JP2016072680A - Radio communication equipment - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To adaptively determine an optimal combination of a modulation system and transmission power to be allocated to each of eigen modes under a condition that a transmission rate is fixed, in a MIMO eigen mode transmission system.SOLUTION: For each of combination patterns with the equal transmission rate among combination patterns of modulation systems, power distribution calculation means 12 calculates an expression of a MER margin Δμafter power distribution represented by a parameter of only a power distribution ratio pand calculates the power distribution ratio pin such a manner that the MER margins Δμof the eigen modes become equal. For each of the combination patterns of the modulation systems, MER margin calculation means 13 calculates the MER margin Δμby substituting the calculated power distribution ratio pinto the expression of the MER margin Δμ. Modulation system/power determination means 14 determines the combination pattern of the modulation system and the power distribution ratio phaving the greatest MER margin value among the calculated MER margins Δμ.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、MIMO(Multiple Input and Multiple Output:多入力多出力)固有モード伝送システムに係り、特に、各固有モードへ割り当てる最適な変調ビット数の組み合わせ及び送信電力の配分を、適応的に決定する無線通信装置に関するものである。   The present invention relates to a MIMO (Multiple Input and Multiple Output) eigenmode transmission system, and in particular, adaptively determines an optimal combination of the number of modulation bits allocated to each eigenmode and a transmission power distribution. The present invention relates to a wireless communication device.

従来、周波数帯域幅を変えることなく伝送容量を飛躍的に増大させる手段として、送信局及び受信局のそれぞれにおいて複数のアンテナを利用するMIMO技術が注目されている。MIMO技術は、同一チャネル内で、複数のサブストリームを空間的に多重し並列伝送することで、伝送容量を増大させることが特徴である。   Conventionally, as a means for dramatically increasing the transmission capacity without changing the frequency bandwidth, a MIMO technique that uses a plurality of antennas in each of the transmitting station and the receiving station has attracted attention. The MIMO technology is characterized in that the transmission capacity is increased by spatially multiplexing a plurality of substreams and transmitting them in parallel within the same channel.

単方向通信のMIMOシステムでは、送信側が伝送路の情報(以下、チャネル情報という。)を得ることができないため、空間多重された信号を受信側の検出器が分離しなければならない。また、同システムでは、送信アンテナ毎に1つのサブストリームを割り当てることが一般的であり、各サブストリームへ割り当てる電力は、配分比率を変えることなく常に等しくすることが、変動する伝送路において理論上最適とされる。   In a MIMO system for unidirectional communication, a transmission side cannot obtain transmission path information (hereinafter referred to as channel information), and thus a spatially multiplexed signal must be separated by a detector on the reception side. In this system, one substream is generally allocated for each transmission antenna, and it is theoretically assumed that the power allocated to each substream is always equal without changing the distribution ratio in a variable transmission path. It is considered optimal.

一方、双方向通信のMIMOシステムでは、単に送信アンテナ毎にサブストリームを割り当てるのではなく、サブストリーム毎に複数のアンテナを送信アレーとして利用し、伝送路の状況に応じて適切なビームを形成して送信する。これにより、単方向通信のMIMOシステムでは実現できない、より効率的な伝送特性を達成することができる。   On the other hand, in a bidirectional MIMO system, instead of simply allocating a substream for each transmission antenna, a plurality of antennas are used as a transmission array for each substream to form an appropriate beam according to the condition of the transmission path. To send. This makes it possible to achieve more efficient transmission characteristics that cannot be achieved with a unidirectional MIMO system.

最適な送受信ビームは、チャネル情報を数値化したチャネル行列を特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)し、その右特異行列を送信ビーム形成のための送信ウェイトとして用い、左特異行列を受信ビーム形成のための受信ウェイトとして用いることで形成される。   The optimal transmit / receive beam is obtained by singular value decomposition (SVD) of a channel matrix obtained by digitizing channel information, using the right singular matrix as a transmission weight for forming a transmit beam, and using the left singular matrix as a receive beam. It is formed by using it as a receiving weight for.

送信アンテナ数をN、受信アンテナ数をM、M×N次のチャネル行列をHとすると、チャネル行列Hは、以下のように特異値分解される。

Figure 2016072680
UはM×K次の左特異行列、Σはチャネル行列Hの特異値を要素とするK×K次の対角行列、VはN×K次の右特異行列である。Kはチャネル行列Hのランクである。M,N,Kは正の整数である。 When the number of transmitting antennas is N, the number of receiving antennas is M, and the M × N-th order channel matrix is H, the channel matrix H is decomposed into singular values as follows.
Figure 2016072680
U is an M × K-order left singular matrix, Σ is a K × K-order diagonal matrix whose elements are singular values of the channel matrix H, and V is an N × K-order right singular matrix. K is the rank of the channel matrix H. M, N, and K are positive integers.

送信ウェイトFを以下のように右特異行列Vとする。

Figure 2016072680
The transmission weight F is a right singular matrix V as follows.
Figure 2016072680

N次の送信信号ベクトルxは、K次の情報信号ベクトルをsとして次式で表される。

Figure 2016072680
The Nth-order transmission signal vector x is expressed by the following equation with the Kth-order information signal vector as s.
Figure 2016072680

ここで、複素ガウス雑音ベクトルをnとすると、受信信号ベクトルyは次式で表される。

Figure 2016072680
Here, if the complex Gaussian noise vector is n, the received signal vector y is expressed by the following equation.
Figure 2016072680

また、受信ウェイトGを、以下のようにチャネル行列Hを特異値分解したときの左特異行列Uの複素共役転置とする。

Figure 2016072680
Also, the reception weight G is a complex conjugate transpose of the left singular matrix U when the singular value decomposition of the channel matrix H is performed as follows.
Figure 2016072680

受信側で検出される信号ベクトル

Figure 2016072680
は次式で表される。
Figure 2016072680
Signal vector detected at the receiver
Figure 2016072680
Is expressed by the following equation.
Figure 2016072680

このように、チャネル行列Hを特異値分解し、その右特異行列Vを送信ウェイトFとして用い、左特異行列Uの複素共役転置を受信ウェイトGとして用いることで、仮想的に直交するK個のチャネルに分離することができる。直交する各チャネルは固有モードと呼ばれ、この手法を用いたMIMO伝送方式は固有モード伝送方式と呼ばれる。   In this way, the channel matrix H is subjected to singular value decomposition, the right singular matrix V is used as the transmission weight F, and the complex conjugate transpose of the left singular matrix U is used as the reception weight G, thereby virtually orthogonal K pieces. Can be separated into channels. Each orthogonal channel is called an eigenmode, and a MIMO transmission scheme using this technique is called an eigenmode transmission scheme.

前記式(2)で表される送信ウェイトFは、各固有モードへの電力配分は等しいものとして扱われる。しかし、伝搬環境に応じて各固有モードのシンボルに割り当てる変調ビット数(変調方式)と共に、送信電力の配分を適応的に変えることにより、伝送容量の増大や、ビット誤り率(BER:Bit Error Rate)特性の向上を図ることが可能である。   The transmission weight F represented by the equation (2) is treated as having the same power distribution to each eigenmode. However, by adaptively changing the transmission power distribution as well as the number of modulation bits (modulation scheme) assigned to each eigenmode symbol according to the propagation environment, the transmission capacity is increased and the bit error rate (BER) is increased. ) It is possible to improve the characteristics.

送信電力の配分を考慮した場合、前記式(2)は、送信電力分配行列W1/2を用いて次式で表される。

Figure 2016072680
When the transmission power distribution is taken into consideration, the equation (2) is expressed by the following equation using the transmission power distribution matrix W 1/2 .
Figure 2016072680

ここで、Wは、以下のように各固有モードへの電力配分比率p1,・・・,pKを要素とする対角行列であり、送信電力分配行列W1/2は、対角行列Wの平方根である。

Figure 2016072680
Here, W is a diagonal matrix whose elements are the power distribution ratios p 1 ,..., P K to each eigenmode as follows, and the transmission power distribution matrix W 1/2 is a diagonal matrix. It is the square root of W.
Figure 2016072680

このとき、受信側で検出される信号ベクトル

Figure 2016072680
は、前記式(6)に代わりに、次式で表される。
Figure 2016072680
At this time, the signal vector detected on the receiving side
Figure 2016072680
Is represented by the following equation instead of the equation (6).
Figure 2016072680

ところで、伝送容量を最大化するため、またはビット誤り率を最小化するため、各固有モードへ割り当てる変調ビット数と送信電力を適応的に制御する手法としては、以下のようなものが提案されている。例えば、特許文献1に開示された手法は、注水定理に基づく適応制御方式であり、チャネル行列H等に基づいた連立方程式を解くことで固有値を求め、この固有値を、例えば送信電力を割り当てるための重みとして用いる。この手法によれば、情報理論の観点からは最良の割り当てを求めることができる。また、特許文献2または非特許文献1に開示された手法は、注水定理を用いない制御方式であり、ビット誤り率の近似式を最小化するための変調方式の組み合わせ及び送信電力の配分について探索する。   By the way, in order to maximize the transmission capacity or minimize the bit error rate, the following methods have been proposed as adaptively controlling the number of modulation bits and transmission power allocated to each eigenmode. Yes. For example, the method disclosed in Patent Document 1 is an adaptive control method based on the water injection theorem, and an eigenvalue is obtained by solving simultaneous equations based on the channel matrix H and the like. Used as a weight. According to this method, the best assignment can be obtained from the viewpoint of information theory. The technique disclosed in Patent Document 2 or Non-Patent Document 1 is a control method that does not use the water injection theorem, and searches for combinations of modulation methods and transmission power distribution for minimizing the approximation formula of the bit error rate. To do.

特開2001−237751号公報JP 2001-237751 A 特開2005−252834号公報JP 2005-252834 A

K. Miyashita, et al., “High data-rate transmission with eigenbeam-space division multiplexing (E-SDM) in a MIMO channel,”IEEE VTC Fall, Sept. 2002, pp. 1302-1306.K. Miyashita, et al., “High data-rate transmission with eigenbeam-space division multiplexing (E-SDM) in a MIMO channel,” IEEE VTC Fall, Sept. 2002, pp. 1302-1306.

しかしながら、従来のMIMO固有モード伝送システムにおいて、前述の特許文献1の手法では、実システムのように、割り当てる変調ビット数が離散的な組み合わせしかもたない場合に、伝送特性の観点及びハードウェア実装の容易さの観点で十分でないという問題があった。   However, in the conventional MIMO eigenmode transmission system, the above-described method of Patent Document 1 has a problem in terms of transmission characteristics and hardware implementation when the number of modulation bits to be allocated is only a discrete combination as in the actual system. There was a problem that it was not sufficient in terms of ease.

また、前述の特許文献2及び非特許文献1の手法では、ビット誤り率の近似式を最小化する処理の際に、全ての変調方式の組み合わせ及び送信電力の配分について探索する必要があり、しかも、最適化であるか否かを判断するために、総スループット等を計算する必要がある。このため、この手法では、演算量が多く処理負荷が高いという問題があった。   Further, in the methods of Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 described above, it is necessary to search for all combinations of modulation schemes and transmission power distributions in the process of minimizing the approximation formula of the bit error rate. In order to determine whether or not it is optimization, it is necessary to calculate the total throughput and the like. For this reason, this method has a problem that the calculation amount is large and the processing load is high.

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、MIMO固有モード伝送システムにおいて、伝送レートを一定とした条件でビット誤り率を最小化するための、各固有モードへ割り当てる変調ビット数の組み合わせ及び送信電力の配分を、少ない演算量で容易に求めることが可能な無線通信装置及び方法を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide each eigenmode for minimizing the bit error rate under the condition that the transmission rate is constant in the MIMO eigenmode transmission system. It is an object of the present invention to provide a radio communication apparatus and method capable of easily obtaining a combination of modulation bit numbers to be allocated to and allocation of transmission power with a small amount of calculation.

前記目的を達成するために、本発明による無線通信装置は、送信対象の情報ビット系列を各固有モードに振り分け、各固有モードの情報ビットを所定の変調方式にて変調し、所定の電力配分にて前記情報ビットの送信電力を配分し、MIMO伝送方式にて送信するMIMO固有モード伝送システムの無線通信装置において、各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分を決定する変調方式・電力配分決定部と、前記情報ビット系列が各固有モードに振り分けられた情報ビットを、前記変調方式・電力配分決定部により決定された各固有モードの前記変調方式にてそれぞれ変調する変調部と、前記変調部により変調された各固有モードの情報ビットの送信電力を、前記変調方式・電力配分決定部により決定された各固有モードの前記電力配分にて配分する電力配分部と、を備え、前記変調方式・電力配分決定部が、各固有モードの変調方式の組み合わせパターンであって、伝送レートが等しい組み合わせパターンのそれぞれについて、所定のビット誤り率に対して予め設定された変調誤差比を示すMER閾値と、前記MIMO固有モード伝送システムにおいて前記送信電力を配分した後の変調誤差比との間の差を示すMERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する電力配分算出手段と、前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記電力配分算出手段により算出された各固有モードの電力配分を用いて、前記送信電力を配分した後の各固有モードのMERマージンを算出するMERマージン算出手段と、前記MERマージン算出手段により算出された各固有モードのMERマージンのうち、最も大きいMERマージンの値を持つ各固有モードの変調方式の組み合わせ及び電力配分を、各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分として決定する変調方式・電力決定手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the wireless communication apparatus according to the present invention distributes the information bit sequence to be transmitted to each eigenmode, modulates the information bits of each eigenmode with a predetermined modulation scheme, and allocates a predetermined power distribution. In the radio communication apparatus of the MIMO eigenmode transmission system that distributes the transmission power of the information bits and transmits the information bit in the MIMO transmission scheme, the modulation scheme to be allocated to each eigenmode and the modulation scheme / power allocation determination that determines the power allocation A modulation unit that modulates the information bits in which the information bit sequence is allocated to each eigenmode by the modulation scheme of each eigenmode determined by the modulation scheme / power distribution determination unit, and the modulation unit The transmission power of the information bits of each eigenmode modulated by the eigenmode before each eigenmode determined by the modulation scheme / power distribution determination unit. A power distribution unit that distributes by power distribution, wherein the modulation scheme / power distribution determination unit is a combination pattern of modulation schemes of each eigenmode, and a predetermined bit for each combination pattern having the same transmission rate A MER margin indicating a difference between a MER threshold value that indicates a modulation error ratio set in advance with respect to an error rate and a modulation error ratio after the transmission power is allocated in the MIMO eigenmode transmission system includes each eigenmode. Power distribution calculation means for calculating the power distribution of each eigenmode to be equal to each other, and for each combination pattern of the modulation scheme, using the power distribution of each eigenmode calculated by the power distribution calculation means MER margin calculating means for calculating the MER margin of each eigenmode after allocating the transmission power; Of the MER margins of the respective eigenmodes calculated by the ER margin calculating means, the modulation scheme and the power distribution that allocate the combination of the modulation schemes and the power distribution of the eigenmodes having the largest MER margin value to the eigenmodes. And a modulation method / power determination means for determining as follows.

また、本発明による無線通信装置は、前記変調方式・電力配分決定部が、さらに、前記固有モード間で前記送信電力を等しく配分したときの変調誤差比を、各固有モードの初期MERとして取得する初期MER取得手段を備え、前記電力配分算出手段が、前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記初期MER取得手段により取得された各固有モードの初期MER、前記固有モードの数、前記MER閾値及び前記電力配分をパラメータとする前記MERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する、ことを特徴とする。   In the wireless communication apparatus according to the present invention, the modulation scheme / power distribution determination unit further acquires a modulation error ratio when the transmission power is equally distributed among the eigenmodes as an initial MER of each eigenmode. Initial MER acquisition means, wherein the power distribution calculation means for each of the modulation scheme combination patterns, the initial MER of each eigenmode acquired by the initial MER acquisition means, the number of eigenmodes, the MER threshold value, and The power distribution of each eigenmode is calculated so that the MER margin using the power distribution as a parameter is equal in each eigenmode.

また、本発明による無線通信装置は、前記固有モードの数をK(正の整数)、前記固有モードの番号をk(正の整数)、前記各固有モードの電力配分の比率をpk、前記初期MER取得手段により取得された各固有モードの初期MERをμk、前記各固有モードのMER閾値をμk Lとし、前記各固有モードの電力配分の比率pkを合計した値を1とし、前記送信電力を配分した後の各固有モードの変調誤差比を

Figure 2016072680
とし、前記各固有モードの前記MERマージンを
Figure 2016072680
とする、ことを特徴とする。 The radio communication apparatus according to the present invention may be configured such that the number of the eigenmodes is K (positive integer), the number of the eigenmode is k (positive integer), the power distribution ratio of each eigenmode is p k , The initial MER of each eigenmode acquired by the initial MER acquisition means is μ k , the MER threshold value of each eigenmode is μ k L, and the sum of the power distribution ratios p k of each eigenmode is 1, The modulation error ratio of each eigenmode after the transmission power is allocated
Figure 2016072680
And the MER margin for each eigenmode
Figure 2016072680
It is characterized by that.

さらに、本発明による無線通信方法は、送信対象の情報ビット系列を各固有モードに振り分け、各固有モードの情報ビットを所定の変調方式にて変調し、所定の電力配分にて前記情報ビット送信電力を配分し、MIMO伝送方式にて送信するMIMO固有モード伝送システムの無線通信方法において、各固有モードの変調方式の組み合わせパターンであって、伝送レートが等しい組み合わせパターンのそれぞれについて、所定のビット誤り率に対して予め設定された変調誤差比を示すMER閾値と、前記MIMO固有モード伝送システムにおいて前記送信電力を配分した後の変調誤差比との間の差を示すMERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する第1のステップと、前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記第1のステップにて算出した各固有モードの電力配分を用いて、前記送信電力を配分した後の各固有モードのMERマージンを算出する第2のステップと、前記第2のステップにて算出した各固有モードのMERマージンのうち、最も大きいMERマージンの値を持つ各固有モードの変調方式の組み合わせ及び電力配分を、各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分として決定する第3のステップと、前記情報ビット系列が各固有モードに振り分けられた情報ビットを、前記第3のステップにて決定した各固有モードの前記変調方式にてそれぞれ変調する第4のステップと、前記変調後の各固有モードの情報ビットの送信電力を、前記第3のステップにて決定した各固有モードの前記電力配分にて配分する第5のステップと、を有することを特徴とする。   Furthermore, the wireless communication method according to the present invention distributes the information bit sequence to be transmitted to each eigenmode, modulates the information bits of each eigenmode with a predetermined modulation scheme, and transmits the information bit transmission power with a predetermined power distribution. In a radio communication method of a MIMO eigenmode transmission system that allocates and transmits by a MIMO transmission method, a predetermined bit error rate is obtained for each combination pattern of modulation methods of each eigenmode and equal in transmission rate. MER margin indicating a difference between a MER threshold value indicating a modulation error ratio set in advance to the modulation error ratio after the transmission power is allocated in the MIMO eigenmode transmission system in each eigenmode. A first step of calculating the power distribution of each eigenmode to be equal, and a combination of the modulation schemes For each of the patterns, a second step of calculating a MER margin of each eigenmode after allocating the transmission power using the power distribution of each eigenmode calculated in the first step; Among the MER margins of the respective eigenmodes calculated in the step, the combination of the modulation schemes and power distribution of the eigenmodes having the largest MER margin value are determined as the modulation scheme and the power distribution to be allocated to each eigenmode. And a fourth step of modulating the information bits in which the information bit sequence is distributed to each eigenmode by the modulation scheme of each eigenmode determined in the third step, The transmission power of the information bits of each eigenmode after the modulation is the power of each eigenmode determined in the third step. A fifth step of allocating at min and having a.

以上のように、本発明によれば、MIMO固有モード伝送システムにおいて、伝送レートを一定とした条件でビット誤り率を最小化するための、各固有モードへ割り当てる変調ビット数の組み合わせ及び送信電力の配分を、少ない演算量で容易に求めることが可能となる。   As described above, according to the present invention, in the MIMO eigenmode transmission system, the combination of the number of modulation bits allocated to each eigenmode and the transmission power in order to minimize the bit error rate under the condition that the transmission rate is constant. The distribution can be easily obtained with a small amount of calculation.

本発明の実施形態による無線通信装置を含む伝送システム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 transmission system containing the radio | wireless communication apparatus by embodiment of this invention. ビット・電力配分制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a bit and electric power distribution control part. ビット・電力配分制御部の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of a bit and electric power distribution control part. 1シンボルあたり合計8ビットを伝送する変調方式の組み合わせの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the combination of the modulation system which transmits a total of 8 bits per symbol. 各変調方式におけるMER−BER特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the MER-BER characteristic in each modulation system. 各変調方式のMER閾値μk Lの例を示す図である。It is a diagram illustrating an example of MER threshold mu k L of each modulation scheme. 変調方式の組み合わせに対する各固有モードの電力配分比率pk及びMERマージンΔμkを示す図である。Is a diagram showing a power distribution ratio p k and MER margin [Delta] [mu k of each eigenmode for the combination of the modulation scheme.

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態による無線通信装置を含む伝送システムの構成を示すブロック図であり、固有モード伝送方式を実現する一般的なN×M次のMIMOシステムの機能構成ブロックを示す。図1においては、K個のチャネルの固有モードが形成されるものとする。固有モードの数はKである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmission system including a wireless communication device according to an embodiment of the present invention, and shows a functional configuration block of a general N × M-order MIMO system that realizes an eigenmode transmission scheme. In FIG. 1, it is assumed that eigenmodes of K channels are formed. The number of eigenmodes is K.

この伝送システム1は、情報ビット系列を送信すると共に、チャネル情報を受信する無線通信装置2と、情報ビット系列を受信すると共に、チャネル情報を送信する無線通信装置3とを備えて構成される双方向通信を実現する。図1では、情報ビット系列を送受信するためのアンテナ及び構成について示しており、チャネル情報を送受信するためのアンテナ及び構成については省略してある。以下、無線通信装置2を送信側の無線通信装置2といい、無線通信装置3を受信側の無線通信装置3として説明する。   The transmission system 1 includes both a wireless communication device 2 that transmits information bit sequences and receives channel information, and a wireless communication device 3 that receives information bit sequences and transmits channel information. Realize communication. FIG. 1 shows an antenna and a configuration for transmitting and receiving an information bit sequence, and an antenna and a configuration for transmitting and receiving channel information are omitted. Hereinafter, the wireless communication device 2 will be referred to as a transmission-side wireless communication device 2 and the wireless communication device 3 will be described as a reception-side wireless communication device 3.

送信側の無線通信装置2は、S(シリアル)/P(パラレル)変換部21、ビット・電力配分制御部(変調方式・電力配分決定部)22、変調・電力配分部23、特異値分解部26、送信ウェイト部27及びN本の送信アンテナ28を備えている。変調・電力配分部23は、変調部24−1〜24−K及び電力配分部25を備えている。受信側の無線通信装置3は、M本の受信アンテナ31、特異値分解部32、受信ウェイト部33、復調部34−1〜34−K及びP/S変換部35を備えている。   The wireless communication device 2 on the transmission side includes an S (serial) / P (parallel) conversion unit 21, a bit / power distribution control unit (modulation scheme / power distribution determination unit) 22, a modulation / power distribution unit 23, and a singular value decomposition unit. 26, a transmission weight unit 27, and N transmission antennas 28 are provided. The modulation / power distribution unit 23 includes modulation units 24-1 to 24-K and a power distribution unit 25. The radio communication device 3 on the reception side includes M reception antennas 31, a singular value decomposition unit 32, a reception weight unit 33, demodulation units 34-1 to 34-K, and a P / S conversion unit 35.

尚、実際の伝送システム1の無線通信装置2,3では、誤り訂正機能及びインタリーブ機能等を実現する構成部を備えているが、これらは本発明に直接関係しないから、説明を簡単にするため省略してある。   Note that the wireless communication devices 2 and 3 of the actual transmission system 1 include components that implement an error correction function, an interleaving function, and the like, but these are not directly related to the present invention, so that the description is simplified. It is omitted.

〔送信側〕
まず、送信側の無線通信装置2について説明する。送信側の無線通信装置2が送信対象の情報ビット系列を入力すると、S/P変換部21は、情報ビット系列を入力し、シリアルの情報ビット系列をパラレルのサブストリームの情報ビットに変換して振り分け、K系統のサブストリームの情報ビットを、変調・電力配分部23の変調部24−1〜24−Kにそれぞれ出力する。
[Sender]
First, the wireless communication device 2 on the transmission side will be described. When the transmitting-side radio communication apparatus 2 inputs an information bit sequence to be transmitted, the S / P converter 21 inputs the information bit sequence, converts the serial information bit sequence into information bits of a parallel substream, and The information bits of the K system substreams are output to the modulation units 24-1 to 24-K of the modulation / power distribution unit 23, respectively.

ここで、Kは、NとMの数字のうち小さい方に等しく、K=min(N,M)である。尚、MIMO固有モード伝送方式においては、サブストリームは固有モードと同義である。以下、独立した直交するサブストリームを固有モードと称して説明する。   Here, K is equal to the smaller of the numbers N and M, and K = min (N, M). In the MIMO eigenmode transmission scheme, the substream is synonymous with the eigenmode. Hereinafter, independent orthogonal substreams will be described as eigenmodes.

変調部24−1〜24−Kは、S/P変換部21からサブストリームの情報ビット(固有モードの情報ビット)をそれぞれ入力し、独立に変調処理を行い、変調処理後の情報ビットを電力配分部25に出力する。   Modulation sections 24-1 to 24-K each receive substream information bits (information bits of eigenmodes) from S / P conversion section 21, perform modulation processing independently, and use the modulated information bits as power. The data is output to the distribution unit 25.

この場合、変調部24−1〜24−Kは、変調処理を行う前に、ビット・電力配分制御部22から変調方式の組み合わせパターン番号を入力し、例えば、変調方式の組み合わせパターン番号と変調方式とが定義されたテーブルを用いて、変調方式の組み合わせパターン番号が示す当該変調部24−1〜24−Kに対応する変調方式を特定する。   In this case, the modulation units 24-1 to 24-K input the modulation system combination pattern number from the bit / power distribution control unit 22 before performing the modulation process, for example, the modulation system combination pattern number and the modulation system. Are used to identify the modulation schemes corresponding to the modulation units 24-1 to 24-K indicated by the combination pattern numbers of the modulation schemes.

例えば、後述する図4において、変調方式の組み合わせパターン番号b=8の場合、変調部24−1は、変調方式を16QAMに特定し、変調部24−2は、変調方式を8QAMに特定し、変調部24−3は、変調方式をBPSKに特定する。変調部24−1〜24−Kは、特定した変調方式にて、情報ビットに対し、当該変調方式に対応する変調ビット数毎の変調処理を行う。   For example, in FIG. 4 to be described later, when the modulation method combination pattern number b = 8, the modulation unit 24-1 specifies the modulation method as 16QAM, the modulation unit 24-2 specifies the modulation method as 8QAM, The modulation unit 24-3 specifies the modulation method as BPSK. The modulation units 24-1 to 24-K perform modulation processing on the information bits for each modulation bit number corresponding to the modulation method, using the specified modulation method.

電力配分部25は、変調部24−1〜24−Kから固有モード毎(系統毎)の変調処理後の情報ビットを入力し、ビット・電力配分制御部22により決定された電力配分比率にて、固有モード毎の情報ビットに対し、当該電力配分比率に相当する重みをそれぞれ乗算する。電力配分部25は、固有モード毎の乗算後の情報ビットを送信ウェイト部27に出力する。この場合、電力配分部25は、電力配分処理を行う前に、ビット・電力配分制御部22から各固有モードに割り当てられた電力配分比率を入力し、各固有モードの電力配分比率を特定する。   The power distribution unit 25 receives information bits after modulation processing for each eigenmode (for each system) from the modulation units 24-1 to 24-K, and uses the power distribution ratio determined by the bit / power distribution control unit 22. The information bits for each eigenmode are multiplied by a weight corresponding to the power distribution ratio. The power distribution unit 25 outputs information bits after multiplication for each eigenmode to the transmission weight unit 27. In this case, before performing the power distribution process, the power distribution unit 25 inputs the power distribution ratio assigned to each eigenmode from the bit / power distribution control unit 22 and specifies the power distribution ratio of each eigenmode.

ビット・電力配分制御部22は、変調部24−1〜24−Kにおける各固有モードへ割り当てる最適な変調方式の組み合わせ、及び電力配分部25における各固有モードへ割り当てる最適な送信電力の配分(電力配分比率)を、ビット誤り率が反映された変調誤差比(MER:Modulation Error Ratio)に応じて制御するために、各固有モードへ割り当てる変調方式の組み合わせ及び電力配分比率を決定する。   The bit / power distribution control unit 22 combines the optimum modulation schemes allocated to the respective eigenmodes in the modulation units 24-1 to 24-K, and the optimal transmission power allocation (power) allocated to the eigenmodes in the power distribution unit 25. In order to control the distribution ratio) according to a modulation error ratio (MER) in which the bit error rate is reflected, a combination of modulation schemes assigned to each eigenmode and a power distribution ratio are determined.

具体的には、ビット・電力配分制御部22は、当該無線通信装置2から送信される情報ビットの伝送レートが一定(固定)の条件下において、各固有モードの電力配分後のMERマージンが等しくかつ最大のときの変調方式及び電力配分比率を、ビット誤り率を最小化する際の各固有モードの変調方式及び電力配分比率として決定する。ビット・電力配分制御部22の詳細については後述する。   Specifically, the bit / power allocation control unit 22 has the same MER margin after power allocation in each eigenmode under the condition that the transmission rate of the information bits transmitted from the wireless communication device 2 is constant (fixed). In addition, the modulation scheme and power distribution ratio at the maximum are determined as the modulation scheme and power distribution ratio of each eigenmode when the bit error rate is minimized. Details of the bit / power distribution control unit 22 will be described later.

MERマージンは、所定のビット誤り率に対して予め設定された変調誤差比を示すMER閾値と、伝送システム1における実際の変調誤差比との間の差を示し、その値が大きいほど、ビット誤り率が低いことを意味する。   The MER margin indicates a difference between a MER threshold value that indicates a modulation error ratio set in advance for a predetermined bit error rate and an actual modulation error ratio in the transmission system 1. It means that the rate is low.

ビット・電力配分制御部22は、変調部24−1〜24−Kにおける変調処理に先立って、決定した変調方式の組み合わせを示すパターン番号(変調方式の組み合わせパターン番号)を変調部24−1〜24−Kに出力する。また、ビット・電力配分制御部22は、電力配分部25における電力配分処理に先立って、決定した電力配分比率を電力配分部25に出力する。   Prior to the modulation processing in the modulation units 24-1 to 24-K, the bit / power distribution control unit 22 assigns pattern numbers (combination pattern combination pattern numbers) indicating the combinations of modulation methods determined to the modulation units 24-1 to 24-1. Output to 24-K. The bit / power distribution control unit 22 outputs the determined power distribution ratio to the power distribution unit 25 prior to the power distribution process in the power distribution unit 25.

ビット・電力配分制御部22により決定される第k番目の固有モードへ割り当てる電力配分比率をpkとすると、電力配分比率pkは次式で表される。kは1〜Kの正の整数である。

Figure 2016072680
When the power distribution ratio assigned to the k-th eigenmode determined by the bit / power distribution control unit 22 is p k , the power distribution ratio p k is expressed by the following equation. k is a positive integer of 1 to K.
Figure 2016072680

尚、各固有モードへ割り当てる変調方式が決定されると、各固有モードへ割り当てる変調ビット数も一義的に決定される。ビット・電力配分制御部22は、各固有モードへ割り当てる変調方式の代わりに、変調ビット数の組み合わせを決定するようにしてもよい。この場合、変調部24−1〜24−Kは、変調処理を行う前に、ビット・電力配分制御部22から変調ビット数の組み合わせパターン番号を入力し、例えば、変調ビット数の組み合わせパターン番号と変調方式とが定義されたテーブルを用いて、変調ビット数の組み合わせパターン番号が示す当該変調部24−1〜24−Kに対応する変調方式を特定する。   When the modulation scheme to be assigned to each eigenmode is determined, the number of modulation bits to be assigned to each eigenmode is also uniquely determined. The bit / power distribution control unit 22 may determine a combination of the number of modulation bits instead of the modulation scheme assigned to each eigenmode. In this case, the modulation units 24-1 to 24-K input the combination pattern number of the number of modulation bits from the bit / power distribution control unit 22 before performing the modulation process. Using the table in which the modulation method is defined, the modulation method corresponding to the modulation units 24-1 to 24-K indicated by the combination pattern number of the modulation bit number is specified.

特異値分解部26は、N本の送信アンテナ28とM本の受信アンテナ31との間で形成される伝送路のチャネル情報を取得する。そして、特異値分解部26は、前記式(1)のとおり、チャネル情報を表すチャネル行列Hを特異値分解して右特異行列Vを求め、前記式(2)のとおり、右特異行列Vを送信ウェイトFとし、送信ウェイトFを送信ウェイト部27に出力する。   The singular value decomposition unit 26 acquires channel information of a transmission path formed between the N transmission antennas 28 and the M reception antennas 31. Then, the singular value decomposition unit 26 obtains the right singular matrix V by singular value decomposition of the channel matrix H representing the channel information as shown in the equation (1), and obtains the right singular matrix V as shown in the equation (2). The transmission weight F is output to the transmission weight unit 27.

尚、特異値分解部26は、後述する受信側の無線通信装置3により推定された伝送路のチャネル情報を、別途の伝送路(無線通信路または有線通信路)を介して、受信側の無線通信装置3から取得するものとする。一方、TDD(時分割複信)方式を用いる双方向通信システムでは、無線通信装置2から無線通信装置3の伝送路と、無線通信装置3から無線通信装置2の伝送路が同一であるとみなして、送信側の無線通信装置2で伝送路のチャネル情報を推定し、この情報を特異値分解部26が直接取得して利用するようにしてもよい。   The singular value decomposition unit 26 transmits channel information of the transmission path estimated by the reception-side wireless communication apparatus 3 described later via a separate transmission path (wireless communication path or wired communication path). It shall be acquired from the communication device 3. On the other hand, in the bidirectional communication system using the TDD (Time Division Duplex) method, the transmission path from the wireless communication apparatus 2 to the wireless communication apparatus 3 and the transmission path from the wireless communication apparatus 3 to the wireless communication apparatus 2 are considered to be the same. Then, the channel information of the transmission path may be estimated by the wireless communication device 2 on the transmission side, and this information may be directly acquired and used by the singular value decomposition unit 26.

送信ウェイト部27は、電力配分部25から各固有モードの情報ビットを入力すると共に、特異値分解部26から送信ウェイトFを入力し、情報ビットに送信ウェイトFを乗算し、N本の送信アンテナ28のそれぞれに対応した送信アンテナ系統毎の信号を生成する。これにより、固有モード毎に直交した固有ビームが生成される。また、送信ウェイト部27により生成された信号の放送波は、送信アンテナ系統毎に送信アンテナ28から送信される。   The transmission weight unit 27 receives the information bits of each eigenmode from the power distribution unit 25, receives the transmission weight F from the singular value decomposition unit 26, multiplies the information bits by the transmission weight F, and generates N transmission antennas. A signal for each transmission antenna system corresponding to each of the 28 is generated. Thereby, eigen beams orthogonal to each eigen mode are generated. The broadcast wave of the signal generated by the transmission weight unit 27 is transmitted from the transmission antenna 28 for each transmission antenna system.

このように、ビット・電力配分制御部22により、各固有モードの電力配分後のMERマージンが等しくかつ最大のときの変調方式及び電力配分比率が、ビット誤り率を最小化する際の各固有モードの変調方式及び電力配分比率として決定される。そして、これらの変調方式及び電力配分比率にて、変調処理及び電力配分処理が行われ、送信アンテナ28から放送波が送信される。   In this way, the eigenmodes when the bit error rate is minimized by the modulation scheme and the power distribution ratio when the MER margin after power distribution in each eigenmode is equal and maximum by the bit / power distribution control unit 22 are as follows. Modulation scheme and power distribution ratio. Then, modulation processing and power distribution processing are performed with these modulation schemes and power distribution ratios, and broadcast waves are transmitted from the transmission antenna 28.

〔受信側〕
次に、受信側の無線通信装置3について説明する。受信側の無線通信装置3が送信側の無線通信装置2により送信された放送波を受信すると、無線通信装置3の受信ウェイト部33は、M本の受信アンテナ31を介して、M本の受信アンテナ31のそれぞれに対応した受信アンテナ系統毎の信号を入力すると共に、特異値分解部32から受信ウェイトGを入力する。そして、受信ウェイト部33は、受信アンテナ系統毎の信号に受信ウェイトGを乗算し、固有モード毎の情報ビットを生成する。これにより、固有モード毎に送信された信号が、理想的には干渉を受けることなく検出される。そして、受信ウェイト部33は、各固有モードの情報ビットを復調部34−1〜34−Kに出力する。
〔Receiver〕
Next, the receiving-side wireless communication device 3 will be described. When the reception-side wireless communication device 3 receives a broadcast wave transmitted by the transmission-side wireless communication device 2, the reception weight unit 33 of the wireless communication device 3 receives M receptions via the M reception antennas 31. A signal for each reception antenna system corresponding to each of the antennas 31 is input, and a reception weight G is input from the singular value decomposition unit 32. Then, the reception weight unit 33 multiplies the signal for each reception antenna system by the reception weight G, and generates information bits for each eigenmode. As a result, the signal transmitted for each eigenmode is detected without receiving interference ideally. Then, the reception weight unit 33 outputs information bits of each eigenmode to the demodulation units 34-1 to 34-K.

特異値分解部32は、図1の無線通信装置3において図示しない伝送路推定部が推定した伝送路のチャネル情報を取得する。そして、特異値分解部32は、前記式(1)のとおり、チャネル情報を表すチャネル行列Hを特異値分解して左特異行列Uを求め、前記式(5)のとおり、左特異行列Uの複素共役転置を受信ウェイトGとし、受信ウェイトGを受信ウェイト部33に出力する。   The singular value decomposition unit 32 acquires channel information of a transmission path estimated by a transmission path estimation unit (not shown) in the wireless communication device 3 of FIG. Then, the singular value decomposition unit 32 obtains the left singular matrix U by performing singular value decomposition on the channel matrix H representing the channel information as in the equation (1). The complex conjugate transpose is set as a reception weight G, and the reception weight G is output to the reception weight unit 33.

復調部34−1〜34−Kは、受信ウェイト部33から対応する固有モードの情報ビットをそれぞれ入力し、対応する変調部24−1〜24−Kと同じ変調方式にて独立に復調処理を行い、復調処理後の情報ビットをP/S変換部35に出力する。   The demodulating units 34-1 to 34-K each receive the corresponding eigenmode information bits from the reception weight unit 33, and independently perform demodulation processing in the same modulation scheme as the corresponding modulating units 24-1 to 24-K. Then, the demodulated information bits are output to the P / S converter 35.

尚、復調部34−1〜34−Kは、送信側の無線通信装置2に備えた変調部24−1〜24−Kにて使用した変調方式を、送信側の無線通信装置2から受信したヘッダ等の制御情報から得て保持しているものとする。   Note that the demodulation units 34-1 to 34-K have received the modulation schemes used in the modulation units 24-1 to 24-K included in the transmission-side wireless communication device 2 from the transmission-side wireless communication device 2. It is assumed that it is obtained from control information such as a header and retained.

P/S変換部35は、復調部34−1〜34−Kから固有モードの情報ビットをそれぞれ入力し、K系統の情報ビットをシリアルの情報ビット系列に変換し、元の情報ビット系列として出力する。   The P / S conversion unit 35 receives eigenmode information bits from the demodulation units 34-1 to 34-K, converts the K system information bits into a serial information bit sequence, and outputs it as the original information bit sequence. To do.

このように、送信側の無線通信装置2から送信された放送波が、受信アンテナ31にて受信され、各固有モードのサブストリームに復元され、元の情報ビット系列に復元される。   In this way, the broadcast wave transmitted from the radio communication device 2 on the transmission side is received by the reception antenna 31, restored to the substream of each eigenmode, and restored to the original information bit sequence.

〔ビット・電力配分制御部22〕
次に、図1に示した送信側の無線通信装置2に備えたビット・電力配分制御部22について詳細に説明する。前述のとおり、ビット・電力配分制御部22は、送信側の無線通信装置2から送信される情報ビットの伝送レートが一定(固定)の条件下において、各固有モードの電力配分後のMERマージンが等しくかつ最大のときの変調方式及び電力配分比率を、ビット誤り率を最小化する際の各固有モードの変調方式及び電力配分比率として決定する。
[Bit / Power Distribution Control Unit 22]
Next, the bit / power distribution control unit 22 provided in the transmission-side wireless communication device 2 shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the bit / power distribution control unit 22 determines the MER margin after power distribution in each eigenmode under the condition that the transmission rate of information bits transmitted from the wireless communication device 2 on the transmission side is constant (fixed). The modulation scheme and power distribution ratio when equal and maximum are determined as the modulation scheme and power distribution ratio of each eigenmode when the bit error rate is minimized.

図2は、ビット・電力配分制御部22の構成を示すブロック図であり、図3は、ビット・電力配分制御部22の処理を示すフローチャートである。図2に示すとおり、ビット・電力配分制御部22は、初期MER取得手段11、電力配分算出手段12、MERマージン算出手段13及び変調方式・電力決定手段14を備えている。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the bit / power distribution control unit 22, and FIG. 3 is a flowchart showing processing of the bit / power distribution control unit 22. As shown in FIG. 2, the bit / power distribution control unit 22 includes an initial MER acquisition unit 11, a power distribution calculation unit 12, a MER margin calculation unit 13, and a modulation scheme / power determination unit 14.

以下、図2及び図3を参照して説明する。まず、ビット・電力配分制御部22の初期MER取得手段11は、当該無線通信装置2が各固有モードの信号を同じ電力配分で伝送した場合(固有モード間で送信電力を等しく配分して伝送した場合)の、各固有モードの初期MERμk(=μ1,・・・,μK)を取得する(ステップS301)。例えば、送信アンテナ28の数がN=4、受信アンテナ31の数がM=8の場合、初期MER取得手段11は、K=min(N,M)=4を算出し、K=4の固有モードそれぞれについて初期MERμk(=μ1,μ2,μ3,μ4)を取得する。そして、初期MER取得手段11は、初期MERμk(=μ1,・・・,μK)を電力配分算出手段12に出力する。 Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. First, the initial MER acquisition unit 11 of the bit / power distribution control unit 22 transmits the signal of each eigenmode with the same power distribution when the wireless communication device 2 transmits the transmission power equally between the eigenmodes. ), The initial MER μ k (= μ 1 ,..., Μ K ) of each eigenmode is acquired (step S301). For example, when the number of transmission antennas 28 is N = 4 and the number of reception antennas 31 is M = 8, the initial MER acquisition unit 11 calculates K = min (N, M) = 4, and K = 4 is unique. The initial MER μ k (= μ 1 , μ 2 , μ 3 , μ 4 ) is acquired for each mode. Then, the initial MER acquisition unit 11 outputs the initial MER μ k (= μ 1 ,..., Μ K ) to the power distribution calculation unit 12.

初期MERを取得する手法については、例えば、前記式(1)で得られるチャネル行列Hの特異値の平方が固有モード伝送における各固有モードのチャネル利得を表すことを利用する。すなわち、初期MER取得手段11は、チャネル行列Hの特異値を算出し、特異値の平方を、別途推定したガウス雑音電力で除算し、除算結果の値をMERに換算することにより、初期MERμk(=μ1,・・・,μK)を取得する。 As a method for obtaining the initial MER, for example, it is used that the square of the singular value of the channel matrix H obtained by the equation (1) represents the channel gain of each eigenmode in eigenmode transmission. That is, the initial MER acquisition unit 11 calculates the singular value of the channel matrix H, divides the square of the singular value by the Gaussian noise power estimated separately, and converts the value of the division result into MER, thereby initial MER μ k (= Μ 1 ,..., Μ K ) is acquired.

また、初期MERを取得する手法の他の例として、実際にトレーニング信号を用いて等電力配分時のMERを通信中に測定する手法もある。すなわち、初期MER取得手段11は、各固有モードについて同じ電力配分比率を電力配分部25に出力し、電力配分部25に各固有モードの送信電力を等電力に配分させる。このとき、送信側の無線通信装置2から送信されるトレーニング信号の放送波を受信側の無線通信装置3に受信させ、無線通信装置3に各固有モードのMERを測定させる。そして、無線通信装置2は、無線通信装置3から別途の伝送路を介して各固有モードのMERを受信し、初期MER取得手段11は、受信した各固有モードのMERを、各固有モードの初期MERμk(=μ1,・・・,μK)として取得する。 In addition, as another example of the technique for acquiring the initial MER, there is also a technique of actually measuring the MER at the time of equal power allocation during communication using a training signal. That is, the initial MER acquisition unit 11 outputs the same power distribution ratio for each eigenmode to the power distribution unit 25, and causes the power distribution unit 25 to distribute the transmission power of each eigenmode to equal power. At this time, the broadcast wave of the training signal transmitted from the radio communication device 2 on the transmission side is received by the radio communication device 3 on the reception side, and the radio communication device 3 measures the MER in each eigenmode. Then, the wireless communication device 2 receives the MER of each eigenmode from the wireless communication device 3 via a separate transmission line, and the initial MER acquisition unit 11 converts the received MER of each eigenmode to the initial value of each eigenmode. Acquired as MER μ k (= μ 1 ,..., Μ K ).

ここで、固定の伝送レートを実現する変調方式の組み合わせパターンの数が、B通り存在すると仮定する。図4は、1シンボルあたり合計8ビットを伝送する変調方式の組み合わせの例を示す図であり、固有モードの数がK=3の場合を示している。変調方式として、BPSKから256QAMまでの1ビット刻みの変調方式を利用することを想定すると、伝送レートが等しくなる変調方式の組み合わせは、離散的であり、パラメータB=10通り存在することになる。ここで、変調方式の組み合わせパターン番号b=1,・・・,10とする。   Here, it is assumed that there are B types of combinations of modulation schemes that realize a fixed transmission rate. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of combinations of modulation schemes that transmit a total of 8 bits per symbol, and illustrates a case where the number of eigenmodes is K = 3. Assuming that a 1-bit modulation scheme from BPSK to 256QAM is used as the modulation scheme, combinations of modulation schemes with equal transmission rates are discrete, and there are 10 parameters B = 10. Here, the combination pattern numbers b = 1,.

変調方式が256QAMの場合、変調ビット数は8であり、変調方式が128QAMの場合、変調ビット数は7であり、変調方式が64QAM,32QAM,16QAM,8QAMの場合、変調ビット数はそれぞれ6,5,4,3である。また、変調方式がQPSK,BPSKの場合、変調ビット数はそれぞれ2,1である。   When the modulation method is 256QAM, the number of modulation bits is 8, when the modulation method is 128QAM, the number of modulation bits is 7, and when the modulation method is 64QAM, 32QAM, 16QAM, and 8QAM, the number of modulation bits is 6, respectively. 5,4,3. When the modulation scheme is QPSK or BPSK, the number of modulation bits is 2 or 1, respectively.

尚、k番目の固有モード(第k固有モード)は、第(k+1)固有モードに対してチャネル利得が大きい、または等しいものと仮定する。また、第k固有モードの変調ビット数は、第(k+1)固有モードの変調ビット数よりも常に大きい、または等しいものと仮定する。図4において、「−」は割り当てがないことを示す。つまり、その固有モードは、データの伝送に使用しないことを示す。具体的には、後述する変調方式・電力決定手段14が、その固有モードの電力配分比率に0を設定して電力配分部25に出力することにより、当該固有モードによるデータ伝送は行わないようにする。   It is assumed that the k-th eigenmode (k-th eigenmode) has a channel gain that is greater than or equal to the (k + 1) -th eigenmode. Further, it is assumed that the number of modulation bits in the k-th eigenmode is always greater than or equal to the number of modulation bits in the (k + 1) -th eigenmode. In FIG. 4, “-” indicates that there is no assignment. That is, the eigenmode indicates that it is not used for data transmission. Specifically, the modulation scheme / power determination unit 14 described later sets the power distribution ratio of the eigenmode to 0 and outputs it to the power distribution unit 25 so that data transmission in the eigenmode is not performed. To do.

図2及び図3に戻って、ビット・電力配分制御部22は、初期値である変調方式の組み合わせパターン番号b=1を設定する。そして、ビット・電力配分制御部22は、変調方式の組み合わせパターン番号b(図4の例では、b=1,・・・,10)のそれぞれについて、後述するステップS303〜ステップS306の処理を行うことにより、電力配分比率pk及びMERマージンΔμkを算出する。 2 and 3, the bit / power distribution control unit 22 sets the modulation scheme combination pattern number b = 1, which is an initial value. Then, the bit / power distribution control unit 22 performs processing of steps S303 to S306 described later for each of the modulation scheme combination pattern numbers b (b = 1,..., 10 in the example of FIG. 4). Thus, the power distribution ratio p k and the MER margin Δμ k are calculated.

ビット・電力配分制御部22は、変調方式の組み合わせパターン番号bがパラメータB以下であるか否かを判定する(ステップS302)。ビット・電力配分制御部22は、ステップS302において、変調方式の組み合わせパターン番号bがパラメータB以下であると判定した場合(b=1,・・・,B)、後述するステップS303〜ステップS306の処理により、変調方式の組み合わせパターン番号bについての電力配分比率pk及びMERマージンΔμkを算出する。 The bit / power distribution control unit 22 determines whether or not the combination pattern number b of the modulation scheme is equal to or less than the parameter B (step S302). If the bit / power distribution control unit 22 determines in step S302 that the combination pattern number b of the modulation scheme is equal to or less than the parameter B (b = 1,..., B), the bit / power distribution control unit 22 performs steps S303 to S306 described later. By processing, the power distribution ratio p k and the MER margin Δμ k for the modulation scheme combination pattern number b are calculated.

ビット・電力配分制御部22の電力配分算出手段12及びMERマージン算出手段13は、電力配分後のMERマージン

Figure 2016072680
を設定する(ステップS303)。ここで、
Figure 2016072680
は、電力配分後のMERを示し、μk Lは、MER閾値を示す。つまり、MERマージンΔμkは、電力配分後のMERからMER閾値を減算した減算結果(電力配分後のMERとMER閾値との間の差)で定義される。 The power distribution calculation means 12 and the MER margin calculation means 13 of the bit / power distribution control unit 22
Figure 2016072680
Is set (step S303). here,
Figure 2016072680
Indicates MER after power distribution, and μ k L indicates the MER threshold. That is, the MER margin Δμ k is defined by a subtraction result obtained by subtracting the MER threshold value from the MER after power distribution (difference between the MER after power distribution and the MER threshold value).

ステップS303に示した電力配分後のMER

Figure 2016072680
は、初期MERμkと電力配分後に増減した電力分10logKpkとを加算した結果であり、次式で表される。
Figure 2016072680
ここで、第k固有モードの電力配分比率pkは、前記式(10)を満たす。 MER after power distribution shown in step S303
Figure 2016072680
Is a result of adding the power component 10LogKp k which increases or decreases the initial MERmyu k and power after allocation is expressed by the following equation.
Figure 2016072680
Here, the power distribution ratio p k of the k-th eigenmode satisfies the formula (10).

ステップS303に示したMER閾値μk Lは、加法性白色ガウス雑音環境(AWGN:Additive White Gaussian Noise)下で、ある一定のビット誤り率(BER)を示す変調誤差比(MER)である。図5は、各変調方式におけるMER−BER特性の例を示す図であり、図6は、各変調方式のMER閾値μk Lの例を示す図である。 The MER threshold μ k L shown in step S303 is a modulation error ratio (MER) indicating a certain bit error rate (BER) under an additive white Gaussian noise (AWGN). FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the MER-BER characteristic in each modulation scheme, and FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the MER threshold value μ k L in each modulation scheme.

図5において、縦軸はビット誤り率(BER)を示し、横軸は変調誤差比(MER)[dB]を示す。図5に示すBER=1×10−4に対応する変調誤差率(MER)をMER閾値μk Lとして用い、図6には、BER=1×10−4を設定値としたときの各変調方式のMER閾値μk Lが示されている。 In FIG. 5, the vertical axis represents the bit error rate (BER), and the horizontal axis represents the modulation error ratio (MER) [dB]. The modulation error rate (MER) corresponding to BER = 1 × 10 −4 shown in FIG. 5 is used as the MER threshold μ k L , and FIG. 6 shows each modulation when BER = 1 × 10 −4 is set. The MER threshold μ k L for the scheme is shown.

したがって、MER閾値μk Lは、図5に示したMER−BER特性の例から得られる変調誤差値(MER)であり、第k固有モードに割り当てられた変調方式において、予め設定された値として用いられる。 Therefore, the MER threshold μ k L is a modulation error value (MER) obtained from the example of the MER-BER characteristic shown in FIG. 5, and is a preset value in the modulation scheme assigned to the k-th eigenmode. Used.

尚、前記例では、MER閾値μk Lとして、図5に示したMER−BER特性の例におけるBER=1×10−4に対応する変調誤差率(MER)を用いるようにしたが、MER−BER特性の例における各変調方式の曲線が概ね平行となる区間(例えば、1×10−5<BER<1×10−2の区間)の所定のBERに対応する変調誤差率(MER)を用いるようにしてもよい。この場合、いずれのMER閾値μk Lを用いたとしても、後述するステップS307において決定される変調方式の組み合わせパターン番号b及び電力配分比率pkは、同じになる。 In the above example, the modulation error rate (MER) corresponding to BER = 1 × 10 −4 in the example of the MER-BER characteristic shown in FIG. 5 is used as the MER threshold μ k L. A modulation error rate (MER) corresponding to a predetermined BER in a section (for example, a section of 1 × 10 −5 <BER <1 × 10 −2 ) in which the curves of the respective modulation schemes in the example of the BER characteristic are substantially parallel is used. You may do it. In this case, regardless of which MER threshold value μ k L is used, the modulation scheme combination pattern number b and the power distribution ratio p k determined in step S307 described later are the same.

図2及び図3に戻って、ビット・電力配分制御部22の電力配分算出手段12は、初期MER取得手段11から初期MERμkを入力すると共に、予め設定されたMER閾値μk Lを入力する。 Returning to FIG. 2 and FIG. 3, the power distribution calculating means 12 of the bit and power allocation control unit 22 inputs the initial MERmyu k from an initial MER acquisition unit 11 inputs the MER threshold mu k L set in advance .

ここで、ステップS303にて設定されたMERマージンΔμkに前記式(11)を代入した式を想定すると、MERマージンΔμkを算出するためのパラメータは、MER閾値μk L、初期MERμk、固有モードの数K、及び電力配分比率pkとなる。これらのパラメータのうち、MER閾値μk L、初期MERμk及び固有モードの数Kは定数である。したがって、MERマージンΔμkは、電力配分比率pkのみを変数とした式にて表される。 Here, assuming an equation in which the equation (11) is substituted into the MER margin Δμ k set in step S303, the parameters for calculating the MER margin Δμ k are the MER threshold μ k L , the initial MER μ k , The number of eigenmodes K and the power distribution ratio p k . Among these parameters, the MER threshold μ k L , the initial MER μ k and the number K of eigenmodes are constants. Therefore, the MER margin Δμ k is expressed by an expression using only the power distribution ratio p k as a variable.

電力配分算出手段12は、ステップS303にて設定されたMERマージンΔμkに前記式(11)を代入した式に対し、MER閾値μk L、初期MERμk及び固有モードの数Kを代入することで、電力配分比率pkのみの変数で表したMERマージンΔμkの式を得る。 Power allocation calculating means 12, the formula to obtained by substituting the equation (11) in MER margin [Delta] [mu k set in step S303, by substituting the MER threshold mu k L, initial MERmyu k and the number K of eigenmodes Thus, an expression of the MER margin Δμ k expressed by a variable of only the power distribution ratio p k is obtained.

電力配分算出手段12は、各固有モードにおいて、K個のMERマージンΔμkが等しくなるように、以下の式に示す連立方程式を解くことで、電力配分比率pkを算出する(ステップS304)。i,jは、1〜Kの正の整数を示す。電力配分算出手段12は、算出した電力配分比率pkをMERマージン算出手段13及び変調方式・電力決定手段14に出力する。

Figure 2016072680
The power distribution calculating unit 12 calculates the power distribution ratio p k by solving the simultaneous equations shown in the following equations so that the K MER margins Δμ k are equal in each eigenmode (step S304). i and j are positive integers of 1 to K. The power distribution calculating unit 12 outputs the calculated power distribution ratio p k to the MER margin calculating unit 13 and the modulation scheme / power determining unit 14.
Figure 2016072680

ビット・電力配分制御部22のMERマージン算出手段13は、電力配分算出手段12で算出された電力配分比率pkを入力し、入力した電力配分比率pkを、電力配分比率pkのみの変数で表したMERマージンΔμkの式に代入することで、MERマージンΔμkを算出する(ステップS305)。そして、MERマージン算出手段13は、算出したMERマージンΔμkを変調方式・電力決定手段14に出力する。 The MER margin calculation unit 13 of the bit / power distribution control unit 22 receives the power distribution ratio p k calculated by the power distribution calculation unit 12 and uses the input power distribution ratio p k as a variable only for the power distribution ratio p k. MER margin Δμ k is calculated by substituting it into the equation of MER margin Δμ k expressed by (Step S305). Then, the MER margin calculating unit 13 outputs the calculated MER margin Δμ k to the modulation method / power determining unit 14.

尚、図4に示した例では、変調方式の組み合わせパターン番号b=1の場合、第1固有モードのみを用いることを示し、第2固有モード及び第3固有モードを用いない。この場合、電力配分算出手段12は、第1固有モードに全ての電力を配分したとして、電力配分比率p1=1を算出する。MERマージン算出手段13は、256QAMのMER閾値μ1 L=30.3[dB](図6、第1固有モードの変調方式は256QAM(図4))、初期MERμ1及び固有モードの数K=3とし、電力配分比率p1=1から、MERマージンΔμ1を算出する。 In the example shown in FIG. 4, when the modulation method combination pattern number b = 1, it indicates that only the first eigenmode is used, and the second eigenmode and the third eigenmode are not used. In this case, the power distribution calculation unit 12 calculates the power distribution ratio p 1 = 1 assuming that all power is distributed to the first eigenmode. The MER margin calculation means 13 has a MER threshold value of 256 QAM μ 1 L = 30.3 [dB] (FIG. 6, the modulation method of the first eigenmode is 256 QAM (FIG. 4)), the initial MER μ 1 and the number of eigenmodes K = 3 and the MER margin Δμ 1 is calculated from the power distribution ratio p 1 = 1.

ビット・電力配分制御部22は、変調方式の組み合わせパターン番号bをインクリメントし(ステップS306)、ステップS302へ移行する。そして、変調方式の組み合わせパターン番号bがパラメータB以下である限り(b=1,・・・,B)、前述のステップS303〜ステップS306の処理が行われる。   The bit / power distribution control unit 22 increments the combination pattern number b of the modulation method (step S306), and proceeds to step S302. Then, as long as the modulation scheme combination pattern number b is equal to or smaller than the parameter B (b = 1,..., B), the processing of the above-described steps S303 to S306 is performed.

これにより、変調方式の組み合わせパターン番号b=1,・・・,Bのそれぞれについて、ステップS304にて各固有モードの電力配分比率pkが算出され、ステップS305にて各固有モードのMERマージンΔμkが算出される。 Thus, for each of the modulation scheme combination pattern numbers b = 1,..., B, the power distribution ratio p k of each eigenmode is calculated in step S304, and the MER margin Δμ of each eigenmode in step S305. k is calculated.

図7は、変調方式の組み合わせに対する各固有モードの電力配分比率pk及びMERマージンΔμkを示す図であり、固有モードの数がK=3の場合の例を示している。このデータ群は、変調方式の組み合わせパターン番号b=1,・・・,10のそれぞれについて、電力配分算出手段12によりステップS304にて算出された各固有モードの電力配分比率p1,p2,p3と、MERマージン算出手段13によりステップS305にて算出された各固有モードのMERマージンΔμ1,Δμ2,Δμ3とにより構成される。 FIG. 7 is a diagram showing the power distribution ratio p k and MER margin Δμ k of each eigenmode for a combination of modulation schemes, and shows an example when the number of eigenmodes is K = 3. This data group includes power distribution ratios p 1 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 , p 2 ,. p 3 and the MER margin Δμ 1 , Δμ 2 , Δμ 3 of each eigenmode calculated by the MER margin calculating unit 13 in step S 305.

「−」は、変調方式の割り当てがなく、電力配分算出手段12及びMERマージン算出手段13の算出対象でなかったことを示す。例えば、変調方式の組み合わせパターン番号b=1では、図4に示したとおり、第2固有モード及び第3固有モードには変調方式の割り当てがないから、第2固有モードの電力配分比率p2、第3固有モードの電力配分比率p3、第2固有モードのMERマージンΔμ2及び第3固有モードのMERマージンΔμ3は算出対象でない。また、変調方式の組み合わせパターン番号b=2,3では、図4に示したとおり、第3固有モードには変調方式の割り当てがないから、第3固有モードの電力配分比率p3及び第3固有モードのMERマージンΔμ3は算出対象でない。この場合、電力配分算出手段12は、算出対象でない電力配分比率pkに0を設定し、変調方式・電力決定手段14に出力する。これにより、電力配分部25は、電力配分比率pk=0を入力した固有モードにおいて、情報ビットに0を乗算するから、当該固有モードによるデータ伝送は行われない。 “-” Indicates that no modulation scheme is assigned and the calculation is not performed by the power distribution calculating unit 12 and the MER margin calculating unit 13. For example, when the modulation scheme combination pattern number b = 1, as shown in FIG. 4, there is no modulation scheme assignment in the second eigenmode and the third eigenmode, so the power distribution ratio p 2 of the second eigenmode, The power distribution ratio p 3 of the third eigenmode, the MER margin Δμ 2 of the second eigenmode, and the MER margin Δμ 3 of the third eigenmode are not calculation targets. Also, in the combination pattern numbers b = 2 and 3 of the modulation scheme, as shown in FIG. 4, since there is no modulation scheme assignment in the third eigenmode, the power distribution ratio p 3 of the third eigenmode and the third eigenmode The mode MER margin Δμ 3 is not subject to calculation. In this case, the power distribution calculation unit 12 sets 0 to the power distribution ratio p k that is not a calculation target, and outputs it to the modulation scheme / power determination unit 14. As a result, the power distribution unit 25 multiplies the information bits by 0 in the eigenmode in which the power distribution ratio p k = 0 is input, so that data transmission in the eigenmode is not performed.

図2及び図3に戻って、ビット・電力配分制御部22は、ステップS302において、変調方式の組み合わせパターン番号bがパラメータBを超えていると判定した場合(ステップS302:b>B)、ステップS307へ移行する。   2 and 3, when the bit / power distribution control unit 22 determines that the combination pattern number b of the modulation scheme exceeds the parameter B in step S302 (step S302: b> B), the step The process proceeds to S307.

ビット・電力配分制御部22の変調方式・電力決定手段14は、変調方式の組み合わせパターン番号b毎に、電力配分算出手段12で算出された各固有モードの電力配分比率pkを入力すると共に、MERマージン算出手段13で算出された各固有モードのMERマージンΔμkを入力し、図示しないメモリに格納する。これにより、メモリには、例えば図7に示したデータ群が格納される。 The modulation method / power determination unit 14 of the bit / power distribution control unit 22 inputs the power distribution ratio p k of each eigenmode calculated by the power distribution calculation unit 12 for each combination pattern number b of the modulation method, and enter the MER margin [Delta] [mu k of each eigenmode that is calculated by the MER margin calculating unit 13, and stores in the memory (not shown). Thereby, for example, the data group shown in FIG. 7 is stored in the memory.

変調方式・電力決定手段14は、メモリから、変調方式の組み合わせパターン番号b=1,・・・BのMERマージンΔμkを読み出し、読み出したMERマージンΔμkのうち、最も大きいMERマージン値を持つ変調方式の組み合わせパターン番号bを特定し、特定した変調方式の組み合わせパターン番号bについての各固有モードの電力配分比率pkを特定する。 Modulation scheme and power determination unit 14, from the memory, the combination pattern number b = 1 modulation scheme, reads the MER margin [Delta] [mu k of · · · B, among the read MER margin [Delta] [mu k, has the largest MER margin value The modulation system combination pattern number b is specified, and the power distribution ratio p k of each eigenmode for the specified modulation system combination pattern number b is specified.

ここで、MERマージン値が大きいほど、ビット誤り率が低くなるから、最も大きいMERマージン値を持つ変調方式の組み合わせパターン番号bの変調方式を用いることにより、他の組み合わせパターン番号bの変調方式を用いる場合に比べ、ビット誤り率を小さくすることができる。つまり、全ての組み合わせパターン番号bの変調方式の中で、ビット誤り率を最小化することができる。   Here, since the bit error rate becomes lower as the MER margin value is larger, by using the modulation method of the combination pattern number b of the modulation method having the largest MER margin value, the modulation method of the other combination pattern number b is changed. The bit error rate can be reduced as compared with the case of using it. That is, the bit error rate can be minimized in the modulation schemes of all the combination pattern numbers b.

変調方式・電力決定手段14は、特定した変調方式の組み合わせパターン番号b及び各固有モードの電力配分比率pkを、最適な送信制御パラメータとして決定する(ステップS307)。そして、変調方式・電力決定手段14は、特定した変調方式の組み合わせパターン番号bを変調部24−1〜24−Kに出力すると共に、特定した各固有モードの電力配分比率pkを電力配分部25に出力する。 The modulation scheme / power determination means 14 determines the combination pattern number b of the identified modulation scheme and the power distribution ratio p k of each eigenmode as the optimum transmission control parameters (step S307). Then, the modulation scheme / power determination means 14 outputs the combination pattern number b of the specified modulation scheme to the modulation sections 24-1 to 24-K, and outputs the power distribution ratio p k of each identified eigenmode to the power distribution section. To 25.

これにより、変調部24−1〜24−Kは、変調処理を行う前に、例えば図4に示した変調方式の組み合わせパターン番号bと各固有モードの変調方式とが対応して定義されたテーブルを用いて、変調方式の組み合わせパターン番号bが示す変調方式をそれぞれ特定することができる。また、電力配分部25は、電力配分処理を行う前に、各固有モードの電力配分比率pkを特定することができる。 As a result, the modulation units 24-1 to 24-K define a table in which, for example, the combination pattern number b of the modulation scheme shown in FIG. Can be used to specify the modulation scheme indicated by the combination pattern number b of the modulation scheme. Further, the power distribution unit 25 can identify the power distribution ratio p k of each eigenmode before performing the power distribution process.

以上のように、本発明の実施形態による送信側の無線通信装置2によれば、初期MER取得手段11は、各固有モードの信号を等電力配分で伝送したと仮定した場合の、各固有モードの初期MERμkを取得するようにした。そして、電力配分算出手段12は、変調方式の組み合わせパターン間で伝送レートが等しい組み合わせパターンのそれぞれについて、初期MERμk及び固有モードの数Kを定数とし、また、変調方式の組み合わせパターンに対応するMER閾値μk Lを定数とし、電力配分比率pkのみの変数で表した電力配分後のMERマージンΔμkの式を求め、各固有モードにおいて、K個のMERマージンΔμkが等しくなるように、電力配分比率pkを算出する。MERマージン算出手段13は、変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、電力配分算出手段12により算出された電力配分比率pkを、電力配分比率pkのみの変数で表したMERマージンΔμkの式に代入することで、MERマージンΔμkを算出する。 As described above, according to the wireless communication device 2 on the transmission side according to the embodiment of the present invention, the initial MER acquisition unit 11 assumes that each eigenmode is assumed to have been transmitted with equal power distribution. The initial MERμ k was obtained. Then, the power distribution calculation means 12 sets the initial MER μ k and the number K of eigenmodes as constants for each combination pattern having the same transmission rate between the modulation scheme combination patterns, and also the MER corresponding to the modulation scheme combination pattern. Using the threshold μ k L as a constant, an expression of the MER margin Δμ k after power distribution represented by a variable of only the power distribution ratio p k is obtained, and in each eigenmode, the K MER margins Δμ k are equal. The power distribution ratio p k is calculated. The MER margin calculation unit 13 converts the power distribution ratio p k calculated by the power distribution calculation unit 12 for each combination pattern of the modulation scheme into an expression of a MER margin Δμ k that is represented by a variable of only the power distribution ratio p k. By substituting, the MER margin Δμ k is calculated.

そして、変調方式・電力決定手段14は、MERマージン算出手段13により算出された変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについてのMERマージンΔμkのうち、最も大きいMERマージン値を持つ変調方式の組み合わせパターンを特定し、特定した変調方式の組み合わせパターンについて、電力配分算出手段12により算出された各固有モードの電力配分比率pkを特定し、特定した変調方式の組み合わせパターン及び各固有モードの電力配分比率pkを、最適な送信制御パラメータとして決定する。 Then, the modulation scheme / power determination unit 14 specifies the combination pattern of the modulation scheme having the largest MER margin value among the MER margins Δμ k for each of the modulation scheme combination patterns calculated by the MER margin calculation unit 13. Then, for the combination pattern of the specified modulation scheme, the power distribution ratio p k of each eigenmode calculated by the power distribution calculating unit 12 is specified, and the combination pattern of the specified modulation scheme and the power distribution ratio p k of each eigenmode Are determined as the optimum transmission control parameters.

変調部24−1〜24−Kは、変調方式・電力決定手段14により決定された変調方式の組み合わせパターンが示す変調方式にて、固有モード毎に変調処理を行い、電力配分部25は、変調方式・電力決定手段14により決定された電力配分比率pkにて、固有モード毎に送信電力の配分を行う。 The modulation units 24-1 to 24-K perform modulation processing for each eigenmode in the modulation scheme indicated by the modulation scheme combination pattern determined by the modulation scheme / power determination unit 14, and the power distribution unit 25 performs modulation. Transmission power is distributed for each eigenmode at the power distribution ratio p k determined by the scheme / power determination means 14.

これにより、電力配分後のMERマージンΔμkが固有モード間で等しくなることを条件として電力配分比率pkが決定されるから、当該電力配分比率pkは一意に決定され、演算負荷を下げることができる。また、電力配分後のMERマージンΔμkが最大となる各固有モードの変調方式の組み合わせが特定されるから、特定された各固有モードの変調方式及び電力配分比率pkを用いて送信処理が行われた場合、受信側におけるビット誤り率は、変調方式の組み合わせパターンの中で最小になる。これは、全ての固有モードにおいて、同じビット誤り率となる伝送品質を実現することができ、MERマージン値が大きいほどビット誤り率が低くなることから、電力配分後のMERマージンΔμkが最大となるときの変調方式及び電力配分比率pkを用いることにより、結果として、送受信対象の情報ビット系列におけるビット誤り率が最小になるからである。 As a result, the power distribution ratio p k is determined on condition that the MER margin Δμ k after power distribution becomes equal between the eigenmodes. Therefore, the power distribution ratio p k is uniquely determined to reduce the calculation load. Can do. Further, since the combination of modulation schemes for each eigenmode that maximizes the MER margin Δμ k after power distribution is specified, transmission processing is performed using the modulation scheme and power distribution ratio p k for each specified eigenmode. In this case, the bit error rate on the receiving side is the smallest among the combination patterns of the modulation schemes. This is because transmission quality with the same bit error rate can be realized in all eigenmodes, and the bit error rate decreases as the MER margin value increases, so that the MER margin Δμ k after power distribution is maximized. by using the modulation scheme and power distribution ratio p k when made, as a result, because the bit error rate of the information bit sequence transmission and reception target is minimized.

また、前述の特許文献1の手法では、注水定理に基づく適用制御方式によるものであるから、実システムのように、変調ビット数が離散的な組み合わせしかもたない場合に、伝送特性の観点及びハードウェア実装の容易さの観点で不十分であった。これに対し、本発明の実施形態では、変調ビット数が離散的な組み合わせの場合に処理負荷が低減される点で有効であり、実システムを対象とし、かつハードウェアの実装に適した適応制御を実現することができる。また、前述の特許文献2及び非特許文献1の手法では、複雑なビット誤り率の近似式を用いた計算、総スループット等の計算等を、電力配分比率を少しずつ変えて行う必要があることから、複雑な演算が必要であった。これに対し、本発明の実施形態では、電力配分比率を一意に決定でき、前記式(11)(12)等の四則演算、代入処理等の図3に示した処理を行えばよく、複雑な演算が不要であるから、演算量が少なく処理負荷が低くて済む。   Further, since the method of Patent Document 1 described above is based on an application control method based on the water injection theorem, when the number of modulation bits has only a discrete combination as in an actual system, the viewpoint of transmission characteristics and hardware In view of the ease of hardware implementation. In contrast, the embodiment of the present invention is effective in that the processing load is reduced when the number of modulation bits is a discrete combination, and is an adaptive control that is intended for a real system and suitable for hardware implementation. Can be realized. Further, in the methods of Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 described above, it is necessary to perform calculations using complex bit error rate approximation formulas, calculations of total throughput, etc., by changing the power distribution ratio little by little. Therefore, complicated operations were necessary. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the power distribution ratio can be uniquely determined, and the processes shown in FIG. 3 such as the four arithmetic operations such as the formulas (11) and (12) and the substitution process may be performed. Since no calculation is required, the amount of calculation is small and the processing load is low.

したがって、MIMO固有モード伝送方式において、ビット誤り率を最小化する変調ビット数の組み合わせ及び送信電力の配分を、各固有モードの電力配分後のMERマージンが等しくかつ最大となる組み合わせであるとすることができる。つまり、ビット誤り率を最小化するための、各固有モードへ割り当てる変調ビット数の組み合わせ及び送信電力の配分を、少ない演算量で容易に求めることができる。   Therefore, in the MIMO eigenmode transmission scheme, the combination of the number of modulation bits that minimizes the bit error rate and the transmission power distribution are combinations in which the MER margin after power distribution in each eigenmode is equal and maximized. Can do. That is, the combination of the number of modulation bits to be allocated to each eigenmode and the distribution of transmission power for minimizing the bit error rate can be easily obtained with a small amount of calculation.

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施形態では、送信側の無線通信装置2に備えたビット・電力配分制御部22の初期MER取得手段11は、各固有モードの信号を等電力配分で伝送したと仮定した場合の、各固有モードの初期MERμk(=μ1,・・・,μ)を取得するために、例えば、前記式(1)で得られるチャネル行列Hの特異値の平方が固有モード伝送における各固有モードのチャネル利得を表すことを利用する手法、または、実際にトレーニング信号を用いて等電力配分時のMERを通信中に測定する手法を用いるようにした。本発明は、初期MERμk(μ1,・・・,μ)を取得する手法を限定するものではなく、他の手法を用いるようにしてもよい。 The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the technical idea thereof. In the above-described embodiment, the initial MER acquisition unit 11 of the bit / power distribution control unit 22 included in the wireless communication device 2 on the transmission side assumes that each eigenmode signal is transmitted with equal power distribution. In order to obtain the initial MER μ k (= μ 1 ,..., Μ K ) of the mode, for example, the square of the singular values of the channel matrix H obtained by the above equation (1) is the eigenmode transmission in the eigenmode transmission. A method using the channel gain is used, or a method of actually measuring the MER at the time of equal power allocation using a training signal during communication. The present invention does not limit the method of acquiring the initial MER μ k1 ,..., Μ K ), and other methods may be used.

1 伝送システム
2,3 無線通信装置
11 初期MER取得手段
12 電力配分算出手段
13 MERマージン算出手段
14 変調方式・電力決定手段
21 S/P変換部
22 ビット・電力配分制御部
23 変調・電力配分部
24−1〜24−K 変調部
25 電力配分部
26,32 特異値分解部
27 送信ウェイト部
28 送信アンテナ
31 受信アンテナ
33 受信ウェイト部
34−1〜34−K 復調部
35 P/S変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission system 2 and 3 Wireless communication apparatus 11 Initial MER acquisition means 12 Power distribution calculation means 13 MER margin calculation means 14 Modulation method / power determination means 21 S / P conversion section 22 Bit / power distribution control section 23 Modulation / power distribution section 24-1 to 24-K Modulation unit 25 Power distribution unit 26, 32 Singular value decomposition unit 27 Transmission weight unit 28 Transmission antenna 31 Reception antenna 33 Reception weight unit 34-1 to 34-K Demodulation unit 35 P / S conversion unit

Claims (4)

送信対象の情報ビット系列を各固有モードに振り分け、各固有モードの情報ビットを所定の変調方式にて変調し、所定の電力配分にて前記情報ビットの送信電力を配分し、MIMO伝送方式にて送信するMIMO固有モード伝送システムの無線通信装置において、
各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分を決定する変調方式・電力配分決定部と、
前記情報ビット系列が各固有モードに振り分けられた情報ビットを、前記変調方式・電力配分決定部により決定された各固有モードの前記変調方式にてそれぞれ変調する変調部と、
前記変調部により変調された各固有モードの情報ビットの送信電力を、前記変調方式・電力配分決定部により決定された各固有モードの前記電力配分にて配分する電力配分部と、を備え、
前記変調方式・電力配分決定部は、
各固有モードの変調方式の組み合わせパターンであって、伝送レートが等しい組み合わせパターンのそれぞれについて、所定のビット誤り率に対して予め設定された変調誤差比を示すMER閾値と、前記MIMO固有モード伝送システムにおいて前記送信電力を配分した後の変調誤差比との間の差を示すMERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する電力配分算出手段と、
前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記電力配分算出手段により算出された各固有モードの電力配分を用いて、前記送信電力を配分した後の各固有モードのMERマージンを算出するMERマージン算出手段と、
前記MERマージン算出手段により算出された各固有モードのMERマージンのうち、最も大きいMERマージンの値を持つ各固有モードの変調方式の組み合わせ及び電力配分を、各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分として決定する変調方式・電力決定手段と、を備えたことを特徴とする無線通信装置。
The information bit sequence to be transmitted is allocated to each eigenmode, the information bits of each eigenmode are modulated by a predetermined modulation scheme, the transmission power of the information bits is allocated by a predetermined power allocation, and the MIMO transmission scheme is used. In the wireless communication device of the MIMO eigenmode transmission system to transmit,
A modulation scheme and a power allocation determination unit for determining the modulation scheme and the power allocation to be assigned to each eigenmode;
A modulation unit that modulates the information bits in which the information bit sequence is allocated to each eigenmode, using the modulation scheme of each eigenmode determined by the modulation scheme / power distribution determination unit;
A power distribution unit that distributes the transmission power of information bits of each eigenmode modulated by the modulation unit in the power distribution of each eigenmode determined by the modulation scheme / power distribution determination unit, and
The modulation method / power distribution determination unit
A MER threshold indicating a modulation error ratio set in advance with respect to a predetermined bit error rate for each combination pattern of modulation schemes of each eigenmode and having the same transmission rate, and the MIMO eigenmode transmission system Power distribution calculating means for calculating the power distribution of each eigenmode so that the MER margin indicating the difference between the modulation error ratio after allocating the transmission power in FIG.
MER margin calculating means for calculating the MER margin of each eigenmode after allocating the transmission power, using the power distribution of each eigenmode calculated by the power distribution calculating means for each of the combination patterns of the modulation schemes. When,
Of the MER margin of each eigenmode calculated by the MER margin calculating means, the modulation scheme and the power for allocating the combination and power distribution of each eigenmode having the largest MER margin value to each eigenmode. A wireless communication apparatus comprising: a modulation method / power determination means for determining distribution.
請求項1に記載の無線通信装置において、
前記変調方式・電力配分決定部は、
さらに、前記固有モード間で前記送信電力を等しく配分したときの変調誤差比を、各固有モードの初期MERとして取得する初期MER取得手段を備え、
前記電力配分算出手段は、
前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記初期MER取得手段により取得された各固有モードの初期MER、前記固有モードの数、前記MER閾値及び前記電力配分をパラメータとする前記MERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する、ことを特徴とする無線通信装置。
The wireless communication device according to claim 1,
The modulation method / power distribution determination unit
Furthermore, it comprises an initial MER acquisition means for acquiring a modulation error ratio when the transmission power is equally distributed among the eigenmodes as an initial MER of each eigenmode,
The power distribution calculating means includes
For each combination pattern of the modulation scheme, the initial MER of each eigenmode acquired by the initial MER acquisition unit, the number of eigenmodes, the MER threshold, and the MER margin using the power distribution as parameters are respectively A wireless communication apparatus that calculates power distribution of each eigenmode so as to be equal in each mode.
請求項2に記載の無線通信装置において、
前記固有モードの数をK(正の整数)、前記固有モードの番号をk(正の整数)、前記各固有モードの電力配分の比率をpk、前記初期MER取得手段により取得された各固有モードの初期MERをμk、前記各固有モードのMER閾値をμk Lとし、前記各固有モードの電力配分の比率pkを合計した値を1とし、前記送信電力を配分した後の各固有モードの変調誤差比を
Figure 2016072680
とし、前記各固有モードの前記MERマージンを
Figure 2016072680
とする、ことを特徴とする無線通信装置。
The wireless communication device according to claim 2,
The number of the eigenmodes is K (positive integer), the eigenmode number is k (positive integer), the power distribution ratio of each eigenmode is p k , and each eigenmode acquired by the initial MER acquisition unit The initial MER of the mode is μ k , the MER threshold value of each eigenmode is μ k L , the total power distribution ratio p k of each eigenmode is 1, and each eigen after the transmission power is allocated Modulation error ratio of mode
Figure 2016072680
And the MER margin for each eigenmode
Figure 2016072680
A wireless communication device characterized by that.
送信対象の情報ビット系列を各固有モードに振り分け、各固有モードの情報ビットを所定の変調方式にて変調し、所定の電力配分にて前記情報ビット送信電力を配分し、MIMO伝送方式にて送信するMIMO固有モード伝送システムの無線通信方法において、
各固有モードの変調方式の組み合わせパターンであって、伝送レートが等しい組み合わせパターンのそれぞれについて、所定のビット誤り率に対して予め設定された変調誤差比を示すMER閾値と、前記MIMO固有モード伝送システムにおいて前記送信電力を配分した後の変調誤差比との間の差を示すMERマージンが、各固有モードにて等しくなるように、各固有モードの電力配分を算出する第1のステップと、
前記変調方式の組み合わせパターンのそれぞれについて、前記第1のステップにて算出した各固有モードの電力配分を用いて、前記送信電力を配分した後の各固有モードのMERマージンを算出する第2のステップと、
前記第2のステップにて算出した各固有モードのMERマージンのうち、最も大きいMERマージンの値を持つ各固有モードの変調方式の組み合わせ及び電力配分を、各固有モードへ割り当てる前記変調方式及び前記電力配分として決定する第3のステップと、
前記情報ビット系列が各固有モードに振り分けられた情報ビットを、前記第3のステップにて決定した各固有モードの前記変調方式にてそれぞれ変調する第4のステップと、
前記変調後の各固有モードの情報ビットの送信電力を、前記第3のステップにて決定した各固有モードの前記電力配分にて配分する第5のステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
The information bit sequence to be transmitted is allocated to each eigenmode, the information bits of each eigenmode are modulated by a predetermined modulation scheme, the information bit transmission power is allocated by a predetermined power distribution, and transmitted by a MIMO transmission scheme In the wireless communication method of the MIMO eigenmode transmission system,
A MER threshold indicating a modulation error ratio set in advance with respect to a predetermined bit error rate for each combination pattern of modulation schemes of each eigenmode and having the same transmission rate, and the MIMO eigenmode transmission system A first step of calculating a power distribution of each eigenmode so that a MER margin indicating a difference between the modulation error ratio after the transmission power is allocated in the eigenmode is equal in each eigenmode;
Second step of calculating the MER margin of each eigenmode after allocating the transmission power using the power distribution of each eigenmode calculated in the first step for each of the combination patterns of the modulation schemes. When,
Among the MER margins of the respective eigenmodes calculated in the second step, the modulation scheme and the power for allocating the combination and power distribution of the modulation modes of each eigenmode having the largest MER margin value to each eigenmode. A third step to determine the distribution;
A fourth step of modulating the information bits in which the information bit sequence is assigned to each eigenmode, respectively, with the modulation scheme of each eigenmode determined in the third step;
A fifth step of allocating the transmission power of information bits of each eigenmode after modulation in the power distribution of each eigenmode determined in the third step;
A wireless communication method comprising:
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