JP2020048001A - Electronic device and antenna installation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、無線で全二重通信をする電子装置及びそのアンテナ設置方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an electronic device that performs full-duplex communication wirelessly, and an antenna installation method thereof.
5Gのバックホール回線では数10Gps以上の高速通信が求められている。バックホールシナリオで伝送速度を改善させるために、従来のマルチパスを活用するMIMO伝送と異なり、見通し内環境でも直交性を保つMIMO(Multiple-input and Multiple-output)伝送であるLOS−MIMOが提案されている。LOS−MIMOでは、送受信間の決定論的なパスの経路差(位相関係)を有効利用して、複数ストリームを互いに干渉なく送ることができる。また一方で、同時に双方向通信を行う技術である全二重通信が注目されている。これらの2つの技術を用いるとSISOに対して理論的には周波数利用効率が4倍になる。 In a 5G backhaul line, high-speed communication of several tens of Gbps or more is required. In order to improve the transmission speed in backhaul scenarios, LOS-MIMO, which is MIMO (Multiple-input and Multiple-output) transmission that maintains orthogonality even in line-of-sight environments, unlike conventional MIMO transmission that utilizes multipath, is proposed. Have been. In LOS-MIMO, a plurality of streams can be transmitted without interference by effectively utilizing a deterministic path difference (phase relationship) between transmission and reception. On the other hand, full-duplex communication, which is a technique for performing two-way communication at the same time, has attracted attention. Using these two techniques theoretically quadruples the frequency utilization efficiency over SISO.
従来、バックホール向けでLOS−MIMOのメカニズムを送受間チャネル及び干渉チャネルの双方に有効利用した例は知られていない。例えば、特許文献1は、近距離の電子機器間でLOS−MIMOと同様の考え方でチャネルのパス差に着目してアンテナを配置することで、ストリーム間干渉を低減する技術を提案している。特許文献1での全二重通信は周波数分割複信(FDD)である。また、特許文献1は送受間チャネルのみに着目しており、干渉チャネルに関しては考慮していない。 Conventionally, there is no known example in which the LOS-MIMO mechanism for backhaul is effectively used for both an inter-transmission / reception channel and an interference channel. For example, Patent Literature 1 proposes a technique for reducing inter-stream interference by arranging antennas between short-range electronic devices in the same way as in LOS-MIMO, focusing on the path difference between channels. The full-duplex communication in Patent Document 1 is frequency division duplex (FDD). Patent Document 1 focuses on only the channel between transmission and reception, and does not consider the interference channel.
全二重通信では、自己干渉の影響が受信信号に対して大きい。この全二重通信の自己干渉の影響を除去するための技術は幾つか知られている。しかしながら、MIMOのようなマルチアンテナシステムにおいて全二重通信をする場合、干渉チャネルの組み合わせが増えるため、干渉除去は複雑化し易い。 In full-duplex communication, the influence of self-interference is large on a received signal. Several techniques are known for eliminating the effect of the self-interference of the full-duplex communication. However, when performing full-duplex communication in a multi-antenna system such as MIMO, interference cancellation is likely to be complicated because the number of combinations of interference channels increases.
実施形態は、LOS−MIMOで全二重通信をするに当たり、簡素に干渉除去を行うことができる電子装置及びそのアンテナ設置方法を提供する。 The embodiment provides an electronic device and a method of installing an antenna thereof, which can easily remove interference when performing full-duplex communication by LOS-MIMO.
実施形態の電子装置は、第1アンテナ部と、第2アンテナ部とを備える。第1アンテナ部は、送信信号を送信する複数の第1アンテナ素子を有する。第2アンテナ部は、送信信号の送信周波数帯と少なくとも一部が重なる受信周波数帯で、かつ送信信号の送信期間と少なくとも一部が重なる受信期間で受信信号を受信する、第1アンテナ素子の数と同数の複数の第2アンテナ素子を有する。複数の第2アンテナ素子のうちの少なくとも2つの第2アンテナ素子の間隔sは、受信周波数帯に対応する波長をλ、第1アンテナ部と第2アンテナ部との距離をDとしたとき、
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。図1は、実施形態に係る電子装置の構成例を示す図である。電子装置は、送信アレーアンテナ部101と、送信部102と、送信信号情報保持部103と、第1チャネル情報保持部104と、第2チャネル情報保持部105と、ウェイト演算部106と、干渉信号除去部107と、受信部108と、受信アレーアンテナ部109と、処理部110とを有する。この電子装置は、LOS−MIMOで全二重通信をする各種の電子装置である。以下で説明する全二重通信は、送信信号の送信周波数帯と受信信号の受信周波数帯の少なくとも一部が重なっており、さらに、送信信号の送信期間と受信信号の受信期間の少なくとも一部が重なっている通信のことを言う。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an electronic device according to an embodiment. The electronic device includes a transmission array antenna unit 101, a transmission unit 102, a transmission signal information holding unit 103, a first channel information holding unit 104, a second channel information holding unit 105, a weight calculation unit 106, an interference signal It has a removing unit 107, a receiving unit 108, a receiving array antenna unit 109, and a processing unit 110. This electronic device is various electronic devices that perform full-duplex communication by LOS-MIMO. In the full-duplex communication described below, at least part of the transmission frequency band of the transmission signal and at least part of the reception frequency band of the reception signal overlap, and further, at least part of the transmission period of the transmission signal and the reception period of the reception signal. Refers to overlapping communications.
送信アレーアンテナ部101は、送信信号を送信するための2以上の第1アンテナ素子のアレーを有する。それぞれのアンテナ素子は、無線信号を送信できるものであれば限定されない。 The transmission array antenna unit 101 has an array of two or more first antenna elements for transmitting a transmission signal. Each antenna element is not limited as long as it can transmit a radio signal.
送信部102は、処理部110から伝送されてきたデータに基づいて送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アレーアンテナ部101の各第1アンテナ素子に出力する。送信信号を生成するための処理は、変調処理、フィルタ処理、増幅処理等を含む。送信部102は、ソフトウェア処理によって、変調処理、フィルタ処理、増幅処理等を行うように構成されていてもよいし、変調処理、フィルタ処理、増幅処理等を行う専用の回路を有していてもよい。 Transmitting section 102 generates a transmission signal based on the data transmitted from processing section 110, and outputs the generated transmission signal to each first antenna element of transmission array antenna section 101. Processing for generating a transmission signal includes modulation processing, filtering processing, amplification processing, and the like. The transmission unit 102 may be configured to perform modulation processing, filter processing, amplification processing, and the like by software processing, or may have a dedicated circuit that performs modulation processing, filter processing, amplification processing, and the like. Good.
送信信号情報保持部103は、送信部102によって生成された送信信号の情報を保持する。送信信号情報保持部103は、例えばRAMといったメモリを含む。ここで、送信信号情報保持部103は、第1アンテナ素子毎の送信信号の情報を別個に保持する。これらの送信信号の情報は、後で説明するように自局の受信信号に対する干渉信号を特定するために用いられる。 The transmission signal information holding unit 103 holds information of the transmission signal generated by the transmission unit 102. The transmission signal information holding unit 103 includes a memory such as a RAM, for example. Here, the transmission signal information holding unit 103 separately holds information of a transmission signal for each first antenna element. The information of these transmission signals is used for specifying an interference signal with respect to the reception signal of the own station as described later.
第1チャネル情報保持部104は、通信相手の無線局(相手局)の送信アレーアンテナ部から送信されて対象局(自局)の受信アレーアンテナ部109で受信された受信信号に基づくチャネルである送受間チャネルの情報を第1チャネル情報として保持する。第1チャネル情報保持部104は、例えばRAMといったメモリを含む。第1チャネル情報は、例えばチャネル推定を行った結果として得られるチャネルの情報でよい。チャネル推定は、例えば処理部110において行われる。 The first channel information holding unit 104 is a channel based on a reception signal transmitted from the transmission array antenna unit of the wireless station (the other station) of the communication partner and received by the reception array antenna unit 109 of the target station (the own station). Information on the channel between transmission and reception is held as first channel information. The first channel information holding unit 104 includes a memory such as a RAM, for example. The first channel information may be, for example, channel information obtained as a result of performing channel estimation. The channel estimation is performed in, for example, the processing unit 110.
第2チャネル情報保持部105は、自局の送信アレーアンテナ部101から送信されて自局の受信アレーアンテナ部109で受信された受信信号に基づくチャネルである干渉チャネルの情報を第2チャネル情報として保持する。第2チャネル情報保持部105は、例えばRAMといったメモリを含む。第2チャネル情報は、例えばチャネル推定を行った結果として得られるチャネルの情報でよい。チャネル推定は、例えば処理部110において行われる。 Second channel information holding section 105 uses, as second channel information, information on an interference channel, which is a channel based on a reception signal transmitted from transmission array antenna section 101 of the own station and received by reception array antenna section 109 of the own station. Hold. The second channel information holding unit 105 includes a memory such as a RAM, for example. The second channel information may be, for example, channel information obtained as a result of performing channel estimation. The channel estimation is performed in, for example, the processing unit 110.
ウェイト演算部106は、チャネル行列の逆行列を計算することによりウェイトを計算し、計算したウェイトを受信部108で受信された受信信号に乗じるウェイト演算をする。ウェイト演算部106は、ソフトウェア処理によって、ウェイト演算を行うように構成されていてもよいし、ウェイト演算を行う専用の回路を有していてもよい。干渉除去の前にウェイトを乗算することにより、後で説明する干渉除去をしやすくする効果がある。ウェイト演算部106は、省略されてもよい。 Weight calculation section 106 calculates the weight by calculating the inverse matrix of the channel matrix, and performs weight calculation to multiply the calculated weight by the reception signal received by reception section 108. The weight calculation unit 106 may be configured to perform weight calculation by software processing, or may have a dedicated circuit for performing weight calculation. Multiplying the weights before the interference removal has the effect of facilitating the later-described interference removal. Weight calculation section 106 may be omitted.
干渉信号除去部107は、ウェイト演算された受信信号から送信信号情報保持部103に保持されている送信信号の情報に基づく干渉信号を除去する。そして、干渉信号除去部は、干渉信号が除去された受信信号のデータを処理部110に送る。干渉信号除去部107は、ソフトウェア処理によって、干渉信号の除去を行うように構成されていてもよいし、干渉信号の除去を行う専用の回路を有していてもよい。 The interference signal elimination section 107 eliminates an interference signal based on the information of the transmission signal held in the transmission signal information holding section 103 from the weighted reception signal. Then, the interference signal removing unit sends the data of the received signal from which the interference signal has been removed to the processing unit 110. The interference signal removal unit 107 may be configured to remove the interference signal by software processing, or may have a dedicated circuit for removing the interference signal.
受信部108は、受信アレーアンテナ部109の各第2アンテナ素子から受信された受信信号を復調する。また、受信部108は、復調した受信信号に対してフィルタ処理、増幅処理といった処理を行う。そして、受信部108は、受信信号からデータを取り出し、取り出したデータを第1チャネル情報保持部104、ウェイト演算部106、干渉信号除去部107に送る。受信部108は、ソフトウェア処理によって、復調処理、フィルタ処理、増幅処理等を行うように構成されていてもよいし、復調処理、フィルタ処理、増幅処理等を行う専用の回路を有していてもよい。 Receiving section 108 demodulates a received signal received from each second antenna element of receiving array antenna section 109. Further, receiving section 108 performs processing such as filter processing and amplification processing on the demodulated received signal. Then, receiving section 108 extracts data from the received signal, and sends the extracted data to first channel information holding section 104, weight calculating section 106, and interference signal removing section 107. The receiving unit 108 may be configured to perform demodulation processing, filter processing, amplification processing, and the like by software processing, or may have a dedicated circuit that performs demodulation processing, filter processing, amplification processing, and the like. Good.
受信アレーアンテナ部109は、受信信号を受信するための2以上の第2アンテナ素子のアレーを有する。それぞれのアンテナ素子は、無線信号を受信できるものであれば限定されない。 The reception array antenna unit 109 has an array of two or more second antenna elements for receiving a reception signal. Each antenna element is not limited as long as it can receive a radio signal.
処理部110は、例えばCPU、ASIC、FPGA又はDSPといったデジタル信号処理器を有する。処理部110は、ROM及びRAMといったメモリを有していてもよい。また、処理部110は、複数のCPU等を有してもよいし、複数のメモリを有していてもよい。このような処理部110は、送信信号に含めるデータ及び受信信号に含まれるデータを処理する。また、処理部110は、必要に応じて電子装置の各種の制御を行う。 The processing unit 110 has a digital signal processor such as a CPU, an ASIC, an FPGA, or a DSP. The processing unit 110 may include a memory such as a ROM and a RAM. Further, the processing unit 110 may have a plurality of CPUs or the like, or may have a plurality of memories. Such a processing unit 110 processes data included in the transmission signal and data included in the reception signal. Further, the processing unit 110 performs various controls of the electronic device as needed.
以下、実施形態におけるアンテナ素子の配置方法について説明する。まず、本実施形態におけるアンテナ素子の配置方法について説明するために、LOS−MIMOについて説明する。図2は、LOS−MIMOについて説明するための図である。 Hereinafter, a method of arranging the antenna elements in the embodiment will be described. First, LOS-MIMO will be described to describe a method for arranging antenna elements according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram for describing LOS-MIMO.
MIMOとは、送受信に複数のアンテナを用いることで周波数帯域を広げることなしに、伝送レートを改善する技術である。一般的なMIMO伝送では、マルチパス(複数の反射波)を活用することで、伝送路の直交化を図る。一方で、LOS−MIMOは、見通し内環境でも直交性を保つMIMO伝送である。LOS−MIMOでは、直接波のみが活用されるので、送受間の伝送路は決定論的にモデリングされる。 MIMO is a technique for improving a transmission rate without expanding a frequency band by using a plurality of antennas for transmission and reception. In general MIMO transmission, transmission paths are made orthogonal by utilizing multipath (a plurality of reflected waves). On the other hand, LOS-MIMO is MIMO transmission that maintains orthogonality even in line-of-sight environments. In LOS-MIMO, since only direct waves are used, the transmission path between transmission and reception is deterministically modeled.
例えば、図2のように送受信とも2つのアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを想定する。図2において、アンテナ素子の素子間隔をa、送受信間の伝送距離をbと置くと、対象局の第1アンテナ素子#1から相手局の第2アンテナ素子#1の伝送路長はbとなる。また、対象局の第1アンテナ素子#1から相手局の第2アンテナ素子#1の伝送路長は以下で表される。
例えば、位相差が90度の場合に直交性が満たされる。位相差が90度となるときの伝送路(チャネル行列)をHと置くと、Hは以下の式(1)によって表される。
MIMO伝送の評価指標の一つとして空間相関がある。これは2つの受信素子における受信信号の類似性を表す指標である。空間相関が低い、すなわち信号の類似性が低いとき、信号は容易に分離できる。チャネル行列Hをもとに、次式(2)、(3)に従って空間相関ρrが計算される。
次に、全二重通信について説明する。全二重通信とは、図3のように同時に双方向通信を行う技術である。つまり対象局である局Aは自局より信号を送信すると同時に、相手局である局Bからの信号を受信する。全二重通信を時分割複信(TDD)や周波数分割複信(FDD)と比較すると、全二重通信では上りの信号と下り信号とを時間や周波数に対して分割して送らなくてよいので、周波数利用効率は時分割複信(TDD)や周波数分割複信(FDD)の2倍になる。ただし、全二重通信では、図4のように局Aの送信信号が回り込んで局Aで受信される。この回り込んで受信された送信信号は、局Bからの信号に対して干渉信号となる。したがって、局Bからの信号を正しく取得するためには、局Aの受信信号から干渉信号を除去する必要がある。 Next, full-duplex communication will be described. Full-duplex communication is a technique for performing two-way communication simultaneously as shown in FIG. That is, the target station A transmits a signal from its own station and simultaneously receives a signal from the partner station B. When comparing full-duplex communication with time-division duplex (TDD) or frequency-division duplex (FDD), in full-duplex communication, an upstream signal and a downstream signal do not need to be divided and transmitted for time and frequency. Therefore, the frequency utilization efficiency is twice that of time division duplex (TDD) or frequency division duplex (FDD). However, in full-duplex communication, the transmission signal of the station A wraps around and is received by the station A as shown in FIG. The transmitted signal that has been wrapped around and becomes an interference signal with respect to the signal from the station B. Therefore, in order to correctly obtain the signal from the station B, it is necessary to remove the interference signal from the received signal of the station A.
全二重通信における干渉除去について説明する。まず、図4のように、送受信ともに2つのアンテナ素子#1、#2を有する場合を想定し、局A−局B間の伝送路(送受間チャネル)のインパルス応答をhij、局Aの送受信のアンテナ素子間の干渉信号の伝送路(干渉チャネル)をhI,ijとおく。iは信号の伝送先を示す。iが1のとき、信号の伝送先が第2アンテナ素子#1であること示し、iが2のとき、信号の伝送先が第2アンテナ素子#2であること示す。jは信号の伝送元を示す。jが1のとき、信号の伝送元が第1アンテナ素子#1であること示し、jが2のとき、信号の伝送元が第1アンテナ素子#2であること示す。また、ここでは簡単のため雑音は無視して考える。局Bからの所望の受信信号をsi、局Aの干渉信号をsI,i、局Aにおける受信信号をyjと置くと、送受信のアンテナ素子が2素子の場合、yjは式(4)のように行列演算で表される。
ここで、送受間チャネルと干渉チャネルが双方とも式(1)のようなLOS−MIMOの条件を満たすチャネルであるとき、式(4)は、式(6)のように書くことができる。
送受間チャネルと干渉チャネルとをLOS−MIMOの条件を満たすように設計すれば干渉成分の差し引きが容易になる。そのための送受間チャネルのアンテナ素子の設置方法に関して説明する。以下の説明において、λを使用波長、Dを送受信間の水平距離とする。なお、使用波長λは、送受信信号の使用周波数の逆数である。送受信信号の使用周波数は帯域を有していてもよい。また、送受信間の水平距離Dは、第1アンテナ素子と第2アンテナ素子の対応するもの同士の距離であってよい。このとき、最短のDは、第1アンテナ素子と第2アンテナ素子の近いもの同士の距離であり、最長のDは、第1アンテナ素子と第2アンテナ素子の遠いもの同士の距離である。 If the inter-transmission / reception channel and the interference channel are designed to satisfy the conditions of LOS-MIMO, the deduction of the interference component becomes easy. A method for installing the antenna element of the channel between transmission and reception for that purpose will be described. In the following description, λ is used wavelength and D is horizontal distance between transmission and reception. The used wavelength λ is the reciprocal of the used frequency of the transmission / reception signal. The frequency used for the transmission / reception signal may have a band. Further, the horizontal distance D between transmission and reception may be a distance between corresponding ones of the first antenna element and the second antenna element. At this time, the shortest D is the distance between near ones of the first and second antenna elements, and the longest D is the distance between far ones of the first and second antenna elements.
まず、図7のように直接波のパス長をそれぞれdyと置く。第1アンテナ素子及び第2アンテナ素子の間隔が送受信間の水平距離に対して十分短い場合には、素子の違いによる振幅変化を無視することができる。このとき、チャネル行列Hを下式(8)のように書くことができる。
送受信間チャネルにおいて、式(16)においてp=0と置き、素子間隔sを以下のように設定した場合の干渉チャネルを考える。
式(17)−(20)より、d21−d11とd12−d22は一定の値であり、何れも(λ/4)(2p+1)(pは0以上の整数)となる。したがって、例えば図10のように2つの受信素子からの差がλ/4の奇数倍となる点を第1アンテナ素子の位置とすることで、干渉チャネルの直交化が図られる。 From Equations (17) to (20), d 21 -d 11 and d 12 -d 22 are constant values, and both are (λ / 4) (2p + 1) (p is an integer of 0 or more). Therefore, for example, by setting a point where the difference between the two receiving elements is an odd multiple of λ / 4 as shown in FIG. 10 as the position of the first antenna element, orthogonalization of the interference channel is achieved.
式(17)−(20)と図10をもとにすると、干渉チャネルに対する第1アンテナ素子は、距離の差を一定とする曲線上、つまり図11のように第2アンテナ素子を焦点とする双曲線上に設置されればよいことが分かる。双曲線の一般式は以下の式(21)である。
図12は、周波数を80GHzとし、第2アンテナ素子の位置を位置1201に固定しつつ、pを変化させたときの、干渉チャネルの第1アンテナ素子の候補位置1202を示した図である。図12に示すように、無数の双曲線が描かれ、第1アンテナ素子の候補位置1202が多数存在することが分かる。この候補位置1202の上に第1アンテナ素子が設置されることにより、干渉チャネルと送受信間チャネルの双方が直交化される。 FIG. 12 is a diagram showing a candidate position 1202 of the first antenna element of the interference channel when the frequency is set to 80 GHz, the position of the second antenna element is fixed at the position 1201, and p is changed. As shown in FIG. 12, an infinite number of hyperbolas are drawn, and it can be seen that there are many candidate positions 1202 for the first antenna element. By installing the first antenna element on this candidate position 1202, both the interference channel and the transmission / reception channel are orthogonalized.
図12のように、特にミリ波の場合には第1アンテナ素子の候補位置は多くあるものの、少し位置がずれると位相が変わって干渉チャネルの直交性が崩れる。図13は、第2アンテナ素子の位置を位置1301に変化させて素子間隔を縮めた場合の第1アンテナ素子の候補位置1302を示した図である。図14は、第2アンテナ素子の位置を位置1401に変化させて素子間隔をさらに縮めた場合の第1アンテナ素子の候補位置1402を示した図である。図13及び図14より、第2アンテナ素子の素子間隔を縮めると、第2アンテナ素子の位置から負側の位置については双曲線の間隔が広がることが分かる。したがって、この間隔が広がっている双曲線上に第1アンテナ素子の位置が設定されることで、素子位置ずれに対するチャネル変化は少なくなる。つまり、素子の位置ずれに対してロバストになり、チャネルの直交性が保たれやすくなる。 As shown in FIG. 12, especially in the case of a millimeter wave, although there are many candidate positions of the first antenna element, if the position is slightly shifted, the phase changes and the orthogonality of the interference channel is broken. FIG. 13 is a diagram illustrating a candidate position 1302 of the first antenna element when the position of the second antenna element is changed to the position 1301 to reduce the element interval. FIG. 14 is a diagram showing candidate positions 1402 of the first antenna element when the position of the second antenna element is changed to the position 1401 to further reduce the element interval. 13 and 14 that when the element interval of the second antenna element is reduced, the hyperbolic interval increases from the position of the second antenna element to the position on the negative side. Therefore, by setting the position of the first antenna element on the hyperbola having the widened interval, the channel change with respect to the element position shift is reduced. That is, it becomes robust against the element displacement, and the orthogonality of the channels is easily maintained.
以上説明したように本実施形態によれば、送信信号を送信する第1アンテナ素子と受信信号を受信する第2アンテナ素子とを、送受信チャネルと干渉チャネルの双方の直交性が保たれるように設置している。これにより、全二重通信においてLOS−MIMOの干渉除去の条件を適用することができるので干渉除去が簡易化される。 As described above, according to the present embodiment, the first antenna element for transmitting the transmission signal and the second antenna element for receiving the reception signal are arranged such that the orthogonality of both the transmission / reception channel and the interference channel is maintained. Has been installed. This makes it possible to apply LOS-MIMO interference cancellation conditions in full-duplex communication, thereby simplifying interference cancellation.
ここで、チャネルには可逆性がある。このため、前述した実施形態において、第1アンテナ素子と第2アンテナ素子の位置は入れ替えられてもよい。つまり、前述した実施形態では、第2アンテナ素子を基準にして第1アンテナ素子の位置が式(17)−(20)に基づいて決定される。これに対し、第1アンテナ素子を基準にして第2アンテナ素子の位置が式(17)−(20)に基づいて決定されてもよい。 Here, the channel has reversibility. Therefore, in the above-described embodiment, the positions of the first antenna element and the second antenna element may be interchanged. That is, in the above-described embodiment, the position of the first antenna element is determined based on Equations (17) to (20) with reference to the second antenna element. On the other hand, the position of the second antenna element may be determined based on Equations (17) to (20) based on the first antenna element.
[変形例1]
以下、変形例について説明する。第1アンテナ素子及び第2アンテナ素子は、図15に示すように、例えばアレー中心Cを通る軸に対して対称に配置される。しかしながら、図15に示すように、第1アンテナ素子の素子間隔と第2アンテナ素子の素子間隔とは同一でなくてもよい。第1アンテナ素子の素子間隔と第2アンテナ素子の素子間隔が同一でないとき、干渉チャネルのチャネル行列は次の式(29)で表現される。
Hereinafter, modified examples will be described. The first antenna element and the second antenna element are arranged symmetrically with respect to an axis passing through the center C of the array, for example, as shown in FIG. However, as shown in FIG. 15, the element spacing of the first antenna element and the element spacing of the second antenna element do not have to be the same. When the element spacing of the first antenna element and the element spacing of the second antenna element are not the same, the channel matrix of the interference channel is expressed by the following equation (29).
[変形例2]
変形例2について説明する。送信アレーアンテナ部101と受信アレーアンテナ部109の間の各干渉チャネルの振幅に違いがある場合、例えば処理部110は、これらの振幅の比率に基づいて相手局が有する送信アレーアンテナ部の指向性を変化するように要求してもよい。例えば、式(31)におけるXとYの比が無視できない場合、処理部110は、図16のように、送受間チャネルの振幅比がX:Yとなるように、送信アレーアンテナ部の指向性を調整するように相手局に対して要求する。送受間チャネルの振幅比がX:Yであるとき、式(4)より、次の式(32)が成り立つ。
Modification 2 will be described. If there is a difference in the amplitude of each interference channel between the transmission array antenna unit 101 and the reception array antenna unit 109, for example, the processing unit 110 determines the directivity of the transmission array antenna unit of the partner station based on the ratio of these amplitudes. May be required to change. For example, when the ratio of X and Y in Expression (31) cannot be ignored, the processing unit 110 controls the directivity of the transmission array antenna unit so that the amplitude ratio of the channel between transmission and reception becomes X: Y as shown in FIG. To the partner station to adjust When the amplitude ratio of the channel between transmission and reception is X: Y, the following expression (32) is established from expression (4).
図16に示す送受間チャネル及び干渉チャネルが形成されることを考えると、次の式(33)が成立する。ただし、式(33)において送受間チャネルと干渉チャネルともに直交性が保たれているものとする。
ここで、以上の議論では簡単のため、干渉チャネルと送受信間チャネルの振幅は同一としている。振幅が違う場合にもその比率を事前に測る、若しくは幾何学的に見積もっておくことで同じ議論が行われ得る。 Here, in the above discussion, for simplicity, the amplitude of the interference channel and the amplitude of the channel between transmission and reception are assumed to be the same. The same argument can be made when the amplitude is different by measuring the ratio in advance or estimating it geometrically.
[変形例3]
変形例3について説明する。前述した実施形態ではアンテナ素子が2素子である例を説明している。これに対し、アンテナ素子の数は、2素子以上の任意の数であってよい。ここでは、アンテナ素子がn素子の場合の干渉信号除去の簡素化について説明する。まず、図17のように第1アンテナ素子及び第2アンテナ素子がそれぞれn素子である場合、受信信号は、式(4)と同様にして次の式(36)で示される行列で表される。
Modification 3 will be described. In the above-described embodiment, an example in which the number of antenna elements is two has been described. On the other hand, the number of antenna elements may be an arbitrary number of two or more elements. Here, simplification of interference signal removal when the number of antenna elements is n will be described. First, when the first antenna element and the second antenna element are each n elements as shown in FIG. 17, the received signal is represented by a matrix represented by the following equation (36) in the same manner as equation (4). .
ここで、送受間チャネルと干渉チャネルが双方とも式(1)のLOS−MIMOの条件を満たすチャネルを考える。なお、n×n MIMOの場合のチャネル行列は一般に以下の式(40)のように置くことができる。
ここで、図18の考え方をn×n MIMOに拡張する場合を考える。式(40)を用いて、式(4)と同様にして受信信号を表現すると次の式(41)のようになる。
したがって、送受間チャネルと干渉チャネルがともに式(40)を満たすようにアンテナ素子が配置されることで、n×nMIMOでも同様に簡易な干渉除去を行うことができる。 Therefore, by arranging the antenna elements such that both the transmission / reception channel and the interference channel satisfy Expression (40), it is possible to similarly perform simple interference cancellation in n × n MIMO.
[変形例4]
前述した実施形態では、第1チャネル情報及び第2チャネル情報は、例えばチャネル推定を行った結果として得られるチャネルの情報であるとされている。これに対し、第1チャネル情報及び第2チャネル情報は、その他の手法で得られてもよい。
[Modification 4]
In the embodiment described above, the first channel information and the second channel information are assumed to be channel information obtained as a result of performing channel estimation, for example. On the other hand, the first channel information and the second channel information may be obtained by other methods.
例えば、第1チャネル情報及び第2チャネル情報は、事前のキャリブレーションプロセスにて測定されたチャネルの情報であってもよい。例えば、第1チャネル情報の初期値は、図20のようなキャリブレーションプロセスで推定されてもよい。すなわち、送信信号を止めた状態で受信信号を測定することでチャネルの情報が推定されてもよい。また、第2チャネル情報の初期値は、図21のようなキャリブレーションプロセスで推定されてもよい。つまり、受信信号を遮断した状態で送信信号による干渉信号を測定することでチャネルの情報が推定されてもよい。 For example, the first channel information and the second channel information may be information of a channel measured in a previous calibration process. For example, the initial value of the first channel information may be estimated by a calibration process as shown in FIG. That is, the channel information may be estimated by measuring the reception signal while the transmission signal is stopped. Further, the initial value of the second channel information may be estimated by a calibration process as shown in FIG. That is, channel information may be estimated by measuring an interference signal due to a transmission signal in a state where the reception signal is blocked.
また、第1チャネル情報及び第2チャネル情報は、決定論的に算出されたチャネルの情報であってもよい。送受間チャネルで直接波の影響が強い場合には、チャネルが決定論的に決まる。したがって、チャネルの情報は、幾何学的に計算され得る。また、干渉チャネルも一般的には送受間距離が短いので静的な場合が多く、こちらも幾何学的に計算され得る。 Further, the first channel information and the second channel information may be deterministically calculated channel information. When the direct wave is strong in the channel between transmission and reception, the channel is determined deterministically. Therefore, the information of the channel can be calculated geometrically. In addition, the interference channel is generally static because the transmission / reception distance is short, and can be calculated geometrically.
[変形例5]
ウェイト演算部106におけるウェイトの演算手法は、チャネル行列の逆行列の計算に限るものではない。ウェイト演算部106は、例えば、最小平均2乗誤差(MMSE)及び最尤検出(MLD)のMIMO受信ウェイト演算手法を用いてウェイトを計算してもよい。
[Modification 5]
The method of calculating the weight in the weight calculation unit 106 is not limited to the calculation of the inverse matrix of the channel matrix. The weight calculation unit 106 may calculate the weight using, for example, a MIMO reception weight calculation technique of minimum mean square error (MMSE) and maximum likelihood detection (MLD).
[変形例6]
干渉信号除去部107は、図22のように、それぞれの第2アンテナ素子からの受信信号から、それぞれの第2アンテナ素子が対応している第1アンテナ素子からの干渉信号を減算する。干渉信号除去部107は、例えば、第2アンテナ素子#1からの受信信号については第1アンテナ素子#1のみからの干渉信号を減算すればよく、第2アンテナ素子#2では第1アンテナ素子#2のみからの干渉信号を減算すればよい。
[Modification 6]
As shown in FIG. 22, the interference signal removing unit 107 subtracts the interference signal from the first antenna element corresponding to each second antenna element from the reception signal from each second antenna element. For example, the interference signal removing section 107 may subtract the interference signal from only the first antenna element # 1 for the reception signal from the second antenna element # 1, and the first antenna element # 2 in the second antenna element # 2. It is sufficient to subtract the interference signal from only 2.
一方、式(35)で表される送信アレーアンテナ部101と受信アレーアンテナ部109の場合、すなわちチャネル間の振幅比が大きい場合、式(35)の右辺第2項の対角要素のej(α−β)は、hI,11/h11、hI,22/h22で表される。このことから、干渉信号除去部107は、既知の干渉信号に干渉チャネルと送受信チャネルの比を乗算してから干渉信号を減算してもよい。 On the other hand, if the transmission is represented by the formula (35) array antenna unit 101 and the receiving array antenna unit 109, that is, when the amplitude ratio between the channels is large, the diagonal elements of the second term on the right side of formula (35) e j (alpha-beta) is expressed by h I, 11 / h 11, h I, 22 / h 22. For this reason, the interference signal removing section 107 may subtract the interference signal after multiplying the known interference signal by the ratio of the interference channel to the transmission / reception channel.
[実施形態の具体的な効果]
図23は、80GHzでの等価低域系シミュレーションによってビット誤り率特性を算出したものである。図23の「LOS−MIMO with interface」は、図24で示す全二重通信システムありの構成であって、受信信号に自局の送信信号による干渉成分が含まれ得る構成におけるビット誤り率特性を示している。一方、図23の「LOS−MIMO」は、図25で示す全二重通信なしの通信システムの構成であって、受信信号に自局の送信信号による干渉成分が含まれ得ない通信システムの構成でのビット誤り率特性を示している。
[Specific effects of the embodiment]
FIG. 23 shows the calculation of the bit error rate characteristics by the equivalent low-pass system simulation at 80 GHz. “LOS-MIMO with interface” in FIG. 23 is a configuration including the full-duplex communication system illustrated in FIG. 24, and illustrates a bit error rate characteristic in a configuration in which a received signal may include an interference component due to a transmission signal of the own station. Is shown. On the other hand, “LOS-MIMO” of FIG. 23 is a configuration of a communication system without full-duplex communication shown in FIG. 25, and is a configuration of a communication system in which a received signal cannot include an interference component due to a transmission signal of the own station. 5 shows the bit error rate characteristics at the time.
図23に示すように、「LOS−MIMO with interface」のビット誤り率特性は、「LOS−MIMO」のビット誤り率特性とほぼ同一の特性である。つまり、実施形態で説明したように、アンテナ素子の配置を適宜に設定することで、図5の干渉成分501及び504の干渉成分を除去するだけでも、特性はほぼ劣化しない。このことから、簡素化による干渉除去の有効性が確認できる。 As shown in FIG. 23, the bit error rate characteristic of “LOS-MIMO with interface” is almost the same as the bit error rate characteristic of “LOS-MIMO”. That is, as described in the embodiment, by appropriately setting the arrangement of the antenna elements, even if only the interference components 501 and 504 in FIG. 5 are removed, the characteristics are not substantially deteriorated. From this, the effectiveness of interference removal by simplification can be confirmed.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements in an implementation stage without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Further, components of different embodiments may be appropriately combined.
101 送信アレーアンテナ部、102 送信部、103 送信信号情報保持部、104 第1チャネル情報保持部、105 第2チャネル情報保持部、106 ウェイト演算部、107 干渉信号除去部、108 受信部、109 受信アレーアンテナ部、110 処理部。 101 transmission array antenna section, 102 transmission section, 103 transmission signal information holding section, 104 first channel information holding section, 105 second channel information holding section, 106 weight calculation section, 107 interference signal removal section, 108 reception section, 109 reception Array antenna unit, 110 processing unit.
Claims (16)
前記送信信号の送信周波数帯と少なくとも一部が重なる受信周波数帯で、かつ前記送信信号の送信期間と少なくとも一部が重なる受信期間で受信信号を受信する、前記第1アンテナ素子の数と同数の複数の第2アンテナ素子を有する第2アンテナ部と、
を具備し、
前記複数の第2アンテナ素子のうちの少なくとも2つの第2アンテナ素子の間隔sは、前記受信周波数帯に対応する波長をλ、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部との距離をDとしたとき、
The reception frequency band at least partially overlaps the transmission frequency band of the transmission signal, and receives a reception signal in a reception period at least partially overlaps the transmission period of the transmission signal, the same number as the number of the first antenna elements A second antenna unit having a plurality of second antenna elements;
With
The interval s between at least two second antenna elements of the plurality of second antenna elements is λ for the wavelength corresponding to the reception frequency band, and D for the distance between the first antenna unit and the second antenna unit. When
前記送信信号の送信周波数帯と少なくとも一部が重なる受信周波数帯で、かつ前記送信信号の送信期間と少なくとも一部が重なる受信期間で受信信号を受信する、前記第1アンテナ素子と同数の第2アンテナ素子のアレーを有する第2アンテナ部と、
を具備し、
前記複数の第1アンテナ素子のうちの少なくとも2つの第1アンテナ素子の間隔sは、前記受信周波数帯に対応した波長をλ、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部との距離をDとしたとき、
A receiving frequency band that at least partially overlaps a transmission frequency band of the transmission signal, and a reception signal that is received in a reception period that at least partially overlaps a transmission period of the transmission signal; A second antenna unit having an array of antenna elements;
With
The distance s between at least two first antenna elements of the plurality of first antenna elements is λ, the wavelength corresponding to the reception frequency band, and D is the distance between the first antenna unit and the second antenna unit. When
前記電子装置の通信相手の無線局から送信されて前記第2アンテナ部で受信される第1受信信号に基づく、前記電子装置と前記無線局との間の第1チャネル情報を保持する第1チャネル情報保持部と、
前記第1アンテナ部から送信されて前記第2アンテナ部で受信される第2受信信号に基づく、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部との間の第2チャネル情報を保持する第2チャネル情報保持部と、
前記第1チャネル情報と前記第2チャネル情報とに基づいて前記第1受信信号に対してウェイト演算を行うウェイト演算部と、
前記ウェイト演算がされた前記第1受信信号と前記送信信号情報保持部に保持された前記送信信号とに基づいて、前記第1受信信号における干渉信号を除去する干渉信号除去部と、
をさらに具備する請求項1又は5に記載の電子装置。 A transmission signal information holding unit that holds information of a transmission signal transmitted from the first antenna unit;
A first channel for holding first channel information between the electronic device and the wireless station based on a first reception signal transmitted from a wireless station of a communication partner of the electronic device and received by the second antenna unit; An information holding unit;
A second channel for holding second channel information between the first antenna unit and the second antenna unit based on a second reception signal transmitted from the first antenna unit and received by the second antenna unit An information holding unit;
A weight calculation unit that performs a weight calculation on the first received signal based on the first channel information and the second channel information;
An interference signal removal unit that removes an interference signal in the first reception signal based on the weighted first reception signal and the transmission signal held in the transmission signal information holding unit;
The electronic device according to claim 1, further comprising:
前記複数の第2アンテナ素子のうちの少なくとも2つの第2アンテナ素子の間隔をs、前記受信周波数帯に対応した波長をλ、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部との距離をDとしたとき、
The distance between at least two second antenna elements of the plurality of second antenna elements is s, the wavelength corresponding to the reception frequency band is λ, and the distance between the first antenna unit and the second antenna unit is D. When
前記複数の第1アンテナ素子のうちの少なくとも2つの第1アンテナ素子の間隔をs、前記受信周波数帯に対応した波長をλ、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部との距離をDとしたとき、
An interval between at least two first antenna elements of the plurality of first antenna elements is s, a wavelength corresponding to the reception frequency band is λ, and a distance between the first antenna section and the second antenna section is D. When
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