JP2018110311A

JP2018110311A - Radio signal transmission/reception device, radio signal transmission method, and program

Info

Publication number: JP2018110311A
Application number: JP2016256887A
Authority: JP
Inventors: 海林; Umi Hayashi
Original assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University PUC
Current assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University PUC
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-12

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio signal transmission/reception device capable of acquiring information on a propagation path with a communication partner for performing beam forming at low costs.SOLUTION: A radio signal transmission/reception device for transmitting and receiving a radio signal by using M antennas comprises: a propagation path estimation part for calculating propagation path estimation values of L continuous antennas among the M antennas; and a beam component calculation part for converting the propagation path estimation values of the L continuous antennas into M beam components, and for extracting main components from the M beam components.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、無線信号送受信装置、無線信号送受信方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a radio signal transmission / reception device, a radio signal transmission / reception method, and a program.

現在、５Ｇとも呼ばれる第５世代の移動体通信システムに、多数のアンテナ素子を並べた超多素子アンテナを用いて、アンテナ指向性を適応的に制御する技術を採用することが検討されている。
非特許文献１では、超多素子アンテナを用いた送信機を低コストで実現するために、デジタルプリコーディングと、アナログビームフォーミングとを組み合わせたハイブリッドビームフォーミングが記載されている。ハイブリッドビームフォーミングでは、デジタルプリコーディングにより生成された各ビームの信号を、無線回路内の可変位相器を用いてビームフォーミング処理することで、アンテナ素子数分の信号を生成する。このため、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路；Digital to Analog Converter）、アップコンバータなどを、アンテナ素子数よりも少ないビーム数分だけにすることができる。
また、特許文献１には、この超多素子アンテナを用いてアンテナ指向性を制御することで、ビームにより空間を分割して多元接続を行う技術が記載されている。 Currently, it is considered to adopt a technology for adaptively controlling the antenna directivity using a super multi-element antenna in which a large number of antenna elements are arranged in a fifth generation mobile communication system also called 5G.
Non-Patent Document 1 describes hybrid beam forming that combines digital precoding and analog beam forming in order to realize a transmitter using a super multi-element antenna at low cost. In hybrid beamforming, signals of each beam generated by digital precoding are subjected to beamforming processing using a variable phase shifter in a radio circuit, thereby generating signals for the number of antenna elements. For this reason, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), DAC (Digital to Analog Converter; Digital to Analog Converter), up-converter, etc. can be reduced to the number of beams smaller than the number of antenna elements.
Patent Document 1 describes a technique for performing multiple access by dividing a space by a beam by controlling antenna directivity using this super multi-element antenna.

特表２０１０−５０３３６５号公報Special table 2010-503365

須山聡、他、“５Ｇマルチアンテナ技術”、ＮＴＴドコモ、テクニカル・ジャーナルＶｏｌ．２３Ｎｏ．４、ｐ．３０−３９Satoshi Suyama, et al., “5G Multi-Antenna Technology”, NTT DoCoMo, Technical Journal Vol. 23 No. 4, p. 30-39

しかしながら、超多素子アンテナを用いたビームフォーミングにおいては、ビームフォーミングするために通信相手との間の伝搬路に関する情報（位置関係、あるいは伝搬路推定値など）を取得する必要があるが、全てのアンテナ素子による受信信号を用いようとすると、アンテナ素子数分の受信回路が必要になり高コストになってしまうという問題がある。 However, in beam forming using a super multi-element antenna, it is necessary to acquire information on a propagation path with a communication partner (positional relationship, propagation path estimation value, etc.) in order to perform beam forming. If it is going to use the received signal by an antenna element, there exists a problem that the receiving circuit for the number of antenna elements will be needed and will become high-cost.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ビームフォーミングするための通信相手との間の伝搬路に関する情報を低コストで取得することができる無線信号送受信装置、無線信号送受信方法、およびプログラムを提供する。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a radio signal transmission / reception apparatus, a radio signal transmission / reception method, and a radio signal transmission / reception method capable of acquiring information on a propagation path with a communication partner for beam forming at a low cost, And provide programs.

（１）この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送受信する無線信号送受信装置であって、前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部と、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部とを備える、無線信号送受信装置である。 (1) The present invention has been made to solve the above-described problems, and one aspect of the present invention is a radio signal transmitting / receiving apparatus that transmits and receives a radio signal using a plurality of antenna elements, the plurality of antennas. Of the elements, a propagation path estimation unit that calculates propagation path estimation values of L consecutive antenna elements, and converts the propagation path estimation values of the L consecutive antenna elements into M beam components greater than L. And a beam component calculation unit that extracts a principal component from the M beam components.

（２）また、本発明の他の態様は、上述した無線信号送受信装置であって、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、Ｍ−Ｌ個の成分を、０でパディングした後、ＭポイントのＦＦＴを行うことにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う。 (2) Further, another aspect of the present invention is the above-described radio signal transmitting / receiving apparatus, in which M−L components are set to 0 with respect to the propagation path estimation values of the continuous L antenna elements. After the padding, the M-point FFT is performed to convert the propagation path estimated values of the L consecutive antenna elements into M beam components.

（３）また、本発明の他の態様は、上述したいずれかの無線信号送受信装置であって、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、ＬポイントのＦＦＴを行った後、内挿することにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う。 (3) According to another aspect of the present invention, any one of the wireless signal transmitting / receiving apparatuses described above, wherein L-point FFT is performed on propagation path estimation values of the continuous L antenna elements. Thereafter, the interpolation is performed to convert the channel estimation values of the L consecutive antenna elements into M beam components.

（４）また、本発明の他の態様は、上述した無線信号送受信装置であって、前記主成分が対応するビーム方向の受信信号を、前記複数のアンテナ素子の受信信号から抽出するコンバイン部を備え、前記伝搬路推定部は、前記主成分が対応するビーム方向の受信信号に基づき、前記主成分が対応するビーム方向のビーム成分を算出する。 (4) According to another aspect of the present invention, there is provided the above-described radio signal transmitting / receiving apparatus including a combiner that extracts a reception signal in a beam direction corresponding to the main component from reception signals of the plurality of antenna elements. The propagation path estimation unit calculates a beam component in a beam direction corresponding to the principal component based on a reception signal in a beam direction corresponding to the principal component.

（５）また、本発明の他の態様は、複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送信する無線信号送信方法であって、前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する第１の過程と、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出する第２の過程とを有する、無線信号送信方法である。 (5) According to another aspect of the present invention, there is provided a radio signal transmission method for transmitting a radio signal using a plurality of antenna elements, and propagation of L consecutive antenna elements among the plurality of antenna elements. A first step of calculating a path estimation value, and converting a propagation path estimation value of the continuous L antenna elements into M beam components greater than L, and extracting principal components from the M beam components A wireless signal transmission method comprising: a second step of:

（６）また、本発明の他の態様は、コンピュータを、複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部として機能させるためのプログラムである。 (6) According to another aspect of the present invention, there is provided a computer, a propagation path estimation unit that calculates a propagation path estimated value of L antenna elements that are continuous among a plurality of antenna elements, and the L antennas that are continuous. This is a program for converting an element propagation path estimation value into M beam components larger than L and functioning as a beam component calculation unit for extracting principal components from the M beam components.

この発明によれば、ビームフォーミングするための通信相手との間の伝搬路に関する情報を低コストで取得することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain information on a propagation path with a communication partner for beam forming at a low cost.

この発明の第１の実施形態による移動体通信システム１の構成を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing a configuration of a mobile communication system 1 according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態による基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 10 by the embodiment. 同実施形態による送信処理部１１の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the transmission process part 11 by the embodiment. 同実施形態による受信処理部１３の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the reception process part 13 by the embodiment. 同実施形態による推定値拡張部１４４による伝搬路の推定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the estimation method of the propagation path by the estimated value expansion part 144 by the embodiment. この発明の第２の実施形態による基地局装置１０ａの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 10a by 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態による受信処理部１３ａの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the reception process part 13a by the embodiment. 同実施形態によるビーム成分算出部１４５によるビーム情報Ｂ_ｋの生成方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the production _| generation method of the beam information Bk by the beam component calculation part 145 by the embodiment. この発明の第３の実施形態による受信処理部１３ｂの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the reception process part 13b by 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態によるアナログコンバイン部１４６の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the analog combine part 146 by the embodiment. 同実施形態による推定制御部１４７の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the estimation control part 147 by the embodiment. 同実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the embodiment.

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による移動体通信システム１の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態における移動体通信システム１は、基地局装置１０（無線信号送受信装置）と、複数の移動局装置２０とを含む。基地局装置１０は、Ｍ個のアンテナ素子からなる超多素子アンテナを用いて、移動局装置２０各々と無線信号を送受信する。なお、移動体通信システム１は、ＴＤＤ（時分割複信；Time Division Duplex）方式で、基地局装置１０と移動局装置２０とが通信するシステムである。すなわち、移動体通信システム１では、基地局装置１０から移動局装置２０へ送信する下りリンクの通信と、移動局装置２０から基地局装置１０へ送信する上りリンクの通信とで同じ周波数帯が用いられる。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a mobile communication system 1 according to the first embodiment of the present invention. The mobile communication system 1 in the present embodiment includes a base station apparatus 10 (radio signal transmitting / receiving apparatus) and a plurality of mobile station apparatuses 20. Base station apparatus 10 transmits and receives radio signals to and from mobile station apparatus 20 using a super multi-element antenna composed of M antenna elements. The mobile communication system 1 is a system in which the base station apparatus 10 and the mobile station apparatus 20 communicate with each other using a TDD (Time Division Duplex) method. That is, in the mobile communication system 1, the same frequency band is used for downlink communication transmitted from the base station apparatus 10 to the mobile station apparatus 20 and uplink communication transmitted from the mobile station apparatus 20 to the base station apparatus 10. It is done.

図２は、本実施形態による基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置１０は、送信処理部１１、ＵＬＡアンテナ部１２、受信処理部１３、制御部１４を含む。本実施形態における基地局装置１０は、ビームフォーミングするための通信相手（移動局装置２０）との間の伝搬路に関する情報として、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を示す伝搬路情報Ｅ_Ｍを用いる。 FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the base station apparatus 10 according to the present embodiment. The base station apparatus 10 includes a transmission processing unit 11, a ULA antenna unit 12, a reception processing unit 13, and a control unit 14. The base station apparatus 10 according to the present embodiment uses propagation path information E _M indicating propagation path estimated values of M antenna elements as information on a propagation path with a communication partner (mobile station apparatus 20) for beam forming. Is used.

送信処理部１１は、Ｋ個のストリームの送信データＴ_Ｄに対して送信処理を行ない、アンテナ素子数Ｍの送信信号Ｔ_Ｓを生成し、ＵＬＡアンテナ部１２を介して送信する。この送信処理において、送信処理部１１は、制御部１４にから入力されたデジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを用いたプリコーディングを行う。なお、Ｋ個のストリームは、それぞれ、例えば、複数の移動局装置２０のうちの一つに対応している。送信処理部１１の詳細は、後述する。 Transmission processing unit 11 performs a transmission processing on the transmission data T _D of the K streams to generate a transmission signal T _S of the number of antenna elements M, transmits through the ULA antenna unit 12. In this transmission processing, the transmission processing unit 11 performs precoding using the digital precode information P1 input from the control unit 14 and the analog precode information P2. Each of the K streams corresponds to one of the plurality of mobile station apparatuses 20, for example. Details of the transmission processing unit 11 will be described later.

ＵＬＡ（Uniform Linear Array；等間隔直線アレイ）アンテナ部１２は、Ｍ個のアンテナ素子が等間隔で直線状に配置されたアレイアンテナである。ＵＬＡアンテナ部１２は、送信信号Ｔ_Ｓの複数の移動局装置２０への送信と、受信信号Ｒ_Ｓの複数の移動局装置２０からの受信とに用いられる。なお、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子のそれぞれは、送信処理部１１が生成したＭ個の送信信号Ｔ_Ｓのうちの対応するものの送信に用いられる。また、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の受信信号が、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓとして受信処理部１３に入力される。 The ULA (Uniform Linear Array) antenna unit 12 is an array antenna in which M antenna elements are linearly arranged at equal intervals. ULA antenna unit 12 is used for the transmission to the plurality of mobile station devices 20 of the transmission signal T _S, and reception from a plurality of mobile station devices 20 of the received signal R _S. Note that each of the M antenna elements of ULA antenna unit 12, used for transmitting a corresponding one of the transmission signal T _S of the M transmission processing unit 11 has generated. Further, among the M antenna elements of the ULA antenna unit 12, reception signals of consecutive L antenna elements are input to the reception processing unit 13 as L reception signals R _S.

受信処理部１３は、ＵＬＡアンテナ部１２を介して受信したＬ個の受信信号Ｒ_Ｓに対する受信処理を行ない、各移動局装置２０からの受信データＲ_Ｄを得る。また、受信処理部１３は、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓに基づき、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子各々と、移動局装置２０の各々との間の伝搬路を推定し、これらの伝搬路の伝搬路情報Ｅ_Ｍを得る。受信処理部１３の詳細は後述する。 The reception processing unit 13 performs reception processing on the L reception signals _RS received via the ULA antenna unit 12 and obtains reception data _RD from each mobile station apparatus 20. Further, the reception processing unit 13, based on the L received signals R _S, to estimate the respective M antenna elements of ULA antenna unit 12, a channel between each mobile station device 20, these propagation obtaining channel information E _M of the road. Details of the reception processing unit 13 will be described later.

制御部１４は、受信処理部１３が推定した伝搬路情報Ｅ_Ｍに基づき、送信処理部１１におけるデジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとを、それぞれ指定するデジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを生成する。なお、移動体通信システム１では、上りリンクと下りリンクとで同じ周波数帯を用いているので、上りリンクの伝搬路と、下りリンクの伝搬路とは同じであると仮定することで、伝搬路情報Ｅ_Ｍに基づき、下りリンクのプリコーディングを決定することができる。 Control unit 14, based on the channel information E _M reception processing unit 13 is estimated, a digital pre-coding in the transmission processing unit 11, an analog pre-coding, a digital pre-code information P1 for designating each analog precoding information P2 is generated. Since the mobile communication system 1 uses the same frequency band for the uplink and the downlink, it is assumed that the uplink propagation path is the same as the downlink propagation path. Based on the information E _M , downlink precoding can be determined.

図３は、本実施形態による送信処理部１１の構成を示す概略ブロック図である。送信処理部１１は、符号化・変調部１１１、デジタルプリコーダ部１１２、下り無線部１１３、アナログプリコーダ部１１４を含む。符号化・変調部１１１は、Ｋ個のストリームの送信データＴ_Ｄをそれぞれ、伝搬路符号化、およびデジタル変調することで、ストリーム信号を生成する。デジタルプリコーダ部１１２は、デジタルプリコード情報Ｐ１に基づき、符号化・変調部１１１が生成したストリーム信号にデジタルプリコーディング処理を行なう。デジタルプリコーダ部１１２は、このデジタルプリコーディング処理により、ビーム数Ｌ個の周波数領域信号Ｐ_Ｓを生成する。例えば、デジタルプリコード情報Ｐ１は、デジタルプリコーディング処理に用いられる、プリコーディング行列を示す情報である。 FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the transmission processing unit 11 according to the present embodiment. The transmission processing unit 11 includes an encoding / modulation unit 111, a digital precoder unit 112, a downlink radio unit 113, and an analog precoder unit 114. Encoding and modulating unit 111, respectively transmit data T _D of the K streams, channel coding, and by digital modulation to generate a stream signal. The digital precoder 112 performs a digital precoding process on the stream signal generated by the encoder / modulator 111 based on the digital precode information P1. Digital pre-coder 112, a digital pre-coding process to generate the number of beams L frequency domain signal P _S. For example, the digital precoding information P1 is information indicating a precoding matrix used for digital precoding processing.

下り無線部１１３は、ビーム数Ｌ個の送信用のＲＦチェイン（RF（Radio Frequency） Chain）を有する。Ｌ個のＲＦチェインの各々は、Ｌ個の周波数領域信号Ｐ_Ｓのうち、そのＲＦチェインに対応するものから無線周波数信号を生成する。すなわち、下り無線部１１３は、デジタルプリコーダ部１１２が生成したビーム数Ｌ個の周波数領域信号Ｐ_Ｓの各々に対して、逆フーリエ変換、デジタルアナログ変換、無線周波数へのアップコンバートなどを行うことで、Ｌ個の無線周波数信号を生成する。 The downlink radio unit 113 has a transmission RF chain (RF (Radio Frequency) Chain) with L beams. Each of the L RF chain, among the L frequency-domain signal P _S, generates the radio frequency signals from those corresponding to the RF chain. That is, the downlink radio unit 113, for each of the digital pre-coder 112 the number of beams generated the L frequency-domain signal P _S, inverse Fourier transform, a digital-analog conversion, by performing such up-conversion to radio frequency Thus, L radio frequency signals are generated.

アナログプリコーダ部１１４は、アナログプリコード情報Ｐ２に基づき、下り無線部１１３が生成したＬ個の無線周波数信号に対して、アナログプリコーディング処理を行なう。アナログプリコーダ部１１４は、このアナログプリコーディング処理により、アンテナ素子数Ｍ個の送信信号Ｔ_Ｓを生成する。例えば、アナログプリコーダ部１１４は、複数の可変移相器と、無線周波数信号の合成器とを有し、アナログプリコード情報Ｐ２は、各可変移相器における位相の変更量を示す情報である。 The analog precoder unit 114 performs an analog precoding process on the L radio frequency signals generated by the downlink radio unit 113 based on the analog precode information P2. Analog precoder 114, this analog pre-coding process to generate the number of antenna elements M transmit signal T _S. For example, the analog precoder unit 114 includes a plurality of variable phase shifters and a radio frequency signal synthesizer, and the analog precode information P2 is information indicating the amount of phase change in each variable phase shifter. .

図４は、本実施形態による受信処理部１３の構成を示す概略ブロック図である。受信処理部１３は、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３、推定値拡張部１４４（ビーム成分算出部）を含む。上り無線部１４１は、Ｌ個の受信用のＲＦチェインを有する。Ｌ個のＲＦチェインの各々は、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓのうち、そのＲＦチェインに対応するものをダウンコンバートし、アナログ−デジタル変換することで、デジタル受信信号を生成する。すなわち、上り無線部１４１は、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓから、Ｌ個のデジタル受信信号を生成する。復調・復号部１４２は、Ｌ個のデジタル受信信号に対して、復調や、復号を行い各移動局装置２０からの受信データＲ_Ｄを得る。この復調において、復調・復号部１４２は、伝搬路推定部１４３による伝搬路推定値を用いる。 FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the reception processing unit 13 according to the present embodiment. The reception processing unit 13 includes an uplink radio unit 141, a demodulation / decoding unit 142, a propagation path estimation unit 143, and an estimated value extension unit 144 (beam component calculation unit). The uplink radio unit 141 has L reception RF chains. Each of the L RF chains generates a digital reception signal by down-converting the L reception signal _RS corresponding to the RF chain and performing analog-digital conversion. That is, the uplink radio section 141 generates L digital reception signals from the L reception signals _RS . The demodulation / decoding unit 142 performs demodulation or decoding on the L digital reception signals to obtain reception data _RD from each mobile station apparatus 20. In this demodulation, the demodulation / decoding unit 142 uses the propagation path estimation value from the propagation path estimation unit 143.

伝搬路推定部１４３は、上り無線部１４１が生成したＬ個のデジタル受信信号から、移動局装置２０各々と、Ｌ個のアンテナ素子各々との間の伝搬路を推定する。この伝搬路の推定には、最尤推定、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）など、公知のいずれの方法を用いても良い。例えば、伝搬路推定部１４３による推定結果（伝搬路推定値）は、デジタル受信信号の数Ｌかける移動局装置２０の数Ｋの周波数応答の行列である。推定値拡張部１４４は、伝搬路推定部１４３が推定した伝搬路推定値を拡張して、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子と、移動局装置２０各々との伝搬路を推定する。推定値拡張部１４４は、推定値拡張部１４４が推定した伝搬路推定値を示す情報を、伝搬路情報Ｅ_Ｍとして制御部１４に入力する。例えば、伝搬路情報Ｅ_Ｍは、ＵＬＡアンテナ部１２のアンテナ素子数Ｍかける移動局装置２０の数Ｋの周波数応答の行列である。 The propagation path estimation unit 143 estimates a propagation path between each mobile station apparatus 20 and each of the L antenna elements from the L digital reception signals generated by the uplink radio unit 141. For this propagation path estimation, any known method such as maximum likelihood estimation or MMSE (Minimum Mean Square Error) may be used. For example, the estimation result (propagation channel estimation value) by the channel estimation unit 143 is a matrix of frequency responses of the number K of the mobile station apparatuses 20 multiplied by the number L of digital reception signals. The estimated value extension unit 144 extends the propagation path estimation value estimated by the propagation path estimation unit 143, and estimates the propagation paths between the M antenna elements of the ULA antenna unit 12 and each of the mobile station apparatuses 20. Estimates extension 144, information indicating a channel estimation value estimated value extension 144 is estimated, and inputs to the control unit 14 as the channel information E _M. For example, the propagation path information E _M is a matrix of frequency responses of the number K of the mobile station apparatuses 20 multiplied by the number of antenna elements _M of the ULA antenna unit 12.

図５は、本実施形態による推定値拡張部１４４による伝搬路の推定方法を説明するフローチャートである。伝搬路推定値が周波数応答であるときは、図５に示すフローチャートは、複数の移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われる。すなわち、以下の図５の説明において、あるアンテナ素子の伝搬路とは、そのアンテナ素子と、そのときの処理対象の移動局装置２０との伝搬路である。 FIG. 5 is a flowchart illustrating a propagation path estimation method by the estimated value extension unit 144 according to this embodiment. When the channel estimation value is a frequency response, the flowchart shown in FIG. 5 is performed for each frequency of the channel of each of the plurality of mobile station apparatuses 20. That is, in the following description of FIG. 5, a propagation path of a certain antenna element is a propagation path between that antenna element and the mobile station apparatus 20 to be processed at that time.

まず、推定値拡張部１４４は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に窓関数を適用する（ステップＳａ１）。窓関数は、公知の窓関数のいずれを用いても良い。ここで、窓関数は、窓の幅がＬであり、アンテナ素子の空間方向に並んだ伝搬路推定値に対して適用される。例えば、窓関数が矩形窓であれば、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をそのまま出力する。また、窓関数がガウス窓などであれば、Ｌ個の連続するアンテナ素子の両端に近いアンテナ素子の伝搬路推定値ほど、小さい係数が乗じられる。 First, the estimated value extension unit 144 applies a window function to the propagation path estimated values of the L antenna elements (step Sa1). Any known window function may be used as the window function. Here, the window function is applied to propagation path estimation values whose window width is L and are arranged in the spatial direction of the antenna element. For example, if the window function is a rectangular window, the propagation path estimation values of L antenna elements are output as they are. Also, if the window function is a Gaussian window or the like, the smaller the coefficient is multiplied by the propagation path estimation value of the antenna element that is closer to both ends of the L consecutive antenna elements.

次に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ１にて窓関数を適用した伝搬路推定値に対して、残りのＭ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値として、０をパディングする（ステップＳａ２）。例えば、Ｌ個のアンテナ素子が、Ｍ個のアンテナ素子のうち、ｋ１個目からｋ２個目であれば、推定値拡張部１４４は、１からｋ１−１個目までの伝搬路推定値と、ｋ２＋１個目からＭ個目までの伝搬路推定値として、０をパディングする。 Next, the estimated value extension unit 144 pads the propagation path estimation value to which the window function is applied in step Sa1 with 0 as the propagation path estimation value of the remaining M−L antenna elements (step Sa2). ). For example, if the L antenna elements are k1 to k2 out of M antenna elements, the estimated value extension unit 144 may calculate the propagation path estimated values from 1 to k1-1. As a propagation path estimated value from the (k2 + 1) th to the Mth, 0 is padded.

推定値拡張部１４４は、ステップＳａ２において０をパディングすることで得られたＭ個の伝搬路推定値に対してＭポイントのＦＦＴ（高速フーリエ変換；Fast Fourier Transform）を行う（ステップＳａ３）。次に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果のうち、主成分を抽出する（ステップＳａ４）。ここで、主成分の抽出は、例えば、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果であるＭ個のビーム成分のうち、絶対値が予め設定された閾値より大きいものを抽出することで行われる。あるいは、Ｍ個のビーム成分のうち、絶対値が大きいものから予め設定された個数だけ抽出することで行われる。 The estimated value extension unit 144 performs M-point FFT (Fast Fourier Transform) on the M propagation path estimated values obtained by padding 0 in Step Sa2 (Step Sa3). Next, the estimated value extending unit 144 extracts a principal component from the FFT result obtained in Step Sa3 (Step Sa4). Here, the extraction of the principal component is performed, for example, by extracting the M beam components, which are the FFT results in step Sa3, whose absolute value is greater than a preset threshold value. Alternatively, it is performed by extracting a preset number from the M beam components having a large absolute value.

ここで、ビーム成分とは、特定方向のビームの増幅率と位相偏移とを示す値であり、そのビーム成分が対応するビームの方向は、ＦＦＴのポイント数と、ＦＦＴ結果の何番目の成分であるかにより決まる。最後に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ４にて抽出したビーム成分に対して、ＭポイントのＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換；Inversed Fast Fourier Transform）を行う（ステップＳａ５）。このＩＦＦＴの結果が、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値となる。なお、ステップＳａ５におけるＩＦＦＴでは、ステップＳａ４にて抽出された成分以外のポイントの値は０にする。 Here, the beam component is a value indicating the amplification factor and the phase shift of the beam in a specific direction, and the beam direction to which the beam component corresponds is the number of FFT points and the number of the component of the FFT result. It depends on whether it is. Finally, the estimated value extension unit 144 performs M-point IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) on the beam component extracted in step Sa4 (step Sa5). The IFFT result is a propagation path estimation value of M antenna elements. In the IFFT at step Sa5, the values of points other than the components extracted at step Sa4 are set to zero.

なお、推定値拡張部１４４は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値として、図５のステップＳａ５にてＩＦＦＴした結果を用いているが、伝搬路推定部１４３による推定結果をそのまま用いてもよい。
また、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ２において、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を０でパディングしたが、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値でパディングしてもよい。その場合、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が循環的に現れるようにする。
また、推定値拡張部１４４は、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を０でパディングした後、ＭポイントのＦＦＴすることで、Ｍ個のビーム成分を算出しているが、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を、ＬポイントのＦＦＴをした後、ｓｉｎｃ関数などにより内挿することで、Ｍ個のビーム成分を算出するようにしてもよい。
また、下り無線部１１３のＲＦチェインの数と、上り無線部１４１のＲＦチェインの数は同数Ｌとしたが、異なっていても良い。 Note that the estimated value extension unit 144 uses the result of IFFT in step Sa5 of FIG. 5 as the propagation path estimation value of the L antenna elements, but the estimation result by the propagation path estimation unit 143 may be used as it is. Good.
Further, in step Sa2, the estimated value extending unit 144 pads the propagation path estimation values of the ML antenna elements with 0, but may perform the padding with the propagation path estimation values of the L antenna elements. In that case, the propagation path estimation values of the L antenna elements are made to appear cyclically.
Further, the estimated value extension unit 144 calculates M beam components by performing M-point FFT after padding the propagation path estimated values of the M−L antenna elements with 0, but the L number of antenna components is calculated. It is also possible to calculate M beam components by interpolating the propagation path estimated values of the antenna elements of L with FFT of L points and then interpolating with a sinc function or the like.
Further, although the number of RF chains in the downlink radio unit 113 and the number of RF chains in the uplink radio unit 141 are the same number L, they may be different.

このように、本実施形態の基地局装置１０は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＭ個のビーム成分に変換し、ビーム成分から抽出した主成分を、伝搬路推定値に逆変換することで、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を得る。これにより、アンテナ素子数が多くても、全てのアンテナ素子数Ｍ個の受信回路を要することなくＭ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が得られるので、基地局装置１０が高コストになってしまうのを抑えることができる。 As described above, the base station apparatus 10 according to the present embodiment converts the propagation path estimation values of the L antenna elements into M beam components, and inversely converts the principal components extracted from the beam components into propagation path estimation values. As a result, propagation path estimation values of M antenna elements are obtained. As a result, even if the number of antenna elements is large, propagation path estimation values for M antenna elements can be obtained without requiring M receiving circuits for all antenna elements, so that the base station apparatus 10 becomes expensive. Can be suppressed.

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における移動体通信システムは、第１の実施形態における移動体通信システムとは、基地局装置１０に替えて、基地局装置１０ａを有する点が異なる。また、本実施形態における移動体通信システムは、ＦＤＤ（周波数分割複信；Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ方式とのいずれで、基地局装置１０ａと移動局装置２０とが通信するシステムであってもよい。本実施形態における基地局装置１０ａは、ビームフォーミングするための通信相手（移動局装置２０）との間の伝搬路に関する情報として、ビーム情報Ｂ_ｋを用いる。 (Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The mobile communication system in the present embodiment is different from the mobile communication system in the first embodiment in that a base station apparatus 10a is provided instead of the base station apparatus 10. In addition, the mobile communication system in the present embodiment is a system in which the base station apparatus 10a and the mobile station apparatus 20 communicate with each other in either an FDD (Frequency Division Duplex) system or a TDD system. Also good. The base station apparatus 10a in the present embodiment uses the beam information _Bk as information on the propagation path with the communication partner (mobile station apparatus 20) for beam forming.

図６は、本実施形態における基地局装置１０ａの構成を示す概略ブロック図である。図６において、図２の各部に対応する部分には同一の符号（１１、１２）を付け、その説明を省略する。基地局装置１０ａは、送信処理部１１、ＵＬＡアンテナ部１２、受信処理部１３ａ、制御部１４ａを含む。受信処理部１３ａは、図２の受信処理部１３と同様に、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓに対する受信処理を行ない、各移動局装置２０からの受信データＲ_Ｄを得る。受信処理部１３ａは、Ｌ個の受信信号Ｒ_Ｓに基づき、ビーム情報Ｂ_ｋを得る点が、図２の受信処理部１３と異なる。なお、ビーム情報Ｂ_ｋは、各移動局装置２０が位置する方向（ビーム方向）を示す情報である。受信処理部１３ａの詳細は後述する。 FIG. 6 is a schematic block diagram showing the configuration of the base station apparatus 10a in the present embodiment. In FIG. 6, the same reference numerals (11, 12) are assigned to the portions corresponding to the respective portions in FIG. The base station apparatus 10a includes a transmission processing unit 11, a ULA antenna unit 12, a reception processing unit 13a, and a control unit 14a. Similarly to the reception processing unit 13 in FIG. 2, the reception processing unit 13 a performs reception processing on the L received signals R _S and obtains reception data R _D from each mobile station device 20. The reception processing unit 13a is different from the reception processing unit 13 in FIG. 2 in that the beam information _Bk is obtained based on the L reception signals _RS . The beam information B _k is information indicating the direction (beam direction) in which each mobile station device 20 is located. Details of the reception processing unit 13a will be described later.

制御部１４ａは、各移動局装置２０へのビームが、その移動局装置２０のビーム情報Ｂｋが示す方向のビームとなるように、デジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとを決定する。制御部１４ａは、決定したデジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとに、それぞれ応じた、デジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを生成する。 The control unit 14a determines digital precoding and analog precoding so that the beam to each mobile station apparatus 20 is a beam in the direction indicated by the beam information Bk of the mobile station apparatus 20. The control unit 14a generates digital precode information P1 and analog precode information P2 corresponding to the determined digital precoding and analog precoding, respectively.

図７は、本実施形態による受信処理部１３ａの構成を示す概略ブロック図である。図７において、図４の各部に対応する部分には同一の符号（１４１〜１４３）を付け、その説明を省略する。受信処理部１３ａは、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３、ビーム成分算出部１４５を含む。ビーム成分算出部１４５は、伝搬路推定部１４３が推定したＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をビーム成分に変換し、各移動局装置２０が位置するビーム方向を示すビーム情報Ｂ_ｋを生成する。 FIG. 7 is a schematic block diagram showing the configuration of the reception processing unit 13a according to the present embodiment. In FIG. 7, the same reference numerals (141 to 143) are assigned to portions corresponding to the respective portions in FIG. 4, and description thereof is omitted. The reception processing unit 13a includes an uplink radio unit 141, a demodulation / decoding unit 142, a propagation path estimation unit 143, and a beam component calculation unit 145. The beam component calculation unit 145 converts the propagation path estimation values of the L antenna elements estimated by the propagation path estimation unit 143 into beam components, and generates beam information B _k indicating the beam direction in which each mobile station apparatus 20 is located. To do.

図８は、本実施形態によるビーム成分算出部１４５によるビーム情報Ｂ_ｋの生成方法を説明するフローチャートである。図８において、図５の各部に対応する部分には同一の符号（Ｓａ１〜Ｓａ３）を付け、その説明を省略する。伝搬路推定値が周波数応答であるときは、図８に示すフローチャートは、複数の移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われる。ビーム成分算出部１４５は、ステップＳａ３の次に、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果（ビーム成分）のうち、予め設定された閾値以上のものを抽出する（ステップＳｂ４）。ビーム成分算出部１４５は、抽出したビーム成分に対応するビーム方向を示す情報を、処理対象となっている移動局装置２０のビーム情報Ｂ_ｋとする。ビーム情報Ｂ_ｋには、ビーム方向を示す情報とともに、そのビーム成分を含めても良い。なお、ステップＳｂ４において、閾値以上のものを抽出するとしたが、最大値のみを抽出するようにしてもよい。 FIG. 8 is a flowchart for explaining a method for generating beam information B _k by the beam component calculation unit 145 according to the present embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals (Sa1 to Sa3) are assigned to portions corresponding to the respective portions in FIG. When the propagation path estimation value is a frequency response, the flowchart shown in FIG. 8 is performed for each frequency of the propagation path of each of the plurality of mobile station apparatuses 20. Following step Sa3, the beam component calculation unit 145 extracts the FFT result (beam component) from step Sa3 that is equal to or greater than a preset threshold value (step Sb4). The beam component calculation unit 145 sets the information indicating the beam direction corresponding to the extracted beam component as the beam information B _k of the mobile station apparatus 20 that is the processing target. The beam information B _k, together with information indicating the beam direction, may be included the beam components. In step Sb4, the threshold value or more is extracted, but only the maximum value may be extracted.

なお、図８のフローチャートは、移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われるとしたが、特定の周波数についてのみ行うようにしてもよい。また、ビーム成分算出部１４５は、ある移動局装置２０の複数の周波数各々について得られたビーム成分が示すビーム方向に対して、平均値や、中央値などを算出することで、その移動局装置２０が位置するビーム方向としてもよい。
また、ステップＳａ２において、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の推定値を０でパディングし、ステップＳａ３において、ＭポイントのＦＦＴを行っているが、これらのステップにおけるＭを、ＵＬＡアンテナ部１２のアンテナ素子数より大きい値としてもよいし、小さい値としてもよい。 Although the flowchart of FIG. 8 is performed for each frequency of the propagation path of each mobile station apparatus 20, it may be performed only for a specific frequency. Further, the beam component calculation unit 145 calculates an average value, a median value, and the like with respect to the beam direction indicated by the beam component obtained for each of a plurality of frequencies of a certain mobile station device 20, so that the mobile station device The beam direction in which 20 is located may be used.
In step Sa2, the estimated values of the M−L antenna elements are padded with 0, and in step Sa3, M-point FFT is performed. The M in these steps is replaced with the antenna element of the ULA antenna unit 12. The value may be larger than the number or may be smaller.

このように本実施形態の基地局装置１０ａは、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＭ個のビーム成分に変換し、Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部１４５と、ビーム成分算出部１４５が抽出した主成分に基づき、送信する際のプリコーディング処理を決定する制御部１４ａとを含む。
これにより、第１の実施形態における基地局装置１０と同様に、アンテナ素子数が多くても、全てのアンテナ素子数Ｍ個の受信回路を要することなくＭ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が得られるので、基地局装置１０が高コストになってしまうのを抑えることができる。さらに、上りリンクと下りリンクとで伝搬路が異なるＦＤＤ方式であっても、同様の効果を得ることができる。 As described above, the base station apparatus 10a according to the present embodiment converts the propagation path estimation values of the L antenna elements into M beam components, and extracts the main component from the M beam components. And a control unit 14a for determining a precoding process at the time of transmission based on the principal component extracted by the beam component calculation unit 145.
As a result, similarly to the base station apparatus 10 in the first embodiment, even if the number of antenna elements is large, the propagation path estimation values of the M antenna elements can be obtained without requiring M receiving circuits having the total number of antenna elements. Thus, the base station device 10 can be prevented from becoming expensive. Furthermore, the same effect can be obtained even if the FDD scheme has different propagation paths for uplink and downlink.

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態における移動体通信システムは、第２の実施形態における移動体通信システムとは、基地局装置１０ａに替えて、基地局装置１０ｂを有する点が異なる。基地局装置１０ｂは、基地局装置１０ａとは、受信処理部１３ａに替えて、受信処理部１３ｂを有する点と、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子の受信信号Ｒ_Ｓが受信処理部１３ｂに入力される点が異なる。また、本実施形態における移動体通信システムは、ＦＤＤ（周波数分割複信；Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ方式とのいずれで、基地局装置１０ｂと移動局装置２０とが通信するシステムであってもよい。 (Third embodiment)
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The mobile communication system in the present embodiment is different from the mobile communication system in the second embodiment in that a base station apparatus 10b is provided instead of the base station apparatus 10a. The base station apparatus 10b differs from the base station apparatus 10a in that it has a reception processing unit 13b instead of the reception processing unit 13a, and the reception signals R _S of M antenna elements of the ULA antenna unit 12 are received by the reception processing unit 13b. The point that is input to is different. The mobile communication system in the present embodiment is a system in which the base station apparatus 10b and the mobile station apparatus 20 communicate with each other in either an FDD (Frequency Division Duplex) system or a TDD system. Also good.

図９は、本実施形態による受信処理部１３ｂの構成を示す概略ブロック図である。図９において、図７の各部に対応する部分には同一の符号（１４１〜１４２、１４５）を付け、その説明を省略する。受信処理部１３ｂは、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３ｂ、ビーム成分算出部１４５、アナログコンバイン部１４６、推定制御部１４７を含む。 FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the reception processing unit 13b according to the present embodiment. 9, parts corresponding to those in FIG. 7 are given the same reference numerals (141 to 142, 145), and the description thereof is omitted. The reception processing unit 13b includes an uplink radio unit 141, a demodulation / decoding unit 142, a propagation path estimation unit 143b, a beam component calculation unit 145, an analog combine unit 146, and an estimation control unit 147.

アナログコンバイン部１４６は、推定制御部１４７からのコンバイン制御信号ＣＣに従い、Ｍ個の受信信号Ｒ_Ｓから、Ｌ個のコンバイン信号Ｃ_Ｓを生成する。アナログコンバイン部１４６は、コンバイン制御信号ＣＣに応じて、例えば、Ｍ個の受信信号Ｒ_Ｓのうち、Ｌ個を抽出して、Ｌ個のコンバイン信号Ｃ_Ｓとすることもできるし、Ｍ個の受信信号Ｒ_Ｓを個別に移相させて合成させることで、Ｌ個のビーム方向の受信信号を抽出し、抽出した受信信号をＬ個のコンバイン信号Ｃ_Ｓとすることもできる。アナログコンバイン部１４６は、アナログプリコーダ部１１４と同様の構成により演算を行うが、その詳細は後述する。 The analog combiner 146 generates L combined signals C _S from the M received signals R _S according to the combine control signal CC from the estimation controller 147. The analog combiner 146 can extract, for example, L out of M received signals R _S in accordance with the combine control signal CC, and use them as L combined signals C _S , the received signal R _S by causing synthesized by individually phase-shifted, and extracts the received signal of the L beam direction, the extracted received signal may be an L-number of combined signal C _S. The analog combiner 146 performs calculations with the same configuration as the analog precoder 114, details of which will be described later.

推定制御部１４７は、ビーム情報Ｂ_ｋを生成するステップに応じて、コンバイン制御信号ＣＣにより、アナログコンバイン部１４６と伝搬路推定部１４３ｂを制御する。例えば、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｍ個の受信信号Ｒ_Ｓのうち、連続するアンテナ素子に対応するＬ個を抽出させる。また、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｍ個の受信信号Ｒ_ＳからＬ個のビーム方向（主成分のビーム方向）の受信信号を抽出させる。なお、アナログコンバイン部１４６に抽出させる受信信号が対応するＬ個のビーム方向は、ビーム成分算出部１４５により主成分として抽出されたビーム成分が対応するビーム方向である。 Estimating control unit 147, in response to the step of generating a beam information _{B k,} the combined control signal CC, for controlling the propagation channel estimation unit 143b and the analog combine unit 146. For example, the estimation control unit 147 causes the analog combiner 146 to extract L corresponding to continuous antenna elements from the M reception signals _RS . In addition, the estimation control unit 147 causes the analog combiner 146 to extract reception signals in L beam directions (main component beam directions) from the M reception signals _RS . The L beam directions corresponding to the reception signals to be extracted by the analog combiner 146 are beam directions corresponding to the beam components extracted as the main components by the beam component calculator 145.

また、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路を推定させ、推定結果をビーム成分算出部１４５に入力させる。また、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、Ｌ個のビーム方向（主成分のビーム方向）の伝搬路（ビーム成分）を推定させ、推定結果を復調・復号部１４２に入力させたり、推定結果からビーム情報Ｂ_ｋを生成したりする。なお、ここでビーム方向の伝搬路とは、アナログコンバイン部１４６が、そのビーム方向の受信信号を抽出しているときに、移動局装置２０からアナログコンバイン部１４６の、その受信信号の出力点までの伝搬路を指す。
なお、復調・復号部１４２は、伝搬路推定部１４３ｂが推定したＬ個のビーム方向のビーム成分を用いて、Ｌ個のビーム方向のデジタル受信信号を復調および復号する。 In addition, the estimation control unit 147 causes the propagation path estimation unit 143 b to estimate the propagation paths of the L antenna elements, and causes the beam component calculation unit 145 to input the estimation result. Further, the estimation control unit 147 causes the propagation path estimation unit 143b to estimate propagation paths (beam components) in L beam directions (main beam directions), and causes the demodulation / decoding unit 142 to input estimation results. The beam information B _k is generated from the estimation result. Here, the propagation path in the beam direction is from the mobile station device 20 to the output point of the received signal of the analog combiner 146 when the analog combiner 146 extracts the received signal in the beam direction. Refers to the propagation path.
Note that the demodulation / decoding unit 142 demodulates and decodes the digital reception signals in the L beam directions using the beam components in the L beam directions estimated by the propagation path estimation unit 143b.

図１０は、本実施形態におけるアナログコンバイン部１４６の構成を示す概略ブロック図である。アナログコンバイン部１４６は、Ｍ×Ｌ個の移相回路（移相器、位相変位器）４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍ、Ｌ個の合成回路（加算器、加算回路）４０２−１〜４０２−Ｌを含む。移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍは、それぞれ、対応するアンテナ素子の受信信号Ｒ_Ｓの移相（位相変位）させる。移相させる変位量は、コンバイン制御信号ＣＣに従う。 FIG. 10 is a schematic block diagram showing the configuration of the analog combine unit 146 in the present embodiment. The analog combiner 146 includes M × L phase shift circuits (phase shifters and phase shifters) 401-1-1 to 401 -LM and L synthesis circuits (adders and adder circuits) 402-1. ~ 402-L included. The phase shift circuits 401-1-1 to 401 -LM shift the phase (phase shift) of the reception signal _RS of the corresponding antenna element, respectively. The amount of displacement to be phase shifted follows the combine control signal CC.

なお、コンバイン制御信号ＣＣが、移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍの各々における変位量を直接指示していてもよい。あるいは、コンバイン制御信号ＣＣは、抽出するＬ個のビーム方向を示しており、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍは、１つ目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍは、２つ目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させ、…移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍは、Ｌ個目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させるようになっていてもよい。 Note that the combine control signal CC may directly indicate the amount of displacement in each of the phase shift circuits 401-1-1 to 401 -LM. Alternatively, the combine control signal CC indicates the L beam directions to be extracted, and the phase shift circuits 401-1-1 to 401-1 -M shift the phase by the amount of displacement corresponding to the first beam direction. The phase shift circuits 401-2-1 to 401-2 -M shift the phase by the amount of displacement corresponding to the second beam direction, and the phase shift circuits 401 -L- 1 to 401 -LM are The phase may be shifted by a displacement amount corresponding to the L-th beam direction.

合成回路４０２−１〜４０２−Ｌは、それぞれ、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍ、・・・移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍが移相させた信号を合成する（重ね合わせる）。
なお、アナログコンバイン部１４６が、Ｍ個の受信信号Ｒ_Ｓのうち、Ｌ個を抽出して、Ｌ個のコンバイン信号Ｃ_Ｓとするときは、移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍが、移相させる変位量は０であり、合成回路４０２−１〜４０２−Ｌは、それぞれ、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍ、・・・移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍが移相させた信号から一つのみを選択する。 The synthesizing circuits 402-1 to 402-L are respectively phase-shifting circuits 401-1-1-1 to 401-1-M, phase-shifting circuits 401-2-1 to 401-2-M,. -L-1 to 401-LM synthesize (superimpose) signals shifted in phase.
Note that when the analog combiner 146 extracts L of the M received signals R _S to obtain L combined signals C _S , the phase shift circuits 401-1-1 to 401 -L— The displacement amount that M shifts in phase is 0, and the synthesis circuits 402-1 to 402-L are respectively the phase shift circuits 401-1-1 to 401-1-M and the phase shift circuits 401-2-1. 401-2-M,... Select only one of the signals phase-shifted by the phase-shift circuits 401-L-1 to 401-LM.

図１１は、推定制御部１４７の動作を説明するフローチャートである。まず、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｌ個の連続するアンテナ素子の受信信号Ｒ_Ｓをコンバイン信号Ｃ_Ｓとして出力するように指示する（ステップＳｄ１）。これにより、アナログコンバイン部１４６が出力したコンバイン信号Ｃ_Ｓが上り無線部１４１によってデジタル化されたデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。すなわち、Ｌ個の連続するアンテナ素子のデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。 FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the estimation control unit 147. First, the estimation control unit 147 instructs the analog combine unit 146 to output the reception signals R _S of L consecutive antenna elements as the combine signal C _S (step Sd1). Thus, combined signal C _S analog combine unit 146 has output a digital reception signal digitized by the uplink radio unit 141 is input to the channel estimation unit 143b. That is, digital received signals of L consecutive antenna elements are input to the propagation path estimation unit 143b.

次に、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、そのデジタル受信信号を用いて、Ｌ個の連続するアンテナ素子の伝搬路推定をするように指示する（ステップＳｄ２）。これにより、伝搬路推定部１４３ｂによる推定結果がビーム成分算出部１４５に入力される。ビーム成分算出部１４５は、入力された推定結果からＭ個のビーム成分を算出し、算出したビーム成分から、その主成分であるＬ個のビーム成分を抽出する。 Next, the estimation control unit 147 instructs the propagation path estimation unit 143b to perform propagation path estimation of L consecutive antenna elements using the digital reception signal (step Sd2). Thereby, the estimation result by the propagation path estimation unit 143b is input to the beam component calculation unit 145. The beam component calculation unit 145 calculates M beam components from the input estimation result, and extracts L beam components that are the main components from the calculated beam components.

次に、推定制御部１４７は、ビーム成分算出部１４５から、ビーム成分算出部１４５が抽出したＬ個のビーム成分が対応するビーム方向、すなわち、各移動局装置２０が位置するＬ個のビーム方向を取得する（ステップＳｄ３）。次に、推定制御部１４７は、取得したＬ個のビーム方向の受信信号の抽出を、アナログコンバイン部１４６に指示する（ステップＳｄ４）。これにより、アナログコンバイン部１４６が出力したコンバイン信号Ｃ_Ｓが上り無線部１４１によってデジタル化されたデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。すなわち、Ｌ個のビーム方向のデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂと復調・復号部１４２に入力される。 Next, the estimation control unit 147 outputs a beam direction corresponding to the L beam components extracted by the beam component calculation unit 145 from the beam component calculation unit 145, that is, L beam directions in which each mobile station device 20 is located. Is acquired (step Sd3). Next, the estimation control unit 147 instructs the analog combiner 146 to extract the acquired received signals in the L beam directions (step Sd4). Thus, combined signal C _S analog combine unit 146 has output a digital reception signal digitized by the uplink radio unit 141 is input to the channel estimation unit 143b. That is, digital received signals in L beam directions are input to the propagation path estimation unit 143b and the demodulation / decoding unit 142.

次に、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、そのデジタル受信信号を用いて、Ｌ個のビーム成分の推定（Ｌ個のビームの伝搬路推定）をするように指示する（ステップＳｄ５）。これにより、伝搬路推定部１４３ｂによる推定結果がビーム情報Ｂ_ｋとなる。 Next, the estimation control unit 147 instructs the propagation path estimation unit 143b to perform L beam component estimation (L beam propagation path estimation) using the digital reception signal (step Sd5). ). Thus, the estimation result by the channel estimation unit 143b becomes beam information _{B k.}

なお、本実施形態において、伝搬路推定部１４３ｂは、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定と、Ｌ個のビーム成分の推定とを行っているが、これらは別々の伝搬路推定部がおこなってもよい。
また、本実施形態において、推定制御部１４７は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定と、Ｌ個のビーム成分の推定とを交互に行うように制御しているが、これに限らない。例えば、１回のＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定に対して、複数回のＬ個のビーム成分の推定を行うようにしてもよい。 In this embodiment, the propagation path estimation unit 143b performs propagation path estimation of L antenna elements and estimation of L beam components, but these are performed by separate propagation path estimation units. Also good.
In the present embodiment, the estimation control unit 147 performs control so as to alternately perform propagation path estimation of L antenna elements and estimation of L beam components, but the present invention is not limited thereto. For example, multiple estimations of L beam components may be performed for one propagation path estimation of L antenna elements.

このように、推定制御部１４７は、ビーム成分算出部１４５がＬ個のアンテナ素子の受信信号から算出したビーム成分のうち、主成分のビーム方向の受信信号を、アナログコンバイン部１４６が抽出するように制御する。伝搬路推定部１４３ｂは、その主成分のビーム方向の受信信号に基づき伝搬路推定をして、主成分のビーム成分を算出するが、これはＭ個全てのアンテナ素子の受信信号に基づき算出したものとなっている。このため、Ｌ個のアンテナ素子の受信信号に基づき算出されているビーム成分算出部１５の算出結果よりも、精度の高いビーム成分を得ることができる。 In this way, the estimation control unit 147 causes the analog combiner 146 to extract the reception signal in the main beam direction from the beam components calculated from the reception signals of the L antenna elements by the beam component calculation unit 145. To control. The propagation path estimation unit 143b performs propagation path estimation based on the received signal in the beam direction of the principal component and calculates the principal component beam component, which is calculated based on the reception signals of all M antenna elements. It has become a thing. For this reason, it is possible to obtain a beam component with higher accuracy than the calculation result of the beam component calculation unit 15 calculated based on the reception signals of the L antenna elements.

図１２は、本実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２に示すグラフは、従来の方法と、本実施形態との下りリンクの容量（bps/Hz）の累積分布を示すグラフである。シミュレーション条件は、アンテナ素子数Ｍ＝１２８、ＲＦチェイン数Ｌ＝３２、移動局数Ｋ＝１６、ＴＤＤＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ、ｓｉｎｇｌｅｃｅｌｌ、セル半径１Ｋｍ、Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ、シングルキャリアシステム、キャリア周波数３．７ＧＨｚ、ＭＩＭＯチャネル３ＧＰＰＴＲ２５．９９６１３．０．０Ｒｅｌ．１３（Ｐａｔｈｌｏｓｓ、Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）、下りリンク送信電力５０ｄＢｍ、下りリンク端末ノイズ電力 −９２ｄＢｍである。図１２において、ＭＲＴ（ＦｕｌｌＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＭＲＴ（Maximum Ratio Transmission）によるプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。ＺＦ（ＦｕｌｌＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＺＦプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。ＭＭＳＥ（ＦｕｌｌＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＭＭＳＥプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。 FIG. 12 is a graph showing the simulation result of the present embodiment. The graph shown in FIG. 12 is a graph showing a cumulative distribution of downlink capacity (bps / Hz) between the conventional method and this embodiment. The simulation conditions are as follows: the number of antenna elements M = 128, the number of RF chains L = 32, the number of mobile stations K = 16, TDD Massive-MIMO, single cell, cell radius 1 Km, Narrowband, single carrier system, carrier frequency 3.7 GHz, MIMO Channel 3GPP TR 25.996 13.0.0 Rel. 13 (Pathloss, Shadowing), downlink transmission power 50 dBm, and downlink terminal noise power -92 dBm. In FIG. 12, a graph of MRT (Full RF) is a cumulative distribution of capacity (bps / Hz) when reception signals are obtained from all antenna elements and precoding processing is performed by MRT (Maximum Ratio Transmission). . The graph of ZF (Full RF) is a cumulative distribution of capacity (bps / Hz) when reception signals are obtained from all antenna elements and ZF precoding processing is performed. The MMSE (Full RF) graph is a cumulative distribution of capacity (bps / Hz) when reception signals are obtained from all antenna elements and MMSE precoding processing is performed.

Ｐｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ/ＤＬ２５％ＲＦ）は、本実施形態において、ＬがＭの２５％の場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。Ｐｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬＦｕｌｌＲＦ、ＤＬ２５％ＲＦ）は、上りリンクの受信のＲＦチェインはＭ個で、下りリンクの送信のＲＦチェインはＭの２５％の場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。
図１２のグラフによると、本実施形態のシミュレーション結果であるＰｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ/ＤＬ２５％ＲＦ）は、全てのアンテナ素子を用いているＭＲＴ（ＦｕｌｌＲＦ）やＺＦ（ＦｕｌｌＲＦ）よりも良い特性が得られ、受信のＲＦチェインがＭ個の場合であるＰｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬＦｕｌｌＲＦ、ＤＬ２５％ＲＦ）に近い特性が得られていることがわかる。
また、上記の各実施形態におけるキャリア周波数は、ミリ波帯であることが望ましい。ミリ波帯においては、ビームの幅が狭く、角度分散が少ないため、ビームの方向の検出精度が高くなるためである。 Proposed (UL / DL 25% RF) is a cumulative distribution of capacity (bps / Hz) when L is 25% of M in this embodiment. Proposed (UL FullRF, DL25% RF) is a cumulative distribution of capacity (bps / Hz) when there are M uplink reception RF chains and downlink transmission RF chains are 25% of M.
According to the graph of FIG. 12, Proposed (UL / DL 25% RF), which is the simulation result of the present embodiment, has better characteristics than MRT (Full RF) and ZF (Full RF) using all antenna elements. It can be seen that characteristics close to Proposed (UL FullRF, DL25% RF), which is a case where there are M RF chains for reception, are obtained.
In addition, the carrier frequency in each of the above embodiments is desirably in the millimeter wave band. This is because in the millimeter wave band, the beam width is narrow and the angular dispersion is small, so that the detection accuracy of the beam direction is high.

なお、上記の各実施形態におけるＵＬＡアンテナ部１２は、例えば２次元平面の格子点に配置された超多素子アンテナなどの、一部であってもよい。ＵＬＡアンテナ部１２におけるアンテナアレイの配列方向は、水平方向であってもよいし、鉛直方向（垂直方向）であってもよいし、その他の方向であってもよい。
また、上記の各実施形態において、下りのビーム数と、受信信号Ｒｓ各々に対応するアンテナ素子の数とは同数Ｌであるが、これらは異なっていても良い。
また、上記の各実施形態において、移動局装置２０は、アンテナを１つ有するとして説明したが、複数であってもよい。移動局装置２０が複数のアンテナを有するときは、各実施形態の説明における基地局装置１０のアンテナ素子と、移動局装置２０との伝搬路を、基地局装置１０のアンテナ素子と、移動局装置２０のアンテナとの伝搬路と読み替えればよい。
また、上記の各実施形態において、高速フーリエ変換は、離散フーリエ変換であってもよいし、逆高速フーリエ変換は、逆離散フーリエ変換であってもよい。 The ULA antenna unit 12 in each of the above embodiments may be a part of, for example, a super multi-element antenna arranged at a lattice point on a two-dimensional plane. The arrangement direction of the antenna array in the ULA antenna unit 12 may be a horizontal direction, a vertical direction (vertical direction), or another direction.
Further, in each of the above embodiments, the number of downlink beams and the number of antenna elements corresponding to each received signal Rs are the same number L, but they may be different.
Further, in each of the above embodiments, the mobile station device 20 has been described as having one antenna, but a plurality of mobile station devices 20 may be provided. When the mobile station apparatus 20 has a plurality of antennas, the propagation path between the antenna element of the base station apparatus 10 and the mobile station apparatus 20 in the description of each embodiment, the antenna element of the base station apparatus 10, and the mobile station apparatus What is necessary is just to read as a propagation path with 20 antennas.
In each of the above embodiments, the fast Fourier transform may be a discrete Fourier transform, and the inverse fast Fourier transform may be an inverse discrete Fourier transform.

また、図１における基地局装置１０、あるいは図７における基地局装置１０ａの一部機能あるいは全機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより基地局装置１０、基地局装置１０ａを実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 Further, a program for realizing a part or all of the functions of the base station apparatus 10 in FIG. 1 or the base station apparatus 10a in FIG. The base station apparatus 10 and the base station apparatus 10a may be realized by causing a computer system to read and execute the program. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

また、上述した図１における基地局装置１０、あるいは図７における基地局装置１０ａの各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず、専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。ハイブリッド、モノリシックのいずれでも良い。一部は、ハードウェアにより、一部はソフトウェアにより機能を実現させても良い。
また、半導体技術の進歩により、ＬＳＩに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。 Further, each functional block of the base station apparatus 10 in FIG. 1 or the base station apparatus 10a in FIG. 7 may be individually chipped, or a part or all of them may be integrated into a chip. Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and implementation using a dedicated circuit or a general-purpose processor is also possible. Either hybrid or monolithic may be used. Some of the functions may be realized by hardware and some by software.
In addition, when a technology such as an integrated circuit that replaces an LSI appears due to progress in semiconductor technology, an integrated circuit based on the technology can be used.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

１…移動体通信システム
１０、１０ａ…基地局装置
２０…移動局装置
１１…送信処理部
１２…ＵＬＡアンテナ部
１３、１３ａ、１３ｂ…受信処理部
１４、１４ａ…制御部
１１１…符号化・変調部
１１２…デジタルプリコーダ部
１１３…下り無線部
１１４…アナログプリコーダ部
１４１…上り無線部
１４２…復調・復号部
１４３、１４３ｂ…伝搬路推定部
１４４…推定値拡張部
１４５…ビーム成分算出部
１４６…アナログコンバイン部
１４７…推定制御部
４０１…移相回路
４０２…合成回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mobile communication system 10, 10a ... Base station apparatus 20 ... Mobile station apparatus 11 ... Transmission processing part 12 ... ULA antenna part 13, 13a, 13b ... Reception processing part 14, 14a ... Control part 111 ... Coding / modulation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 112 ... Digital precoder part 113 ... Downlink radio | wireless part 114 ... Analog precoder part 141 ... Uplink radio | wireless part 142 ... Demodulation / decoding part 143, 143b ... Propagation path estimation part 144 ... Estimated value expansion part 145 ... Beam component calculation part 146 ... Analog combiner 147 ... Estimation controller 401 ... Phase shift circuit 402 ... Synthesis circuit

Claims

A radio signal transmitting / receiving apparatus that transmits and receives a radio signal using a plurality of antenna elements,
A propagation path estimator that calculates a propagation path estimated value of L consecutive antenna elements among the plurality of antenna elements;
A radio signal transmission / reception comprising: a beam component calculation unit that converts propagation path estimation values of the L antenna elements in succession into M beam components greater than L and extracts principal components from the M beam components. apparatus.

Propagation of the continuous L antenna elements is performed by performing M-point FFT after padding M-L components with 0 with respect to the propagation path estimation values of the continuous L antenna elements. Convert the path estimate to M beam components;
The radio signal transmitting / receiving apparatus according to claim 1.

After performing L-point FFT on the propagation path estimation values of the L consecutive antenna elements, interpolation is performed, so that M beams can be obtained from the propagation path estimation values of the L consecutive antenna elements. Convert to component,
The radio signal transmitting / receiving apparatus according to claim 1.

A combiner configured to extract a received signal in a beam direction corresponding to the principal component from received signals of the plurality of antenna elements, the propagation path estimating unit, based on the received signal in a beam direction corresponding to the principal component, The radio signal transmitting / receiving apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a beam component in a beam direction corresponding to a main component is calculated.

A wireless signal transmission method for transmitting a wireless signal using a plurality of antenna elements,
A first step of calculating a propagation path estimation value of L consecutive antenna elements among the plurality of antenna elements;
A radio signal transmission comprising: a second step of converting propagation path estimation values of the L consecutive antenna elements into M beam components greater than L and extracting principal components from the M beam components. Method.

Computer
A propagation path estimator that calculates a propagation path estimated value of L consecutive antenna elements among the plurality of antenna elements;
A program for converting propagation path estimation values of the L consecutive antenna elements into M beam components larger than L and causing the beam component calculation unit to extract a principal component from the M beam components.