JP4322893B2 - Wireless transmission apparatus and wireless transmission method - Google Patents
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本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間のチャネル応答行列をもとに受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信を用い、複数の送信装置から、同時に一つもしくは複数の通信相手（通信装置）への情報伝達を実現する高速無線アクセスシステムの送信技術に関する。 The present invention uses the same frequency channel, transmits from a plurality of different transmitting antennas, receives signals using a plurality of receiving antennas, and receives data on the receiving station side based on the channel response matrix between the transmitting and receiving antennas. The present invention relates to a transmission technique for a high-speed wireless access system that uses MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) communication to perform demodulation and simultaneously transmits information from a plurality of transmission devices to one or a plurality of communication partners (communication devices).
近年、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は３０Ｍｂｐｓ程度である。一方で、有線ＬＡＮの世界ではＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−Ｔインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ）の普及から、１００Ｍｂｐｓの高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。 In recent years, the IEEE802.11g standard, the IEEE802.11a standard, and the like are remarkable as high-speed wireless access systems using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band. In these systems, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation scheme, which is a technique for stabilizing characteristics in a multipath fading environment, is used, and a transmission rate of 54 Mbps at the maximum is realized. However, the transmission rate here is the transmission rate on the physical layer, and the transmission efficiency in the MAC (Medium Access Control) layer is actually about 50 to 70%, so the upper limit of the actual throughput is It is about 30 Mbps. On the other hand, in the world of wired LANs, the provision of 100 Mbps high-speed lines has become widespread due to the widespread use of Ethernet (registered trademark) 100Base-T interface and FTTH (Fiber to the home) using optical fibers in homes. In the world of wireless LAN, further increase in transmission speed is demanded.
そのための技術としては、ＭＩＭＯ技術が有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間のチャネル応答行列を求め、この行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。 As a technology for that purpose, the MIMO technology is promising. This MIMO technology is such that different independent signals are transmitted on the same channel from a plurality of transmitting antennas on the transmitting station side, and signals are received using the same plurality of antennas on the receiving station side, between each transmitting antenna / receiving antenna. The channel response matrix is obtained, the independent signal transmitted from each antenna is estimated on the transmitting station side using this matrix, and the data is reproduced.
図７は伝搬環境に最適となるように送信指向性を制御し、空間多重により伝送速度を向上させる、従来技術における送信部の構成例である。
送信装置のアンテナ素子数をＭＴとし、通信相手である受信装置のアンテナ素子数をＭＲとし、さらに、同周波数帯において送信する通信系列数をＬとして、シングルユーザにおいて最適となる指向性制御を示す。
FIG. 7 is a configuration example of a transmission unit in the prior art that controls transmission directivity so as to be optimal for the propagation environment and improves the transmission rate by spatial multiplexing.
The number of antenna elements transmitting apparatus and M T, the number of antenna elements is a communication partner receiving apparatus and M R, further, the number of communication sequences to be transmitted in the same frequency band as L, directivity control to be optimal in single-user Indicates.
符号９００は、データ分割回路、符号９０１−１〜９０１−Ｌは変調回路、符号９０２は送信信号変換回路、符号９０３−１〜９０３−ＭＴは無線部、符号９０４−１〜９０４−ＭＴはアンテナ素子、符号９０５は送信ウエイト演算回路、符号９０６はチャネル応答行列取得回路を示すものである。
アンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴ及び無線部９０３−１〜９０３−ＭＴは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、各アンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴと、他の通信装置の各アンテナ素子との間のチャネル応答行列が、チャネル応答行列取得回路９０６において推定される。このチャネル応答行列の取得方法の詳細はここでは明記しないが、アンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴにおいて、既知信号の受信を行った際に得られる情報、もしくは受信信号のフィードバック情報に含まれる情報に基づいて、チャネル応答行列の情報が取得される。
Antenna element 904-1~904-M T and the radio unit 903-1~903-M T is capable of transmitting and receiving radio signals, and each antenna element 904-1~904-M T, other A channel response matrix between each antenna element of the communication apparatus is estimated in the channel response
このチャネル応答行列の情報は、送信ウエイト演算回路９０５に入力され、この送信ウエイト演算回路９０５は、各信号系列のそれぞれのアンテナ素子における送信ウエイトを算出する。
次に、送信用のデータがデータ分割回路９００に入力されると、データ分割回路９００は、１系統の信号をＬ系統の信号系列に分割し、それぞれの信号系列を変調回路９０１−１〜９０１−Ｌに入力する。すると、変調回路９０１−１〜９０１−Ｌは、ＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等を付与し、変調した後、これら変調された信号を、送信信号変換回路９０２に入力する。送信信号変換回路９０２は、送信データと送信ウエイトとを乗算して、無線部９０３−１〜９０３−ＭＴに入力する。そして、これら入力された信号がアンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴを介して無線信号として送信される。
Information on the channel response matrix is input to the transmission
Next, when transmission data is input to the
チャネル応答行列取得回路９０６において得られたチャネル応答行列Ｈ(Ｍｒ×Ｍｔ行列)は、下式のように特異値分解により、右側特異行列Ｖ(Ｍｒ×Ｍｔユニタリ行列)、左側得意行列Ｕ(Ｍｒ×Ｍｒユニタリ行列)及び固有値√λを対角要素とし、非対角行列を０とする行列Ｄ(Ｍｒ×Ｍｔ行列)に分けることができる。
The channel response matrix H (Mr × Mt matrix) obtained in the channel response
ここで、Ｈｉｊは、送信装置のｊ番目のアンテナから受信装置のｉ番目のアンテナまでの伝達係数を表している。また、Ｖｉｊは、送信装置において、ｊ番目の送信ビームに対するｉ番目のアンテナ素子に適用する送信ウエイトを表している。また、Ｕｉｊは、受信装置のｊ番目の送信ビームに対するｉ番目のアンテナの受信信号に適用する受信重みの複素共役を表している。
ここで、固有値λは、各パスの伝送容量の大きさを表す（λ１≧λ２・・・≧λＭｒ）。また、上付きの添え字Ｈは共役複素行列を表す。
このようにして得られたＶに基づいて、対応する固有値の大きいものから通信に用いる空間多重数Ｌだけ列ベクトルを選択して得られる上り送信ウエイトＷを、送信装置の送信ウエイトとし、ＵＨから通信に使用するＬ個の行ベクトルを選択して得られる上り受信ウエイトＷ’を、受信装置の受信重みとすることで、各信号で特異値λに対応する最大の伝送容量を実現することができる。
なお、ＷとＷ’を下式に示す。
Here, H ij represents a transfer coefficient from the j-th antenna of the transmission device to the i-th antenna of the reception device. V ij represents a transmission weight applied to the i-th antenna element for the j-th transmission beam in the transmission apparatus. U ij represents the complex conjugate of the reception weight applied to the reception signal of the i-th antenna with respect to the j-th transmission beam of the reception apparatus.
Here, the eigenvalue λ represents the size of the transmission capacity of each path (λ 1 ≧ λ 2 ... ≧ λ Mr ). A superscript H represents a conjugate complex matrix.
Based on V obtained in this way, an uplink transmission weight W obtained by selecting a column vector by a spatial multiplexing number L used for communication from a corresponding large eigenvalue is set as a transmission weight of the transmission device, and U H To realize the maximum transmission capacity corresponding to the singular value λ in each signal by using the uplink reception weight W ′ obtained by selecting L row vectors used for communication from the reception weight of the reception device Can do.
W and W ′ are shown in the following formula.
Ｌ＝Ｍｒとした場合では、送信信号Ｓ(Ｍｒ×１ベクトル)に、送信ウエイトＶを用いて送信装置によって送信することで、受信信号Ｘ(Ｍｒ×１ベクトル)は以下のように表せる。 In the case of L = Mr, the transmission signal S (Mr × 1 vector) is transmitted by the transmission device using the transmission weight V, so that the reception signal X (Mr × 1 vector) can be expressed as follows.
よって、受信信号Ｘに、例えばＵの共役複素転置行列を乗算することで、それぞれ対応する固有値の平方根が乗算された送信信号Ｓを得ることができ、各信号は、固有値λだけ熱雑音Ｎに対する比（ＳＮ比）が高くなり、伝送容量が最大となる通信を実現できる。 Therefore, by multiplying the received signal X by, for example, a conjugate complex transpose matrix of U, it is possible to obtain transmission signals S each multiplied by the square root of the corresponding eigenvalue, and each signal is associated with the thermal noise N by the eigenvalue λ. Ratio (SN ratio) becomes high, and communication with the maximum transmission capacity can be realized.
上記の手段は、単一の通信相手に対する最大の伝送容量を得ることを可能とするが、アンテナ素子数が増大していくと、演算量が膨大となるのに対し、通信速度の増大効果は低下する。
このような問題に対し、複数の送信装置を用い、これら複数の送信装置間の同期を完全にとることで、仮想的に大規模アレーをつくり、下り回線の送信速度を増大させることが考えられる。このとき、送信装置Ｍａ個を用いるものとし、ｉ番目の送信装置のアンテナ素子数をＭＴ（ｉ）、ｉ番目の送信装置と通信相手との間のチャネル応答行列をＨ（ｉ）とし、全体チャネル応答行列Ｈａを、Ｈａ＝（Ｈ（１），Ｈ（２），・・・，Ｈ（Ｍａ））と表すと、特異値分解して得られる右側特異行列Ｖａを送信ウエイトとし、固有値に基づく電力配分を行うことで、このチャネルでの最大の伝送容量を得ることができる。受信信号Ｘ（Ｍｒ×１ベクトル）は以下のように表せる。
The above means makes it possible to obtain the maximum transmission capacity for a single communication partner. However, as the number of antenna elements increases, the amount of computation becomes enormous, whereas the effect of increasing the communication speed is descend.
To solve this problem, it is conceivable to create a large-scale array virtually and increase the downlink transmission speed by using a plurality of transmitters and completely synchronizing the plurality of transmitters. . At this time, Ma transmission devices are used, the number of antenna elements of the i-th transmission device is MT (i), the channel response matrix between the i-th transmission device and the communication partner is H (i), and the whole When the channel response matrix Ha is expressed as Ha = (H (1), H (2),..., H (Ma)), the right singular matrix Va obtained by singular value decomposition is used as a transmission weight, and the eigenvalue is obtained. By performing power distribution based on this, the maximum transmission capacity in this channel can be obtained. The received signal X (Mr × 1 vector) can be expressed as follows.
しかし、実際には、各送信装置間で位相の補償を行うことは非常に難しいため、実際の通信では数式５は以下のように書き直される。
However, in practice, it is very difficult to perform phase compensation between the transmission apparatuses, and therefore, in actual communication,
ここで、Ｑ（ｉ）は、ｅｘｐ（ｊθ（ｉ））を対角要素とするＭｔ（ｉ）×Ｍｔ（ｉ）の対角行列である。よって、送信ウエイトは直交性を保てず、通信品質は著しく劣化する。
以上の技術を用いれば、完全無相関で与えた伝達係数ＭＩＭＯチャネル応答行列においては、送受のアンテナ素子数を増加させるほど通信速度を高めることができる。
しかし、実伝搬環境においては、固有値の分布に大きな偏りが生じることや、チャネル間相関などの作用により、その通信速度の増加はアンテナ素子数が増えるほど低下してくることが予想されている。にもかかわらず、送受のアンテナ数を増加させれば、送信及び受信をするために送受の装置に必要とされる演算量は著しく増大する。そのため、装置単体のアンテナ素子を著しく増大させることなく、更なる周波数利用効率の増大を得ることが必要となる。
If the above technique is used, in the transmission coefficient MIMO channel response matrix given completely uncorrelated, the communication speed can be increased as the number of transmitting / receiving antenna elements is increased.
However, in an actual propagation environment, it is expected that an increase in the communication speed will decrease as the number of antenna elements increases due to a large deviation in the distribution of eigenvalues and the effects of inter-channel correlation. Nevertheless, if the number of transmission / reception antennas is increased, the amount of computation required for the transmission / reception apparatus for transmission and reception increases significantly. Therefore, it is necessary to obtain a further increase in frequency utilization efficiency without significantly increasing the number of antenna elements of the device alone.
すなわち、上記の手段は単一の通信相手に対する最大の伝送容量を得ることを可能とするが、アンテナ素子数が増大していけば、演算量が膨大となるのに対し、通信速度の増大効果は低下する。これらに対し、アンテナ素子を増やすのではなく、送信装置を増やし、複数の送信装置同士で同期をとって送信することが考えられるが、送信装置間で位相まで同期をとることは難しい。 In other words, the above means makes it possible to obtain the maximum transmission capacity for a single communication partner, but if the number of antenna elements increases, the amount of computation becomes enormous, whereas the communication speed increases. Will decline. On the other hand, instead of increasing the number of antenna elements, it is conceivable to increase the number of transmission devices and synchronize the transmission between a plurality of transmission devices, but it is difficult to synchronize the phases between the transmission devices.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、送信装置同士で簡易の同期(タイミング同期)を取るだけで、高速な通信を実現するエリアを拡大することができる無線送信装置及び無線送信方法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 a wireless transmission device and a wireless device that can expand an area for realizing high-speed communication only by obtaining simple synchronization (timing synchronization) between the transmission devices. An object is to provide a transmission method.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る無線送信方法は、それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部を用いて送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
A radio transmission method according to the present invention selects a radio device that performs transmission from two or more radio devices each having a plurality of antenna elements and synchronized in time with each other, to at least one communication partner. A wireless transmission method for performing transmission, wherein at least one of propagation environment information estimation step for estimating propagation environment information between the own wireless device and a communication partner, and propagation environment information obtained by the propagation environment information estimation step A transmission weight determination step for determining a transmission weight using a transmission unit, and transmission weight and propagation environment information input from each wireless device, so that the wireless device used for transmission, the number of data streams, and the modulation scheme and coding rate are included. Transmission mode determination step for determining a transmission mode, and data stream and transmission determined by the transmission mode determination step To fit over de, characterized in that it comprises a sorting step of sorting the transmission data input to the appropriate wireless device.
また、本発明に係る無線送信方法は、それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、通信相手の用いている自無線装置以外の無線装置の送信ビームに対応する受信ウエイトを推定する受信ウエイト推定ステップと、前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部と通信相手の受信ウエイトとを用いて、ヌル空間伝搬環境情報を推定し、送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、を備えることを特徴とする。 In addition, the wireless transmission method according to the present invention selects a wireless device that performs transmission from two or more wireless devices that each include a plurality of antenna elements and are synchronized in time with each other, and sets at least one communication partner. A transmission method for transmitting to a propagation environment information estimation step for estimating propagation environment information between the own wireless device and a communication partner, and transmission of a wireless device other than the own wireless device used by the communication partner A null space propagation environment information is obtained by using a reception weight estimation step for estimating a reception weight corresponding to a beam, and at least a part of the propagation environment information obtained by the propagation environment information estimation step and a reception weight of a communication partner. The transmission weight is determined based on the transmission weight determination step for estimating and determining the transmission weight, and the transmission weight and propagation environment information input from each wireless device. A transmission mode determining step for determining a transmission mode having a wireless device, the number of data streams, a modulation scheme and a coding rate, and a data stream and a transmission mode determined by the transmission mode determining step. A distribution step of distributing transmission data to an appropriate wireless device.
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項２に記載の無線送信方法であって、前記受信ウエイト推定ステップは、前記通信相手から送信された信号の受信信号から、前記通信相手の送信ウエイトを推定し、上り下り回線の対称性から受信ウエイトを推定するステップを含むことを特徴とする。
The radio transmission method according to the present invention is the radio transmission method according to
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項２記載の無線送信方法であって、前記受信ウエイト推定ステップは、自無線装置以外の無線装置で推定した伝搬環境情報を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定するステップを含むことを特徴とする。
The radio transmission method according to the present invention is the radio transmission method according to
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項１〜４記載の無線送信方法であって、通信相手が複数の場合には、まず各通信相手に対し、最も高い伝送速度を達成できる無線装置を送信用に割り当て、その上で余剰の無線装置を用いてデータストリームを割り振った場合の伝送品質を評価する評価ステップを備えることを特徴とする。
Further, the wireless transmission method according to the present invention is the wireless transmission method according to
また、本発明に係る無線送信装置は、複数本のアンテナ素子を備えた複数の無線装置と、少なくとも１つの制御装置とを備え、複数の無線装置と少なくとも一つの通信相手のアンテナ素子、もしくはそれらアンテナ素子に形成されるビームにより構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを介して、少なくとも一つの通信相手に対し、複数のデータストリームを同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて利用されるものであり、前記制御装置により送信データが振り分けられ、Ｍａ個の無線装置を利用し、Ｌ（１）〜Ｌ（Ｍａ）個の空間多重により信号を送信する無線送信装置であって、ｉ番目の無線装置において、Ｍｔ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）≧１：整数）本のアンテナ素子を具備し、前記無線装置は、前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路に入力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、前記無線部から入力された信号から、１つもしくは複数の通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト演算回路に入力するチャネル情報取得回路と、前記チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、送信ウエイトを求め、送信ウエイトを用いた際に形成される送信ビームと通信相手との間のビームチャネル応答行列を、データ配分評価回路に入力する送信ウエイト演算回路と、入力された各データストリームに変調を行う変調回路と、前記変調回路により変調された各通信系列に、前記送信ウエイト演算回路により決定された送信ウエイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、を備え、前記制御装置は、前記送信ウエイト演算回路から入力されたビームチャネル応答行列を用いて、データストリームの配分と、そのデータストリームに割り当てる伝送モードの決定を行うデータ配分評価回路と、前記データ配分評価回路により決定されたデータストリームの配分及び伝送モードに基づき、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、前記変調回路に入力するデータ分割回路と、を備えることを特徴とする。 In addition, a wireless transmission device according to the present invention includes a plurality of wireless devices including a plurality of antenna elements and at least one control device, and the plurality of wireless devices and at least one antenna element of a communication partner, or those Multiplexed data streams are spatially multiplexed at the same frequency channel and at the same time to at least one communication partner via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel composed of beams formed on the antenna element. It is used in a wireless communication system capable of performing transmission, transmission data is distributed by the control device, Ma wireless devices are used, and signals are transmitted by L (1) to L (Ma) spatial multiplexing. In the i-th wireless device, M (I) (Mt (i) ≧ 1: integer) comprising antenna elements, and the radio apparatus is connected to each antenna element, and converts a received signal into a baseband signal at the time of reception, and a channel information acquisition circuit A radio unit that transmits from the antenna element as a radio signal during transmission, and estimates a channel response matrix for one or more communication partners from the signal input from the radio unit, When the transmission signal is determined, a channel information acquisition circuit that inputs a channel response matrix of a communication partner that performs transmission to a transmission weight calculation circuit, and a transmission weight based on the channel response matrix input from the channel information acquisition circuit, The beam channel response matrix between the transmission beam and communication partner formed when using the transmission weight is input to the data distribution evaluation circuit. A transmission weight calculation circuit; a modulation circuit that modulates each input data stream; and a communication antenna that multiplies each communication sequence modulated by the modulation circuit by the transmission weight determined by the transmission weight calculation circuit. A transmission signal conversion circuit that outputs to a radio unit connected to the element, and the control device uses the beam channel response matrix input from the transmission weight calculation circuit to distribute the data stream and the data A data distribution evaluation circuit for determining a transmission mode to be allocated to the stream; and serial-parallel conversion of input transmission data based on the distribution and transmission mode of the data stream determined by the data distribution evaluation circuit; And an input data dividing circuit.
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項６に記載の無線送信装置であって、前記チャネル情報取得回路は、入力された受信信号から、通信相手の無線部から入力された信号からチャネル応答行列、通信相手の送信ウエイト、及び、通信相手の自無線装置の送信ビーム以外に対応する受信ウエイトの推定を行い、前記送信ウエイト演算回路に出力し、前記送信ウエイト演算回路は、入力されたチャネル応答行列と、通信相手の受信ウエイトから、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列を前記データ配分評価回路に出力することを特徴とする。
Moreover, the wireless transmission device according to the present invention is the wireless transmission device according to
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項６に記載の無線送信装置であって、前記データ配分評価回路は、各無線装置から入力されたビームチャネル応答行列から、データストリームの割り当てを決定する際に、通信相手における受信ウエイトの推定も行い、これらを前記送信ウエイト演算回路に入力し、前記送信ウエイト演算回路は、入力された受信ウエイトの情報から、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列をデータ配分評価回路に出力することを特徴とする。
The radio transmission apparatus according to the present invention is the radio transmission apparatus according to
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項７又は請求項８に記載の無線送信装置であって、前記送信ウエイト演算回路は、入力された通信相手の受信ウエイト及びチャネル応答行列から、ヌル空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイトを決定し、このときこの送信ウエイトに対応する伝送品質の推定を行い、得られたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果を前記データ配分評価回路に出力し、前記データ配分評価回路は、入力されたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果から、この無線装置の送信ビームを用いるかを判定することを特徴とする。 Further, the wireless transmission device according to the present invention is the wireless transmission device according to claim 7 or claim 8, wherein the transmission weight calculation circuit is null based on the received reception weight and channel response matrix of the communication partner. Obtain the spatial channel response matrix, determine the transmission weight, estimate the transmission quality corresponding to this transmission weight, and output the obtained beam channel response matrix and the transmission quality estimation result to the data distribution evaluation circuit The data distribution evaluation circuit determines whether to use the transmission beam of the wireless device from the input beam channel response matrix and the transmission quality estimation result.
本発明によれば、送信装置同士で簡易の同期(タイミング同期)を取るだけで、高速な通信を実現するエリアを拡大することができる。 According to the present invention, an area for realizing high-speed communication can be expanded by simply performing simple synchronization (timing synchronization) between transmission apparatuses.
以下、本発明の実施形態における無線送信装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態としての無線送信装置を示したものである。
図１において、制御装置に接続された無線装置の数をＭａ’、送信時に選択された無線装置の数をＭａ、ｉ番目の無線装置のアンテナ素子数をＭｔ（ｉ）、ｉ番目の無線装置で用いるデータストリーム数をＬ（ｊ），ｊ番目の通信相手のアンテナ素子数をＭｒ（ｊ）とする。また、これら接続された無線装置は、時間同期がとれているものとする。
Hereinafter, a wireless transmission device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a wireless transmission apparatus as an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the number of wireless devices connected to the control device is Ma ′, the number of wireless devices selected at the time of transmission is Ma, the number of antenna elements of the i-th wireless device is Mt (i), and the i-th wireless device. Let L (j) be the number of data streams used in, and Mr (j) be the number of antenna elements of the jth communication partner. These connected wireless devices are assumed to be time synchronized.
無線送信装置は、複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００と、これら複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００のそれぞれに接続された制御装置１−０００とを備えている。
なお、複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００の構成はほぼ同一であるので、ここでは代表として一つの無線装置１−１００について説明する。
The wireless transmission device includes a plurality of wireless devices 1-100 to 1-Ma00 and a control device 1-000 connected to each of the plurality of wireless devices 1-100 to 1-Ma00.
In addition, since the structure of the some radio | wireless apparatuses 1-100-1-Ma00 is substantially the same, the one radio | wireless apparatus 1-100 is demonstrated here as a representative.
制御装置１−０００は、データ配分評価回路１−００２と、送信するデータが入力されるデータ分割回路１−００１とを備えており、これらデータ配分回路１−００２とデータ分割回路１−００１とが互いに接続されている。 The control device 1-000 includes a data distribution evaluation circuit 1-002 and a data division circuit 1-001 to which data to be transmitted is input. The data distribution circuit 1-002 and the data division circuit 1-001 Are connected to each other.
また、無線装置１−１００は、複数の変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）を備えている。これら複数の変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）は、送信信号変換回路１−１０２に接続されている。そして、送信信号変換回路１−１０２は、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）に接続されている。また、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、それぞれアンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）に接続されている。さらに、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、チャネル情報取得回路１−１０６に接続されている。 In addition, the wireless device 1-100 includes a plurality of modulation circuits 1-1011-1 to 1-101-L (1). The plurality of modulation circuits 1-1011-1 to 1-101-L (1) are connected to the transmission signal conversion circuit 1-102. The transmission signal conversion circuit 1-102 is connected to a plurality of radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1). Further, the plurality of radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1) are connected to antenna elements 1-104-1 to 1-104-Mt (1), respectively. Further, the plurality of radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1) are connected to the channel information acquisition circuit 1-106.
チャネル情報取得回路１−１０６は、送信信号変換回路１−１０２に演算結果を入力する送信ウエイト演算回路１−１０５に接続されている。 The channel information acquisition circuit 1-106 is connected to a transmission weight calculation circuit 1-105 that inputs a calculation result to the transmission signal conversion circuit 1-102.
アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）及び無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、無線信号の送受信を行うことができるようになっている。そして、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）において変換された受信信号をもとに、チャネル情報取得回路１−１０６は、各無線装置１−１００〜１−Ｍａ００の各アンテナ素子１−１０４−１〜１−Ｍａ０４−Ｍｔ（Ｍａ）と、通信相手の受信アンテナもしくは送信ビームとの間のチャネル応答行列（伝搬環境情報）を推定する。
このチャネル応答行列の取得方法は公知技術を適用すればよいため、ここでは詳細な説明を省略するが、アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）において既知信号の受信を行った際に得られる情報、もしくは受信信号のフィードバック情報に含まれる情報によって、各通信相手に対するチャネル応答行列の情報（チャネル情報）が取得される。
The antenna elements 1-104-1 to 1-104-Mt (1) and the radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1) can transmit and receive radio signals. Then, based on the reception signal converted in the radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1), the channel information acquisition circuit 1-106 is connected to each of the radio apparatuses 1-100 to 1-Ma00. A channel response matrix (propagation environment information) between the antenna elements 1-104-1 to 1-Ma04-Mt (Ma) and the receiving antenna or transmission beam of the communication partner is estimated.
Since a known technique may be applied to the channel response matrix acquisition method, a detailed description thereof is omitted here, but reception of a known signal is performed by the antenna elements 1-104-1 to 1-104-Mt (1). The information (channel information) of the channel response matrix for each communication partner is acquired by the information obtained at the time of reception or the information included in the feedback information of the received signal.
この無線装置１−１００において推定された通信相手に対するチャネル情報は、チャネル情報取得回路１−１０６から送信ウエイト演算回路１−１０５に入力される。そして、送信ウエイト演算回路１−１０５は、入力されたチャネル情報をもとに送信ウエイトを演算し、通信相手に対するチャネル情報、もしくは送信ビームと通信相手の受信アンテナとの間のチャネルを表すビームチャネル情報を、制御装置１−０００のデータ配分評価回路１−００２に入力する。このとき、図１に示していないＭａ’−Ｍａ個の無線装置においても、ビームチャネル情報が演算され、それらビームチャネル情報が、データ配分評価回路１−００２に入力される。 The channel information for the communication partner estimated in the radio apparatus 1-100 is input from the channel information acquisition circuit 1-106 to the transmission weight calculation circuit 1-105. Then, the transmission weight calculation circuit 1-105 calculates a transmission weight based on the input channel information, or a beam channel representing channel information for the communication partner or a channel between the transmission beam and the reception antenna of the communication partner. Information is input to the data distribution evaluation circuit 1-002 of the control device 1-000. At this time, also in the Ma′-Ma radio apparatuses not shown in FIG. 1, the beam channel information is calculated, and the beam channel information is input to the data distribution evaluation circuit 1-002.
通信相手及びその送信すべきデータが決定されると、データ配分評価回路１−００２は、入力されたＭａ’個の無線装置と通信相手との間のチャネル情報、もしくはビームチャネル情報から、Ｍａ個の無線装置を送信装置として選択し、ｋ番目の無線装置に、データストリーム数Ｌ（ｋ）を割り当て、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、データ分割回路１−００１に入力する。データ分割回路１−００１は、データ配分評価回路１−００２により決定されたように、送信を行うデータを分割し、当該無線装置の変調回路及び送信ウエイト演算回路にデータ、もしくはデータ及び伝送モードを入力する。 When the communication partner and the data to be transmitted are determined, the data distribution evaluation circuit 1-002 determines the Ma number from the input channel information or beam channel information between the Ma ′ wireless devices and the communication partner. The wireless device is selected as the transmitting device, the number of data streams L (k) is assigned to the kth wireless device, the transmission mode including the modulation scheme and the error correction coding rate is determined, and the data dividing circuit 1- Enter 001. The data division circuit 1-001 divides the data to be transmitted as determined by the data distribution evaluation circuit 1-002, and sets the data or data and transmission mode to the modulation circuit and transmission weight calculation circuit of the wireless device. input.
送信に割り当てられた例えば無線装置１−１００に入力されたデータは、入力されたデータ量もしくはその伝送モードの情報を用いて、変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）によりＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、変調され、その変調された信号が、送信信号変換回路１−１０２に入力される。
また、送信ウエイト演算回路１−１０５は、入力されたデータ量もしくはその伝送モードの情報を用いて、用いるべき送信ウエイトを、送信信号変換回路１−１０２に入力するする。
送信信号変換回路１−１０２は、変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）によって入力された変調信号に対し、送信ウエイト演算回路１−１０５によって入力された送信ウエイトを乗算し、その乗算した信号を、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）に入力する。そして、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）の出力信号が、アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）を介して無線信号として送信される。
For example, data input to the radio apparatus 1-100 assigned to transmission is transmitted by the modulation circuit 1-1101-1-1-101-L (1) using the input data amount or information on the transmission mode. A preamble signal or the like for MIMO channel estimation is added and modulated, and the modulated signal is input to the transmission signal conversion circuit 1-102.
Also, the transmission weight calculation circuit 1-105 inputs the transmission weight to be used to the transmission signal conversion circuit 1-102 using the input data amount or the information of the transmission mode.
The transmission signal conversion circuit 1-102 multiplies the modulation signal input by the modulation circuits 1-1101-1-1-1101-L (1) by the transmission weight input by the transmission weight arithmetic circuit 1-105. The multiplied signal is input to the radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1). Then, the output signals of the radio units 1-103-1 to 1-103-Mt (1) are transmitted as radio signals via the antenna elements 1-104-1 to 1-104-Mt (1).
制御方法の一例を以下に示す。通信相手の数が１つ（１ユーザ）であることを考える。
まず、制御装置１−０００に接続されたＭａ’個の無線装置のうち、ｉ番目の無線装置（符号を１−ｉ００とする。他の構成要素の符号についても、ここでは符号ｉを使用して説明する。）において、チャネル情報取得回路１−ｉ０６は、ｉ番目の無線装置１−ｉ０６のアンテナ素子１−ｉ０４−１〜１−ｉ０４−Ｍｔ（ｉ）と通信相手全空間チャネル応答行列Ｈ（ｉ）（Ｍｒ×Ｍｔ（ｉ）行列）の推定を行い、その結果を送信ウエイト演算回路１−ｉ０５に入力する。
An example of the control method is shown below. Consider that the number of communication partners is one (one user).
First, of the Ma ′ number of wireless devices connected to the control device 1-000, the i-th wireless device (reference number is 1-i00. For the reference numerals of other components, the reference number i is used here. ), The channel information acquisition circuit 1-i06 and the antenna element 1-i04-1 to 1-i04-Mt (i) of the i-th radio apparatus 1-i06 and the communication partner full-space channel response matrix H (I) (Mr × Mt (i) matrix) is estimated, and the result is input to the transmission weight calculation circuit 1-i05.
送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、Ｈ（ｉ）を用いて、送信ウエイトＷ（ｉ）を演算する。例えば、Ｗ（ｉ）としては、Ｈ（ｉ）をＨ（ｉ）＝Ｕ（ｉ）Ｄ（ｉ）Ｖ（ｉ）Ｈと特異値分解した際に得られる右側特異行列Ｖ（ｉ）を用いることができる。または、Ｖ（ｉ）と高い相関を持つと考えられる行列や、ランダムマトリックス、各列ベクトルのうち１成分のみを１とし、残りを０とする行列も用いることができる。ただし、これらはユニタリ行列、もしくはユニタリ行列の一部でなければならない。１を各列ベクトルの１要素とする行列では、アンテナ素子選択を行う制御となる。
送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、演算された送信ウエイトを用いた送信ビームと通信相手局のアンテナもしくは受信ビームとの間のビームチャネル応答行列（ビームチャネル情報）Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）をデータ配分評価回路１−００２に入力する。
データ配分評価回路１−００２は、入力されたＨ（１）Ｗ（１）〜Ｈ（Ｍａ’）Ｗ（Ｍａ’）のビームチャネル応答行列の列ベクトルから、Ｌａ個の列ベクトルを選択する。ここでＬａ≦Ｍｒである。選択されたＬａ個の列ベクトルからなる総合ビームチャネル応答行列は以下の式のように表せる。
The transmission weight calculation circuit 1-i05 calculates the transmission weight W (i) using H (i). For example, as W (i), the right singular matrix V (i) obtained when singular value decomposition of H (i) with H (i) = U (i) D (i) V (i) H is used. be able to. Alternatively, a matrix that is considered to have a high correlation with V (i), a random matrix, or a matrix in which only one component of each column vector is set to 1 and the rest is set to 0 can be used. However, these must be unitary matrices or parts of unitary matrices. In a matrix in which 1 is one element of each column vector, the antenna element selection is controlled.
The transmission weight calculation circuit 1-i05 obtains a beam channel response matrix (beam channel information) H (i) W (i) between the transmission beam using the calculated transmission weight and the antenna or reception beam of the communication partner station. The data is input to the data distribution evaluation circuit 1-002.
The data distribution evaluation circuit 1-002 selects La column vectors from the column vectors of the input beam channel response matrices H (1) W (1) to H (Ma ′) W (Ma ′). Here, La ≦ Mr. The total beam channel response matrix consisting of the selected La column vectors can be expressed as:
ここで、ＨbはＭｒ×Ｌａの行列であり、Ｌａ＝Ｌ（１）＋Ｌ（２）＋・・・＋Ｌ（Ｍａ）であり、Ｐ（ｉ）は電力配分行列であり、Ｌ（ｉ）×Ｌ（ｉ）の対角行列で、ｊ行ｊ列の要素、Ｐｉ，ｊはｉ番目の無線装置のｊ番目のデータストリームに割り当てる電力値の平方根の値を表す。この電力値は等電力配分やＨ（ｉ）の固有値に基づく注水定理などにより決定することができ、‖Ｐ（ｉ）‖Ｆ ２は各無線装置の持つ回路の性能などにより決定され、制御装置１−０００は予め知っていることができる。また、‖Ｐ（ｉ）‖Ｆ ２はＰＡＰＲに対する耐性などから、その無線装置に割り当てるデータストリーム数や、送信データに応じて変化させることもできる。ここで‖Ａ‖Ｆはフロベニウスノルムの値を表す。 Here, H b is a matrix of Mr × La, La = L (1) + L (2) +... + L (Ma), P (i) is a power distribution matrix, and L (i) XL (i) diagonal matrix, j row j column element, P i, j represents the value of the square root of the power value assigned to the j th data stream of the i th wireless device. The power value may be determined by such water-filling theorem based on eigenvalues of equal power allocation and H (i), ‖P (i ) || F 2 is determined by such performance of the circuit with the respective wireless device, the control device 1-000 can be known in advance. Also, possible from such resistance ‖P (i) || F 2 is for PAPR, the number of data streams and to be assigned to the wireless device, also be varied in accordance with the transmission data. Here, ‖A‖F represents the value of the Frobenius norm.
データ配分評価回路１−００２は、このＨｂと通信相手で用いる復号アルゴリズムの情報から、各データストリームの品質を表す何らかのパラメータ（例えば、信号対雑音比［ＳＮＲ］）を推定する。そして、データ配分評価回路１−００２は、それらのパラメータからフレーム誤り率が規定値以下となり、系全体の伝送速度が最も高くなるように、もしくは、優先順位の高い通信相手に対し高い伝送速度を達成するように、またはこれらの伝送速度で、推定されるフレームエラーレートを最小とする無線装置とそのデータストリーム数と伝送モードの組み合わせを決定する。 The data allocation evaluation circuit 1-002 estimates some parameter (for example, signal-to-noise ratio [SNR]) representing the quality of each data stream from the information of the decoding algorithm used by Hb and the communication partner. Then, the data distribution evaluation circuit 1-002 makes the frame error rate less than the specified value from these parameters so that the transmission rate of the entire system becomes the highest, or a high transmission rate is set for a communication partner with a high priority. The wireless device that minimizes the estimated frame error rate, the number of data streams, and the transmission mode combination are determined to achieve or at these transmission rates.
例えば、通信相手がＭＬＤを復号アルゴリズムとして実装しているのであれば、受信相手におけるＳＮＲは、Ｈｂ ＨＨｂの固有値を求めることよって得ることができる。また、受信相手がＺＦやＭＭＳＥ等の線形の復号アルゴリズムを用いるのであれば、Ｈｂに対応する受信ウエイトから、ノイズエンハンスメントを考慮し、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を求めることができる。 For example, if the communication partner implements MLD as a decoding algorithm, the SNR at the reception partner can be obtained by obtaining the eigenvalue of H b H H b . If the receiving party uses a linear decoding algorithm such as ZF or MMSE, the signal-to-interference noise ratio (SINR) can be obtained from the reception weight corresponding to Hb in consideration of noise enhancement.
また、ここで全ての通りを評価する必要はなく、Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）のうち、列ベクトルのノルムの大きいものを選択したり、又は、Ｌａより大きい数のＨ（ｉ）Ｗ（ｉ）のうち列ベクトルのノルムの大きいものを選択し、これらの中で組み合わせて、系全体の伝送速度を高くする、もしくは優先順位の高い通信相手に対して高い伝送速度を可能にする、もしくはこれらの伝送速度で通信を行う際に推定されるフレームエラーレートが最小となるようなＳＮＲ、ＳＩＮＲが得られるものを選択したりすることができる。 In addition, it is not necessary to evaluate all the streets here. Of H (i) W (i), a column vector having a large norm is selected, or H (i) W ( Select a column vector having a large norm from i) and combine them to increase the transmission rate of the entire system, or to enable a higher transmission rate for a communication partner with a higher priority, or It is possible to select one that provides an SNR and SINR that minimizes the frame error rate estimated when performing communication at these transmission rates.
干渉成分を減らすためには、Ｍａを小さい数にした方がよく、送信電力を大きくしたい場合には、Ｍａを大きく選択する。
得られたＳＮＲやＳＩＮＲから、例えば、受信電力と対応する変調方式のテーブルを予め作成しておき、ＳＮＲが５〜１０ｄＢならＢＰＳＫ、１０〜１６ｄＢならＱＰＳＫ、１６〜２３ｄＢなら１６ＱＡＭ、２３〜３０ｄＢなら６４ＱＡＭ、３０ｄＢ以上なら２５６ＱＡＭ、のように設定値を用いて変調方式を決定することができる。
In order to reduce the interference component, it is better to set Ma to a small number. When it is desired to increase the transmission power, Ma is selected to be large.
From the obtained SNR and SINR, for example, a modulation method table corresponding to the received power is created in advance. If the SNR is 5 to 10 dB, BPSK, 10 to 16 dB, QPSK, 16 to 23 dB, 16QAM, and 23 to 30 dB. The modulation scheme can be determined using a set value such as 64QAM and 256QAM for 30 dB or more.
このように決定されたデータストリーム数Ｌ（１）〜Ｌ（Ｍａ）に対応する伝送モードがデータ分割回路１−００１に入力される、データ分割回路１−００１は、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、各無線装置に入力する。そして、各無線装置は、それら各無線装置において指定された送信ウエイト、もしくは送信ウエイト及び電力配分を用いて送信を行うことができる。
よって各通信相手に対し、ｉ番目の通信相手に決定された送信ウエイトをＷ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）×Ｌ（ｉ）行列）とすると、通信相手における受信信号Ｘ（Ｍｒ×１ベクトル）は、以下の式で表すことができる。
The transmission mode corresponding to the number of data streams L (1) to L (Ma) determined in this way is input to the data division circuit 1-001. The data division circuit 1-001 serializes the input transmission data. -Parallel conversion and input to each wireless device. Each wireless device can perform transmission using the transmission weight designated by each wireless device or the transmission weight and power distribution.
Therefore, for each communication partner, if the transmission weight determined as the i-th communication partner is W (i) (Mt (i) × L (i) matrix), the received signal X (Mr × 1 vector) at the communication partner. Can be represented by the following equation.
この数式８により、上記数式６とは異なり、送信ウエイトＷの列ベクトル成分で、全て同じ位相回転がかかるため、位相回転行列Ｑ（ｉ）には全く特性の変化を受けない形となっていることが分かる。
また、本実施形態において、各無線装置の送信ウエイト演算回路が、他無線装置の送信ストリームに対応する通信相手の受信ウエイトを知ることで、各無線装置からの送信信号が直交するように制御することができ、通信相手の復号演算負荷を軽減できる。
時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＴＤＤ）での通信を行う場合、チャネル情報取得回路は、通信相手の用いる送信ウエイトを受信信号から推定することで、上り回線と下り回線の対称性を利用し、通信相手の用いている受信ウエイトも推定することができる。チャネル情報取得回路が、この受信ウエイトの情報も送信ウエイト演算回路に入力することで、送信ウエイト演算回路は、その受信ウエイト以外の空間に送信を行うように送信ウエイトを評価することができる。
According to this equation 8, unlike the
Further, in the present embodiment, the transmission weight calculation circuit of each wireless device knows the reception weight of the communication partner corresponding to the transmission stream of the other wireless device, and controls so that the transmission signal from each wireless device is orthogonal. It is possible to reduce the load of decoding operation of the communication partner.
When performing communication using time division duplex (TDD), the channel information acquisition circuit uses the symmetry of the uplink and downlink by estimating the transmission weight used by the communication partner from the received signal. The reception weight used by the communication partner can also be estimated. The channel information acquisition circuit inputs the reception weight information to the transmission weight calculation circuit, so that the transmission weight calculation circuit can evaluate the transmission weight so that transmission is performed in a space other than the reception weight.
ここでは、１番目の無線装置に注目し、通信相手が２番目の無線装置からの送信信号に対する受信ウエイトを推定することを考える。１番目の無線装置は、通信相手からの既知信号の受信を行った際に得られる情報を元に推定するか、もしくは受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報により、チャネル応答行列Ｈ（１）を予め知っているものとする。
通信相手が、２番目の無線装置に対し、送信ウエイトＷｔ（２）を用いて、既知信号Ｓ０を送信したとすると、１番目の無線装置では、受信信号Ｘ０（１）が、
Ｘ０（１）＝Ｈ（１）Ｗｔ（２）Ｓ０
のように受信されることとなる。
Here, paying attention to the first wireless device, it is considered that the communication partner estimates the reception weight for the transmission signal from the second wireless device. The first wireless device estimates based on information obtained when receiving a known signal from a communication partner, or uses channel response matrix H (1 based on information included in feedback information included in the received signal. ) In advance.
If the communication partner transmits the known signal S0 to the second wireless device using the transmission weight Wt (2), the received signal X0 (1) is
X0 (1) = H (1) Wt (2) S0
It will be received as follows.
ここでは、熱雑音は省略した。既知信号Ｓ０を全ての無線装置が知っていたものとすると、１番目の無線装置は、Ｈ（１）、Ｓ０及び受信したＸ０（１）を用いて、通信相手の２番目の無線装置に対する送信ウエイトを、
Ｗｔ（２）＝（Ｈ（１））＋Ｘ０（１）（Ｓ０）＋
のように求めることができる。
ここでは、（Ａ）＋は行列Ａの擬似逆行列を表す。上り下りの回線の対称性が成り立つなら、通信相手の送信ウエイトは、通信相手が用いる受信ウエイトと等しくなるため、この送信ウエイトを通信相手の第２の無線装置に対して形成する受信ウエイトとして用いることができる。
Here, thermal noise is omitted. Assuming that all the wireless devices knew the known signal S0, the first wireless device uses H (1), S0 and the received X0 (1) to transmit to the second wireless device of the communication partner. Weight,
Wt (2) = (H (1)) + X0 (1) (S0) +
Can be obtained as follows.
Here, (A) + represents a pseudo inverse matrix of the matrix A. If the uplink / downlink symmetry is established, the transmission weight of the communication partner is equal to the reception weight used by the communication partner, so this transmission weight is used as the reception weight formed for the second wireless device of the communication partner. be able to.
または、自無線装置以外の無線装置で推定したチャネル応答行列を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定することができる。
すなわち、制御装置のデータ配分評価回路において、第２の無線装置から入力されたＨ（２）から、受信ウエイトを演算し、第１の無線装置に出力することができる。受信ウエイトとしては、例えば、Ｈ（２）をＨ（２）＝Ｕ（２）Ｄ（２）Ｖ（２）Ｈと特異値分解した際に得られる、Ｕ（２）の行ベクトルの複素共役ベクトルを選択できる。もしくは、第２の無線装置で、通信相手が用いている送信ウエイトを推定し、それを制御装置に出力し、制御装置から第１の無線装置に出力することで、通信相手の第２の無線装置に対する受信ウエイトを推定することができる。
Alternatively, the reception weight of the communication partner can be estimated by using a channel response matrix estimated by a wireless device other than the own wireless device.
That is, in the data distribution evaluation circuit of the control device, the reception weight can be calculated from H (2) input from the second wireless device and output to the first wireless device. As the reception weight, for example, the complex conjugate of the row vector of U (2) obtained when singular value decomposition of H (2) and H (2) = U (2) D (2) V (2) H is performed. A vector can be selected. Alternatively, the second wireless device estimates the transmission weight used by the communication partner, outputs it to the control device, and outputs it from the control device to the first wireless device. The receiving weight for the device can be estimated.
チャネル情報取得回路は、通信相手が用いている受信ウエイトをＷｒ（Ｍｒ×Ｌｕ行列）とすると、この中から自無線装置からのデータストリームに対応する受信ビーム以外のＬｕ’（≦Ｌｕ）の列ベクトルを選択し、ヌル空間受信ウエイトＷｒ’（Ｍｒ×（Ｍｒ−Ｌｕ’）行列）を算出する。Ｗｒ’の列ベクトルはＷｒの列ベクトルと完全には直交し、Ｗｒ’Ｈ×Ｗｒ＝０となる。０は全ての要素が０である行列であり、ここでは、（Ｍｒ−Ｌｕ’）×Ｌｕ’行列となっている。ｉ番目の無線装置１−ｉ００の送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、このヌル空間受信ウエイトを用いて得られるヌル空間チャネル応答行列Ｈ（ｉ）’＝Ｗｒ’ＴＨ（ｉ）を演算し、このＨ（ｉ）’からヌル空間送信ウエイトＷ（ｉ）’を決定することができる。 The channel information acquisition circuit, when the reception weight used by the communication partner is Wr (Mr × Lu matrix), is a sequence of Lu ′ (≦ Lu) other than the reception beam corresponding to the data stream from the own radio apparatus. A vector is selected, and a null space reception weight Wr ′ (Mr × (Mr−Lu ′) matrix) is calculated. The column vector of Wr ′ is completely orthogonal to the column vector of Wr, and Wr ′ H × Wr = 0. 0 is a matrix in which all elements are 0, and is a (Mr-Lu ′) × Lu ′ matrix here. The transmission weight calculation circuit 1-i05 of the i-th radio apparatus 1-i00 calculates a null space channel response matrix H (i) ′ = Wr ′ T H (i) obtained by using this null space reception weight, From this H (i) ′, the null space transmission weight W (i) ′ can be determined.
送信ウエイトとしては、例えばヌル空間チャネル応答行列に特異値分解を行うことで得られる右側特異行列を選択することができる。このヌル空間送信ウエイトＷ（ｉ）’を用いて、ビームチャネル応答行列Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）’がデータ配分評価回路１−００２に入力され、データ配分評価回路１−００２は、無線装置とデータストリーム数、伝送モードを選択する。また、このとき、通信相手が用いていた受信ウエイトに対応するデータストリーム以外に、新たに加えるデータストリームが単一の無線装置（例えばｊ番目）によるものであった場合、ｊ番目のヌル空間チャネル応答行列は、前回の通信で選択された総合ビームチャネル応答行列Ｈｂ'と完全に直交するため、これらを選択し直し、新たな総合ビームチャネル応答行列を求める必要はなく、ヌル空間チャネル応答行列から推定されるデータストリームのＳＮＲやＳＩＮＲを用いることができるため、データ配分評価回路１−００２の演算負荷は著しく軽減される。 As the transmission weight, for example, a right singular matrix obtained by performing singular value decomposition on a null spatial channel response matrix can be selected. Using this null space transmission weight W (i) ′, the beam channel response matrix H (i) W (i) ′ is input to the data allocation evaluation circuit 1-002, and the data allocation evaluation circuit 1-002 is a wireless device. Select the number of data streams and transmission mode. At this time, in addition to the data stream corresponding to the reception weight used by the communication partner, if the newly added data stream is from a single wireless device (for example, jth), the jth null spatial channel Since the response matrix is completely orthogonal to the total beam channel response matrix H b ′ selected in the previous communication, it is not necessary to reselect these and obtain a new total beam channel response matrix, and the null spatial channel response matrix Since the SNR and SINR of the data stream estimated from the above can be used, the calculation load on the data distribution evaluation circuit 1-002 is significantly reduced.
または、本実施形態において、データ配分評価回路１−００２は、決定された無線装置とそのデータストリームに対応する通信相手の受信ウエイトをデータ分割回路１−００１に入力する。データ分割回路１−００１は、これらの情報を送信ウエイト演算回路に入力する。この次の送信タイミングにおいては、ｉ番目の無線装置の送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、データ分割回路１−００１から入力された受信ウエイトを用いてヌル空間送信ウエイトを求め、ビームチャネル応答行列Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）’をデータ配分評価回路１−００２に入力し、これらの情報からデータ配分評価回路１−００２は、無線装置、及びデータストリーム数、伝送モードを決定することができる。 Alternatively, in the present embodiment, the data distribution evaluation circuit 1-002 inputs the determined wireless device and the reception weight of the communication partner corresponding to the data stream to the data division circuit 1-001. The data division circuit 1-001 inputs these pieces of information to the transmission weight calculation circuit. At this next transmission timing, the transmission weight calculation circuit 1-i05 of the i-th wireless device obtains a null space transmission weight using the reception weight input from the data division circuit 1-001, and the beam channel response matrix H (I) W (i) ′ is input to the data distribution evaluation circuit 1-002, and from this information, the data distribution evaluation circuit 1-002 can determine the wireless device, the number of data streams, and the transmission mode.
また、通信相手の数が複数（複数ユーザ）であっても、データ配分評価回路１−００２は、各データストリームのＳＮＲもしくはＳＩＮＲを推定し、伝送モードを考慮して最適な組み合わせを選択することで、同様に制御することができる。
この場合には各通信相手について、基本的には最も高いデータレートを達成できる無線装置が割り振られる。その上で、余剰の無線装置を用いて更なるデータレートの増大が図れないかをデータ配分評価回路１−００２が評価する。
また、通信相手からの上りリンクは、最も高い伝送品質を得る無線装置にのみ送信することとし、下りにおいて、複数の無線装置から送信する際には、当該無線装置に新たに１つもしくは２つまでしか加えないように制限することで、データ配分評価回路１−００２の演算負荷を軽減できる。
Even if the number of communication partners is plural (multiple users), the data distribution evaluation circuit 1-002 estimates the SNR or SINR of each data stream and selects the optimum combination in consideration of the transmission mode. Thus, the same control can be performed.
In this case, a wireless device that can basically achieve the highest data rate is assigned to each communication partner. In addition, the data distribution evaluation circuit 1-002 evaluates whether or not the data rate can be further increased by using the surplus wireless devices.
Further, the uplink from the communication partner is transmitted only to the wireless device that obtains the highest transmission quality, and when transmitting from a plurality of wireless devices in the downlink, one or two new ones are added to the wireless device. By limiting so as to add only up to, the calculation load of the data distribution evaluation circuit 1-002 can be reduced.
次に、以上説明してきた実施形態に関する送信処理をフローチャートに示す。
図２に、本発明の実施形態における送信フロー（第１の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ１０１）。そして、各送信ウエイト演算回路は、そのチャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ１０２）。
データ配分評価回路は、各無線装置によって取得されたビームチャネル応答行列の列ベクトルからＬａ個の列ベクトルを選択し、総合ビームチャネル応答行列を形成し（Ｓ１０３）、この総合ビームチャネル行列から、達成可能なデータレートとその伝送品質を推定し（Ｓ１０４）、規定のフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、選択すべき無線装置、そのデータストリーム数、伝送モードを決定する（Ｓ１０５）。
Next, a transmission process related to the embodiment described above is shown in a flowchart.
FIG. 2 shows a transmission flow (first transmission flow) in the embodiment of the present invention.
Each channel information acquisition circuit estimates in advance a channel response matrix corresponding to a communication partner to perform transmission before performing communication (S101). Each transmission weight calculation circuit calculates a transmission weight using the channel response matrix, and a beam channel response matrix between the transmission beam formed by the transmission weight and the receiving antenna (or reception beam) of the communication partner. Is calculated (S102).
The data allocation evaluation circuit selects La column vectors from the column vectors of the beam channel response matrix acquired by each wireless device, forms an overall beam channel response matrix (S103), and achieves from the overall beam channel matrix Estimate the possible data rate and its transmission quality (S104), satisfy the condition below the specified frame error rate, and the overall transmission speed is maximum or the transmission speed for communication partners with high priority is high. The wireless device to be selected, the number of data streams, and the transmission mode are determined (S105).
通信相手と送信データが決定される（Ｓ１００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（振り分ける）（Ｓ１１１）。
そして、各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ１１２）。送信信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ１１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ１１４）。
When the communication partner and the transmission data are determined (S100), the data dividing circuit serial-parallel converts the transmission data, divides it into all La streams, and the number corresponding to the corresponding wireless device (i-th) ( L (i)) data streams are transmitted (distributed) to each wireless device (S111).
Then, each modulation circuit performs modulation processing and application of a known signal (S112). The transmission signal conversion circuit performs processing on a symbol-by-symbol basis. For example, if the signal vector at the symbol for the kth communication partner is S k and the transmission weight for the kth communication partner is W k , S k → W k · performs signal conversion processing of S k (S113).
Thus, the radio | wireless part corresponding to each antenna converts the processed baseband signal into RF signal, and transmits (S114).
なお、上記フローチャートは、適宜変更可能である。
例えば、以下のような他の送信処理を行うこともできる。
図３に、他の送信フロー（第２の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ２０１）。
また、各チャネル情報取得回路は、このとき上り下り回線の対称性を用いるか、通信相手から送信された信号の受信信号に含まれるフィードバック情報を用いるか、もしくは、制御装置から情報を取得するか等の手段によって、通信相手の用いていた受信ウエイトを推定する（Ｓ２０６）。なお、上り下り回線の対称性を用いる場合には、上述のように、通信相手から送信された信号の受信信号から、通信相手の送信ウエイトを推定し、それから回線の対称性によって、受信ウエイトを推定する。また、制御装置から情報を取得する場合には、上述のように、受信ウエイトに対応する送信を行った無線装置において推定した、通信相手の受信ウエイト情報を用いる。
さらに、各チャネル情報取得回路は、推定されたチャネル応答行列と、自無線装置からの送信信号に対応するもの以外の受信ウエイトから、ヌル空間受信ウエイトを求め、ヌル空間チャネル応答行列を算出する（Ｓ２０１´）。さらに、各送信ウエイト演算回路は、このヌル空間チャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ２０２）。
In addition, the said flowchart can be changed suitably.
For example, the following other transmission processes can be performed.
FIG. 3 shows another transmission flow (second transmission flow).
Each channel information acquisition circuit estimates in advance a channel response matrix corresponding to a communication partner to perform transmission before performing communication (S201).
Whether each channel information acquisition circuit uses uplink / downlink symmetry at this time, uses feedback information included in a received signal transmitted from a communication partner, or acquires information from a control device The reception weight used by the communication partner is estimated by such means as (S206). In addition, when using the uplink / downlink symmetry, as described above, the transmission weight of the communication partner is estimated from the received signal of the signal transmitted from the communication partner, and then the reception weight is determined by the symmetry of the line. presume. When acquiring information from the control device, as described above, the reception weight information of the communication partner estimated in the wireless device that has performed transmission corresponding to the reception weight is used.
Further, each channel information acquisition circuit obtains a null space reception weight from the estimated channel response matrix and a reception weight other than that corresponding to the transmission signal from the own radio apparatus, and calculates a null space channel response matrix ( S201 '). Further, each transmission weight calculation circuit calculates a transmission weight using this null space channel response matrix, and a beam channel between the transmission beam formed by this transmission weight and the receiving antenna (or reception beam) of the communication partner. A response matrix is calculated (S202).
そして、データ配分評価回路は、各送信ウエイト演算回路によって取得されたビームチャネル応答行列の列ベクトルからＬａ個の列ベクトルを選択し、総合ビームチャネル応答行列を形成し（Ｓ２０３）、この総合ビームチャネル行列から、達成可能なデータレートとその伝送品質を推定する（Ｓ２０４）。さらに、データ配分評価回路は、規定のフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が、最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、選択すべき無線装置、そのデータストリーム数、伝送モードを決定する（Ｓ２０５）。
通信相手と送信データが決定される（Ｓ２００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（Ｓ２１１）。
Then, the data distribution evaluation circuit selects La column vectors from the column vectors of the beam channel response matrix acquired by each transmission weight calculation circuit, forms a total beam channel response matrix (S203), and the total beam channel The achievable data rate and its transmission quality are estimated from the matrix (S204). Further, the data distribution evaluation circuit satisfies a condition that the specified frame error rate or less is satisfied, and the overall transmission rate is the maximum or the wireless device to be selected so that the transmission rate for a communication partner with a high priority is high, The number of data streams and the transmission mode are determined (S205).
When the communication partner and the transmission data are determined (S200), the data dividing circuit serial-parallel converts the transmission data, divides it into all La streams, and the number corresponding to the corresponding wireless device (i-th) ( L (i)) data streams are transmitted to each wireless device (S211).
そして、各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ２１２）。送信信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ２１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ２１４）。
Each modulation circuit performs modulation processing and application of a known signal (S212). The transmission signal conversion circuit performs processing on a symbol-by-symbol basis. For example, if the signal vector at the symbol for the kth communication partner is S k and the transmission weight for the kth communication partner is W k , S k → W k · performs signal conversion processing of S k (S213).
Thus, the radio | wireless part corresponding to each antenna converts the processed baseband signal into an RF signal, and transmits (S214).
また、以下のようなさらに他の送信処理を行うこともできる。
図４に、さらに他の送信フロー（第３の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ３０１）。
また、各チャネル情報取得回路は、このとき上り下り回線の対称性を用いるか、通信相手から送信された信号の受信信号に含まれるフィードバック情報を用いるか、もしくは、制御装置から情報を取得するか等の手段によって、通信相手の用いていた受信ウエイトを推定する（Ｓ３０５）。そして、各チャネル情報取得回路は、推定されたチャネル応答行列と、白無線装置からの送信信号に対応するもの以外の受信ウエイトから、ヌル空間受信ウエイトを求め、ヌル空間チャネル応答行列を算出する（Ｓ３０１´）。さらに、各送信ウエイト演算回路は、このヌル空間チャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトを用いることによるデータストリームの伝送品質（ＳＮＲやＳＩＮＲ）を評価し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ３０２）。
Further, another transmission process as described below can be performed.
FIG. 4 shows still another transmission flow (third transmission flow).
Each channel information acquisition circuit estimates in advance a channel response matrix corresponding to a communication partner to perform transmission before performing communication (S301).
Whether each channel information acquisition circuit uses uplink / downlink symmetry at this time, uses feedback information included in a received signal transmitted from a communication partner, or acquires information from a control device The reception weight used by the communication partner is estimated by such means as (S305). Each channel information acquisition circuit obtains a null space reception weight from the estimated channel response matrix and a reception weight other than that corresponding to the transmission signal from the white radio apparatus, and calculates a null space channel response matrix ( S301 '). Further, each transmission weight calculation circuit calculates a transmission weight using this null space channel response matrix, evaluates the transmission quality (SNR and SINR) of the data stream by using this transmission weight, and forms by this transmission weight. The beam channel response matrix between the transmitted beam and the receiving antenna (or receiving beam) of the communication partner is calculated (S302).
このように、第３の送信フローでは、ビームチャネル応答行列と対応する伝送品質を予め推定するため、第２の送信フローで総合ビームチャネル応答行列を形成し、その上で伝送品質を推定するより演算量を削減できる。
そして、データ配分評価回路は、ヌル空間チャネル応答行列の伝送品質と、前回の通信時と同様に選択された総合ビームチャネル行列の伝送品質を比較し（Ｓ３０３）、推定されるフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、新しく選択すべき無線装置、そのデータストリーム数モードを決定する（Ｓ３０４）。
通信相手と送信データが決定される（Ｓ３００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（Ｓ３１１）。
As described above, in the third transmission flow, since the transmission quality corresponding to the beam channel response matrix is estimated in advance, a total beam channel response matrix is formed in the second transmission flow, and then the transmission quality is estimated. The amount of calculation can be reduced.
Then, the data allocation evaluation circuit compares the transmission quality of the null spatial channel response matrix with the transmission quality of the total beam channel matrix selected in the same manner as in the previous communication (S303), and is less than the estimated frame error rate. The wireless device to be newly selected and its data stream number mode are determined so that the above-mentioned conditions are satisfied and the overall transmission rate is maximum or the transmission rate for a communication partner with a high priority is increased (S304).
When the communication partner and transmission data are determined (S300), the data dividing circuit serial-parallel converts the transmission data, divides it into all La streams, and the number corresponding to the corresponding wireless device (i-th) ( L (i)) data streams are transmitted to each wireless device (S311).
各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ３１２）。信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ３１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ３１４）。
Each modulation circuit performs modulation processing and application of a known signal (S312). The signal conversion circuit performs processing on a symbol-by-symbol basis. For example, if the signal vector at the symbol for the kth communication partner is S k and the transmission weight for the kth communication partner is W k , then S k → W k · S The k signal conversion process is performed (S313).
Thus, the radio | wireless part corresponding to each antenna converts the processed baseband signal into RF signal, and transmits (S314).
無線装置の数を２とし（Ｍａ＝２）、各無線装置の送信素子数を８素子とし（Ｍｔ（１）＝Ｍｔ（２）＝８）、通信相手の受信素子数を４素子とし、ライスフェージング環境を考え、各無線装置及びそのアンテナ素子と通信相手との間のチャネルは完全無相関であるとし、ｉ番目の無線装置と通信相手との間のチャネル応答行列を以下のように与えた。 The number of wireless devices is 2 (Ma = 2), the number of transmitting elements of each wireless device is 8 elements (Mt (1) = Mt (2) = 8), the number of receiving elements of the communication partner is 4 elements, Considering the fading environment, the channel between each wireless device and its antenna element and the communication partner is completely uncorrelated, and the channel response matrix between the i-th wireless device and the communication partner is given as follows: .
ＨＬＯＳ（ｉ）は、ランク１の４×８行列であり、ＨＮＬＯＳ（ｉ）は各要素が分散値Γ（ｉ）［ｄＢ］、平均０の複素ガウス分布で与えられる４×８チャネル応答行列であり、Ｋは直接波の全体に占める割合を示すライスフェージングの特徴を決定付けるものであり、ここでは６ｄＢと与えた。
Ｅ（｜｜Ｈ（ｉ）｜｜Ｆ ２）＝Ｅ（｜｜ＨＬＯＳ（ｉ）｜｜Ｆ ２）＝Ｅ（｜｜ＨＮＬＯＳ（ｉ）｜｜Ｆ ２）＝８×４×Γ（１）となっている。熱雑音の分散値を１とすることで、Γ（ｉ）はＳＩＳＯチャネルのＳＮＲを表す。
H LOS (i) is a
E (|| H (i) || F 2 ) = E (|| H LOS (i) || F 2 ) = E (|| H NLOS (i) || F 2 ) = 8 × 4 × Γ ( 1). By setting the variance value of thermal noise to 1, Γ (i) represents the SNR of the SISO channel.
ここでは、以下の３つの提案方法についてその特性を示す。
（１）上記第１の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＭＬＤを用いる場合。
（２）上記第１の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＺＦを用いる場合。
（３）上記第３の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＺＦを用いる場合。
Here, the characteristics of the following three proposed methods are shown.
(1) A case where eigenvector transmission is performed from each wireless device according to the first transmission flow and MLD is used as a decoding algorithm at the communication partner.
(2) A case where eigenvector transmission is performed from each wireless device according to the first transmission flow and ZF is used as a decoding algorithm at the communication partner.
(3) A case where eigenvector transmission is performed from each wireless device according to the third transmission flow and ZF is used as a decoding algorithm at the communication partner.
それぞれの伝送品質を評価するためのパラメータとして、到達可能なデータレート（Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ ｄａｔａ ｒａｔｅ）を用い、それぞれ、以下に示す。
（１）の場合には到達可能なデータレートＣ１は、以下の式で表せる。
Reachable data rates are used as parameters for evaluating each transmission quality, and are shown below.
In the case of (1), the reachable data rate C1 can be expressed by the following equation.
Ｃはシャノンによって定義されたある信号レベルにおいて理論的に伝送できる情報量の最大値である。
ここで、λｗ，ｊは、決定された総合ビームチャネル応答行列Ｈｂの相関行列Ｈｂ ＨＨｂの固有値を表す。
また、（２）の場合には、到達可能なデータレートＣ２は以下のように表せる。
C is the maximum amount of information that can be theoretically transmitted at a certain signal level defined by Shannon.
Here, λw, j represents the eigenvalue of the correlation matrix H b H H b of the determined total beam channel response matrix H b .
In the case of (2), the reachable data rate C2 can be expressed as follows.
ここで、[Ａ]ｊは行列Ａのｊ番目の行ベクトルを示す。
さらに、（３）の到達可能なデータレートＣ３は、以下のように表せる。
Here, [A] j represents the j-th row vector of the matrix A.
Further, the reachable data rate C3 of (3) can be expressed as follows.
ここで、λ１，ｉは、第１の無線装置のチャネル応答行列Ｈ（１）の相関行列Ｈ（１）ＨＨ（１）の固有値であり、λ'２，ｉは、第２の無線装置のヌル空間チャネル応答行列Ｗ（２）‘Ｈ（２）の相関行列の固有値であり、Ｐｊ，ｉはｊ番目の無線装置のｉ番目のデータストリームへの電力配分値である。
また、比較のため、無線装置が1つ（Ｓｉｎｇｌｅ ＡＰ）であった場合の到達可能なデータレートを以下の式で表す。
Here, λ 1, i is an eigenvalue of the correlation matrix H (1) H H (1) of the channel response matrix H (1) of the first wireless device, and λ ′ 2, i is the second wireless device. It is the eigenvalue of the correlation matrix of the device null spatial channel response matrix W (2) ′ H (2), and P j, i is the power distribution value to the i th data stream of the j th wireless device.
For comparison, the reachable data rate when there is one wireless device (Single AP) is expressed by the following equation.
図５は、チャネル応答行列をランダムに与え、５０００回試行した到達可能データレートの累積確率５０％値のΓ（１）、Γ（２）を５〜３３ｄＢまで変化させた結果である。
方法（３）が最も高い到達可能データレートを達成していることがわかる。無線装置が１つ（Ｓｉｎｇｌｅ ＡＰ）の場合の結果は、総送信電力が１／２になっているため、総送信電力を一定とした結果（Ｓｉｎｇｌｅ ＡＰ ＋３ｄＢ）も同時に示す。
方法（２）の場合において、単一無線装置送信電力２倍のものとほぼ同じ特性になっているが、方法（１）、（２）は到達可能データレート３０ｂｉｔ／ｓｅｃ／Ｈｚを、約３ｄＢ程度低いＳＮＲで達成可能なことが示されている。
FIG. 5 is a result of changing Γ (1) and Γ (2) of the
It can be seen that method (3) achieves the highest reachable data rate. Since the total transmission power is ½ in the result when there is one wireless device (single AP), the result (Single AP +3 dB) in which the total transmission power is constant is also shown.
In the case of the method (2), the characteristics are almost the same as those of the single wireless device having a transmission power of twice, but the methods (1) and (2) have a reachable data rate of 30 bits / sec / Hz and about 3 dB. It has been shown to be achievable with moderately low SNR.
図６は、無線装置の送信アンテナの自由度を２とした場合の到達可能データレートの累積確率５０％値の値である。
このシナリオはマルチユーザの環境を想定しており、干渉除去、もしくはデータ送信のため、各ＡＰが自由度６を既に用いている場合を表す。このようなシナリオでは、単一無線装置モデルは著しくデータレートが小さくなっている。これは、最大のデータストリーム数が２までと限定されてしまうことによる。これに対し、方法１）や２）は、４データストリームまで活用できるため、約２倍の到達可能データレートを達成している。
FIG. 6 is a value of the 50% cumulative probability of the reachable data rate when the degree of freedom of the transmission antenna of the wireless device is 2.
This scenario assumes a multi-user environment and represents a case where each AP has already used 6 degrees of freedom for interference cancellation or data transmission. In such a scenario, the single radio device model has a significantly reduced data rate. This is because the maximum number of data streams is limited to two. On the other hand, since the methods 1) and 2) can be used up to four data streams, the reachable data rate is approximately doubled.
以上詳細に説明した様に、本発明によれば、複数の無線装置を制御装置において協調して用いることで、位相同期を取ることなく、新しい周波数帯も用いることなく、高い伝送速度と、高い伝送速度を達成できる通信エリアを拡大することを可能とする。 As described above in detail, according to the present invention, a plurality of wireless devices are used in cooperation in a control device, so that a high transmission rate and a high frequency can be obtained without phase synchronization and without using a new frequency band. It is possible to expand the communication area that can achieve the transmission rate.
１−００１ データ分割回路
１−００２ データ配分評価回路
１−０００ 制御回路
１−１０１−１〜１−Ｍａ０１−Ｌ（Ｍａ） 変調回路
１−１０２〜ｌ−Ｍａ０２ 送信信号変換回路
１−１０３−１〜１−Ｍａ０３−Ｍｔ（Ｍａ） 無線部
１−１０４−１〜１−Ｍａ０４−Ｍｔ（Ｍａ） アンテナ素子
１−１０５〜ｌ−Ｍａ０５ 送信ウエイト演算回路
１−１０６〜ｌ−Ｍａ０６ チャネル情報取得回路
１−１００〜１−Ｍａ００ 無線装置
1-001 Data division circuit 1-002 Data distribution evaluation circuit 1-000 Control circuit 1-101-1 to 1-Ma01-L (Ma) Modulation circuit 1-102 to 1-Ma02 Transmission signal conversion circuit 1-103-1 ˜1-Ma03-Mt (Ma) Radio section 1-104-1 to 1-Ma04-Mt (Ma) Antenna element 1-105 to l-Ma05 Transmission weight calculation circuit 1-106 to l-Ma06 Channel information acquisition circuit 1 -100 to 1-Ma00 wireless device
Claims (7)
自無線装置と通信相手との間のチャネル応答行列を推定するチャネル応答行列推定ステップと、
通信相手の用いている自無線装置以外の無線装置の送信ビームに対応する受信ウエイトを推定する受信ウエイト推定ステップと、
前記チャネル応答行列推定ステップによって得られたチャネル応答行列のうち少なくとも一部と通信相手の受信ウエイトとを用いて、該受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、該ヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、
各無線装置から入力された送信ウエイト及びチャネル応答行列によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、
前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを前記伝送モード決定ステップによって決定された送信に用いる無線装置に振り分ける振り分けステップと、
を備えることを特徴とする無線送信方法。 Radio transmission method for selecting two or more radio devices for transmission from two or more radio devices each having a plurality of antenna elements and time-synchronized with each other, and transmitting to at least one communication partner Because
And a channel response matrix estimation step of estimating a channel response matrix between the radio device and the communication partner,
A reception weight estimation step for estimating a reception weight corresponding to a transmission beam of a wireless device other than the own wireless device used by a communication partner;
A null space reception weight orthogonal to the reception weight is obtained using at least a part of the channel response matrix obtained by the channel response matrix estimation step and the reception weight of the communication partner , and the null space reception weight and the channel response are obtained. from the null space channel response matrix obtained from the matrix, and the transmission weight determining step of determining a transmission weight,
A transmission mode determination step for determining a transmission mode having a transmission method and a coding rate by using a transmission weight and a channel response matrix input from each wireless device, the number of data streams, and a modulation scheme and a coding rate;
In accordance with the data stream and transmission mode determined by the transmission mode determination step , a distribution step of distributing the input transmission data to the wireless devices used for transmission determined by the transmission mode determination step ;
A wireless transmission method comprising:
前記受信ウエイト推定ステップは、
前記通信相手から送信された信号の受信信号から、前記通信相手の送信ウエイトを推定し、上り下り回線の対称性から受信ウエイトを推定するステップ
を含むことを特徴とする無線送信方法。 The wireless transmission method according to claim 1 ,
The reception weight estimation step includes:
A wireless transmission method comprising: estimating a transmission weight of the communication partner from a received signal transmitted from the communication partner, and estimating a reception weight from an uplink / downlink symmetry.
前記受信ウエイト推定ステップは、
自無線装置以外の無線装置で推定したチャネル応答行列を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定するステップ
を含むことを特徴とする無線送信方法。 The wireless transmission method according to claim 1 ,
The reception weight estimation step includes:
A wireless transmission method, comprising: estimating a reception weight of a communication partner by using a channel response matrix estimated by a wireless device other than the own wireless device.
通信相手が複数の場合には、まず各通信相手に対し、最も高い伝送速度を達成できる無線装置を送信用に割り当て、その上で余剰の無線装置を用いてデータストリームを割り振った場合の伝送品質を評価する評価ステップ
を備えることを特徴とする無線送信方法。 The wireless transmission method according to any one of claims 1 to 3 ,
If there is more than one communication partner, first assign a wireless device that can achieve the highest transmission rate to each communication partner for transmission, and then assign the data stream using the surplus wireless device, then the transmission quality The wireless transmission method characterized by including the evaluation step which evaluates.
ｉ番目の無線装置において、Ｍｔ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）≧１：整数）本のアンテナ素子を具備し、
前記無線装置は、
前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路に入力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、
前記無線部から入力された信号から、１つもしくは複数の通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト演算回路に入力するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、送信ウエイトを求め、送信ウエイトを用いた際に形成される送信ビームと通信相手との間のビームチャネル応答行列を、データ配分評価回路に入力する送信ウエイト演算回路と、
入力された各データストリームに変調を行う変調回路と、
前記変調回路により変調された各通信系列に、前記送信ウエイト演算回路により決定された送信ウエイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、
を備え、
前記制御装置は、
前記送信ウエイト演算回路から入力されたビームチャネル応答行列を用いて、送信に用いる無線装置、データストリームの配分、及び、そのデータストリームに割り当てる伝送モードの決定を行うデータ配分評価回路と、
前記データ配分評価回路により決定されたデータストリームの配分及び伝送モードに基づき、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、前記データ配分評価回路により決定された送信に用いる無線装置の前記変調回路に入力するデータ分割回路と、
を備え、
前記チャネル情報取得回路は、
入力された受信信号から、通信相手の無線部から入力された信号からチャネル応答行列、通信相手の送信ウエイト、及び、通信相手の自無線装置の送信ビーム以外に対応する受信ウエイトの推定を行い、前記送信ウエイト演算回路に出力し、
前記送信ウエイト演算回路は、
入力されたチャネル応答行列と、通信相手の受信ウエイトから、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列を前記データ配分評価回路に出力する
ことを特徴とする無線送信装置。 A plurality of radio devices each having a plurality of antenna elements , time-synchronized with each other , and at least one control device, and formed on the plurality of radio devices and at least one communication partner antenna element, or on these antenna elements It is possible to perform MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of data streams at the same frequency channel and at the same time to at least one communication partner via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel configured by the beam to be transmitted The transmission data is distributed by the control device, uses Ma (Ma ≧ 2: integer) wireless devices, and uses L (1) to L (Ma) spaces. A wireless transmission device that transmits signals by multiplexing,
The i-th wireless device includes Mt (i) (Mt (i) ≧ 1: integer) antenna elements,
The wireless device includes:
A radio unit connected to each antenna element, converting a received signal to a baseband signal at the time of reception, inputting the channel information acquisition circuit, and transmitting a transmission signal from the antenna element as a radio signal at the time of transmission;
When a channel response matrix for one or a plurality of communication partners is estimated from the signal input from the radio unit, and the communication partner and a transmission signal are determined, the channel response matrix of the communication partner to be transmitted is input to the transmission weight calculation circuit A channel information acquisition circuit for
Based on the channel response matrix input from the channel information acquisition circuit, a transmission weight is obtained, and a beam channel response matrix between a transmission beam and a communication partner formed when the transmission weight is used is determined as a data distribution evaluation circuit. A transmission weight calculation circuit to be input to
A modulation circuit that modulates each input data stream;
A transmission signal conversion circuit that multiplies each communication series modulated by the modulation circuit by a transmission weight determined by the transmission weight arithmetic circuit and outputs the result to a radio unit connected to a corresponding antenna element;
With
The controller is
A data distribution evaluation circuit that uses a beam channel response matrix input from the transmission weight calculation circuit to determine a wireless device used for transmission, a data stream distribution , and a transmission mode assigned to the data stream;
Based on the distribution and transmission mode of the data stream determined by the data distribution evaluation circuit, the input transmission data is serial-parallel converted, and the modulation circuit of the radio apparatus used for transmission determined by the data distribution evaluation circuit is used. An input data dividing circuit;
Equipped with a,
The channel information acquisition circuit includes:
From the input received signal, the channel response matrix from the signal input from the wireless unit of the communication partner, the transmission weight of the communication partner, and the reception weight corresponding to other than the transmission beam of the communication partner's own wireless device are estimated, Output to the transmission weight calculation circuit,
The transmission weight calculation circuit includes:
A null space reception weight orthogonal to the reception weight is obtained from the input channel response matrix and the reception weight of the communication partner, and a transmission weight is obtained from the null space channel response matrix obtained from the null space reception weight and the channel response matrix. A radio transmission apparatus characterized by determining and outputting the obtained beam channel response matrix to the data distribution evaluation circuit .
ｉ番目の無線装置において、Ｍｔ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）≧１：整数）本のアンテナ素子を具備し、
前記無線装置は、
前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路に入力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、
前記無線部から入力された信号から、１つもしくは複数の通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト演算回路に入力するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、送信ウエイトを求め、送信ウエイトを用いた際に形成される送信ビームと通信相手との間のビームチャネル応答行列を、データ配分評価回路に入力する送信ウエイト演算回路と、
入力された各データストリームに変調を行う変調回路と、
前記変調回路により変調された各通信系列に、前記送信ウエイト演算回路により決定された送信ウエイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、
を備え、
前記制御装置は、
前記送信ウエイト演算回路から入力されたビームチャネル応答行列を用いて、送信に用いる無線装置、データストリームの配分、及び、そのデータストリームに割り当てる伝送モードの決定を行うデータ配分評価回路と、
前記データ配分評価回路により決定されたデータストリームの配分及び伝送モードに基づき、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、前記データ配分評価回路により決定された送信に用いる無線装置の前記変調回路に入力するデータ分割回路と、
を備え、
前記データ配分評価回路は、
各無線装置から入力されたビームチャネル応答行列から、データストリームの割り当てを決定する際に、通信相手における受信ウエイトの推定も行い、これらを前記送信ウエイト演算回路に入力し、
前記送信ウエイト演算回路は、
入力された受信ウエイトの情報から、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列をデータ配分評価回路に出力する
ことを特徴とする無線送信装置。 A plurality of radio devices each having a plurality of antenna elements, time-synchronized with each other, and at least one control device, and formed on the plurality of radio devices and at least one communication partner antenna element, or on these antenna elements It is possible to perform MIMO communication by spatially multiplexing a plurality of data streams at the same frequency channel and at the same time to at least one communication partner via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel configured by the beam to be transmitted The transmission data is distributed by the control device, uses Ma (Ma ≧ 2: integer) wireless devices, and uses L (1) to L (Ma) spaces. A wireless transmission device that transmits signals by multiplexing,
The i-th wireless device includes Mt (i) (Mt (i) ≧ 1: integer) antenna elements,
The wireless device includes:
A radio unit connected to each antenna element, converting a received signal to a baseband signal at the time of reception, inputting the channel information acquisition circuit, and transmitting a transmission signal from the antenna element as a radio signal at the time of transmission;
When a channel response matrix for one or a plurality of communication partners is estimated from the signal input from the radio unit, and the communication partner and a transmission signal are determined, the channel response matrix of the communication partner to be transmitted is input to the transmission weight calculation circuit A channel information acquisition circuit for
Based on the channel response matrix input from the channel information acquisition circuit, a transmission weight is obtained, and a beam channel response matrix between a transmission beam and a communication partner formed when the transmission weight is used is determined as a data distribution evaluation circuit. A transmission weight calculation circuit to be input to
A modulation circuit that modulates each input data stream;
A transmission signal conversion circuit that multiplies each communication series modulated by the modulation circuit by a transmission weight determined by the transmission weight arithmetic circuit and outputs the result to a radio unit connected to a corresponding antenna element;
With
The controller is
A data distribution evaluation circuit that uses a beam channel response matrix input from the transmission weight calculation circuit to determine a wireless device used for transmission, a data stream distribution, and a transmission mode assigned to the data stream;
Based on the distribution and transmission mode of the data stream determined by the data distribution evaluation circuit, the input transmission data is serial-parallel converted, and the modulation circuit of the radio apparatus used for transmission determined by the data distribution evaluation circuit is used. An input data dividing circuit;
With
The data distribution evaluation circuit includes:
When determining the allocation of the data stream from the beam channel response matrix input from each wireless device, estimation of reception weight in the communication partner is also performed, and these are input to the transmission weight calculation circuit,
The transmission weight calculation circuit includes:
The null space reception weight orthogonal to the reception weight is obtained from the input reception weight information, and the transmission weight is determined from the null space channel response matrix obtained from the null space reception weight and the channel response matrix. A radio transmission apparatus that outputs a beam channel response matrix to a data distribution evaluation circuit.
前記送信ウエイト演算回路は、
入力された通信相手の受信ウエイト及びチャネル応答行列から、ヌル空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイトを決定し、このときこの送信ウエイトに対応する伝送品質の推定を行い、得られたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果を前記データ配分評価回路に出力し、
前記データ配分評価回路は、
入力されたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果から、この無線装置の送信ビームを用いるかを判定する
ことを特徴とする無線送信装置。 The wireless transmission device according to claim 5 or 6 ,
The transmission weight calculation circuit includes:
A null spatial channel response matrix is obtained from the received reception weight and channel response matrix of the communication partner, a transmission weight is determined, transmission quality corresponding to this transmission weight is estimated, and the obtained beam channel response matrix is obtained. And output the transmission quality estimation result to the data distribution evaluation circuit,
The data distribution evaluation circuit includes:
A radio transmission apparatus characterized by determining whether to use a transmission beam of the radio apparatus from the input beam channel response matrix and a transmission quality estimation result.
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