JP4481336B2 - チャネル情報予測システム及びチャネル情報予測方法 - Google Patents
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Description
T. Eyceoz, S. Hu, and A. Duel-Hallen, "Performance Analysis of Long Range Prediction for Fast Fading Channels," Proc. of 33rd Annual Conf. on Inform. Sciences and Systems CISS'99, Vol. II, pp. 656 - 661、1999年3月 T. Svantesson, A. L. Swindlehurst,"A Performance Bound for Prediction of MIMO Channels", IEEE Trans. Signal Process., vol.54, no.2, pp.520-529、2006年2月
図1は、本実施形態に係るマルチアンテナ伝送システム1の全体概略構成図である。図1に示すように、マルチアンテナ伝送システム1は、送信機100、受信機200及びチャネル情報予測システム10を含む。
引き続き図1を参照して、本実施形態に適用されるチャネルモデルについて説明する。
ここでは、本実施形態で共通して使用するAR-LPと、ビームスペース変換について説明する。
チャネル係数がARモデルに従うと想定することは、多くのチャネル予測にける共通のアプローチである。AR-LPは、チャネルの自己相関特性におけるサイドローブを利用することで実現されている。MIMO CSIの推定時刻と送信時刻の関係を図2に示す。
無限数の素波がレイリーフェージングを形成するチャネルの場合、その自己相関特性は第1種0次ベッセル関数で表される。一方で、実環境、特に端末の移動が予想される屋外環境のチャネル変動は、電力の大きい有限数の素波による影響が支配的となる。
図3は、チャネル予測部9の構成を示す機能ブロック構成図である。
ここでは、本実施形態に係る変換行列、および、線形予測手法について説明する。本実施形態では、推定されたMIMO CSIに対して方向推定技術を用いることにより、それぞれR−1個、T−1個の素波のDoA/DoD推定が可能であるものとする。
ここでは、推定された素波のDoA/DoDに基づき、変換MIMO CSIの各成分に存在する素波数を減少させることができ、かつ、条件数の良い変換行列を提案する。
において、φr,1〜φr,R-1の情報を得たとする。このDoAから、次式のように、R×(R−1)の受信アレイ応答小行列が得られる。
において、φr,R〜φr,R+T-2の情報を得たとする。送信側についても、受信側と同様の処理を行うと、次式で表される(T−1)×Tの下三角行列と、T×Tのユニタリ行列の積に分解される。
一方で、アレイ応答小行列は対角化されず、三角化されるのみであるため、変換MIMO CSIの左上成分では、存在する素波数があまり減少しない。このため、予測性能が十分には改善しない。
となる。この信号は素波R−1のみに影響を受けているため、高性能なAR-LPが期待できる。(25)式のCSIに対してAR-LPを行い、次の予測値
が得られたとすると、最終的な(R−1,T)成分の予測値は、
となる。以上の予測処理を、(Ra,Ta)成分の線形予測として一般化すると、次式で表される。
である。()については、送信側変換行列によるヌルが、受信側でDoAを推定した素波に向いてしまった場合の動作を保証するためである。理想的には、AR-LPは最大でもL−R−T+2個の素波に対して行われるだけになり、予測性能の改善が期待できる。
次に、マルチアンテナ伝送システム1の動作について説明する。
図5は、マルチアンテナ伝送システム1の全体動作を示すフローチャートである。
図6は、チャネル予測部9の動作を示すフローチャートである。
ステップS305において、線形予測部96は、変換MIMO CSIのうち次の予測対象となる成分に対し、ステップS307で計算された予測フィルタ係数を用いて線形予測を行う。なお、この線形予測は、予測時刻(予測の対象となる未来の時刻)に対してだけでなく、推定時刻(MIMO CSIを推定した時刻)に対しても行う。
再度ステップS307において、予測フィルタ係数計算部95は、素波の数が抑圧された次の予測対象となる成分について、予測フィルタ係数を計算する。
ステップS309において、線形予測部96は、次の予測対象となる成分について、計算済みの予測フィルタ係数を用いて得られた予測値(第1の予測による予測値)と、素波の抑圧後の予測値(第2の予測による予測値)とを加算し、当該次の予測対象となる成分についての最終的な予測値を得る。
次に、本実施形態によって得られる効果について、比較例を挙げて説明する。具体的には、次の(a)〜(d)の各チャネル予測方式を比較して説明する。
(b)BS-AR:ARモデルに基づく線形予測であって、シンプルなビームスペース変換行列を使用する方式(従来技術2)
(c)DBS-AR:ARモデルに基づく線形予測であって、DoA/DoDに基づくビームスペース(DBS)変換行列を使用する方式(本実施形態)
(d)DBS-AR w/SC:ARモデルに基づく線形予測であって、DoA/DoDに基づくビームスペース(DBS)変換行列を使用し、かつ、シリアルキャンセラ(SC)を導入した方式(本実施形態)
上記の方式を、計算機シミュレーションによって評価する。遅延時間τに対するチャネル予測誤差を、次式で定義するルート平均二乗誤差(RMSE)によって評価する。
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。
として定義され、||.||は行列のノルムを示す。例えば、ユークリッドノルムの場合、条件数が5以下であれば「良条件」であり、それより大きければ「悪条件」と考えることができる。そして、ユニタリ行列の場合、ユークリッドノルムが共に1であるため、条件数も1であり、「良条件」である。
Claims (5)
- 無線信号の送信側または受信側の少なくとも何れか一方において複数のアンテナが用いられるマルチアンテナ伝送システムにおいて、受信した無線信号に含まれる干渉成分の抑圧に用いられる予測フィルタ係数を計算するチャネル情報予測システムであって、
前記送信側における何れかの送信アンテナと、前記受信側における何れかの受信アンテナとの間における伝搬路特性を示すチャネル情報によって区別される複数のアンテナ間要素のうち、前記無線信号に含まれる素波の数が所定数よりも少ない前記アンテナ間要素である低素波要素を用いて前記予測フィルタ係数を計算するフィルタ係数計算部と、
前記フィルタ係数計算部によって計算された第1の前記予測フィルタ係数を用いて、前記無線信号の未来の送信時における前記チャネル情報を予測する第1の予測を実行し、かつ、前記低素波要素に含まれている前記素波の成分を抑圧するチャネル情報予測部と
を備え、
前記フィルタ係数計算部は、前記チャネル情報予測部で前記素波の成分が抑圧された低素波成分を用いて第2の前記予測フィルタ係数を計算し、
前記チャネル情報予測部は、前記第2の予測フィルタ係数を用いて、前記無線信号の未来の送信時における前記チャネル情報を予測する第2の予測を実行するチャネル情報予測システム。 - 前記チャネル情報予測部は、前記第2の予測フィルタ係数を、前記第1の予測フィルタ係数として用いて、次の前記第1の予測を実行し、かつ前記素波の成分を抑圧する請求項1に記載のチャネル情報予測システム。
- 前記フィルタ係数計算部は、前記素波の数が最も少ない前記アンテナ間要素を前記低素波要素として用いる請求項1または2に記載のチャネル情報予測システム。
- 前記チャネル情報予測部は、前記予測フィルタ係数に基づいて、前記低素波要素と異なる他の前記アンテナ間要素に含まれている前記素波の成分を抑圧し、前記素波の成分が抑圧された前記アンテナ間要素を用いて、前記無線信号の未来の送信時における前記チャネル情報を予測する請求項1乃至3の何れか一項に記載のチャネル情報予測システム。
- 無線信号の送信側または受信側の少なくとも何れか一方において複数のアンテナが用いられるマルチアンテナ伝送システムにおいて、受信した無線信号に含まれる干渉成分の抑圧に用いられる予測フィルタ係数を計算するチャネル情報予測方法であって、
前記送信側における何れかの送信アンテナと、前記受信側における何れかの受信アンテナとの間における伝搬路特性を示すチャネル情報によって区別される複数のアンテナ間要素のうち、前記無線信号に含まれる素波の数が所定数よりも少ない前記アンテナ間要素である低素波要素を用いて前記予測フィルタ係数を計算するステップと、
前記計算された第1の前記予測フィルタ係数を用いて、前記無線信号の未来の送信時における前記チャネル情報を予測する第1の予測を実行し、かつ、前記低素波要素に含まれている前記素波の成分を抑圧するステップと、
前記素波の成分が抑圧された低素波成分を用いて第2の前記予測フィルタ係数を計算するステップと、
前記第2の予測フィルタ係数を用いて、前記無線信号の未来の送信時における前記チャネル情報を予測する第2の予測を実行するステップと
を備えるチャネル情報予測方法。
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