JP4097129B2 - Wireless transmission device and wireless device - Google Patents

Description

送信ウエイトｗ，受信ウエイトｖにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく受信信号レベルが高くなるよう送受信ウエイト決定する。
【０００７】
この一連の信号処理は、図１７に示す送受信ビームパターンを用いて説明することもできる。送信側では複数アンテナからの重み付け送信により、方向によって送信信号電力が異なり、送信ビームが形成される。また、受信側でも同様に受信ビームが形成される。このように送受信局がそれぞれビーム形成を行うことにより、高い信号電力での信号受信することが可能となる。なお、図１６の信号処理構成と図１７のビームパターンは同一の現象を異なる説明法で示したのみである。特に、ビームパターンは直観的に理解しやすい利点がある。逆に、信号処理構成は厳密な説明を記述する際に適しており、以下では、信号処理の詳細に重点をおいて説明する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビーム形成法では、１対１通信において１つの信号を送受信する際に、複数の信号を同時に並列伝送することができなかった。そのため、送信可能な信号の伝送速度には制限が生じていた。このため、さらに高速な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して十分対応できないという問題点があった。
【０００９】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、複数の信号を同時に並列伝送することが可能な無線伝送装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ｋ（＞＝１）個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＫ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、前記送信ビームから送信された信号をＭ個のアンテナを用いて受信する受信局とを備え、前記送信局で用いる送信用ウエイトは、前記受信局から送信される各アンテナでウエイト乗算された信号に基づいて設定される。
また、前記送信局は、送信ビーム単位で異なる変調方式または符号化方法または送信電力を用いる。
また、前記受信局から前記送信局へ送信される制御信号は、空間多重伝送される。
また、この発明は、Ｋ（＞＝１）個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＫ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、前記送信ビームから送信された信号をＭ個のアンテナを用いて受信する受信局とを備え、前記送信局は、送信ビーム単位で異なる変調方式または符号化方法または送信電力を用いる。
【００１６】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定する。
また、前記受信局は、前記送信局がサブチャネルを使用する場合に前記ウエイトが乗算された信号を送信し、サブチャネルを使用しない場合には当該信号を送信しないことを決定し、それに応じて当該信号の送信を行う。
【００１７】
また、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、前記受信局は、前記ウエイトが乗算された信号として、複数の信号を送信する場合に、互いに直交する信号パターンを有する信号を送信する。
【００１８】
また、前記送信局は、前記受信局から送信される前記ウエイトが乗算された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて前記送信用ウエイトを決定する。
【００１９】
また、前記受信局から複数の信号が送信される場合に送信される当該信号は互いに異なる送信ビームで送信される。
また、前記受信局は、干渉の状態に応じて前記受信局用のウエイトを決定し、そのウエイトを用いて前記信号を送信することで、前記送信局に、前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを通知する。
また、前記受信局は前記ウエイトの決定にあたり、前記送信局からの信号のない領域を用いて計算する。
【００２０】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知する。
【００２１】
また、前記受信局用のウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知する。
【００２６】
また、前記受信局は、複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定する。
【００２７】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定される。
【００２８】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行う。
【００２９】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信する。
【００３０】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象ではない他の送受信局に対して送信停止を指令するものである。
【００３１】
また、この発明は、複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナでウエイトを乗じて信号送信する無線装置であって、受信した干渉状態に応じて、送信する信号の送信ビームパターンを変更することを特徴としている。
また、前記送信において、異なる送信ビームを用いて複数の送信信号を多重する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態は、複数の送受信ビームを用いて伝送する方式に関するものである。図１は、本実施の形態の構成を示す構成図である。図１において、１は送信信号、２は送信アンテナ（アレーアンテナ）、３は受信アンテナ（アレーアンテナ）、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。送信用ウエイト乗算装置５内には、図に示すように、送信信号ｓ_ｋ（ｔ）をＮ個複写するための信号コピー手段と、当該Ｎ個の送信信号ｓ_ｋ（ｔ）に異なるウエイトｗ_ｋｎ（ｋ＝１，・・・，Ｋ、ｎ＝１，・・・，Ｎ）を乗ずる乗算器とが設けられている。以下、図１を用いて本発明の概要について説明する。
【００３３】
本実施の形態では、１対１通信において、送受信局がそれぞれ複数のビームを用いて複数の信号を並列伝送する。図１において、送信局では、まず、Ｋ個の信号１ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を用意し、それぞれをＮ個ずつ複写して、Ｎ個の信号ｓ_ｋ（ｔ）に対してウエイトｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ （ｋ＝１，・・・，Ｋ）をそれぞれ乗じた後、Ｋ個ずつ信号合成して、Ｎ個のアンテナ２から信号を送信する。このような構成により、送信局ではＫ個のビーム形成が行われる。
【００３４】
伝搬路６を経た後、受信側ではＭ個のアンテナ３を用いて信号を受信する。従って、受信ベクトルは、Ｍ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとなる。すなわち、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１ ^ＫＨ ｗ_ｋ ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）＝［ｚ_１，・・・，ｚ_Ｍ］^Ｔは干渉雑音ベクトルを表す。上式において、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては相互を分離受信することも可能となる。
【００３５】
また、受信側ではアンテナｍでウエイトｖ_ｋｍを乗算し、信号ｋのための信号合成を行う。他の信号に対しても同様であり、受信側ではＫ個のビームが形成される。このように、本実施の形態の送受信局では、送信局及び受信局で複数のビーム形成を行って信号受信する。図２に本実施の形態を用いた場合の送受信ビームの形成の一例を示す。図２において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。図２の構成において、信号ｋに対するウエイト乗算、信号合成後の最終出力４ｙ_ｋ（ｐ）は次式で与えられる。

送信ウエイトｗ_ｋ，受信ウエイトｖ_ｋにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく信号ｋの受信レベルが高くなるよう送受信のウエイトを決定する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、送受信局で複数のビームを形成することにより、複数の信号を同時に並列伝送することができるので、さらなる拘束な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して対応できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施の形態では、上述の実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の受信ウエイトを用いる場合について述べる。
【００３８】
実施の形態１において、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１ ^ＫＨ ｗ_ｋ ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては複数の信号を相互に分離受信することも可能となる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、受信ベクトルをＭＭＳＥ合成基準に従って決定する。ＭＭＳＥ合成機準では、ＳＭＩアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等があるが、ここで用いるアルゴリズムはそのいずれであっても構わない。例えば、信号ｋの信号の受信ウエイトをＳＭＩアルゴリズムを用いて決定する際には、受信ウエイトｖ_ｋは次式で与えられる。ここで、Φは相関行列、Φ^−１はその逆行列である。
ｖ_ｋ＝Φ^−１ｕ_ｋ
Φ＝Σ_ｐ＝１ ^ｐ＝ｐｏ ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１ ^ｐ＝ｐｏ ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
ここで、ｐ０はウエイト演算サンプル数を表す。この演算アルゴリズム自体は従来方法と同じものを用いており、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズムの場合にも同様に演算することができる。図３にＳＭＩアルゴリズムを用いた場合の受信局の構成を示す。図３において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。本実施の形態においては、受信局７が、図に示すように、受信ウエイトを決定するためのＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを内部に備えている。
【００４０】
本実施の形態では、（１つではなく）複数のビームを用いて１対１通信において送受信を行う際に、複数の受信ウエイトの決定において、ＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いることに特徴を持つ。なお、図３の例においては、ＳＭＩアルゴリズムを用いる場合が示されているが、この場合に限らず、例えば、ＲＬＳアルゴリズムやＬＭＳアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズム以外に、最大比合成型ウエイト演算法を用いる方法も可能である。この場合には、受信ウエイトは次式に従い決定する。
ｖ_ｋ＝ｕ_ｋ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１ ^ｐ＝ｐｏ ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
【００４２】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズムや最大比合成型以外にも従来型の多くのウエイト演算アルゴリズムが存在し、本発明の複数ビームを用いた１対１通信に適用することが可能である。すなわち、本実施の形態では、受信ウエイトの決定において特定のウエイト演算アルゴリズムを用いて信号受信することで、より効率的な各信号の受信を行う。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、受信ウエイトをＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定するようにしたので、信号受信にふさわしい受信ビームのウエイト演算法を用いることにより、高品質な信号受信が可能となる。
【００４４】
実施の形態３．
上述の実施の形態２において、受信ウエイトの演算にＳＭＩアルゴリズムを用いる場合には、各受信ビームで相関行列共通化を行うことも可能である。この信号処理方法を図４に示す。図４において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、１０は受信アンテナ３によって受信された受信信号ｘ_ｍ（ｐ）が入力されて、受信ベクトルｘ（ｐ）から、相関行列Φ＝Σ_ｐ＝１ ^ｐ＝ｐｏ ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈおよびその逆行列Φ^−１を演算する相関行列演算部である。相関行列演算部１０で求められた相関行列Φおよびその逆行列Φ^−１は、各受信ウエイトの演算を行う際に、ＳＭＩアルゴリズムにて共通に用いられる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、基本構成は実施の形態２と同じであるが、ここでは、相関行列演算部１０を設けたことにより、各ビームで用いる相関行列演算及びその逆行列演算を共通化している。このような構成により受信ウエイトを計算する際の演算量を削減することが可能となる。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図５に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図５において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。上述したように、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１ ^ＫＨ ｗ_ｋ ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。この際、ベクトルＨｗ_ｋが信号によって大きく異なるほど、受信側で個々の信号に対して独自のビームを形成し、信号分離することが容易となる。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、送信ウエイトｗ_ｋが相互に直交関係にあるように送信ビーム形成を行う。直交関係は次式で与えられる。
ｗ_ｋ１ ^Ｈ ｗ_ｋ２＝０ ｋ１，ｋ２＝１，・・・，Ｋ （１）
送信アンテナがＮ個の場合、このような直交ビームは最大でＮ個作成可能であり、この手法を用いる場合のＫの最大値はＮということになる。このように、直交した送信ウエイトを用いて送信すると、各信号の受信ベクトルＨｗ_ｋは相互に異なるベクトルとなる可能性が高い。相互のベクトルＨｗ_ｋが大きく異なる場合には、各信号の離受信が容易となり、並列信号伝送を高品質に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、式（１）を満たす直交送信ウエイトを決定する手段としてはさまざまな方法が考えられる。例えば、Ｎが２，４，８，１６，３２，・・・といった２の累乗の場合には、
ｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ
の各要素をウォルシュ符号などを用いて表現することにより、ウエイトベクトルの相関が相互に０となる状態を作ることができる。４アンテナの場合には
ｗ_１＝［ １， １， １， １］^Ｔ
ｗ_２＝［ １， １， −１， −１］^Ｔ
ｗ_３＝［１， −１， １， −１］^Ｔ
ｗ_４＝［１， −１， −１， １］^Ｔ
となる。この他にも一般的なＮに対してグラムシュミットの直交化法を用いてウエイトベクトルを決定する方法も可能である。また、その他の手法による直交化ベクトルを用いることによっても、本手法の伝送品質を向上することが可能である。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、送信局において相互に直交した送信ウエイトを用いて送信することにより、伝播情報などを用いなくても、相互のチャネルを直交に近い状態とすることが可能となる。
【００５０】
実施の形態５．
本実施の形態では、複数の送受信ビームを用いた伝送方法におけるブロック構成について示す。図１８は、本実施の形態を示すブロック構成図である。図１８において、（ａ）はデータ送信要求局の構成、（ｂ）はデータ受信局の構成を示したものである。
【００５１】
図１８（ａ）において、Ｓ５１は送信信号、５２は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号Ｓ５２を生成する通信要求信号生成部、５１は送信信号と通信要求信号とを切り替えるスイッチ、５３はスイッチ５１から出力される送信信号Ｓ５３に、重み付け信号Ｓ５６に基づいて各ビーム毎のウエイトを乗算するウエイト制御部、５５は、各ビーム毎、各アンテナ毎に重み付け合成された情報Ｓ５４を送信するとともに、通信要求信号に対する受信局からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ、Ｓ５５は受信局からの通信要求応答信号の各アンテナ出力、５４はアンテナ出力Ｓ５５を解析し、使用チャネル毎の重み付け信号Ｓ５６を生成するウエイト解析部である。また、図１８（ｂ）において、５６は受信局側アレーアンテナ、Ｓ５６は送信要求局からの通信要求信号の各アンテナ出力、５７はアンテナ出力Ｓ５６の情報から、各送受信アンテナ間の伝送路応答Ｓ５７を推定する伝送路推定部、５８は伝送路応答Ｓ５７を解析し、各通信チャネルの状態Ｓ５８を出力する通信チャネル検索部、５９は通信チャネルの状態Ｓ５８を元に使用チャネルの選択を行う使用チャネル選択部、６０は使用チャネルに関する情報Ｓ５９を元に各チャネルの電力割り当てを決定する電力配分計算部、６１は各チャネルの電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０を利用し、各チャネル、各アンテナのウエイトを計算するウエイト計算部、６２は通信要求応答信号Ｓ６２を生成する通信要求応答信号生成部、６３はウエイト情報Ｓ６１に基づいて各アンテナのウエイトを制御し、通信要求応答信号Ｓ６２の重み付け信号Ｓ６３の生成や、アンテナ出力Ｓ６４を重み付け合成して受信信号Ｓ６５を生成するウエイト制御部である。
【００５２】
本実施の形態の動作を説明する。送信要求の発生したデータ送信要求局（以下Ａ局）は通信要求信号Ｓ５２を生成し、アンテナ５５から送信を行う。この際、ウエイト制御は行わないのが普通である。通信要求信号を受信したデータ受信局（以下Ｂ局）は通信要求信号のアンテナ出力Ｓ５６を用いて送信アンテナ５５と受信アンテナ５６との間の伝送路推定を行い、伝送路応答Ｓ５７を生成する。この伝送路応答Ｓ５７を基に通信チャネル検索部５８では各通信チャネル（ビーム）の状態を調べチャネル状態情報Ｓ５８を生成する。通信チャネルの最大数は送受信アンテナの数によって規定されるが、使用チャネル選択部５９では各チャネルの状態をもとにＡ局・Ｂ局間の通信に使用するチャネルを選択する。さらに、各使用チャネルに関する種々の情報から、最も効率的な通信が可能となるよう、電力配分計算部６０により各チャネルの電力配分を計算し、次に、ウエイト計算部６１により電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０からデータ送受信時のアンテナウエイトＳ６１を計算する。その後、通信要求応答信号生成部６２により各チャネルで直行する通信要求応答信号Ｓ６２を生成し、計算されたアンテナウエイトＳ６１を用いて重み付け合成を行い、Ａ局に向けて重み付け信号Ｓ６３の送信を行う。Ａ局では、ウエイト解析部５４において、Ｂ局からの通信要求応答信号Ｓ６２を受信した際の各アンテナ出力Ｓ５５を解析することにより、使用通信チャネル（ビーム）を知ることができるため、この情報に基づいて各チャネルのアンテナウエイトＳ５６を決定する。ウエイト制御部５３ではこのウエイト情報Ｓ５６に従って重み付けを行い、データの送信を開始する。Ｂ局ではＡ局からの受信情報Ｓ６４にすでに設定済のウエイトＳ６１で重み付け合成を行い、受信信号Ｓ６５を取り出す。なお、Ａ局において伝送路情報が既知の場合には通信要求応答信号Ｓ６２は各チャネル毎に直交する必要は無い。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、上記のような構成を取ることで、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり，複数チャネル（ビーム）を利用した効率的な通信が可能となる。
【００５４】
以下の実施の形態では、本構成を実現する種々の実施例を示す。
【００５５】
実施の形態６．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送受信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図６に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図６において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００５６】
本実施の形態では、行列Ｈ^ＨＨの固有ベクトルを用いて送信ビーム形成を行う。なお、ここで、行列Ｈ^Ｈとは、行列Ｈの複素共役転置行列である。そこで、行列Ｈ^ＨＨの性質について以下に概要を示す。行列Ｈ^ＨＨの固有値をλ_ｎ、固有ベクトルをｅ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）とし、
Ｅ＝［ｅ_１，ｅ_２，・・・，ｅ_Ｎ］
Λ＝ｄｉａｇ［λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｎ］
を定義すると、次式が成り立つ。
Ｈ^ＨＨ＝ＥΛＥ
ここで、Ｈ^ＨＨはエルミート行列であり、行列Ｅはユニタリ行列となる。従って、以下の関係を満たす。
Ｅ^ＨＥ＝ＥＥ^Ｈ＝Ｉ
このような行列の性質を用いて本実施の形態の方法について説明する。
【００５７】
本実施の形態では、ウエイト制御部５３において送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとして伝送する。このとき、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１ ^Ｋａ_ｋ ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ａ_ｋ＝ Ｈ ｗ_ｋ
ここで、ａ_ｋは受信局から見た等価的な信号ｋの伝搬ベクトルである。行列Ａ＝［ａ_１，・・・，ａ_Ｎ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｎ］を定義すると、次式が成り立つ。

この結果より、等価伝搬ベクトルａ_ｋは互いに直交することが分かる。従って、ウエイト制御部６３において受信ウエイトｖ_ｋ＝ａ_ｋ ^＊を用いてアンテナ間でアレー信号処理を行うと、信号ｋに対する出力ｋは

となり、他の信号は除去される。このように、ウエイト制御部５３で送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとし、ウエイト制御部６３で受信ウエイトをｖ_ｋ＝（Ｈ ｗ_ｋ）^＊とすることにより、Ｋ個の送信信号を相互に干渉なく伝送できる。この通信路を以下直交チャネルと呼ぶ。この方法により、通信品質の劣化なく、従来方法よりも高速な伝送に対応可能となる。なお、固有方程式 Ｈ^ＨＨｗ_ｋ＝λ_ｋｗ_ｋの左側からＨを加えると、Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｋ＝λ_ｋｖ_ｋの関係が成り立つ。従って、送信ウエイトｖ_ｋはＨ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとなっている。なお、ここで、Ｈ^＊は、行列Ｈの共役転置行列であり、Ｈ^Ｔは、行列Ｈの転置行列である。
【００５８】
また、ここでは本実施の形態の通信容量を把握するため、シャノン容量の指標に基づいて通信容量を測定する。簡単のため、雑音ベクトルが受信局の各アンテナで無相関である状態、すなわちＥ［ｚ ｚ^Ｈ］＝Ｐ_ｚＩの関係を満たす場合を想定する。また、Ｋ＝Ｎとし、各送信ビームに対して同一電力Ｐｓの送信電力を用いるものとする。このとき、ａ_ｋの間の直交性より、各出力における雑音ａ_ｋ ^Ｈ ｚ（ｐ）は無相関となる。結局、信号ｋの信号電力はＰｓλ_ｋ ^２雑音電力はＰ_ｚλ_ｋとなり、送信ウエイトｗ_ｋ受信ウエイトｖ_ｋで形成されるｋ番目の直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられる。送受信局間では等価的にＮ個の直交チャネルが形成され、通信容量は次式で与えられる。
Ｃ ＝ Σ_ｋ＝１ ^Ｋ ｌｏｇ_２（１＋（Ｐｓ／Ｐ_ｚ ）λ_ｋ ）
従来のビーム形成では、通信容量はこの１チャネル分であったので、本方法によって通信容量は大きく向上する。
【００５９】
また、スペースタイムコーディングを用いた場合の通信容量は次式で与えられる。

このように、各ビームへ同一送信電力を割当てた場合には、通信容量はスペースタイムコーディングを用いた場合と一致する。
【００６０】
なお、本実施の形態では伝搬ベクトルＨの情報を用いてウエイト決定する。伝搬ベクトルＨの推定方法としてこれまでにさまざまな方法が考えられているが、ここでは既存のどのような方法でＨを推定しても構わない。また、必ずしも各送信ビームの電力を全て一定としなくても良い。（全送信電力一定のもとで）送信ビームごとの電力を変化させると、さらに全体の通信容量を向上させることも可能である。その際には、スペースタイムコーディングを用いた場合よりもさらに通信容量を向上させることもできる。
【００６１】
このように、本実施の形態の方法を用いると、従来のビーム形成法よりも大きな通信容量が可能である。また、スペースタイムコーディングを用いる手法と比べても同等若しくはそれ以上の通信容量を確保することが可能である。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００６３】
実施の形態７．
本実施の形態では、上述の実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式における伝搬路Ｈの推定法の一例について述べる。図７に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図７において、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、２０は送信信号に対応する受信フィルタである。
【００６４】
送信局では、伝搬路Ｈを推定するにあたり、通信要求信号生成部５２においてアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信する信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｎ（ｔ）は次式の関係を満たす。

このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００６５】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝ Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ ｓ_ｎ（ｐ） ＋ｚ_ｍ（ｐ）
各受信アンテナ５６に続く伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタ２０の出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。

第２項は雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。
【００６６】
このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路推定を行うことができる。
【００６７】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態６に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて、ウエイト計算部６１で行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００６８】
ここまでは、送信側（Ａ局）から直交信号を送信し、受信側（Ｂ局）で伝搬路推定を行った。逆に、同様の制御を受信側（Ｂ局）から送信側（Ａ局）に行うことも可能である。すなわち、Ｂ局の各アンテナから直交信号を送信し、送信側（Ａ局）で伝搬路推定を行う。図８に本制御における送受信局の構成を示す。このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路推定を行うことが可能となる。
【００６９】
なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて行列Ｈ^ＨＨの固有値分解を行い、Ｎ個の固有ベクトルを情報通信時の各ビームの送信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１２に示す。なお、必ずしもＮ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｎ個の範囲内において送信ビームを形成することが可能となる。
【００７０】
このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路情報を把握することにより、伝搬路推定結果Ｈを用いて送受信ウエイトを決定できる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて受信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７２】
実施の形態８．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、受信側で干渉信号が存在する場合の効果的な送受信ウエイトの決定法に関するものである。図９に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図９において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００７３】
本実施の形態では実施の形態１と同様に、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１ ^ＫＨ ｗ_ｋ ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）は干渉雑音ベクトルであり、雑音のみならず干渉成分も含んでいる。また、アンテナ間でも相関が存在し、Ｒ_ＩＮ ＝Ｅ［ｚ（ｐ）ｚ（ｐ）^Ｈ］の関係を満たす。
【００７４】
本実施の形態では、受信側でＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルを用いて受信ビームを形成する。また、送信側ではＨ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈの固有ベクトルを用いて送信ビームを形成する。すなわち、送受信ベクトルはそれぞれ次式を満たす。
Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈｗ_ｎ＝ρ_ｎ ｗ_ｎ
Ｒ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎ ｖ_ｎ
ここで、Ｒ_ＩＮは受信局における干渉雑音行列でありある。また、ρ_ｎは固有値を表すが、Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１ＨとＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔは同一固有値を持つ。
【００７５】
このようなウエイトを用いると、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ_ＩＮ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７６】
また、Ｒ_ＩＮの代わりに全受信信号の相関行列Ｒ＝Ｅ［ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ］を用いる構成でも良い受信品質が得られる。図１０に本実施の形態における送受信局の構成を示す。この場合には、送受信ウエイトの満たす固有方程式はそれぞれ
Ｒ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎｖ_ｎ
となる。このような構成によっても、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７７】
以上のように、本実施の形態においては、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７８】
実施の形態９．
本実施の形態では、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする方法に関するものである。図１３に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００７９】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信局からアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）は次式の関係を満たす。

このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８０】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝ Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ ｓ_ｎ（ｐ） ＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。
【００８１】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。

第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路Ｈを推定することができる。
【００８２】
さらに、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ＝Σ_ｐ＝１ ^ｐ＝ｐ１ ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ （３）
ここで、式（２）と式（３）のΣの範囲は異なっていても構わない。
【００８３】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態８に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態８に基づけば、推定されたΦ，Ｈを用いて、ウエイト計算部６１で行列Φ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００８４】
以上のように、本実施の形態においては、高精度な伝搬路推定を用いて高精度なウエイトの決定が可能となる。
【００８５】
実施の形態１０．
本実施の形態は、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする実施の形態９とは異なる方法に関するものである。具体的には、相関行列演算方法が異なる。図１９に本実施の形態における送受信機の構成を示す。
【００８６】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信機からアンテナごとに異なる送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８７】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝ Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎｓ_ｎ（ｐ）＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。ここで、ｐ＝１は送信信号ｓ_ｎ（ｐ）の開始サンプルであり、ｐ＝＜０ではｓ_ｎ（ｐ）＝０である。
【００８８】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７（図１８参照）では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。

第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから信号を送信することにより、伝搬路Ｈの（ｍ，ｋ）要素をｇ（ｍ，ｋ）として推定する。
【００８９】
また、本実施の形態では、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ_ＩＮ＝Σ_ｐ＜＝０ ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ここでは、ｐ＜＝０の送信信号ｓ_ｋ（ｐ）が存在しない区間を用いて干渉雑音成分のみを推定している。
【００９０】
このように計算した結果から行列Φ_ＩＮ ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００９１】
本実施の形態では、送信信号ｓ_１（ｔ），・・・ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）の存在しない区間を用いて、あらかじめ干渉雑音成分の相関行列Φ_ＩＮを計算する。このように干渉雑音成分の相関行列演算を予め行うことにより、精度のよい相関行列を得ることができる。また、Φ_ＩＮ ^−１Ｈ^＊Ｈ^Ｔ の固有値分解の際によい受信ウエイトと固有値を得ることが可能となる。
【００９２】
実施の形態１１．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、送信ウエイトを決定する一方法に関するものである。本実施の形態では、受信ウエイトｖ_ｋを先に決め、その結果を利用して送信ウエイトを決定する。図１４に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００９３】
Ｂ局の受信ウエイトｖ_ｋが決まると受信局では通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイト制御部６３において既に決定したウエイトｖ_ｋを乗じた後各アンテナから送信する。Ａ局では信号ｒ_ｋ（ｐ）の整合フィルタを各アンテナに用意し、各アンテナでの検出値ｑ_ｋｎをベクトル化（ｑ_ｋ＝［ｑ_ｋ１，ｑ_ｋ２，・・・，ｑ_ｋＮ］^Ｔ）する。また、最終的にウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。ここで、|・|はベクトルのノルムを表す。この方法は、受信局におけるｖ_ｋの決定方法にかかわらず用いることが可能である。
【００９４】
この関係を数式的に説明すると、以下のようになる。実施の形態５〜８では、送信ウエイトｗ_ｋと受信ウエイトｖ_ｋは以下の関係を満たしている。
ｖ_ｋ＝ （Ｈｗ_ｋ）^＊
つまり、Ｖ＝［ｖ_１，・・・，ｖ_Ｋ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｋ］を用いると、次式に書きなおすこともできる。
ＨＷ＝Ｖ^＊
Ｈ^ＨＨＷ＝Ｈ^ＨＶ
ＷＡ＝Ｈ^ＨＶ^＊
Ｗ^＊Λ^＊＝Ｈ^ＴＶ
この式において、右辺はＢ局からベクトルｖ_ｍで信号送信を行った際にＡ局で受け取る受信ベクトルを表している。このように、Ａ局ではＢ局からの信号を用いて送信ウエイトを決定することが可能となる。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、受信側のビーム形成に用いる受信ウエイトを最初に決定し、受信ウエイトを用いて受信側から信号を伝送して送信側で該信号を受信し、その受信データをもとに送信ウエイトを決定することで、送信ウエイトを少ない制御量で効率的に決定することができる。
【００９６】
実施の形態１２．
本実施の形態では、実施の形態１１において端末Ｂの各アンテナから送信する信号ｒ_ｋ（ｐ）に関するものである。
【００９７】
本実施の形態では、送信信号ｒ_ｋ（ｐ）として以下に示す時間的に直交した信号を用いる。

このような直交信号を用いることにより、Ａ局でのより高精度な伝搬路推定を行う。
【００９８】
以下に、Ａ局での詳細な信号処理を示す。Ａ局では以下に示す信号を受信する。
ｘ_Ａ（ｐ） ＝ Σ_ｎ＝１ ^Ｎ Ｈ^Ｔｖ_ｎ ｒ_ｎ（ｐ）＋ｚ_Ａ（ｐ）
ここで、ｚ_Ａ（ｐ）は端末Ａにおける雑音成分を表す。Ａ局では信号を受信すると信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応した整合フィルタを用いて、次式の相関演算を行う。

実施の形態１１で説明したように、Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝λ^＊ _ｎｗ_ｎ＊の関係にある。そこで、送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。
【００９９】
本実施の形態では、Ｂ局からの送信信号として時間的に直交関係にある信号を複数のビームから同時送信することによって、Ａ局における伝搬路推定ベクトルｑ_ｎをよい精度で推定することができる。
【０１００】
実施の形態１３．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う方法に関するものである。
【０１０１】
実施の形態７では送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。本実施の形態では、通信チャネル検索部５８において、伝搬路推定部５７からでの推定結果に基づき、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有値λ_ｋを算出する。
【０１０２】
実施の形態６では各直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられ、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値と大きく関連していることを示したが、ここでは固有値λ_ｋを用いて該直交チャネルが利用可能であるか否かの判断を行う。すなわち、使用チャネル選択部５９では固有値λ_ｋの値に応じて利用の可否を決定する。具体的な決定方法の１つとしては固有値λ_ｋが閾値λ_ｔｈ以上であれば利用し、それ以外の場合には利用しない構成が考えられる。しかし、他の決定方法であっても構わない。
【０１０３】
次に、電力配分計算部６０では、選択した固有値λ_ｋを用いて必要な送信電力値を決定し、直交チャネルで用いる送信電力値を決定する。電力配分計算部６０で特別な処理を行わない場合には、選択したチャネルに対して均等な電力が配分される。また、直交チャネルごとに変調方式又は符号化方法を変えることも可能である。この場合にも固有値λ_kに基づき、利用する変調方式又は符号化方法を決定する。また、特別な処理を行わない場合には、標準的なＱＰＳＫ信号が選択される。
【０１０４】
図２０に送信電力、変調方式及び符号化方法を決定する方法の一例を示す。本図に示すように、Ｂ局は固有値λｋに対応して送信電力、変調方式及び符号化方法を決定するためのテーブルを有している。Ｂ局は固有値λｋを算出すると本図のテーブルに基づき、固有値λｋの大きさに応じて変調方式と符号化方法を決定する。なお、本図では一例として送信電力、変調方式及び符号化方法を同時に決定する場合を示したが、固有値λｋから送信電力、変調方式または符号化方法の一部のみを決定することも可能である。
【０１０５】
また、Ｂ局は選択した直交チャネル及びそのチャネルで用いる電力配分、変調方式、符号化法を決定すると、実施の形態７と同じくウエイト計算部６１において受信ウエイトをｖ_ｋとする。ここで、受信ウエイトは行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとして与えられるが、固有ベクトルは、通信チャネル検索部５８において、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値を計算する際に同時に得ることも可能である。ここでは、ウエイト計算部６１において独立に計算を行っても通信チャネル検索部５８での結果を利用しても構わない。
【０１０６】
このように、受信ウエイトｖ_ｋを決定すると、Ｂ局は実施の形態１１に示す方法により、通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイトｖ_ｋに対応した送信ビームを用いてＡ局に信号を伝送する。図２１にＢ局からＡ局へ送信する信号フォーマットの一例を示す。本送信信号はでは送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のあとに、さらに要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータが含まれている。実施の形態１１に示すようにＡ局ではＢ局からの信号を受信すると、ウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。また、要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータを受信することにより、通信時に用いる送信電力、変調方式、符号化方法を決定することができる。なお、図２１の信号フォーマットは一例であり、他のフォーマットでも構わない。
【０１０７】
このような一連の操作によって、送受信局では直交チャネルの中からいくつかのチャネルを選択して、通信に利用することができる。なお、ここでは実施の形態７の伝送方式の場合を例に固有値λ_ｋに応じて、ビームを選定して通信を行う方法を示したが、実施の形態８、９で示す干渉信号が存在する場合には、行列Φ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、得られた固有値ρ_ｎに応じて同様のビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定を行う。従って、本実施の形態で述べたビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定は行列Φ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行う場合にも適用可能である。
【０１０８】
実施の形態１４．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルを認識する方法に関するものである。
【０１０９】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。
【０１１０】
また、Ａ局ではウエイト解析部５４において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応する整合フィルタを用いて信号受信（実施の形態１１）し、ベクトルｑ_ｋを算出するが、検出されるベクトルｑ_ｋは利用チャネルに対応するベクトルのみとなる。これは、利用チャネルに対応する送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のみをＢ局から送信するためである。従って、Ａ局ではウエイト解析部５４において検出されたベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、Ｂ局が利用しようとしているチャネルを認識することができる。この場合には、制御情報を送らなくてもＡ局はベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、利用しようとするチャネルを認識できる。
【０１１１】
また、Ａ局は利用チャネルのベクトルｑ_ｋから送信ウエイトｗ_ｋを決定し、利用チャネルのみを用いてＡ局からＢ局への情報通信を開始することができる。なお、特別な処理を行わない場合にはＡ局は利用する各直交チャネルにおいてあらかじめ決められた同一の電力で信号送信を行う。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態によれば、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知することができる。
【０１１３】
実施の形態１５．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルと同時に情報通信時の送信電力及び変調方法を認識する方法に関するものである。
【０１１４】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部５８において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。この際、Ｂ局からの送信信号ｒ_ｋ（ｐ）には情報通信を行う際の要求送信電力及び要求変調方式が含まれる。送信信号ｒ_ｋ（ｐ）内での要求送信電力及び要求変調方式の記述方法はあらかじめ決定される方法に従うが、一例としてスペクトル拡散を利用する方法がある。すなわち、Ｂ局の各ビームからの直交した送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を拡散信号として、その上に要求送信電力及び要求変調方式の情報を乗じて送信する。Ａ局では、ウエイト解析部において、対応する整合フィルタを用いて信号受信することにより逆拡散を行い、要求送信電力及び要求変調方式に関するデータを抽出する。
【０１１５】
このような方法により、Ａ局は利用する各直交チャネルにおける要求送信電力及び要求変調方式を把握できる。
【０１１６】
実施の形態１６．
本実施の形態は、ＭＩＭＯシステムにおいて送受信ウエイトを決定する制御方法と同時にアクセス制御を行う方法に関するものである。
【０１１７】
図２２は本実施の形態の制御方法及びアクセス方法を説明する図であり、送受信を行う端末Ａ，Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在している。以下では、送信局を端末Ａ、受信局を端末Ｂとして本実施の形態のウエイト制御方法及びアクセス方法を説明する。本実施の形態では、端末Ａからの端末Ｂへ要求（ＲＥＱ；ｒｅｑｕｅｓｔ）信号を送信し、端末Ｂから端末Ａへのチャネル通知（ＲＥＰ；ｒｅｐｏｒｔ）信号を返信する。この２段階の信号伝送を用いて送受信ウエイトを決定する。図２３は本実施の形態の制御で用いる信号フォーマットの一例である。図２３（ａ）はＲＥＱ信号の一例、（ｂ）はＲＥＰ信号の一例を表している。図２４、２５、２６はそれぞれ本実施の形態におけるＲＥＱ信号、ＲＥＰ信号、通信信号伝送時の各端末における動作を示している。
【０１１８】
以下、本実施の形態について説明する。端末Ａは送信したい情報が発生すると、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂにその旨を通知する。この段階で端末Ａは端末Ｂの正確な位置を把握しておらず、端末Ａの周辺には端末Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在する。このような状況の中で、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂ，Ｃ，Ｄの中から端末Ｂをサーチし、通信開始要求を行う。
【０１１９】
図２３（ａ）に見られるように、ＲＥＱ信号はパイロット信号部と制御信号により構成される。ここで、パイロット信号の一例としては実施の形態９で示した端末Ａから時間的に直交した信号を送信する構成がある。また、制御信号部の一例としては図２３（ａ）に示す送受信端末のユーザＩＤを含む構成がある。ここで、ＲＥＱ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ｂ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２０】
端末Ａの周辺に存在する端末Ｂ，Ｃ，ＤはＲＥＱ信号のパイロット信号部を検出すると、ＲＥＱ信号が到来したことを認識する。次に、各端末はＲＥＱ信号の制御信号部を確認する。制御信号のユーザＩＤを確認することにより、ＲＥＱ信号が自端末に対する通信要求か否かを確認できる。
【０１２１】
図２４に示すように端末ＢはＲＥＱ信号が自端末への通信要求であることを確認すると、パイロット信号部を用いて端末Ａ，Ｂ間の伝搬状態を測定する。また、伝搬測定結果に基づき直交チャネルを算出し、各直交チャネルの利用の可否を決定する。具体的な直交チャネルの算出手順としては実施の形態９に述べた例がある。
【０１２２】
一方、端末Ｃ，ＤはＲＥＱ信号が自端末への要求信号でないことを確認すると、以後の処理を行うことなく、待機状態に入る。このように、ＲＥＱ信号の送信により、多くの端末の中から通信の対象である端末Ｂに要求信号を送ることができる。
【０１２３】
端末Ｂは直交チャネルを算出し、要求送信電力または変調方式または符号化方法を決定する。また、必要な情報をＲＥＰ信号を用いて端末Ａへ通知する。ＲＥＰ信号の一例としては、図２３（ｂ）に示すパイロット信号部と制御信号部を有する構成がある。パイロット信号部の一例としては、実施の形態１１で述べた構成が考えられる。また、制御信号部の一例として図２３（ｂ）に示すユーザＩＤと要求送信電力または要求変調方式または要求符号化方法などを含む構成がある。なお、ＲＥＰ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ａ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２４】
図２５に示すように端末ＡはＲＥＰ信号を受信すると、その伝搬係数を推定することにより、送信ウエイトを決定する。送信ウエイトの決定方法の一例としては実施の形態１１で述べた方法がある。また、周辺端末Ｃ，Ｄ もＲＥＰ信号の検出を行い、これから端末Ｂが通信を受信する状態に入ることを認識する。このとき、端末Ｃ，Ｄは端末Ｂの信号受信を妨害しないように新たな送信を控える。すなわち、端末Ｃ，ＤがＲＥＰ信号受信後に新たな送信を控えることで、端末Ｂは妨害を受けることなく安定した通信を行うことが可能となる（図２６）。
【０１２５】
このように、ＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いた制御により送受信ウエイト制御を行うと同時にアクセス制御を行う。具体的には、ＲＥＱ信号により端末Ａは端末Ｂのサーチを行う。同時に、端末ＢはＲＥＱ信号を利用して伝搬路推定及び直交チャネルの決定を行う。また、ＲＥＰ信号では端末Ｂから端末Ａに通信に必要なデータを通知する。同時に端末Ｃ，Ｄにおける新たな通信の停止を行う。端末Ｃ，Ｄの新たな通信の停止により端末Ａ，Ｂは安定した通信を行うことが可能となる。
【０１２６】
このようにＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いてウエイト制御と同時にアクセス制御を行うことにより、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことが可能となる。このような制御により、無線ＬＡＮに見られる分散型のネットワーク環境でも安定した通信が可能となる。
【０１２７】
なお、本実施の形態に示すように、端末Ｂは端末ＡへのＲＥＰ信号を送信することにより同時に周辺端末Ｃ，Ｄへ通信停止要求を行う。この際、ＲＥＰ信号は通信に必要な空間チャネルに対してのみ通信停止要求を行うため、利用しない空間チャネルでは他の端末の通信停止は要求されない。従って、必要な空間領域のみでの通信停止を行い、周辺端末の不必要な通信停止を低減する。
【０１２８】
現在、無線ＬＡＮの分野では周辺端末の通信停止を要求する一つの方法として、ＲＴＳ（Request to send）／ＣＴＳ（Clear to send）プロトコルが知られている。そこでは通信を開始するに当たって、受信端末（受信局）は全方向に対して一様にＣＴＳ（Clear to send）信号を送信し、ＣＴＳ信号を受信した周辺端末は一定時間通信を停止する。
【０１２９】
しかし、本実施の形態に見られるように、方向別に必要な空間チャネルのみに対して通信停止要求を行うことにより、不必要な周辺端末の通信停止を低減することができる。この通信停止制御は受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３０】
本実施の形態では、送信局及び受信局が複数のアンテナを用いる場合に対して、他の端末Ｃ，Ｄの通信停止を行う場合の説明を行ったが、方向別の通信停止制御の利用方法は、その場合に限られるものではない。通信停止の制御方法は、上述の本実施の形態に限らず、送信局及び受信局が単一のアンテナを用いる場合をはじめ、受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３１】
実施の形態１７．
本実施の形態は、マルチキャリア通信システムにおいてＭＩＭＯシステムを実現する方法に関するものである。
【０１３２】
最近無線通信では、より高速伝送、高速移動の可能なシステムへの要求が高く、無線周波数帯において広帯域な信号の伝送を行う必要が生じている。広帯域信号の伝送に関しては、複数のキャリアを同時に用いて信号の並列伝送を行うマルチキャリア方式が特に注目を集めている。マルチキャリア伝送方式では、低速なデータを周波数上で並列に配置し、異なるキャリアを用いて同時に送信する。信号の並列伝送を行うことによって伝送速度の向上を図っている。
【０１３３】
図２７にマルチキャリア通信システムの基本構成図を示す。図に示すように、信号送信部では複数の信号を異なる複数の周波数に多重し、信号伝送する。また、受信側では異なる複数の周波数に多重した信号を分離し、各キャリアの受信信号とする。図２８は複数キャリアに多重された信号を表した図である。本図に示すように、マルチキャリア信号送信部で多重された信号は複数の周波数に多重されて伝送される。この際、各キャリアで伝送される信号は独立に扱うことができる。すなわち、シングルキャリア伝送の場合と同じく、各キャリアごとに個別に扱うことができる。
【０１３４】
従って、実施の形態１〜１６ではシングルキャリア伝送の場合を対象に説明したが、同様の信号処理はマルチキャリア伝送方式でも適用できる。
【０１３５】
図２９にマルチキャリア伝送システムに本発明のＭＩＭＯシステムを適用した信号処理構成を示す。本図に示すように各キャリアごとに実施の形態１〜１６に示すＭＩＭＯシステムを構成することにより、マルチキャリア伝送方式に対しても本発明のＭＩＭＯシステムを適用することができる。また、マルチキャリア伝送方式に適用することによって、周波数と空間領域を有効に利用した高速伝送が可能となる。
【０１３６】
【発明の効果】
この発明は、Ｋ（＞＝１）個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＫ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、前記送信ビームから送信された信号をＭ個のアンテナを用いて受信する受信局とを備え、前記送信局で用いる送信用ウエイトは、前記受信局から送信される各アンテナでウエイト乗算された信号に基づいて設定されるので、複数の送受信ビームを用いることにより、複数の信号を同時に並列伝送することが可能となる。
また、前記送信局は、送信ビーム単位で異なる変調方式または符号化方法または送信電力を用いるようにしたので、各送信ビームのＳＩＮＲに適した信号伝送を行うことができる。
また、前記受信局から前記送信局へ送信される制御信号は、空間多重伝送されるので、受信局が送信局へ送信ウエイトや変調方式等の制御情報である制御信号を同時に送信することが可能となる。
また、この発明は、Ｋ（＞＝１）個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＫ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、前記送信ビームから送信された信号をＭ個のアンテナを用いて受信する受信局とを備え、前記送信局は、送信ビーム単位で異なる変調方式または符号化方法または送信電力を用いるので、複数の送受信ビームを用いることにより、複数の信号を同時に並列伝送することが可能となる。
【０１４２】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^{−１ *}Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定するので、伝搬路情報を用いて利用すべき直交チャネルを選択することが可能となる。
また、前記受信局は、サブチャネルを使用する場合に前記ウエイトが乗算された信号を送信し、サブチャネルを使用しない場合には当該信号を送信しないことを決定し、それに応じて当該信号の送信を行うようにしたので、複数の信号を送信する場合にはサブチャネルを使用して送信することができる。
【０１４３】
また、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、前記受信局は、前記ウエイトが乗算された信号として、複数の信号を送信する場合に、互いに直交する信号パターンを有する信号を送信するので、相互のチャネルを直交に近い状態とすることができる。
【０１４４】
また、前記送信局は、前記受信局から送信される前記ウエイトが乗算された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて前記送信用ウエイトを決定するようにしたので、整合フィルタを用いた高精度なウエイト決定が可能となる。
【０１４５】
また、前記受信局から複数の信号が送信される場合は、送信される前記信号は互いに異なる送信ビームで送信されるので、前記送信局における伝搬路推定を精度よく行うことができる。
また、前記受信局は、干渉の状態に応じて前記受信局用のウエイトを決定し、そのウエイトを用いて前記信号を送信することで、前記送信局に、前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを通知するようにしたので、受信局用のウエイトを通信開始前に決めることが可能となり、制御信号の空間多重伝送が可能となるとともに、送信局へ干渉の影響を考慮した最適送信ウエイトを通知することが可能となる。
また、前記受信局は前記ウエイトの決定にあたり、前記送信局からの信号のない領域を用いて計算するようにしたので、精度のよくウエイトを求めることができる。
【０１４６】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知するため、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知できる。
【０１４７】
また、前記受信局用のウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知するため、各直交チャネルにおける要求送信電力、要求変調方式を通知できる。
【０１５２】
また、前記受信局は、複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定するので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５３】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定されるので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５４】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行うので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５５】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信するので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５６】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象でない他の送受信局に対して送信停止を指令するものであるため、送受信の対象でない端末からの新たな通信の発生を停止することができるため、通信のさらなる安定化を図ることができる。
【０１５７】
また、この発明は、複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナでウエイトを乗じて信号送信する無線装置であって、受信した干渉状態に応じて、送信する信号の送信ビームパターンを変更することを特徴としているので、制御信号の空間多重伝送が可能となるとともに、受信側の無線装置が送信側の無線装置へ干渉の影響を考慮した最適送信ウエイトを通知することができる。
また、前記送信において、異なる送信ビームを用いて複数の送信信号を多重するようにしたので、複数の信号を同時に並列伝送することが可能になるとともに、伝搬路推定を精度よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における送受信ビーム形勢を表す説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態２における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態３における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態４における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態６における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図７】 本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態８における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態７及び９におけるウエイト決定方法を示した説明図である。
【図１２】 本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１３】 本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１４】 本発明の実施の形態１１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１５】 従来技術におけるスペースタイムコーディングを利用した送受信信号処理構成の基本構成図である。
【図１６】 従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の基本構成図である。
【図１７】 従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の送受信ビーム形成を示した説明図である。
【図１８】 本発明の実施の形態５における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１９】 本発明の実施の形態１０における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２０】 本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信電力、変調方式および符号化方法を決定するためのテーブルを示した説明図である。
【図２１】 本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信信号の信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２２】 本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２３】 本発明の実施の形態１６における無線伝送装置の制御で用いる信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２４】 本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２６】 本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２７】 マルチキャリア通信システムの基本構成を示した構成図である。
【図２８】 複数キャリアに多重された信号を示した説明図である。
【図２９】 マルチキャリア伝送システムに本発明の実施の形態１〜１６における無線伝送装置を適用した場合の信号処理構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１ 送信信号、２ 送信アンテナ、３ 受信アンテナ、４ 受信信号、１０ 相関行列演算部、２０，２１ 受信フィルタ、３０ 伝搬路推定用直交信号、３１ 固有ベクトル演算法、３２ 相関行列演算部、３３ 伝搬行列演算部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio transmission apparatus, and more particularly to a radio transmission apparatus that performs signal transmission using a plurality of antennas at a transmission / reception station.
[0002]
[Prior art]
As a signal transmission method for performing high-speed signal transmission in wireless communication, research on a MIMO (Multi-Input Multi-Output) system using a plurality of antennas at a transmitting / receiving station has been actively conducted in recent years. In a MIMO system, it is known that a high capacity can be achieved by using a plurality of antennas at a transmission / reception station as compared with a case where only one antenna is used at a transmission / reception station.
[0003]
In the MIMO system, there are a method using space time coding (Space-Time Coding) and a method using beam forming. In the method using space time coding, as shown in FIG. 15, a signal is encoded on the transmission side, and an uncorrelated signal is transmitted from each antenna. In this configuration, since the transmission station does not perform weighting multiplication on the signal, the configuration is significantly different from that of the present invention described later that performs weighting multiplication.
[0004]
Therefore, a case where beam forming is used as a conventional technique instead of a method using space time coding will be described. As a conventional example using beam forming, for example, Karasawa, “Spatial Time Communication Modeling”, 2001 SITA Workshop, Nov. 2001. There is what is described in. FIG. 16 shows a configuration of a transmission / reception station when performing transmission / reception beam forming. In FIG. 16, 101 is a transmission weight multiplication device (transmission station), 102 is a propagation path, and 103 is a reception weight multiplication device (reception station). In this method, transmission beam forming is performed at the transmitting station and reception beam forming is performed at the receiving station. The signal processing configuration of this method will be described below. Here, the description will proceed with N transmission antennas and M reception antennas. Further, the propagation coefficient from the transmitting antenna n to the receiving antenna m is set to h_mnAnd the propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is a matrix H = [h_mn].
[0005]
As shown in FIG. 16, the transmitting station transmits a transmission weight W for each antenna with respect to time-series data S (t) to be transmitted._1nMultiply and send the signal. The transmission signal passes through the propagation path H (reference numeral 102) and is received by M reception antennas. At the receiving station, a weight v is received at antenna m with respect to signals received at M antennas._1mAfter multiplication, signal synthesis is performed.
[0006]
In the following, this series of processes is expressed using mathematical formulas. X is the received signal at the receiving antenna m._mIf (p), the received vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Hws (p) + z (p)
Where w = [w₁, ..., w_N]^TIs the transmission weight vector, z_m(P) is an interference noise component at the antenna m, z (p) = [z₁(P), ..., z_M  (P)]^TRepresents an interference noise vector. The final output y after weight multiplication and signal synthesis on the receiving side is given by the following equation.

Although various determination methods can be considered for the transmission weight w and the reception weight v, the transmission / reception weight is determined so that the reception signal level is as high as possible.
[0007]
This series of signal processing can also be described using the transmission / reception beam pattern shown in FIG. On the transmission side, the transmission signal power varies depending on the direction by weighted transmission from a plurality of antennas, and a transmission beam is formed. Similarly, a reception beam is formed on the reception side. In this way, the transmission / reception stations perform beam forming, respectively, so that signals can be received with high signal power. Note that the signal processing configuration in FIG. 16 and the beam pattern in FIG. 17 only show the same phenomenon with different explanations. In particular, the beam pattern has the advantage of being intuitively easy to understand. On the contrary, the signal processing configuration is suitable for describing a strict description, and the following description will be given with an emphasis on details of signal processing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional beam forming method, when one signal is transmitted and received in one-to-one communication, a plurality of signals cannot be simultaneously transmitted in parallel. For this reason, there has been a limit on the transmission rate of signals that can be transmitted. For this reason, there has been a problem that the user's request to perform higher-speed wireless communication cannot be sufficiently satisfied.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to obtain a wireless transmission apparatus capable of simultaneously transmitting a plurality of signals in parallel.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention copies K (> = 1) N transmission signals, multiplies each by a different transmission weight, and synthesizes K signals by combining them with K transmission beams. One or more transmitting stations that form and transmit, and a receiving station that receives signals transmitted from the transmitting beam using M antennas, and a transmission weight used in the transmitting station is from the receiving station It is set based on the signal multiplied by the weight at each antenna to be transmitted.
  The transmitting station uses a modulation scheme, a coding method, or transmission power that is different for each transmission beam.
  The control signal transmitted from the receiving station to the transmitting station is spatially multiplexed.
  In addition, the present invention copies K transmission signals (N = 1) for each of K (> = 1), multiplies each of them by different transmission weights, and synthesizes the signals K by K, thereby transmitting K transmissions. One or more transmitting stations that form and transmit a beam, and a receiving station that receives signals transmitted from the transmitting beam using M antennas, and the transmitting station has different modulation schemes for each transmission beam Alternatively, an encoding method or transmission power is used.
[0016]
  In addition, the transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one transmitting antenna n to N receiving antennas from M transmitting antennas. The propagation coefficient to m is h_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is expressed as a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the interference component antennas is R_INWhen the correlation matrix between the antennas of all received signals is represented as R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^{-1 *}H^*H^TOr matrix R^{-1 *}H^*H^TThe transmission / reception beam, modulation scheme, transmission power and / or encoding method are determined using a plurality of eigenvalues.
  In addition, the receiving station transmits a signal multiplied by the weight when the transmitting station uses a subchannel, and determines not to transmit the signal when the subchannel is not used. The signal is transmitted.
[0017]
  Each transmitting / receiving station has a plurality of antennas,The receiving station transmits signals having signal patterns orthogonal to each other when transmitting a plurality of signals as signals multiplied by the weights.
[0018]
  In addition, the transmitting station is multiplied by the weight transmitted from the receiving station.A matching filter corresponding to the signal is provided for each antenna, and the output of the matched filter is used.Determine the transmission weight.
[0019]
  Further, when a plurality of signals are transmitted from the receiving station, the signals transmitted are transmitted using different transmission beams.
  In addition, the receiving station determines a weight for the receiving station according to an interference state, and transmits the signal using the weight, so that the transmitting station uses the transmitting station to be used by the transmitting station. Notify the weight.
  In addition, the receiving station calculates the weight using an area where there is no signal from the transmitting station.
[0020]
When transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, the other station is notified of the channel to be used by transmitting the signal using only a preselected channel.
[0021]
  Also, the receptionStationforofWhen transmitting a signal from the receiving station using a weight, by adding a required transmission power or a required modulation method to the signal to be transmitted, the other transmission power or required modulation method in each transmission / reception beam at the time of information communication is changed. Notify the station.
[0026]
  The receiving station is, DoubleA parameter value for measuring reception weight and communication quality is calculated for each number of spatial channels, and based on the parameter value, a spatial channel used for transmission / reception, modulation scheme, transmission power, or encoding Select a method.
[0027]
In addition, when the receiving station transmits a control signal to the transmitting station using the selected spatial channel, the transmission weight in the transmitting station is determined based on the control signal.
[0028]
Further, both transmission / reception weight control and access control are performed based on a control signal transmitted between transmission and reception.
[0029]
Further, by transmitting a signal in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from among a plurality of receiving stations, and the searched receiving station directs a control signal notifying a use channel. It transmits to the said transmitting station using an antenna.
[0030]
Further, the control signal transmitted from the receiving station notifies the transmitting station of the use channel and instructs other transmitting / receiving stations not to be transmitted / received to stop transmission.
[0031]
  In addition, the present invention is a wireless device that has a plurality of antennas and transmits signals by multiplying the weights by the plurality of antennas, and changes a transmission beam pattern of a signal to be transmitted according to a received interference state It is characterized by.
  In the transmission, a plurality of transmission signals are multiplexed using different transmission beams.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
The present embodiment relates to a transmission method using a plurality of transmission / reception beams. FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna (array antenna), 3 is a reception antenna (array antenna), 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, 7 Is a receiving station (receiving weight multiplier). In the transmission weight multiplier 5, as shown in FIG._kA signal copy means for copying N copies of (t) and the N transmission signals s_kDifferent weight w for (t)_knMultipliers (k = 1,..., K, n = 1,..., N) are provided. The outline of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0033]
In the present embodiment, in one-to-one communication, the transmitting and receiving stations respectively transmit a plurality of signals in parallel using a plurality of beams. In FIG. 1, the transmitting station first starts with K signals 1s.₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) is prepared, each of which is copied N times, and N signals s_kWeight w for (t)_k= [W_k1, ..., w_kN]^T  After multiplying (k = 1,..., K), K signals are combined and signals are transmitted from the N antennas 2. With this configuration, K beams are formed at the transmitting station.
[0034]
After passing through the propagation path 6, the receiving side receives signals using M antennas 3. Accordingly, the reception vector is K reception vectors composed of M components. That is, the received vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1}  ^KH w_k  s_k(P) + z (p)
Where z (p) = [z₁, ..., z_M]^TRepresents an interference noise vector. In the above equation, the received vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. That is, each signal is received at a different reception vector at the receiving station, and depending on the receiving method, the signals can be received separately.
[0035]
On the receiving side, the weight m is received by the antenna m._kmTo perform signal synthesis for the signal k. The same applies to other signals, and K beams are formed on the receiving side. As described above, in the transmission / reception station according to the present embodiment, a signal is received by forming a plurality of beams at the transmission station and the reception station. FIG. 2 shows an example of transmission / reception beam formation when this embodiment is used. In FIG. 2, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). In the configuration of FIG. 2, the final output 4y after weight multiplication and signal synthesis for the signal k_k(P) is given by the following equation.

Send weight w_k, Receive weight v_kVarious determination methods can be considered, but the transmission / reception weight is determined so that the reception level of the signal k is as high as possible.
[0036]
As described above, in this embodiment, a plurality of signals can be simultaneously transmitted in parallel by forming a plurality of beams at the transmitting and receiving stations, so that the user's request to perform more restrictive wireless communication is met. The effect that it can respond to it is acquired.
[0037]
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, a case will be described in which a specific reception weight is used in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the first embodiment.
[0038]
In Embodiment 1, reception vector x (p) = [x when transmission is performed using a plurality of transmission weights₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1}  ^KH w_k  s_k(P) + z (p)
Here, the received vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. That is, each signal is received at a different reception vector at the receiving station, and a plurality of signals can be received separately from each other depending on the reception method.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, the received vector is determined according to the MMSE combining standard. In the MMSE synthesis machine, there are an SMI algorithm, an RLS algorithm, an LMS algorithm, and the like, but any algorithm may be used here. For example, when the reception weight of the signal k is determined using the SMI algorithm, the reception weight v_kIs given by: Where Φ is the correlation matrix, Φ^-1Is the inverse matrix.
v_k= Φ^-1u_k
Φ = Σ_{p = 1}  ^{p = po}  x (p) x (p)^H
u_k= Σ_{p = 1}  ^{p = po}  x (p) s_k(P)^*
Here, p0 represents the number of weight calculation samples. This calculation algorithm itself is the same as the conventional method, and the same calculation can be performed for the RLS algorithm and the LMS algorithm. FIG. 3 shows the configuration of the receiving station when the SMI algorithm is used. In FIG. 3, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplication device), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). In the present embodiment, the receiving station 7 includes an MMSE standard algorithm such as an SMI algorithm for determining a reception weight, as shown in the figure.
[0040]
The present embodiment is characterized in that an MMSE standard algorithm such as an SMI algorithm is used in determining a plurality of reception weights when performing transmission / reception in one-to-one communication using a plurality of beams (not one). Have. In the example of FIG. 3, the case of using the SMI algorithm is shown. However, the present invention is not limited to this case. For example, the same effect can be obtained by using an MMSE standard algorithm such as an RLS algorithm or an LMS algorithm. It is done.
[0041]
In addition to the MMSE standard type algorithm, a method using a maximum ratio combining type weight calculation method is also possible. In this case, the reception weight is determined according to the following equation.
v_k= U_k
u_k= Σ_{p = 1}  ^{p = po}  x (p) s_k(P)^*
[0042]
In addition to the MMSE reference type algorithm and the maximum ratio combining type, there are many conventional weight calculation algorithms, which can be applied to one-to-one communication using a plurality of beams of the present invention. That is, in this embodiment, each signal is received more efficiently by receiving a signal using a specific weight calculation algorithm in determining the reception weight.
[0043]
As described above, according to the present embodiment, the reception weight is determined using the MMSE combining standard or the maximum ratio combining method. Therefore, by using the receiving beam weight calculation method suitable for signal reception, Quality signal reception is possible.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment described above, when the SMI algorithm is used for the calculation of the reception weight, the correlation matrix can be shared by each reception beam. This signal processing method is shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device) 10 is a received signal x received by the receiving antenna 3_m(P) is input, and from the received vector x (p), the correlation matrix Φ = Σ_{p = 1}  ^{p = po}  x (p) x (p)^HAnd its inverse Φ^-1Is a correlation matrix calculation unit. Correlation matrix Φ obtained by correlation matrix calculation unit 10 and its inverse matrix Φ^-1Is commonly used in the SMI algorithm when calculating each reception weight.
[0045]
As described above, in the present embodiment, the basic configuration is the same as that of the second embodiment, but here, by providing the correlation matrix calculation unit 10, the correlation matrix calculation used for each beam and its inverse matrix are provided. The calculation is standardized. With such a configuration, it is possible to reduce the amount of calculation when calculating the reception weight.
[0046]
Embodiment 4 FIG.
In this embodiment, a method for improving the efficiency of signal transmission using a specific transmission weight in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 1 will be described. FIG. 5 shows the configuration of the transmission / reception station in the present embodiment. In FIG. 5, 1 is a transmission signal, 2 is a transmission antenna, 3 is a reception antenna, 4 is a reception signal, 5 is a transmission station (transmission weight multiplier), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication). Device). As described above, the reception vector x (p) = [x when transmission is performed using a plurality of transmission weights.₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1}  ^KH w_k  s_k(P) + z (p)
Here, the received vector of the signal k is Hw_kWhich is different for each signal. At this time, the vector Hw_kThe greater the difference in signal, the easier it is to form a unique beam for each signal on the receiving side and to separate the signals.
[0047]
Therefore, in this embodiment, the transmission weight w_kTransmit beams are formed so that they are orthogonal to each other. The orthogonal relationship is given by
w_k1 ^H  w_k2= 0 k1, k2 = 1,..., K (1)
When there are N transmitting antennas, N such orthogonal beams can be generated at the maximum, and the maximum value of K when this method is used is N. Thus, when transmission is performed using orthogonal transmission weights, the reception vector Hw of each signal_kAre likely to be different vectors. Mutual vector Hw_kIf the values are greatly different, it is easy to receive and receive each signal, and parallel signal transmission can be performed with high quality.
[0048]
Various methods are conceivable as means for determining the orthogonal transmission weight satisfying the expression (1). For example, if N is a power of 2, such as 2, 4, 8, 16, 32, ...
w_k= [W_k1, ..., w_kN]^T
By expressing each element using a Walsh code or the like, it is possible to create a state in which the correlation between the weight vectors is zero. In case of 4 antennas
w₁= [1, 1, 1, 1]^T
w₂= [1, 1, -1, -1]^T
w₃= [1, -1, 1, -1]^T
w₄= [1, -1, -1, 1]^T
It becomes. In addition to this, a method of determining a weight vector using the Gramschmitt orthogonalization method for general N is also possible. Also, the transmission quality of this method can be improved by using orthogonal vectors by other methods.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, transmission is performed using transmission weights that are orthogonal to each other at the transmitting station, so that the channels are close to orthogonal without using propagation information or the like. Is possible.
[0050]
Embodiment 5. FIG.
In this embodiment, a block configuration in a transmission method using a plurality of transmission / reception beams is described. FIG. 18 is a block configuration diagram showing the present embodiment. In FIG. 18, (a) shows the configuration of the data transmission requesting station, and (b) shows the configuration of the data receiving station.
[0051]
In FIG. 18A, S51 is a transmission signal, 52 is a communication request signal generator for generating a communication request signal S52 for requesting the other party to perform communication, and 51 switches between the transmission signal and the communication request signal. A switch 53 is a weight control unit that multiplies the transmission signal S53 output from the switch 51 by a weight for each beam based on the weighting signal S56, and 55 is information S54 weighted and synthesized for each beam and each antenna. And an antenna for receiving the communication request response signal from the receiving station for the communication request signal, S55 for each antenna output of the communication request response signal from the receiving station, and 54 for analyzing the antenna output S55 for each channel used. Is a weight analysis unit for generating the weighting signal S56. In FIG. 18B, 56 is a receiving station side array antenna, S56 is an output of each antenna of a communication request signal from a transmission requesting station, and 57 is a transmission path response S57 between the transmitting and receiving antennas based on information of the antenna output S56. Is a communication channel search unit that analyzes the transmission line response S57 and outputs the state S58 of each communication channel, and 59 is a use channel that selects a use channel based on the state S58 of the communication channel. The selection unit 60 is a power distribution calculation unit that determines the power allocation of each channel based on the information S59 on the channel used, 61 is the channel information S60 including the power allocation of each channel, and determines the weight of each channel and each antenna. Weight calculation unit for calculating 62, communication request response signal generating unit for generating communication request response signal S62, 63 for weight Controls weights of each antenna based on the distribution S61, generation and weighted signal S63 in the communication request response signal S62, a weight control unit for generating a reception signal S65 by weighting and combining the antenna outputs S64.
[0052]
The operation of this embodiment will be described. A data transmission requesting station (hereinafter referred to as station A) that has generated a transmission request generates a communication request signal S52 and transmits it from the antenna 55. At this time, the weight control is usually not performed. The data receiving station (hereinafter referred to as B station) that has received the communication request signal estimates the transmission path between the transmitting antenna 55 and the receiving antenna 56 using the antenna output S56 of the communication request signal, and generates a transmission path response S57. Based on the transmission path response S57, the communication channel search unit 58 checks the state of each communication channel (beam) and generates channel state information S58. Although the maximum number of communication channels is defined by the number of transmission / reception antennas, the use channel selection unit 59 selects a channel to be used for communication between the A station and the B station based on the state of each channel. Further, the power distribution calculation unit 60 calculates the power distribution of each channel from various information about each used channel so that the most efficient communication is possible, and the weight calculation unit 61 then includes the channel including the power allocation. The antenna weight S61 at the time of data transmission / reception is calculated from the information S60. Thereafter, the communication request response signal generation unit 62 generates a communication request response signal S62 that is orthogonal to each channel, performs weighted synthesis using the calculated antenna weight S61, and transmits the weighted signal S63 toward the station A. . In the station A, the weight analysis unit 54 can know the communication channel (beam) used by analyzing each antenna output S55 when the communication request response signal S62 from the station B is received. Based on this, the antenna weight S56 of each channel is determined. The weight control unit 53 performs weighting according to the weight information S56 and starts data transmission. In the B station, the received information S64 from the A station is weighted and synthesized with the already set weight S61, and the received signal S65 is extracted. When the transmission path information is known in the A station, the communication request response signal S62 does not need to be orthogonal for each channel.
[0053]
As described above, in the present embodiment, it is possible to synchronize use channels between transmitting and receiving stations by adopting the configuration as described above, and efficient communication using a plurality of channels (beams). Is possible.
[0054]
In the following embodiments, various examples for realizing this configuration will be shown.
[0055]
Embodiment 6 FIG.
In the present embodiment, a method for improving the efficiency of signal transmission using a specific transmission / reception weight in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment will be described. FIG. 6 shows the configuration of the transmission / reception station in this embodiment. In FIG. 6, 5 is a transmission station (transmission weight multiplication device), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication device).
[0056]
In this embodiment, the matrix H^HTransmit beamforming is performed using the eigenvectors of H. Here, the matrix H^HIs a complex conjugate transpose of the matrix H. Therefore, the matrix H^HAn outline of the properties of H is given below. Matrix H^HLet the eigenvalue of H be λ_n,E_n(N = 1, 2,..., N)
E = [e₁, E₂, ..., e_N]
Λ = diag [λ₁, Λ₂, ..., λ_N]
Is defined, the following equation holds.
H^HH = EΛE
Where H^HH is a Hermitian matrix, and the matrix E is a unitary matrix. Therefore, the following relationship is satisfied.
E^HE = EE^H= I
The method of the present embodiment will be described using such matrix properties.
[0057]
In this embodiment, the weight control unit 53 sets the transmission weight to w._n= E_nAs transmitted. At this time, the received vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1}  ^Ka_k  s_k(P) + z (p)
a_k= H w_k
Where a_kIs an equivalent propagation vector of the signal k as seen from the receiving station. Matrix A = [a₁, ..., a_N], W = [w₁, ..., w_N] Is defined, the following equation holds.

From this result, the equivalent propagation vector a_kIt can be seen that are orthogonal to each other. Accordingly, the weight control unit 63 receives the reception weight v._k= A_k ^*When the array signal processing is performed between antennas using, the output k for the signal k is

And other signals are removed. In this way, the transmission control unit 53 sets the transmission weight to w._n= E_nAnd the weight control unit 63 sets the reception weight to v._k= (H w_k)^*By doing so, K transmission signals can be transmitted without mutual interference. This communication channel is hereinafter referred to as an orthogonal channel. By this method, it is possible to cope with higher speed transmission than the conventional method without deterioration of communication quality. Eigen equation H^HHw_k= Λ_kw_kH from the left side of^*H^Tv_k= Λ_kv_kThe relationship holds. Therefore, transmission weight v_kIs H^*H^TIt is an eigenvector of. Here, H^*Is the conjugate transpose of the matrix H, and H^TIs a transposed matrix of the matrix H.
[0058]
Here, in order to grasp the communication capacity of the present embodiment, the communication capacity is measured based on the Shannon capacity index. For simplicity, the noise vector is uncorrelated with each antenna of the receiving station, ie E [z z^H] = P_zAssume that the relationship of I is satisfied. Further, it is assumed that K = N and the transmission power of the same power Ps is used for each transmission beam. At this time, a_kNoise at each output due to the orthogonality between_k ^H  z (p) is uncorrelated. After all, the signal power of the signal k is Psλ_k ²Noise power is P_zλ_kSend weight w_kReceive weight v_kThe SINR of the kth orthogonal channel formed by (Ps / P_z) Λ_kGiven in. N orthogonal channels are equivalently formed between the transmitting and receiving stations, and the communication capacity is given by the following equation.
C = Σ_{k = 1}  ^K  log₂(1+ (Ps / P_z  ) Λ_k  )
In the conventional beam forming, the communication capacity is equivalent to this one channel, so the communication capacity is greatly improved by this method.
[0059]
The communication capacity when space time coding is used is given by the following equation.

Thus, when the same transmission power is allocated to each beam, the communication capacity is the same as when space time coding is used.
[0060]
In this embodiment, the weight is determined using the information of the propagation vector H. Various methods have been considered so far for estimating the propagation vector H, but here, any existing method may be used to estimate H. Further, it is not always necessary to make all the powers of the transmission beams constant. If the power for each transmission beam is changed (under constant total transmission power), the overall communication capacity can be further improved. In this case, the communication capacity can be further improved as compared with the case where space time coding is used.
[0061]
As described above, when the method of the present embodiment is used, a communication capacity larger than that of the conventional beam forming method is possible. In addition, it is possible to ensure a communication capacity equal to or higher than that of a method using space time coding.
[0062]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to construct a plurality of orthogonal channels without mutual interference by determining transmission weights using propagation path information.
[0063]
Embodiment 7 FIG.
In the present embodiment, an example of a method for estimating the propagation path H in the transmission method using the plurality of transmission / reception beams of the above-described fifth embodiment will be described. FIG. 7 shows the configuration of the transmission / reception station in this embodiment. In FIG. 7, 6 is a propagation path, 7 is a receiving station (receiving weight multiplier), and 20 is a receiving filter corresponding to a transmission signal.
[0064]
In the transmitting station, when estimating the propagation path H, the communication request signal generating unit 52 transmits a different signal for each antenna. At this time, the transmission signals are set so that the signals to be transmitted are orthogonal within the range of sample 1 to sample p0. That is, the transmission signal s corresponding to each antenna₁(T), ..., s_k(T), ..., s_N(T) satisfies the relationship of the following equation.

Such an orthogonal signal is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0065]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mn  s_n(P) + z_m(P)
In the propagation path estimation unit 57 following each reception antenna 56, a matched filter corresponding to each transmission signal is prepared. The output g (m, k) of the matched filter 20 corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.

The second term is a noise term, and the noise becomes smaller as p0 is larger.
[0066]
Thus, propagation path estimation can be performed by transmitting an orthogonal signal from each antenna on the transmission side.
[0067]
Here, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the propagation path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. Based on the obtained propagation path information, the reception weight can be determined. An example of the weight determination method is shown in the sixth embodiment, but it can be applied to other weight determination methods. Note that, based on the sixth embodiment, the weight H is calculated by the weight calculation unit 61 using the estimated H.^*H^TEigenvalue decomposition is performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not always necessary to use all M weights, and a reception beam can be formed within a range of 1 to M.
[0068]
Up to this point, the orthogonal signal is transmitted from the transmission side (A station), and the propagation path is estimated on the reception side (B station). Conversely, the same control can be performed from the receiving side (B station) to the transmitting side (A station). That is, an orthogonal signal is transmitted from each antenna of station B, and propagation path estimation is performed on the transmission side (station A). FIG. 8 shows the configuration of the transmitting / receiving station in this control. In this way, it is possible to perform channel estimation between the A and B stations.
[0069]
Note that, based on the sixth embodiment, the matrix H is estimated using the estimated H.^HEigenvalue decomposition of H is performed, and N eigenvectors are set as transmission weights of each beam during information communication. This weight determination method is shown in FIG. It is not always necessary to use all N weights, and a transmission beam can be formed within a range of 1 to N.
[0070]
As described above, by grasping the propagation path information between the A and B stations, the transmission / reception weight can be determined using the propagation path estimation result H.
[0071]
As described above, according to this embodiment, it is possible to construct a plurality of orthogonal channels that do not interfere with each other by determining reception weights using propagation path information.
[0072]
Embodiment 8 FIG.
The present embodiment relates to an effective transmission / reception weight determination method when there is an interference signal on the receiving side in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment. FIG. 9 shows the configuration of the transmission / reception station in this embodiment. In FIG. 9, 5 is a transmission station (transmission weight multiplication device), 6 is a propagation path, and 7 is a reception station (reception weight multiplication device).
[0073]
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the received vector x (p) = [x₁(P), ..., x_M(P)]^TIs given by:
x (p) = Σ_{k = 1}  ^KH w_k  s_k(P) + z (p)
Here, z (p) is an interference noise vector and includes not only noise but also interference components. There is also a correlation between the antennas and R_IN  = E [z (p) z (p)^H] Is satisfied.
[0074]
In this embodiment, R is received on the receiving side._IN ^{-1 *}H^*H^TA receive beam is formed using the eigenvectors. On the sending side, H^HR_IN ^-1A transmit beam is formed using the eigenvectors of H. That is, each transmission / reception vector satisfies the following equation.
H^HR_IN ^-1Hw_n= Ρ_n  w_n
R_IN ^{-1 *}H^*H^Tv_n= Ρ_n  v_n
Where R_INIs an interference noise matrix at the receiving station. Ρ_nRepresents an eigenvalue, but H^HR_IN ^-1H and R_IN ^{-1 *}H^*H^THave the same eigenvalue.
[0075]
When such a weight is used, it is possible to receive a signal from a desired transmitting station with high quality while suppressing interference even when the receiving station has an interference signal. R at the receiving station_IN, H can be considered, but any method can be used.
[0076]
R_INInstead of the correlation matrix R = E [x (p) x (p) of all received signals^HA good reception quality can be obtained with a configuration using FIG. 10 shows the configuration of the transmission / reception station in this embodiment. In this case, the eigenequations of the transmission and reception weights are
R^{-1 *}H^*H^Tv_n= Ρ_nv_n
It becomes. Even with such a configuration, it is possible to receive a signal from a desired transmitting station with high quality while suppressing interference even when an interference signal is present at the receiving station. Various methods for estimating R and H at the receiving station are conceivable, but any method may be used.
[0077]
As described above, in the present embodiment, by determining the transmission weight using the propagation path information, even when there is an interference component correlated between antennas at the receiving station, a plurality of mutual interferences are present. It is possible to construct no orthogonal channels.
[0078]
Embodiment 9 FIG.
The present embodiment relates to a method that enables high-speed weight calculation, among the reception weight forming methods in the eighth embodiment. FIG. 13 shows the configuration of the transmission / reception station in this embodiment.
[0079]
In this embodiment, when determining the reception weight before the start of information communication, a signal different for each antenna is transmitted from the transmitting station. At this time, the transmission signals are set so that the transmission signals are orthogonal within the range of sample 1 to sample p0. That is, the transmission signal s corresponding to each antenna₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) satisfies the relationship of the following equation.

Such an orthogonal signal is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0080]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mn  s_n(P) + z_m(P)
Where z_m(P) is an interference noise component, which has a correlation between antennas.
[0081]
In the propagation path estimation unit 57 following each reception antenna, a matched filter corresponding to each transmission signal is prepared. The output g (m, k) of the matched filter corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.

The second term is an interference noise term, and the noise becomes smaller as p0 is larger. Thus, the propagation path H can be estimated by transmitting orthogonal signals from each antenna on the transmission side.
[0082]
Further, the correlation matrix of the received signal is estimated by the following equation.
Φ = Σ_{p = 1}  ^{p = p1}  x (p) x (p)^H                        (3)
Here, the range of Σ in Equation (2) and Equation (3) may be different.
[0083]
Here, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the propagation path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. Based on the obtained propagation path information, the reception weight can be determined. An example of the weight determination method is shown in the eighth embodiment, but it can be applied to other weight determination methods. Note that, based on the eighth embodiment, the weight calculation unit 61 uses the estimated Φ and H to determine the matrix Φ.^{-1 *}H^*H^TEigenvalue decomposition is performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not always necessary to use all M weights, and a reception beam can be formed within a range of 1 to M.
[0084]
As described above, in the present embodiment, it is possible to determine the weight with high accuracy using the high-accuracy channel estimation.
[0085]
Embodiment 10 FIG.
The present embodiment relates to a method different from the ninth embodiment that enables high-speed weight calculation among the reception weight forming methods in the eighth embodiment. Specifically, the correlation matrix calculation method is different. FIG. 19 shows the configuration of the transceiver in this embodiment.
[0086]
In this embodiment, when determining the reception weight before the start of information communication, a transmission signal s that differs from transmitter to antenna is different.₁(T), ..., s_k(T), ..., s_K(T) is transmitted from each antenna. At this time, each transmission signal has the same symbol time and is transmitted from the antenna at the same timing.
[0087]
Received signal x at receiving antenna m_m(P) is represented by the following equation.
x_m(P) = Σ_{n = 1} ^Nh_mns_n(P) + z_m(P)
Where z_m(P) is an interference noise component, which has a correlation between antennas. Here, p = 1 is a transmission signal s._n(P) starting sample, if p = <0 then s_n(P) = 0.
[0088]
In the propagation path estimation unit 57 (see FIG. 18) following each reception antenna, a matched filter corresponding to each transmission signal is prepared. The output g (m, k) of the matched filter corresponding to the receiving antenna m and the signal k is given by the following equation.

The second term is an interference noise term, and the noise becomes smaller as p0 is larger. Thus, by transmitting a signal from each antenna on the transmission side, the (m, k) element of the propagation path H is estimated as g (m, k).
[0089]
In this embodiment, the correlation matrix of the received signal is estimated by the following equation.
Φ_IN= Σ_{p <= 0}  x (p) x (p)^H
Here, the transmission signal s with p <= 0_kOnly the interference noise component is estimated using a section in which (p) does not exist.
[0090]
From the result of the calculation, the matrix Φ_IN ^{-1 *}H^*H^TEigenvalue decomposition is performed, and M eigenvectors are used as reception weights of the respective beams. This weight determination method is shown in FIG. Note that it is not always necessary to use all M weights, and a reception beam can be formed within a range of 1 to M.
[0091]
In the present embodiment, the transmission signal s₁(T), ... s_k(T), ..., s_KUsing a section where (t) does not exist, a correlation matrix Φ of interference noise components in advance_INCalculate Thus, by performing the correlation matrix calculation of interference noise components in advance, a highly accurate correlation matrix can be obtained. Φ_IN ^-1H^*H^T  It is possible to obtain good reception weights and eigenvalues when eigenvalue decomposition is performed.
[0092]
Embodiment 11 FIG.
The present embodiment relates to a method for determining a transmission weight in the transmission scheme using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment. In this embodiment, the reception weight v_kIs determined first, and the transmission weight is determined using the result. FIG. 14 shows a configuration of a transmitting / receiving station in the present embodiment.
[0093]
B station receive weight v_kIs determined, the communication request response signal generator 62 at the receiving station transmits the transmission signal r._k(P) is prepared, and the weight v already determined by the weight control unit 63_kMultiply by and transmit from each antenna. In station A, signal r_kThe matched filter of (p) is prepared for each antenna, and the detected value q at each antenna_knVectorized (q_k= [Q_k1, Q_k2, ..., q_kN]^T) Finally, the weight analysis unit 54 sets the transmission weight to w._k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_kEstimate as |. Here, | · | represents the norm of the vector. This method uses the v_kIt can be used regardless of the determination method.
[0094]
This relationship is described mathematically as follows. In the fifth to eighth embodiments, the transmission weight w_kAnd receiving weight v_kSatisfies the following relationship.
v_k= (Hw_k)^*
That is, V = [v₁, ..., v_K], W = [w₁, ..., w_K] Can also be rewritten as
HW = V^*
H^HHW = H^HV
WA = H^HV^*
W^*Λ^*= H^TV
In this equation, the right side is the vector v from station B_mRepresents a reception vector received by the station A when signal transmission is performed. In this way, the A station can determine the transmission weight using the signal from the B station.
[0095]
As described above, according to the present embodiment, a reception weight used for beam forming on the reception side is first determined, a signal is transmitted from the reception side using the reception weight, and the signal is received on the transmission side, By determining the transmission weight based on the received data, it is possible to efficiently determine the transmission weight with a small control amount.
[0096]
Embodiment 12 FIG.
In the present embodiment, the signal r transmitted from each antenna of terminal B in the eleventh embodiment._k(P).
[0097]
In the present embodiment, the transmission signal r_kAs (p), the signals orthogonal in time shown below are used.

By using such an orthogonal signal, a more accurate propagation path estimation at the station A is performed.
[0098]
The detailed signal processing at station A is shown below. Station A receives the following signals.
x_A(P) = Σ_{n = 1} ^N  H^Tv_n r_n(P) + z_A(P)
Where z_A(P) represents a noise component in terminal A. When the station A receives the signal, the signal r_kUsing the matched filter corresponding to (p), the following correlation calculation is performed.

As described in the eleventh embodiment, H^Tv_{n =}λ^* _nw_{n *}Are in a relationship. Therefore, send weight w_k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_kEstimate as |.
[0099]
In the present embodiment, a transmission path estimation vector q at station A is transmitted by simultaneously transmitting signals that are orthogonal in time as transmission signals from station B from a plurality of beams._nCan be estimated with good accuracy.
[0100]
Embodiment 13 FIG.
The present embodiment relates to a method of performing communication by selecting only some of the orthogonal channels (beams) in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the fifth embodiment.
[0101]
In the seventh embodiment, a method has been described in which a signal is transmitted from the transmission side and the propagation path estimation unit 57 on the reception side performs propagation path estimation. In the present embodiment, the communication channel search unit 58 uses the matrix H based on the estimation result from the propagation path estimation unit 57.^*H^TEigenvalue decomposition of the M eigenvalues λ_kIs calculated.
[0102]
In Embodiment 6, the SINR of each orthogonal channel is (Ps / P_z) Λ_kAnd the matrix H^*H^TThe eigenvalue of λ_kIs used to determine whether the orthogonal channel is available. In other words, the used channel selector 59 uses the eigenvalue λ._kThe availability is determined according to the value of. One specific determination method is the eigenvalue λ._kIs the threshold λ_thIt is possible to use a configuration in which the above is used and not used in other cases. However, other determination methods may be used.
[0103]
Next, the power distribution calculation unit 60 selects the selected eigenvalue λ._kIs used to determine the required transmission power value, and the transmission power value used in the orthogonal channel is determined. When the power distribution calculation unit 60 does not perform special processing, equal power is distributed to the selected channel. It is also possible to change the modulation scheme or encoding method for each orthogonal channel. In this case also the eigenvalue λ_kThe modulation scheme or encoding method to be used is determined based on the above. When no special processing is performed, a standard QPSK signal is selected.
[0104]
FIG. 20 shows an example of a method for determining transmission power, modulation scheme, and encoding method. As shown in this figure, the B station has a table for determining the transmission power, the modulation scheme, and the encoding method in correspondence with the eigenvalue λk. When the station B calculates the eigenvalue λk, the modulation system and the encoding method are determined according to the magnitude of the eigenvalue λk based on the table shown in FIG. In addition, although the case where the transmission power, the modulation scheme, and the encoding method are simultaneously determined is shown as an example in this figure, it is also possible to determine only a part of the transmission power, the modulation scheme, or the encoding method from the eigenvalue λk. .
[0105]
When station B determines the selected orthogonal channel and the power distribution, modulation scheme, and encoding method used in the channel, the weight calculation unit 61 sets the reception weight to v in the same manner as in the seventh embodiment._kAnd Here, the reception weight is the matrix H^*H^TThe eigenvectors are given by the communication channel search unit 58 in the matrix H.^*H^TCan be obtained simultaneously when calculating the eigenvalues of. Here, even if the weight calculation unit 61 performs the calculation independently, the result in the communication channel search unit 58 may be used.
[0106]
Thus, the reception weight v_kIs determined by the communication request response signal generator 62 using the method shown in the eleventh embodiment._kPrepare (p), weight v_kA signal is transmitted to station A using a transmission beam corresponding to the above. FIG. 21 shows an example of a signal format transmitted from the B station to the A station. This transmission signal is a transmission signal r_kAfter (p), data on the requested transmission power, the requested modulation scheme, and the requested encoding method is further included. As shown in the eleventh embodiment, when the station A receives the signal from the station B, the weight analyzer 54 sets the transmission weight to w._k= Q_k ^*Or w_k= Q_k ^*/ | Q_kEstimate as |. In addition, by receiving data related to the required transmission power, the required modulation method, and the required encoding method, it is possible to determine the transmission power, modulation method, and encoding method used during communication. Note that the signal format in FIG. 21 is an example, and other formats may be used.
[0107]
Through such a series of operations, the transmitting / receiving station can select several channels from the orthogonal channels and use them for communication. Here, the eigenvalue λ is taken as an example in the case of the transmission system of the seventh embodiment._kThe method of performing communication by selecting a beam according to the above is shown. However, when the interference signal shown in the eighth and ninth embodiments exists, the matrix Φ^{-1 *}H^*H^TEigenvalue decomposition of, and the obtained eigenvalue ρ_nThe same beam selection, transmission power, modulation method, and coding method are determined according to the above. Therefore, the beam selection, transmission power, modulation method, and coding method described in this embodiment are determined by the matrix Φ.^{-1 *}H^*H^TThe present invention is also applicable when eigenvalue decomposition is performed.
[0108]
Embodiment 14 FIG.
In this embodiment, in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of Embodiment 13, the orthogonal channel used by the base station is recognized when only some orthogonal channels (beams) are selected for communication. It is about how to do.
[0109]
In the thirteenth embodiment, station B determines a channel to be used in the used channel search unit. Receive weight v_kStation B determines the transmission signal r in the communication request response signal generator 62._k(P) is prepared, but at this time, the reception weight v corresponding to the use channel_kSignal r to station A using only_k(P) is transmitted.
[0110]
In station A, the weight analysis unit 54 transmits the transmission signal r._kThe signal is received using the matched filter corresponding to (p) (Embodiment 11), and the vector q_k, But the detected vector q_kIs only a vector corresponding to the used channel. This is because the transmission signal r corresponding to the usage channel_kThis is because only (p) is transmitted from the B station. Therefore, in station A, the vector q detected by the weight analysis unit 54_kThe channel that the station B intends to use can be recognized based on the power level of. In this case, the station A does not send control information but the station A_kDepending on the power level, the channel to be used can be recognized.
[0111]
In addition, the station A uses the vector q of the used channel._kSend weight w from_kAnd information communication from the A station to the B station can be started using only the use channel. If no special processing is performed, station A performs signal transmission with the same predetermined power in each orthogonal channel to be used.
[0112]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to notify the other station of the channel to be used without using a control signal.
[0113]
Embodiment 15 FIG.
In the present embodiment, in the transmission method using a plurality of transmission / reception beams of the thirteenth embodiment, when only a part of the orthogonal channels (beams) is selected and communication is performed, simultaneously with the orthogonal channels used by the base station The present invention relates to a method for recognizing transmission power and modulation method during information communication.
[0114]
In the thirteenth embodiment, the B station determines a channel to be used in the used channel search unit 58. Receive weight v_kStation B determines the transmission signal r in the communication request response signal generator 62._k(P) is prepared, but at this time, the reception weight v corresponding to the use channel_kSignal r to station A using only_k(P) is transmitted. At this time, the transmission signal r from station B_k(P) includes a required transmission power and a required modulation method for information communication. Transmit signal r_kThe method for describing the required transmission power and the required modulation method in (p) follows a predetermined method. As an example, there is a method using spread spectrum. That is, orthogonal transmission signals r from each beam of station B_kUsing (p) as a spread signal, the information is transmitted by multiplying information on the required transmission power and the required modulation method. In station A, the weight analysis unit performs despreading by receiving a signal using a corresponding matched filter, and extracts data related to the required transmission power and the required modulation scheme.
[0115]
With such a method, the station A can grasp the required transmission power and the required modulation method in each orthogonal channel to be used.
[0116]
Embodiment 16 FIG.
The present embodiment relates to a method for performing access control simultaneously with a control method for determining transmission / reception weights in a MIMO system.
[0117]
FIG. 22 is a diagram for explaining a control method and an access method according to the present embodiment. In addition to terminals A and B that perform transmission and reception, terminals C and D exist. In the following, the weight control method and the access method of this embodiment will be described with the transmitting station as terminal A and the receiving station as terminal B. In the present embodiment, a request (REQ; request) signal is transmitted from terminal A to terminal B, and a channel notification (REP; report) signal from terminal B to terminal A is returned. A transmission / reception weight is determined using the two-stage signal transmission. FIG. 23 shows an example of a signal format used in the control of this embodiment. FIG. 23A shows an example of the REQ signal, and FIG. 23B shows an example of the REP signal. 24, 25, and 26 show the operation in each terminal during transmission of the REQ signal, the REP signal, and the communication signal, respectively, in the present embodiment.
[0118]
Hereinafter, this embodiment will be described. When the information to be transmitted is generated, the terminal A notifies the terminal B to that effect using a REQ signal. At this stage, the terminal A does not know the exact position of the terminal B, and there are terminals C and D in addition to the terminal B around the terminal A. Under such circumstances, terminal B is searched from terminals B, C, and D using the REQ signal, and a communication start request is made.
[0119]
As seen in FIG. 23A, the REQ signal is composed of a pilot signal portion and a control signal. Here, as an example of the pilot signal, there is a configuration in which a signal orthogonal in time is transmitted from terminal A shown in the ninth embodiment. Further, as an example of the control signal unit, there is a configuration including the user ID of the transmission / reception terminal shown in FIG. Here, the pilot signal portion of the REQ signal is a signal sequence known to the peripheral terminals B, C, and D.
[0120]
When the terminals B, C, and D existing around the terminal A detect the pilot signal portion of the REQ signal, the terminals B, C, and D recognize that the REQ signal has arrived. Next, each terminal confirms the control signal part of the REQ signal. By confirming the user ID of the control signal, it can be confirmed whether or not the REQ signal is a communication request to the own terminal.
[0121]
As shown in FIG. 24, when the terminal B confirms that the REQ signal is a communication request to its own terminal, the terminal B measures the propagation state between the terminals A and B using the pilot signal section. Also, orthogonal channels are calculated based on the propagation measurement results, and whether or not each orthogonal channel can be used is determined. The specific orthogonal channel calculation procedure includes the example described in the ninth embodiment.
[0122]
On the other hand, when the terminals C and D confirm that the REQ signal is not a request signal to the own terminal, the terminals C and D enter a standby state without performing the subsequent processing. In this way, by transmitting the REQ signal, a request signal can be sent from many terminals to the terminal B that is the object of communication.
[0123]
Terminal B calculates the orthogonal channel and determines the required transmission power, modulation scheme or encoding method. In addition, the terminal A is notified of necessary information using a REP signal. As an example of the REP signal, there is a configuration having a pilot signal part and a control signal part shown in FIG. As an example of the pilot signal unit, the configuration described in the eleventh embodiment can be considered. Further, as an example of the control signal unit, there is a configuration including a user ID and a requested transmission power, a requested modulation scheme, a requested encoding method, and the like shown in FIG. Note that the pilot signal portion of the REP signal is a signal sequence known to the peripheral terminals A, C, and D.
[0124]
As shown in FIG. 25, when the terminal A receives the REP signal, the terminal A determines the transmission weight by estimating the propagation coefficient. One example of a transmission weight determination method is the method described in the eleventh embodiment. Further, the peripheral terminals C and D also detect the REP signal and recognize that the terminal B is now ready to receive communication. At this time, the terminals C and D refrain from new transmission so as not to disturb the signal reception of the terminal B. That is, since terminals C and D refrain from new transmission after receiving the REP signal, terminal B can perform stable communication without interference (FIG. 26).
[0125]
As described above, the transmission / reception wait control is performed by the control using the REQ signal and the REP signal, and at the same time, the access control is performed. Specifically, terminal A searches terminal B by the REQ signal. At the same time, terminal B performs channel estimation and orthogonal channel determination using the REQ signal. In addition, terminal B notifies terminal A of data necessary for communication in the REP signal. At the same time, new communication is stopped at the terminals C and D. Terminals A and B can perform stable communication by stopping the new communication of terminals C and D.
[0126]
Thus, by performing access control simultaneously with weight control using the REQ signal and the REP signal, it becomes possible to search for a target terminal from among a large number of terminals and perform stable communication during communication. Such control enables stable communication even in a distributed network environment found in a wireless LAN.
[0127]
Note that, as shown in the present embodiment, the terminal B transmits a REP signal to the terminal A to simultaneously make a communication stop request to the peripheral terminals C and D. At this time, since the REP signal makes a communication stop request only to a spatial channel necessary for communication, communication stop of other terminals is not requested in a spatial channel that is not used. Therefore, communication is stopped only in a necessary space area, and unnecessary communication stop of peripheral terminals is reduced.
[0128]
At present, in the field of wireless LAN, RTS (Request to send) / CTS (Clear to send) protocol is known as one method for requesting a communication stop of a peripheral terminal. In starting communication, a receiving terminal (receiving station) transmits a CTS (Clear to send) signal uniformly in all directions, and peripheral terminals that receive the CTS signal stop communication for a certain period of time.
[0129]
However, as seen in the present embodiment, unnecessary communication stop of peripheral terminals can be reduced by making a communication stop request only to the necessary spatial channels for each direction. This communication stop control can be applied in any environment where the receiving station performs beam forming.
[0130]
In the present embodiment, a case has been described in which the communication of the other terminals C and D is stopped when the transmitting station and the receiving station use a plurality of antennas. Is not limited to that case. The communication stop control method is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to any environment where the receiving station performs beam forming, including the case where the transmitting station and the receiving station use a single antenna.
[0131]
Embodiment 17. FIG.
The present embodiment relates to a method for realizing a MIMO system in a multicarrier communication system.
[0132]
Recently, in wireless communication, there is a high demand for a system capable of high-speed transmission and high-speed movement, and it is necessary to transmit a broadband signal in a radio frequency band. As for broadband signal transmission, a multi-carrier scheme that performs parallel signal transmission using a plurality of carriers at the same time has attracted particular attention. In the multi-carrier transmission method, low-speed data is arranged in parallel on the frequency and transmitted simultaneously using different carriers. The transmission speed is improved by performing parallel transmission of signals.
[0133]
FIG. 27 shows a basic configuration diagram of a multicarrier communication system. As shown in the figure, the signal transmission unit multiplexes a plurality of signals on a plurality of different frequencies and transmits the signals. On the receiving side, signals multiplexed on a plurality of different frequencies are separated and used as received signals for each carrier. FIG. 28 shows a signal multiplexed on a plurality of carriers. As shown in the figure, the signals multiplexed by the multicarrier signal transmission unit are multiplexed and transmitted at a plurality of frequencies. At this time, signals transmitted on each carrier can be handled independently. That is, as in the case of single carrier transmission, each carrier can be handled individually.
[0134]
Therefore, although Embodiments 1 to 16 have been described for the case of single carrier transmission, the same signal processing can be applied to a multicarrier transmission system.
[0135]
FIG. 29 shows a signal processing configuration in which the MIMO system of the present invention is applied to a multicarrier transmission system. As shown in the figure, by configuring the MIMO system shown in Embodiments 1 to 16 for each carrier, the MIMO system of the present invention can be applied to a multicarrier transmission scheme. Moreover, by applying to a multicarrier transmission system, high-speed transmission using the frequency and the space domain effectively becomes possible.
[0136]
【The invention's effect】
  The present invention copies K (> = 1) N transmission signals, multiplies each by a different transmission weight, and synthesizes K signals by combining them with K transmission beams. One or more transmitting stations that form and transmit, and a receiving station that receives signals transmitted from the transmitting beam using M antennas, and a transmission weight used in the transmitting station is from the receiving station Set based on weight-multiplied signal at each antenna to be transmittedTherefore, a plurality of signals can be simultaneously transmitted in parallel by using a plurality of transmission / reception beams.
  Further, since the transmitting station uses different modulation schemes, encoding methods, or transmission powers in units of transmission beams, signal transmission suitable for the SINR of each transmission beam can be performed.
  Also, since the control signal transmitted from the receiving station to the transmitting station is spatially multiplexed, it is possible for the receiving station to simultaneously transmit control signals that are control information such as transmission weight and modulation method to the transmitting station. It becomes.
  In addition, the present invention copies K transmission signals (N = 1) for each of K (> = 1), multiplies each of them by different transmission weights, and synthesizes the signals K by K, thereby transmitting K transmissions. One or more transmitting stations that form and transmit a beam, and a receiving station that receives signals transmitted from the transmitting beam using M antennas, and the transmitting station has different modulation schemes for each transmission beam Alternatively, since an encoding method or transmission power is used, a plurality of signals can be simultaneously transmitted in parallel by using a plurality of transmission / reception beams.
[0142]
  In addition, the transmitting station has N transmitting antennas, the receiving station has M receiving antennas, and one transmitting antenna n to N receiving antennas from M transmitting antennas. The propagation coefficient to m is h_mn, The propagation characteristic between the transmitting and receiving stations is expressed as a matrix H = [h_mn], The correlation matrix between the interference component antennas is R_INWhen the correlation matrix between the antennas of all received signals is represented as R, the matrix H^*H^T, Matrix R_IN ^{-1 *}H^*H^TOr matrix R^{-1 *}H^*H^TThe transmission / reception beam, modulation scheme, transmission power, and / or encoding method are determined using a plurality of eigenvalues, so that it is possible to select an orthogonal channel to be used using propagation path information.
  In addition, the receiving station transmits a signal multiplied by the weight when using a subchannel, and determines not to transmit the signal when not using a subchannel, and transmits the signal accordingly. Therefore, when a plurality of signals are transmitted, they can be transmitted using a subchannel.
[0143]
  Each transmitting / receiving station has a plurality of antennas,When the receiving station transmits a plurality of signals as signals multiplied by the weights, the receiving station transmits signals having signal patterns orthogonal to each other, so that the channels can be made nearly orthogonal.
[0144]
  In addition, the transmitting station is multiplied by the weight transmitted from the receiving station.A matching filter corresponding to the signal is provided for each antenna, and the output of the matched filter is used.The transmission weight is determined.So high accuracy using matched filterNaoEight decisions can be made.
[0145]
  In addition, when a plurality of signals are transmitted from the receiving station, the transmitted signals are transmitted using different transmission beams, so that propagation path estimation at the transmitting station can be performed with high accuracy.
  In addition, the receiving station determines a weight for the receiving station according to an interference state, and transmits the signal using the weight, so that the transmitting station uses the transmitting station to be used by the transmitting station. Since the weight is notified, it is possible to determine the weight for the receiving station before the start of communication, it is possible to perform spatial multiplexing transmission of the control signal, and the optimum transmission weight considering the influence of interference to the transmitting station Notification can be made.
  In addition, since the receiving station calculates the weight using an area without a signal from the transmitting station, the weight can be obtained with high accuracy.
[0146]
In addition, when transmitting a signal from the receiving station using the receiving weight, the control signal is used to notify the other station of the channel to be used by transmitting the signal using only a preselected channel. The other station can be notified of the channel to be used without using.
[0147]
  Also, the receptionStationforofWhen transmitting a signal from the receiving station using a weight, by adding a required transmission power or a required modulation method to the signal to be signaled, the required transmission power or the required modulation method in each transmission / reception beam at the time of information communication is Therefore, the required transmission power and the required modulation method in each orthogonal channel can be notified.
[0152]
  The receiving station is, DoubleA parameter value for measuring reception weight and communication quality is calculated for each number of spatial channels, and based on the parameter value, a spatial channel used for transmission / reception, modulation scheme, transmission power, or encoding Since a method is selected, stable communication can be performed during communication.
[0153]
In addition, since the receiving station transmits a control signal to the transmitting station using the selected spatial channel, the transmission weight in the transmitting station is determined based on the control signal, so that it is stable during communication. Communication can be performed.
[0154]
In addition, since both transmission / reception weight control and access control are performed based on a control signal transmitted between transmission and reception, a target terminal can be searched from a large number of terminals, and stable communication can be performed during communication. .
[0155]
Further, by transmitting a signal in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from among a plurality of receiving stations, and the searched receiving station directs a control signal notifying a use channel. Since it transmits to the said transmitting station using an antenna, the object terminal can be searched from many terminals, and the stable communication can be performed at the time of communication.
[0156]
Further, the control signal transmitted from the receiving station notifies the transmitting station of the use channel, and instructs other transmitting / receiving stations not to be transmitted / received to stop transmission. Since the generation of new communication from a non-terminal can be stopped, further stabilization of communication can be achieved.
[0157]
  In addition, the present invention is a wireless device that has a plurality of antennas and transmits signals by multiplying the weights by the plurality of antennas, and changes a transmission beam pattern of a signal to be transmitted according to a received interference state Therefore, the spatial multiplexing transmission of the control signal becomes possible, and the receiving side radio apparatus can notify the transmitting side radio apparatus of the optimum transmission weight in consideration of the influence of the interference.
  In the transmission, since a plurality of transmission signals are multiplexed using different transmission beams, a plurality of signals can be simultaneously transmitted in parallel, and a propagation path can be accurately estimated. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a transmission / reception beam status in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing weight determination methods in Embodiments 7 and 9 of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 15 is a basic configuration diagram of a transmission / reception signal processing configuration using space time coding in the prior art.
FIG. 16 is a basic configuration diagram of transmission / reception signal processing using transmission / reception beam forming in the prior art.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing transmission / reception beam forming of transmission / reception signal processing using transmission / reception beam forming in the prior art.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a table for determining transmission power, a modulation scheme, and an encoding method in a wireless transmission device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a signal format of a transmission signal in the wireless transmission device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a radio transmission apparatus according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of a signal format used in control of the wireless transmission device in Embodiment 16 of the present invention.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a radio transmission apparatus according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in a radio transmission apparatus according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a control method and an access method in the wireless transmission device according to the sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a configuration diagram showing a basic configuration of a multicarrier communication system.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing signals multiplexed on a plurality of carriers.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing a signal processing configuration when the radio transmission apparatus according to Embodiments 1 to 16 of the present invention is applied to a multicarrier transmission system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission signal, 2 Transmission antenna, 3 Reception antenna, 4 Reception signal, 10 Correlation matrix calculating part, 20, 21 Reception filter, 30 Channel estimation orthogonal signal, 31 Eigenvector calculation method, 32 Correlation matrix calculating part, 33 Propagation matrix Arithmetic unit.

Claims (19)

Each of K (> = 1) transmission signals is copied N times, each is multiplied by a different transmission weight, and K signals are combined one by one to form K transmission beams and transmitted. One or more transmitting stations,
Pre SL signal transmitted from the transmitting beam and a receiving station that receives using M antennas,
The radio transmission apparatus according to claim 1, wherein a transmission weight used in the transmitting station is set based on a signal multiplied by a weight in each antenna transmitted from the receiving station . Each of K (> = 1) transmission signals is copied N times, each is multiplied by a different transmission weight, and K signals are combined one by one to form K transmission beams and transmitted. One or more transmitting stations,
Pre SL signal transmitted from the transmitting beam and a receiving station that receives using M antennas,
The radio transmission apparatus according to claim 1, wherein the transmission station uses a modulation scheme, a coding method, or transmission power that is different for each transmission beam. The radio transmission apparatus according to claim 1, wherein the transmission station uses a modulation scheme, a coding method, or transmission power that is different for each transmission beam. The radio transmission apparatus according to claim 1 or 3, wherein the control signal transmitted from the receiving station to the transmitting station is spatially multiplexed. The transmitting station has N transmitting antennas and the receiving station has M receiving antennas;
The propagation coefficient from one transmitting antenna n out of N to one receiving antenna m out of M is h _mn , the propagation characteristic between transmitting and receiving stations is a matrix H = [h _mn ], and between the interference component antennas When the correlation matrix is expressed as R _IN and the correlation matrix between the antennas of all received signals is expressed as R, the matrix H ^* H ^T , the matrix R _IN ^{−1 *} H ^* H ^T , or the matrix R ^{−1 *} H ^* H The radio transmission apparatus according to claim 1 or 4 , wherein the transmission / reception beam, modulation scheme, transmission power, and / or encoding method are determined using a plurality of eigenvalues of ^T. The receiving station transmits a signal multiplied by the weight when the transmitting station uses a subchannel, and determines not to transmit the signal when the subchannel is not used, and accordingly the signal The wireless transmission device according to claim 1, wherein: Each said transceiver station comprising a plurality of antennas,
The radio according to any one of claims 1 to 6, wherein the receiving station transmits signals having signal patterns orthogonal to each other when transmitting a plurality of signals as signals multiplied by the weights. Transmission equipment. The transmitting station includes a matched filter corresponding to a signal multiplied by the weight transmitted from the receiving station for each antenna,
Wireless transmission device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that determining the transmission weight by using the output of the matched filter. The radio transmission apparatus according to claim 7, wherein when a plurality of signals are transmitted from the receiving station, the signals to be transmitted are transmitted using different transmission beams. The receiving station determines the weight for the receiving station according to the state of interference, and transmits the signal using the weight, thereby giving the transmitting station the weight for transmission used by the transmitting station. The wireless transmission device according to claim 8, wherein notification is performed. The radio transmission apparatus according to claim 1, wherein the receiving station calculates the weight using an area without a signal from the transmitting station. When transmitting a signal from the receiving station using the weight for the receiving station , by adding a required transmission power or a required modulation method to the signal to be transmitted, the required transmission power in each transmission / reception beam during information communication or wireless transmission device according to any one of claims 1 to 11 and notifies the request modulation scheme to the other station. The receiving station, for each spatial channel of multiple, to calculate the values of the parameters for measuring the reception weight and the communication quality, based on the value of the parameter, spatial channel used for transmission and reception, the modulation scheme, transmission power, or, the radio transmission apparatus according to any one of claims 1, characterized in that selecting the coding method 12. By the receiving station using the selected was the spatial channels to transmit a control signal to the transmitting station, according to claim 13, wherein the transmission weight in the transmitting station, characterized in that it is determined on the basis of the control signal The wireless transmission device described in 1. Based on a control signal transmitted between the transmitter, the wireless transmission device according to any one of claims 1 and performs both the control of the control and access of the transmission and reception weights 14. By transmitting a signal in all directions from the transmitting station, a desired receiving station is searched from a plurality of receiving stations,
16. The radio transmission apparatus according to claim 15 , wherein the searched receiving station transmits a control signal notifying a use channel to the transmitting station using a directional antenna. The control signal transmitted from the receiving station notifies the transmitting station of the use channel and instructs other transmitting / receiving stations not to be transmitted / received to stop transmission. Item 17. The wireless transmission device according to Item 16 . A wireless device having a plurality of antennas and transmitting signals by multiplying weights by the plurality of antennas,
A radio apparatus that changes a transmission beam pattern of a signal to be transmitted according to a received interference state. The radio apparatus according to claim 18, wherein, in the transmission, a plurality of transmission signals are multiplexed using different transmission beams.

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