JP4444300B2 - Wireless communication apparatus and wireless communication method - Google Patents

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Description

本発明は、同一の周波数チャンネルを用い、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、複数の通信相手への情報伝達を実現する無線通信装置、及び、無線通信方法に関する。   The present invention is a wireless communication device that uses the same frequency channel, spatially multiplexes independent signal sequences from a plurality of different transmission antennas, transmits the signals to a plurality of communication partners, and realizes information transmission to the plurality of communication partners, The present invention also relates to a wireless communication method.

近年、2.4GHz帯又は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。近年では、Multiple Input Multiple Output(MIMO)技術により周波数利用効率の増大を可能にするIEEE802.11n規格も商用に動いており、無線通信の更なる高速化及び大容量化が進むと考えられる。
そのための技術として、Multiuser(MU:マルチユーザ)−MIMO技術が知られている。MU−MIMO技術では、複数の通信相手に同時に送信を行い、通信相手全体の受信アンテナを仮想的なアレーのように見ることで、空間のリソースを有効に活用し、周波数利用効率を増大させることができる。
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 recent years, the IEEE802.11n standard that enables the frequency utilization efficiency to be increased by a multiple input multiple output (MIMO) technique is also in commercial use, and it is considered that the speed and capacity of wireless communication are further increased.
As a technique for that purpose, a Multiuser (MU: Multi-User) -MIMO technique is known. In MU-MIMO technology, by simultaneously transmitting to multiple communication partners and viewing the receiving antennas of the entire communication partner like a virtual array, it is possible to effectively use space resources and increase frequency utilization efficiency. Can do.

MU−MIMO技術のうちの多くは未だ理論検討が必要であるが、現実的な演算量で実現可能なBlock Diagonalization指向性制御法(以下、BD法ともいう)が注目されている。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ンネル上で異なる独立な信号を複数の通信相手に送信し、お互いの通信相手の受信ウェイトにより形成される受信ビームに対し、ヌルを形成し、受信曲側において、他の通信相手からの干渉を生ずることなく信号を受信し、それぞれの通信相手に独立に受信信号を推定し、データを再生するものである。
以下、送信装置のアンテナ素子数をM、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M(i)、i番目の通信相手に、同時刻、同一周波数帯において送信する通信系列数(データストリーム数)をL(i)、Mt≧M(i)として、通信相手を決定する方法の一例を示す。
Many of the MU-MIMO techniques still require theoretical examination, but attention has been focused on a block diagonalization directivity control method (hereinafter also referred to as a BD method) that can be realized with a realistic calculation amount. With the BD directivity control method, on the transmitting station side, different independent signals are transmitted from a plurality of transmission antennas on the same channel to a plurality of communication partners, and the reception beams formed by the reception weights of the communication partners are A null is formed, and on the receiving music side, a signal is received without causing interference from other communication partners, the received signal is estimated independently for each communication partner, and data is reproduced.
Hereinafter, the number of antenna elements of the transmitting device is M t , the number of communication partners is Mu, the number of reception antenna elements of the i-th communication partner is M r (i), and the i-th communication partner is the same time at the same frequency band. An example of a method for determining a communication partner will be described, assuming that the number of communication sequences to be transmitted (number of data streams) is L (i) and Mt ≧ M r (i).

図9は、従来のBD指向性制御法による通信装置の送信部のブロック構成図である。図9に示す通信装置801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。
通信装置801(送信部)は、データ出力回路900−1、データ分割回路900−2、変調回路901−1、…、901−L、送信信号変換回路902、無線部903−1、無線部903−2、…、903−M、アンテナ904−1、904−2、…、904−M、チャネル応答取得回路905、通信品質評価通信相手選択回路906、送信ウェイト決定回路907等から構成される。
FIG. 9 is a block configuration diagram of a transmission unit of a communication apparatus based on a conventional BD directivity control method. The communication apparatus 801 shown in FIG. 9 controls the transmission directivity so as to be optimal for the propagation environment, and improves the transmission rate by spatial multiplexing.
The communication device 801 (transmission unit) includes a data output circuit 900-1, a data division circuit 900-2, a modulation circuit 901-1, ..., 901-L, a transmission signal conversion circuit 902, a radio unit 903-1, and a radio unit 903. , 903-M t , antennas 904-1, 904-2,..., 904-M t , channel response acquisition circuit 905, communication quality evaluation communication partner selection circuit 906, transmission weight determination circuit 907, and the like. The

無線部903−2、…、903−M、アンテナ904−1、904−2、…、904−Mは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、チャネル応答取得回路905は、送信部の各アンテナ904−1、904−2、…、904−Mと通信相手の各アンテナ間のチャネル応答行列を推定する。このチャネル応答行列の推定方法は、ここでは詳細に説明しないが、アンテナ904−1、904−2、…、904−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基に推定するか、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推定することが可能である。チャネル応答行列の推定情報は、通信品質評価通信相手選択回路906に入力され、通信品質評価通信相手選択回路906は、通信相手を組み合わせた際の伝送品質を推定し、基準を満たす通信相手の組み合わせを送信ウェイト決定回路907に出力する。送信ウェイト決定回路907は、各信号系列のそれぞれのアンテナ904−1、904−2、…、904−Mに対する送信ウェイトを出力する。 The radio units 903-2,..., 903-M t and the antennas 904-1, 904-2,..., 904-M t can transmit and receive radio signals, and the channel response acquisition circuit 905 performs transmission. , 904 -M t and the channel response matrix between the communication partner antennas are estimated. Method of estimating the channel response matrix is not described in detail here, the antenna 904-1,904-2, ..., in 904-M t, estimated based on information obtained when performing the reception of the known signal Or can be estimated from information included in feedback information included in the received signal. The channel response matrix estimation information is input to the communication quality evaluation communication partner selection circuit 906. The communication quality evaluation communication partner selection circuit 906 estimates the transmission quality when the communication partners are combined, and the combination of communication partners that satisfies the criteria. Is output to the transmission weight determination circuit 907. The transmission weight determination circuit 907 outputs transmission weights for the respective antennas 904-1, 904-2,..., 904-M t of each signal series.

次に、送信対象となる送信データが入力されると、データ分割回路900-2は1系統の信号をL系統の信号系列に分割し、変調回路901−1、…、901−Lに入力する。変調回路901−1、…、901−Lは、入力された信号にMIMOチャネル推定用のプリアンブル信号等を付与して変調した後、これらの信号を、送信信号変換回路902に入力する。ここで、送信データには送信ウェイトが乗算され、無線部903−2、…、903−Mに入力され、アンテナ904−1、904−2、…、904−Mを介して無線信号として送信される。 Next, when transmission data to be transmitted is input, the data dividing circuit 900-2 divides one system of signals into L signal series and inputs the signals to the modulation circuits 901-1,. . The modulation circuits 901-1,..., 901 -L modulate the input signals by adding a preamble signal for MIMO channel estimation and the like, and then input these signals to the transmission signal conversion circuit 902. Here, is multiplied by the transmission weight to the transmission data, a radio unit 903-2, ..., are input to 903-M t, antennas 904-1,904-2, ..., as a radio signal through a 904-M t Sent.

チャネル応答行列取得回路905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)×M行列)は(1)式のように特異値分解により、右特異行列Vi(M×M行列)、左特異行列Ui(Mr(i)×Mr(i)行列)、及び固有値の二乗根√λを対角要素とし、非対角行列を「0」とする行列D(M×M行列)に分けることができる。

Figure 0004444300
ここで、Hi,jkは送信装置のk番目のアンテナ904−k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。右特異行列Viのうち、V'iは固有値に対応する列ベクトル群を、V"iは「0」に対する列ベクトル群である。シングルユーザに対する通信において、V'iの列ベクトルを送信ウェイトとすることで、対応する固有値λi,jで表せる信号電力を得ることができる。(λi,1≧λi,2≧…≧λi,Mr(i))数式(1)において、行列の上付き添え字「H」は共役複素行列であることを示す。 The channel response matrix Hi (M r (i) × M t matrix) representing the channel information for the i-th communication partner obtained in the channel response matrix acquisition circuit 905 is the right singular value decomposition by singular value decomposition as shown in equation (1). The matrix Vi (M t × M t matrix), the left singular matrix Ui (M r (i) × M r (i) matrix), and the square root √λ of the eigenvalues are used as diagonal elements, and the non -diagonal matrix is set to “0”. Can be divided into a matrix D (M r × M t matrix).
Figure 0004444300
Here, H i, jk represents a transmission coefficient from the k-th antenna 904-k of the transmission device to the j-th antenna at the i-th communication partner. Of the right singular matrix Vi, V′i is a column vector group corresponding to the eigenvalue, and V ″ i is a column vector group for “0”. In communication for a single user, by using a column vector of V′i as a transmission weight, signal power that can be expressed by a corresponding eigenvalue λ i, j can be obtained. (Λ i, 1 ≧ λ i, 2 ≧ ... ≧ λ i, Mr (i) ) In equation (1), the superscript “H” of the matrix indicates that it is a conjugate complex matrix.

シングルユーザにおける達成可能な周波数利用効率は、右特異行列V'iのL(i)個の列ベクトルであるV'i,L(i)を送信ウェイトとして選択することで、次式のように表すことができる。

Figure 0004444300
ここで、L(i)はi番目の通信相手への送信に用いる通信系列数(データストリーム数)、σは熱雑音の分散値である。 The frequency utilization efficiency achievable for a single user is as follows by selecting V ′ i, L (i) that are L (i) column vectors of the right singular matrix V′i as transmission weights. Can be represented.
Figure 0004444300
Here, L (i) is the number of communication sequences (number of data streams) used for transmission to the i-th communication partner, and σ 2 is a thermal noise variance value.

次に、マルチユーザに対するBD法による通信相手の選択方法の手段を説明する。ここで、通信を行いたいマルチユーザMuの通信相手のうち、Mu'(t)の通信相手ごとにブロック化し、t番目のタイミングでそれらの複数の通信相手に同時に送信を行う場合を考える。t番目のタイミングで送信する通信相手の番号をlt(1)〜lt(Mu'(t))、i∈U(l)とする。
以下、Mu'(l)個の通信相手にBD法による送信を行う際の伝送品質を評価する方法について説明する。
Next, means for selecting a communication partner by the BD method for multi-users will be described. Here, it is assumed that among the communication partners of the multi-user Mu who wants to communicate, the communication is blocked for each communication partner of Mu ′ (t) and transmission is simultaneously performed to the plurality of communication partners at the t-th timing. It is assumed that the numbers of communication partners to be transmitted at the t-th timing are lt (1) to lt (Mu ′ (t)) and iεU (l).
Hereinafter, a method for evaluating the transmission quality when performing transmission by the BD method to Mu ′ (l) communication partners will be described.

まず、Mu'(t)の通信相手のうち、i番目の通信相手に達成可能な伝送容量の評価方法について説明する。
lt(i)をlt(i)番目の通信相手以外のt番目のタイミングで同時に同一周波数帯に送信する通信相手のチャネル応答行列の集合行列として、次式で表す。

Figure 0004444300
ここで、lt(i)はt番目のタイミングで同時に送信する通信相手の中でi番目の通信相手の番号である。Rlt(j)はlt(j)番目の通信相手に仮定した受信ウェイトであり、対角行列とすれば、受信ウェイトの仮定ナシの条件となる。このH lt(i)(t)に対して特異分解値を行うと、
Figure 0004444300
と表すことができ、V lt(i)(t)は固有値D lt(i)(t)に対応するベクトルであり、V lt(i)(t)は固有値がない、もしくは、固有値0に対応するヌル空間ベクトルである。 First, a method for evaluating the transmission capacity that can be achieved by the i-th communication partner among the communication partners of Mu ′ (t) will be described.
H + lt (i) is expressed by the following equation as a set matrix of channel response matrices of communication partners that simultaneously transmit to the same frequency band at the t-th timing other than the lt (i) -th communication partner.
Figure 0004444300
Here, lt (i) is the number of the i-th communication partner among the communication partners simultaneously transmitted at the t-th timing. Rlt (j) is a reception weight assumed for the lt (j) -th communication partner, and if it is a diagonal matrix, it is a condition for an assumption of reception weight. When a singular decomposition value is applied to this H + lt (i) (t),
Figure 0004444300
V + lt (i) (t) is a vector corresponding to the eigenvalue D + lt (i) (t), and V lt (i) (t) has no eigenvalue or is an eigenvalue A null space vector corresponding to zero.

ここで、V lt(i)(t)の送信空間に対し、送信を行うと、t番目のタイミングにおけるlt(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。そこで、この送信空間において得られる通信品質を評価するには、lt(i)番目の通信相手のチャネル応答行列に対し、ヌル空間ウェイトV lt(i)(t)を乗算して得られる特異値を計算すればよい。

Figure 0004444300
ここで、V lt(i)は固有値に対応する固有ベクトル、V†† lt(i)は「0」に対応する固有ベクトルである。D lt(i)(t)の対角成分の二乗値であるヌル空間固有値λ lt(i),1、…、λ lt(i),Mr(lt(i))に対応する品質が得られることになる。
マルチユーザにおける達成可能な周波数利用効率は、送信ウェイトとして、右特異行列V lt(i) lt(i)のうちのL(i)個の列ベクトルWlt(i)L(i)を送信ウェイトとして選択することで、次式のように示される。
Figure 0004444300
ここで、R'lt(i)はlt(i)番目の通信相手で復号に用いる受信ウェイトである。 Here, when transmission is performed in the transmission space of V lt (i) (t), no interference occurs with the reception weight of the communication partner other than lt (i) at the t-th timing. Therefore, in order to evaluate the communication quality obtained in this transmission space, the singularity obtained by multiplying the channel response matrix of the lt (i) th communication partner by the null space weight V lt (i) (t). Calculate the value.
Figure 0004444300
Here, V lt (i) is an eigenvector corresponding to the eigenvalue, and V †† lt (i) is an eigenvector corresponding to “0”. The quality corresponding to the null space eigenvalues λ lt (i), 1 ,..., Λ lt (i), Mr (lt (i)) , which is the square value of the diagonal component of D lt (i) (t) Will be obtained.
The frequency utilization efficiency achievable in multi-user is as follows: L (i) column vectors W lt (i) L (i) in the right singular matrix V lt (i) V lt (i) Is selected as the transmission weight, the following equation is obtained.
Figure 0004444300
Here, R ′ lt (i) is a reception weight used for decoding by the lt (i) th communication partner.

Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, "Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels," IEEE Trans. Sig. Proceeding, vol.52, issue 2, Feb.2004, pp.461-71.Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, "Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels," IEEE Trans. Sig. Proceeding, vol.52, issue 2, Feb.2004, pp.461-71.

以上述べたように、複数の通信相手に対して、同一時刻、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が可能であるが、上記に述べた方法ででは、通信相手の組み合わせは、全通信相手Muに対して「MuMu’(l)」通り存在し、各組み合わせに対して上記の方法で各通信相手に対するヌル空間固有値λを計算し、最適な通信相手の組み合わせを決定することは膨大な計算処理を必要とする。 As described above, for a plurality of communication partners, it is possible to obtain a high transmission capacity by spatial multiplexing at the same time and in the same frequency band, but in the method described above, the combination of communication partners is: “ Mu C Mu ′ (l) ” exists for all communication partners Mu, and for each combination, the null space eigenvalue λ for each communication partner is calculated by the above method, and the optimum combination of communication partners is determined. To do so requires enormous computational processing.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、通信相手が複数存在し、それらの中から一つ以上の通信相手に対し、同一時刻、同一周波数帯において、異なる信号系列を送信する場合に、一つ以上の通信相手の組み合わせにより通信を行う場合の伝送特性を簡易に決定する無線通信装置、及び、無線通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 the above points, and there are a plurality of communication partners, and different signal sequences are transmitted to one or more communication partners among them at the same time and in the same frequency band. In this case, an object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus and a wireless communication method for easily determining transmission characteristics when communication is performed by a combination of one or more communication partners.

前述した目的を達成するために本発明は、複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手に対し、同時刻、同一周波数帯に信号を送信する際の通信相手を選択し、通信を行う無線通信方法であって、通信を行う各通信相手に対する、送信空間基底ベクトルを演算するステップと、送信空間ベクトルから、同時刻、同一周波数帯で送信する通信相手を選択した際のBlock Diagonarization(BD)アルゴリズムを用いる場合に生じる信号電力の劣化量を推定するステップと、推定された劣化量から、予め定めた条件に最もよく一致する通信相手同士を選択するステップと、を具備することを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a wireless communication that includes a plurality of antenna elements, selects a communication partner when transmitting signals to the same frequency band at the same time, and performs communication. A method of calculating a transmission space basis vector for each communication partner performing communication, and a Block Diagonarization (BD) algorithm when a communication partner transmitting at the same time and in the same frequency band is selected from the transmission space vector The method includes the steps of estimating the amount of signal power degradation that occurs in the case of using, and selecting communication partners that best match a predetermined condition from the estimated amount of degradation.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手に対し、同時刻、同一周波数帯に信号を送信する際の通信相手の選択し、通信を行う無線通信方法であって、通信を行う各通信相手に対する、送信空間基底ベクトルを演算するステップと、送信空間ベクトルから、同時刻、同一周波数帯で送信する通信相手を選択した際のBlock Diagonarization(BD)アルゴリズムを用いる場合に生じる信号電力の劣化量を推定するステップと、推定された劣化量から、変調方式や符号化率からなる伝送モードを選択するステップと、を具備することを特徴とする。   In addition, the present invention is a wireless communication method that includes a plurality of antenna elements, selects a communication partner when transmitting a signal to the same frequency band at the same time, and performs communication. A signal generated when using a block diagonal algorithm (BD) algorithm when a communication partner to be transmitted in the same frequency band is selected from the step of calculating a transmission space basis vector for each communication partner performing And a step of estimating a power degradation amount, and a step of selecting a transmission mode comprising a modulation scheme and a coding rate from the estimated degradation amount.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備える送信装置から、複数の通信相手局に対し、一つ又は複数の信号系列を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信装置であって、2以上の複数本のアンテナを具備し、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へ出力し、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、通信相手に対するチャネル情報を推定し、送信空間ベクトル演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、前記チャネル情報回路から入力された前記チャネル情報を元に、送信空間ベクトル群を演算する送信空間ベクトル演算回路と、前記送信空間ベクトル演算回路から入力される送信空間ベクトル群から、通信相手を組み合わせた際に生じる信号電力の劣化量を推定し、通信相手選択回路に出力する信号劣化量推定回路と、前記信号劣化量推定回路から入力された劣化量を元に、通信相手を選択し、選択した通信相手を送信ウェイト演算回路に出力する通信相手選択回路と、前記選択された通信相手のチャネル情報を、前記チャネル情報取得回路から取得し、送信ウェイトと、変調方式や符号化率、インターリーブの方法からなる伝送モードを決定し、データ分割回路と送信信号変換回路に出力する送信ウェイト演算回路と、送信データを、変調方式に応じて通信系列数に分割するデータ分割回路と、前記各信号系列に分割された送信データを変調する変調回路と、前記変調された送信データに前記送信ウェイト演算回路で決定された送信ウェイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された前記無線部に出力を行う送信信号変換回路と、を具備することを特徴とする。   In addition, the present invention can transmit one or a plurality of signal sequences to a plurality of communication partner stations by spatially multiplexing at the same frequency channel and the same time from a transmission device including a plurality of antenna elements. A wireless communication device in a wireless communication system, comprising two or more antennas, connected to each antenna element, and at the time of reception, converts a received signal into a baseband signal and outputs it to a channel information acquisition circuit, A radio unit that transmits a transmission signal as a radio signal from an antenna element at the time of transmission, a channel information acquisition circuit that estimates channel information for a communication partner from a signal input from the radio unit, and outputs the channel information to a transmission space vector arithmetic circuit; A transmission space vector calculation circuit for calculating a transmission space vector group based on the channel information input from the channel information circuit. And from the transmission space vector group input from the transmission space vector arithmetic circuit, a signal power deterioration amount estimation circuit that estimates a signal power deterioration amount generated when combining communication partners, and outputs to a communication partner selection circuit, Based on the deterioration amount input from the signal degradation amount estimation circuit, a communication partner is selected, and the communication partner selection circuit that outputs the selected communication partner to the transmission weight calculation circuit, and the channel information of the selected communication partner, A transmission weight calculation circuit that is acquired from the channel information acquisition circuit, determines a transmission mode including a transmission weight, a modulation scheme, a coding rate, and an interleaving method, and outputs the transmission mode to a data division circuit and a transmission signal conversion circuit, and transmission data Is divided into the number of communication sequences according to the modulation scheme, a modulation circuit that modulates the transmission data divided into the signal sequences, A transmission signal conversion circuit that multiplies the transmission data modulated by the transmission weight determined by the transmission weight calculation circuit and outputs the result to the radio unit connected to the corresponding antenna element. To do.

本発明によれば、複数の通信相手(局)宛てに、1つ又は複数の信号系列を同周波数チャネル上で同時刻に、空間体重を用いてMIMO通信を実施する際に、最適な送信ウェイトの組み合わせを選択することで、良好な通信特性を実現することが可能となる。   According to the present invention, when performing MIMO communication using a spatial weight for one or more signal sequences on the same frequency channel to a plurality of communication partners (stations), an optimal transmission weight is used. By selecting this combination, it is possible to realize good communication characteristics.

以下に、添付図面を参照しながら、本発明に係る無線通信装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。   Hereinafter, preferred embodiments of a wireless communication apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to components having substantially the same functional configuration, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の本実施の形態に係る無線通信装置1の送信部のブロック構成図である。図1に示す無線通信装置1(通信部)は、データ出力回路100−1、データ分割回路100−2、変調回路101−1、…、101−L、送信信号変換回路102、無線部103−1、103−2、…、103−M、アンテナ104−1、104−2、…、104−M、チャネル応答取得回路105、送信空間ベクトル演算回路106、信号劣化量推定回路107、通信相手選択回路908、送信ウェイト演算回路109等から構成される。チャネル応答取得回路105、送信空間ベクトル演算回路106、信号劣化量推定回路107、通信相手選択回路908、送信ウェイト演算回路109は、通信相手決定ブロック110を構成する。 FIG. 1 is a block configuration diagram of a transmission unit of radio communication apparatus 1 according to the present embodiment of the present invention. 1 includes a data output circuit 100-1, a data division circuit 100-2, modulation circuits 101-1,..., 101-L, a transmission signal conversion circuit 102, and a wireless unit 103-. 1,103-2, ..., 103-M t , antennas 104-1,104-2, ..., 104-M t , the channel response obtaining circuit 105, the transmission space vector calculation circuit 106, the signal degradation amount estimation circuit 107, a communication It comprises a partner selection circuit 908, a transmission weight calculation circuit 109, and the like. The channel response acquisition circuit 105, the transmission space vector calculation circuit 106, the signal degradation amount estimation circuit 107, the communication partner selection circuit 908, and the transmission weight calculation circuit 109 constitute a communication partner determination block 110.

無線部103−1、103−2、…、103−M、アンテナ104−1、104−2、…、104−Mは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、無線部103−1、103−2、…、103−Mにおいて変換された受信信号を基に、チャネル応答取得回路105は、送信部の各アンテナ104−1、104−2、…、104−Mと通信相手の各アンテナ間、もしくは、受信ビームとの間のチャネル応答行列を推定する。このチャネル応答行列の推定方法は、ここでは詳細に説明しないが、アンテナ104−1、104−2、…、104−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基に推定するか、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推定することが可能である。 Radio section 103-1,103-2, ..., 103-M t , antennas 104-1,104-2, ..., 104-M t is capable of transmitting and receiving radio signals, the wireless unit 103 - 1, 103-2, ..., 103-M t , the channel response acquisition circuit 105 communicates with each antenna 104-1, 104-2, ..., 104-M t of the transmitter. A channel response matrix between each antenna of the other party or between the receiving beams is estimated. Method of estimating the channel response matrix is not described in detail here, the antenna 104-1, 104-2, ..., the 104-M t, estimated based on information obtained when performing the reception of the known signal Or can be estimated from information included in feedback information included in the received signal.

通信相手を選択する場合には、対応する通信相手のチャネル応答行列が、送信空間ベクトル演算回路106に入力される。送信空間ベクトル演算回路106は、各通信相手に対して送信空間ベクトル群を演算し、信号劣化量推定回路107に出力する。信号劣化量推定回路107は、送信空間ベクトルを用いた演算により、BD法を用いた場合の信号電力の減衰量を推定し、その結果を通信相手選択回路108に出力する。   When selecting a communication partner, the channel response matrix of the corresponding communication partner is input to the transmission space vector arithmetic circuit 106. The transmission space vector calculation circuit 106 calculates a transmission space vector group for each communication partner and outputs it to the signal degradation amount estimation circuit 107. The signal degradation amount estimation circuit 107 estimates the attenuation amount of the signal power when the BD method is used by calculation using the transmission space vector, and outputs the result to the communication partner selection circuit 108.

通信相手選択回路108は、推定された通信信号の減衰量の積から、予め決定され記憶された基準値と照らし合わせて最も条件に合う通信相手を選択し、送信ウェイト演算回路109に出力する。送信ウェイト回路109は、選択された通信相手に対する送信ウェイトをBDアルゴリズムによって求め、各通信ストリームにおける品質、変調方式、符号化率、インターリーブ方法などからなる伝送モードを決定し、データ出力回路100−1、データ分割回路100−2、変調回路101−1、…、101−L、送信信号変換回路102へ出力する。 The communication partner selection circuit 108 selects a communication partner that best meets the condition from a product of the estimated attenuation amount of the communication signal and compares it with a predetermined reference value stored, and outputs the communication partner to the transmission weight calculation circuit 109. The transmission weight circuit 109 obtains a transmission weight for the selected communication partner using the BD algorithm, determines a transmission mode including quality, modulation scheme, coding rate, interleaving method, and the like in each communication stream, and the data output circuit 100-1 , 101-L, data division circuit 100-2, modulation circuit 101-1,..., 101-L, and transmission signal conversion circuit 102.

データ分割回路100−2は、データ出力回路100−1から送信された送信データを、L系統の信号系列に分割し、変調回路101−1、…、101−Lへ入力する。ここで、変調回路101−1、…、101−Lは、入力された信号にMIMOチャネル推定用のプリアンブル信号等を付与して変調した後、これらの信号を、送信信号変換回路102に入力する。ここで、送信データには送信ウェイトが乗算され、無線部103−1、103−2、…、103−Mに入力され、アンテナ104−1、104−2、…、104−Mを介して無線信号として送信される。 The data dividing circuit 100-2 divides the transmission data transmitted from the data output circuit 100-1 into L signal series, and inputs them to the modulation circuits 101-1, ..., 101-L. Here, the modulation circuits 101-1,..., 101 -L modulate the input signal by adding a preamble signal or the like for MIMO channel estimation, and then input these signals to the transmission signal conversion circuit 102. . Here, is multiplied by the transmission weight to the transmission data, a radio unit 103-1, ..., are input to 103-M t, antenna 104-1, 104-2, ..., through 104-M t Transmitted as a radio signal.

以下に、無線通信装置1における通信相手選択の原理について詳細に説明する。数式(5)で示される伝搬路における達成可能な周波数利用効率において、λ lt(i),1、…、λ lt(i),Mr(lt(i))>>σとなるような高いSNR(SN比、Signal to Noise ratio)における通信を考えると、数式(2)及び数式(6)は以下のようになる。

Figure 0004444300
Figure 0004444300
数式(8)ではユーザ選択の説明のため、lt(i)番目の通信相手として表記したが、i番目として表記しても一般性は崩れない。従って、マルチユーザMIMOについても同様にi番目として表記すると数式(8)は次式のようになる。
Figure 0004444300
Hereinafter, the principle of selecting a communication partner in the wireless communication device 1 will be described in detail. In the frequency utilization efficiency achievable in the propagation path shown by the equation (5), λ lt (i), 1 ,..., Λ lt (i), Mr (lt (i)) >> σ 2 When communication with a high SNR (Signal to Noise ratio) is considered, Equations (2) and (6) are as follows.
Figure 0004444300
Figure 0004444300
In the formula (8), for the explanation of the user selection, it is described as the lt (i) th communication partner, but even if it is expressed as the i th, the generality is not lost. Accordingly, when multi-user MIMO is similarly expressed as i-th, Equation (8) becomes as follows.
Figure 0004444300

更に、λ i,jをλi,jを用いて表し、

Figure 0004444300
と減衰量ai,jを定義する(0≦ai,j≦1)。減衰量ai,jを用いて、マルチユーザMIMOの達成可能な周波数利用効率の、シングルユーザMIMOの達成可能な周波数利用率からの増大度は次式で表される。
Figure 0004444300
Furthermore, λ i, j is expressed using λ i, j ,
Figure 0004444300
And attenuation amounts a i, j are defined (0 ≦ a i, j ≦ 1). Using the attenuation amount a i, j , the degree of increase in the frequency utilization efficiency achievable by multi-user MIMO from the achievable frequency utilization ratio of single-user MIMO is expressed by the following equation.
Figure 0004444300

ここでAは減衰係数の積である。シングルユーザMIMO通信では、同じ時間領域で複数の通信相手に送信できないため、通信相手が多いほどマルチユーザMIMOの周波数利用効率の増大の効果が大きくなる。トータルで達成可能な周波数利用効率は、シングルユーザMIMOの場合は数式(12)に、マルチユーザの場合は数式(13)に表される。

Figure 0004444300
Figure 0004444300
こうして、同時に通信を行う通信相手数に対する通信特性が得られる。 Here, A i is a product of attenuation coefficients. In single-user MIMO communication, since transmission to a plurality of communication partners cannot be performed in the same time domain, the effect of increasing the frequency utilization efficiency of multi-user MIMO increases as the number of communication partners increases. The frequency utilization efficiency that can be achieved in total is expressed by Equation (12) for single user MIMO and by Equation (13) for multi-user.
Figure 0004444300
Figure 0004444300
In this way, communication characteristics with respect to the number of communication partners performing simultaneous communication can be obtained.

次に、通信相手数に対する通信特性の算出について説明する。
(i)L(1)=Mr(1),L(2)=Mr(2),M'u(t)=2
ここでは、ユーザ数が「2」であり、データストリーム数が対応する端末の受信アンテナ素子数と等しい場合を考える。1番目の通信相手と2番目の通信相手のチャネル応答行列をH,Hとし、1番目の通信相手に対応する固有値の減衰量の総積値Aを求める。1番目の通信相手に対応する送信ウェイトW1、L(1)は次式で表される。

Figure 0004444300
Next, calculation of communication characteristics with respect to the number of communication partners will be described.
(i) L (1) = Mr (1), L (2) = Mr (2), M′u (t) = 2
Here, consider a case where the number of users is “2” and the number of data streams is equal to the number of receiving antenna elements of the corresponding terminal. The channel response matrixes of the first communication partner and the second communication partner are set as H 1 and H 2, and a total product value A 1 of attenuation values of eigenvalues corresponding to the first communication partner is obtained. Transmission weights W 1 and L (1) corresponding to the first communication partner are expressed by the following equations.
Figure 0004444300

数式(10)において、減衰量の積Aは数式(9)より

Figure 0004444300
と表すことができる。数式(15)の3行目から4行目でR’U、6行目から7行目でV †Hがそれぞれ除けるのは、受信素子数とデータストリームが同数であるためである。V のランクが受信素子数であり、かつH"の固有ベクトルであるため、H"に乗算しても固有値の分布に何ら影響しない。 In Equation (10), the product A 1 of attenuation is obtained from Equation (9).
Figure 0004444300
It can be expressed as. The reason why R 1 'U 1 is removed from the 3rd to 4th lines and V 1 V 1 † H is removed from the 3rd to 4th lines of Equation (15) is the same as the number of receiving elements and the number of data streams. Because. V 1 is the number of receiving elements rank †, and "since the eigenvector of, H 1 V 2" H 1 V 2 no effect on the distribution of the eigenvalues be multiplied to.

また、数式(13)と
det(I−AA)=det(I−AA
の関係から、

Figure 0004444300
が成り立つ。数式(16)によれば、信号劣化量推定回路107は、新たに固有値に対応しない信号空間V"やV"を求めることなく、数式(16)を求めるだけで2つの通信相手における信号減衰量の積を得ることができる。複素数の乗算回数でこの演算負荷を比較すると、直交化法などを用いてV"やV"を求める場合は3乗のオーダーの計算であるのに対し、数式(16)の計算は送信素子数に対しては1乗のオーダーであり、演算量は大変削減されることとなる。この場合の各通信相手に対する達成可能な周波数利用効率は次式で表される。
Figure 0004444300
In addition, Equation (13) and det (I−A H A) = det (I−AA H )
From the relationship
Figure 0004444300
Holds. According to the equation (16), the signal degradation amount estimation circuit 107 does not newly obtain the signal space V 1 ″ or V 2 ″ that does not correspond to the eigenvalue, but merely obtains the equation (16), so that the signals at the two communication partners can be obtained. A product of attenuation can be obtained. Comparing this calculation load with the number of multiplications of complex numbers, when V 1 "or V 2 " is obtained using the orthogonalization method or the like, the calculation of the formula (16) is transmitted while it is a calculation of the third power. The number of elements is on the order of the first power, and the amount of calculation is greatly reduced. In this case, the achievable frequency utilization efficiency for each communication partner is expressed by the following equation.
Figure 0004444300

(ii)L(i)=Mr(i),i=1,2,…,M'u(t)
次に、ユーザ数がM'u(t)、データストリーム数が対応する端末の受信アンテナ素子数と等しい場合を考える。1番目〜M'u(t)番目の通信相手のチャネル応答行列をH,…,HM'u(t)とし、1番目の通信相手に対応する固有値の減衰量の総積値Aを求める。ここで、各通信相手に対するシングルユーザMIMOの1番目の通信相手に対応する、同一タイミングで同一周波数帯に送信する、1番目以外の通信相手のチャネル応答行列の集合行列H+ に対して、特異値分解を行う。

Figure 0004444300
(ii) L (i) = Mr (i), i = 1, 2,..., M′u (t)
Next, consider a case where the number of users is M′u (t) and the number of data streams is equal to the number of receiving antenna elements of the corresponding terminal. The channel response matrix of the first to M′u (t) communication partners is H 1 ,..., H M′u (t), and the total product value A 1 of the attenuation values of the eigenvalues corresponding to the first communication partner. Ask for. Here, for a set matrix H + 1 of channel response matrices of communication partners other than the first one that transmits to the same frequency band at the same timing, corresponding to the first communication partner of single user MIMO for each communication partner, Perform singular value decomposition.
Figure 0004444300

よって、1番目の通信相手に対応する送信ウェイトW1,L(t)はV と表すことができる。V はHV の送信側固有ベクトルである。減衰量の総積値Aは数式(15)から

Figure 0004444300
と表すことができる。数式(19)の3行目から4行目でV †Hが除けるのは、受信素子数とデータストリームが同数であるため、V のランクが受信素子数であり、かつH の固有ベクトルであるため、H に乗算しても固有値の分布に何ら影響しないためである。 Therefore, transmission weight W 1 corresponding to the first communication partner, L (t) is V 1 - can be expressed as V 1 †. V 1 is a transmission side eigenvector of HV 1 . The total product value A 1 of the attenuation amount is obtained from Equation (15).
Figure 0004444300
It can be expressed as. The reason why V 1 V 1 † H is removed from the third to fourth lines of Equation (19) is that the number of receiving elements and the number of data streams are the same, so the rank of V 1 † is the number of receiving elements, and because it is the eigenvector, H 1 V 1 - - H 1 V 1 is because no effect on the distribution of the eigenvalues be multiplied to.

数式(19)によれば、V が求まれば、数式(13)から達成可能な周波数利用効率が推定できる。V は2番目〜M’u(t)番目の通信相手の信号空間であるから、QR分解を用いて以下のように表せる。

Figure 0004444300
ここで、(V )はQR分解におけるQに対応する(M×M)のユニタリ行列、Γは(M×L(1))の上三角行列である。L(1)は1番目の通信相手に形成するデータストリーム数の和である。上三角行列Γの「0」でない要素を含む、上側の(L(1)×L(1))行列をΓ と定義すると、V は次式のように表せる。
Figure 0004444300
According to Equation (19), if V 1 + is obtained, the frequency utilization efficiency that can be achieved from Equation (13) can be estimated. Since V 1 + is the signal space of the second to M′u (t) communication partners, it can be expressed as follows using QR decomposition.
Figure 0004444300
Here, (V 1 + V 1 ) is a unitary matrix of (M t × M t ) corresponding to Q in QR decomposition, and Γ 1 is an upper triangular matrix of (M t × L + (1)). L + (1) is the sum of the number of data streams formed in the first communication partner. If an upper (L + (1) × L + (1)) matrix including elements other than “0” of the upper triangular matrix Γ 1 is defined as Γ 1 + , V 1 + can be expressed as the following equation.
Figure 0004444300

よって、数式(19)は次式のようになる。

Figure 0004444300
数式(22)によれば、信号劣化量推定回路107は新たに固有値に対応しない信号空間V"やV"を求めることなく、数式(22)を求めるだけで2つのある組み合わせにおける通信相手に対する信号減衰量の積を得ることができる。
例えば、通信相手が「3」の場合、数式(22)は次式となる。
Figure 0004444300
Therefore, Equation (19) is as follows.
Figure 0004444300
According to the equation (22), the signal degradation amount estimation circuit 107 does not newly obtain the signal space V 1 ″ or V 2 ″ that does not correspond to the eigenvalue, but merely obtains the equation (22), and the communication partner in the two combinations. Can be obtained as a product of signal attenuation with respect to.
For example, when the communication partner is “3”, Equation (22) is as follows.
Figure 0004444300

ここで、

Figure 0004444300
よって、数式(23)の一行目のf2部において、(L(1)×L(1))行列のΞ 、Ξ の演算を行えば、減衰量Aは数式(23)を用いることによって、BD法により直接演算するよりも簡易に求めることができる。

here,
Figure 0004444300
Accordingly, if the calculation of 目 1 and 数 式 2 of the (L (1) × L (1)) matrix is performed in the f2 part of the first row of Equation (23), Equation (23) is used as the attenuation A 1. Therefore, it can be obtained more easily than the direct calculation by the BD method.

通信相手が「3」より多い場合においても、数式(22)の5行目f1部は特殊な要素で構成されたエルミート行列であるため、実際の行列サイズより簡易に逆行列を算出することが可能である。   Even when there are more communication partners than “3”, the fifth line f1 part of the formula (22) is a Hermitian matrix composed of special elements, so that the inverse matrix can be easily calculated from the actual matrix size. Is possible.

(iii)L(i)≦Mr(i),i=1,2,…,M'u(t)
次に、ユーザ数がM'u(t)、データストリーム数が対応する端末の受信アンテナ素子数以下となる場合を考える。この場合、1番目の通信相手に対する減衰量の積Aは、数式(19)から次式のように近似される。

Figure 0004444300
(iii) L (i) ≦ Mr (i), i = 1, 2,..., M′u (t)
Next, consider a case where the number of users is M′u (t) and the number of data streams is equal to or less than the number of receiving antenna elements of the corresponding terminal. In this case, the product A 1 of the attenuation amount for the first communication partner is approximated from Equation (19) as follows:
Figure 0004444300

ここで、V '''はVのベクトル空間からL(1)次元の基底ベクトルを抽出したものである。

Figure 0004444300
と定義した場合、V ’+は(M×L(1))行列、V ’−は(M×(M−L(1)))行列となる。
’†は、H ’−を特異値分解した際に得られる固有値に対応する固有ベクトルであり、次式となる。
Figure 0004444300
Here, V 1 ′ ″ is an L (1) -dimensional basis vector extracted from the vector space of V 1 .
Figure 0004444300
V 1 ′ + is a (M t × L (1)) matrix, and V 1 ′ − is a (M t × (M t −L (1))) matrix.
V 1 ′ † is an eigenvector corresponding to the eigenvalue obtained when singular value decomposition is performed on H 1 V 1 ′ −, and is expressed by the following equation.
Figure 0004444300

数式(25)は数式(19)の場合とは異なり、V †Hを省くことができない。よって、近似により減衰量の積Aを推定する。数式(25)は次式のように表すことができる。

Figure 0004444300
ここで、αは1以下の係数であり、データストリーム数が受信素子数に近いほど、また、送信素子数が多いほど「1」に漸近する。この値は、実環境やシミュレーション等により経験的に設定される値である。 Unlike the case of the equation (19), the equation (25) cannot omit V 1 V 1 † H. Therefore, to estimate the product A 1 attenuation by approximation. Equation (25) can be expressed as:
Figure 0004444300
Here, α 1 is a coefficient of 1 or less, and gradually approaches “1” as the number of data streams approaches the number of receiving elements and as the number of transmitting elements increases. This value is set empirically by the actual environment, simulation, or the like.

各通信相手へのデータストリーム数が受信素子数以下となる場合には、BD法では、数式(3)の受信ウェイトを更新することにより、通信空間をお互い影響せぬようにずらし、全体としての通信品質を向上する。このような場合、数式(27)において、V '''はV'の高い固有値に対応するL(1)個の固有ベクトルを選択したものより、低い固有値に対応する固有ベクトルを選んだ方が減衰量が小さくなることがありうる。そこで、V '''として、V'から異なる組み合わせを選び、数式(28)によりAを求めた推定値の平均を求める、もしくは、ある重みで足し合わせた値を減衰量として用いることができる。 When the number of data streams to each communication partner is equal to or less than the number of receiving elements, the BD method shifts the communication space so as not to affect each other by updating the reception weight of Equation (3). Improve communication quality. In this case, in Equation (27), V 1 '' ' is V 1' than the selected high corresponding to eigenvalues L (1) eigenvectors of, it is to chose eigenvector corresponding to a low eigenvalue The amount of attenuation can be small. Therefore, as V 1 ′ ″ , a different combination is selected from V 1 ′, and the average of the estimated values obtained from A 1 is calculated by Equation (28), or a value added with a certain weight is used as the attenuation amount. Can do.

として、例えば、V '''として固有値の高いものからL(1)の固有ベクトルを選択したものを用い、数式(27)から求めた減衰量の積をA'、最も固有値の高いL(1)個の固有ベクトルのうち、L(1)番目もしくは(L(1)−1)番目の固有ベクトルを(L(1)+1)番目の固有ベクトルと入れ替えた固有ベクトル群をV '''用いて得られた減衰量の積を、それぞれA"、A '''とする。ここで、高い固有ベクトルに対応する、固有ベクトルから推定されたA'が、A"、A '''と比較して最も大きい値をとる場合は、繰り返し演算後もこの高い固有ベクトルに関連する送信ウェイトで収束すると考えられ、A'をAとして用い、周波数利用効率を推定できる。A"、A '''がA'よりも大きい値をとるとすると、Aとして
β'A'+β"A"+β''' '''、β'+β"+β'''=1、
と、演算することで減衰量の積Aの推定精度を高めることが可能となる。
For example, using V 1 ′ ″ that has selected the eigenvector of L (1) from the one with the highest eigenvalue, the product of the attenuation obtained from Equation (27) is A 1 ′, and L ( 1) Among the eigenvectors, an eigenvector group obtained by replacing the L (1) th or (L (1) -1) th eigenvector with the (L (1) +1) th eigenvector is obtained using V 1 ″ ″. Let A 1 ″ and A 1 ″ denote the products of the obtained attenuation amounts. Here, A 1 ′ estimated from the eigenvectors corresponding to the higher eigenvectors becomes A 1 ″ and A 1 ″. In the case of taking the largest value in comparison, it can be considered that the transmission weight associated with this high eigenvector converges even after repeated calculations, and A 1 ′ can be used as A 1 to estimate the frequency utilization efficiency. Assuming that A 1 ″ and A 1 ”are larger than A 1 ′, A 1 is defined as β′A 1 ′ + β” A 1 ″ + β ′ ″ A 1 ′ ″ , β ′ + β ″ + β ''' = 1,
If, it is possible to increase the estimation accuracy of the product A 1 attenuation by calculating.

次に、以上の方法で推定した減衰量の積Aが正しいものとしたときの通信相手の選択方法について説明する。例えば、通信相手が「20」であり、M'u(t)ユーザずつ多重し、10回の送信時間区間において全通信相手に送信する場合を考える。1番目〜M'u(t)番目の通信相手を組み合わせた場合、BD法による達成可能な周波数利用効率は次式のように表される。

Figure 0004444300
Next, a method of selecting a communication partner when the assumed correct product A 1 of the estimated attenuation by the above method will be described. For example, consider a case where the communication partner is “20”, M′u (t) users are multiplexed and transmitted to all communication partners in 10 transmission time intervals. When the first to M′u (t) th communication partners are combined, the frequency utilization efficiency achievable by the BD method is expressed by the following equation.
Figure 0004444300

ここで、Cm、tはBD法によってt番目の送信時間区間で得られる達成可能な周波数利用効率であり、At、jはt番目の送信時間区間におけるi番目の通信相手において生じる固有値の減衰量の積である。シングルユーザにおける達成可能な周波数利用効率との比をとると、

Figure 0004444300
と、表せる。 Here, C m, t is the achievable frequency utilization efficiency obtained in the t-th transmission time interval by the BD method, and At , j are eigenvalues generated in the i-th communication partner in the t-th transmission time interval. It is the product of attenuation. Taking the ratio of the frequency utilization efficiency that can be achieved by a single user,
Figure 0004444300
It can be expressed.

数式(30)において、各タイミングで選択される通信相手M'u(t)が定数Mu、データストリーム数L(i)も組み合わせにより変更しないと仮定すると、数式(30)の2行目の第1項の積分値は常に一定になるため、第2項でBD法による通信の効果が決定される。即ち、通信相手の組み合わせを決定する際には、減衰量Aを計算するか、Aを計算する途中で得られる、Aと大きさが比例もしくは反比例する値を判定値として用いることができる。   Assuming that the communication partner M′u (t) selected at each timing in the equation (30) does not change by the combination of the constant Mu and the number of data streams L (i), the second line of the equation (30) is changed. Since the integral value of one term is always constant, the effect of communication by the BD method is determined by the second term. That is, when determining the combination of communication partners, a value that is proportional to or inversely proportional to A that is obtained while calculating the attenuation A or A can be used as the determination value.

また、各送信タイミングにより、M'u(t)を変更する場合、数式(30)のf3部の値が大きくなるような通信相手に対し、Mu(t)を大きくすることが望ましい。これは、シングルユーザにおける達成可能な周波数利用効率
s、tが高い通信相手であるほど、BD法による通信相手多重度M'u(t)を増大させる効果が大きいということを示す。このことから、予めCs、tでグループ分けを行い、それぞれの通信相手に許容できるM'u(t)を決定することで、通信相手選択のための演算量を減らすことが可能である。
In addition, when M′u (t) is changed according to each transmission timing, it is desirable to increase Mu (t) for a communication partner whose value of the f3 part of Expression (30) is large. This indicates that the higher the frequency utilization efficiency Cs , t that can be achieved by a single user, the greater the effect of increasing the communication partner multiplicity M′u (t) by the BD method. From this, it is possible to reduce the amount of calculation for selecting a communication partner by performing grouping with C s and t in advance and determining M′u (t) allowable for each communication partner.

また、通信相手を決定する際、2通信相手の組み合わせを求める演算は、それ以上(3以上)の通信相手を組み合わせる場合に比べて圧倒的に小さい。そこで、まず2通信相手同士で減衰量の積を評価し、減衰量が小さくなる通信相手同士でグループ化し、考慮する通信相手数を減らしてから、3以上の通信相手の多重を考慮することにより、演算量を削減することができる。   Further, when determining the communication partner, the calculation for obtaining the combination of the two communication partners is overwhelmingly smaller than the case of combining more (three or more) communication partners. Therefore, by first evaluating the product of attenuation between two communication partners, grouping together communication partners with smaller attenuation, reducing the number of communication partners to be considered, and considering multiplexing of three or more communication partners The amount of calculation can be reduced.

また、上述の演算方法は、直交周波数分割多重や、符号分割多重において、付加的にBD法を用いる際や、BD法以外のマルチユーザMIMO送信技術を用いる場合にも適用可能である。周波数分割多重通信では、全ての周波数帯のチャネル応答行列に対し、本発明の方法による固有値の減衰量を推定し、それらの総和や、平均を用いて通信相手を選択する。このとき、全ての周波数帯の情報を用いるだけでなく、一つ、もしくは、複数の周波数帯のチャネル応答行列を選択し、それらの結果から通信相手の選択を行うこともできる。選択する周波数帯としては、予め定めておくか、またはSNRの高い周波数帯を選択することができる。直交周波数分割多元接続において、周波数ブロックに対し多重する通信相手を、全ての周波数帯のチャネル応答行列、もしくは一つ、もしくは複数の周波数帯のチャネル応答行列を用いて、本発明の方法を適用した結果から対応する周波数ブロックに選択する通信相手を決定していくこともできる。   In addition, the above-described calculation method can be applied to a case where a BD method is additionally used in orthogonal frequency division multiplexing or code division multiplexing, or a case where a multi-user MIMO transmission technique other than the BD method is used. In frequency division multiplex communication, the attenuation of eigenvalues by the method of the present invention is estimated for channel response matrices of all frequency bands, and a communication partner is selected using the sum or average of them. At this time, not only the information of all frequency bands is used, but also the channel response matrix of one or a plurality of frequency bands can be selected, and the communication partner can be selected from the results. The frequency band to be selected can be determined in advance or a frequency band having a high SNR can be selected. In orthogonal frequency division multiple access, the method of the present invention is applied using channel response matrices of all frequency bands or channel response matrices of one or more frequency bands as communication partners to be multiplexed with respect to frequency blocks. It is also possible to determine a communication partner to be selected for the corresponding frequency block from the result.

前述のようにして、選択された通信相手に対し、特異値分解を数式(5)のように行い、固有値λを求め、この固有値が通信路のSNR(Signal to noise ratio)に対応することから、買う通信相手の各データストリームに対し、適切な伝送モードを決定することができる。または、減衰量Aからこの伝送モードを決定することができる。i番目の通信相手にマルチユーザMIMO送信における周波数利用効率は数式11で表すことができる。ここで、数式11の右辺第一項は数式7で近似できることに注目し、数式11を書き直すと、

Figure 0004444300
と表すことができる。数式31の3行目の括弧内の値はマルチユーザMIMO送信時にi番目の通信相手のj番目のデータストリームに対応するSNRの期待値になっており、このように推定されたSNRを元に、伝送モードを決定できる。 As described above, the singular value decomposition is performed on the selected communication partner as shown in Equation (5) to obtain the eigenvalue λ , and this eigenvalue corresponds to the SNR (Signal to noise ratio) of the communication path. Thus, an appropriate transmission mode can be determined for each data stream of the communication partner to be purchased. Alternatively, the transmission mode can be determined from the attenuation amount A. Frequency utilization efficiency in multi-user MIMO transmission to the i-th communication partner can be expressed by Equation 11. Note that the first term on the right side of Equation 11 can be approximated by Equation 7, and rewriting Equation 11:
Figure 0004444300
It can be expressed as. The value in parentheses on the third line of Equation 31 is the expected SNR value corresponding to the j-th data stream of the i-th communication partner during multi-user MIMO transmission, and based on the SNR estimated in this way The transmission mode can be determined.

図2は、本発明第1の実施形態である無線通信装置1における送信処理のフローチャートである。通信を行う前に、無線通信装置1は、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列及びシングルユーザ通信時の伝送品質を取得する(ステップS200)。通信相手の組み合わせによる固有値の減衰量の積の推定を行う(ステップS201)。数式(11)を用いて、BD法を用いた際の周波数利用効率を推定し、シングルユーザ通信時より改善が大きい通信相手の組み合わせを決定する(ステップS202)。推定された周波数利用効率、もしくは選択された通信相手で新たに詳細に推定した伝送品質を元に送信データを生成する(ステップS203)。選択された通信相手以外の通信相手についても同様に伝送速度を増大する組み合わせがあるのを評価し、順次送信を行う。   FIG. 2 is a flowchart of transmission processing in the wireless communication device 1 according to the first embodiment of the present invention. Before performing communication, the wireless communication apparatus 1 acquires a channel response matrix for a communication partner that performs transmission and transmission quality at the time of single user communication (step S200). The product of the attenuation values of the eigenvalues by the combination of communication partners is estimated (step S201). Using Equation (11), the frequency utilization efficiency when using the BD method is estimated, and a combination of communication partners with a greater improvement than that during single user communication is determined (step S202). Transmission data is generated based on the estimated frequency utilization efficiency or the transmission quality newly estimated in detail by the selected communication partner (step S203). Similarly, communication partners other than the selected communication partner are evaluated for combinations that increase the transmission rate, and transmission is performed sequentially.

図3は、本発明第2の実施形態である無線通信装置1における送信処理のフローチャートである。通信を行う前に、無線通信装置1は、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列及びシングルユーザ通信時の伝送品質を取得する(ステップS300)。シングルユーザ時の伝送品質を用いて各通信相手に許容できる最大多重数を決定する(ステップS301)。最大多重数以下の組み合わせで固有値の減衰量の積を推定する(ステップ302)。数式(11)を用いて、BD法を用いた際の周波数利用効率を推定し、シングルユーザ通信時より改善が大きい通信相手の組み合わせを決定する(ステップS303)。推定された周波数利用効率、もしくは選択された通信相手で新たに詳細に推定した伝送品質を元に送信データを生成する(ステップS304)。選択された通信相手以外の通信相手についても同様に伝送速度を増大する組み合わせがあるのを評価し、順次送信を行う。   FIG. 3 is a flowchart of a transmission process in the wireless communication apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention. Before performing communication, the wireless communication apparatus 1 acquires a channel response matrix for a communication partner that performs transmission and transmission quality during single-user communication (step S300). The maximum multiplex number allowable for each communication partner is determined using the transmission quality at the time of single user (step S301). A product of attenuation values of eigenvalues is estimated with a combination of the maximum number of multiplexing or less (step 302). Using Equation (11), the frequency utilization efficiency when using the BD method is estimated, and a combination of communication partners with a greater improvement than during single user communication is determined (step S303). Transmission data is generated based on the estimated frequency utilization efficiency or the transmission quality newly estimated in detail by the selected communication partner (step S304). Similarly, communication partners other than the selected communication partner are evaluated for combinations that increase the transmission rate, and transmission is performed sequentially.

図4は、本発明第3の実施形態である無線通信装置における送信処理のフローチャートである。通信を行う前に、無線通信装置1は、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列及びシングルユーザ通信時の伝送品質を取得する(ステップS400)。2通信相手ずつで組にした際の固有値の減衰量の積を推定する(ステップS401)。2通信相手での組み合わせで、減衰量の積が小さくなる通信相手同士でグループ化する(ステップS402)。グループ内で新たに2通信相手以上の組み合わせで固有値の減衰量の積を推定する(ステップS403)。   FIG. 4 is a flowchart of transmission processing in the wireless communication apparatus according to the third embodiment of the present invention. Before performing communication, the wireless communication device 1 acquires a channel response matrix for a communication partner that performs transmission and transmission quality during single-user communication (step S400). The product of the attenuation values of the eigenvalues when the two communication partners are paired is estimated (step S401). In the combination of two communication partners, communication partners having a smaller attenuation product are grouped (step S402). A product of attenuation values of eigenvalues is newly estimated for a combination of two or more communication partners in the group (step S403).

数式(11)を用いて、BD法を用いた際の周波数利用効率を推定し、シングルユーザ通信時より改善が大きい通信相手の組み合わせを決定する(ステップS404)。推定された周波数利用効率、もしくは選択された通信相手で新たに詳細に推定した伝送品質を元に送信データを生成する(ステップS405)。選択された通信相手以外の通信相手についても同様に伝送速度を増大する組み合わせがあるのを評価し、順次送信を行う。   Using Equation (11), the frequency utilization efficiency when using the BD method is estimated, and a combination of communication partners that is improved more than that during single-user communication is determined (step S404). Transmission data is generated based on the estimated frequency utilization efficiency or the transmission quality newly estimated in detail by the selected communication partner (step S405). Similarly, communication partners other than the selected communication partner are evaluated for combinations that increase the transmission rate, and transmission is performed sequentially.

図5は、本発明第4の実施形態である無線通信装置における送信処理のフローチャートである。通信を行う前に、無線通信装置は、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列及びシングルユーザ通信時の伝送品質を取得する(ステップS500)。シングルユーザ時の伝送品質を用いて各通信相手に許容できる最大多重数を決定する(ステップS501)。最大多重数以下の組み合わせで固有値の減衰量の積を推定する(ステップ502)。減衰量の積が通信相手多重数とシングルユーザ時の伝送品質に対して規定値以上であるかどうかを判定する(ステップS503)。ステップS503において規定値より小さい場合は、通信相手の多重数を下げ(ステップS504)、通信相手の組み合わせによる固有値の減衰量数を再び推定し(ステップS505)、判定する(ステップ503)。   FIG. 5 is a flowchart of transmission processing in the wireless communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Before performing communication, the wireless communication apparatus acquires a channel response matrix for a communication partner to perform transmission and transmission quality at the time of single user communication (step S500). The maximum multiplex number allowable for each communication partner is determined using the transmission quality at the time of single user (step S501). A product of attenuation values of eigenvalues is estimated with a combination of the maximum number of multiplexing or less (step 502). It is determined whether or not the product of attenuation is equal to or greater than a prescribed value with respect to the communication partner multiplexing number and the transmission quality at the time of single user (step S503). If it is smaller than the prescribed value in step S503, the number of multiplexed communication partners is decreased (step S504), the number of attenuations of eigenvalues due to the combination of communication partners is estimated again (step S505), and the determination is made (step 503).

ステップS503で規定値以上となった場合は、数式(11)を用いて、規定値以上となった組み合わせでBD法を用いた際の周波数利用効率を推定し、シングルユーザ通信時より改善が大きい通信相手の組み合わせを決定する(ステップS506)。推定された周波数利用効率、もしくは選択された通信相手で新たに詳細に推定した伝送品質を元に送信データを生成する(ステップS507)。選択された通信相手以外の通信相手についても同様に伝送速度を増大する組み合わせがあるのを評価し、順次送信を行う。   When the value exceeds the specified value in step S503, the frequency utilization efficiency when using the BD method with the combination exceeding the specified value is estimated using Equation (11), and the improvement is greater than that during single user communication. A combination of communication partners is determined (step S506). Transmission data is generated based on the estimated frequency utilization efficiency or the transmission quality newly estimated in detail by the selected communication partner (step S507). Similarly, communication partners other than the selected communication partner are evaluated for combinations that increase the transmission rate, and transmission is performed sequentially.

以上述べたような無線通信方法に関して、受信アンテナ素子数と各通信相手へのデータストリーム数が同数である場合における効果を以下に検討する。
通信相手として3ユーザを考え、各通信相手が受信アンテナを2素子有し、送信8素子の基地局から、下り通信を行うことを考える。各通信相手と基地局との間のチャネル応答行列はそれぞれ8×2の行列で与えられ、各要素は完全無相関、複素ガウス分布で定義し、計算機シミュレーションを行った。各通信相手間で送受1素子の通信を行った際の平均SNRを35[dB]となるように設定した。図6は、BD法により直接達成可能な周波数利用効率を数式(6)から求めた結果をy軸に、本発明による方法により推定した数式(11)より得られる周波数利用効率をx軸にとった結果である。図6より、対角線上に点が分布していることが示され、高い精度で周波数利用効率が推定されていることがわかる。
Regarding the wireless communication method as described above, the effect in the case where the number of receiving antenna elements and the number of data streams to each communication partner are the same will be examined below.
Consider three users as communication partners, and consider that each communication partner has two receiving antennas and performs downlink communication from a base station with eight transmitting elements. The channel response matrix between each communication partner and the base station is given as an 8 × 2 matrix, and each element is defined by a completely uncorrelated and complex Gaussian distribution, and a computer simulation was performed. The average SNR when communication between one communication element and another communication element was performed was set to be 35 [dB]. FIG. 6 shows the result of obtaining the frequency utilization efficiency directly achievable by the BD method from Equation (6) on the y axis, and the frequency utilization efficiency obtained from Equation (11) estimated by the method according to the present invention on the x axis. It is a result. FIG. 6 shows that the points are distributed on the diagonal line, and it can be seen that the frequency use efficiency is estimated with high accuracy.

次に、各通信相手へのデータストリーム数が受信アンテナ素子数以下の場合について本発明の方法の効果を検証する。
通信相手として2ユーザを考え、各通信相手が受信アンテナを3素子有し、送信8素子の基地局から、下り通信を行うことを考える。各通信相手と基地局との間のチャネル応答行列はそれぞれ8×3の行列で与えられ、各要素は完全無相関、複素ガウス分布で定義し、計算機シミュレーションを行った。各通信相手間で送受1素子の通信を行った際の平均SNRを35[dB]となるように設定した。
Next, the effect of the method of the present invention is verified when the number of data streams to each communication partner is equal to or less than the number of receiving antenna elements.
Consider two users as communication partners, and consider that each communication partner has three receiving antennas and performs downlink communication from a base station with eight transmitting elements. The channel response matrix between each communication partner and the base station is given as an 8 × 3 matrix, and each element is defined by a completely uncorrelated and complex Gaussian distribution, and a computer simulation was performed. The average SNR when communication between one communication element and another communication element was performed was set to be 35 [dB].

数式(27)と数式(11)より得られる周波数利用効率を推定し、数式(27)において、V '''として、高い第1固有値、第2固有値に対応する固有ベクトルを用いることとした。図7は、BD法により直接達成可能な周波数利用効率を数式(6)から求めた結果をy軸に、本発明による方法により推定した数式(11)より得られる周波数利用効率をx軸にとった結果を示す図である。BD法による直接推定法は、数式(3)で定義する受信ウェイトを、送信ウェイトが決定されるたびに更新し、5回繰り返して演算を行った結果である。図7より、データストリーム数が受信素子数より低い場合には推定精度が劣化するが、実際の周波数利用効率と高い相関を持つ値が推定できることがわかる。 The frequency utilization efficiency obtained from Equation (27) and Equation (11) was estimated, and in Equation (27), eigenvectors corresponding to high first eigenvalues and second eigenvalues were used as V i ′ ″ . FIG. 7 shows the result of obtaining the frequency utilization efficiency directly achievable by the BD method from Equation (6) on the y axis, and the frequency utilization efficiency obtained from Equation (11) estimated by the method of the present invention on the x axis. It is a figure which shows the result. The direct estimation method based on the BD method is a result obtained by updating the reception weight defined by Equation (3) every time a transmission weight is determined and repeating the calculation five times. As can be seen from FIG. 7, when the number of data streams is lower than the number of receiving elements, the estimation accuracy deteriorates, but a value having a high correlation with the actual frequency utilization efficiency can be estimated.

同様に、通信相手として2ユーザを考え、各通信相手が受信アンテナを3素子有し、送信8素子の基地局から、下り通信を行うことを考える。各通信相手と基地局との間のチャネル応答行列はそれぞれ8×3の行列で与えられ、各要素は完全無相関、複素ガウス分布で定義し、計算機シミュレーションを行った。各通信相手間で送受1素子ずつの通信を行った際の平均SNRを35[dB]となるように設定した。   Similarly, consider two users as communication partners, and consider that each communication partner has three reception antennas and performs downlink communication from a base station with eight transmission elements. The channel response matrix between each communication partner and the base station is given as an 8 × 3 matrix, and each element is defined by a completely uncorrelated and complex Gaussian distribution, and a computer simulation was performed. The average SNR at the time of performing communication for each element of transmission / reception between each communication partner was set to be 35 [dB].

数式(27)と数式(11)より得られる周波数利用効率を推定し、数式(27)において、V '''として、高い第1固有値、第2固有値に対応する固有ベクトルを用い、更に数式(19)におけるV'+ としても、当該通信相手以外のもう一つの通信相手の、高い値を持つ第1固有値、第2固有値に対応する固有ベクトル、及び第1固有値、第3固有値に対応する固有ベクトルを用い、それぞれ高い固有値に対応する同士から得られる減衰量の積A 、V '''として高い固有値に対応する固有ベクトルを選択し、V'+ として第1、第3固有ベクトルを用いて計算した減衰量の積A'' 、V '''として高い固有値に対応する固有ベクトルを選択し、V'+ として第1、第2固有ベクトルを用いて計算した減衰量の積A''' をそれぞれ演算し、減衰量Aとして
β'A'+β"A"+β''' '''、β'+β"+β'''=1、
で定義できる値を用いた。
The frequency utilization efficiency obtained from Equation (27) and Equation (11) is estimated. In Equation (27), eigenvectors corresponding to the high first eigenvalue and second eigenvalue are used as V i ″ ″ , As V ′ + i in 19), the first eigenvalue having a high value, the eigenvector corresponding to the second eigenvalue, and the eigenvector corresponding to the first eigenvalue and the third eigenvalue of another communication partner other than the communication partner , The eigenvectors corresponding to the high eigenvalues are selected as the products A i and V i ′ ”of attenuation obtained from the respective corresponding to the high eigenvalues, and the first and third eigenvectors are used as V ′ + i . Attenuation products A i , V i ′ ” calculated in the above are selected as eigenvectors corresponding to high eigenvalues, and attenuation products A calculated using the first and second eigenvectors as V ′ + i are selected. '' i the its Each calculated, β'A 1 '+ β "A 1" + β''' A 1 as the attenuation amount A i ''',β' + β "+ β '''= 1,
The value that can be defined by is used.

ここで、
>A'' 、A >A''' の際には、β'=1、β"=β'''=0、
<A'' 、A >A''' の際には、β'=0.75、β"=0.25、β'''=0、
>A'' 、A <A''' の際には、β'=0.75、β"=0、β'''=0.25、
<A'' 、A <A''' の際には、β'=0.5、β"=0.25、β'''=0.25、
とした。
図8は、BD法により直接達成可能な周波数利用効率を数式(6)から求めた結果をy軸に、本発明の方法により推定した周波数利用効率をx軸にとった結果を示す図である。BD法による直接推定法は、数式(3)で定義する受信ウェイトを、送信ウェイトが決定されるたびに更新し、5回繰り返し演算を行った後の結果である。このように制御することによって、図7より、推定精度を高めることが可能となる。
here,
When A i > A i and A i > A ′ ″ i , β ′ = 1, β ″ = β ′ ″ = 0,
A 'i <A'' i ,A' i> A ''' at the time of i is, β' = 0.75, β " = 0.25, β '''= 0,
When A i > A i and A i <A ′ ″ i , β ′ = 0.75, β ″ = 0, β ′ ″ = 0.25,
When A i <A i and A i <A ′ ″ i , β ′ = 0.5, β ″ = 0.25, β ′ ″ = 0.25,
It was.
FIG. 8 is a diagram showing the results of obtaining the frequency utilization efficiency directly achievable by the BD method from Equation (6) on the y axis and the frequency utilization efficiency estimated by the method of the present invention on the x axis. . The direct estimation method based on the BD method is a result after updating the reception weight defined by Equation (3) every time the transmission weight is determined and performing the calculation five times. By controlling in this way, it is possible to improve the estimation accuracy from FIG.

以上説明したように、本発明によれば、複数の通信相手(局)宛てに、1つ又は複数の信号系列を同周波数チャネル上で同時刻に、空間体重を用いてMIMO通信を実施する際に、最適な送信ウェイトの組み合わせを選択することで、良好な通信特性を実現することが可能となる。   As described above, according to the present invention, when performing MIMO communication using one or more signal sequences on the same frequency channel at the same time and using spatial weight for a plurality of communication partners (stations). In addition, it is possible to realize good communication characteristics by selecting an optimal combination of transmission weights.

また、図1における無線通信装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより無線通信を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed to execute wireless communication. You may go. The “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in the computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る無線通信装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the wireless communication apparatus according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.

本実施の形態に係る無線通信装置1(送信部)のブロック構成を示す図The figure which shows the block configuration of the radio | wireless communication apparatus 1 (transmission part) which concerns on this Embodiment. 本発明の第1の実施の形態における送信処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the transmission process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における送信処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the transmission process in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における送信処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the transmission process in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における送信処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the transmission process in the 4th Embodiment of this invention. ユーザ数3、送信素子数8、受信素子数2の場合の、BD法及び本発明の方法による周波数利用効率の推定結果を示す図The figure which shows the estimation result of the frequency utilization efficiency by the BD method and the method of this invention in case of the number of users 3, the number of transmitting elements 8, and the number of receiving elements 2 ユーザ数2、送信素子数8、受信素子数3、データストリーム数2の場合の、BD法及び本発明の方法による周波数利用効率の推定結果を示す図The figure which shows the estimation result of the frequency utilization efficiency by the BD method and the method of this invention in the case of the number of users 2, the number of transmitting elements 8, the number of receiving elements 3, and the number of data streams 2 ユーザ数2、送信素子数8、受信素子数3、データストリーム数2の場合の、BD法及び本発明の方法による周波数利用効率の推定結果を示す図The figure which shows the estimation result of the frequency utilization efficiency by the BD method and the method of this invention in the case of the number of users 2, the number of transmitting elements 8, the number of receiving elements 3, and the number of data streams 2 従来の無線通信装置801(送信部)のブロック構成を示す図The figure which shows the block configuration of the conventional radio | wireless communication apparatus 801 (transmission part).

符号の説明Explanation of symbols

1………無線通信装置
100−1………データ出力回路
100−2………データ分割回路
101−1、…、101−L………変調回路
102………送信信号変換回路
103−1、103−2、…、103−M………無線部
104−1、104−2、…、104−M………アンテナ
105………チャネル情報取得回路
106………送信空間ベクトル演算回路
107………信号劣化量推定回路
108………通信相手選択回路
109………送信ウェイト演算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Wireless communication apparatus 100-1 ......... Data output circuit 100-2 ......... Data division circuit 101-1, ..., 101-L ......... Modulation circuit 102 ......... Transmission signal conversion circuit 103-1 , 103-2,..., 103-M t ... Wireless section 104-1, 104-2,..., 104-M t .. Antenna 105... Channel information acquisition circuit 106. Circuit 107... Signal degradation amount estimation circuit 108... Communication partner selection circuit 109.

Claims (4)

複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手に対し、同時刻、同一周波数帯に信号を送信する際の通信相手の選択し、通信を行う無線通信方法であって、
通信を行う各通信相手に対する、送信空間基底ベクトルを演算するステップと、
送信空間ベクトルから、同時刻、同一周波数帯で送信する通信相手を選択した際に生じる信号電力の減衰量の積を、
Figure 0004444300


または
Figure 0004444300

(A、A:それぞれ、1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネルの減衰量を積算した値。Mu'(l):通信相手数。I:単位行列。V1:1番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列、V’1、V’2:1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列の内、固有値に対応する列ベクトル群、H:共役複素行列)
をもって推定
するステップと、
該減衰量の積から、予め定めた条件に最もよく一致する通信相手同士を選択するステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method comprising a plurality of antenna elements, selecting a communication partner when transmitting a signal to the same time and the same frequency band for a plurality of communication partners, and performing communication,
Calculating a transmission space basis vector for each communication partner performing communication;
From the transmission space vector, the product of the amount of signal power attenuation that occurs when selecting a communication partner to transmit at the same time and the same frequency band,
Figure 0004444300


Or
Figure 0004444300

(A 1 , A 2 : values obtained by integrating the attenuation amounts of the first and second communication partners. Mu ′ (l): number of communication partners, I: unit matrix, V 1 : first Right singular matrix of channel response matrix of communication partner, V ′ 1 , V ′ 2 : first, and column vector group corresponding to eigenvalues among right singular matrix of channel response matrix of second communication partner, H: Conjugate complex matrix)
Estimating with
Selecting communication partners that best match a predetermined condition from the product of the attenuation amount; and
A wireless communication method comprising:
複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手に対し、同時刻、同一周波数帯に信号を送信する際の通信相手の選択し、通信を行う無線通信方法であって、
通信を行う各通信相手に対する、送信空間基底ベクトルを演算するステップと、
送信空間ベクトルから、同時刻、同一周波数帯で送信する通信相手を選択した際に生じる信号電力の減衰量の積を、
Figure 0004444300

または
Figure 0004444300

(A、A:それぞれ、1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネルの減衰量を積算した値。Mu'(l):通信相手数。I:単位行列。V1:1番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列、V’1、V’2:1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列の内、固有値に対応する列ベクトル群、H:共役複素行列)
をもって推定するステップと、
該推定量の積から、変調方式や符号化率からなる伝送モードを選択するステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method comprising a plurality of antenna elements, selecting a communication partner when transmitting a signal to the same time and the same frequency band for a plurality of communication partners, and performing communication,
Calculating a transmission space basis vector for each communication partner performing communication;
From the transmission space vector, the product of the amount of signal power attenuation that occurs when selecting a communication partner to transmit at the same time and the same frequency band,
Figure 0004444300

Or
Figure 0004444300

(A 1 , A 2 : values obtained by integrating the attenuation amounts of the first and second communication partners. Mu ′ (l): number of communication partners, I: unit matrix, V 1 : first Right singular matrix of channel response matrix of communication partner, V ′ 1 , V ′ 2 : first, and column vector group corresponding to eigenvalues among right singular matrix of channel response matrix of second communication partner, H: Conjugate complex matrix)
Estimating with
Selecting a transmission mode comprising a modulation scheme and a coding rate from the product of the estimated amounts;
A wireless communication method comprising:
複数のアンテナ素子を備える送信装置から、複数の通信相手局に対し、一つ又は複数の信号系列を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信装置であって、
2以上の複数本のアンテナを具備し、
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へ出力し、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、通信相手に対するチャネル情報を推定し、送信空間ベクトル演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報回路から入力された前記チャネル情報を元に、送信空間ベクトル群を演算する送信空間ベクトル演算回路と、
前記送信空間ベクトル演算回路から入力される送信空間ベクトル群から、通信相手を組み合わせた際に生じる信号電力の減衰量の積を
Figure 0004444300

または
Figure 0004444300

(A 、A :それぞれ、1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネルの減衰量を積算した値。Mu'(l):通信相手数。I:単位行列。V 1 :1番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列、V’ 1 、V’ 2 :1番目、ならびに、2番目の通信相手のチャネル応答行列の右特異行列の内、固有値に対応する列ベクトル群、H:共役複素行列)
をもって推定し、通信相手選択回路に出力する信号劣化量推定回路と、
前記信号劣化量推定回路から入力された減衰量の積を元に、通信相手を選択し、選択した通信相手を送信ウェイト演算回路に出力する通信相手選択回路と、
前記選択された通信相手のチャネル情報を、前記チャネル情報取得回路から取得し、送信ウェイトと、変調方式や符号化率、インターリーブの方法からなる伝送モードを決定し、データ分割回路と送信信号変換回路に出力する送信ウェイト演算回路と、
送信データを、変調方式に応じて通信系列数に分割するデータ分割回路と、
前記各信号系列に分割された送信データを変調する変調回路と、
前記変調された送信データに前記送信ウェイト演算回路で決定された送信ウェイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された前記無線部に出力を行う送信信号変換回路と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
Wireless communication in a wireless communication system capable of spatially multiplexing and transmitting one or a plurality of signal sequences at the same frequency channel and the same time to a plurality of communication partner stations from a transmission apparatus including a plurality of antenna elements A device,
Two or more antennas,
A radio unit connected to each antenna element, converting a received signal to a baseband signal at the time of reception, outputting to a channel information acquisition circuit, and transmitting a transmission signal from the antenna element as a radio signal at the time of transmission;
A channel information acquisition circuit that estimates channel information for a communication partner from a signal input from the wireless unit and outputs the channel information to a transmission space vector arithmetic circuit;
A transmission space vector arithmetic circuit for calculating a transmission space vector group based on the channel information input from the channel information circuit;
From the transmission space vector group input from the transmission space vector arithmetic circuit, the product of the attenuation amount of the signal power generated when combining communication partners ,
Figure 0004444300

Or
Figure 0004444300

(A 1 , A 2 : values obtained by integrating the attenuation amounts of the first and second communication partners. Mu ′ (l): number of communication partners, I: unit matrix, V 1 : first Right singular matrix of channel response matrix of communication partner, V ′ 1 , V ′ 2 : first, and column vector group corresponding to eigenvalues among right singular matrix of channel response matrix of second communication partner, H: Conjugate complex matrix)
And a signal degradation amount estimation circuit that outputs to the communication partner selection circuit, and
Based on the product of the attenuation amount input from the signal degradation amount estimation circuit selects the communication partner, and the communication party selection circuit for outputting a communication partner selected in transmission weight calculating circuit,
The channel information of the selected communication partner is acquired from the channel information acquisition circuit, a transmission weight and a transmission mode including a modulation scheme, a coding rate, and an interleaving method are determined, and a data division circuit and a transmission signal conversion circuit A transmission weight calculation circuit to output to
A data dividing circuit for dividing the transmission data into the number of communication sequences according to the modulation method;
A modulation circuit that modulates the transmission data divided into the signal series;
A transmission signal conversion circuit that multiplies the modulated transmission data by a transmission weight determined by the transmission weight calculation circuit and outputs the result to the radio unit connected to the corresponding antenna element;
A wireless communication apparatus comprising:
前記通信相手選択回路は、
前記信号劣化推定回路から入力された前記減衰量の積を元に、通信相手を決定し、選択した通信相手を前記送信ウェイト演算回路に出力し、
前記送信ウェイト演算回路は、
形成される信号路の伝送品質を推定し、変調方式、符号化率、インターリーブ方法からなる伝送モードを推定し、データ分割回路、変調回路と送信信号変換回路に出力することを特徴とする請求項3記載の無線通信装置。
The communication partner selection circuit is:
Based on the product of the attenuation amount input from the signal deterioration estimating circuit determines a communication partner, and outputs the communication partner selected on the transmission weight computation circuit,
The transmission weight calculation circuit includes:
The transmission quality of the formed signal path is estimated, the transmission mode including the modulation scheme, coding rate, and interleaving method is estimated, and output to the data division circuit, the modulation circuit, and the transmission signal conversion circuit. 3. The wireless communication device according to 3.
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