JP4402127B2 - Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission - Google Patents

Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission Download PDF

Info

Publication number
JP4402127B2
JP4402127B2 JP2007069427A JP2007069427A JP4402127B2 JP 4402127 B2 JP4402127 B2 JP 4402127B2 JP 2007069427 A JP2007069427 A JP 2007069427A JP 2007069427 A JP2007069427 A JP 2007069427A JP 4402127 B2 JP4402127 B2 JP 4402127B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transmission
communication partner
communication
amount
streams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007069427A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008236066A (en
Inventor
理一 工藤
泰司 鷹取
厚 太田
健太郎 西森
周治 久保田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2007069427A priority Critical patent/JP4402127B2/en
Publication of JP2008236066A publication Critical patent/JP2008236066A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4402127B2 publication Critical patent/JP4402127B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

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独立な信号系列を空間多重し、複数の通信相手に送信し、複数の通信手への情報伝達を実現する高速無線アクセスシステムにおいて、送信信号の空間多重数の決定を行う空間多重伝送用送信方法および装置に関する。 The present invention, high-speed wireless access system using the same frequency channels, and spatial multiplexing independent signal sequences from different transmit antennas, and transmitted to a plurality of communication partners, to realize the transmission of information to a plurality of communication phases hand The present invention relates to a transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission for determining the number of spatial multiplexing of transmission signals.

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ましい。これのシステムでは、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の伝送路を実現している。 In recent years, as the high-speed wireless access system using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band, the IEEE802.11g standard, the IEEE802.11a standard, and the like are remarkable. In these systems, orthogonal frequency division multiplexing is a technique for stabilizing the characteristics of a multipath fading environment (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) using a modulation scheme, thereby realizing a transmission path of 54Mbps at maximum .

ここでの伝送速度とは物理レイヤ上の伝送速度であり、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程度であり、情報を必要とする通信相手が増えればこの特性は更に低下する。一方で、有線LAN(Local Area Network)の世界ではイーサネット(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。   Here, the transmission rate 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 about 30 Mbps. Yes, this characteristic further deteriorates as the number of communication partners that require information increases. On the other hand, in the world of the wired LAN (Local Area Network), the 100 Mbps high-speed line of 100 Mbps has been used due to the widespread use of FTTH (Fiber to the home) using an optical fiber in each home, including the Ethernet (registered trademark) 100Base-T interface. In the world of wireless LAN, further increase in transmission speed is demanded.

そのための技術としては、マルチユーザMIMO(Multiple Input Multiple Output)送信方法が有力である。BD指向性制御法とは、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複数の通信相手に送信する技術である(非特許文献1)。マルチユーザMIMOシステム用送信システムとしては多くの技術が提案されているが、いずれも伝搬環境の時変動に対し特性の劣化を受ける。従来技術として、受信側が簡単な演算で復号可能な、Block diagonalization法(非特許文献2)を例にとり、時変動に対する特性実化を説明する。   As a technique for that purpose, a multi-user MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission method is effective. The BD directivity control method is a technique for transmitting different independent signals from a plurality of transmission antennas on the same channel to a plurality of communication partners on the transmitting station side (Non-patent Document 1). Many techniques have been proposed as a transmission system for a multi-user MIMO system, but all of them suffer from deterioration in characteristics due to time fluctuations in the propagation environment. As an example of the prior art, the realization of characteristics with respect to time variation will be described using a block diagonalization method (Non-Patent Document 2) that can be decoded by a simple calculation on the receiving side.

図7は、従来のMIMOシステムの構成例である。ここで、送信装置のアンテナ素子数をMt、通信相手の数をMu、i番目の通信相手の受信アンテナ素子数をMr(i)、i番目の通信相手に同時、同周波数帯において送信する通信系列数をL(i)、Mt≧Mr(i)として送信を行うものとする。   FIG. 7 is a configuration example of a conventional MIMO system. Here, the number of antenna elements of the transmitting device is Mt, the number of communication partners is Mu, the number of reception antenna elements of the i-th communication partner is Mr (i), and communication is simultaneously transmitted to the i-th communication partner in the same frequency band. It is assumed that transmission is performed with the number of sequences as L (i) and Mt ≧ Mr (i).

図7において、符号101はデータ生成回路、102はデータ分割回路、103は送信信号変換回路、104−1〜104−Mは無線部、105−1〜105−Mはアンテナ素子、106はチャネル情報取得回路、107は送信ウェイト決定回路である。 7, reference numeral 101 denotes a data generating circuit, 102 is data dividing circuit, the transmission signal conversion circuit 103, 104-1 to 104-M T wireless unit, 105-1 through 105-M T is the antenna element, the 106 A channel information acquisition circuit 107 is a transmission weight determination circuit.

アンテナ105−1〜105−Mおよび無線部104−1〜104−Mは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、これらを介して送信部の各アンテナ105−1〜105−Mと通信相手の各アンテナ間のチャネル応答行列をチャネル情報取得回路106において推定することができる。このチャネル応答行列の取得方法はここでは明記しないが、アンテナ105−1〜105−Mにおいて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って、チャネル応答行列の情報が取得される。 Antenna 105-1 through 105-M T and the radio unit 104-1 to 104-M T is capable of transmitting and receiving radio signals, the antenna 105-1 through 105-M of the transmitter via these Channel information acquisition circuit 106 can estimate the channel response matrix between T and each antenna of the communication partner. Although this method obtains the channel response matrix is not specified here, the feedback included in the estimate based on whether or received signal information obtained when performing the reception of the known signal in the antenna 105-1 through 105-M T Information on the channel response matrix is acquired based on the information included in the information.

送信を行う通信相手が決定されると、チャネル情報取得回路106は、対応する通信相手のチャネル情報を、送信ウェイト決定回路107に出力する。送信ウェイト決定回路107では、入力されたチャネル応答行列から、互いの通信相手に干渉を生じない直交空間チャネル応答行列を演算する。   When the communication partner for transmission is determined, the channel information acquisition circuit 106 outputs the channel information of the corresponding communication partner to the transmission weight determination circuit 107. The transmission weight determination circuit 107 calculates an orthogonal spatial channel response matrix that does not cause interference with each other's communication partner from the input channel response matrix.

得られた直交空間チャネル応答行列より、送信ウェイトと、変調方式や許号化率からなる変調モードをデータ生成回路101、データ分割回路102と、送信信号変換回路103に出力する。   From the obtained orthogonal spatial channel response matrix, a transmission mode and a modulation mode including a modulation scheme and a coding rate are output to the data generation circuit 101, the data division circuit 102, and the transmission signal conversion circuit 103.

次に、データ生成回路101から、データ分割回路102へ送信データが出力され、1系統の信号を指定された信号系列に分割し、送信信号変換回路103へ入力する。ここでは、MIMOチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、符号化された後、無線部104−1〜104−M)に入力され、アンテナ105−1〜105−Mを介して無線信号として送信される。 Next, transmission data is output from the data generation circuit 101 to the data division circuit 102, and one system of signals is divided into designated signal sequences and input to the transmission signal conversion circuit 103. Here, a preamble signal or the like for MIMO channel estimation is added and encoded, and then input to radio sections 104-1 to 104-M T ), and radio signals are transmitted via antennas 105-1 to 105-M T. As sent.

チャネル情報取得回路106において得られたi番目の通信相手に対するチャネル情報を表すチャネル応答行列Hi(Mr(i)×Mt行列)は、下式のように特異値分解により、右特異行列Vi(Mt×Mt行列)、左特異行列Ui(Mr(i)×Mr(i)行列)および固有値の二乗根√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 Hi (Mr (i) × Mt matrix) representing the channel information for the i-th communication partner obtained in the channel information acquisition circuit 106 is expressed by the right singular matrix Vi (Mt) by singular value decomposition as shown in the following equation. × Mt matrix), left singular matrix Ui (Mr (i) × Mr (i) matrix) and square root √λ of eigenvalues as a diagonal element, and a matrix D having a non-diagonal matrix of 0 (Mr × Mt matrix) Can be divided into

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここでHi,j,kは送信装置のk番目のアンテナからi番目の通信相手におけるj番目のアンテナまでの伝達係数を表す。シングルユーザに対する通信においては、Viの列ベクトルを送信ウェイトとすることで、(λ≧λ≧‥・≧λMr)のように、対応する固有値λiで表せる信号電力を得ることができる。なお、式中、太字の0は0で構成される行列であり、Mt≧Mrを仮定しているため、Mr×(Mt−Mr)の行列となっている。上付きの添え字Hは共役模索行列を表す。 Here, H i, j, k represents a transfer coefficient from the k-th antenna of the transmission device to the j-th antenna at the i-th communication partner. In communication for a single user, the signal power that can be expressed by the corresponding eigenvalue λi can be obtained as (λ 1 ≧ λ 2 ≧... ≧ λ Mr ) by using the column vector of Vi as the transmission weight. In the formula, bold 0 is a matrix composed of 0, and it is assumed that Mt ≧ Mr. Therefore, the matrix is Mr × (Mt−Mr). The superscript H represents a conjugate search matrix.

またチャネル情報取得回路106は通信を行うMuの通信相手のチャネル応答行列を送信ウェイト決定回路へ出力する。   Further, the channel information acquisition circuit 106 outputs the channel response matrix of the communication partner of Mu that performs communication to the transmission weight determination circuit.

また送信ウェイト決定回路107では、Muの通信相手のうち各通信相手に対し、非干渉空間ベクトル群を演算する。i番目の通信相手に注目すると、まず、i番目の通信相手以外の同一タイミング同一周波数帯で送信する通信相手のチャネル応答行列の集合行列、H を以下のように得る。 The transmission weight determination circuit 107 calculates a non-interference space vector group for each communication partner among Mu communication partners. Focusing on the i-th communication partner, first, a set matrix H i + of the channel response matrix of the communication partner that transmits in the same timing and the same frequency band other than the i-th communication partner is obtained as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここで、Riはi番目の通信相手に仮定した受信ウェイトであり、1を対角要素とする対角行列とすれば、受信ウェイトの仮定なしの条件となる。このHiに対し、特異値分解を行うと、以下のように表すことができる。 Here, Ri is a reception weight assumed for the i-th communication partner, and if a diagonal matrix with 1 as a diagonal element is used, the condition without reception weight is assumed. When singular value decomposition is performed on this Hi + , it can be expressed as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

Viは固有値Diに対応するベクトルであり、Viは固有値がない、もしくは固有値0に対応する非干渉空間ベクトル群である。ここで、Viの送信空間に対し、送信を行うと、i以外の通信相手の受信ウェイトに対し、干渉を生じない。この非干渉空間ベクトル群から、直交空間チャネル応答行列HiViを演算し、i番目の通信相手の直交空間チャネル応答行列に対し、特異値分解を行う。 Vi + is a vector corresponding to the eigenvalues Di +, vi - has no eigenvalues, or a non-interfering space vector group corresponding to the eigenvalue 0. Here, when transmission is performed in the transmission space of Vi , interference does not occur with the reception weights of communication partners other than i. This non-interfering space vector group, the orthogonal spatial channel response matrix HiVi - computes, with respect to i-th orthogonal spatial channel response matrix of the communication partner performs the singular value decomposition.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

BD法ではViViを送信ウェイトとして用いることで、他の通信相手に干渉を生じることなく、Diの対角成分の二乗値であるヌル空間固有値、λ 、に対応する品質が得られる。j番目の通信相手に定義する送信ウェイトを
Wj=VjVj
とし、送信を行った場合における、i番目の通信相手における受信信号は、以下のように表すことができる。
In the BD method, by using Vi Vi 0 as a transmission weight, the quality corresponding to the null space eigenvalue, λ j 0 , which is the square value of the diagonal component of Di 0 , without causing interference to other communication partners. can get. The transmission weight defined for the jth communication partner is Wj = Vj Vj 0
The received signal at the i-th communication partner when transmission is performed can be expressed as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここで、
RiHiVj=0 (i≠j)
であるため、i番目の通信相手への信号のみを受信することができる。RiUiは基底ベクトルとユニタリ行列であるため、信号の品質に影響を及ぼさず、Diの対角成分の二乗に比例する伝送品質が得られることとなる。
here,
RiHiVj = 0 (i ≠ j)
Therefore, only the signal for the i-th communication partner can be received. Since RiUi 0 is a base vector and a unitary matrix, transmission quality proportional to the square of the diagonal component of Di 0 is obtained without affecting the signal quality.

ここで、チャネルの推定を行ってから、実際に送信を行うまでにタイムラグがあり、伝搬環境が変化してしまう場合を考える。送信時のチャネル応答行列Hiに対し、推定したチャネル応答行列をHi(t)と定義する。tは送信を行うまでにかかるタイムラグを表し、t=0のとき、
Hi=Hi(0)
である。j番目の通信相手に対し、Hj(t)から得られる送信ウェイトを、
Wj(t)=Vj(t)Vj(t)と表すものとする。送信を行った際のi番目の通信相手における受信信号は、以下のように表すことができる。
Here, a case is considered in which there is a time lag between channel estimation and actual transmission, and the propagation environment changes. The estimated channel response matrix is defined as Hi (t) with respect to the channel response matrix Hi at the time of transmission. t represents a time lag required for transmission, and when t = 0,
Hi = Hi (0)
It is. For the jth communication partner, the transmission weight obtained from Hj (t) is
Wj (t) = Vj - and represents a (t) Vj 0 (t) . The received signal at the i-th communication partner at the time of transmission can be expressed as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここで、
RiHiVj≠0 (i≠j)
であるため、式(6)の3行目第2項が干渉信号として受信され、伝送品質を大きく低下させる。ここでは例として、BD法における時変動の影響を示したが、非特許文献1および2記載のその他のマルチユーザMIMO送信技術においても、時変動による特性劣化が生じる。
Q. H. Spencer, C. B. Peel, A. L, Swindlehurst, and M, Haardt, "An introduction to the multi-user MIMO downlink." IEEE Comm. Magazine ,Oct. 2004, pp. 60-67. Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M・ Haardt, ''Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels," IEEE Trans. Sig. Processing, vol. 52, issue 2, Feb. 2004, pp. 461-71.
here,
RiHiVj ≠ 0 (i ≠ j)
Therefore, the second term in the third row of the equation (6) is received as an interference signal, and the transmission quality is greatly reduced. Here, as an example, the influence of time variation in the BD method has been shown. However, in the other multiuser MIMO transmission techniques described in Non-Patent Documents 1 and 2, characteristic deterioration due to time variation occurs.
QH Spencer, CB Peel, A. L, Swindlehurst, and M, Haardt, "An introduction to the multi-user MIMO downlink." IEEE Comm. Magazine, Oct. 2004, pp. 60-67. QH Spencer, AL Swindlehurst, and M. Haardt, '' Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels, "IEEE Trans. Sig. Processing, vol. 52, issue 2, Feb. 2004, pp. 461-71 .

上記の手段は複数の通信相手に対し、同一時間、同一周波数帯において、空間多重により高い伝送容量を得ることを可能とするが、時変動による特性劣化は避けられない。   Although the above means enables a plurality of communication partners to obtain a high transmission capacity by spatial multiplexing in the same time and the same frequency band, characteristic deterioration due to time variation is unavoidable.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、時変動による特性劣化を小さくできるようにした空間多重伝送送信方法および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 an object of the present invention is to provide a spatial multiplexing transmission method and apparatus capable of reducing characteristic deterioration due to time variation.

上述の課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備する受信アンテナもしくはアンテナ素子において形成する受信ビームと、送信を行う送信アンテナ間のチャネル情報を推定し、チャネル情報を用いて送信ウェイトを決定し、送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信を行う空間多重伝送用送信方法であって、同時に通信を行う通信相手との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、各通信相手に対し、時変動に対するチャネル情報の変化量を推定する変化量推定ステップと、推定された時変動に対するチャネル情報の変化量と、チャネル推定した時刻から送信を行うタイミングまでの遅延時間から、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量を算出する劣化量算出ステップと、前記劣化量と当該劣化量の規定値との比較に基づいて前記通信相手それぞれに対する送信ストリーム数を増減するストリーム数決定ステップと、前記劣化量が規定値を満たす場合には前記各通信相手に対する送信データを生成する送信データ生成ステップと、を備えることを特徴とする空間多重伝送用送信方法である。 In order to solve the above-described problem, the present invention is provided with a plurality of antenna elements, and estimates channel information between a reception antenna formed by a communication partner or a reception beam formed in the antenna element and a transmission antenna that performs transmission, The transmission weight is determined using the channel information, and the transmission signal is weighted for transmission, and then MIMO communication is performed by spatially multiplexing one or a plurality of signal sequences at the same frequency channel and the same time for a plurality of communication partners. A spatial multiplexing transmission method, a channel information estimation step for estimating channel information with a communication partner performing simultaneous communication, and a change amount for estimating a change amount of channel information with respect to time variation for each communication partner data for performing the estimating step, the amount of change in channel information with respect to the variation when the estimated transmission from the time when the channel estimation A delay time until the timing, the deterioration amount calculating step of calculating a deterioration amount of the transmission capacity for the time variation of the total communication partner, for the communication partner, respectively, based on a comparison of a specified value of the deterioration amount and the deterioration amount For spatial multiplexing transmission , comprising: a number-of-streams determination step for increasing / decreasing the number of transmission streams; and a transmission data generation step for generating transmission data for each communication partner when the deterioration amount satisfies a specified value It is a transmission method.

また本発明は、空間多重伝送用送信方法が、前記ストリーム数決定ステップにおいて、前記劣化量が前記規定値を満たさない場合には前記通信相手に対する送信ストリーム数を減じることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the spatial multiplexing transmission method reduces the number of transmission streams to the communication partner when the deterioration amount does not satisfy the specified value in the number of streams determination step.
また本発明は、空間多重伝送用送信方法が、前記送信ストリーム数決定ステップにおいて、最も時変動による劣化量が大きい通信相手への送信ストリームを減じることを特徴とする。In addition, the present invention is characterized in that the spatial multiplexing transmission method reduces the number of transmission streams to the communication partner having the greatest deterioration amount due to time variation in the transmission stream number determining step.
また本発明は、空間多重伝送用送信方法が、前記送信ストリームを減じた後に、送信側の前記アンテナ素子数から総送信ストリーム数を減じた値である当該送信側の自由度を用いて、新たに追加できる通信相手が存在するかを判定する追加通信相手存在判定ステップと、前記新たに追加できる通信相手が存在する場合にはその通信相手に送信ストリームを割り当てて、再度、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量の算出を行い、当該劣化量が前記規定値を満たす場合には、それら通信相手に対する送信データを生成するステップと、を備えることを特徴とする。Further, the present invention provides a spatial multiplexing transmission method using a degree of freedom on the transmission side, which is a value obtained by subtracting the number of transmission elements from the number of antenna elements on the transmission side after subtracting the transmission stream. An additional communication partner existence determination step for determining whether there is a communication partner that can be added to the communication partner, and if there is a communication partner that can be newly added, assign a transmission stream to the communication partner, and again, Calculating the amount of deterioration of the transmission capacity with respect to time variation, and generating the transmission data for the communication counterparts when the amount of deterioration satisfies the specified value.
また本発明は、空間多重伝送用送信方法が、前記ストリーム数決定ステップにおいて、前記劣化量が前記規定値を満たす場合であって、前記アンテナ素子数と総送信ストリーム数とを比較して前記アンテナ素子数が多く、且つ、同じ通信相手の送信ストリーム数の増減を行っていない場合には、前記時変動に対する伝送容量の劣化量が最も少ない通信相手、またはアンテナ素子数から送信ストリーム数を減じた値である自由度が大きい通信相手へのストリーム数を増やし、再度、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量の算出を行い、当該劣化量が前記規定値を満たす場合には、それら通信相手に対する送信データを生成するステップと、を備えることを特徴とする。Further, the present invention provides the spatial multiplexing transmission method in which the deterioration amount satisfies the specified value in the stream number determination step, and the antenna element number is compared with the total transmission stream number to compare the antenna number. When the number of elements is large and the number of transmission streams of the same communication partner is not increased or decreased, the number of transmission streams is subtracted from the communication partner or the number of antenna elements with the least amount of transmission capacity degradation with respect to the time variation. Increase the number of streams to the communication partner with a large degree of freedom as a value, and again calculate the amount of deterioration of the transmission capacity with respect to the time variation of all communication partners. If the amount of deterioration satisfies the specified value, Generating transmission data for the communication partner.

また本発明は、複数本のアンテナ素子を備えた送信装置であり、送信装置と複数の通信相手局のアンテナ素子、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、複数の通信相手局に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよ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ける、同時刻にMj個の通信相手に送信する空間多重伝送用送信装置であって、各アンテナ素子に接続され、受信信号もしくは、受信信号に含まれるフィードバック情報からチャネル情報を取得するチャネル情報取得回路と、各通信相手の時変動に対するチャネル情報の変化を推定する時変動推定回路と、推定された時変動に対するチャネル情報の変化量と、チャネル推定した時刻から送信を行うタイミングまでの遅延時間から、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量を算出し、劣化量と当該劣化量の規定値との比較に基づいて前記通信相手に対する送信ストリーム数を増減する空間多重数決定回路と、前記劣化量が規定値を満たす場合には前記各通信相手に対する送信データを生成するデータ生成回路と、を備えたことを特徴とする空間多重伝送用送信装置である。 Further, the present invention is a transmission apparatus including a plurality of antenna elements, and MIMO (Multiple Input Multiple Output) configured by the transmission apparatus and a plurality of communication partner station antenna elements or beams formed on the antenna elements. In a wireless communication system capable of performing MIMO communication by spatially multiplexing one or a plurality of signal sequences at the same frequency channel and the same time to a plurality of communication partner stations via a channel, Mj A transmission device for spatial multiplexing transmission that transmits to a communication partner , which is connected to each antenna element, receives a channel information from a received signal or feedback information included in the received signal, and each communication partner channel for variations when the fluctuation estimation circuit when estimating the amount of change in channel information with respect to the variation were estimated Comparison of the amount of change in distribution, the delay time from the time that the channel estimation until the timing for transmitting, to calculate a deterioration amount of the transmission capacity for the time variation of the total communication partner, the prescribed value of the amount of degradation and the deterioration amount A spatial multiplexing number determination circuit that increases or decreases the number of transmission streams for the communication partner, and a data generation circuit that generates transmission data for each communication partner when the deterioration amount satisfies a specified value. Is a transmitter for spatial multiplexing transmission.

本発明によれば、伝達係数の時変動量を求め、その時変動量から信号劣化量を推定し、同時に送出する信号の多重数(ストリーム数)を算出することで、信号劣化の少ないストリームの組み合わせを少ない計算量で選択することができ、時変動による伝送品質劣化の影響を軽減できる。   According to the present invention, the time variation amount of the transfer coefficient is obtained, the signal deterioration amount is estimated from the time variation amount, and the number of multiplexed signals (number of streams) to be transmitted simultaneously is calculated. Can be selected with a small amount of calculation, and the influence of transmission quality deterioration due to time fluctuations can be reduced.

以下、本発明の種々の実施形態について、図面を参照して説明する。図1に本発明第1の実施形態における送信部の構成例を示す。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a transmission unit in the first embodiment of the present invention.

図1において、符号11はデータ生成回路、12はデータ分割回路、13は送信信号変換回路、14−1〜14−Mは無線部、15−1〜15−Mはアンテナ、16はチャネル情報取得回路、17は時変動推定回路、18は空間多重数決定回路、19は送信ウェイト決定回路である。 In Figure 1, reference numeral 11 denotes a data generating circuit, 12 a data dividing circuit, the transmission signal conversion circuit 13, 14-1 to 14-M T radio unit, 151 to 15-M T antenna, 16 channels An information acquisition circuit, 17 is a time variation estimation circuit, 18 is a spatial multiplexing number determination circuit, and 19 is a transmission weight determination circuit.

アンテナ15−1〜15−Mおよび無線部14−1〜14−Mは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、これらを介して送信部の各アンテナ15−1〜15−Mと通信相手の各アンテナ間のチャネル応答行列をチャネル情報取得回路16において推定することができる。 Antenna 151 to 15-M T and the radio unit 14-1 to 14-M T is capable of transmitting and receiving radio signals, the antenna 151 to 15-M of the transmitter via these The channel response acquisition circuit 16 can estimate the channel response matrix between T and each antenna of the communication partner.

このチャネル応答行列の取得方法はここでは明記しないが、アンテナ15−1〜15−Mにおいて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って、チャネル応答行列の情報が取得される。また、チャネル情報取得回路16は、通信相手の端末の種類や、設置方法、端末から送信される伝搬環境の時変動に対し情報が得られる項目についても、フィードバック情報により推定することができる。 Although this method obtains the channel response matrix is not specified here, the feedback included in the estimate based on whether or received signal information obtained when performing the reception of the known signal at the antenna 151 to 15-M T Information on the channel response matrix is acquired based on the information included in the information. Further, the channel information acquisition circuit 16 can also estimate items for which information can be obtained with respect to the time variation of the propagation environment transmitted from the terminal, the installation method, and the terminal of the communication partner.

送信を行う相手が決定されると、チャネル情報取得回路16において推定された情報は、時変動推定回路17に出力され、各通信相手の伝搬環境の時変動に対する耐性の評価を行う。時変動推定回路17は、対応する通信相手先のチャネル情報と時変動に対する耐性を、空間多重数決定回路18に出力する。   When the other party to be transmitted is determined, the information estimated by the channel information acquisition circuit 16 is output to the time variation estimation circuit 17 to evaluate the resistance against the time variation of the propagation environment of each communication partner. The time variation estimation circuit 17 outputs the channel information of the corresponding communication partner and the resistance against the time variation to the spatial multiplexing number determination circuit 18.

空間多重数決定回路18では、時変動に対する耐性と、通信相手の受信アンテナ数から、各通信相手に対し空間多重して送信する送信ストリーム数を決定し、送信ウェイト決定回路19に出力する。   The spatial multiplexing number determination circuit 18 determines the number of transmission streams to be spatially multiplexed and transmitted to each communication partner from the tolerance against time variation and the number of reception antennas of the communication partner, and outputs the number to the transmission weight determination circuit 19.

送信ウェイト決定回路19では、入力された送信ストリーム数とチャネル応答行列から、送信符号化方法と変調方式や符号化率からなる変調モードを決定し、データ生成回路11、データ分割回路12と送信信号変換回路13に出力する。   The transmission weight determining circuit 19 determines a modulation mode including a transmission encoding method, a modulation scheme, and a coding rate from the number of input transmission streams and a channel response matrix, and the data generation circuit 11, the data division circuit 12, and the transmission signal Output to the conversion circuit 13.

次に、データ生成回路11から、データ分割回路12へ送信データが出力され、1系統の信号を指定された信号系列に分割し、送信信号変換回路13へ入力する。ここでは、MIMOチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、符号化された後、無線部14−1〜14−Mに入力され、アンテナ15−1〜15−Mを介して無線信号として送信される。 Next, transmission data is output from the data generation circuit 11 to the data division circuit 12, and one system of signals is divided into designated signal sequences and input to the transmission signal conversion circuit 13. Here, granted preamble signal or the like for MIMO channel estimation, after being encoded, is input to the radio unit 14-1 to 14-M T, as a radio signal via the antenna 151 to 15-M T Sent.

本発明による送信ストリーム数の決定方法を示す。本発明では、チャネル情報取得回路16が、通信相手の時変動に対する耐性を評価する。評価の方法には通信相手から与えられる情報によるものと、推定したチャネル応答行列を用いてチャネル情報取得回路が演算するもの2つがあり、これらのどちらか、もしくは両方と、チャネル情報を推定してから送信するまでの遅延時間を考慮した上で時変動の影響を決定する。   3 shows a method for determining the number of transmission streams according to the present invention. In the present invention, the channel information acquisition circuit 16 evaluates the tolerance of the communication partner against time variations. There are two evaluation methods, one based on the information given by the communication partner and the other that the channel information acquisition circuit calculates using the estimated channel response matrix. Either or both of these are used to estimate the channel information. In consideration of the delay time from transmission to transmission, the influence of time variation is determined.

通信相手から与えられる情報としては、1つ目として、基地局からの信号を定期的に受信することで得られる受信信号の安定度があげられる。通信相手において取得する、i番目の通信相手において推定するチャネル応答行列Hiを用いて時変動の評価方法を説明する。   The information given by the communication partner is, first, the stability of the received signal obtained by periodically receiving the signal from the base station. A method for evaluating time variation will be described using a channel response matrix Hi acquired at the communication partner and estimated at the i-th communication partner.

たとえば10msec毎に基地局の送信アンテナから送信されている既知信号を受信しているものとし、k番目のタイミングで取得して得られる基地局から通信相手への通信に対するチャネル応答行列をHi,kと定義し、チャネル応答行列をHi,kのj番目の行ベクトルをhi,j,kと定義すると、チャネルの時変動は、以下のように定義できる。 For example, it is assumed that a known signal transmitted from the transmission antenna of the base station is received every 10 msec, and a channel response matrix for communication from the base station to the communication partner obtained by obtaining at the k-th timing is represented by Hi, If the channel response matrix is defined as k i and the j th row vector of H i, k is defined as h i, j, k , the channel time variation can be defined as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここでTはタイミングの遅延を表す。hi,j,k とhi,j,k+Tが等しいとき、時変動係数ρi,j(T)は1となり、変動が大きい1から0の間の小さい値をとる。 Here, T represents a timing delay. When h i, j, k is equal to h i, j, k + T , the time variation coefficient ρ i, j (T) is 1, and takes a small value between 1 and 0 with large variation.

この時変動係数は、以下のように、通信相手端末の各受信アンテナで平均化を行い、平均化により得られるρを用いることもできる。 The coefficient of variation at this time can be averaged at each receiving antenna of the communication partner terminal as follows, and ρ i obtained by the averaging can also be used.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

また、受信アンテナのうち一つもしくは複数を選択し、平均化処理し、得られた値を用いることもできる。   It is also possible to select one or a plurality of reception antennas, perform an averaging process, and use the obtained value.

選択の基準としては、受信レベルが大きいものを選択したり、受信レベルの大きさで重み付けをしたうえで平均化することもできる。また、hi,j,kも必ずしもHi,kのj番目の行ベクトルを全て用いる必要はなく、1つもしくは複数のhi,j,kの要素を用いることができる。また、hi,j,kの代わりに、式(1)の特異値分解で得られる右特異行列の列ベクトルを用いることもできる。 As a selection criterion, one having a high reception level can be selected, or weighted by the size of the reception level and averaged. Also, h i, j, k is also not always necessary to use all the j-th row vector of H i, k, can be used one or more of h i, j, an element of k. Further, a column vector of the right singular matrix obtained by the singular value decomposition of the equation (1) can be used instead of hi, j, k .

2つ目として、通信相手端末の形状や設置方法が挙げられるノートパソコンのように端末それ自体が動くことが少ないもの、PDAや携帯端末のように、ユーザが用いることによって端末が動き、時変動を助長するものがあり、これら端末の形状は時変動に大きく影響する。また、端末自身に振動などから安定度を評価できるようにし、机の上に固定されているのか、ユーザが手やひざの上など変動のある部分に設置しているのかの情報を受け取ることもできる。これらの状況によって時変動係数に対応する値を出力することもできる。端末の状況と時変動係数の対応は、ケーススタディの情報を蓄積し、概算値を用いることとなる。   The second is that the terminal itself does not move much, such as a notebook personal computer where the shape and installation method of the communication partner terminal can be mentioned, and the terminal moves and changes with time as the user uses it, such as a PDA or mobile terminal. The shape of these terminals greatly influences time fluctuations. In addition, the terminal itself can be evaluated for stability from vibration, etc., and it can receive information on whether it is fixed on a desk or whether the user is installed on a fluctuating part such as on the hand or knee. it can. Depending on these situations, a value corresponding to the time variation coefficient can be output. The correspondence between the status of the terminal and the time variation coefficient accumulates case study information and uses an approximate value.

また、時変動係数は、基地局においても、フィードバック情報に含まれるチャネル応答行列、もしくは、上りリンクにおけるチャネル応答行列の変動を用いて、式(7)と同様に演算し、得ることができる。   Also, the time variation coefficient can be calculated and obtained in the same manner as Equation (7) using the channel response matrix included in the feedback information or the channel response matrix variation in the uplink.

以上のように得られる時変動係数および、チャネル応答行列の推定した時刻から、送信を行うタイミングまでの遅延時間tの大きさに応じて信号劣化量を見積もる。   The amount of signal degradation is estimated according to the time variation coefficient obtained as described above and the delay time t from the estimated time of the channel response matrix to the transmission timing.

たとえば、伝送品質を表すパラメータとして、伝送容量の値を用いるものとすると、伝送容量の劣化量は、通信相手の余剰自由度F(i)と干渉波の数I(i)の比Rf(i)で決まる。通信相手の余剰自由度F(i)とは、通信相手受信素子数から当該通信相手に送信する送信ストリーム数L(j)を引いた値であり、以下のように表すことができる。   For example, if the value of transmission capacity is used as a parameter representing transmission quality, the amount of deterioration of transmission capacity is the ratio Rf (i) of the surplus degree of freedom F (i) of the communication partner and the number of interference waves I (i). ) The surplus degree of freedom F (i) of the communication partner is a value obtained by subtracting the number L (j) of transmission streams to be transmitted to the communication partner from the number of communication partner receiving elements, and can be expressed as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

干渉波は当該通信相手以外へ送信するストリーム数の総和であるから、以下のように表すことができる。また、通信相手において、通信を行っている基地局以外から干渉波が到来している、もしくは到来している可能性がある場合にはI(i)にそれらの干渉波の数を加えることもできる。   Since the interference wave is the sum of the number of streams transmitted to other than the communication partner, it can be expressed as follows. In addition, when there is an interference wave coming from a base station other than the communicating base station, or there is a possibility of arrival, the number of the interference waves may be added to I (i). it can.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

Rf(i)はRf(i)=F(i)/I(i)として得ることができる。このRf(i)を大きく設定することで時変動に対し伝送容量の劣化量を小さく抑えることができる。よって、時変動に対する劣化量が大きいと考えられる通信相手に対する送信ストリーム数を限定することで、ある通信相手において信号品質の劣化を軽減できる。   Rf (i) can be obtained as Rf (i) = F (i) / I (i). By setting this Rf (i) to a large value, it is possible to suppress the deterioration amount of the transmission capacity with respect to the time variation. Therefore, by limiting the number of transmission streams for a communication partner that is considered to have a large amount of deterioration with respect to time variation, it is possible to reduce signal quality deterioration in a certain communication partner.

計算機シミュレーションの結果から、本特許の効果を検証する。MIMO−OFDMシステムを考え、128ポイントのFFT(Fast Fourier Transform)を用い、104のサブキャリアにおけるチャネル応答行列の結果を用いる。遅延スプレッドを100nsecとし、50nsec毎に取得した32タップの時系列データを用いる。各タップの受信電力の期待値は指数関数的に低下するよう与え、各タップにおいて8波の到来波を受信しているものと仮定した。よって32×8=256波の到来波と仮定した。各素波の到来角および放射角はランダムに与え、送信アレーおよび受信アレーは直線配列、素子間隔はそれぞれ1.0λ、0.5λとした。通信相手の1つの受信アンテナにおける平均受信信号対雑音比(SNR)を30dBと設定した。   The effect of this patent will be verified from the results of computer simulation. Considering a MIMO-OFDM system, a 128-point FFT (Fast Fourier Transform) is used, and the result of channel response matrix in 104 subcarriers is used. The delay spread is 100 nsec, and 32-tap time series data acquired every 50 nsec is used. The expected value of the received power of each tap is given to decrease exponentially, and it is assumed that 8 tap waves are received at each tap. Therefore, it was assumed that 32 × 8 = 256 arriving waves. The arrival angle and the radiation angle of each elementary wave were randomly given, the transmission array and the reception array were linearly arranged, and the element spacing was 1.0λ and 0.5λ, respectively. The average received signal-to-noise ratio (SNR) at one receiving antenna of the communication partner was set to 30 dB.

受信端末は任意の方向に一定速度で動くものと仮定し、ドップラー周波数FDと遅延時間Tの乗算値を横軸にとり、伝送容量の劣化量と相関値と時変動係数の変動を評価した。   Assuming that the receiving terminal moves at a constant speed in an arbitrary direction, the horizontal axis represents the multiplication value of the Doppler frequency FD and the delay time T, and the deterioration of the transmission capacity, the correlation value, and the fluctuation of the time variation coefficient were evaluated.

図2は、時変動係数ρをドップラー周波数と遅延時間の乗算値(F×T)に対し、プロットしたものである。図2において、横軸はドップラー周波数と遅延時間の乗算値(F×T)を示し、縦軸は時変動係数ρを示す。ここでは、ランダムにチャネルを発生させ、10回試行した104サブキャリアのデータの平均値である。ここでは送信素子数を8、受信素子数を1としたが、この結果は送信素子数や受信素子数によらない。時変動係数は、ドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)が大きくなるにつれ大きくなるのが分かる。よって、この時変動係数と、時変動係数を測定した際の遅延時間Tが分かれば、ドップラー周波数Fを推定することができる。ここで示した時変動係数ρとドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)の関係は独立相関で生成したチャネル応答行列から得られた結果であるが、実際に端末などを使用して実伝搬環境において実験によりデータを取得し同様のグラフを得ることもできる。この場合、ドップラー周波数は厳密解である必要はなく、時変動係数として取り扱われる。また、ドップラー周波数Fは通信相手の端末の種類、設置方法などにより経験的に推定することもできる。 FIG. 2 is a plot of the time variation coefficient ρ against the multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time. In FIG. 2, the horizontal axis represents the product of the Doppler frequency and the delay time (F D × T), and the vertical axis represents the time variation coefficient ρ. Here, it is an average value of data of 104 subcarriers that are generated at random and tried 10 times. Here, the number of transmitting elements is 8 and the number of receiving elements is 1, but this result does not depend on the number of transmitting elements or the number of receiving elements. It can be seen that the time variation coefficient increases as the multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time increases. Therefore, the this case the variation coefficient, when knowing the delay time T when measuring the coefficient of variation, it is possible to estimate the Doppler frequency F D. The relationship between the time variation coefficient ρ, the Doppler frequency, and the delay value (F D × T) shown here is the result obtained from the channel response matrix generated by the independent correlation. In the actual propagation environment, data can be acquired by experiment to obtain a similar graph. In this case, the Doppler frequency does not need to be an exact solution and is treated as a time variation coefficient. Also, Doppler frequency F D can be empirically estimated type of the remote terminal, and the like installation.

次に、送信素子数を16素子、端末の受信アンテナの素子数を4素子とした場合の、伝送容量の劣化度と、ドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)の関数を示すグラフを図3に示す。図3において、横軸はドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)を示し、縦軸は伝送容量劣化比を示す。ここでは、ランダムにチャネルを発生させ、10回試行した104サブキャリアのデータの平均値であり、伝送容量は以下の式で与えられる。 Next, when the number of transmitting elements is 16 and the number of receiving antennas of the terminal is 4 elements, the function of the deterioration degree of the transmission capacity and the multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time is The graph shown is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates a multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time, and the vertical axis indicates the transmission capacity deterioration ratio. Here, it is an average value of data of 104 subcarriers generated 10 times by randomly generating channels, and the transmission capacity is given by the following equation.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

SINRi,jは遅延時間tにおけるi番目の空間ストリームのSINRを表している。よって伝送容量の劣化比Rc(t)は、以下のようになる。 SINR i, j represents the SINR of the i-th spatial stream at the delay time t. Therefore, the transmission capacity deterioration ratio Rc (t) is as follows.

Figure 0004402127
Figure 0004402127

ここで、Lを当該通信相手に対する空間多重による送信ストリーム数、Iが当該通信相手以外の通信相手に形成する送信ストリーム数、Fが当該通信相手で余っている自由度、Rfは自由度FとIの比である。Rfを大きく設定すると、時変動に対し、伝送容量が劣化を受けにくいことが分かる。ドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)が推定されていれば、図3で与えられる劣化量のグラフを予め定めておき、許容されるRfを選択することで、送信ストリーム数が決定できる。 Here, L is the number of transmission streams by spatial multiplexing for the communication partner, I is the number of transmission streams formed in a communication partner other than the communication partner, F is the degree of freedom remaining at the communication partner, and Rf is the degree of freedom F. I ratio. It can be seen that when Rf is set to a large value, the transmission capacity is not easily deteriorated against time fluctuations. If the multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time is estimated, a graph of the deterioration amount given in FIG. 3 is determined in advance, and the number of transmission streams is selected by selecting an allowable Rf. Can be determined.

これらの結果から、通信相手の端末の形態や設置方法、異なる時間に取得されたチャネル応答行列の相関値、ドップラー周波数Fを推定し、送信する際のチャネル推定からの遅延時間Tから、ドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)を求めることが可能であり、さらに、ドップラー周波数と遅延時間との乗算値(F×T)に対するRfと伝送容量の劣化比の関数または表を定めておけば、劣化量以下の通信品質を保持するストリーム数を選択することができる。 From these results, the terminal in the form and method of installing the communication partner, the correlation values of different times acquired channel response matrix to estimate the Doppler frequency F D, from the delay time T from the channel estimation when transmitting, Doppler A multiplication value (F D × T) of the frequency and the delay time can be obtained, and a function of a deterioration ratio of Rf and the transmission capacity with respect to a multiplication value (F D × T) of the Doppler frequency and the delay time or If a table is defined, the number of streams that maintain communication quality equal to or less than the degradation amount can be selected.

ここで、図3の結果は通信相手における平均受信SNRが30dBとした場合の結果である。実際の通信において、伝送容量の比ではなく、伝送容量の減少量を基準に通信相手を決定する場合には、通信相手の平均受信SNRや伝送容量で図3の結果を補正し、必要な値を得ることもできる。例えば図3のRfが1.5の線に注目するとF×Tが0.6の際に伝送容量劣化度が0.95となっている。この通信相手がF×T=0で伝送容量10bit/sec/Hzで達成可能であったとすると、伝送容量の劣化度は0.5bit/sec/Hzである。送信ストリーム数が1であるので、式(9)からおよそのSINR劣化量に換算すると、約1.5dBの劣化量に対応する。これに対し通信相手の受信SNRが低く、F×Tで伝送容量5bit/sec/Hzを達成可能であった場合には、伝送容量の劣化量は0.25bit/sec/Hzなので、SINRでは、約0.75dBの劣化量に対応する。よってこれら受信側SNRや伝送容量、当該通信相手への送信ストリーム数によって規定値を設定することもできる。 Here, the result of FIG. 3 is a result when the average reception SNR at the communication partner is 30 dB. In actual communication, when the communication partner is determined based on the reduction amount of the transmission capacity instead of the ratio of the transmission capacity, the result shown in FIG. 3 is corrected with the average received SNR and the transmission capacity of the communication partner, and the necessary value is obtained. You can also get For example, when attention is paid to the line of Rf 1.5 in FIG. 3, the transmission capacity deterioration degree is 0.95 when F D × T is 0.6. If this communication partner can be achieved with F D × T = 0 and a transmission capacity of 10 bits / sec / Hz, the degree of degradation of the transmission capacity is 0.5 bits / sec / Hz. Since the number of transmission streams is 1, conversion to an approximate SINR degradation amount from Equation (9) corresponds to a degradation amount of about 1.5 dB. On the other hand, when the reception SNR of the communication partner is low and the transmission capacity of 5 bits / sec / Hz can be achieved with F D × T, the degradation amount of the transmission capacity is 0.25 bits / sec / Hz. , Corresponding to a degradation amount of about 0.75 dB. Therefore, the specified value can be set according to the receiving side SNR, the transmission capacity, and the number of transmission streams to the communication partner.

次に、以上説明してきた送信ウェイト決定までの処理をフローチャートに示す。図4に、本発明の実施形態における送信フローを示す。   Next, processing up to the transmission weight determination described above is shown in the flowchart. FIG. 4 shows a transmission flow in the embodiment of the present invention.

図4において、通信相手が決定されると(ステップS100)、チャネル情報取得回路16は、通信相手のチャネル応答行列と、時変動に対する耐性(ドップラー周波数)、推定から送信までの遅延時間を推定し(ステップS101)、空間多重数決定回路18において、各通信相手に対する送信ストリーム数を決定し、各通信相手の通信品質が送信時に既定値を満たすか検定し(ステップS102)、既定値を満たさなければ、当該通信相手への送信ストリーム数を減らし(ステップS103)、再び検定を行う(ステップS102)。全ての通信相手への時変動に対する通信品質劣化が既定値を満たせば、通信相手に対する送信データを生成する(ステップS104)。   In FIG. 4, when a communication partner is determined (step S100), the channel information acquisition circuit 16 estimates a channel response matrix of the communication partner, tolerance against time fluctuation (Doppler frequency), and a delay time from estimation to transmission. (Step S101) In the spatial multiplexing number determination circuit 18, the number of transmission streams for each communication partner is determined, and it is verified whether the communication quality of each communication partner satisfies a predetermined value at the time of transmission (Step S102). For example, the number of transmission streams to the communication partner is reduced (step S103) and the test is performed again (step S102). If the communication quality deterioration with respect to the time variation for all communication partners satisfies a predetermined value, transmission data for the communication partner is generated (step S104).

図5に、本発明の実施形態における別の送信フローを示す。図5において、通信相手が決定されると(ステップS200)、チャネル情報取得回路16は、通信相手のチャネル応答行列と、時変動に対する耐性(時変動係数)、推定から送信までの遅延時間を推定し(ステップS201)、空間多重数決定回路18において、各通信相手に対する送信ストリーム数を決定し、各通信相手の通信品質が送信時に既定値を満たすか検定し(ステップS202)、既定値を満たさなければ、当該通信相手への送信ストリーム数を減らし(ステップS203)、この送信ストリーム数が減ったことによる送信側の自由度を用いてさらに別の通信相手に送信できないかを検定し(ステップS205)、追加する通信相手があれば当該通信相手に送信ストリームを割り当て(ステップS206)、各通信相手の通信品質が送信時に既定の以下とならないかを検定する(ステップS202)。全ての通信相手への時変動に対する通信品質劣化が既定値を満たせば、通信相手に対する送信データを生成する(ステップS204)。   FIG. 5 shows another transmission flow in the embodiment of the present invention. In FIG. 5, when a communication partner is determined (step S200), the channel information acquisition circuit 16 estimates a channel response matrix of the communication partner, tolerance against time variation (time variation coefficient), and delay time from estimation to transmission. In step S201, the spatial multiplexing number determination circuit 18 determines the number of transmission streams for each communication partner, tests whether the communication quality of each communication partner satisfies a predetermined value at the time of transmission (step S202), and satisfies the predetermined value. If not, the number of transmission streams to the communication partner is reduced (step S203), and whether or not transmission to another communication partner can be performed using the degree of freedom on the transmission side due to the reduction of the number of transmission streams (step S205). ) If there is a communication partner to be added, a transmission stream is assigned to the communication partner (step S206), and communication of each communication partner is performed. Quality assaying whether not a default or less at the time of transmission (step S202). If the communication quality deterioration with respect to the time variation for all communication partners satisfies a predetermined value, transmission data for the communication partner is generated (step S204).

図6に、本発明の実施形態における別の送信フローを示す。図6において、通信相手が決定されると(ステップS300)、チャネル情報取得回路16は、通信相手のチャネル応答行列と、時変動に対する耐性(時変動係数)、推定から送信までの遅延時間を推定し(ステップS301)、空間多重数決定回路18において、各通信相手に対する送信ストリーム数を1もしくは十分小さい数に決定し(ステップS302)、各通信相手の通信品質が送信時に既定値を満たすか検定し(ステップS303)、既定値を満たさない通信相手があれば、当該通信相手への送信ストリーム数を減らし(ステップS304)、再び検定を行う(ステップS303)。   FIG. 6 shows another transmission flow in the embodiment of the present invention. In FIG. 6, when the communication partner is determined (step S300), the channel information acquisition circuit 16 estimates the channel response matrix of the communication partner, tolerance against time variation (time variation coefficient), and delay time from estimation to transmission. In step S301, the spatial multiplexing number determination circuit 18 determines the number of transmission streams for each communication partner to be 1 or a sufficiently small number (step S302), and tests whether the communication quality of each communication partner satisfies a predetermined value at the time of transmission. If there is a communication partner that does not satisfy the default value (step S303), the number of transmission streams to the communication partner is reduced (step S304), and the test is performed again (step S303).

既定値を満たせば、送信素子数と総送信ストリームを比較して、送信素子数が多く、且つステップステップS304とステップステップS305において同じ通信相手の送信ストリームの増減を行っていないかを判断し(ステップS306)、前述の条件を満たせば、時変動に対し劣化が最も少ない通信相手、もしくは自由度が大きい通信相手への送信ストリーム数を増やし(ステップS305)、再び時変動に対する通信品質劣化量に対し評価を行う。   If the predetermined value is satisfied, the number of transmission elements is compared with the total transmission stream, and it is determined whether the number of transmission elements is large and the transmission streams of the same communication partner are not increased or decreased in steps S304 and S305 ( (Step S306) If the above-mentioned conditions are satisfied, the number of transmission streams to the communication partner with the least deterioration with respect to the time variation or the communication partner with a large degree of freedom is increased (Step S305), and the communication quality deterioration amount with respect to the time variation is increased again. Evaluate it.

ステップステップS303とステップステップS306の間での繰り返し評価回数が一定数をこえるか、ステップステップS306の条件を満たすと、決定された通信相手に対し送信データを生成する(ステップS307)。   If the number of repeated evaluations between step S303 and step S306 exceeds a certain number or if the condition of step S306 is satisfied, transmission data is generated for the determined communication partner (step S307).

以上詳細に説明した様に、本発明によれば、複数の通信相手局宛に、1つまたは複数の信号系列を同一周波数チャネル上で同時刻に空間多重を用い、MIMO通信を実施する際に、時変動による伝送品質劣化のリスクを低減できる。   As described above in detail, according to the present invention, when performing MIMO communication using one or more signal sequences addressed to a plurality of communication partner stations using spatial multiplexing at the same time on the same frequency channel. The risk of transmission quality degradation due to time fluctuations can be reduced.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明の実施形態における送信部の構成例を示すフロック図である。It is a flock figure which shows the structural example of the transmission part in embodiment of this invention. ドップラー周波数×遅延時間に対する時変動係数を示すグラフである。It is a graph which shows the time variation coefficient with respect to Doppler frequency x delay time. ドップラー周波数×遅延時間に対する伝送容量劣化比を示すグラフである。It is a graph which shows the transmission capacity degradation ratio with respect to Doppler frequency x delay time. 本発明の実施形態における第1の送信フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st transmission flow in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における第2の送信フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd transmission flow in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における第3の送信フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd transmission flow in embodiment of this invention. 従来技術における送信部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the transmission part in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

11:データ生成回路
12:データ分割回路
13:送信信号変換回路
14−1〜14−MT:無線部
15−1〜15−M:アンテナ
16:チャネル情報取得回路
17:時変動推定回路
18:空間多重数決定回路
19:送信ウェイト決定回路
11: data generating circuit 12: data dividing circuit 13: the transmission signal converting circuit 14-1 to 14-M T: Radio unit 151 to 15-M T: Antenna 16: channel information acquiring circuit 17: time-variation estimation circuit 18 : Spatial multiplexing number determination circuit 19: Transmission weight determination circuit

Claims (6)

複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備する受信アンテナもしくはアンテナ素子において形成する受信ビームと、送信を行う送信アンテナ間のチャネル情報を推定し、チャネル情報を用いて送信ウェイトを決定し、送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してMIMO通信を行う空間多重伝送用送信方法であって、
同時に通信を行う通信相手との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、
各通信相手に対し、時変動に対するチャネル情報の変化量を推定する変化量推定ステップと、
推定された時変動に対するチャネル情報の変化量と、チャネル推定した時刻から送信を行うタイミングまでの遅延時間から、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量を算出する劣化量算出ステップと、
前記劣化量と当該劣化量の規定値との比較に基づいて前記通信相手それぞれに対する送信ストリーム数を増減するストリーム数決定ステップと、
前記劣化量が規定値を満たす場合には前記各通信相手に対する送信データを生成する送信データ生成ステップと、
を備えることを特徴とする空間多重伝送用送信方法。
A plurality of antenna elements are provided, channel information between a receiving antenna formed by a communication partner or a receiving beam formed at the antenna element and a transmitting antenna that performs transmission is estimated, a transmission weight is determined using the channel information, and a transmission signal is determined. A transmission method for spatial multiplexing transmission that performs MIMO communication by spatially multiplexing one or a plurality of signal sequences at the same frequency channel and the same time for a plurality of communication partners after performing transmission weighting,
A channel information estimation step for estimating channel information with a communication partner performing communication at the same time;
For each communication partner, a change amount estimation step for estimating a change amount of channel information with respect to time variation,
A deterioration amount calculating step for calculating a deterioration amount of the transmission capacity with respect to the time variation of all communication partners from a change amount of the channel information with respect to the estimated time variation and a delay time from a channel estimation time to a transmission timing ;
A stream number determining step for increasing or decreasing the number of transmission streams for each of the communication partners based on a comparison between the deterioration amount and a specified value of the deterioration amount;
When the deterioration amount satisfies a specified value, a transmission data generation step for generating transmission data for each communication partner;
A transmission method for spatial multiplexing transmission, comprising:
前記ストリーム数決定ステップにおいて、前記劣化量が前記規定値を満たさない場合には前記通信相手に対する送信ストリーム数を減じることを特徴とする請求項1に記載の空間多重伝送用送信方法。2. The spatial multiplexing transmission method according to claim 1, wherein, in the step of determining the number of streams, if the amount of deterioration does not satisfy the specified value, the number of transmission streams for the communication partner is reduced. 前記送信ストリーム数決定ステップにおいて、最も時変動による劣化量が大きい通信相手への送信ストリームを減じるIn the step of determining the number of transmission streams, the number of transmission streams to the communication partner with the greatest deterioration due to time variation is reduced.
ことを特徴とする請求項2に記載の空間多重伝送用送信方法。  The transmission method for spatial multiplexing transmission according to claim 2.
前記送信ストリームを減じた後に、送信側の前記アンテナ素子数から総送信ストリーム数を減じた値である当該送信側の自由度を用いて、新たに追加できる通信相手が存在するかを判定する追加通信相手存在判定ステップと、Addition to determine whether there is a communication partner that can be newly added using the degree of freedom on the transmission side, which is a value obtained by subtracting the total number of transmission streams from the number of antenna elements on the transmission side after subtracting the transmission stream A communication partner presence determination step;
前記新たに追加できる通信相手が存在する場合にはその通信相手に送信ストリームを割り当てて、再度、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量の算出を行い、当該劣化量が前記規定値を満たす場合には、それら通信相手に対する送信データを生成するステップと、When there is a communication partner that can be newly added, a transmission stream is allocated to the communication partner, and the degradation amount of the transmission capacity with respect to the time variation of all the communication partners is calculated again. If satisfying, the step of generating transmission data for the communication partner,
を備え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方法。  The transmission method for spatial multiplexing transmission according to claim 3, further comprising:
前記ストリーム数決定ステップにおいて、前記劣化量が前記規定値を満たす場合であって、前記アンテナ素子数と総送信ストリーム数とを比較して前記アンテナ素子数が多く、且つ、同じ通信相手の送信ストリーム数の増減を行っていない場合には、前記時変動に対する伝送容量の劣化量が最も少ない通信相手、またはアンテナ素子数から送信ストリーム数を減じた値である自由度が大きい通信相手へのストリーム数を増やし、再度、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量の算出を行い、当該劣化量が前記規定値を満たす場合には、それら通信相手に対する送信データを生成するステップと、In the step of determining the number of streams, when the deterioration amount satisfies the specified value, the number of antenna elements is large by comparing the number of antenna elements with the total number of transmission streams, and transmission streams of the same communication partner If the number is not increased or decreased, the number of streams to the communication partner with the least amount of degradation of the transmission capacity with respect to the time variation, or to the communication partner with a high degree of freedom, which is a value obtained by subtracting the number of transmission streams from the number of antenna elements. And again calculating the degradation amount of the transmission capacity with respect to the time variation of all communication partners, and when the degradation amount satisfies the specified value, generating transmission data for those communication partners;
を備えることを特徴とする請求項1に記載の空間多重伝送用送信方法。  The transmission method for spatial multiplexing transmission according to claim 1, comprising:
複数本のアンテナ素子を備えた送信装置であり、
送信装置と複数の通信相手局のアンテナ素子、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、複数の通信相手局に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよ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ける、
同時刻にMj個の通信相手に送信する空間多重伝送用送信装置であって、
各アンテナ素子に接続され、受信信号もしくは、受信信号に含まれるフィードバック情報からチャネル情報を取得するチャネル情報取得回路と、
各通信相手の時変動に対するチャネル情報の変化を推定する時変動推定回路と、
推定された時変動に対するチャネル情報の変化量と、チャネル推定した時刻から送信を行うタイミングまでの遅延時間から、全通信相手の前記時変動に対する伝送容量の劣化量を算出し、劣化量と当該劣化量の規定値との比較に基づいて前記通信相手に対する送信ストリーム数を増減する空間多重数決定回路と、
前記劣化量が規定値を満たす場合には前記各通信相手に対する送信データを生成するデータ生成回路と、
を備えたことを特徴とする空間多重伝送用送信装置。
A transmission device including a plurality of antenna elements;
One or a plurality of signals to a plurality of communication partner stations via a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel composed of a transmitting device and a plurality of communication partner station antenna elements or beams formed on these antenna elements. In a wireless communication system capable of performing MIMO communication by spatially multiplexing a sequence at the same frequency channel and the same time,
A spatial multiplexing transmission apparatus for transmitting to Mj communication partners at the same time ,
A channel information acquisition circuit that is connected to each antenna element and acquires channel information from the received signal or feedback information included in the received signal;
A time variation estimation circuit that estimates the amount of change in channel information relative to the time variation of each communication partner;
From the amount of change in channel information with respect to the estimated time variation and the delay time from the channel estimation time to the transmission timing, the amount of transmission capacity degradation with respect to the time variation of all communication partners is calculated. A spatial multiplexing number determination circuit that increases or decreases the number of transmission streams for the communication partner based on a comparison with a specified value of the amount;
A data generation circuit for generating transmission data for each communication partner when the deterioration amount satisfies a specified value;
A spatial multiplexing transmission apparatus characterized by comprising:
JP2007069427A 2007-03-16 2007-03-16 Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission Expired - Fee Related JP4402127B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007069427A JP4402127B2 (en) 2007-03-16 2007-03-16 Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007069427A JP4402127B2 (en) 2007-03-16 2007-03-16 Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008236066A JP2008236066A (en) 2008-10-02
JP4402127B2 true JP4402127B2 (en) 2010-01-20

Family

ID=39908372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007069427A Expired - Fee Related JP4402127B2 (en) 2007-03-16 2007-03-16 Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4402127B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009177616A (en) * 2008-01-25 2009-08-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Multiple channel space multiplex transmission method and communication apparatus

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5425121B2 (en) * 2011-02-17 2014-02-26 日本電信電話株式会社 Wireless communication method and wireless communication system
JP5736449B2 (en) * 2011-04-20 2015-06-17 株式会社日立製作所 Wireless communication system and wireless communication device
JP5616378B2 (en) * 2012-02-21 2014-10-29 日本電信電話株式会社 Base station apparatus, radio communication method, and radio communication system
JP2015023555A (en) * 2013-07-23 2015-02-02 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Communication device, communication system and communication method
JP6701796B2 (en) 2016-02-24 2020-05-27 富士通株式会社 Base station, terminal, wireless communication system, and base station control method
JP6991027B2 (en) * 2017-09-26 2022-01-12 株式会社日立国際電気 Wireless communication systems, mobile stations and base stations

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009177616A (en) * 2008-01-25 2009-08-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Multiple channel space multiplex transmission method and communication apparatus
JP4551933B2 (en) * 2008-01-25 2010-09-29 日本電信電話株式会社 Multiple channel spatial multiplexing transmission method and communication apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008236066A (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210336740A1 (en) System and Method for Transmitting a Sub-Space Selection
KR101507088B1 (en) Aparatus and method for uplink baemforming and space-division multiple access in multi-input multi-output wireless communication systems
EP1863304B1 (en) Systems and methods for wireless communication
JP4802830B2 (en) Terminal device
JP5129346B2 (en) Method for transmitting a precoded signal in a collaborative multiple-input multiple-output communication system
US20040235433A1 (en) Determining transmit diversity order and branches
EP2571316A1 (en) Downlink transmission method and base station used in multiple input multiple output system
JP5244172B2 (en) Method and apparatus for controlling multiple antenna transmission in a wireless communication network
JP4402127B2 (en) Transmission method and apparatus for spatial multiplexing transmission
JP5089718B2 (en) Wireless communication method and wireless communication apparatus
US9184809B2 (en) Wireless communication method and access point apparatus
KR20060104200A (en) Random beamforming method of mimo system
JP5333526B2 (en) Radio base station apparatus, terminal apparatus, and radio communication method
CN101675601A (en) A method for communicating in a mimo context
US20100323630A1 (en) Reception apparatus, mobile equipment, communication system, and communication method
JP4619392B2 (en) Spatial multiplexing transmission method and communication apparatus
KR100594817B1 (en) A mimo-ofdm system using eigenbeamforming technology and eigenbeamforming method in the same
JP4503540B2 (en) Base station apparatus for wireless communication system and wireless communication method thereof
KR102293045B1 (en) A method and apparatus for supporting beamforming based on multiple input multiple output
JP5478525B2 (en) Transmission method and transmission apparatus
JP4260653B2 (en) Transmitter for spatial multiplexing transmission
KR101427420B1 (en) Method and apparaus for transmission in a multiple input multiple output comunication system
Abu-alhiga et al. Implicit pilot-borne interference feedback for multiuser MIMO TDD systems
Wang MIMO system with receive combiner bank and power control for cognitive radio networks
KR100905549B1 (en) Method and Apparatus for Selection of Transmitting Antennas In Uplink of MIMO Wireless Communication System

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090728

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090928

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091020

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091028

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4402127

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121106

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121106

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131106

Year of fee payment: 4

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees