JP4576877B2 - Wireless communication system, wireless communication apparatus, wireless communication method, and computer program - Google Patents

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
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Description

本発明は、無線LAN(Local Area Network)のように複数の無線局間で広帯域の無線伝送を実現する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成した通信(MIMO(Multi Input Multi Output)通信)を行なうことにより伝送容量の拡大する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。   The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program for realizing broadband wireless transmission between a plurality of wireless stations, such as a wireless LAN (Local Area Network), and in particular, a plurality of Transmitting by performing communication (MIMO (Multi Input Multiple Output) communication) in which a transmitter having an antenna and a receiver having a plurality of antennas are paired to form a plurality of logical channels using spatial multiplexing. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program whose capacity is increased.

さらに詳しくは、本発明は、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル行列の特異値分解(SVD)を利用したクローズドループ型のMIMO伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、空間多重により得られる複数のMIMOチャネル間の品質の差を少なくし、伝送効率のよい通信動作を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。   More specifically, the present invention relates to a radio communication system, a radio communication apparatus, and a radio that perform closed-loop type MIMO transmission using singular value decomposition (SVD) of a channel matrix whose elements are channels corresponding to transmission / reception antenna pairs. In particular, a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a wireless communication method that perform a communication operation with good transmission efficiency by reducing a difference in quality between a plurality of MIMO channels obtained by spatial multiplexing. And a computer program.

LANを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるLAN配線からユーザを解放するシステムとして、無線LANが注目されている。無線LANによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ(PC)などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。   Information network sharing and device resource sharing can be efficiently realized by computer networking such as a LAN. Here, a wireless LAN is attracting attention as a system for releasing users from the conventional wired LAN connection. According to the wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be moved relatively easily.

近年では、無線LANシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)の導入が検討されている。例えば、2.4GHz帯や、5GHz帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。   In recent years, the demand for wireless LAN systems has increased remarkably with the increase in speed and cost. In particular, the introduction of a personal area network (PAN) has been studied in order to construct a small-scale wireless network between a plurality of electronic devices existing around a person and perform information communication. For example, different radio communication systems and radio communication apparatuses are defined using frequency bands that do not require a license from a supervisory agency, such as 2.4 GHz band and 5 GHz band.

無線ネットワークに関する標準的な規格の1つにIEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11(例えば、非特許文献1を参照のこと)や、HiperLAN/2(例えば、非特許文献2又は非特許文献3を参照のこと)やIEEE302.15.3、Bluetooth通信などを挙げることができる。IEEE802.11規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、IEEE802.11a(例えば、非特許文献4を参照のこと),b,gといった拡張規格が存在する。   One standard for wireless networks is IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 (for example, see Non-Patent Document 1), HiperLAN / 2 (for example, Non-Patent Document 2 or Non-Patent Document 2 or Non-Patent Document 2). (See Patent Document 3), IEEE 302.15.3, Bluetooth communication, and the like. Regarding the IEEE802.11 standard, there are extended standards such as IEEE802.11a (see, for example, Non-Patent Document 4), b, and g, depending on the wireless communication method and the frequency band to be used.

ここで、室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成される。マルチパスにより遅延ひずみ(又は、周波数選択性フェージング)が生じ、通信に誤りが引き起こされる。そして、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じるという問題がある。   Here, when a wireless network is constructed indoors, a multipath environment is formed in which the reception apparatus receives a superposition of a direct wave and a plurality of reflected waves / delayed waves. Multipath causes delay distortion (or frequency selective fading), and causes an error in communication. There is a problem that intersymbol interference occurs due to delay distortion.

主な遅延ひずみ対策として、マルチキャリヤ(多重搬送波)伝送方式を挙げることができる。例えばIEEE802.11aでは、マルチキャリヤ伝送方式の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式が無線LANの標準規格として採用されている。OFDM変調方式では、各キャリヤがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリヤの周波数が設定される。情報伝送時には、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル/パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリヤに割り当ててキャリヤ毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数キャリヤについて逆FFTを行なうことで周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、受信時はこの逆の操作、すなわちFFTを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各キャリヤについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル/シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。   As a main countermeasure against delay distortion, a multi-carrier transmission system can be cited. For example, in IEEE802.11a, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation system, which is one of multicarrier transmission systems, is adopted as a standard for wireless LANs. In the OFDM modulation scheme, the frequency of each carrier is set so that the carriers are orthogonal to each other within a symbol period. At the time of information transmission, a plurality of data output by serial / parallel conversion of information sent serially for each symbol period slower than the information transmission rate is assigned to each carrier, and amplitude and phase are modulated for each carrier, By performing inverse FFT on the plurality of carriers, it is converted into a signal on the time axis and transmitted while maintaining the orthogonality of each carrier on the frequency axis. At the time of reception, the reverse operation, that is, FFT is performed to convert the time-axis signal into the frequency-axis signal and perform demodulation corresponding to each modulation method for each carrier, and parallel / serial conversion to the original Play back the information sent in the serial signal.

また、IEEE802.11aの規格では、最大で54Mbpsの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、通信速度としてさらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。例えば、IEEE802.11nでは、実効スループットで100MBPSを越える高速な無線LAN技術の開発を目指し、次世代の無線LAN規格を策定している。   The IEEE802.11a standard supports a modulation scheme that achieves a communication speed of 54 Mbps at the maximum, but a wireless standard capable of realizing a higher bit rate as a communication speed is required. For example, in IEEE802.11n, the next-generation wireless LAN standard is formulated with the aim of developing a high-speed wireless LAN technology with an effective throughput exceeding 100 MBPS.

無線通信の高速化を実現する技術の1つとしてMIMO(Multi−Input Multi−Output)通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路(以下、「MIMOチャネル」とも呼ぶ)を実現することにより、伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成する技術である。MIMO通信は、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。   MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication is attracting attention as one of the technologies for realizing high-speed wireless communication. This includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and realizes a spatially multiplexed transmission path (hereinafter also referred to as “MIMO channel”), thereby expanding the transmission capacity and improving the communication speed. It is a technology that achieves improvement. Since MIMO communication uses spatial multiplexing, frequency utilization efficiency is good.

MIMO通信方式は、送信機において複数アンテナに送信データを分配して送出し、複数の仮想的なMIMOチャネルを利用して伝送し、受信機では複数アンテナにより受信した信号から信号処理によって受信データを得るという、チャネルの特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。   In the MIMO communication method, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of antennas in a transmitter, transmitted using a plurality of virtual MIMO channels, and received data is processed by signal processing from signals received by the plurality of antennas in a receiver. This is a communication method that utilizes the characteristics of the channel, and is different from a simple transmission / reception adaptive array.

図4には、MIMO通信システムを概念的に示している。同図に示すように、送受信機各々に複数のアンテナが装備されている。送信側では、複数の送信データを空間/時間符号して多重化しM本のアンテナに分配して、複数のMIMOチャネルに送出し、受信側では、チャネル経由でN本のアンテナにより受信した受信信号を空間/時間復号して受信データを得ることができる。この場合のチャネル・モデルは、送信機周りの電波環境(伝達関数)と、チャネル空間の構造(伝達関数)と、受信機周りの電波環境(伝達関数)で構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク(Crosstalk)が発生するが、受信側の信号処理により多重化された各信号をクロストーク無しに正しく取り出すことができる。   FIG. 4 conceptually shows the MIMO communication system. As shown in the figure, each transceiver is equipped with a plurality of antennas. On the transmission side, a plurality of transmission data are space / time code multiplexed and distributed to M antennas and sent to a plurality of MIMO channels. On the reception side, received signals received by N antennas via the channels. Can be received in space / time. The channel model in this case is composed of a radio wave environment (transfer function) around the transmitter, a channel space structure (transfer function), and a radio wave environment (transfer function) around the receiver. When signals transmitted from each antenna are multiplexed, crosstalk occurs, but each signal multiplexed by signal processing on the receiving side can be correctly extracted without crosstalk.

MIMO伝送を構成方法としてはさまざまな方式が提案されているが、アンテナのコンフィギュレーションに応じていかにしてチャネル情報を送受信間でやり取りするかが実装上の大きな課題となる。   Various schemes have been proposed as a configuration method for MIMO transmission. However, whether to exchange channel information between transmission and reception according to the antenna configuration is a major issue in implementation.

チャネル情報をやり取りするには、既知情報(プリアンブル情報)を送信側から受信側のみ伝送する方法が容易であり、この場合は送信機と受信機が互いに独立して空間多重伝送を行なうことになり、オープンループ型のMIMO伝送方式と呼ばれる。また、この方法の発展形として、受信側から送信側にもプリアンブル情報をフィードバックすることによって、送受信間で理想的な空間直交チャネルを作り出すクローズドループ型のMIMO伝送方式もある。   In order to exchange channel information, it is easy to transmit known information (preamble information) only from the transmission side to the reception side. In this case, the transmitter and receiver perform spatial multiplexing transmission independently of each other. This is called an open-loop type MIMO transmission system. Further, as a developed form of this method, there is a closed-loop type MIMO transmission system that creates an ideal spatial orthogonal channel between transmission and reception by feeding back preamble information from the reception side to the transmission side.

オープンループ型のMIMO伝送方式として、例えばV−BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time)方式を挙げることができる(例えば、特許文献1を参照のこと)。送信側では、特にアンテナ重み係数行列を与えず、単純にアンテナ毎に信号を多重化して送る。言い換えれば、アンテナ重み係数行列を得るためのフィードバック手続きが一切省略される。送信機は、多重化信号を送出する前に、受信機側でチャネル推定を行なうためのトレーニング信号を、例えばアンテナ毎に時分割で挿入する。これに対し、受信機では、チャネル推定部でトレーニング信号を利用してチャネル推定を行ない、各アンテナ対に対応したチャネル情報行列Hを算定する。そして、Zero−forcingとキャンセリングを巧妙に組み合わせることで、キャンセリングによって生じたアンテナ自由度を活用してSN比を向上させ、復号の確度を高める。   As an open-loop type MIMO transmission system, for example, a V-BLAST (Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) system can be cited (for example, see Patent Document 1). On the transmission side, the antenna weight coefficient matrix is not particularly given, and signals are simply multiplexed and transmitted for each antenna. In other words, any feedback procedure for obtaining the antenna weighting coefficient matrix is omitted. The transmitter inserts a training signal for channel estimation on the receiver side, for example, for each antenna in a time division manner before transmitting the multiplexed signal. On the other hand, in the receiver, the channel estimation unit uses the training signal to perform channel estimation, and calculates a channel information matrix H corresponding to each antenna pair. Then, by skillfully combining zero-forcing and canceling, the SN ratio is improved by utilizing the degree of freedom of the antenna generated by canceling, and the decoding accuracy is increased.

また、クローズドループ型のMIMO伝送の理想的な形態の1つとして、伝播路関数の特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)を利用したSVD−MIMO方式が知られている(例えば、非特許文献5を参照のこと)。   Also, as one of the ideal forms of closed-loop type MIMO transmission, there is known an SVD-MIMO scheme that uses singular value decomposition (SVD) of a propagation path function (for example, non-patent literature). 5).

図5には、SVD−MIMO伝送システムを概念的に示している。SVD−MIMO伝送では、各アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列すなわちチャネル情報行列Hを特異値分解してUDVHを求め、送信側のアンテナ重み係数行列としてVを与えるとともに、受信側のアンテナ重み係数行列としてUHを与える。これによって、それぞれのMIMOチャネルは、各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Dとして表され、全くクロストーク無しに信号を多重化して伝送することができる。この場合、送信機側と受信機側の双方において、空間分割すなわち空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現することができる。 FIG. 5 conceptually shows the SVD-MIMO transmission system. In SVD-MIMO transmission, a numerical matrix having channel information corresponding to each antenna pair as an element, that is, a channel information matrix H, is singularly decomposed to obtain UDV H and V is given as an antenna weighting coefficient matrix on the transmission side, and reception is performed. U H is given as the antenna weighting coefficient matrix on the side. Thus, each MIMO channel is represented as a diagonal matrix D having the square root of each singular value λ i as a diagonal element, and signals can be multiplexed and transmitted without any crosstalk. In this case, a plurality of logically independent transmission paths that are spatially divided, that is, spatially orthogonally multiplexed, can be realized on both the transmitter side and the receiver side.

SVD−MIMO伝送方式によれば、理論的には最大の通信容量を達成することができ、例えば送受信機がアンテナを2本ずつ持てば、最大2倍の伝送容量が得られる。   According to the SVD-MIMO transmission method, the maximum communication capacity can theoretically be achieved. For example, if the transceiver has two antennas, the maximum transmission capacity can be doubled.

ここで、SVD−MIMO伝送方式の仕組みについて詳細に説明する。送信機のアンテナ本数をMとすると送信信号xはM×1のベクトルで表され、また、受信機のアンテナ本数をNとすると受信信号yはN×1のベクトルで表される。この場合、チャネル特性はN×Mの数値行列すなわちチャネル行列Hとして表される。チャネル行列Hの要素hijは、j番目の送信アンテナからi番目の受信アンテナへの伝達関数である。そして、受信信号ベクトルyは、下式(1)のように、送信信号ベクトルにチャネル情報行列を掛け算し、さらに雑音ベクトルnを加算して表される。 Here, the mechanism of the SVD-MIMO transmission scheme will be described in detail. If the number of antennas of the transmitter is M, the transmission signal x is represented by an M × 1 vector, and if the number of antennas of the receiver is N, the received signal y is represented by an N × 1 vector. In this case, the channel characteristic is expressed as an N × M numerical matrix, that is, a channel matrix H. The element h ij of the channel matrix H is a transfer function from the jth transmit antenna to the ith receive antenna. The received signal vector y is expressed by multiplying the transmission signal vector by the channel information matrix and further adding the noise vector n as shown in the following equation (1).

Figure 0004576877
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上述したように、チャネル情報行列Hを特異値分解すると、下式(2)のようになる。   As described above, when the channel information matrix H is subjected to singular value decomposition, the following equation (2) is obtained.

Figure 0004576877
Figure 0004576877

ここで、送信側のアンテナ重み係数行列Vと受信側のアンテナ重み行列Uは、それぞれ下式(3)、(4)を満たすユニタリ行列である。   Here, the antenna weight coefficient matrix V on the transmission side and the antenna weight matrix U on the reception side are unitary matrices that satisfy the following expressions (3) and (4), respectively.

Figure 0004576877
Figure 0004576877

すなわち、HHHの正規化された固有ベクトルを並べたものが受信側のアンテナ重み行列UHであり、HHHの正規化された固有ベクトルを並べたものが送信側のアンテナ重み行列Vである。また、Dは対角行列でありHHH又はHHHの特異値λiの平方根を対角成分に持つ。大きさは、送信アンテナ数Mと受信アンテナ数Nのうち小さい数であり、min(M,N)の大きさの正方行列であり対角行列となる。 That is, the antenna weight matrix U H on the receiving side is arranged with the normalized eigenvectors of HH H , and the antenna weight matrix V on the transmitting side is arranged with the normalized eigenvectors of H H H arranged. Further, D is a diagonal matrix, and has the square root of the singular value λ i of H H H or HH H as a diagonal component. The size is a small number out of the number M of transmitting antennas and the number N of receiving antennas, is a square matrix having a size of min (M, N), and is a diagonal matrix.

Figure 0004576877
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上述では、実数での特異値分解について説明したが、虚数にまで拡張した場合の特異値分解には注意点がある。UとVは固有ベクトルで構成される行列であるが、固有ベクトルをノルムが1になるようにする操作すなわち正規化を行なった場合でも、単一のものにはならず、位相が異なる固有ベクトルが無数に存在する。UとVの位相関係によっては、上式(2)が成り立たない場合がある。つまり、UとVはそれぞれ正しいが、位相だけそれぞれ任意に回転しているからである。位相を完全一致させるためには、Vは通常通りHHHの固有ベクトルとして求める、そして、Uは、上式(2)の両辺に右からVをかけ、下式のようにして求めるようにする。 In the above description, the singular value decomposition using real numbers has been described. U and V are matrices composed of eigenvectors. However, even when an operation that normalizes the eigenvector to 1 is performed, that is, when normalization is performed, there is no single eigenvector, and there are an infinite number of eigenvectors with different phases. Exists. Depending on the phase relationship between U and V, the above equation (2) may not hold. That is, U and V are correct, but the phase is arbitrarily rotated. In order to make the phases completely coincide with each other, V is obtained as an eigenvector of H H H as usual, and U is obtained by multiplying both sides of the above equation (2) from the right by the following equation. .

Figure 0004576877
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送信側ではアンテナ重み係数行列Vを用いて重み付けをするとともに、受信側ではアンテナ重み係数行列UHで重みを付けて受信すると、UとVがユニタリ行列であることから(UはN×min(M,N)、VはM×min(M,N))、下式の通りとなる。 On the transmitting side, weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix V, and on the receiving side, when weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix U H , U and V are unitary matrices (U is N × min ( M, N) and V are M × min (M, N)), as shown in the following equation.

Figure 0004576877
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ここで、受信信号yと送信信号xは、送信アンテナと受信アンテナの数で決まるベクトルではなく、(min(M,N)×1)ベクトルである。   Here, the received signal y and the transmitted signal x are (min (M, N) × 1) vectors, not vectors determined by the number of transmitting antennas and receiving antennas.

Dは対角行列なので、各送信信号がクロストークすることなしに受信することができる。そして、独立した各MIMOチャネルの振幅は特異値λの平方根に比例するので、各MIMOチャネルの電力の大きさはλに比例する。   Since D is a diagonal matrix, each transmission signal can be received without crosstalk. Since the amplitude of each independent MIMO channel is proportional to the square root of the singular value λ, the power of each MIMO channel is proportional to λ.

雑音成分nも、Uの列はノルムが1に正規化された固有ベクトルなので、UHnはその雑音電力を変えるものではない。サイズとしては、UHnは(min(M,N))ベクトルとなり、y及びxと同じサイズである。 Since the noise component n is also an eigenvector whose norm is normalized to 1 in the U column, U H n does not change its noise power. As the size, U H n is a (min (M, N)) vector, which is the same size as y and x.

このようにSVD−MIMO伝送では、同一の周波数及び同一の時間でありながら、クロストークのない複数の論理的に独立なMIMOチャネルを得ることができる。つまり、同時刻に同一周波数を使用して、複数のデータを無線通信で伝送することが可能となり、伝送速度の向上を実現することができる。   Thus, in SVD-MIMO transmission, it is possible to obtain a plurality of logically independent MIMO channels having no crosstalk while having the same frequency and the same time. That is, it is possible to transmit a plurality of data by wireless communication using the same frequency at the same time, and an improvement in transmission speed can be realized.

なお、SVD−MIMO通信システムにおいて得られるMIMOチャネル数は、一般に、送信アンテナ本数Mと受信アンテナ本数Nのうち少ない方min[M,n]に相当する。また、送信側におけるアンテナ重み係数行列Vは、MIMOチャネル数分の送信ベクトルviで構成される(V=[v1,v2,…,vmin[M,N])。また、各送信ベクトルviの要素数は送信アンテナ本数Mである。 Note that the number of MIMO channels obtained in the SVD-MIMO communication system generally corresponds to the smaller one of the number M of transmission antennas and the number N of reception antennas, min [M, n]. The antenna weighting coefficient matrix V on the transmission side is constituted by a transmit vector v i for the number of MIMO channel (V = [v 1, v 2, ..., v min [M, N]). Further, the number of elements of each transmission vector v i is the number M of transmission antennas.

一般に、SVD−MIMOに代表されるクローズドループ型MIMO方式は、送信機側が伝送路の情報を考慮し、最適なアンテナ重み係数算出することができる。さらに、各送信アンテナのビット・ストリームに与える符号化率や変調方式を最適化させることで、より理想的な情報伝送を実現することができるとされている。   In general, in a closed-loop MIMO scheme typified by SVD-MIMO, an optimal antenna weighting factor can be calculated on the transmitter side in consideration of transmission path information. Furthermore, it is said that more ideal information transmission can be realized by optimizing the coding rate and modulation scheme given to the bit stream of each transmitting antenna.

他方、クローズドループ型MIMO方式を実システムとして導入するには、送受信機の移動によってチャネル変動が大きい場合に、受信側から送信側へのフィードバックをかける頻度が多く必要となるなどの問題もある。また、SVD−MIMO通信方式においては、特異値分解の演算をリアルタイムで行なうのは容易では無いし、導出されたV若しくはUHをあらかじめ相手方に伝えておくというセットアップ手順が必要である On the other hand, in order to introduce the closed loop type MIMO system as an actual system, there is a problem that, when the channel fluctuation is large due to the movement of the transceiver, the frequency of feedback from the receiving side to the transmitting side is required. In the SVD-MIMO communication system, it is not easy to perform singular value decomposition in real time, and a setup procedure is required in which the derived V or U H is transmitted to the other party in advance.

SVD−MIMO伝送の適用対象となるLANシステムの1つであるIEEE802.11aすなわち5GHz対のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)通信方式を例にとって、送信側アンテナ係数行列Vの情報量について考察してみる。送受信アンテナ素子数を3本ずつとすると、送信側のアンテナ係数行列Vは3×3行列になり、その要素数は9である。1要素当たり10ビット精度の実数と複素数で表されているとし、それが52キャリヤ分必要となると、9360ビット(=9(行列の要素数)×2(複素数の実部、虚部)×10(ビット)×52(OFDMサブキャリヤ数))を受信機から送信機へフィードバックしなければならない。   Information amount of transmitting side antenna coefficient matrix V taking IEEE 802.11a, which is one of the LAN systems to which SVD-MIMO transmission is applied, that is, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication system of 5 GHz as an example Let's consider about. If the number of transmitting / receiving antenna elements is three, the antenna coefficient matrix V on the transmission side is a 3 × 3 matrix, and the number of elements is nine. Assume that each element is represented by a real number and a complex number with 10-bit precision, and if it is required for 52 carriers, 9360 bits (= 9 (number of elements of matrix) × 2 (real part, imaginary part of complex number) × 10 (Bit) × 52 (number of OFDM subcarriers)) must be fed back from the receiver to the transmitter.

ここで、実際のSVD−MIMO送受信システムを構成する場合に考慮しなければならない点について説明しておく。   Here, points that must be considered when configuring an actual SVD-MIMO transmission / reception system will be described.

SVD−MIMO伝送方式の基本形においては、受信機では、取得したチャネル行列Hを特異値分解して、受信用の重みベクトルUHと送信機で使用する送信用の重みベクトルVを求め、このVを送信機側へフィードバックする。そして、送信機では、このVを送信用の重みとして使用する。 In the basic form of the SVD-MIMO transmission method, the receiver performs singular value decomposition on the acquired channel matrix H to obtain a reception weight vector U H and a transmission weight vector V used by the transmitter. Is fed back to the transmitter. The transmitter uses this V as a transmission weight.

ところが、送信機側へフィードバックする送信重み行列Vの情報量が大きいため、Vの情報を間引いて送った場合などに、本当のVの情報との誤差のために、MIMOチャンネル間の直交状態が壊れてしまいクロストークが生じてしまう。   However, since the amount of information of the transmission weight matrix V fed back to the transmitter side is large, when the V information is thinned out and transmitted, the orthogonal state between the MIMO channels is different due to an error from the true V information. It breaks and crosstalk occurs.

そこで、通常は、受信機側で取得した送信重み行列Vを送信機側へフィードバックした後、送信機はその行列Vを用いてリファレンス信号を重み付けして送信し、受信機側では改めてチャネル行列を取得する。チャネル行列をHとすると、Vで重み付けして送信したリファレンス信号から、受信機は、HVというチャネル行列を得ることができる。   Therefore, normally, after the transmission weight matrix V acquired on the receiver side is fed back to the transmitter side, the transmitter weights and transmits the reference signal using the matrix V, and the receiver side again determines the channel matrix. get. If the channel matrix is H, the receiver can obtain a channel matrix of HV from the reference signal weighted with V and transmitted.

受信機側で、このHVの逆行列を求め、それを受信用の重みとして使用する。H=UDVHであることから、HVは下式の通りとなる。 On the receiver side, an inverse matrix of this HV is obtained and used as a receiving weight. Since H = UDV H , HV is as follows.

Figure 0004576877
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これは、通常のSVD−MIMOと同じUHを受信用の重みに用いた後、分離された各MIMOチャネルのストリームに、対角行列Dの各対角要素λiから求まる定数をかけるだけである。 This is done by using the same U H as the normal SVD-MIMO for reception weight, and then multiplying the stream of each separated MIMO channel by a constant obtained from each diagonal element λ i of the diagonal matrix D. is there.

送信側で、行列Vを送信用の重みとして使用して、受信機側では、HVの逆行列を受信用の重みを使用するという構成は、通常のSVD−MIMOの性能と同じであり、送信機側と受信機側のVの不一致がない。したがって、実用上はこのような構成を採用することができる。   The configuration in which the matrix V is used as the transmission weight on the transmission side and the reception weight is used on the inverse side of the HV on the receiver side is the same as the performance of normal SVD-MIMO, There is no discrepancy between V on the receiver side and the receiver side. Therefore, such a configuration can be employed in practice.

特開平10−84324号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-84324 International Standard ISO/IEC 8802−11:1999(E) ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition, Part11:Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) SpecificationsInternational Standard ISO / IEC 8802-11: 1999 (E) ANSI / IEEE Std 802.11, 1999 Edition, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layers (PH) ETSI Standard ETSI TS 101 761−1 V1.3.1 Broadband Radio Access Networks(BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control(DLC) Layer; Part1: Basic Data Transport FunctionsETSI Standard ETSI TS 101 761-1 V1.3.1 Broadband Radio Access Networks (BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control (DLC) Layer; Part1: BasicControl ETSI TS 101 761−2 V1.3.1 Broadband Radio Access Networks(BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control(DLC) Layer; Part2: Radio Link Control(RLC) sublayerETSI TS 101 761-2 V1.3.1 Broadband Radio Access Networks (BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control (DLC) Layer; Part2: Radio Link Control (LC) Supplement to IEEE Standard for Information technology−Telecommunications and information exchange between systems−Local and metropolitan area networks−Specific requirements−Part 11: Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) specifications: High−speed Physical Layer in the 5GHZ BandSupplement to IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: High-speed Physical Layer in the 5GHZ Band http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(平成15年10月24日現在)http: // radio3. ee. uec. ac. jp / MIMO (IEICE_TS). pdf (as of October 24, 2003)

上述したように、SVD−MIMO通信方式では、同一の周波数、同一の時間でありながら、混信しない(クロストークしない)複数の独立な論理的な土管すなわちMIMOチャネルを得ることができる。つまり、同時刻に同一周波数を使用して、複数のデータを無線通信で伝送することが可能となる。このようにして、伝送速度の向上を実現することができる。   As described above, in the SVD-MIMO communication system, it is possible to obtain a plurality of independent logical earth pipes, that is, MIMO channels, that do not interfere (do not crosstalk) while having the same frequency and the same time. That is, a plurality of data can be transmitted by wireless communication using the same frequency at the same time. In this way, an improvement in transmission speed can be realized.

SVD−MIMO通信方式では、送信側ではアンテナ重み係数行列Vを用いて重み付けをするとともに、受信側ではアンテナ重み係数行列UHで重みを付けて受信することから、送信信号xに対する受信信号yは上式(7)のように表される。そして、Dは対角行列なので、各送信信号がクロストークすることなしに受信することができる。そして、独立した各MIMOチャネルの振幅は特異値λの平方根に比例するので、各MIMOチャネルの電力の大きさは特異値λに比例する。 In the SVD-MIMO communication system, weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix V on the transmitting side, and weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix U H on the receiving side. It is expressed as the above formula (7). Since D is a diagonal matrix, each transmission signal can be received without crosstalk. Since the amplitude of each independent MIMO channel is proportional to the square root of the singular value λ, the magnitude of the power of each MIMO channel is proportional to the singular value λ.

このようにして特異値λの大きさに比例した品質を持つ複数のMIMOチャネルができるが、さらに、これらにどのように電力を振り分けるか、また、どのような変調方式を割り当てるかという問題がある。   In this way, a plurality of MIMO channels having a quality proportional to the magnitude of the singular value λ can be formed. However, there is a problem of how power is distributed to these channels and what modulation scheme is allocated. .

送信機側で送信アンテナに平等に電力を振り分けると独立な各MIMOチャネルの電力の比と同じになるが、各MIMOチャネルへの電力配分を最適化することにより、電力を各MIMOチャネルへ平等に振り分けた場合よりもさらに大きな通信容量を得ることができる。具体的には、注水定理を適用することにより、通信品質の良好な(すなわち特異値λiの大きな)MIMOチャネルにより大きな送信電力を割り当てることにより、システム全体での通信容量を大きくすることができる。 If the power is equally distributed to the transmitting antennas on the transmitter side, the power ratio of each independent MIMO channel is the same, but by optimizing the power distribution to each MIMO channel, the power is evenly distributed to each MIMO channel. It is possible to obtain a larger communication capacity than the case of distribution. Specifically, by applying the water injection theorem, it is possible to increase the communication capacity of the entire system by allocating a large transmission power to a MIMO channel with good communication quality (ie, a large singular value λ i ). .

しかしながら、現実には、無線通信システムでは利用可能な変調方式のモードの数が決まっているため、究極に品質の良いMIMOチャネルを一部で形成しても、その他のMIMOチャネルの品質が劣悪であれば、システム全体としては意味がない。言い換えれば、限られた変調モードに割り振れるような品質の違いのある複数のMIMOチャネルを用意することが重要である。   However, in reality, the number of modulation schemes that can be used in a wireless communication system is determined, so even if the MIMO channel with the highest quality is partially formed, the quality of the other MIMO channels is poor. If it exists, the system as a whole is meaningless. In other words, it is important to prepare a plurality of MIMO channels having different quality that can be allocated to a limited modulation mode.

例えば、64QAM3/4が最大の情報を送ることができる変調方式となるシステムの場合には、この変調方式で十分にビットエラーレートが小さいと思われる品質を確保することができれば、MIMOチャネルの品質がそれ以上良くなっても意味がないと言える。   For example, in the case of a system that uses a modulation scheme capable of transmitting the maximum information by 64QAM3 / 4, the quality of the MIMO channel can be ensured if the quality that the bit error rate is considered to be sufficiently small can be secured with this modulation scheme. It doesn't make sense to get better than that.

ここで、IEEE802.11aの物理層において、OFDM変調方式にSVD−MIMOを適用する場合を例にとって考察してみる。   Here, consider the case where SVD-MIMO is applied to the OFDM modulation scheme in the IEEE 802.11a physical layer.

IEEE802.11aでは特異値分解を52個ある各サブキャリヤ毎に行なう。この場合、サブキャリヤ毎に、送信用の重みベクトルVと受信用の重みベクトルUHを取得することになる。すなわち、チャネル行列Hの取得自体を受信機側でFFT後に行なうことにより、52個のサブキャリヤ毎にHを取得するできことができる。その52個のチャネル行列Hを特異値分解することにより、52個の送信重みと受信重みが得ることができる。 In IEEE 802.11a, singular value decomposition is performed for each of 52 subcarriers. In this case, the transmission weight vector V and the reception weight vector U H are acquired for each subcarrier. That is, by acquiring the channel matrix H itself after the FFT on the receiver side, H can be acquired for every 52 subcarriers. By performing singular value decomposition on the 52 channel matrices H, 52 transmission weights and reception weights can be obtained.

ここで、特異値分解は、H=UDVHと分解される。Dは対角行列であり、その対角成分は特異値λである。この特異値は、大きいものから小さいものまで、大きさで順番を入れ替えている(通常の特異値分解は大きい順)。U及びVの各要素ベクトルは、この特異値に対応する固有ベクトルであり、特異値の順番を入れ替えたら、その固有ベクトルの順番も入れ替えられている。つまり、特異値分解には、この特異値の大きさで順番を入れ替えるという操作が含まれている。 Here, the singular value decomposition is decomposed as H = UDV H. D is a diagonal matrix whose diagonal component is a singular value λ. The order of the singular values is changed in order from the largest to the smallest (normal singular value decomposition is in descending order). Each element vector of U and V is an eigenvector corresponding to this singular value. When the order of singular values is changed, the order of the eigenvectors is also changed. That is, the singular value decomposition includes an operation of changing the order of the singular values.

SVD−MIMOでは、お互いに干渉のない独立な複数のMIMOチャネルを作ることができるが、通信品質はMIMOチャネル毎に異なる。例えば、2×2のMIMO通信システムの場合には、独立な2つのMIMOチャネルができる。この場合のHを特異値分解し、H=UDVHを得たとして、特異値として、√λ1と√λ2を得る。 In SVD-MIMO, a plurality of independent MIMO channels that do not interfere with each other can be created, but the communication quality differs for each MIMO channel. For example, in the case of a 2 × 2 MIMO communication system, there are two independent MIMO channels. In this case, singular value decomposition is performed on H to obtain H = UDV H , and √λ 1 and √λ 2 are obtained as singular values.

λ1>λ2であるとすると、各MIMOチャネルの平均の信号対雑音比をS/Nとすると、λ1S/NというMIMOチャネルと、λ2S/NというMIMOチャネルができる。つまり、品質の高いMIMOチャネルと、低いMIMOチャネルである。各MIMOチャネルは、特異値の2乗の大きさに応じて品質が異なっていると言える。 Assuming that λ 1 > λ 2 , assuming that the average signal-to-noise ratio of each MIMO channel is S / N, a MIMO channel of λ 1 S / N and a MIMO channel of λ 2 S / N are created. That is, a high quality MIMO channel and a low MIMO channel. It can be said that the quality of each MIMO channel differs according to the square of the singular value.

ここで、OFDM変調方式について説明する。サブキャリヤ毎に、特異値分解で、特異値の順番を並び替えている。サブキャリヤ毎に一方のMIMOチャネル1はいつも品質が高く、他方のMIMOチャネル2はそれよりも通信品質が劣る。ビタビ復号を行なう前に、各サブキャリヤのMIMOチャネル1のデータを集めて1つの統合されたMIMOチャネル1にし、また、MIMOチャネル2のデータを集めて1つの統合されたMIMOチャネル2にし、それぞれをビタビ復号にかける。つまり、品質のよいMIMOチャネルと品質のよくないMIMOチャネルの2つに対してデコードを行なう。送信側では、この品質の良いMIMOチャネルには、高い変調方式(16QAM)を割り当て、品質の低いMIMOチャネルには、低い変調方式(BPSK)を割り当てる。   Here, the OFDM modulation scheme will be described. For each subcarrier, the order of singular values is rearranged by singular value decomposition. For each subcarrier, one MIMO channel 1 is always high in quality, and the other MIMO channel 2 is inferior in communication quality. Before performing Viterbi decoding, data of MIMO channel 1 of each subcarrier is collected into one integrated MIMO channel 1, and data of MIMO channel 2 is collected into one integrated MIMO channel 2, respectively. Is subjected to Viterbi decoding. That is, decoding is performed on two MIMO channels with good quality and those with poor quality. On the transmission side, a high modulation scheme (16QAM) is assigned to this high-quality MIMO channel, and a low modulation scheme (BPSK) is assigned to the low-quality MIMO channel.

実際には、IEEE802.11aなどで用意される変調方式は、BPSK1/2、BPSK3/4、QPSK1/2、QPSK3/4、16QAM1/2、16QAM3/4、64QAM2/3、64QSM3/4と8種類ほどしかない。このため、2つのMIMOチャネルの品質に非常に大きな差がついた場合には、対応する変調方式が用意されておらず、高い通信品質に意味がないという事態が生じる。低い品質のMIMOチャネルには例えばQPSK3/4でよいが、高い品質のMIMOチャネルには、256QAMくらいのを送るだけの品質を備えているにも拘らず、実際には、64QAM3/4までしかないから、64QAM3/4を割り当てるより他ない。これは、伝送効率を完全に効率良く利用しているとは言えない。   Actually, there are eight types of modulation schemes prepared by IEEE802.11a, such as BPSK1 / 2, BPSK3 / 4, QPSK1 / 2, QPSK3 / 4, 16QAM1 / 2, 16QAM3 / 4, 64QAM2 / 3, and 64QSM3 / 4. It ’s just not enough. For this reason, when there is a very large difference in quality between the two MIMO channels, a corresponding modulation scheme is not prepared, and a situation in which high communication quality is meaningless occurs. For example, QPSK3 / 4 may be used for a low-quality MIMO channel, but in reality, only a QQ3 / 4 is available for a high-quality MIMO channel even though it has a quality sufficient to send 256 QAM. No more than assigning 64QAM3 / 4. This is not to say that the transmission efficiency is used completely efficiently.

そこで、それを調整するために、2つのMIMOチャネルに振り分ける電力を変えたとする。MIMOチャネル1の特異値λ1とMIMOチャネル2の特異値λ2がそれぞれ、λ1=1.0、λ1=0.1の場合に、2つのMIMOチャネルを同じレベルにするには、MIMOチャネル1に電力を0.1、MIMOチャネル2に電力を0.9だけ振り分けるべきである(電力の合計は1になるようにした)。この場合、λ1×電力1=1.0×0.1=0.1、λ2×電力2=0.1×0.9=0.09とほぼ同じになる。ところが、両方とも、0.1以下のゲインになってしまう。 Therefore, in order to adjust it, it is assumed that the power distributed to the two MIMO channels is changed. MIMO Channel 1 singular value lambda 1 and singular value lambda 2 of the MIMO channel 2 respectively, lambda 1 = 1.0, in the case of lambda 1 = 0.1, in the two MIMO channel at the same level, MIMO The power should be allocated to channel 1 by 0.1 and MIMO channel 2 by 0.9 (the total power is set to 1). In this case, λ 1 × power 1 = 1.0 × 0.1 = 0.1 and λ 2 × power 2 = 0.1 × 0.9 = 0.09. However, both have gains of 0.1 or less.

本発明は、上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したMIMO通信を行なうことにより伝送容量の拡大を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described technical problems, and its main purpose is to expand transmission capacity by performing MIMO communication in which a plurality of logical channels are formed using spatial multiplexing. An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus, wireless communication method, and computer program that can be performed.

本発明のさらなる目的は、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル行列の特異値分解(SVD)を利用したクローズドループ型のMIMO伝送において、各MIMOチャネルへの電力配分や変調方式の割り当てを最適化してシステム全体でより大きな通信容量を得ることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   It is a further object of the present invention to provide power distribution and modulation schemes for each MIMO channel in closed-loop type MIMO transmission using singular value decomposition (SVD) of a channel matrix having channels corresponding to each antenna pair for transmission and reception as elements. It is an object of the present invention to provide an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus and wireless communication method, and computer program that can obtain a larger communication capacity in the entire system by optimizing the allocation.

本発明のさらなる目的は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したMIMO通信において、各MIMOチャネルの品質の差を少なくすることで、システム全体での通信容量を大きくして、伝送効率のよい通信動作を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   A further object of the present invention is to increase the communication capacity of the entire system by reducing the difference in quality of each MIMO channel in MIMO communication in which a plurality of logical channels are formed using spatial multiplexing. It is an object to provide an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus and wireless communication method, and computer program capable of performing a communication operation with high transmission efficiency.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、送信機と受信機間で複数の空間多重された通信チャネルを用い、マルチキャリヤ変調方式によりデータ伝送する無線通信システムであって、
各通信チャネルに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えて、各通信チャネルの通信品質を調整する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
The present invention has been made in view of the above problems, and a first aspect of the present invention is a wireless transmission of data using a multicarrier modulation scheme using a plurality of spatially multiplexed communication channels between a transmitter and a receiver. A communication system,
Switch the combination of transmission weight and reception weight assigned to each communication channel for each subcarrier to adjust the communication quality of each communication channel.
This is a wireless communication system.

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。   However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not.

本発明に係る無線通信システムでは、例えばMIMO通信方式を採用し、空間多重した複数の伝送路すなわちMIMOチャネルを用いて伝送容量を拡大し、通信速度を向上することができる。この場合、前記送信機及び前記受信機はそれぞれ複数のアンテナを備え、前記送信機は伝送データを複数のストリームに分配し各送信アンテナから重み付け送信し、前記受信機は各受信アンテナでストリームを重み付け受信する。   In the wireless communication system according to the present invention, for example, a MIMO communication method is adopted, and a transmission capacity can be increased by using a plurality of spatially multiplexed transmission paths, that is, MIMO channels, so that the communication speed can be improved. In this case, each of the transmitter and the receiver includes a plurality of antennas, the transmitter distributes transmission data to a plurality of streams and performs weighted transmission from each transmission antenna, and the receiver weights the streams at each reception antenna. Receive.

また、本発明に係る無線通信システムでは、SVD−MIMO伝送に代表されるクローズドループMIMO通信方式を採用することができる。この場合、前記送信機は、前記受信機からのフィードバック情報に基づいて最適な送信アンテナ重み係数を得る。   In the radio communication system according to the present invention, a closed loop MIMO communication system represented by SVD-MIMO transmission can be adopted. In this case, the transmitter obtains an optimal transmission antenna weighting factor based on feedback information from the receiver.

ここで、特異値λの大きさに比例した品質を持つ複数のMIMOチャネルを備えた無線通信システムにおいては、より大きな通信容量を得るために、各MIMOチャネルへの電力配分や変調方式の割り当ての問題がある。   Here, in a wireless communication system having a plurality of MIMO channels having a quality proportional to the magnitude of the singular value λ, in order to obtain a larger communication capacity, power distribution to each MIMO channel and modulation scheme allocation are performed. There's a problem.

例えば、注水定理を適用することにより、通信品質の良好なMIMOチャネルにより大きな送信電力を割り当てることにより、システム全体での通信容量を大きくすることができる。   For example, by applying the water injection theorem, it is possible to increase the communication capacity of the entire system by allocating a large transmission power to a MIMO channel with good communication quality.

ところが、現実には、無線通信システムでは利用可能な変調方式のモードの数が決まっているため、究極に品質の良いMIMOチャネルを一部で形成しても、システム全体としては意味がない。   However, in reality, since the number of modulation schemes that can be used in a wireless communication system is determined, it is meaningless for the entire system to form a MIMO channel with an extremely good quality.

これに対し、本発明では、各通信チャネルに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えることで、サブキャリヤを統合した後の各通信チャネルが持つ通信品質の差が小さくなるように調整することができる。そして、割り当たられた送信重み及び受信重みの組み合わせにより得られた通信品質に応じて、それぞれの通信チャネルに適切な変調方式を割り当てるようにする。   On the other hand, in the present invention, by switching the combination of transmission weight and reception weight assigned to each communication channel for each subcarrier, the difference in communication quality of each communication channel after integrating the subcarriers is reduced. Can be adjusted. Then, an appropriate modulation scheme is assigned to each communication channel according to the communication quality obtained by the combination of the assigned transmission weight and reception weight.

すなわち、本発明では、OFDMのようなマルチキャリヤ変調方式で使用するサブキャリヤ毎に各MIMOチャネルに割り当てる順番を調整することにより、MIMOチャネル間の品質の差を少なくするようにしている。そして、利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内にMIMOチャネルの品質の差を抑えることによって、システム全体での通信容量を大きくし、より効率的なデータ通信を実現する。これは、単純に各MIMOチャネルへの送信電力の配分を調整することよりも効率がよい。   That is, in the present invention, the difference in quality between MIMO channels is reduced by adjusting the order of allocation to each MIMO channel for each subcarrier used in a multicarrier modulation scheme such as OFDM. Then, by suppressing the difference in the quality of the MIMO channel within the quality range corresponding to the available modulation scheme, the communication capacity of the entire system is increased, and more efficient data communication is realized. This is more efficient than simply adjusting the distribution of transmit power to each MIMO channel.

また、本発明の第2の側面は、複数の空間多重された通信チャネルを用い、マルチキャリヤ変調方式によりデータ伝送するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
各通信チャネルの通信品質を取得する通信品質取得ステップと、
各通信チャネルの通信品質に基づいて、各通信チャネルに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替え、各通信チャネルの通信品質を調整する通信品質調整ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
In addition, the second aspect of the present invention is described in a computer-readable format so that processing for data transmission using a plurality of spatially multiplexed communication channels is performed on a computer system. A computer program,
A communication quality acquisition step of acquiring the communication quality of each communication channel;
Based on the communication quality of each communication channel, a communication quality adjustment step of switching the combination of transmission weight and reception weight assigned to each communication channel for each subcarrier and adjusting the communication quality of each communication channel;
A computer program characterized by comprising:

本発明の第2の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第2の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、通信装置として動作する。このような通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第1の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。   The computer program according to the second aspect of the present invention defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on a computer system. In other words, by installing the computer program according to the second aspect of the present invention in the computer system, a cooperative action is exhibited on the computer system, and it operates as a communication device. By activating a plurality of such communication devices to construct a wireless network, the same operational effects as the wireless communication system according to the first aspect of the present invention can be obtained.

本発明によれば、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したMIMO通信を行なうことにより伝送容量の拡大を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   According to the present invention, an excellent radio communication system, radio communication apparatus, and radio communication method capable of expanding transmission capacity by performing MIMO communication in which a plurality of logical channels are formed using spatial multiplexing. As well as computer programs.

また、本発明によれば、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル行列の特異値分解(SVD)を利用したクローズドループ型のMIMO伝送において、各MIMOチャネルへの電力配分や変調方式の割り当てを最適化してシステム全体でより大きな通信容量を得ることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   In addition, according to the present invention, in closed-loop type MIMO transmission using singular value decomposition (SVD) of a channel matrix whose elements are channels corresponding to transmission / reception antenna pairs, power distribution and modulation to each MIMO channel are performed. It is possible to provide an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus and wireless communication method, and computer program capable of optimizing system assignment and obtaining a larger communication capacity in the entire system.

SVD−MIMO通信の特徴として、高品質のMIMOチャネルと低品質のMIMOチャネルが得られ易い。本発明によれば、あまりに高い品質のMIMOチャネルができ、それに対応する変調方式がない場合には、各サブキャリヤの特異値λを入れ替えることにより、MIMOチャネル間の品質の差を少なくし、システムで利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内に各MIMOチャネルの品質の差を抑えることができる。このことによって、効率的な通信を行なうことができる。   As a feature of SVD-MIMO communication, it is easy to obtain a high-quality MIMO channel and a low-quality MIMO channel. According to the present invention, when a MIMO channel with an extremely high quality can be formed and there is no modulation scheme corresponding to the MIMO channel, the singular value λ of each subcarrier is replaced, thereby reducing the quality difference between the MIMO channels, The difference in quality of each MIMO channel can be suppressed within the quality range corresponding to the modulation schemes available in FIG. Thus, efficient communication can be performed.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって信号を空間的に多重化して通信するMIMO通信システムに関する。この場合、空間多重した複数のMIMOチャネルを用いて伝送容量を拡大し、通信速度を向上することができる。   The present invention relates to a MIMO communication system in which a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas are paired and communicated by spatially multiplexing signals. In this case, it is possible to increase the transmission capacity by using a plurality of spatially multiplexed MIMO channels and improve the communication speed.

ここで、特異値λの大きさに比例した品質を持つ複数のMIMOチャネルを備えた無線通信システムにおいては、より大きな通信容量を得るために、各サブストリームへの電力配分や変調方式の割り当ての問題がある。例えば、通信品質に応じて送信電力の配分を決定することにより、伝送効率を向上させることができる。ところが、現実には、無線通信システムでは利用可能な変調方式のモードの数が決まっているため、究極に品質の良いサブストリームを一部で形成しても、システム全体としては意味がない。 Here, in a wireless communication system equipped with a plurality of MIMO channels having a quality proportional to the magnitude of the singular value λ, in order to obtain a larger communication capacity, power distribution to each substream and modulation scheme allocation are performed. There's a problem. For example, transmission efficiency can be improved by determining transmission power distribution according to communication quality. However, in reality, since the number of modes of modulation schemes that can be used in a wireless communication system is determined, it is meaningless for the entire system to form a substream with extremely good quality.

そこで、本発明では、各通信チャネルに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えることで、サブキャリヤを統合した後の各通信チャネルが持つ通信品質の差が小さくなるように調整することができる。そして、割り当たられた送信重み及び受信重みの組み合わせにより得られた通信品質に応じて適切な変調方式をそれぞれの通信チャネルに割り当てることができるようになる。   Therefore, in the present invention, by adjusting the combination of transmission weight and reception weight assigned to each communication channel for each subcarrier, adjustment is made so that the difference in communication quality of each communication channel after subcarrier integration is reduced. be able to. An appropriate modulation scheme can be assigned to each communication channel in accordance with the communication quality obtained by the combination of the assigned transmission weight and reception weight.

図1には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示している。   FIG. 1 shows a configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention.

同図に示す無線通信装置は、2本の送受信アンテナ11a及び11bを備え、SVD−MIMO方式によるデータ伝送を行なうことができる。すなわち、送信時は、多重化する各送信信号に送信アンテナ重み係数を与え空間/時間符号して2本のアンテナ11a及び11bに分配してチャネルに送出し、受信側では、チャネル経由で2本のアンテナ11a及び11bにより受信した多重化信号に受信アンテナ重み係数を与え空間/時間復号して受信データを得る。但し、本発明の要旨はアンテナ2本に限定されるものではなく、3本以上であってもよい。   The wireless communication apparatus shown in the figure includes two transmission / reception antennas 11a and 11b, and can perform data transmission by the SVD-MIMO method. That is, at the time of transmission, a transmission antenna weighting coefficient is given to each transmission signal to be multiplexed, space / time code is performed, and the two antennas 11a and 11b are distributed and transmitted to the channel. Received antenna weights are given to the multiplexed signals received by the antennas 11a and 11b, and space / time decoding is performed to obtain received data. However, the gist of the present invention is not limited to two antennas, and may be three or more.

各送受信アンテナ11a及び11bには、スイッチ12a及び12bを介して、それぞれ送信系統並びに受信系統が並列的に接続され、他の無線通信装置宛てに信号を所定の周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。但し、スイッチ12a及び12bは送受信アンテナ11a及び11bを送信系統又は受信系統の一方と排他的に接続し、送受信をともに並行しては行なえないものとする。   Each transmission / reception antenna 11a and 11b is connected in parallel with a transmission system and a reception system via switches 12a and 12b, respectively, and wirelessly transmits signals to other wireless communication devices on a predetermined frequency channel, or Collects signals sent from other wireless communication devices. However, the switches 12a and 12b connect the transmission / reception antennas 11a and 11b exclusively to one of the transmission system and the reception system, and cannot perform transmission and reception in parallel.

各送信系統は、変調符号化部21と、送信用重み乗算部22と、IFFT23と、ブリアンブル/リファレンス付与部24と、D/A変換器25と、送信用アナログ処理部26を備えている。   Each transmission system includes a modulation coding unit 21, a transmission weight multiplication unit 22, an IFFT 23, a preamble / reference adding unit 24, a D / A converter 25, and a transmission analog processing unit 26.

変調符号化部21は、通信プロトコルの上位レイヤから送られてきた送信データを誤り訂正符号で符号化するとともに、BPSK、QPSK、16QAMなどの所定の変調方式により送信信号を信号空間上にマッピングする。この時点で、パイロット・シンボル挿入パターン並びにタイミングに従って、既知のデータ系列をパイロット・シンボルとして変調シンボル系列に挿入するようにしてもよい。サブキャリヤ毎あるいはサブキャリヤ数本の間隔で、既知パターンからなるパイロット信号が挿入される。   The modulation encoding unit 21 encodes transmission data transmitted from an upper layer of the communication protocol with an error correction code, and maps a transmission signal on a signal space by a predetermined modulation method such as BPSK, QPSK, or 16QAM. . At this point, a known data sequence may be inserted as a pilot symbol into the modulation symbol sequence according to the pilot symbol insertion pattern and timing. A pilot signal having a known pattern is inserted for each subcarrier or at intervals of several subcarriers.

送信用重み乗算部22は、符号化後の送信信号を送信重み行列Vで乗算することにより、空間多重により複数のサブストリームを得る。 The transmission weight multiplier 22 multiplies the encoded transmission signal by the transmission weight matrix V to obtain a plurality of substreams by spatial multiplexing.

送信用重み行列Vは、通信相手から送られたフィードバック情報を基に構築され、送信用重み乗算部22に設定される。この送信用重み行列Vは、特異値に対応する固有ベクトルを各要素ベクトルとするが、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37において、送信用重みベクトルの並べ替えが適宜行なわれる。このような送信ベクトルの並べ替えは、各サブストリームに割り当てられた送信重み及び受信重みの組み合わせを切り替えるという操作に相当し、これによって各サブストリームが持つ通信品質を調整することができる。例えば、利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内にサブストリームの品質の差を抑えるように調整することができる。チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37の動作の詳細については、後述に譲る。 The transmission weight matrix V is constructed based on feedback information sent from the communication partner, and is set in the transmission weight multiplier 22. This transmission weight matrix V uses eigenvectors corresponding to singular values as element vectors, but the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 rearranges the transmission weight vectors as appropriate. Such rearrangement of transmission vectors corresponds to an operation of switching a combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream , and thereby the communication quality of each substream can be adjusted. For example, it is possible to adjust so as to suppress a difference in quality of substreams within a quality range corresponding to available modulation schemes. Details of the operation of the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 will be described later.

IFFT23では、変調されたシリアル形式の信号を、並列キャリヤ数並びにタイミングに従って、並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換してまとめた後、所定のFFTサイズ並びにタイミングに従ってFFTサイズ分の逆フーリエ変換を行なう。ここで、シンボル間干渉の除去のため、1OFDMシンボルの前後にガード・インターバル区間を設けるようにしてもよい。ガード・インターバルの時間幅は、伝搬路の状況、すなわち復調に影響を及ぼす遅延波の最大遅延時間によって決定される。そして、直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して、送信信号とする。   In IFFT 23, the modulated serial signal is converted into parallel data corresponding to the number of parallel carriers in accordance with the number of parallel carriers and timing, and then subjected to inverse Fourier transform for the FFT size according to a predetermined FFT size and timing. Do. Here, in order to remove intersymbol interference, guard interval sections may be provided before and after one OFDM symbol. The time width of the guard interval is determined by the state of the propagation path, that is, the maximum delay time of the delayed wave that affects the demodulation. Then, the signal is converted into a serial signal, converted into a signal on the time axis while maintaining the orthogonality of each carrier on the frequency axis, and used as a transmission signal.

プリアンブル/リファレンス付与部24は、RTS、CTS、DATAパケットなどの送信信号の先頭にプリアンブル信号やリファレンス信号を付加する。リファレンス信号には、チャネル取得及びベクトル並べ替え部37により与えられる送信重み行列Vにより重み付けが行なわれる。   The preamble / reference adding unit 24 adds a preamble signal or a reference signal to the head of a transmission signal such as an RTS, CTS, or DATA packet. The reference signal is weighted by a transmission weight matrix V given by the channel acquisition and vector rearrangement unit 37.

この送信信号は、D/A変換器25によりアナログのベースバンド信号に変換され、さらに送信用アナログ処理部26によりRF周波数帯にアップコンバートされてから、アンテナ11より各MIMOチャネルへ送出される。   This transmission signal is converted into an analog baseband signal by the D / A converter 25, further up-converted to an RF frequency band by the transmission analog processing unit 26, and then transmitted from the antenna 11 to each MIMO channel.

一方、各受信系統は、受信用アナログ処理部31と、A/D変換器32と、同期獲得部33と、FFT34と、受信用重み乗算部35と、復調復号器36と、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37で構成される。   On the other hand, each reception system includes a reception analog processing unit 31, an A / D converter 32, a synchronization acquisition unit 33, an FFT 34, a reception weight multiplication unit 35, a demodulation decoder 36, a channel characteristic acquisition and The vector rearrangement unit 37 is configured.

アンテナ11より受信した信号を、受信用アナログ処理部31でRF周波数帯の無線信号からIF周波数帯のベースバンド信号にダウンコンバートし、A/D変換器32により、デジタル信号に変換する。   The signal received from the antenna 11 is down-converted from a radio signal in the RF frequency band to a baseband signal in the IF frequency band by the reception analog processing unit 31 and converted into a digital signal by the A / D converter 32.

次いで、同期獲得部33により検出された同期タイミングに従って、シリアル・データとしての受信信号をパラレル・データに変換してまとめ(ここでは、ガード・インターバルまでを含む1OFDMシンボル分の信号がまとめられる)、FFT34によって有効シンボル長分の信号をフーリエ変換し、各サブキャリヤの信号を取り出すことにより、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。   Next, according to the synchronization timing detected by the synchronization acquisition unit 33, the received signal as serial data is converted into parallel data and summarized (here, signals for one OFDM symbol including up to the guard interval are collected), A signal corresponding to the effective symbol length is Fourier-transformed by the FFT 34 and a signal of each subcarrier is taken out to convert a time-axis signal into a frequency-axis signal.

チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37では、まず通信相手が多重化送信する信号毎に重みが与えられたリファレンス信号を用いてチャネル行列Hを得る。さらにこのチャネル行列Hを特異値分解して、送信用重み行列Vと、受信用重み行列UHと、対角行列Dを得ることができる。通信相手からは、所定の間隔でリファレンス信号が送られる場合には、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37はその都度新しいチャネル行列Hに更新し、これを特異値分解する。 The channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 first obtains a channel matrix H using a reference signal to which a weight is assigned for each signal multiplexed and transmitted by the communication partner. Furthermore, this channel matrix H can be decomposed into singular values to obtain a transmission weight matrix V, a reception weight matrix U H, and a diagonal matrix D. When a reference signal is sent from a communication partner at a predetermined interval, the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 updates to a new channel matrix H each time and performs singular value decomposition.

チャネル行列を特異値分解して得られた受信用重み行列UHは自装置の受信用重み乗算部35に設定されるとともに、送信用重み行列Vは通信相手にフィードバックされる。但し、受信用重み行列として、UHではなく、HVの逆行列としてのD-Hを用いるようにしてもよい(前述並びに式(8)を参照のこと)。また、得られた送信用重み行列Vを送信用重み乗算部22へ与える。 The reception weight matrix U H obtained by singular value decomposition of the channel matrix is set in the reception weight multiplication unit 35 of the own apparatus, and the transmission weight matrix V is fed back to the communication partner. However, instead of U H , D U H as an inverse matrix of HV may be used as the receiving weight matrix (see the above-mentioned and equation (8)). Further, the obtained transmission weight matrix V is given to the transmission weight multiplier 22.

受信用重み行列Uは、特異値に対応する固有ベクトルを各要素ベクトルとする。本実施形態では、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37は、この受信用重みベクトルUの並べ替えが適宜行なわれる。このような受信ベクトルの並べ替えは、各サブストリームに割り当てられた送信重み及び受信重みの組み合わせを切り替えるという操作に相当し、これによって各サブストリームが持つ通信品質を調整することができる。例えば、利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内にサブストリームの品質の差を抑えるように調整することができる。チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37の動作の詳細については、後述に譲る。 The reception weight matrix U uses eigenvectors corresponding to singular values as element vectors. In the present embodiment, the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 appropriately rearranges the reception weight vector U. Such rearrangement of reception vectors corresponds to an operation of switching the combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream , and thereby the communication quality of each substream can be adjusted. For example, it is possible to adjust so as to suppress a difference in quality of substreams within a quality range corresponding to available modulation schemes. Details of the operation of the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 will be described later.

受信用重み乗算部35は、チャネル行列Hを特異値分解して得られた受信用重み行列UH又はD-Hを受信信号に乗算することにより、空間多重された受信信号を空間分離する。 The reception weight multiplication unit 35 spatially separates the spatially multiplexed reception signal by multiplying the reception signal by the reception weight matrix U H or D U H obtained by singular value decomposition of the channel matrix H. .

重み付けされた受信信号は、さらに復調復号器36によって、信号空間上の受信信号をBPSK、QPSK、16QAMなどの所定の方式によりデマッピングするとともに、誤り訂正並びに復号して受信データとなり、通信プロトコルの上位レイヤに渡される。   The weighted received signal is further demodulated by a demodulator / decoder 36 in accordance with a predetermined method such as BPSK, QPSK, 16QAM, etc., and error-corrected and decoded to become received data. Passed to higher layers.

チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37は、行列V及びUの要素ベクトルである固有ベクトルの順番を入れ替えることにより、各サブストリームに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替え、サブストリーム毎の通信品質を調整する。利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内にサブストリームの品質の差を抑えるように調整する。 The channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 switches the combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream for each subcarrier by switching the order of eigenvectors that are element vectors of the matrices V and U, and for each substream. Adjust the communication quality. Adjustment is performed so as to suppress a difference in quality of substreams within a quality range corresponding to an available modulation scheme.

図2には、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37の機能構成を模式的に示している。図示の通り、チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部37は、チャネル行列取得部と、特異値分解部と、ベクトル並べ替え部で構成される。   FIG. 2 schematically shows a functional configuration of the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37. As illustrated, the channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit 37 includes a channel matrix acquisition unit, a singular value decomposition unit, and a vector rearrangement unit.

チャネル行列取得部は、通信相手が多重化送信する信号毎に重みが与えられたリファレンス信号を用いてチャネル行列Hを得る。   The channel matrix acquisition unit obtains a channel matrix H using a reference signal weighted for each signal multiplexed and transmitted by the communication partner.

特異値分解部は、得られたチャネル行列Hを特異値分解して、送信用重み行列Vと、受信用重み行列UHと、対角行列Dを得る。得られた受信用重み行列UHは自装置の受信用重み乗算部35に設定されるとともに、送信用重み行列Vは通信相手にフィードバックされる。但し、受信用重み行列として、UHではなく、HVの逆行列としてのD-Hを用いるようにしてもよい(前述並びに式(8)を参照のこと)。 The singular value decomposition unit performs singular value decomposition on the obtained channel matrix H to obtain a transmission weight matrix V, a reception weight matrix U H, and a diagonal matrix D. The obtained reception weight matrix U H is set in the reception weight multiplication unit 35 of the own apparatus, and the transmission weight matrix V is fed back to the communication partner. However, instead of U H , D U H as an inverse matrix of HV may be used as the receiving weight matrix (see the above-mentioned and equation (8)).

行列V及びUは特異値に対応する固有ベクトルを各要素ベクトルとするが、ベクトル並べ替え部ではこれら要素ベクトルの並べ替えを行なう。このような要素ベクトルの並べ替えは、各サブストリームに割り当てられた送信重み及び受信重みの組み合わせを切り替えるという操作に相当し、これによって各サブストリームが持つ通信品質を調整することができる。例えば、利用可能な変調方式に対応する品質の範囲内に各サブストリームの品質の差を抑えるように調整することができる。 The matrices V and U use eigenvectors corresponding to singular values as element vectors, and the vector rearrangement unit rearranges these element vectors. This sort of such element vector corresponds to an operation of switching the combinations of transmit weights and reception weights assigned to each sub-stream, whereby it is possible to adjust the communication quality with each sub-stream. For example, it is possible to adjust so as to suppress a difference in quality between substreams within a quality range corresponding to an available modulation scheme.

ここで、前述と同様に、IEEE802.11aの物理層において、OFDM変調方式にSVD−MIMOを適用する場合を例にとって考察してみる。   Here, as in the case described above, a case where SVD-MIMO is applied to the OFDM modulation scheme in the IEEE 802.11a physical layer will be considered as an example.

サブキャリヤ数が2本の場合、同様に、λ1が1.0、λ2が0.1であれば、サブキャリヤ1では、サブストリーム1に特異値λ1を、サブストリーム2に特異値λ2をそれぞれ割り振る。一方、サブキャリヤ2では、サブストリーム1にλ2サブストリーム2にλ1を割り振る(図3を参照のこと)。 If the number of subcarriers is two, likewise, lambda 1 is 1.0, if the lambda 2 is 0.1, the sub-carrier 1, a singular value lambda 1 to the sub-streams 1, singular values substream 2 Allocate λ 2 respectively. On the other hand, the subcarrier 2, lambda 2 to the sub-streams 1, allocates lambda 1 to substream 2 (see FIG. 3).

このようにすると、サブキャリヤを統合したとき、サブストリーム1では、λ1サブストリーム1)=1.1/2=0.55、λ2サブストリーム2)=1.1/2=0.55となる。そこで、電力を0.5ずつ割り振ると、0.275ずつのゲインが得られる。これは、単に、電力で調整して同じ品質のサブストリームにしたときよりも2つのサブストリームは高品質であり、高い精度を必要とする変調方式を使用しなくても済む。 In this way, when subcarriers are combined, in substream 1, λ 1 ( substream 1) = 1.1 / 2 = 0.55, λ 2 ( substream 2) = 1.1 / 2 = 0 .55. Therefore, when power is allocated by 0.5, a gain of 0.275 is obtained. This is simply because the two substreams are of higher quality than when they are adjusted with power to have the same quality substreams , and it is not necessary to use a modulation scheme that requires high accuracy.

以下では、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、MIMO通信を行なうための動作手順について説明する。   Hereinafter, an operation procedure for performing MIMO communication in the wireless communication system according to the present embodiment will be described.

(ステップ1)
パケット通信に先立って、送信機からリファレンス信号を送信する。リファレンス信号は、各アンテナから時分割に送信して2本のアンテナが別々の時間に送信しているようにする。
(Step 1)
Prior to packet communication, a reference signal is transmitted from the transmitter. The reference signal is transmitted from each antenna in a time division manner so that the two antennas are transmitted at different times.

(ステップ2)
受信機では、リファレンス信号を受信し、当該リファレンス信号を用いて伝達関数をFFTした後で取得し、送信アンテナと受信アンテナ間の伝達関数を行列にしたチャネル行列Hを取得する。この場合のチャネル行列Hは、2×2の行列であり、サブキャリヤ数の52個分取得することができる。H(1)からH(52)まで取得する。但し、iはi=1から52のサブキャリヤ番号であり、H(i)はi番目のサブキャリヤのチャネル行列である。
(Step 2)
The receiver receives a reference signal, obtains it after performing a FFT on the transfer function using the reference signal, and obtains a channel matrix H in which the transfer function between the transmission antenna and the reception antenna is a matrix. The channel matrix H in this case is a 2 × 2 matrix, and 52 subcarriers can be acquired. Acquire from H (1) to H (52). Here, i is a subcarrier number from i = 1 to 52, and H (i) is a channel matrix of the i-th subcarrier.

(ステップ3)
受信機では、この取得したH(i)をそれぞれ特異値分解し、U(i)D(i)V(i)Hを取得する。D(i)の対角成分は、特異値が大きい順に並び替えられている。これは、通常の特異値分解の機能である。
(Step 3)
In the receiver, the acquired H (i) is subjected to singular value decomposition, and U (i) D (i) V (i) H is acquired. The diagonal components of D (i) are rearranged in descending order of singular values. This is a function of normal singular value decomposition.

(ステップ4)
サブキャリヤ毎に、各サブストリームに、大きいλから小さいλを割り振るかを決定する。行列Uや5は、固有ベクトルλに対応する固有ベクトルの集合で構成されているので、サブキャリヤ毎にλの順番を変えると、それに対応して、行列5とUの各要素である固有ベクトルの順番も変えることになり、サブストリームの通信品質を切り替える操作を行なうことになる。
(Step 4)
For each subcarrier , it is determined whether to assign a small λ from a large λ to each substream . Since the matrices U and 5 are composed of a set of eigenvectors corresponding to the eigenvector λ, if the order of λ is changed for each subcarrier, the order of the eigenvectors that are the elements of the matrix 5 and U is correspondingly changed. Therefore, an operation for switching the communication quality of the substream is performed.

(ステップ5)
送信用の重みベクトルV(但し、サブキャリヤ毎に特異値λの順番に対応して並び替え済み)又はVで重み付けしたリファレンス信号を送信側へ送信する。
(Step 5)
A transmission weight vector V (however, rearranged corresponding to the order of singular values λ for each subcarrier) or a reference signal weighted by V is transmitted to the transmission side.

(ステップ6)
送信機は、受け取ったVを送信用重みベクトルとして使用してパケットを送信する。
(Step 6)
The transmitter transmits a packet using the received V as a transmission weight vector.

(ステップ7)
受信機では、受信したパケットをUH(但し、サブキャリヤ毎にλの順番に対応して並び替え済み)を受信用重みベクトルとして使用して復号する。
(Step 7)
In the receiver, the received packet is decoded using U H (however, rearranged corresponding to the order of λ for each subcarrier) as a reception weight vector.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.

本発明は、空間多重してデータ伝送を行なうさまざまな無線通信システムに適用することができ、SVD−MIMO方式のように空間分割すなわち空間直交した多重伝送方式に適用範囲は限定されない。また、送信側又は受信側のいずれか一方が空間多重を行なうとともに、チャネル行列に基づいて重み付け送受信を行なう他のタイプの無線通信システムに対しても、本発明を同様に好適に適用することができる。   The present invention can be applied to various wireless communication systems that perform data transmission by spatial multiplexing, and the application range is not limited to a multiplex transmission system that is spatially divided, that is, spatially orthogonal, such as the SVD-MIMO system. In addition, the present invention can be suitably applied to other types of wireless communication systems in which either the transmission side or the reception side performs spatial multiplexing and performs weighted transmission / reception based on a channel matrix. it can.

例えば、受信用重みのみを使用し、異なるチャンネルを別々の送信アンテナに割り振るV−BLAST方式に対しても、本発明を適用することができる。V−BLAST方式に代表されるMIMO通信方式では、チャネル行列Hの逆行列-を受信重みとすることを基本とし、送信機側では重みを用いない。   For example, the present invention can also be applied to a V-BLAST scheme that uses only reception weights and allocates different channels to different transmission antennas. In the MIMO communication system represented by the V-BLAST system, the inverse matrix of the channel matrix H is used as a reception weight, and no weight is used on the transmitter side.

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。   In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims section described at the beginning should be considered.

図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、チャネル特性取得及び送信重み分離部37の機能構成を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the channel characteristic acquisition / transmission weight separation unit 37. 図3は、サブキャリヤ毎に特異値λを切り替える様子を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing how the singular value λ is switched for each subcarrier. 図4は、MIMO通信システムを概念的に示した図である。FIG. 4 is a diagram conceptually showing the MIMO communication system. 図5は、SVD−MIMO伝送システムを概念的に示した図である。FIG. 5 is a diagram conceptually showing the SVD-MIMO transmission system.

符号の説明Explanation of symbols

11…アンテナ
12…スイッチ
21…符号器
22…送信用重み乗算部
23…IFFT
24…ブリアンブル/リファレンス付与部
25…D/A変換器
26…送信用アナログ処理部
31…受信用アナログ処理部
32…A/D変換器
33…同期獲得部
34…FFT
35…受信用重み乗算部
36…復号器
37…チャネル特性取得及びベクトル並べ替え部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Antenna 12 ... Switch 21 ... Encoder 22 ... Transmission weight multiplication part 23 ... IFFT
24 ... Breamble / reference adding unit 25 ... D / A converter 26 ... Analog processing unit for transmission 31 ... Analog processing unit for reception 32 ... A / D converter 33 ... Synchronization acquisition unit 34 ... FFT
35 ... Receiving weight multiplication unit 36 ... Decoder 37 ... Channel characteristic acquisition and vector rearrangement unit

Claims (7)

サブストリームを伝送する空間チャネルをサブキャリヤ毎に割り当てるSVD−MIMO−OFDM通信方式を用いた無線通信システムであって、
サブキャリヤ方向に空間チャネルの品質を累積したときに、前記累積したチャネルの品質の差が複数サブストリーム間で小さくなるように、各サブストリームに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えて、各サブストリームの通信品質を調整する、
ことを特徴とする無線通信システム。
A wireless communication system using an SVD-MIMO-OFDM communication system in which a spatial channel for transmitting a substream is assigned to each subcarrier ,
When the spatial channel quality is accumulated in the subcarrier direction, a combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream is set for each subcarrier so that the difference in accumulated channel quality is reduced among a plurality of substreams. Switch to adjust the communication quality of each substream,
A wireless communication system.
割り当てられた送信重み及び受信重みの組み合わせにより得られた通信品質に応じて適切な変調方式をサブストリーム毎に割り当てる、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
An appropriate modulation scheme is allocated to each substream according to the communication quality obtained by the combination of the allocated transmission weight and reception weight.
The wireless communication system according to claim 1.
サブストリームを伝送する空間チャネルをサブキャリヤ毎に割り当てるSVD−MIMO−OFDM通信方式を用いてデータ伝送する無線通信装置であって、
受信重みを用いて重み付け受信する受信手段と、
送信重みを用いて重み付け送信する送信手段と、
各通信チャネルの通信品質を取得する通信品質取得手段と、
サブキャリヤ方向に空間チャネルの品質を累積したときに、前記累積したチャネルの品質の差が複数サブストリーム間で小さくなるように、各サブストリームに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えて、各サブストリームの通信品質を調整する通信品質調整手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication apparatus for transmitting data using an SVD-MIMO-OFDM communication system in which a spatial channel for transmitting a substream is assigned to each subcarrier.
Receiving means for weighted reception using reception weights;
Transmission means for weighted transmission using transmission weights;
Communication quality acquisition means for acquiring communication quality of each communication channel;
When the spatial channel quality is accumulated in the subcarrier direction, a combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream is set for each subcarrier so that the difference in accumulated channel quality is reduced among a plurality of substreams. A communication quality adjusting means for switching and adjusting the communication quality of each substream ;
A wireless communication apparatus comprising:
前記通信品質取得手段は、送信側から送られてくるリファレンス信号を利用してチャネル行列を取得する手段と、該取得されたチャネル行列を特異値分解する特異値分解手段とを備え、該特異値分解により得られた特異値に基づいて各通信チャネルの通信品質を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
The communication quality acquisition means comprises means for acquiring a channel matrix using a reference signal sent from the transmission side, and singular value decomposition means for singular value decomposition of the acquired channel matrix, the singular value Get the communication quality of each communication channel based on the singular value obtained by decomposition,
The wireless communication apparatus according to claim 3 .
割り当てられた送信重み及び受信重みの組み合わせにより得られた通信品質に応じて適切な変調方式をサブストリーム毎に割り当てる変調方式割り当て手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項に記載の無線通信装置。
Modulation means allocating means for allocating an appropriate modulation scheme for each substream according to the communication quality obtained by the combination of the assigned transmission weight and reception weight;
The wireless communication apparatus according to claim 3 .
サブストリームを伝送する空間チャネルをサブキャリヤ毎に割り当てるSVD−MIMO−OFDM通信方式を用いてデータ伝送する無線通信方法であって、A wireless communication method for transmitting data using an SVD-MIMO-OFDM communication scheme in which a spatial channel for transmitting a substream is assigned to each subcarrier.
受信重みを用いて重み付け受信する受信ステップと、A receiving step for weighted reception using reception weights;
送信重みを用いて重み付け送信する送信ステップと、A transmission step of weighted transmission using transmission weights;
各通信チャネルの通信品質を取得する通信品質取得ステップと、A communication quality acquisition step of acquiring the communication quality of each communication channel;
サブキャリヤ方向に空間チャネルの品質を累積したときに、前記累積したチャネルの品質の差が複数サブストリーム間で小さくなるように、各サブストリームに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えて、各サブストリームの通信品質を調整する通信品質調整ステップと、When the spatial channel quality is accumulated in the subcarrier direction, a combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream is set for each subcarrier so that the difference in accumulated channel quality is reduced among a plurality of substreams. A communication quality adjustment step of switching and adjusting the communication quality of each substream;
を有することを特徴とする無線通信方法。A wireless communication method comprising:
サブストリームを伝送する空間チャネルをサブキャリヤ毎に割り当てるSVD−MIMO−OFDM通信方式を用いてデータ伝送するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータに対し、
各通信チャネルの通信品質を取得する通信品質取得ステップと、
サブキャリヤ方向に空間チャネルの品質を累積したときに、前記累積したチャネルの品質の差が複数サブストリーム間で小さくなるように、各サブストリームに割り当てる送信重みと受信重みの組み合わせをサブキャリヤ毎に切り替えて、各サブストリームの通信品質を調整する通信品質調整ステップと、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
A computer program described in a computer-readable format so that processing for data transmission using the SVD-MIMO-OFDM communication system that assigns a spatial channel for transmitting multiple substreams for each subcarrier is executed on a computer. For the computer,
A communication quality acquisition step of acquiring the communication quality of each communication channel;
When the spatial channel quality is accumulated in the subcarrier direction, a combination of transmission weights and reception weights assigned to each substream is set for each subcarrier so that the difference in accumulated channel quality is reduced among a plurality of substreams. A communication quality adjustment step of switching and adjusting the communication quality of each substream;
A computer program for executing
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