Interpolation scheme of VP MU-MIMO OFDM system of this embodiment)
An effective method for reducing the spectrum efficiency loss for the VP MU-MIMO OFDM scheme is to generate a complete MMSE spatial filter for each subcarrier, as described in FIG. 9 and FIG. is there.

そこで、本実施の形態では、小さな計算負荷で、より適切なMMSE空間フィルターを生成するための単純な補間スキームを採用する。   Therefore, in the present embodiment, a simple interpolation scheme for generating a more appropriate MMSE spatial filter with a small calculation load is adopted.

図11および図12は、このような本実施の形態の補間スキームの概念を説明するための図である。   11 and 12 are diagrams for explaining the concept of the interpolation scheme of the present embodiment.

図11を参照して、本実施の形態におけるアンテナ指向性制御のための空間フィルタの補間スキームは、時間・周波数領域変換(TFT変換:Time and Frequency domain Transformation)により、フィードバックチャネル状態情報CSI(Nfb(=NSB)個)から、後に説明する補間処理により等間隔なNTFT個のサブキャリアのチャネル状態情報CSIを再構成する。これを「再構成補間処理」と呼ぶ。 Referring to FIG. 11, the interpolation scheme of the spatial filter for antenna directivity control in the present embodiment is based on feedback channel state information CSI (N) by time and frequency domain transformation (TFT transformation). From fb (= N SB )), channel state information CSI of N TFT subcarriers at equal intervals is reconstructed by interpolation processing described later. This is called “reconstruction interpolation processing”.

再構成補間処理では、NTFTの値を調整することで、補間性能と計算量をトレードオフさせることができる。さらに、再構成補間されたNTFT個のサブキャリアのチャネル状態情報から、空間フィルタの重み計算により、NTFT個の重み係数を計算する。 In reconstruction interpolation processing, by adjusting the value of N TFT, it is possible to trade off the amount of calculation interpolation performance. Furthermore, from the channel state information of the N TFT subcarriers reconstructed interpolated by the weight calculation of the spatial filter, to calculate the N TFT pieces of weighting coefficients.

さらに、NTFT個の重み係数に対して補間処理、たとえば、線形補間処理を行うことにより、全サブキャリア(Nall個)についての空間フィルタの重み係数が算出される。 Furthermore, by performing interpolation processing, for example, linear interpolation processing, on N TFT weight coefficients, the weight coefficients of spatial filters for all subcarriers (N all ) are calculated.

図12に示すように、再構成補間処理においては、フィードバックされた周波数領域のチャネル状態情報Hfbから、後に説明するように、最小自乗誤差基準を用いて、部分的なサブキャリアの時間領域のチャネル状態情報を再構成する。この再構成された部分的なサブキャリアのチャネル状態情報において、所定の応答時間(サンプリング時間を単位としてLと置く)までの成分で、チャネル応答を切断する。 As shown in FIG. 12, in the reconstruction interpolation process, as described later, from the channel state information H fb in the frequency domain that has been fed back, using the least square error criterion, Reconfigure channel state information. In the channel state information of the reconstructed partial subcarrier, the channel response is cut at a component up to a predetermined response time (sampling time is set as L).

ここで、Lは、経路遅延の最大値よりも大きな値を用いるものとする。   Here, L is assumed to use a value larger than the maximum value of the path delay.

そして、切断された時間領域のチャネル状態情報を、再び、周波数領域のチャネル状態情報HTFTに変換する。 Then, the channel state information of the cut time domain, again, is converted into the channel state information H TFT in the frequency domain.

ここで、上述したようなフィードバックされた周波数領域のチャネル状態情報Hfbから、最小自乗誤差基準を用いて、部分的なサブキャリアの時間領域のチャネル状態情報を再構成するために使用される行列FPおよび部分的なサブキャリアの時間領域のチャネル状態情報を再び周波数領域に変換するために使用される行列FLについては、後述する。 Here, a matrix used to reconstruct partial subcarrier time domain channel state information from the fed back frequency domain channel state information H fb using the least square error criterion. the matrix F L that are used to convert the F P and partial re frequency domain channel state information in the time domain subcarrier, to be described later.

その後、図11で説明したように、このようにして得られたNTFT個の部分的なサブキャリアについてのチャネル状態情報を用いて算出された空間フィルターマトリックス(重み係数マトリックス)を使用して、すべてのサブキャリアに対する空間フィルターマトリックスを線形補間により算出する。これを「線形補間処理」と呼ぶ。ここでは、一例として、空間フィルターマトリックスの算出は、MMSEにより実行されるものとしている。ただし、ここでの補間処理は、必ずしも線形補間に限定されず、他の補間方法を用いてもよい。 Thereafter, as described in FIG. 11, using the spatial filter matrix (weight coefficient matrix) calculated using the channel state information for the N TFT partial subcarriers thus obtained, The spatial filter matrix for all subcarriers is calculated by linear interpolation. This is called “linear interpolation processing”. Here, as an example, the calculation of the spatial filter matrix is performed by MMSE. However, the interpolation processing here is not necessarily limited to linear interpolation, and other interpolation methods may be used.

一方で、VP法における摂動ベクトルを探索する処理においては、単純なサブバンド・モードと同様に、各サブバンドの中央のサブキャリアのチャネル状態情報が、そのサブバンド内の他のチャネル状態情報についても同一の値であるものとして、探索処理を実行する。より特定的には、上述したようなQRDM−Eを使用して、QR分解をする場合には、行列Rとしては、各サブバンドのサブキャリアのチャネル状態情報が、各サブバンドの中央のサブキャリアのチャネル状態情報と同一であるとして算出される行列Rを用いて、摂動ベクトルを探索する。
(2.1 MMSE空間フィルタのための時間・周波数領域変換を行う補間法)
時間・周波数領域変換を備えた線形補間方式は、正規化された最小自乗誤差基準に基づく推定量として、パイロット信号によるチャネル推定に利用されてきた。このようなチャネル推定は、たとえば、以下の文献4に開示されている。
On the other hand, in the process of searching for the perturbation vector in the VP method, as in the simple subband mode, the channel state information of the center subcarrier of each subband is the other channel state information in the subband. Are also assumed to have the same value, search processing is executed. More specifically, when QR decomposition is performed using QRDM-E as described above, the channel state information of the subcarriers of each subband includes the sub-center at the center of each subband. The perturbation vector is searched using the matrix R calculated as being the same as the channel state information of the carrier.
(2.1 Interpolation method for time / frequency domain transformation for MMSE spatial filter)
A linear interpolation method with time-frequency domain transform has been used for channel estimation by a pilot signal as an estimator based on a normalized least square error criterion. Such channel estimation is disclosed in Document 4 below, for example.

文献4:A. Ancora, C. Bona, and D.T.M. Slock, ”Down-sampled impulse response least-squares channel estimation for LTE OFDMA”, in Proc. 2007 IEEE ICASSP, vol. 3, pp. 293-296,15-20 Apr. 2007.
ここでは、NTFT個のサブキャリアのチャネル状態情報CSIを再構成するための補間関数として、この推定器を利用する。
Reference 4: A. Ancora, C. Bona, and DTM Slock, “Down-sampled impulse response least-squares channel estimation for LTE OFDMA”, in Proc. 2007 IEEE ICASSP, vol. 3, pp. 293-296, 15- 20 Apr. 2007.
Here, this estimator is used as an interpolation function for reconstructing the channel state information CSI of N TFT subcarriers.

図13は、このような時間・周波数領域変換処理を行う推定器を説明するための図である。   FIG. 13 is a diagram for explaining an estimator that performs such time / frequency domain conversion processing.

推定器は以下のように表現される:   The estimator is expressed as:


ここで、以下の値は、m番目の送信アンテナおよびn番目の受信アンテナの間のフィードバックされた周波数領域チャネル状態情報CSIである。

Here, the following values are the frequency domain channel state information CSI fed back between the mth transmitting antenna and the nth receiving antenna.


また、以下の値は、m番目の送信アンテナおよびn番目の受信アンテナの間の再構成された周波数領域チャネル状態情報CSIである。

Also, the following values are the reconfigured frequency domain channel state information CSI between the mth transmit antenna and the nth receive antenna.


また、Lは有効チャネル長さである。

L is the effective channel length.

式(12)において、行列FPは、LTEの場合を例にとると、直交周波数分割多重方式に使用される(2048×2048)FFT行列のうちから、フィードバックされるサブキャリア位置に対応する行およびFFT行列の最初のL列を選択することで得られた(NSB×L)行列である。NSBは、サブバンドの個数、すなわち、フィードバックされるチャネル状態情報の個数Nfbに等しい。 In Expression (12), the matrix FP is a row corresponding to the subcarrier position to be fed back from the (2048 × 2048) FFT matrix used in the orthogonal frequency division multiplexing method, taking the case of LTE as an example. And (N SB × L) matrix obtained by selecting the first L columns of the FFT matrix. N SB is equal to the number of subbands, that is, the number N fb of channel state information to be fed back.

ここで、α2は、Lσ2であり、そして、σ2は、ダウンリンクの受信アンテナのSNR値である。 Where α 2 is Lσ 2 and σ 2 is the SNR value of the downlink receive antenna.

式(12)において、行列FLは、(2048×2048)FFT行列のうちから、サブキャリア間隔一定のNTFT個のサブキャリアの位置に対応するNTFT個の行および最初のL列から得られた、(NTFT×L)マトリックスである。 In the formula (12), the matrix F L from among the (2048 × 2048) FFT matrix, obtained from N TFT rows and the first L columns corresponding to the position of the subcarrier interval constant N TFT subcarriers (N TFT × L) matrix.

行列IPは(L×L)単位行列である。 The matrix I P is an (L × L) identity matrix.

(NTFT×NSB)行列のMTFTは、あらかじめσ2のいくつかの異なる値および選択パラメーターLに対して計算し、記憶部52に保存しておくことができる。 The M TFT of the (N TFT × N SB ) matrix can be calculated in advance for several different values of σ 2 and the selection parameter L and stored in the storage unit 52.

式(12)を使用して、すべての送信アンテナおよび受信アンテナに対して、NTFT種類のチャネル状態情報CSIのマトリックスHTFT(i)(i=0,…NTFT−1)が生成された後に、基地局BSは、MMSE空間フィルタの重みWTFT (i)(i=0,…NTFT−1)を以下のように算出する: Using equation (12), a matrix H TFT (i) (i = 0,... N TFT −1) of N TFT types of channel state information CSI is generated for all transmission antennas and reception antennas. Later, the base station BS calculates the weight W TFT (i) (i = 0,... N TFT −1) of the MMSE spatial filter as follows:


最後に、基地局BSは、線形補間によってすべてのサブキャリアのためのMMSE空間フィルタ重みを以下のように計算する。

Finally, the base station BS calculates MMSE spatial filter weights for all subcarriers by linear interpolation as follows:


図14は、このような空間フィルタの重み係数の算出手順を説明する概念図であり、図15は、空間フィルタの重み係数の算出手順を説明するフローチャートである。

FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining the procedure for calculating the weighting factor of such a spatial filter, and FIG. 15 is a flowchart for explaining the procedure for calculating the weighting factor of the spatial filter.

図14および図15を参照して、まずは、受信側の移動端末1100において、チャネル応答推定部260により、1サブバンドについて1サブキャリアの周波数領域のチャネル応答が算出される(S100)。移動端末1100のチャネル状態情報(CSI)送信処理部262により、算出されたサブバンドごとの「周波数領域のチャネル応答」が、送信側の基地局1000へフィードバックされる(S102)。   Referring to FIGS. 14 and 15, first, in mobile terminal 1100 on the receiving side, channel response estimation section 260 calculates a channel response in the frequency domain of one subcarrier for one subband (S100). The channel state information (CSI) transmission processing unit 262 of the mobile terminal 1100 feeds back the calculated “frequency domain channel response” for each subband to the base station 1000 on the transmission side (S102).

基地局1000では、制御部50により、フィードバックされた「周波数領域のチャネル応答」により、VP法における摂動ベクトルの演算処理が実行される(S104)。   In the base station 1000, the control unit 50 performs perturbation vector calculation processing in the VP method based on the fed back “frequency domain channel response” (S104).

さらに、基地局1000の制御部50は、記憶部52に記憶されている行列MTFTの情報に基づいて、TFT処理を実行する(図14のTFT処理)。具体的には、制御部50は、まず、フィードバック情報として受信した「周波数領域のチャネル応答」を一旦、IFFTに相当し、最初自乗誤差基準による処理で時間領域に変換する(S106)。続いて、制御部50は、「変換で得られた時間領域のチャネル応答」のうち、所定の遅延量(最大遅延量以上)までの応答でカットして、FFTに相当する処理により再び周波数領域に変換する(S108)。 Furthermore, the control unit 50 of the base station 1000 performs the TFT process based on the information of the matrix M TFT stored in the storage unit 52 (TFT process in FIG. 14). Specifically, the control unit 50 first converts the “frequency-domain channel response” received as feedback information into the time domain, which corresponds to IFFT and is initially processed by the square error criterion (S106). Subsequently, the control unit 50 cuts the response up to a predetermined delay amount (greater than or equal to the maximum delay amount) out of the “time-domain channel response obtained by conversion”, and again performs frequency domain processing by processing corresponding to FFT. (S108).

続いて、制御部50は、空間フィルタの演算処理、たとえば、TFT処理された「周波数領域のチャネル応答」により、MMSEの重みの計算処理を実行する(S110、図14のMMSE重み計算)。   Subsequently, the control unit 50 performs MMSE weight calculation processing by spatial filter calculation processing, for example, “frequency domain channel response” subjected to TFT processing (S110, MMSE weight calculation in FIG. 14).

さらに、制御部50は、計算されたMMSEの重みを線形補間することで、すべてのサブキャリアについてのMMSEの重みを算出する(S114、図14の線形補間)。   Further, the control unit 50 linearly interpolates the calculated MMSE weights to calculate the MMSE weights for all subcarriers (S114, linear interpolation in FIG. 14).

次に、基地局1000では、重み付け処理部40−1〜40−Ncは、VP処理後の送信信号ベクトルにMMSE重みを乗算し、複数アンテナ100−1〜100−NTから送信する(S116)。
(2.2 TFT処理を備えた本実施の形態の補間法の計算量)
TFT処理(式(12))および線形補間方法(式(14))は、それらの計算量のオーダが、O[4NTFTSBt 2]およびO[2NTFTt 2]の計算負荷を備えた実数乗算および加算演算を含んでいる。
Next, in the base station 1000, the weighting processing units 40-1 to 40-Nc multiply the transmission signal vector after the VP processing by the MMSE weight and transmit from the multiple antennas 100-1 to 100- NT (S116). .
(2.2 Computation amount of interpolation method of this embodiment provided with TFT processing)
In the TFT processing (Equation (12)) and the linear interpolation method (Equation (14)), the order of their calculation amounts is the calculation load of O [4N TFT N SB N t 2 ] and O [2N TFT N t 2 ]. Real number multiplication and addition operations.

式(11)と比較して、TFT処理を行う本実施の形態の補間法のための計算負荷のオーダは、以下のように計算される:    Compared with equation (11), the order of calculation load for the interpolation method of the present embodiment for performing TFT processing is calculated as follows:


図16は、計算負荷量を比較する図である。

FIG. 16 is a diagram for comparing calculation load amounts.

図16では、上述したようなTFT補間法および単純なサブバンド・モードの計算負荷をNSB=25およびNSB=50とで、それぞれ比較する。 In FIG. 16, the TFT interpolation method as described above and the calculation load of the simple subband mode are compared with N SB = 25 and N SB = 50, respectively.

図中、VPとの表示は、VP法で摂動ベクトルの付加を行ったのち、空間フィルタ処理をしたことを意味し、MMSEとの表示は、摂動ベクトルの付加は行わずに、空間フィルタ処理をしたことを意味する。   In the figure, the display with VP means that the perturbation vector is added by the VP method and then the spatial filter processing is performed, and the display with MMSE indicates that the spatial filter processing is performed without adding the perturbation vector. Means that

図16に示されるように、MMSEおよびVP法のアルゴリズムの両方に対して、TFT補間法を適用した場合と比較して、単純なサブバンド・モードは最も小さな計算負荷となる。   As shown in FIG. 16, the simple subband mode has the least computational load compared to applying the TFT interpolation method to both the MMSE and VP algorithm.

そして、TFT補間の計算負荷は、NTFTの値を増加させることにより増加する。 The calculation load of TFT interpolation increases by increasing the value of N TFT .

TFT=1200の場合、単純なサブバンド・モードと比較して、VP法を用いた場合のアルゴリズムの計算負荷は、NSB=25に対して約436%、NSB=50に対して575%と、大きく増加する。 When N TFT = 1200, the computational load of the algorithm using the VP method is about 436% for N SB = 25 and 575 for N SB = 50 when compared to the simple subband mode. %, Greatly increasing.

しかしながら、NTFT=100およびNTFT=200の場合については、単純なサブバンド・モードと比較して、VP法を用いた場合のアルゴリズムの計算負荷は、NSB=25に対して約22%および56%、NSB=50に対して40%および80%と、それぞれ増加するに過ぎない。 However, for N TFT = 100 and N TFT = 200, the computational load of the algorithm using the VP method is about 22% for N SB = 25 compared to the simple subband mode. And only 56% and 40% and 80% for N SB = 50, respectively.

したがって、単純なサブバンド・モードのそれと比較して、NTFT=100およびNTFT=200を使用する場合は、TFT補間の計算負荷は、許容範囲内の増加に抑制される。
(2.3 TFT補間法についてのスペクトラム効率)
以下では、TFT補間法を用いた場合のスペクトラム効率のについてシミュレーション結果について説明する。
Therefore, when using N TFT = 100 and NTFT = 200, compared to that of the simple subband mode, the computational load of TFT interpolation is suppressed to an increase within an acceptable range.
(2.3 Spectrum efficiency for TFT interpolation)
In the following, simulation results for spectrum efficiency when the TFT interpolation method is used will be described.

図17は、シミュレーションに使用されたパラメータを示す図である。なお、図17以外のパラメータについては、図7と同様である。   FIG. 17 is a diagram illustrating parameters used in the simulation. The parameters other than those in FIG. 17 are the same as those in FIG.

変調および符号化タイプで、タイプ1とは、16QAMで、符号レートが7/8、コードワード長が5397ビットの場合をいい、タイプ2とは、64QAMで、符号レートが3/4、コードワード長が4197ビットの場合をいい、タイプ3とは、64QAMで、符号レートが7/8、コードワード長が6297ビットの場合をいう。   Modulation and coding type. Type 1 means 16QAM, code rate is 7/8, and codeword length is 5397 bits. Type 2 means 64QAM, code rate is 3/4, codeword. The length is 4197 bits. Type 3 is 64QAM, the code rate is 7/8, and the codeword length is 6297 bits.

図18および図19は、ぞれぞれ、NSB=50の場合のTFT補間法および単純なサブバンド・モードのシミュレートについてスペクトラム効率をシミュレーションした結果を示す図である。 FIGS. 18 and 19 are diagrams showing the results of simulating the spectrum efficiency for the TFT interpolation method and the simple subband mode simulation when N SB = 50, respectively.

図18は、WINNER II A1 LOSチャネルの上で、NSB=50の場合のTFT補間法および単純なサブバンド・モードのシミュレートについてスペクトラム効率をシミュレーションした結果を示す。 FIG. 18 shows the results of simulating the spectrum efficiency for the TFT interpolation method and simple subband mode simulation for N SB = 50 on the WINNER II A1 LOS channel.

図19は、C1 NLOSチャネルの上で、NSB=50の場合のTFT補間法および単純なサブバンド・モードのシミュレートについてスペクトラム効率をシミュレーションした結果を示す。 FIG. 19 shows the results of simulating spectral efficiency for TFT interpolation and simple subband mode simulation on the C1 NLOS channel with N SB = 50.

式(12)のLの値は40に設定される。   The value of L in equation (12) is set to 40.

さらに、両方の方法のスペクトラム効率の損失を比較するために、各サブキャリアが完全なチャネル状態情報CSIを得ることに相当するNSB=1200にであるVP法のアルゴリズムもシミュレートしている。 In addition, to compare the spectral efficiency loss of both methods, we also simulated the algorithm of the VP method where N SB = 1200, which corresponds to each subcarrier getting complete channel state information CSI.

図18および図19の中で示されるように、TFT補間法は、特に符号化レート7/8の64QAMに対して、単純なサブバンド・モードのスペクトラム効を大きく改善する。   As shown in FIGS. 18 and 19, the TFT interpolation method greatly improves the spectrum effect of the simple subband mode, especially for 64QAM with a coding rate of 7/8.

各サブキャリアに最適なチャネル状態情報CSIと比較することで、NTFT=100およびNTFT=200の場合のTFT補間法は、ほとんど最大のスペクトラム効率の性能を得ることができる。 By comparing with the optimum channel state information CSI for each subcarrier, the TFT interpolation method for N TFT = 100 and N TFT = 200 can achieve almost maximum spectral efficiency performance.

他方では、NTFT=100とNTFT=1200の間のスペクトラム効率の差は、タイプ1およびタイプ2に対しては、少ししかない。 On the other hand, the spectral efficiency difference between NTFT = 100 and NTFT = 1200 is small for Type 1 and Type 2.

したがって、NTFT=100の条件でTFT補間法は、計算量の増加を抑制しつつ、スペクトラム効率のロスを縮小することが可能である。 Therefore, under the condition of N TFT = 100, the TFT interpolation method can reduce the loss of spectrum efficiency while suppressing an increase in calculation amount.

タイプ3については、NTFT=200の場合のTFT補間法は、各サブキャリアの完全なチャネル状態情報CSIを用いるものに対して、大きくスペクトラム効率の差を縮小することができる。 For Type 3, the TFT interpolation method when N TFT = 200 uses the complete channel state information CSI of each subcarrier, and can greatly reduce the difference in spectrum efficiency.

したがって、単純なサブバンド・モードと比較して、TFT補間法は、計算量のわずかな増加で、VP法を用いたMIMOの空間フィルタ演算アルゴリズムにおいて、スペクトラム効率を大きく改善することが可能である。
(TFT処理の具体例)
以下では、LTE−Aの場合を例にとって、TFT処理について、さらに詳しく説明する。
Therefore, compared with the simple subband mode, the TFT interpolation method can significantly improve the spectrum efficiency in the MIMO spatial filter operation algorithm using the VP method with a slight increase in the amount of calculation. .
(Specific example of TFT treatment)
Hereinafter, the TFT process will be described in more detail by taking the case of LTE-A as an example.

図20は、LTE−Aの場合のIFFT処理におけるOFDMサブキャリアの配分を説明するための図である。   FIG. 20 is a diagram for explaining OFDM subcarrier allocation in IFFT processing in LTE-A.

サブキャリアは、全部で2048個ある。   There are a total of 2048 subcarriers.

サブキャリア1025−1448と、サブキャリア602−1024とは、ガードバンドとして使用される。   Subcarriers 1025-1448 and subcarriers 602-1024 are used as guard bands.

サブキャリア1は、DCサブキャリアであって、使用されない。   Subcarrier 1 is a DC subcarrier and is not used.

サブキャリア2−601とサブキャリア1049−2048の合計1200サブキャリアがデータ伝送のために使用される。   A total of 1200 subcarriers of subcarrier 2-601 and subcarriers 1049-2048 are used for data transmission.

図21は、逆FFT(IFFT)処理のための行列FHを説明する図である。 FIG. 21 is a diagram for explaining a matrix F H for inverse FFT (IFFT) processing.

まず、行列FHの第m行n列の要素は、ωを用いて、以下のように表される。 First, the element in the m-th row and the n-th column of the matrix F H is expressed as follows using ω.


ここで、ωは以下のように表される。

Here, ω is expressed as follows.


したがって、行列FHを書き下すと、以下のようになる。

Therefore, the matrix F H is written as follows.


さらに、逆FFT処理の対処となるデータベクトルXは、以下のように表される。

Further, the data vector X that is used for the inverse FFT processing is expressed as follows.


上述のとおり、データベクトルXの要素のうち、ガードバンドに対応するサブキャリア602−1448に対応する要素x(602)〜x(1448)の値は、0と設定される。

As described above, among the elements of the data vector X, the values of the elements x (602) to x (1448) corresponding to the subcarriers 602 to 1448 corresponding to the guard band are set to 0.

図22は、TFT補間処理おける逆FFT処理を説明するための図である。   FIG. 22 is a diagram for explaining the inverse FFT process in the TFT interpolation process.

上述のとおり、ガードバンドについては、データが0であるものとする。   As described above, it is assumed that data is 0 for the guard band.

このため、データベクトルXにおいては、このガードバンドに相当する要素を削除したものをデータベクトルX1で表す。   Therefore, in the data vector X, the data vector X1 is obtained by deleting the element corresponding to the guard band.

一方で、逆FFT行列FHにおいても、ガードバンドに相当する要素を削除したものを行列FH 1と表す。 On the other hand, in the inverse FFT matrix F H , the matrix F H 1 is obtained by deleting the elements corresponding to the guard band.

行列FH 1およびデータベクトルX1をあらわに書き下すと以下のようになる。 The matrix F H 1 and the data vector X1 are written down as follows.


すなわち、現実のTFT処理の演算処理では、使用されないサブキャリアについての演算は実行しない。ただし、以下では、逆FFT行列の行および列の位置の特定の便宜から、逆FFT行列FHにおいて、いずれの行および列がTFT演算において使用されるか、という説明の仕方をすることにする。

In other words, in the actual TFT processing calculation, calculation is not performed for unused subcarriers. However, in the following, for the specific convenience of the position of the row and column of the inverse FFT matrix, it will be described how which row and column are used in the TFT operation in the inverse FFT matrix F H. .

図23は、サブバンドへの分割を説明するための図である。   FIG. 23 is a diagram for explaining division into subbands.

データ伝送用の1200個のサブキャリアに対して、たとえば、50個のサブバンドを設定する。1つのサブバンドあたり、24サブキャリアが含まれることになる。   For example, 50 subbands are set for 1200 subcarriers for data transmission. 24 subcarriers are included per subband.

たとえば、第1番のサブバンドSB1には、サブキャリアSC2〜SC25が含まれる。以下、同様にして他のサブバンドにもサブキャリアが割り当てられ、最後のサブバンドB50には、サブキャリアSC2025〜SC2048が含まれる。   For example, the first subband SB1 includes subcarriers SC2 to SC25. Similarly, subcarriers are assigned to other subbands in the same manner, and the last subband B50 includes subcarriers SC2025 to SC2048.

1番目の600サブキャリアに対して、サブバンドSB1〜SB25が対応し、2番目の600サブキャリアに対して、サブバンドSB26〜SB50が対応する。   Subbands SB1 to SB25 correspond to the first 600 subcarriers, and subbands SB26 to SB50 correspond to the second 600 subcarriers.

そして、各サババンドの中央のサブキャリアのチャネル状態情報CSIが、送信機側にフィードバックされる。   Then, the channel state information CSI of the subcarrier at the center of each subband is fed back to the transmitter side.

たとえば、サブバンドSB1については、サブキャリアSC14についてのチャネル状態情報H(14)(推定されたチャネル応答)が、フィードバックされる。他のサブバンドについても同様である。   For example, for subband SB1, channel state information H (14) (estimated channel response) for subcarrier SC14 is fed back. The same applies to the other subbands.

そして、各チャネル状態情報H(k)(14,38,…,2037)は、周波数領域の対応するサブキャリアについての推定されたチャネル応答を示す(Nt×Nt)行列である。   Each channel state information H (k) (14, 38,..., 2037) is an (Nt × Nt) matrix indicating an estimated channel response for a corresponding subcarrier in the frequency domain.

図24は、TFT処理に使用されるフィードバックチャネル状態情報行列を説明するための図である。   FIG. 24 is a diagram for explaining a feedback channel state information matrix used for TFT processing.

図24以降では、NTFT=100であるものとして説明する。 In FIG. 24 and subsequent figures, it is assumed that N TFT = 100.

フィードバックされた各チャネル状態情報H(k)(14,38,…,2037)のうちから、m番目の送信アンテナおよびn番目の受信アンテナの間のフィードバックされた周波数領域チャネル状態情報を抽出することにより、以下のフィードバックチャネル状態情報行列が構成される。   Extracting the fed back frequency domain channel state information between the m th transmitting antenna and the n th receiving antenna from the fed back channel state information H (k) (14, 38,..., 2037). Thus, the following feedback channel state information matrix is constructed.


図25は、TFT処理で使用される行列Fp Hを説明するための図である。

FIG. 25 is a diagram for explaining a matrix F p H used in TFT processing.

すなわち、行列Fp Hは、フィードバックされたNfb(=50)個のチャネル状態情報に演算される行列であって、(2048×2048)逆FFT行列のうちから、フィードバックされるチャネル状態情報のサブキャリア(SC14,SC38,…,SC590,SC1461,SC1485、SC2037)に対応した列から、第1行から応答をカットオフする時間に対応する第L行までの要素を抽出した(L×Nfb)行列である。 That is, the matrix F p H is a matrix that is calculated from the fed back Nfb (= 50) channel state information, and is a sub-channel of the fed back channel state information from the (2048 × 2048) inverse FFT matrix. (L × Nfb) matrix in which elements from the first row to the Lth row corresponding to the time to cut off the response are extracted from the columns corresponding to the carriers (SC14, SC38,..., SC590, SC1461, SC1485, SC2037). It is.

なお、時間領域のチャネル状態情報がフィードバックされる場合には、特に限定されないが、このカットオフする時間までの時間領域のチャネル状態情報のみをフィードバックすることとして、この行列Fp Hを乗算する処理については省略することが可能である。 In the case where the time-domain channel state information is fed back, there is no particular limitation, but only the time-domain channel state information up to the cutoff time is fed back, and this matrix F P H is multiplied. Can be omitted.

図26は、TFT処理での行列演算を説明するための図である。   FIG. 26 is a diagram for explaining matrix calculation in TFT processing.

m番目の送信アンテナおよびn番目の受信アンテナの間のフィードバックされた周波数領域チャネル状態情報に行列Fp Hを乗算する処理は、逆FFT演算であって、周波数領域から時間領域への変換に対応する。行列Fp Hの乗算処理の後、フィルタ処理が行われ、最後にFFT処理に対応する行列FLの乗算処理が行われ、再びチャネル状態情報は周波数領域の成分となる。 The process of multiplying the frequency domain channel state information fed back between the m th transmit antenna and the n th receive antenna by the matrix F p H is an inverse FFT operation and corresponds to the transform from the frequency domain to the time domain To do. After the multiplication process of the matrix F p H , the filter process is performed. Finally, the multiplication process of the matrix F L corresponding to the FFT process is performed, and the channel state information becomes a frequency domain component again.

フィルタ処理は、最小自乗誤差基準に対応しており、変調されていないサブキャリアに対応した未使用領域からの影響を除去する効果がある。   The filtering process corresponds to the least square error criterion, and has an effect of removing the influence from the unused area corresponding to the unmodulated subcarrier.

図27は、TFT処理のうち、行列FLの乗算処理を説明するための図である。 27, of the TFT process is a diagram for explaining a process of multiplying the matrix F L.

ガードバンドを除く、サブキャリアSC1〜SC601に対応して、NTFT/2個の周波数領域のチャネル状態情報が生成される。このNTFT/2個の周波数領域のチャネル状態情報は、すべて等間隔である。 N TFT / 2 frequency domain channel state information is generated corresponding to the subcarriers SC1 to SC601 excluding the guard band. This N TFT / 2 frequency domain channel state information is all equally spaced.

生成されるサブキャリアの番号kは以下のようになる。   The subcarrier number k to be generated is as follows.

k=8+12×(i−1) (i=1,…,NTFT/2)
同様にして、サブキャリアS1449〜SC2048に対応して、NTFT/2個の周波数領域のチャネル状態情報が生成される。このNTFT/2個の周波数領域のチャネル状態情報も、すべて等間隔である。
k = 8 + 12 × (i−1) (i = 1,..., N TFT / 2)
Similarly, N TFT / 2 frequency domain channel state information is generated corresponding to subcarriers S1449 to SC2048. This N TFT / 2 frequency domain channel state information is also equally spaced.

生成されるサブキャリアの番号kは以下のようになる。   The subcarrier number k to be generated is as follows.

k=1455+12×(i−1) (i=1,…,NTFT/2)
図28は、図27で使用される行列FLの構成を説明する図である。
k = 1455 + 12 × (i−1) (i = 1,..., N TFT / 2)
Figure 28 is a diagram illustrating the configuration of a matrix F L used in FIG.

行列FLは、FFT処理を実行して、図27で説明したようなNTFT個の周波数領域のチャネル状態情報を生成する必要がある。 Matrix F L executes FFT processing, it is necessary to generate channel state information of the N TFT frequency-domain as described in FIG. 27.

そこで、例として、NTFT=100の場合について、あらわに書き下すと以下のようになる。 Therefore, as an example, for the case of N TFT = 100, it is as follows expose to write down.


図29は、TFT処理により生成されるチャネル状態情報を説明する図である。

FIG. 29 is a diagram for explaining channel state information generated by TFT processing.

TFT処理により、フィードバックされた50個の周波数領域のチャネル状態情報から、100個の周波数領域のチャネル状態情報HTFT(7+12×i)およびHTFT(7+12×k)(i,k=0,…,49)が生成される。 From the 50 frequency domain channel state information fed back by the TFT processing, 100 frequency domain channel state information H TFT (7 + 12 × i) and H TFT (7 + 12 × k) (i, k = 0,... 49) is generated.

なお、以上の説明では、FFTが(2048×2048)行列で実行され、データ伝送用のサブキャリアが1200個であり、フィードバックされる周波数領域のチャネル状態情報が50個の行列であって、再構成補間されて生成される周波数領域のチャネル状態情報が100個の行列であるものとして説明したが、本実施の形態のビームフォーミング処理はこのような場合に限定されることなく、他のパラメータの値の場合にも適用できるものである。   In the above description, FFT is performed in a (2048 × 2048) matrix, 1200 subcarriers for data transmission are used, and frequency domain channel state information to be fed back is a 50 matrix. Although the description has been given assuming that the frequency domain channel state information generated by the configuration interpolation is 100 matrices, the beamforming process of the present embodiment is not limited to such a case, and other parameters It can also be applied to values.

以上説明したように、本実施の形態の無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法によれば、MIMO通信方式において、チャネル状態情報のフィードバックによる通信のオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、同時に、良好なスペクトラム効率を実現することが可能である。   As described above, according to the radio communication system, radio transmission apparatus, and radio communication method of the present embodiment, in the MIMO communication system, while suppressing an increase in communication overhead due to feedback of channel state information, at the same time, good Spectrum efficiency can be realized.

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。   Embodiment disclosed this time is an illustration of the structure for implementing this invention concretely, Comprising: The technical scope of this invention is not restrict | limited. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the embodiment but by the scope of the claims, and includes modifications within the wording and equivalent meanings of the scope of the claims. Is intended.

10 入力ノード、20 シリアルパラレル変換部、30−1〜30−8 変調部、40−1〜40−8 重み付け処理部、50 制御部、52 記憶部、60−1〜60−8 アップコンバータ、80 フィードバック情報受信部、100−1〜100−Nt アンテナ、CSI チャネル状態情報、1000 無線送信装置、1100 端末装置。   10 input nodes, 20 serial / parallel conversion units, 30-1 to 30-8 modulation units, 40-1 to 40-8 weighting processing units, 50 control units, 52 storage units, 60-1 to 60-8 upconverters, 80 Feedback information receiving unit, 100-1 to 100-Nt antenna, CSI channel state information, 1000 wireless transmission device, 1100 terminal device.

Claims (12)

複数のアンテナ素子を備える第1の通信装置と、前記第1の通信装置と通信する第2の通信装置との間において、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMO(Multiple Input Multiple Output)により無線通信する無線通信方法であって、
前記第2の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第1の通信装置に備えられている前記複数のアンテナ素子の各々との間のチャネル状態情報をサブバンドごとに推定するステップを備え、前記サブバンドは、前記複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを含み、
前記第2の通信装置が、推定されたサブバンドごとのチャネル状態情報を、前記第1の通信装置にフィードバックして送信するステップと、
前記第1の通信装置が、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報に基づいて、前記第1の通信装置からの送信信号へ付加する摂動ベクトルを算出するステップと、
前記第1の通信装置が、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、前記第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出するステップと、
前記第1の通信装置が、前記所定数のサブキャリアに対する前記重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出するステップと、
前記前記第1の通信装置が、前記第2の補間処理により算出された重みづけ係数を前記摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、前記複数の送信アンテナ素子から送出するステップとを備える、無線通信方法。
A signal modulated by orthogonal frequency division multiplexing using a plurality of subcarriers is transmitted between a first communication device including a plurality of antenna elements and a second communication device communicating with the first communication device. A wireless communication method for performing wireless communication using Multiple Input Multiple Output),
The second communication apparatus estimates, for each subband, channel state information between an antenna element provided in the own apparatus and each of the plurality of antenna elements provided in the first communication apparatus. The subband includes a predetermined number of adjacent subcarriers of the plurality of subcarriers;
The second communication device feeds back the estimated channel state information for each subband to the first communication device; and
The first communication device calculates a perturbation vector to be added to a transmission signal from the first communication device based on the channel state information for each subband fed back;
The first communication apparatus performs a first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers on the channel state information for each subband fed back, and the first interpolation Calculating a weighting factor for controlling antenna directivity based on the processed channel state information;
The first communication device calculates a weighting coefficient for the remaining subcarriers for MIMO communication by a second interpolation process based on the weighting coefficient for the predetermined number of subcarriers;
The first communication device multiplies the transmission signal to which the perturbation vector is added by the weighting coefficient calculated by the second interpolation processing, and transmits the multiplication signal from the plurality of transmission antenna elements. A wireless communication method.
前記第1の補間処理は、
フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換するステップと、
前記時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換するステップとを含む、請求項1記載の無線通信方法。
The first interpolation process includes:
Transforming the fed back channel state information for each subband from frequency domain to time domain;
The wireless communication method according to claim 1, further comprising: reconverting the time domain channel state information from a time domain to a frequency domain after cutting the channel state information with a response up to a predetermined delay amount.
前記周波数領域から時間領域に変換するステップは、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する、請求項2記載の無線通信方法。   The wireless communication according to claim 2, wherein the step of transforming from the frequency domain to the time domain transforms the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on a least square error criterion. Method. 前記第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換された前記チャネル状態情報の個数は、前記サブバンドの個数より大きく、前記サブキャリアの個数よりも少ない、請求項2記載の無線通信方法。   3. The radio communication method according to claim 2, wherein, in the first interpolation processing, the number of the channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of the subbands and smaller than the number of the subcarriers. . 複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMOにより無線通信する無線通信システムであって、
第1の通信装置を備え、
前記第1の通信装置は、
複数の第1のアンテナ素子と、
通信相手からフィードバックされたサブバンドごとの前記チャネル状態情報を受信するフィードバック情報受信部とを含み、前記サブバンドは、前記複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを有し、
送信信号へ付加する摂動ベクトルおよび前記複数のアンテナ素子から前記送信信号をMIMO方式で送信するための重み係数を算出する制御部をさらに含み、
前記制御部は、
フィードバックされた前記チャネル状態情報に基づいて、送信信号へ付加する前記摂動ベクトルを算出する摂動ベクトル算出手段と、
フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、前記第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出する第1の係数算出手段と、
前記所定数のサブキャリアに対する前記重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出する第2の係数算出手段とを有し、
前記第2の補間処理により算出された重み付け係数を前記摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、前記複数の送信アンテナ素子から送信部をさらに含み、
前記第2の通信装置は、
第2のアンテナ素子と、
前記第2のアンテナ素子と、前記複数の第1のアンテナ素子の各々との間のチャネル状態情報をサブバンドごとに推定するチャネル応答推定部と、
推定されたサブバンドごとのチャネル状態情報を、前記第1の通信装置にフィードバックして送信するチャネル状態情報送信処理部とを含む、無線通信システム。
A wireless communication system that wirelessly communicates a signal modulated by orthogonal frequency division multiplexing with a plurality of subcarriers using MIMO,
Comprising a first communication device;
The first communication device is:
A plurality of first antenna elements;
A feedback information receiving unit that receives the channel state information for each subband fed back from a communication partner, and the subband has a predetermined number of adjacent subcarriers among the plurality of subcarriers;
A control unit that calculates a perturbation vector to be added to the transmission signal and a weighting factor for transmitting the transmission signal from the plurality of antenna elements in a MIMO scheme;
The controller is
Perturbation vector calculation means for calculating the perturbation vector to be added to the transmission signal based on the channel state information fed back;
A first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers is performed on the fed back channel state information for each subband, and based on the channel state information subjected to the first interpolation process. First coefficient calculating means for calculating a weighting coefficient for controlling the antenna directivity;
Second coefficient calculation means for calculating weighting coefficients for the remaining subcarriers for MIMO communication by a second interpolation process based on the weighting coefficients for the predetermined number of subcarriers;
Multiplying the transmission signal added with the perturbation vector by the weighting coefficient calculated by the second interpolation processing, further including a transmission unit from the plurality of transmission antenna elements,
The second communication device is:
A second antenna element;
A channel response estimator for estimating channel state information between the second antenna element and each of the plurality of first antenna elements for each subband;
A wireless communication system, comprising: a channel state information transmission processing unit that feeds back and transmits the estimated channel state information for each subband to the first communication device.
前記第1の補間処理において、前記第1の係数算出手段は、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換し、前記時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換する、請求項5記載の無線通信システム。   In the first interpolation process, the first coefficient calculation means converts the fed back channel state information for each subband from a frequency domain to a time domain, and converts the channel state information in the time domain to a predetermined value. The wireless communication system according to claim 5, wherein the wireless communication system re-converts from the time domain to the frequency domain after being cut with a response up to the delay amount. 前記第1の係数算出手段は、前記周波数領域から時間領域に変換する際に、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する、請求項6記載の無線通信システム。   When converting from the frequency domain to the time domain, the first coefficient calculating unit converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on a least square error criterion. The wireless communication system according to claim 6. 前記第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換された前記チャネル状態情報の個数は、前記サブバンドの個数より大きく、前記サブキャリアの個数よりも少ない、請求項6記載の無線通信システム。   The radio communication system according to claim 6, wherein, in the first interpolation process, the number of the channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of subbands and smaller than the number of subcarriers. . 複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重方式で変調された信号をMIMOにより無線通信する無線通信装置であって、
複数の第1のアンテナ素子と、
通信相手からフィードバックされたサブバンドごとの前記チャネル状態情報を受信するフィードバック情報受信部とを含み、前記サブバンドは、前記複数のサブキャリアのうちの所定数の隣接するサブキャリアを有し、
送信信号へ付加する摂動ベクトルおよび前記複数のアンテナ素子から前記送信信号をMIMO方式で送信するための重み係数を算出する制御部をさらに含み、
前記制御部は、
フィードバックされた前記チャネル状態情報に基づいて、送信信号へ付加する前記摂動ベクトルを算出する摂動ベクトル算出手段と、
フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報に対して、所定数のサブキャリアのチャネル状態情報を得るための第1の補間処理を行い、前記第1の補間処理されたチャネル状態情報に基づいて、アンテナ指向性を制御するための重み付け係数を算出する第1の係数算出手段と、
前記所定数のサブキャリアに対する前記重みづけ係数に基づき、MIMO通信のための残りのサブキャリアに対する重みづけ係数を第2の補間処理により算出する第2の係数算出手段とを含み、
前記第2の補間処理により算出された重み付け係数を前記摂動ベクトルを付加された送信信号に対して乗算し、前記複数の送信アンテナ素子から送信部をさらに備える、無線通信装置。
A wireless communication apparatus that wirelessly communicates a signal modulated by orthogonal frequency division multiplexing with a plurality of subcarriers using MIMO,
A plurality of first antenna elements;
A feedback information receiving unit that receives the channel state information for each subband fed back from a communication partner, and the subband has a predetermined number of adjacent subcarriers among the plurality of subcarriers;
A control unit that calculates a perturbation vector to be added to the transmission signal and a weighting factor for transmitting the transmission signal from the plurality of antenna elements in a MIMO scheme;
The controller is
Perturbation vector calculation means for calculating the perturbation vector to be added to the transmission signal based on the channel state information fed back;
A first interpolation process for obtaining channel state information of a predetermined number of subcarriers is performed on the fed back channel state information for each subband, and based on the channel state information subjected to the first interpolation process. First coefficient calculating means for calculating a weighting coefficient for controlling the antenna directivity;
Second coefficient calculation means for calculating a weighting coefficient for the remaining subcarriers for MIMO communication based on the weighting coefficient for the predetermined number of subcarriers by a second interpolation process;
A wireless communication apparatus, further comprising: a transmission unit that multiplies the transmission signal to which the perturbation vector is added by the weighting coefficient calculated by the second interpolation process, and a plurality of transmission antenna elements.
前記第1の補間処理において、前記第1の係数算出手段は、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換し、前記時間領域のチャネル状態情報を、所定の遅延量までの応答でカットした後、時間領域から周波数領域に再変換する、請求項9記載の無線通信装置。   In the first interpolation process, the first coefficient calculation means converts the fed back channel state information for each subband from a frequency domain to a time domain, and converts the channel state information in the time domain to a predetermined value. The wireless communication apparatus according to claim 9, wherein the wireless communication apparatus performs re-conversion from the time domain to the frequency domain after being cut with a response up to a delay amount. 前記第1の係数算出手段は、前記周波数領域から時間領域に変換する際に、最小自乗誤差基準に基づいて、フィードバックされた前記サブバンドごとの前記チャネル状態情報を、周波数領域から時間領域に変換する、請求項10記載の無線通信装置。   When converting from the frequency domain to the time domain, the first coefficient calculating unit converts the fed back channel state information for each subband from the frequency domain to the time domain based on a least square error criterion. The wireless communication apparatus according to claim 10. 前記第1の補間処理において、周波数領域から時間領域に変換された前記チャネル状態情報の個数は、前記サブバンドの個数より大きく、前記サブキャリアの個数よりも少ない、請求項10記載の無線通信装置。   The radio communication apparatus according to claim 10, wherein, in the first interpolation processing, the number of the channel state information converted from the frequency domain to the time domain is larger than the number of subbands and smaller than the number of subcarriers. .
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