JP4260653B2 - Transmitter for spatial multiplexing transmission - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信システム用アンテナを用い、空間多重伝送をした場合の伝搬環境推定、フェージング補償用指向性制御に係り、特に空間多重伝送用送信装置に関する。 The present invention relates to propagation environment estimation and fading compensation directivity control when performing spatial multiplexing transmission using an antenna for a radio communication system, and more particularly to a spatial multiplexing transmission apparatus.
空間多重伝送用送信装置は、複数のアンテナ素子から異なる信号を送信することで、周波数帯域を増大することなしに高速伝送を実現する送信装置である。
図8に従来の空間多重伝送用送信装置を示す(例えば、非特許文献1参照)。
同図に示すように、従来の空間多重伝送用送信装置は、複数の送信用アンテナ素子8011〜801Nと,送信装置8021〜802Nと,シリアルーパラレル変換器803から構成される。
The spatial multiplexing transmission apparatus is a transmission apparatus that realizes high-speed transmission without increasing the frequency band by transmitting different signals from a plurality of antenna elements.
FIG. 8 shows a conventional spatial multiplexing transmission apparatus (see, for example, Non-Patent Document 1).
As shown in the figure, the conventional spatial multiplexing transmission apparatus includes a plurality of
送信信号はシリアル−パラレル変換器803によって複数の信号系列T1〜TNを生成し、各々異なった送信装置8021〜802Nによって送信用アンテナ素子8011〜801Nから同一の時刻,同一の周波数で送信される.
受信局では、例えば送信局のアンテナ数と同数のアンテナを用いて復号を行なう。以下に復号方法の例を示す.受信局アンテナ素子において受信される信号をR1〜RN、アンテナiから送信され、アンテナjで受信したときの伝達関数を、hijとし、各受信信号における雑音をn1〜nNとすると,空間多重伝送用送信装置によって信号を送信すると受信信号R1〜RNは以下のように表すことができる.
A transmission signal generates a plurality of signal sequences T1 to TN by a serial-
At the receiving station, for example, decoding is performed using the same number of antennas as that of the transmitting station. An example of the decoding method is shown below. When the signal received at the receiving station antenna element is R 1 to R N , the transfer function transmitted from the antenna i and received by the antenna j is h ij, and the noise in each received signal is n 1 to n N , When signals are transmitted by a spatial multiplexing transmission apparatus, the received signals R 1 to R N can be expressed as follows.
ただし、この方法を用いた場合には各アンテナから異なった信号を送信するため、送信局におけるアンテナ指向性利得、送信ダイバーシチ利得が得られず、SN比の低下、他局への干渉の増大が生じるという問題があった。
However, when this method is used, since different signals are transmitted from the respective antennas, the antenna directivity gain and the transmission diversity gain at the transmitting station cannot be obtained, and the SN ratio is decreased and the interference with other stations is increased. There was a problem that occurred.
次に、マルチビームを形成することにより、伝送品質の改善を図った従来の空間多重伝送用装置について説明する。図9に従来のマルチビーム形成を用いた空間多重伝送用送信装置の構成を示す(例えば、非特許文献2参照)。同図において、この空間多重伝送用装置は、送信用アンテナ素子9011〜901Nと,マルチビーム形成装置902と、送信装置9031〜903Kと、シリアル−パラレル変換器904から構成されている。
Next, a conventional spatial multiplexing transmission apparatus that improves transmission quality by forming a multi-beam will be described. FIG. 9 shows the configuration of a conventional spatial multiplexing transmission apparatus using multi-beam forming (see, for example, Non-Patent Document 2). In this figure, this spatial multiplexing transmission device is composed of transmitting
上記構成において、送信信号はシリアルーパラレル変換器904によって複数の信号系列T1〜TKを生成し、送信装置9031〜903KによってK系列の送信信号系列が形成され、マルチビーム形成装置902によって各々異なった指向性を形成するための各アンテナ素子への出力信号が形成され、送信用アンテナ素子9011〜901Nから同一の時刻、同一の周波数で送信される。ここでマルチビーム形成装置ではマルチビームを以下のようにして形成する。
In the above configuration, the transmission signal generates a plurality of signal sequences T 1 to T K by the serial-
まず、伝達関数行列Hの特異値分解(H=UDVH)を行い、ユニタリ行列V及び特異値を要素とする対角行列を求める。ここで、上添え字Hは共役転置を表し、伝達関数行列は以下の式で表される。 First, a singular value decomposition (H = UDV H ) of the transfer function matrix H is performed to obtain a unitary matrix V and a diagonal matrix having singular values as elements. Here, the superscript H represents a conjugate transpose, and the transfer function matrix is represented by the following equation.
ただし、この方法は推定した伝達関数行列のみによって形成されるため、伝達関数推定に誤差が生じると伝送品質の大きな劣化を招くという問題があり、伝達関数推定誤差の大きい環境には適用できないという問題があった。
However, since this method is formed only by the estimated transfer function matrix, if there is an error in the transfer function estimation, there is a problem that the transmission quality is greatly degraded, and it cannot be applied to an environment where the transfer function estimation error is large. was there.
上述したように、SDM伝送を行う場合に送信側でアレーアンテナを用いた指向性合成を行わない場合には送信局の指向性利得が十分に得られず伝送品質の劣化及び他セルヘの干渉の増大という問題が生じる。
これに対して、送信局で指向性合成を行うSDM伝送では伝搬環境推定に誤りがあった場合に、ビーム方向が大きくずれてしまうため、伝送品質が劣化するという問題が生じる。
したがって、伝搬環境推定誤差が生じるような無線通信システムにおいても、空間多重伝送を行った場合に伝送品質を改善する指向性形成法の実現が望まれていた。
As described above, when directivity synthesis using an array antenna is not performed on the transmitting side when performing SDM transmission, the directivity gain of the transmitting station cannot be obtained sufficiently, resulting in degradation of transmission quality and interference with other cells. The problem of increase arises.
On the other hand, in the SDM transmission in which directivity synthesis is performed at the transmitting station, if the propagation environment estimation has an error, the beam direction is greatly deviated, so that the transmission quality deteriorates.
Therefore, even in a wireless communication system in which a propagation environment estimation error occurs, it is desired to realize a directivity forming method that improves transmission quality when spatial multiplexing transmission is performed.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、伝搬環境の推定誤差の有る環境下でもダイバーシチ効果が得られ、伝送品質を大きく改善することができる空間多重伝送用送信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a transmitter for spatial multiplexing transmission capable of obtaining a diversity effect even in an environment with an estimation error of a propagation environment and greatly improving transmission quality. The purpose is to do.
上記目的を達成請求項1に記載の発明は、少なくとも3素子以上の複数の送信用アンテナ素子を有する空間多重伝送用送信装置であって、前記各アンテナ素子に接続され、前記複数のアンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置の各々への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器とを有することを特徴とする。 The above-described object is achieved. The invention according to claim 1 is a spatial multiplexing transmission apparatus having a plurality of transmitting antenna elements of at least three elements, wherein the plurality of antenna elements are connected to the antenna elements. Grouping means for performing grouping into a plurality of groups, and a plurality of transmission diversity signal generating devices provided corresponding to the groups for generating signals for performing transmission diversity among the grouped groups. A serial-parallel converter that serial-parallel converts an input signal to be transmitted and generates an input signal to each of the plurality of transmission diversity signal generation devices provided for each group. To do.
また、請求項2に記載の発明は、少なくとも3素子以上の送信用アンテナ素子と、前記各送信用アンテナ素子に接続され、送信用アンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、送信すべき入力信号をシリアル−パラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、受信時に伝搬環境推定を行う伝搬環境推定手段と、
前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置である。
The invention according to
Grouping determination means for determining grouping so that the transmission quality in each group is substantially constant from the propagation environment estimation result by the propagation environment estimation means, and in the grouping means, A spatial multiplexing transmission apparatus characterized in that grouping is performed based on determination by the grouping determination means.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記群分け手段の出力信号を入力信号とし、前記送信用アンテナ素子への入力信号を生成する複数指向性パタン形成装置を具備し,上記複数指向性パタン形成装置では各々の入力信号に対して異なった指向性を形成することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the spatial multiplexing transmission apparatus according to any one of the first and second aspects, the output signal of the grouping means is used as an input signal, and the signal is transmitted to the transmitting antenna element. A multi-directional pattern forming apparatus for generating an input signal is provided, wherein the multi-directional pattern forming apparatus forms different directivities for each input signal.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記送信用アンテナの各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、前記送信アンテナの各群への送信電力を割り当てる送信電力割当手段を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spatial multiplexing transmission apparatus according to any one of the first to third aspects, the average error rate of signals transmitted from each group of the transmission antennas is minimized. Transmission power allocating means for allocating transmission power to each group of the transmission antennas is provided.
請求項5に記載の発明は、請求項3または4のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記複数パタン指向性形成装置において、各ビームを伝達関数行列の特異値分解から求められる固有ビームとし、前記群分け決定手段においては固有ビームに対応した特異値が予め設定した閾値以上の値のビームを送信ビームとし、各群分けでは、各群での特異値の和がほぼ等しくなるように、群を決定することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spatial multiplexing transmission apparatus according to any one of the third and fourth aspects, each beam is obtained from singular value decomposition of a transfer function matrix in the multi-pattern directivity forming apparatus. In the grouping determination means, a beam whose singular value corresponding to the eigenbeam is equal to or greater than a preset threshold is used as a transmission beam, and in each grouping, the sum of singular values in each group is almost equal. Thus, the group is determined.
以上説明したように本発明によれば、送信すべき入力信号を複数の群に分けて送信ダイバーシチを行い、複数の群分けされた送信用アンテナ素子から送信するようにしたので、伝搬環境推定誤差のある環境でのダイバーシチ効果が得られ、伝送品質を改善することができる。 As described above, according to the present invention, the input signal to be transmitted is divided into a plurality of groups, transmission diversity is performed, and transmission is performed from the plurality of grouped transmitting antenna elements. Diversity effect in a certain environment can be obtained, and transmission quality can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、第1〜第5実施形態に係る空間多重伝送用送信装置を示す図1〜図5において、同一の機能を有する機能ブロックには同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1 to FIG. 5 showing the spatial multiplexing transmission apparatus according to the first to fifth embodiments, the same reference numerals are assigned to the functional blocks having the same functions, and duplicate descriptions are omitted.
[第1実施形態]
本発明の第1実施の形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図1に示す。第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝搬環境推定誤差の大きい伝搬環境でも空間多重伝送を可能とするものである。図1において、第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、3素子以上の複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mと、群分け手段102と、複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kと、シリアルーパラレル変換器104とを有している。
[First embodiment]
FIG. 1 shows the configuration of a spatial multiplexing transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention. The spatial multiplexing transmission apparatus according to the first embodiment enables spatial multiplexing transmission even in a propagation environment with a large propagation environment estimation error. 1, the spatial multiplexing transmission apparatus according to the first embodiment includes a plurality of
群分け手段102は、複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mに接続され、該複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mを複数の群に群分けを行う機能を有している。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
シリアル−パラレル変換器104は、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kの各々への入力信号を生成する。
The
Each of the plurality of transmission
The serial-
上記構成において、まず、送信信号はシリアル−パラレル変換器104に入力され、シリアル−パラレル変換器104により、K個の信号系列が生成され、これらの各信号系列は対応する送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kに入力される。送信ダイバーシチは、例えば、Space-Time-Transmission- Diversity(立川著「W-CDMA移動通信方式」丸善)、あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib, et.al“Space-Time-Block-Codes:code design criteria),Delay Diversityなどを用いることができる。
In the above configuration, first, a transmission signal is input to the serial-
k番目の送信ダイバーシチ用信号生成装置ではnkブランチの送信ダイバーシチを行うように構成し、各送信ダイバーシチ用信号発生装置で用いるブランチ数を変えることも可能である。また、同一のアンテナ素子が複数の群に所属することも可能である。このような符号化を行った後、群分け手段102によって群分けされた各群の信号が各送信用アンテナ素子1011〜101Mに入力され、受信局に向かって送信される。
このように伝送することによって、第1実施形態によれば、伝搬環境推定誤差のある環境でもダイバーシチ効果が得られ伝送品質を大きく改善することが可能となる。
The k-th transmission diversity signal generator can be configured to perform transmission diversity of nk branches, and the number of branches used in each transmission diversity signal generator can be changed. The same antenna element can belong to a plurality of groups. After performing such encoding, the signals of each group grouped by the grouping means 102 are input to the transmitting
By transmitting in this way, according to the first embodiment, a diversity effect can be obtained even in an environment with a propagation environment estimation error, and transmission quality can be greatly improved.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図2に示す。第2実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝達関数を受信時に推定し、伝達関数推定結果を用いて送信するアンテナ素子の選択、電力配分を行うことによって伝送品質を改善するものである。図2において、第2実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、3素子以上の複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mと、群分け手段102と、送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kと、シリアルーパラレル変換器104と、伝達関数推定手段201と、群分け決定手段202とを有している。
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows the configuration of a spatial multiplexing transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention. The spatial multiplexing transmission apparatus according to the second embodiment improves a transmission quality by estimating a transfer function at the time of reception, selecting an antenna element to transmit using a transfer function estimation result, and performing power distribution. . In FIG. 2, the spatial multiplexing transmission apparatus according to the second embodiment includes a plurality of
群分け手段102は、複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mに接続され、該複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mを複数の群に群分けを行う機能を有している。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
The grouping means 102 is connected to a plurality of transmitting
Each of the plurality of transmission
シリアル−パラレル変換器104は、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kの各々への入力信号を生成する。
伝達関数推定手段201は、受信時の伝搬環境を推定する機能を有する。すなわち、上り通信において相手局の用いている各アンテナ素子と自局の各アンテナ素子の間の伝達関数の推定を行う。この伝達関数推定手段201は、本発明の伝搬環境推定手段に相当する。
群分け決定手段202は、伝達関数推定手段201による伝達関数の推定結果(伝搬環境推定結果)から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する。
The serial-
The transfer
The
伝達関数推定手段201は、まず上り通信において相手局の用いている各アンテナ素子と自局の各送信用アンテナ素子の間の伝達関数の推定を行う。伝達関数の推定は、例えば予め既知の信号系列を相手局のアンテナ素子iから送信し,受信アンテナjで受信した信号に対して既知の信号系列との相関値を求めることによって推定することが可能となる。
次に、群分け手段102により送信用アンテナ素子1011〜101Mの群分けを行う。群分けは、例えば以下の手順で行う。
The transfer function estimation means 201 first estimates a transfer function between each antenna element used by the counterpart station and each transmitting antenna element of the own station in uplink communication. The transfer function can be estimated by, for example, transmitting a known signal sequence in advance from the antenna element i of the counterpart station and obtaining a correlation value with the known signal sequence for the signal received by the receiving antenna j. It becomes.
Next, the grouping means 102 groups the transmitting
群分け決定手段202により、まず、ある伝送品質の閾値を設定し、伝達関数推定手段201の推定結果に基づいて1素子で送信した場合でも閾値をこえた伝送品質となる送信用アンテナ素子の選択を行う。次に、閾値をみたさなかった送信用アンテナ素子のうち2素子の組を形成し、2素子間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この条件でもまだ使用されていなアンテナがある場合には3素子間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この選択を繰り返していくことによって群分けが可能となる。
First, a
このようにして群分け決定手段202は、送信用アンテナ素子1011〜101Mの群分けを決定し、この決定に基づいて群分け手段102は、送信用アンテナ素子1011〜101Mの群分けを行う。
さらに、変調方式の多値数、送信電力の調整を行うことによって、各群の伝送品質がほぼ一定となるようにすることが可能である。
第2実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、上述したように群分けを行って伝送することによって、各群での伝送品質をほぼ一定とすることが可能となり、また従来の空間多重伝送装置と比較して伝送品質を劣化することなしに、空間多重数を増大し、伝送速度を高速化することが可能となる。
In this way, the
Furthermore, the transmission quality of each group can be made substantially constant by adjusting the multi-value number of the modulation scheme and the transmission power.
According to the spatial multiplexing transmission apparatus according to the second embodiment, the transmission quality in each group can be made substantially constant by performing the grouping as described above, and the conventional space. It is possible to increase the number of spatial multiplexing and increase the transmission speed without degrading the transmission quality as compared with the multiplex transmission apparatus.
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図3に示す。第3実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、マルチビームを形成し、マルチビーム間で空間多重及び送信ダイバーシチを適用する構成をとっている。
図3において、第3実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、3素子以上の複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mと、群分け手段102と、送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kと、シリアルーパラレル変換器104と、伝達関数推定手段201と、群分け決定手段202と、マルチビーム形成装置301とを有している。
[Third embodiment]
The configuration of the spatial multiplexing transmission apparatus according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG. The spatial multiplexing transmission apparatus according to the third embodiment is configured to form multi-beams and apply spatial multiplexing and transmission diversity between the multi-beams.
In FIG. 3, the spatial multiplexing transmission apparatus according to the third embodiment includes a plurality of
上記構成において、送信信号はシリアルーパラレル変換器104に入力され、送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kへの入力信号を生成する。
送信ダイバーシチは例えば、Space-Time-Transmission-Diversity(立川著「W-CDMA移動通信方式」丸善)、あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria), Delay Diversity などを用いることができる。このような符号化された後、既述した第2実施形態と同様に、群分け決定手段202の決定に基づいて群分け手段102により群分けされた、各群の信号がマルチビーム形成装置301に入力される。
In the above configuration, the transmission signal is input to the serial-
Transmission diversity is, for example, Space-Time-Transmission-Diversity (Tachikawa's “W-CDMA mobile communication system” Maruzen) or Space-Time-Block-Code (Naguib, et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria), Delay Diversity, etc. After such encoding, grouping by the
ここで、マルチビーム形成装置301ではN個のビームが以下の手順で形成される。
まず、マルチビーム形成装置301は、伝達関数推定手段201の推定結果により得られた伝達関数行列Hの特異値分解(H=UDVH)を行い、M行M列のユニタリ行列V及び特異値を要素とするN行M列の対角行列Dを求める。特異値分解では、送信用アンテナ数と同数の特異値と、各特異値に対応したユニタリ行列Vの列ベクトルv1〜vMが得られる。列ベクトルv1〜vMは各々送信時に形成するビームの指向性を表している。したがって、列ベクトルv1〜vMを用いるとN個のビームを同時に形成することが可能である。マルチビーム形成装置301は、本発明の複数指向性パタン形成装置に相当する。
Here, in the
First, the
また、群分け手段102は、送信用アンテナ素子1011から101Mで形成するN個のビームの群分けを行う。 群分けは例えば以下の手順で行う。群分け決定手段202は、まずある伝送品質(特異値)の閾値を設定し、1ビームで送信した場合でも閾値をこえた伝送品質となるビームの選択を行う。
The
次に閾値を満たさなかったビームのうち2ビームの組を形成し、2ビーム間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この条件でもまだ使用されていないビームがある場合には3ビーム間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この選択を繰り返していくことによって群分けが可能となる。
このようにして群分け決定手段202は、送信用アンテナ素子1011〜101Mで形成するN個のビームの群分けを決定し、この決定に基づいて群分け手段102は、送信用アンテナ素子1011〜101Mで形成するN個のビームの群分けを行う。
Next, among the beams that do not satisfy the threshold, a pair of two beams is formed, and a combination that exceeds the transmission quality threshold when transmission diversity is performed between the two beams is selected. If there is a beam that is not yet used even under this condition, a combination that exceeds the transmission quality threshold when transmission diversity is performed between three beams is selected. Grouping becomes possible by repeating this selection.
In this way, the grouping determining means 202 determines the grouping of N beams formed by the transmitting
さらに、変調方式の多値数、送信電力の調整を行うことによって、各群の伝送品質がほぼ一定となるようにすることが可能である。
このようにして選択されたビームの総数をNとし、群ごとに生成した送信ダイバーシチ用の信号系列をE1〜ENと表すことにする。
マルチビーム形成装置301では次式によって、信号系列E1〜ENから、各送信用アンテナから送信する送信信号S1〜SMを形成する。
Furthermore, the transmission quality of each group can be made substantially constant by adjusting the multi-value number of the modulation scheme and the transmission power.
The total number of beams thus selected is N, and the signal series for transmission diversity generated for each group is represented as E 1 to E N.
Multi-beam forming
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図4に示す。第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、各群の送信電力を可変とする構成をとっている。
図4において、第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、3素子以上の複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mと、群分け手段102と、送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kと、シリアルーパラレル変換器104と、伝達関数推定手段201と、群分け決定手段202と、送信電力可変手段401とを有している。
[Fourth embodiment]
The configuration of the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. The spatial multiplexing transmission apparatus according to the fourth embodiment has a configuration in which the transmission power of each group is variable.
In FIG. 4, the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fourth embodiment includes a plurality of
送信電力可変手段401は、送信用アンテナ素子の各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、送信用アンテナ素子の各群への送信電力を割り当てる機能を有している。送信電力可変手段401は、本発明の送信電力割当手段に相当する。 The transmission power varying means 401 has a function of allocating transmission power to each group of transmitting antenna elements so that the average error rate of signals transmitted from each group of transmitting antenna elements is minimized. The transmission power variable means 401 corresponds to the transmission power allocation means of the present invention.
上記構成において、送信信号はシリアル−パラレル変換器104に入力され、シリアル−パラレル変換器104は、シリアル−パラレル変換して送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Mへの入力信号を生成する。
送信ダイバーシチは例えばSpace-Time-Transmission-Diversity(立川著「W-CDMA移動通信方式」丸善),あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria),Delay Diversity などを用いることができる。
In the above configuration, the transmission signal is input to the serial-
Transmission diversity is, for example, Space-Time-Transmission-Diversity (Tachikawa's “W-CDMA mobile communication system” Maruzen) or Space-Time-Block-Code (Naguib, et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria), Delay Diversity, etc. can be used.
このような符号化された後、群分け手段102によって群分けされた各群の信号が送信電力可変手段401に入力され、送信電力を可変とした後、各送信アンテナ素子1011〜101Mに入力され、受信局に向かって送信される。ここで送信電力可変手段401では送信信号に伝送品質に応じた重み付けを行う。すなわち、各送信用アンテナ素子1011〜101Mにおいて、送信用アンテナ素子の各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、送信用アンテナ素子の各群への送信電力を割り当てる。
After such encoding, the signals of each group grouped by the grouping means 102 are input to the transmission power variable means 401, and after changing the transmission power, they are input to the
第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、上述したように動作させることによって、伝送品質の劣化した信号の送信電力を増大し、伝送品質の過剰な信号に対しては送信電力を抑え、誤り率特性を改善することが可能となる。 According to the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fourth embodiment, by operating as described above, the transmission power of a signal with degraded transmission quality is increased, and the transmission power for a signal with excessive transmission quality is increased. And the error rate characteristics can be improved.
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図5に示す。第5実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、送信用アンテナ素子の各群の送信電力を可変とする構成をとっており、第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と構成上、異なるのは、送信用アンテナ素子1011〜101Mと、送信電力可変手段401との間にマルチビーム形成装置を付加するように構成した点であり、他の構成は第4実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と同様である。
[Fifth Embodiment]
The configuration of the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. The spatial multiplexing transmission apparatus according to the fifth embodiment has a configuration in which the transmission power of each group of transmission antenna elements is variable, and the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fourth embodiment, The difference is that a multi-beam forming device is added between the transmitting
図5において、第5実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、3素子以上の複数の送信用アンテナ素子1011〜101Mと、群分け手段102と、送信ダイバーシチ用信号生成装置1031〜103Kと、シリアルーパラレル変換器104と、伝達関数推定手段201と、群分け決定手段202と、送信電力可変手段401と、マルチビーム形成装置301とを有している。
5, the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fifth embodiment includes a plurality of
第5実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、図5に示すように送信電力可変手段401と送信用アンテナ素子1011〜101Mとの間にマルチビーム形成装置301を設置することによって、各信号ごとの送信電力の制御がマルチビーム形成時にも行うことが可能となる。
According to the spatial multiplexing transmission apparatus according to the fifth embodiment, by installing the
本願発明の効果を計算機シミュレーションにより示す。送信局のアンテナ素子数は8素子、端末局のアンテナ素子数は2素子、本願発明に係る空間多重伝送用送信装置でのビーム数は3ビームとし,2番目と3番目の固有値に対する固有ベクトルビームを用いて送信ダイバーシチを行うものとした。 The effect of the present invention will be shown by computer simulation. The number of antenna elements in the transmitting station is 8, the number of antenna elements in the terminal station is 2, and the number of beams in the spatial multiplexing transmission apparatus according to the present invention is 3. The eigenvector beams for the second and third eigenvalues are Used to perform transmission diversity.
図7に本願発明と従来例とを比較して伝送特性を評価する際に用いた伝搬環境を示す。送信局500及び端末局600から見て、多数の散乱物から構成されるクラスタ700が複数、存在するものとし、伝搬路は送信局500の周りのクラスタ700と端末局600の周りのクラスタ700でそれぞれ、反射することで構成されている。
[1]山田 渉,北 直樹,佐藤 明雄,高尾 鉄也,森 大典,渡邊 浩伸,
“屋内環境におけるマイクロ波帯角度拡がり特性”,電子情報通信学会通信ソサエティ大会,B-1-54,2003
[1]において室内での実測結果から、到来波の塊が5つ存在し、その分布の角度拡がりが約25°との結果が得られていることから、クラスタ数を5、それぞれの散乱物の角度拡がりを25°とした。
FIG. 7 shows a propagation environment used when the transmission characteristics are evaluated by comparing the present invention with the conventional example. As seen from the transmitting station 500 and the terminal station 600, it is assumed that there are a plurality of
[1] Wataru Yamada, Naoki Kita, Akio Sato, Tetsuya Takao, Daisuke Mori, Hironobu Watanabe,
“Microwave angle spread characteristics in indoor environments”, IEICE Communication Society, B-1-54, 2003
In [1], the result of indoor measurements shows that there are five lumps of incoming waves and the angular spread of the distribution is about 25 °. The angle spread was 25 °.
上り回線における各アンテナと基地局アンテナの間の伝達関数は誤差なく推定できるものとし、上り回線と下り回線では角度拡がりのみ同一とし、素波の到来方向、到来位相を独立に設定した。
試行回数は10000回とした。従来方法は、推定した伝達関数から特異値分解を行い、固有値の大きい方から2つの固有ベクトルを用いてSDM伝送を行うものとした。
The transfer function between each antenna and the base station antenna in the uplink can be estimated without error, only the angle spread is the same in the uplink and downlink, and the arrival direction and arrival phase of the wave are set independently.
The number of trials was 10,000. In the conventional method, singular value decomposition is performed from the estimated transfer function, and SDM transmission is performed using two eigenvectors from the larger eigenvalue.
図6に送信電力を変化させたときの第2固有ベクトルビームを用いて送信している送信信号に対する平均誤り率特性を本発明(提案方法)と従来方法とを比較して示す。各端末局アンテナでの雑音レベルは0dBとした。従来方法に対して本願発明では2ビーム間の送信ダイバーシチ効果によって、平均誤り率10−3で約2.5dB、平均誤り率10−4で約5dBだけ伝送特性が改善されていることが分かる。 FIG. 6 shows the average error rate characteristics for the transmission signal transmitted using the second eigenvector beam when the transmission power is changed, comparing the present invention (proposed method) and the conventional method. The noise level at each terminal station antenna was 0 dB. The transmission diversity effect between two beams in the present invention over conventional methods, approximately 2.5dB on average error rate of 10 -3, is that the transmission characteristic by about 5dB at an average error rate of 10-4 is improved understood.
1011〜101M…送信用アンテナ素子
102…群分け手段
1031〜103K…送信ダイバーシチ用信号生成装置
104…シリアル−パラレル変換器
Claims (5)
前記各送信用アンテナ素子に接続され、送信用アンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、
前記群分けされた各群の中で前記各群を構成する前記送信用アンテナ素子が複数の場合に送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、
送信すべき入力信号をシリアル−パラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、
受信時に伝搬環境推定を行う伝搬環境推定手段と、
予め伝送品質の閾値を設定し、前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果に基づいて、最も少ない素子数で前記閾値を超える1以上の送信アンテナ素子で群を構成するように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、
前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置。 At least three transmitting antenna elements;
A grouping means connected to each transmitting antenna element for grouping the transmitting antenna elements into a plurality of groups;
A plurality of transmission diversity signals provided corresponding to each group for generating a signal for performing transmission diversity when there are a plurality of transmission antenna elements constituting each group among the grouped groups. A generating device;
A serial-parallel converter that serial-parallel converts an input signal to be transmitted, and generates an input signal to the plurality of transmission diversity signal generation devices provided for each group;
Propagation environment estimation means for estimating propagation environment at the time of reception;
A transmission quality threshold value is set in advance, and based on the propagation environment estimation result by the propagation environment estimation means , the grouping is determined so as to form a group with one or more transmitting antenna elements exceeding the threshold value with the smallest number of elements. A grouping determination means,
The spatial group transmission apparatus according to claim 1, wherein the grouping unit performs grouping based on the determination by the grouping determination unit.
前記各送信用アンテナ素子に接続され、送信用アンテナ素子を用いてN個のビームを形成する複数指向性パタン形成装置と、A multi-directional pattern forming device connected to each of the transmitting antenna elements and forming N beams using the transmitting antenna elements;
前記複数指向性パタン形成装置の入力部に接続され、前記N個のビームを複数の群に群分けを行う群分け手段と、A grouping unit connected to an input unit of the multi-directional pattern forming device and grouping the N beams into a plurality of groups;
前記群分けされた各群の中で前記各群を構成する前記ビームが複数の場合に前記送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、A plurality of transmission diversity signal generation devices provided corresponding to each group for generating a signal for performing the transmission diversity when a plurality of the beams constituting each group among the divided groups are provided When,
送信すべき入力信号をシリアル−パラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、A serial-parallel converter that serial-parallel converts an input signal to be transmitted, and generates an input signal to the plurality of transmission diversity signal generation devices provided for each group;
受信時に伝搬環境推定を行う伝搬環境推定手段と、Propagation environment estimation means for estimating propagation environment at the time of reception;
予め伝送品質の閾値を設定し、前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果に基づいて、最も少ない素子数で前記閾値を超える1以上のビーム群を構成するように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、A grouping decision that sets a transmission quality threshold value in advance and determines the grouping so as to configure one or more beam groups exceeding the threshold value with the smallest number of elements based on the propagation environment estimation result by the propagation environment estimation means Means,
前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置。The spatial group transmission apparatus according to claim 1, wherein the grouping unit performs grouping based on the determination by the grouping determination unit.
前記群分け決定手段においては固有ビームに対応した特異値が予め設定した閾値以上の値のビームを送信ビームとし、
各群分けでは、各群での特異値の和がほぼ等しくなるように、群を決定することを特徴とする請求項3に記載の空間多重伝送用送信装置。 In the multi-pattern directivity forming device, each beam is an eigen beam obtained from singular value decomposition of a transfer function matrix,
In the grouping determination means, a beam having a value equal to or higher than a preset threshold value corresponding to the eigen beam is set as a transmission beam,
4. The spatial multiplexing transmission apparatus according to claim 3 , wherein in each grouping, groups are determined so that sums of singular values in each group are substantially equal.
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