JP4668080B2 - Channel information feedback method and radio communication system - Google Patents

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Description

本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立なデータを送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間の伝達関数行列をもとに受信側の無線通信装置でデータの復調を行うことにより無線通信を実現する高速無線アクセスシステム、または無線LANシステムにおいて、伝搬路の状況をフィードバックして効率的な伝送を行う上でのチャネル情報フィードバック方法、および無線通信装置に関する。   The present invention uses the same frequency channel, transmits independent data from a plurality of different transmission antennas, receives signals using a plurality of reception antennas, and receives signals based on a transfer function matrix between the transmission and reception antennas. Channel information feedback method for performing efficient transmission by feeding back the state of the propagation path in a high-speed wireless access system that realizes wireless communication by demodulating data in the wireless communication device of And a wireless communication apparatus.

近年、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、IEEE802.11g規格、IEEE802.11a規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用い、最大で54Mbpsの伝送速度を実現している。   In recent years, the IEEE802.11g standard, the IEEE802.11a standard, and the like are remarkable as high-speed wireless access systems using the 2.4 GHz band or the 5 GHz band. In these systems, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation scheme, which is a technique for stabilizing characteristics in a multipath fading environment, is used, and a transmission rate of 54 Mbps at the maximum is realized.

ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはMAC(Medium Access Control)レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値は30Mbps程度である。一方で、有線LANの世界ではEthernet(登録商標)の100Base−Tインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH (Fiber to the home)の普及から、100Mbpsの高速回線の提供が普及しており、無線LANの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。   However, the transmission rate here is a transmission rate on the physical layer, and the transmission efficiency in the MAC (Medium Access Control) layer is actually about 50 to 70%. It is about 30 Mbps. On the other hand, in the world of wired LANs, the provision of 100 Mbps high-speed lines has spread due to the widespread use of Ethernet (registered trademark) 100Base-T interfaces and FTTH (Fiber to the home) using optical fibers in homes. In the world of wireless LAN, further increase in transmission speed is demanded.

そのための技術としては、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術が有力である。このMIMO技術とは、送信側の無線通信装置において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信側の無線通信装置において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ/受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信側の無線通信装置で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。   As a technology for that purpose, MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology is effective. With this MIMO technology, a transmitting-side wireless communication device transmits different independent signals on the same channel from a plurality of transmitting antennas, and a receiving-side wireless communication device receives signals using the same plurality of antennas. A transfer function matrix between the transmitting antenna and the receiving antenna is obtained, and by using this matrix, an independent signal transmitted from each antenna is estimated by the radio communication device on the transmitting side, and data is reproduced.

ここで、N本の送信アンテナを用いてN系統の信号を送信し、M本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信する無線通信装置の各アンテナ間にはM×N個の伝送のパスが存在し、第i送信アンテナから送信され第j受信アンテナで受信される場合の伝達関数をhj,iとし、これを第(j,i)成分とするM行N列の行列をHと表記する。さらに、第i送信アンテナからの送信信号をtとし(t,t,t,…t)を成分とする列ベクトルをTx、第jアンテナでの受信信号をrとし(r,r,r,…r)を成分とする列ベクトルをRx、第j受信アンテナの熱雑音をnとし(n,n,n,…n)を成分とする列ベクトルをnと表記する。この場合、以下の関係式が成り立つ。 Here, consider a case in which N signals are transmitted using N transmission antennas and signals are received using M antennas. First, there are M × N transmission paths between the antennas of the wireless communication device that transmits and receives, and the transfer function when the signal is transmitted from the i-th transmitting antenna and received by the j-th receiving antenna is h j, i. A matrix of M rows and N columns having this as the (j, i) th component is denoted as H. Further, a transmission signal from the i-th transmission antenna is denoted by t i , a column vector having components (t 1 , t 2 , t 3 ,... T N ) as Tx, and a reception signal at the j-th antenna as r j (r 1 , r 2 , r 3 ,... R M ) as components, Rx, and the jth receiving antenna's thermal noise as n j , and (n 1 , n 2 , n 3 ,... N M ) as components. The column vector is denoted as n. In this case, the following relational expression holds.

Figure 0004668080
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したがって、式(1)の関係式をもとに、送信のためには、受信側の無線通信装置で受信された信号Rxをもとに、送信信号Txを推定する技術が求められている。   Therefore, a technique for estimating the transmission signal Tx based on the signal Rx received by the radio communication device on the receiving side is required for transmission based on the relational expression of Expression (1).

上記のMIMO通信においては、伝搬路の情報を利用して、その伝搬路に対して最適な状況で信号を送信することにより、最も効率的に通信を行うことができる。例えば、固有モードSDM(Space Division Multiplexing)方式を用いたMIMO伝送においては、信号の伝送方向のMIMOチャネルの伝達関数行列Hを送信側の無線通信装置で取得できた場合に、この伝達関数行列Hに対応した送信信号の最適化を行う。   In the above-mentioned MIMO communication, communication can be most efficiently performed by using a propagation path information and transmitting a signal in an optimum situation with respect to the propagation path. For example, in MIMO transmission using an eigenmode SDM (Space Division Multiplexing) method, when the transmission function matrix H of the MIMO channel in the signal transmission direction can be acquired by the wireless communication device on the transmission side, this transfer function matrix H Optimize the transmission signal corresponding to.

具体的には、伝達関数行列Hとそのエルミート共役な行列Hの積を対角化可能なユニタリ行列Uを生成し、このユニタリ行列で送信信号を変換して信号を送信する。このユニタリ変換行Uと伝達関数行列Hの間には以下の関係式が成り立つ。 Specifically, a unitary matrix U that can diagonalize the product of the transfer function matrix H and the Hermitian conjugate matrix H H is generated, and the transmission signal is converted by this unitary matrix and the signal is transmitted. The following relational expression holds between the unitary transformation row U and the transfer function matrix H.

Figure 0004668080
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式(2)において、右辺の行列Λは、対角成分のみが値を持ち、その他の成分がゼロである対角行列である。このような特徴を持つユニタリ行列Uを列ベクトルTxに作用させで信号を送信することにより、式(1)は以下のように変換される。   In Expression (2), the right-side matrix Λ is a diagonal matrix in which only the diagonal component has a value and the other components are zero. By transmitting a signal by applying the unitary matrix U having such characteristics to the column vector Tx, Expression (1) is converted as follows.

Figure 0004668080
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式(3)への変換により、送信信号はMIMOチャネル毎に直交化され、受信側での処理において簡易なZF(Zero Forcing)方式を用いた場合であっても、各送信信号をMIMOチャネル毎のSNR(Signal Noise Ratio)特性が良好になるように調整することができる。また、このユニタリ行列の各列ベクトルは、送信信号である列ベクトルTxを各送信アンテナに分配する際の各アンテナに乗算する係数、すなわち送信ウエイトベクトル(各成分を送信ウエイトと呼ぶ)を与える。   By the conversion to Equation (3), the transmission signal is orthogonalized for each MIMO channel, and even if a simple ZF (Zero Forcing) method is used in processing on the reception side, each transmission signal is converted to each MIMO channel. Can be adjusted so that the SNR (Signal Noise Ratio) characteristic is good. In addition, each column vector of this unitary matrix gives a coefficient for multiplying each antenna when the column vector Tx as a transmission signal is distributed to each transmission antenna, that is, a transmission weight vector (each component is called a transmission weight).

この送信ウエイトを用いることで、各MIMOチャネル毎に直交したビーム形成を行い、それぞれのビーム、すなわち固有ビームに相当するチャネルの利得がその固有ベクトルの固有値となる。したがって、全MIMOチャネルのチャネル容量Cの上限は以下の式(4)で与えられる。   By using this transmission weight, orthogonal beam forming is performed for each MIMO channel, and the gain of each beam, that is, the channel corresponding to the eigen beam becomes the eigenvalue of the eigenvector. Therefore, the upper limit of the channel capacity C of all MIMO channels is given by the following equation (4).

Figure 0004668080
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式(4)において、Bは帯威福、Pは第i番のMIMOチャネルの総送信電力、σは雑音電力の分散値を意味する。式(4)から、どの程度の伝送レートの伝送モードを適用可能か、またさらにどの程度の数のMIMOチャネルを多重化できるかが推定できる。 In Equation (4), B is prestige, P i is the total transmission power of the i-th MIMO channel, and σ 2 is the variance of noise power. From equation (4), it is possible to estimate what transmission mode of the transmission rate can be applied and how many MIMO channels can be multiplexed.

ここで、伝送モードとは、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式と誤り訂正の符号化率の組み合わせにより規定されるモードのことである。   Here, the transmission mode is a mode defined by a combination of a modulation scheme such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and an error correction coding rate.

ちなみに、式(4)の中の送信電力Pは全てのMIMOチャネルに共通の値である必要はなく、また、MIMOチャネル毎に伝送モードを変更しても構わない。一般に、注水定理と呼ばれる手法を用いることでこのPの値を最適化することが可能である。この中で、P=0となるMIMOチャネルが存在した場合、そのチャネルは実際の伝搬には用いずに、他のMIMOチャネルに電力を配分した方が効率的であることを意味している。つまり、MIMOの多重数を元々の上限値よりも少なく設定することになる。このようにして、多重化するMIMOチャネルの最適値を判断することも可能である。 Incidentally, not necessarily a common value to the transmission power P i to all of the MIMO channels in the formula (4), also may be changed transmission mode for each MIMO channel. In general, we are possible to optimize the value of the P i by using a technique called water filling. Among these, if there is a MIMO channel with P i = 0, it means that it is more efficient to allocate power to other MIMO channels without using that channel for actual propagation. . That is, the number of MIMO multiplexing is set to be smaller than the original upper limit value. In this way, it is possible to determine the optimum value of the MIMO channel to be multiplexed.

いずれにしろ、ここで重要なのは、送信側でMIMOチャネルの情報、すなわち伝達関数行列Hを把握できているという点である。この情報を送信側の無線通信装置で取得することにより、信号送信時の送信ウエイトを最適化したり、伝送モードやMIMO多重数を最適化することが可能となる。この結果、通信状態を良好な状態に保ち、無用な伝送エラーおよびそれに伴う再送を避けることが可能となる。なお、OFDM変調方式を用いるシステムの場合には、サブキャリア毎に伝達関数行列が異なり、全て、あるいは一部のサブキャリアの伝達関数行列を取得する必要がある。   In any case, what is important here is that the transmission side can grasp the information of the MIMO channel, that is, the transfer function matrix H. By acquiring this information by the wireless communication device on the transmission side, it is possible to optimize the transmission weight at the time of signal transmission, and to optimize the transmission mode and the MIMO multiplexing number. As a result, it is possible to maintain a good communication state and avoid unnecessary transmission errors and accompanying retransmissions. In the case of a system using the OFDM modulation scheme, the transfer function matrix differs for each subcarrier, and it is necessary to acquire the transfer function matrix of all or some of the subcarriers.

このように、送信側の無線通信装置においてMIMOチャネルの伝達関数行列が取得できた場合の利用方法は様々であるが、問題はその情報の取得方法である。最も単純な例として、双方向のMIMO伝送であれば、MIMO信号の受信時に推定した伝達関数行列を記憶しておき、次回の送信時にこれを利用するというものがある。しかし、一般の無線通信では基地局装置から端末としての無線通信装置へのダウンストリームでの伝送が支配的であり、その逆方向であるアップストリームにおいてMIMO伝送が利用されるケースは稀である。また、通常のトラヒックはバースト的であり、一方方向の伝送が連続的に続き、しばらく時聞か空いてから逆方向のデータが流れることが一般的で、この間に伝搬路の状況は時間と共に大きく変動することが予想される。   As described above, there are various utilization methods when the transfer function matrix of the MIMO channel can be acquired in the wireless communication apparatus on the transmission side, but the problem is how to acquire the information. As the simplest example, in the case of bidirectional MIMO transmission, there is a method in which a transfer function matrix estimated at the time of receiving a MIMO signal is stored and used for the next transmission. However, in general wireless communication, downstream transmission from a base station device to a wireless communication device as a terminal is dominant, and MIMO transmission is rarely used in the upstream in the opposite direction. Also, normal traffic is bursty, and transmission in one direction continues continuously, and data in the reverse direction generally flows after a while, and the propagation path conditions change greatly with time. Is expected to.

上記のような一般の無線通信では、上述した効率的な伝送に利用するには精度が低すぎる。またさらに、例えば、最大4多重までが可能なシステムであっても、MIMO伝送の受信信号における多重数が2多重であった場合には、3多重、または4多重を行う場合の情報を得るには不十分である。   In the general wireless communication as described above, the accuracy is too low to be used for the above-described efficient transmission. Still further, for example, even in a system capable of up to 4 multiplexing, if the multiplexing number in the received signal of the MIMO transmission is 2 multiplexing, information for performing 3 multiplexing or 4 multiplexing is obtained. Is insufficient.

このような問題を解決するための技術が特許文献1において提案されている。特許文献1に示される技術は、固有モードSDM方式のひとつの実現方法を提案するものであるが、その中で伝達関数行列Hの取得方法についても言及している。   A technique for solving such a problem is proposed in Patent Document 1. The technique disclosed in Patent Document 1 proposes a method for realizing the eigenmode SDM method, and mentions a method for obtaining the transfer function matrix H therein.

図21に、従来方式における伝達関数情報の収集方法の例を示す。ここでは、上側に第1の無線通信装置、下側に第2の無線通信装置を配置し、これらの無線通信装置の間で伝達される情報について横軸を時間として示した。図21において、符号101は無線制御パケット#1、符号102は無線制御パケット#2、符号103は、無線データパケットである。   FIG. 21 shows an example of a transfer function information collection method in the conventional method. Here, the first wireless communication device is disposed on the upper side and the second wireless communication device is disposed on the lower side, and the horizontal axis indicates the time transmitted on the information transmitted between these wireless communication devices. In FIG. 21, reference numeral 101 is a radio control packet # 1, reference numeral 102 is a radio control packet # 2, and reference numeral 103 is a radio data packet.

第1の無線通信装置はデータを送信するにあたり、まず無線制御パケット#1(101)を第2の無線通信装置に向けて送信する。この無線制御パケット#1(101)は、大きく2種類の選択肢を含み、MIMOチャネルの伝達関数を推定するためのMIMOプリアンブルの送信要求を含むか、あるいは、自らMIMOプリアンブルを送信すると共にチャネル推定結果としての伝達関数情報の返送要求を含むことになる。   In transmitting data, the first wireless communication apparatus first transmits wireless control packet # 1 (101) to the second wireless communication apparatus. This radio control packet # 1 (101) mainly includes two types of options and includes a transmission request for a MIMO preamble for estimating a transfer function of the MIMO channel, or transmits a MIMO preamble and transmits a channel estimation result. As a transfer function information return request.

第2の無線通信装置では、上記の2種類の選択肢の前者の場合には無線制御パケット#2(102)としてMIMOプリアンブルを含む信号を送信する。これにより、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の伝達関数行列を取得することが可能となる。   In the second wireless communication apparatus, in the former case of the above two types of options, a signal including the MIMO preamble is transmitted as the wireless control packet # 2 (102). Thereby, it becomes possible to acquire the transfer function matrix in the direction of the first wireless communication device from the second wireless communication device.

一方、後者の場合には、第2の無線通信装置はチャネル推定結果としての伝達関数情報を収容して無線制御パケット#2(102)を第1の無線通信装置に返送する。これにより、第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向の伝達関数行列を取得することが可能となる。このようにして取得した伝達関数に関する情報をもとに、第1の無線通信装置はユーザデータを収容した無線データパケット(103)を送信する。   On the other hand, in the latter case, the second radio communication apparatus accommodates transfer function information as a channel estimation result and returns radio control packet # 2 (102) to the first radio communication apparatus. This makes it possible to acquire a transfer function matrix in the direction of the second wireless communication device from the first wireless communication device. Based on the information related to the transfer function thus obtained, the first wireless communication apparatus transmits a wireless data packet (103) containing user data.

ここで、第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向への伝達関数行列HFWと、その逆方向である第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向への伝達関数行列HBWとは、所定の変換処理を行うことで関係付けることができる。送信側のアンテナ端と受信側のアンテナ端の聞の伝達関数行列そのものは、行列の転置処理で対応付けることが可能であるが、実際の上記式(1)などで示される伝達関数行列Hは、送信側の無線部(送信パワーアンプや周波数変換器(アップコンバータ)等を含む)毎の増幅率及び位相の回転に相当する物理量と、受信側の無線部(ローノイズアンプや周波数変換器(ダウンコンバータ)等を含む)毎の増幅率及び位相の回転に相当する物理量に依存する。例えば第k(k=1 or 2)の無線通信装置の第iアンテナにおける無線部(送信側)及び無線部(受信側)の増幅率及び位相の回転に相当する複素数の物理量をそれぞれαk,i、βk,iとする。同様に送受信アンテナ端間の空間のみに依存した伝達関数行列をHspとする。{αk,i}を対角成分とする対角行列をA、{βk,i}を対角成分のもつ対角行列をBとすると、実効上の伝達関数行列は以下の式(5)及び式(6)で表される。 Here, the transfer function matrix H FW from the first wireless communication device to the second wireless communication device, and the transfer function matrix from the second wireless communication device to the first wireless communication device in the opposite direction. the H BW, can be related by performing a predetermined conversion process. The transfer function matrix itself between the antenna end on the transmitting side and the antenna end on the receiving side can be correlated by matrix transposition processing, but the transfer function matrix H expressed by the above equation (1) or the like is Physical quantity equivalent to the rotation of the amplification factor and phase for each radio unit (including transmission power amplifier and frequency converter (upconverter)) and radio unit (low noise amplifier and frequency converter (downconverter)) ) Etc.) and the physical quantity corresponding to the rotation of the phase. For example, the complex physical quantities corresponding to the amplification factor and phase rotation of the radio unit (transmission side) and the radio unit (reception side) in the i-th antenna of the k-th (k = 1 or 2) radio communication device are represented by α k, Let i , β k, i . Similarly, let H sp be a transfer function matrix that depends only on the space between the transmitting and receiving antenna ends. Assuming that a diagonal matrix having {α k, i } as a diagonal component is A k , and a diagonal matrix having {β k, i } as a diagonal component is B k , an effective transfer function matrix is It is represented by (5) and formula (6).

Figure 0004668080
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なお、行列spとは、Hspの転置行列を表す。以上の式(5)及び(6)より、次の関係式が得られる。 The matrix t H sp represents a transposed matrix of H sp . From the above formulas (5) and (6), the following relational expression is obtained.

Figure 0004668080
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式(7)において、行列B −1・Aとは{α1,i/β1,i}を対角成分とする対角行列となる。同様に、行列B −1・Aとは{α2,i/β2,i}を対角成分とする対角行列となる。 In Equation (7), the matrix B 1 −1 · A 1 is a diagonal matrix having {α 1, i / β 1, i } as a diagonal component. Similarly, the matrix B 2 −1 · A 2 is a diagonal matrix having {α 2, i / β 2, i } as a diagonal component.

通信を開始する際に、これらの情報をお互いに通知しあうことをすれば、式(7)を用いて、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向への伝達関数行列に基づいて、その逆方向である第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向への伝達関数行列を簡易に算出することが可能である。したがって、先ほどの無線制御パケット#1(101)の利用方法としては、前者および後者のいずれの選択肢を用いても、所望の伝達関数行列HFWを取得することは可能である。 If these pieces of information are notified to each other when communication is started, based on the transfer function matrix from the second wireless communication device to the first wireless communication device using Equation (7). Thus, it is possible to easily calculate a transfer function matrix from the first wireless communication device in the opposite direction to the second wireless communication device. Therefore, as a method of using the radio control packet # 1 (101), it is possible to obtain a desired transfer function matrix H FW by using either the former or the latter option.

ただし、その際の効率に関しては若干異なる。例えば、前者の無線制御パケット#2(102)において、伝達関数行列に関する情報を返送する場合を考える。この場合の極端な例として第1の無線通信装置が8本のアンテナを備え、第2の無線通信装置が4本のアンテナを備える場合を考える。一般に、無線システムにおける基地局装置は端末となる無線通信装置に比べて高機能に設計され、無線システムにおける無線通信装置は、多数の無線通信装置のコストを抑えるため、そのハードウエア構成は可能な限り軽いことが望ましいため、前記のような構成は想定され得る。   However, the efficiency at that time is slightly different. For example, let us consider a case where information on the transfer function matrix is returned in the former radio control packet # 2 (102). As an extreme example in this case, consider a case where the first wireless communication apparatus includes eight antennas and the second wireless communication apparatus includes four antennas. In general, a base station device in a wireless system is designed to have higher functionality than a wireless communication device serving as a terminal, and the wireless communication device in the wireless system can have a hardware configuration in order to reduce the cost of many wireless communication devices. Since it is desirable to be as light as possible, such a configuration can be envisaged.

このような場合、MIMOチャネルとしては8×4=32通りの伝送パスが存在する。パス毎に伝達関数の情報が規定されるだけでなく、IEEE802.11a/gのようにOFDM変調方式を用いる場合には、48のデータサブキャリアについて個別に情報を通知する必要がある。あるサブキャリアのひとつのパスの伝達関数情報を、実数部に12ビット、虚数部に12ビットを割り当てて表現する場合、全体としては、48サブキャリア×32パス×3バイト(2×12ビット)=4068バイトの情報量になる。   In such a case, there are 8 × 4 = 32 transmission paths for the MIMO channel. Not only is transfer function information defined for each path, but when an OFDM modulation scheme is used as in IEEE 802.11a / g, it is necessary to individually notify information for 48 data subcarriers. When the transfer function information of one path of a certain subcarrier is expressed by assigning 12 bits to the real part and 12 bits to the imaginary part, as a whole, 48 subcarriers x 32 paths x 3 bytes (2 x 12 bits) = 4068 bytes of information.

伝達関数情報は、制御情報であることから、ある程度信頼性の高い伝送モードを用いることが期待されるが、仮にIEEE802.11a/gにおける160QAM R=1/2の24Mbpsの伝送モードを仮定すると、1OFDMシンボルで伝送可能な容量は12バイトなので、384OFDMシンボルも要することになる。これは時間に換算して約1.5msである。この時間は、あまりに重い負荷であり、実際にはこれにプリアンブル等の各種オーバヘッドが付与されることを考えると、実際の通信では殆ど許容できない。   Since the transfer function information is control information, it is expected to use a transmission mode with a certain degree of reliability. However, assuming a transmission mode of 24 Mbps of 160QAM R = 1/2 in IEEE802.11a / g, Since the capacity that can be transmitted in one OFDM symbol is 12 bytes, 384 OFDM symbols are also required. This is about 1.5 ms in terms of time. This time is an excessively heavy load, and is actually unacceptable in actual communication considering that various overheads such as a preamble are actually added thereto.

一方、後者の無線制御パケット#2(102)にMIMOプリアンブルを収容して伝送する場合を考える。第2の無線通信装置のアンテナ4本分のプリアンブルとしては、例えば、最も単純に1シンボル毎にアンテナを切り替えてプリアンブルを送信する場合には、4シンボルで済む。上記に比べて、1/96倍のオーバヘッドに相当する。このように、OFDM変調方式の適用や、利用するアンテナの本数が多くなるにつれて、後者の優位性は際立つものとなる。   On the other hand, consider the case where the latter radio control packet # 2 (102) accommodates and transmits a MIMO preamble. As the preamble for the four antennas of the second wireless communication apparatus, for example, when the preamble is transmitted by simply switching the antenna for each symbol, four symbols are sufficient. Compared to the above, this corresponds to an overhead of 1/96 times. Thus, the advantage of the latter becomes conspicuous as the application of the OFDM modulation scheme and the number of antennas to be used increase.

次に、MIMOチャネルのチャネル推定の手法についての従来技術を以下に説明する。まず初めに、空間多重を行わないSISO(Single-Input Single-Output)伝送の場合の無線データパケットの構成例を図22に示す。図22において、符号111はショートトレーニング信号、符号112はロングトレーニング信号、符号113はPLCP制御情報(PLCP:Physical Layer Convergence Protocol)、符号114はデータを表す。   Next, conventional techniques for channel estimation techniques for MIMO channels will be described below. First, FIG. 22 shows a configuration example of a wireless data packet in the case of SISO (Single-Input Single-Output) transmission without performing spatial multiplexing. In FIG. 22, reference numeral 111 denotes a short training signal, reference numeral 112 denotes a long training signal, reference numeral 113 denotes PLCP control information (PLCP: Physical Layer Convergence Protocol), and reference numeral 114 denotes data.

無線通信では、データの送信に先立ち、既知のプリアンブル信号が付与される。このプリアンブル信号の役割は、タイミング検出、AFC(Automatic Frequency Control)、AGC(Automatic Gain Control)に加えて、伝搬路の伝達関数情報の取得があげられ、この目的のために、実際のデータや制御情報の送信に先行して送信される。補足すると、この種の信号はプリアンブル信号、トレーニング信号、及びパイロット信号等の様々な名称で呼ばれることがある。また、以下の説明において、「直交パイロット信号」とは、直交関係にある複数のロングトレーニング信号、またはプリアンブル信号のことを示すものとする。また、プリアンブル信号には、ショートトレーニング信号を含むものとする。   In wireless communication, a known preamble signal is given prior to data transmission. The role of this preamble signal is to acquire transfer function information of the propagation path in addition to timing detection, AFC (Automatic Frequency Control), and AGC (Automatic Gain Control). For this purpose, actual data and control are used. Sent prior to the transmission of information. Supplementally, this type of signal may be referred to by various names such as a preamble signal, a training signal, and a pilot signal. Further, in the following description, “orthogonal pilot signal” indicates a plurality of long training signals or preamble signals that are in an orthogonal relationship. The preamble signal includes a short training signal.

例えば、IEEE802.11a/gなどでは、タイミング検出、AFC、AGC等の目的と、伝達関数情報の取得の目的で付与される信号があり、前者の目的で付与される信号はショートトレーニング信号111と呼ばれ、後者の目的で付与される信号はロングトレーニング信号112と呼ばれる。もちろん、上記の目的のみでなく、ロングトレーニング信号112でタイミング検出を行い、ショートトレーニング信号111で荒く調整したAFC、AGC等をより高精度で引き込むためにロングトレーニング信号112を用いることもある。このようなプリアンブル信号には、PLCP制御信号113が後続し、この情報に、PLCP制御信号113に後続するデータ114に関する制御情報が規定される。また、データの長さや、データに適用される変調モードなどもPLCP制御情報113に含まれる。   For example, in IEEE802.11a / g, there are signals given for the purpose of timing detection, AFC, AGC, etc. and acquisition of transfer function information. The signal given for the former purpose is the short training signal 111. The signal given for the latter purpose is called the long training signal 112. Of course, in addition to the above purpose, the long training signal 112 may be used to detect timing with the long training signal 112 and draw AFC, AGC, etc. roughly adjusted with the short training signal 111 with higher accuracy. Such a preamble signal is followed by a PLCP control signal 113, and control information regarding data 114 following the PLCP control signal 113 is defined in this information. Further, the PLCP control information 113 also includes the data length, the modulation mode applied to the data, and the like.

PLCP制御情報113をもとに、受信側ではデータ114の復調を行い、送信側で送信したユーザデータの再生を行う。この例ではIEEE802.11a/g等のパケットベースの無線通信を想定しているが、例えばHiperLAN/2(日本ではHisWANa:High Speed Wireless Access Systemと呼ばれる)等のTDMA(Time Division Multiple Access)方式を用いた通信の場合には、PLCP制御情報113は別途送信されたりすることもある。一般的に言えることは、伝達関数情報のチャネル推定に必要なロングトレーニング信号112のプリアンブル信号がデータ114に先行して送信される点である。   Based on the PLCP control information 113, the receiving side demodulates the data 114 and reproduces the user data transmitted on the transmitting side. In this example, packet-based wireless communication such as IEEE802.11a / g is assumed. However, for example, a TDMA (Time Division Multiple Access) method such as HiperLAN / 2 (in Japan called HisWANa: High Speed Wireless Access System) is used. In the case of the communication used, the PLCP control information 113 may be transmitted separately. Generally speaking, the preamble signal of the long training signal 112 necessary for channel estimation of transfer function information is transmitted prior to the data 114.

以上のSISO通信の場合に対し、MIMO通信の場合の無線データパケットの構成例を図23に示す。図23において、符号121−1と121−2はショートトレーニング信号、符号122−1と122−2はロングトレーニング信号、符号123−1と123−2はPLCP制御情報、符号124−1と124−2はMIMO用ロングトレーニング信号、符号125−1と125−2はデータを表す。基本的に、ショートトレーニング信号121−1と121−2、ロングトレーニング信号122−1と122−2は、PLCP制御情報123−1と123−2は、それぞれ同一の信号である。   FIG. 23 shows a configuration example of a wireless data packet in the case of MIMO communication in contrast to the case of the above SISO communication. 23, reference numerals 121-1 and 121-2 are short training signals, reference numerals 122-1 and 122-2 are long training signals, reference numerals 123-1 and 123-2 are PLCP control information, and reference numerals 124-1 and 124-. 2 represents a MIMO long training signal, and reference numerals 125-1 and 125-2 represent data. Basically, the short training signals 121-1 and 121-2, the long training signals 122-1 and 122-2, and the PLCP control information 123-1 and 123-2 are the same signal.

まず、ショートトレーニング信号121−1と121−2、及びロングトレーニング信号122−1と122−2を用いてPLCP制御情報123−1と123−2を復調する。このPLCP制御情報123−1と123−2の中には、MIMO伝送に関わる制御情報が含まれる。   First, the PLCP control information 123-1 and 123-2 are demodulated using the short training signals 121-1 and 121-2 and the long training signals 122-1 and 122-2. The PLCP control information 123-1 and 123-2 include control information related to MIMO transmission.

具体的には、図22にて説明したデータの長さや変調モードに加え、適用されるMIMOチャネルの多重数などの情報も規定される。この制御情報を用いて、後続する情報のフレーム構成が判定される。このPLCP制御情報123−1と123−2に後続して、MIMO用ロングトレーニング信号124−1と124−2が存在する。このMIMO用ロングトレーニング信号124−1と124−2を用いて各アンテナ間の伝達関数行列を求め、これを用いて以降のデータ125−1と125−2のチャネル分離を行い復調処理を行う。ポイントとしては、データ#1(125−1)とデータ#2(125−2)にはそれぞれ別々の信号が収容され、これらをチャネル分離するためにMIMO用ロングトレーニング信号#1(124−1)とMIMO用ロングトレーニング信号#2(124−2)にも、それぞれ別の信号が収容される点にある。   Specifically, in addition to the data length and modulation mode described in FIG. 22, information such as the number of multiplexed MIMO channels is also defined. Using this control information, the frame configuration of subsequent information is determined. Subsequent to the PLCP control information 123-1 and 123-2, there are MIMO long training signals 124-1 and 124-2. The MIMO long training signals 124-1 and 124-2 are used to obtain a transfer function matrix between the antennas, and the data 125-1 and 125-2 are then channel-separated and demodulated. As a point, data # 1 (125-1) and data # 2 (125-2) contain separate signals, respectively, and MIMO long training signal # 1 (124-1) is used for channel separation. In addition, the MIMO long training signal # 2 (124-2) also includes different signals.

このMIMO用ロングトレーニング信号124−1と124−2の選び方としては、様々な方式が提案されている。例えば、IEEE802.11委員会のタスクグループn(TGn)の議論の中では、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3等に示される方法が提案されている。   Various methods have been proposed for selecting the MIMO long training signals 124-1 and 124-2. For example, in the discussion of task group n (TGn) of the IEEE 802.11 committee, methods shown in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, and the like are proposed.

ここで、非特許文献1に示される技術は、同一時刻には1つのアンテナのみからプリアンブル信号を送信しながら、時刻を変えて順番に全アンテナからプリアンブル信号を送信する方法である。このMIMO用ロングトレーニング信号の概要を図24及び図25にて説明する。図24及び図25において、符号131−1から136−1及び符号131−2から136−2は各サブキャリアのMIMO用ロングトレーニング信号である。   Here, the technique disclosed in Non-Patent Document 1 is a method of transmitting a preamble signal from all antennas in order at different times while transmitting a preamble signal from only one antenna at the same time. An outline of the MIMO long training signal will be described with reference to FIGS. 24 and 25, reference numerals 131-1 to 136-1 and reference numerals 131-2 to 136-2 are MIMO long training signals for each subcarrier.

さらに、符号137−1及ぶ137−2は、第1の送信アンテナから出力されるMIMO用ロングトレーニング信号を、符号138−1及び138−2は第2の送信アンテナから出力されるMIMO用ロングトレーニング信号を表す。図24と図25は、それぞれ複数シンボルに渡って構成されるMIMO用プリアンブル信号の第1シンボル目と第2シンボル目のMIMO用プリアンブル信号を示している。それぞれの図の横軸はサブキャリア番号を表す。   Further, reference numerals 137-1 and 137-2 are MIMO long training signals output from the first transmission antenna, and reference numerals 138-1 and 138-2 are MIMO long training signals output from the second transmission antenna. Represents a signal. FIG. 24 and FIG. 25 show the MIMO preamble signals of the first symbol and the second symbol of the MIMO preamble signal configured over a plurality of symbols, respectively. The horizontal axis of each figure represents a subcarrier number.

図24及び図25から分かるように、各シンボルでは、同一のサブキャリアにおいては1つの送信アンテナより信号が送信され、残りの送信アンテナは信号なし(Null)となっている。したがって、そのシンボルの各サブキャリアのロングトレーニング信号から、該当する送受信アンテナ間の伝達関数を取得可能である。   As can be seen from FIGS. 24 and 25, in each symbol, a signal is transmitted from one transmission antenna on the same subcarrier, and the remaining transmission antennas have no signal (Null). Therefore, the transfer function between the corresponding transmitting and receiving antennas can be acquired from the long training signal of each subcarrier of the symbol.

Nullとなっているサブキャリアとアンテナの組み合わせに関しては、次のシンボルにおいて信号が送信される。したがって、各シンボルのチャネル推定結果を合成することにより、全体の伝達関数行列が取得可能である。  For the combination of Null subcarrier and antenna, a signal is transmitted in the next symbol. Therefore, the entire transfer function matrix can be obtained by combining the channel estimation results of each symbol.

次に、非特許文献2に示される技術は、図23におけるMIMO用ロングトレーニング信号#1(124−1)とMIMO用ロングトレーニング信号#2(124−2)とで、1600ns相当の位相のシフト分の差を設けた方式である。この方式において、受信側では、例えばMIMO用ロングトレーニング信号#1(124−1)と同一のパターンの既知信号と、受信信号の間の相互相関とともに、MIMO用ロングトレーニング信号#2(124−2)と同一のパターンの既知信号と、受信信号の間の相互相関を取得する。ここでの1600ns相当の位相のシフトは、丁度、時間を0〜1600nsずらした範囲内での両者の相互相関をゼロとする設定となっている。すなわち、それぞれの信号を時間δだけシフトさせて、1シンボルに渡る相互相関をとった場合、δが0〜1600nsまでの時間領域においては、それぞれが直交(相関値ゼロ)した関係になっており、この結果、各アンテナ間のインパルス応答を分離して測定することが可能である。ここで測定された遅延プロファイルを逆フーリエ変換することにより、周波数ドメイン、すなわち各サブキャリアにおける伝達関数に変換することが可能である。   Next, the technique shown in Non-Patent Document 2 is a phase shift equivalent to 1600 ns between the MIMO long training signal # 1 (124-1) and the MIMO long training signal # 2 (124-2) in FIG. This is a method with a difference in minutes. In this method, on the receiving side, for example, the long training signal # 2 (124-2 for MIMO) together with the cross-correlation between the known signal having the same pattern as the long training signal # 1 (124-1) for MIMO and the received signal. ) To obtain the cross-correlation between the known signal and the received signal having the same pattern. The phase shift corresponding to 1600 ns here is set so that the cross-correlation between the two in the range where the time is shifted by 0 to 1600 ns is zero. That is, when each signal is shifted by time δ and cross-correlation over one symbol is taken, in the time domain where δ is 0 to 1600 ns, each is orthogonal (correlation value is zero). As a result, the impulse response between the antennas can be measured separately. The delay profile measured here can be converted into a transfer function in the frequency domain, that is, in each subcarrier, by performing an inverse Fourier transform.

非特許文献1に示される技術の場合には、2本の送信アンテナに関する伝達関数を取得するために2シンボル長のプリアンブルが必要であったが、非特許文献2に示される技術では1シンボルで2本のアンテナ分の伝達関数を取得することが可能である。   In the case of the technique shown in Non-Patent Document 1, a two-symbol length preamble is necessary to obtain a transfer function related to two transmission antennas. In the technique shown in Non-Patent Document 2, one symbol is used. It is possible to obtain a transfer function for two antennas.

非特許文献3に示される技術は、非特許文献1に示される技術のうち図24の構成だけを利用し、図25の構成を省略する方法に相当する。当然、信号が送信されていないサブキャリアとアンテナの組み合わせに対応した伝達関数は直接的に取得できない。しかし、図24の例では第1送信アンテナに関しては奇数サブキャリアにおいて伝達関数が取得可能であるため、第1送信アンテナの偶数サブキャリアの伝達関数は、奇数サブキャリアの伝達関数を基にした内挿ないしは外挿処理により求めることが可能である。また、第2送信アンテナに関しても同様にして求めることが可能である。   The technique shown in Non-Patent Document 3 corresponds to a method of using only the configuration shown in FIG. 24 and omitting the configuration shown in FIG. 25 among the techniques shown in Non-Patent Document 1. Of course, a transfer function corresponding to a combination of subcarriers and antennas for which no signal is transmitted cannot be obtained directly. However, in the example of FIG. 24, since the transfer function can be obtained for odd subcarriers for the first transmitting antenna, the transfer function for even subcarriers of the first transmitting antenna is based on the transfer function for odd subcarriers. It can be obtained by insertion or extrapolation processing. The second transmission antenna can be obtained in the same manner.

以上の非特許文献1、2、3の説明は、送信アンテナが2本の場合の例であったが、当然ながら3本以上の場合にも拡張可能であり、非特許文献1、2、3の中においても説明がなされている。全ての方式に共通なのは、後続するデータ領域の空間多重数に対応したMIMO用プリアンブルを採用する点である。言い換えれば、空間多重の行われていないSISO信号を伝送する場合には、MIMO用プリアンブルを付与することはない。   The above description of Non-Patent Documents 1, 2, and 3 is an example in the case where there are two transmission antennas, but it can be extended to a case of three or more antennas. The explanation is also made in. What is common to all systems is that a MIMO preamble corresponding to the number of spatial multiplexing of the subsequent data area is employed. In other words, when transmitting a SISO signal that has not been spatially multiplexed, a MIMO preamble is not added.

上述した特許文献1に記載された技術は、チャネル推定を行うことを目的とした専用の無線制御パケットを定義して、直接的に伝達関数情報を収集していた。これらの無線制御パケットは、従来の各種制御信号を伝送するための無線制御パケットとは異なるものであり、さらに第1の無線通信装置から第2の無線通信装置宛の無線制御パケット#1(101)と、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置宛の無線制御パケット#2(102)の組み合わせでフィードバックを行うのが特徴であった。   The technique described in Patent Document 1 described above directly collects transfer function information by defining a dedicated radio control packet for the purpose of channel estimation. These wireless control packets are different from conventional wireless control packets for transmitting various control signals, and wireless control packet # 1 (101) addressed from the first wireless communication device to the second wireless communication device. ) And the radio control packet # 2 (102) addressed to the first radio communication device from the second radio communication device.

次に、従来技術の無線通信の概要について説明する。一般の無線通信においては、ユーザデータの収容された無線データパケットの送信に加え、各種制御情報を収容した無線制御パケットが頻繁に基地局装置と無線通信装置で送受信される。最も頻度の多い情報としては、データの正常受信確認のためのACK(Acknowledgement)情報であり、この情報に基づいて符号誤りの発生した無線データパケットの再送制御を行う。図26に、従来方式におけるデータ転送の流れを示す。図26において、符号141及び符号143は無線データパケット、符号142及び符号144はACK情報を含んだ無線制御パケット#3を示す。横軸は時間を表し、上側が無線データパケットの送信側である第1の無線通信装置、下側が無線データパケットの受信側である第2の無線通信装置を表す。第1の無線通信装置がユーザデータを含んだ無線データパケット141を送信すると、第2の無線通信装置はその受信状態を通知するためのACK情報を含んだ無線制御パケット#3(142)を送信する。通常、送信される無線データパケット141及び無線データパケット143には、ユーザデータの通し番号であるシーケンス番号が付与され、この番号を介して通信状況が正常であるか否かの判定が行われる。   Next, an outline of the conventional wireless communication will be described. In general radio communication, in addition to transmission of radio data packets containing user data, radio control packets containing various control information are frequently transmitted and received between the base station apparatus and the radio communication apparatus. The most frequently used information is ACK (Acknowledgement) information for confirming normal reception of data. Based on this information, retransmission control of a radio data packet in which a code error has occurred is performed. FIG. 26 shows the flow of data transfer in the conventional system. In FIG. 26, reference numerals 141 and 143 denote wireless data packets, and reference numerals 142 and 144 denote wireless control packets # 3 including ACK information. The horizontal axis represents time, and the upper side represents a first wireless communication apparatus that is a wireless data packet transmitting side, and the lower side represents a second wireless communication apparatus that is a wireless data packet receiving side. When the first wireless communication apparatus transmits a wireless data packet 141 including user data, the second wireless communication apparatus transmits a wireless control packet # 3 (142) including ACK information for notifying the reception state. To do. Normally, the wireless data packet 141 and the wireless data packet 143 to be transmitted are given a sequence number which is a serial number of user data, and it is determined whether or not the communication status is normal via this number.

無線制御パケット#3(142)に含まれる情報の例としては、例えば無線データパケット141を単純に正常に受信した旨を示すメッセージや、さらに、無線データパケット141に付与されていたシーケンス番号が含まれていてもよい。また、より効率的な再送制御である選択再送制御を行うため、これまでに正常受信が完了した複数のシーケンス番号を含んでも良い。第1の無線通信装置側では、この無線制御パケット#3(142)を受信し、もし無線データパケット141が送信完了していれば次のユーザデータを、無線データパケット141の符号誤りが検出された場合には無線データパケット141そのものを、無線データパケット143として送信する。   Examples of information included in the radio control packet # 3 (142) include, for example, a message indicating that the radio data packet 141 is simply received normally, and a sequence number assigned to the radio data packet 141. It may be. In addition, in order to perform selective retransmission control which is more efficient retransmission control, a plurality of sequence numbers that have been successfully received so far may be included. The first wireless communication apparatus side receives this wireless control packet # 3 (142), and if the wireless data packet 141 has been transmitted, the next user data is detected and the code error of the wireless data packet 141 is detected. If the wireless data packet 141 is received, the wireless data packet 141 itself is transmitted as the wireless data packet 143.

さらに、引き続き第2の無線通信装置は無線データパケット143に対する無線制御パケット#3(144)を返送する。この無線制御パケット#3(142)及び無線制御パケット#3(144)の送信タイミングは、無線データパケット141及び無線データパケット143の直後であっても、所定の時間経過した後であっても構わない。IEEE802.11a/gでは、無線データパケット141及び無線データパケット143の受信後16μsec経過したタイミングで無線制御パケット#3(142)及び無線制御パケット#3(144)を送信することが規定されているが、TDMA制御を用いるHiperLAN/2においては、基地局装置の管理の下、ある程度の時間を空けて送信することになる。   Further, the second wireless communication device returns a wireless control packet # 3 (144) for the wireless data packet 143. The transmission timing of the radio control packet # 3 (142) and the radio control packet # 3 (144) may be immediately after the radio data packet 141 and the radio data packet 143 or after a predetermined time has elapsed. Absent. IEEE802.11a / g stipulates that radio control packet # 3 (142) and radio control packet # 3 (144) be transmitted at the timing when 16 μsec has elapsed after reception of radio data packet 141 and radio data packet 143. However, in HyperLAN / 2 using TDMA control, transmission is performed after a certain amount of time under the control of the base station apparatus.

この他にも、上記のような制御情報を収容した無線制御パケットの例としては、基地局集中型のシステムにおける基地局装置が無線通信装置側に対して送信予定のデータの有無を判定するためのポーリング制御用パケットや、自立分散型のシステムにおける隠れ端末問題を回避するためのRTS/CTS(Request to Send/Clear to Send)パケットなどがあげられる。   In addition, as an example of a radio control packet containing the control information as described above, a base station apparatus in a base station centralized system determines whether there is data scheduled to be transmitted to the radio communication apparatus side. Polling control packets and RTS / CTS (Request to Send / Clear to Send) packets for avoiding the hidden terminal problem in the autonomous distributed system.

図27には、CSMA(Career Sense Multiple Access)制御を用いたパケットベースでの通信における、RTS/CTSを用いたデータ転送の概要を示す。図27において、符号151はRTSに対応した無線制御パケット#4、符号152はCTSに対応した無線制御パケット#5、符号153及び155は無線データパケット、符号154及び156はACK情報を含む無線制御パケット#3を示す。第1の無線通信装置が通信を開始するとき、事前に無線制御パケット#4(151)を送信する。この中には、宛先装置側の識別IDの他、連続的に帯域を占有する時間をNAV(Network Allocation Vector)として設定する。この無線制御パケット#4(151)を受信した全無線通信装置は、宛先装置の識別IDから自装置宛か否かを判定し、他装置宛の場合には帯域占有時間を送信禁止時間と設定する。第2の無線通信装置はこの無線制御パケット#4(151)の宛先が自装置宛だと判定し、CTSに相当する無線制御パケット#5(152)を送信する。その際、無線制御パケット#5(152)のNAVには、残りの帯域占有時間を算出して設定する。   FIG. 27 shows an outline of data transfer using RTS / CTS in packet-based communication using CSMA (Career Sense Multiple Access) control. In FIG. 27, reference numeral 151 is a radio control packet # 4 corresponding to RTS, reference numeral 152 is a radio control packet # 5 corresponding to CTS, reference numerals 153 and 155 are radio data packets, reference numerals 154 and 156 are radio control including ACK information. Packet # 3 is shown. When the first wireless communication apparatus starts communication, wireless control packet # 4 (151) is transmitted in advance. In this, in addition to the identification ID on the destination device side, the time for continuously occupying the band is set as a NAV (Network Allocation Vector). All wireless communication devices that have received this wireless control packet # 4 (151) determine whether or not they are addressed to their own devices based on the identification ID of the destination device. To do. The second radio communication apparatus determines that the destination of this radio control packet # 4 (151) is addressed to the own apparatus, and transmits radio control packet # 5 (152) corresponding to CTS. At this time, the remaining bandwidth occupation time is calculated and set in the NAV of the radio control packet # 5 (152).

これにより、無線制御パケット#4(151)、または無線制御パケット#5(152)が受信可能な全無線通信装置は、この帯域占有時間内の送信を控える。無線制御パケット#5(152)を受信した第1の無線通信装置は、無線データパケット153を送信し、第2の無線通信装置は、ACK情報として無線制御パケット#3(154)を送信する。NAVの時間内であれば、その後も連続的に無線データパケット155と無線制御パケット#3(156)を順次送信しても構わない。   As a result, all the wireless communication apparatuses that can receive the wireless control packet # 4 (151) or the wireless control packet # 5 (152) refrain from transmission within this band occupation time. The first wireless communication apparatus that has received the wireless control packet # 5 (152) transmits a wireless data packet 153, and the second wireless communication apparatus transmits a wireless control packet # 3 (154) as ACK information. Within the time of NAV, the wireless data packet 155 and the wireless control packet # 3 (156) may be sequentially transmitted after that.

これらの無線制御パケットは制御情報を収容するということで、より信頼性の高い伝送モードを用いて確実に相手に通知することが求められている。またRTS/CTSでは、通信相手のみならず、同一周波数チャネルを共用する他の全てのユーザに対して確実に通知する必要があるため、選択可能な伝送モードが複数あった場合、その中でオプションとされる伝送モードではなく、全ての無線通信装置に実装が義務付けられている伝送モードを用いて伝送する。   Since these radio control packets contain control information, there is a need to reliably notify the other party using a more reliable transmission mode. In addition, in RTS / CTS, it is necessary to notify not only the communication partner but also all other users sharing the same frequency channel. The transmission is performed using a transmission mode that is mandatory for all wireless communication devices, not the transmission mode that is assumed to be used.

既存のIEEE802.11a/gシステムの後継として期待される新標準IEEE802.11nは現在標準化の途中にあるが、同一の802.11フアミリシステムとして後方互換性が求められ、この標準の中でRTS/CTSが用いられる場合には、この無線制御パケットはMIMO化されずにSISOモードでの転送が規定され、これにより従来のIEEE802.11a/gシステムもこのパケットを検出することができることになる。また、ACK情報を含む無線制御パケットも、同様の理由からSISOモードで通信することが期待される。   The new standard IEEE802.11n, which is expected to succeed the existing IEEE802.11a / g system, is currently in the process of standardization, but it is required to be backward compatible as the same 802.11 family system. When / CTS is used, this radio control packet is not converted to MIMO but is defined to be transferred in the SISO mode, so that the conventional IEEE 802.11a / g system can also detect this packet. Further, it is expected that a radio control packet including ACK information is communicated in the SISO mode for the same reason.

次に、従来方式における第1の無線通信装置(送信側)及び第2の無線通信装置(受信側)における処理内容をフローチャートを用いて説明する。   Next, processing contents in the first wireless communication device (transmission side) and the second wireless communication device (reception side) in the conventional method will be described with reference to flowcharts.

図28に、従来方式である図22に示したフォーマットの信号を送信する場合における無線制御パケットの送信処理フローを示す。なお、ここでは無線制御パケットに関する例としたが、一般に空間多重を行わない場合の例に相当し、SISO伝送の無線データパケットの場合にも対応する。まず送信すべき情報、すなわち制御情報ないしはユーザデータ等が入力される(ステップS101)。まず、パケットを形成するため、ショートトレーニング信号の付与を行い(ステップS102)、ロングトレーニング信号の付与を行い(ステップS103)、PLCP制御情報の付与(ステップS104)を行う。そして、送信すべき情報を付与し(ステップS105)、無線制御パケット、あるいは無線データパケットを形成し、これを所定の変調処理を施して1本のアンテナより送信して(ステップS106)、処理を終了する(ステップS107)。   FIG. 28 shows a flow of a radio control packet transmission process in the case of transmitting a signal of the format shown in FIG. Although an example relating to a radio control packet is described here, it corresponds to an example in which spatial multiplexing is not generally performed, and also corresponds to a case of a radio data packet of SISO transmission. First, information to be transmitted, that is, control information or user data is input (step S101). First, in order to form a packet, a short training signal is given (step S102), a long training signal is given (step S103), and PLCP control information is given (step S104). Then, information to be transmitted is added (step S105), a radio control packet or a radio data packet is formed, and this is subjected to predetermined modulation processing and transmitted from one antenna (step S106). The process ends (step S107).

なお、複数のアンテナより送信しても構わないが、基本的には同等の処理を行う。また、PLCP制御情報が不要であるならば、ステップS104は省略してもよい。   Although transmission may be performed from a plurality of antennas, basically the same processing is performed. If PLCP control information is unnecessary, step S104 may be omitted.

図29に、従来方式の図23に示したフォーマットの信号を送信する場合における無線データパケットの送信処理フローを示す。ここでは、複数のデータストリームを空間多重するMIMO伝送の場合の無線データパケットの送信方法を説明する。データが入力されると(ステップS111)、入力されるデータを複数系統の信号にS/P(Serial/Parallel)変換する(ステップS112)。次に、それぞれの系統においてショートトレーニング信号の付与を行い(ステップS113−1、S113−2)、ロングトレーニング信号の付与を行い(ステップS114−1、S114−2)、PLCP制御情報の付与を行う(ステップS115−1及びS115−2)。そして、信号系統毎に異なるMIMO用ロングトレーニング信号#1及び#2の付与を行い(ステップS116−1、S116−2)、送信すべきデータを個別に付与し(ステップS117−1及びS117−2)、各信号系統の無線データパケットを形成する。これを所定の変調処理を施してそれぞれのアンテナより送信し(ステップS118−1及びS118−2)、処理を終了する(ステップS119)。   FIG. 29 shows a wireless data packet transmission processing flow in the case of transmitting a signal of the format shown in FIG. Here, a method for transmitting wireless data packets in the case of MIMO transmission in which a plurality of data streams are spatially multiplexed will be described. When data is input (step S111), the input data is subjected to S / P (Serial / Parallel) conversion into signals of a plurality of systems (step S112). Next, a short training signal is assigned in each system (steps S113-1 and S113-2), a long training signal is assigned (steps S114-1 and S114-2), and PLCP control information is assigned. (Steps S115-1 and S115-2). Then, different long training signals for MIMO # 1 and # 2 are assigned for each signal system (steps S116-1 and S116-2), and data to be transmitted is individually assigned (steps S117-1 and S117-2). ), Forming a wireless data packet of each signal system. This is subjected to a predetermined modulation process and transmitted from each antenna (steps S118-1 and S118-2), and the process ends (step S119).

なお、PLCP制御情報が不要であるならば、ステップS115−1及びS115−2を省略してもよい。ステップS116−1及びS116−2で付与するMIMO用プリアンブルは、非特許文献1、2、3等にも紹介されているものの他、個別に伝達関数が推定できるものであれば如何なるものでも構わない。
国際公開第2005/055484号パンフレット “Proposal for 802.11n”,IEEE802.11 標準化寄書,11-04-0938-00-00n,August,2004 “WWiSE IEEE802.11n Proposal”,IEEE802.11標準化寄書,11-04-0935-00-00n,August,2004 “Backwards compatibility, -How to make a MIMO-OFDM system backwards compatible and coexistence with lla/g at the link level.-',IEEE802.11 標準化寄書,11-03-0714-00-OOn, September,2003
If PLCP control information is not necessary, steps S115-1 and S115-2 may be omitted. The MIMO preamble provided in steps S116-1 and S116-2 may be any preamble as long as the transfer function can be estimated individually, as well as those introduced in Non-Patent Documents 1, 2, 3, etc. .
International Publication No. 2005/055484 Pamphlet “Proposal for 802.11n”, IEEE802.11 standardization contribution, 11-04-0938-00-00n, August, 2004 “WWiSE IEEE802.11n Proposal”, IEEE802.11 standardization contribution, 11-04-0935-00-00n, August, 2004 “Backwards compatibility, -How to make a MIMO-OFDM system backwards compatible and coexistence with lla / g at the link level.- ', IEEE802.11 standardization contribution, 11-03-0714-00-OOn, September, 2003

上記に説明した従来方式では、第1の無線通信装置から第2の無線通信装置宛の無線制御パケット#1(101)と、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置宛の無線制御パケット#2(102)の2つの無線制御パケットの交換を行うことがMIMOチャネル情報フィードバックを行う際に必要であった。   In the conventional method described above, the radio control packet # 1 (101) addressed to the second radio communication device from the first radio communication device and the radio control addressed to the first radio communication device from the second radio communication device. It was necessary to exchange two radio control packets of packet # 2 (102) when performing MIMO channel information feedback.

しかしながら、これらの情報の交換に要する時間はデータ通信を行う上ではロスとなり、その時間長は無視できない。チャネルの変動の早い環境、例えば公衆ホットスポット等やアウトドアでは、数十msオーダーでチャネルが変動し、その中で頻繁にMIMOチャネル推定用の無線制御パケットを頻繁に送信することは伝送効率の低下につながる。   However, the time required to exchange these pieces of information is a loss in data communication, and the time length cannot be ignored. In environments with fast channel fluctuations, such as public hotspots and outdoors, the channel fluctuates on the order of tens of ms, and frequently transmitting radio control packets for MIMO channel estimation frequently reduces transmission efficiency. Leads to.

また、第1の無線通信装置が無線データパケットを送信する以前に、第2の無線通信装置から受信したMIMOプリアンブルを含む無線データパケットからMIMOチャネルの伝達関数行列を取得することは可能である。しかし、仮に第2の無線通信装置が4本のアンテナを備えているのに無線データパケットのMIMOにおける空間多重数が2であった場合、その無線データパケットには2本分のアンテナに関するMIMO用プリアンブルしか含まれていないため、4本分全ての情報を収集することはできない。   In addition, before the first wireless communication apparatus transmits a wireless data packet, it is possible to acquire the transfer function matrix of the MIMO channel from the wireless data packet including the MIMO preamble received from the second wireless communication apparatus. However, if the second wireless communication apparatus is provided with four antennas and the spatial multiplexing number of the wireless data packet in MIMO is 2, the wireless data packet includes the MIMO antenna for two antennas. Since only the preamble is included, it is not possible to collect all four pieces of information.

このように、MIMOチャネルの情報を送信側の無線通信装置で取得するためのフィードバックにおいて、新たなオーバヘッドを追加することなく、あるいは追加を最小限に抑えて、かつ全てのアンテナに関する情報を収集可能な手法の確立が課題となっていた。   In this way, it is possible to collect information on all antennas without adding new overhead or minimizing the addition of feedback for acquiring MIMO channel information at the wireless communication device on the transmitting side. Establishment of a new method has been an issue.

本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、その目的は、MIMOチャネルの伝達関数情報を送受信装置間でフィードバックする際に、全てのアンテナの情報をより少ないオーバヘッドでフィードバックすることを実現するチャネル情報フィードバック方法、及び無線通信装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to realize feedback of all antenna information with less overhead when the transfer function information of the MIMO channel is fed back between the transmitting and receiving apparatuses. The present invention provides a channel information feedback method and a wireless communication apparatus.

上記問題を解決するために、本発明は、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムにおけるチャネル情報フィードバック方法であって、前記第2の無線通信装置にて、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化処理を実施するステップと、前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信処理を行うステップと、を含み、前記第1の無線通信装置にて、前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信処理を行うステップと、受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出処理を行うステップと、当該抽出した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定処理を行うステップと、生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出処理を行うステップと、を含むことを特徴とするチャネル情報フィードバック方法である。 In order to solve the above problem, the present invention includes first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas, and a plurality of signal sequences in the same frequency channel between the plurality of transmission / reception antennas. Channel information feedback method in a wireless communication system that performs spatial multiplexing and transmission in the second wireless communication apparatus, wherein each of a plurality of orthogonal known pattern signals is used as a first orthogonal pilot signal. Performing a first orthogonal pilot signal giving process to be given to the head region of the radio control packet used for each radio control transmitted from the transmission antenna of the radio control packet, and an information region following the head region of the radio control packet On the other hand, a step of performing signal virtual orthogonalization processing for performing the same processing as the orthogonalization processing of the orthogonal known pattern signals is performed. And performing signal transmission processing for transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas, and in the first radio communication apparatus, Performing signal reception processing for reception using a plurality of reception antennas; performing orthogonal pilot signal extraction processing for extracting a signal in a region to which the first orthogonal pilot signal is added from the received radio control packet; Channel estimation processing for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the first wireless communication device from the second wireless communication device based on the relationship between the extracted signal and the known pattern signal And a direction opposite to the communication direction corresponding to the transfer function matrix information based on the generated transfer function matrix information Performing a transfer function calculation process for calculating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction from the first wireless communication apparatus to the second wireless communication apparatus. Is the method.

本発明は、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムにおけるチャネル情報フィードバック方法であって、前記第2の無線通信装置にて、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化処理を実施するステップと、前記第1の直交パイロット信号のいずれか、または該第1の直交パイロット信号に所定の係数を乗算して得られる複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第2の直交パイロット信号として、前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与する第2の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信処理を行うステップと、を含み、前記第1の無線通信装置にて、前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信処理を行うステップと、受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号及び前記第2の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出処理を行うステップと、当該抽出した信号を線形加算した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定処理を行うステップと、生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出処理を行うステップと、を含むことを特徴とするチャネル情報フィードバック方法である。 The present invention includes first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas, and performs transmission by spatially multiplexing a plurality of signal sequences on the same frequency channel between the plurality of transmission / reception antennas. A channel information feedback method in a wireless communication system, wherein each of a plurality of orthogonal known pattern signals is transmitted from the plurality of transmission antennas as a first orthogonal pilot signal in the second wireless communication apparatus. Performing a first orthogonal pilot signal adding process to be added to a leading area of a radio control packet used for radio control of the radio control packet, and a known pattern orthogonal to the information area following the leading area of the radio control packet and performing a signal virtualization orthogonalization process applied the same processing as straight交化processing of the signal, the first orthogonal pie Either Tsu bets signal, or each of the known pattern signal in which a plurality of orthogonal obtained by multiplying a predetermined coefficient to the first orthogonal pilot signal as a second orthogonal pilot signals, from the plurality of transmit antennas Performing a second orthogonal pilot signal providing process to be added to each radio control packet to be transmitted, and performing a signal transmission process for transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas And a step of performing signal reception processing for receiving the radio control packet using the plurality of reception antennas in the first radio communication device, and from the received radio control packet, the first radio communication device Orthogonal pilot signal extraction processing for extracting a signal in a region to which the orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot signal are added Steps and, the transfer function between the transmitting and receiving antennas the extracted signal from said second radio communication device based on the relationship between the linear addition signal the known pattern signal for communication of the first wireless communications device a direction to perform A step of performing channel estimation processing for generating matrix information, and a second direction from the first wireless communication apparatus that is in a direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function matrix information based on the generated transfer function matrix information. Performing a transfer function calculation process for calculating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of a wireless communication device.

本発明は、上記に記載の発明において、前記第1の無線通信装置と前記第2の無線通信装置はそれぞれK(K>1:Kは整数)本のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重変調方式が適用され、前記第1の無線通信装置はN(N>1:Nは整数)本の送受信アンテナを有し、前記第2の無線通信装置はM(M>1:Mは整数)本の送受信アンテナを有し、前記第2の無線通信装置の前記第1の直交パイロット信号付与処理、または前記第2の直交パイロット信号付与処理を行うステップにて、前記複数の送受信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号を、前記サブキャリアごとの成分に分解した際に、前記送受信アンテナのそれぞれから送信される各信号内には少なくとも1本以上の前記サブキャリアの信号成分を含まないように設定し、前記チャネル推定処理を行うステップにて、前記K本のサブキャリアの中の第k(1≦k≦K:kは整数)番目のサブキャリアの前記第2の無線通信装置の第j(1≦j≦M:jは整数)番目の送受信アンテナと、前記第1の無線通信装置の第i(1≦i≦N:iは整数)番目の送受信アンテナ間の伝達関数行列情報の取得を行う際に、前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナから送信される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号内に前記第k番目のサブキャリアの成分が含まれる場合、前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号、またはこれらの線形加算した信号と、前記既知のパターンの信号との相互相関を算出することにより、前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナと前記第1の無線通信装置の前記第i番目のアンテナ間の伝達関数行列情報を直接的に取得する直接伝達関数取得処理を行い、前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナから送信される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号内に前記第k番目のサブキャリアの成分が含まれていない場合、前記第k番目のサブキャリアに近接した少なくとも1つのサブキャリアにて前記直接伝達関数取得処理において取得した前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナと前記第1の無線通信装置の前記第i番目の送受信アンテナ間の伝達関数行列情報に関する内挿、または外挿演算により補完して当該サブキャリアの伝達関数行列情報を取得する伝達関数補完取得処理を行うことを特徴とする。 According to the present invention, in the invention described above, the first radio communication device and the second radio communication device each use orthogonal frequency division multiplexing modulation using K (K> 1: K is an integer) subcarriers. The first wireless communication apparatus has N (N> 1: N is an integer) transmission / reception antennas, and the second wireless communication apparatus has M (M> 1: M is an integer). Are transmitted from the plurality of transmission / reception antennas in the step of performing the first orthogonal pilot signal providing process or the second orthogonal pilot signal providing process of the second wireless communication apparatus. said first orthogonal pilot signals applied to each of the radio control packet or the second orthogonal pilot signals, when decomposed into components for each of the sub-carrier from each of the transmitting and receiving antenna Each of the received signals is set so as not to include at least one signal component of the subcarrier, and in the step of performing the channel estimation process, the kth (1) of the K subcarriers ≦ k ≦ K: k is an integer) The j-th (1 ≦ j ≦ M: j is an integer) th transmission / reception antenna of the second wireless communication device of the subcarrier and the first wireless communication device of the first wireless communication device i (1 ≦ i ≦ N: i is an integer) when performing acquisition of the transfer function matrix information between th receiving antenna, the first sent from the second of the j-th reception antenna of the wireless communication device When the component of the k-th subcarrier is included in one orthogonal pilot signal or the second orthogonal pilot signal, the first orthogonal pilot signal, the second orthogonal pilot signal, or these Linear addition Signal and by calculating a cross-correlation between the signal of the known pattern, between the second of the i-th antenna of the said j-th reception antenna of the wireless communication device first wireless communication device perform direct transfer function and acquires the transfer function matrix information directly, the first orthogonal pilot signals transmitted from the j-th reception antenna of the second radio communication device or the second, If there are no components of the k-th subcarrier in the orthogonal pilot signals, the acquired in the direct transfer function acquisition process at least one subcarrier close to the k-th subcarrier first interpolation about transfer function matrix information between the i-th reception antenna of the said j-th reception antenna of the second radio communication device a first wireless communication device Alternatively, transfer function complement acquisition processing is performed in which transfer function matrix information of the subcarrier is acquired by complementation by extrapolation calculation.

本発明は、上記に記載の発明において、前記第1の無線通信装置は前記送受信アンテナごとに無線部を備え、前記無線部は、自装置の第番目のアンテナに接続された前記無線部における送信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をα 、及び第番目の前記無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をβ とした場合、前記第1の無線通信装置にて、所定の周期で自装置の前記複素物理量の比であるα /β を取得するキャリブレーション係数取得処理を前記送受信アンテナごとに行うステップと、
前記所定の周期にて、前記複素物理量の比を自装置の全ての前記送受信アンテナに渡り同一の値をとるように前記無線部における送信信号の増幅率と位相回転量、または前記無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を調整するキャリブレーション処理を前記送受信アンテナごとに行うステップと、を含み、前記第1の無線通信装置の前記伝達関数補正処理を行うステップにて、前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列を転置した行列として前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナの伝達関数行列情報を与えることを特徴とする。
According to the present invention, in the above-described invention, the first wireless communication device includes a wireless unit for each of the transmission / reception antennas, and the wireless unit is connected to the h- th antenna of the own device. When the complex physical quantity indicating the amplification factor and phase rotation amount of the transmission signal is α h and the complex physical quantity indicating the amplification factor and phase rotation amount of the reception signal in the h- th radio unit is β h , the first In the wireless communication device, performing a calibration coefficient acquisition process for acquiring α h / β h that is a ratio of the complex physical quantity of the own device at a predetermined period for each of the transmission and reception antennas;
In the predetermined cycle, the amplification ratio and phase rotation amount of the transmission signal in the radio unit, or reception in the radio unit so that the ratio of the complex physical quantity takes the same value across all the transmission / reception antennas of its own device Performing a calibration process for adjusting a signal amplification factor and a phase rotation amount for each of the transmission / reception antennas, and performing the transfer function correction process of the first wireless communication device. The transmission / reception antenna for communication from the first wireless communication device to the second wireless communication device as a matrix obtained by transposing a transfer function matrix between the transmission / reception antennas for communication from the wireless communication device to the first wireless communication device. The transfer function matrix information is given.

本発明は、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムであって、前記第2の無線通信装置が、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する直交パイロット信号付与手段と、前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化手段と、前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信手段と、を備え、前記第1の無線通信装置が、前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信手段と、受信した前記無線制御パケットから前記直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出手段と、当該抽出した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から自装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定手段と、生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である自装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数行列算出手段と、を備えたことを特徴とする無線通信システムである。 The present invention includes first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas, and performs transmission by spatially multiplexing a plurality of signal sequences on the same frequency channel between the plurality of transmission / reception antennas. a wireless communication system, a radio which the second wireless communication device is used for each radio control sent from the plurality of transmit antennas each of a plurality of orthogonal known pattern signal as Cartesian pilot signal Orthogonal pilot signal adding means for adding to the head region of the control packet, and signal virtual for performing the same processing as the orthogonal processing of the orthogonal known pattern signal on the information region following the head region of the radio control packet includes a quadrature means, a signal transmitting means for transmitting the wireless control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmitting antennas, wherein the 1 radio communication apparatus that receives the radio control packet using the plurality of reception antennas, and an orthogonal pilot that extracts a signal in a region to which the orthogonal pilot signal is added from the received radio control packet. Signal estimation means, and channel estimation means for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the own apparatus from the second wireless communication apparatus based on the relationship between the extracted signal and the known pattern signal Based on the generated transfer function matrix information, transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the second wireless communication device from the own device that is in the opposite direction to the communication direction corresponding to the transfer function matrix information. A wireless communication system comprising: a transfer function matrix calculating means for calculating .

本発明は、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムであって、前記第2の無線通信装置が、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与手段と、前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化手段と、前記第1の直交パイロット信号のいずれか、または該第1の直交パイロット信号に所定の係数を乗算して得られる複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第2の直交パイロット信号として、前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与する第2の直交パイロット信号付与手段と、前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信手段と、を備え、前記第1の無線通信装置が、前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信手段と、受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号及び前記第2の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出手段と、当該抽出した信号を線形加算した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から自装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定手段と、生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である自装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出手段と、を備えたことを特徴とする無線通信システムである。 The present invention includes first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas, and performs transmission by spatially multiplexing a plurality of signal sequences on the same frequency channel between the plurality of transmission / reception antennas. a wireless communication system, said second wireless communication apparatus, used in each radio control transmitted each of the plurality of orthogonal known pattern signal as a first orthogonal pilot signals from the plurality of transmit antennas Same as the orthogonal processing of the orthogonal known pattern signal with respect to the information area subsequent to the head area of the radio control packet; Signal virtual orthogonalization means for performing processing, and one of the first orthogonal pilot signals, or multiplying the first orthogonal pilot signal by a predetermined coefficient Second orthogonal pilot signal providing means for assigning each of the plurality of orthogonal known pattern signals obtained as a second orthogonal pilot signal to each of the radio control packets transmitted from the plurality of transmission antennas; Signal transmitting means for transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas , wherein the first radio communication device transmits the radio control packet using the plurality of reception antennas. Signal receiving means for receiving, orthogonal pilot signal extracting means for extracting a signal of a region to which the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot signal are added from the received radio control packet, and the extracted signal On the basis of the relationship between the signal obtained by linear addition and the known pattern signal, Channel estimation means for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for transmission, and the second apparatus from the own device that is in a direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function matrix information based on the generated transfer function matrix information. And a transfer function calculating means for calculating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the wireless communication device .

この発明によれば、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムの第2の無線通信装置にて、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行い、先頭領域に後続する情報領域に対して直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施し、無線制御パケットを複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信し、第1の無線通信装置にて、無線制御パケットを複数の受信アンテナを用いて受信し、受信した無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出し、抽出した信号と既知のパターン信号との関係に基づき第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナ間の伝達関数を生成するチャネル推定処理を行い、生成した伝達関数に基づいて当該伝達関数に対応する通信の方向と逆方向である第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナ間の伝達関数を算出する構成とした。
これにより、チャネル情報を送信側で取得するためのフィードバックにおいて、新たなオーバヘッドを追加することなく、あるいは追加を最小限に抑えて、既存の制御情報の送受信局間での交換によって全ての送受信アンテナに関する情報を収集することが可能となる。
According to this invention, the first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas are provided, and a plurality of signal sequences are spatially multiplexed and transmitted between the plurality of transmission / reception antennas on the same frequency channel. Radio control packet used for radio control transmitted from a plurality of transmitting antennas by using each of a plurality of orthogonal known pattern signals as a first orthogonal pilot signal in a second radio communication device of the radio communication system to perform The first orthogonal pilot signal providing process to be applied to the head region of the first region is performed, the same processing as the orthogonal processing of the known pattern signal orthogonal to the information region subsequent to the head region is performed, and a plurality of radio control packets are transmitted. Transmission is performed without spatial multiplexing using a transmission antenna, and a radio control packet is received using a plurality of reception antennas at the first wireless communication apparatus, and received. It said first orthogonal pilot signals extracts the signal of a given area from the wireless control packet, the extracted signal and the first radio communication apparatus direction from the second radio communication device based on the relationship between the known pattern signal Channel estimation processing for generating a transfer function between the transmitting and receiving antennas for the communication of the first communication from the first wireless communication device in the direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function based on the generated transfer function to the second wireless The transfer function between the transmitting and receiving antennas for communication in the communication device direction is calculated.
As a result, in the feedback for acquiring the channel information on the transmitting side, all the transmitting and receiving antennas can be exchanged by exchanging the existing control information between the transmitting and receiving stations without adding new overhead or minimizing the addition. It becomes possible to collect information about.

また、本発明によれば、複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムの第2の無線通信装置にて、複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行い、無線制御パケットの先頭領域に後続する情報領域に対して直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施し、第1の直交パイロット信号のいずれか、または該第1の直交パイロット信号に所定の係数を乗算して得られる複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第2の直交パイロット信号として、複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御パケットに付与する第2の直交パイロット信号付与処理を行い、無線制御パケットを複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信し、第1の無線通信装置にて、無線制御パケットを複数の受信アンテナを用いて受信し、受信した無線制御パケットから第1の直交パイロット信号及び第2の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出し、抽出した信号を線形加算した信号と既知のパターン信号との関係に基づき第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナ間の伝達関数を生成するチャネル推定処理を行い、生成した伝達関数に基づいて当該伝達関数に対応する通信の方向と逆方向である第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナ間の伝達関数を算出する構成とした。
これにより、第2の直交パイロット信号を送受信アンテナから送信される無線制御パケットに付与することでチャネル推定を行う送受信アンテナの本数が増えた場合でも、第1の直交パイロット信号と第2の直交パイロット信号の組み合わせで、より多くの直交したパイロット信号を構成するための実現手段を提供することが可能となる。
In addition, according to the present invention, the first and second wireless communication apparatuses having a plurality of transmission / reception antennas are provided, and a plurality of signal sequences are spatially multiplexed on the same frequency channel between the plurality of transmission / reception antennas. In the second wireless communication apparatus of the wireless communication system that performs transmission, the plurality of orthogonal known pattern signals are used as the first orthogonal pilot signals for the respective wireless controls transmitted from the plurality of transmission antennas. The first orthogonal pilot signal adding process to be added to the head area of the radio control packet is performed, and the same process as the orthogonal processing of the known pattern signal orthogonal to the information area following the head area of the radio control packet is performed. , One of the first orthogonal pilot signals, or a plurality of orthogonal known patterns obtained by multiplying the first orthogonal pilot signal by a predetermined coefficient. Each chromatography tone signal as the second quadrature pilot signals, performs a second orthogonal pilot signals are given processing to be applied to each of the radio control packets transmitted from a plurality of transmitting antennas, a plurality of transmitting antennas a radio control packet The first radio communication apparatus receives a radio control packet using a plurality of receiving antennas, and receives the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal from the received radio control packet. A transmission / reception antenna for communication in the direction from the second wireless communication apparatus to the first wireless communication apparatus based on a relationship between a signal obtained by linearly adding the extracted signals and a known pattern signal. The channel estimation process that generates the transfer function between them is performed, and based on the generated transfer function, the direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function And configured to calculate a transfer function between the transmitting and receiving antennas from a certain first wireless communication device to the communication of the second wireless communication device direction.
Thereby, even when the number of transmission / reception antennas for performing channel estimation increases by adding the second orthogonal pilot signal to the radio control packet transmitted from the transmission / reception antenna, the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot are increased. It is possible to provide a means for configuring more orthogonal pilot signals by combining signals.

また、本発明によれば、第1の無線通信装置と前記第2の無線通信装置はそれぞれK(K>1:Kは整数)本のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重変調方式が適用され、第1の無線通信装置はN(N>1:Nは整数)本の送受信アンテナを有し、第2の無線通信装置はM(M>1:Mは整数)本の送受信アンテナを有し、第2の無線通信装置の第1の直交パイロット信号付与処理、または第2の直交パイロット信号付与処理を行う際に、複数の送受信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御パケットに付与される第1の直交パイロット信号、または第2の直交パイロット信号を、サブキャリアごとの成分に分解した際に、送受信アンテナのそれぞれから送信される各信号内には少なくとも1本以上のサブキャリアの信号成分を含まないように設定し、チャネル推定を行う際に、K本のサブキャリアの中の第k(1≦k≦K:kは整数)番目のサブキャリアの第2の無線通信装置の第j(1≦j≦M:jは整数)番目の送受信アンテナと、第1の無線通信装置の第i(1≦i≦N:iは整数)番目の送受信アンテナ間の伝達関数の取得を行う際に、第2の無線通信装置の第j番目の送受信アンテナから送信される第1の直交パイロット信号、または第2の直交パイロット信号内に第k番目のサブキャリアの成分が含まれる場合、第1の直交パイロット信号、または第2の直交パイロット信号、またはこれらの線形加算した信号と、予め定められた既知のパターンの信号との相互相関を算出することにより、第2の無線通信装置の第j番目の送受信アンテナと第1の無線通信装置の第i番目のアンテナ間の伝達関数を直接的に取得する直接伝達関数取得処理を行い、第2の無線通信装置の第j番目の送受信アンテナから送信される前記第1の直交パイロット信号、または第2の直交パイロット信号内に第k番目のサブキャリアの成分が含まれていない場合、第k番目のサブキャリアに近接した少なくとも1つのサブキャリアにて直接伝達関数取得処理において取得した前記第2の無線通信装置の第j番目の送受信アンテナと第1の無線通信装置の第i番目の送受信アンテナ間の伝達関数に関する内挿、または外挿演算により補完して当該サブキャリアの伝達関数を取得する構成とした。
本発明ではOFDMにおける各サブキャリアの直交性を利用し、既存の無線通信システムとの整合性を維持しながらも、無線制御パケットに付与するパイロット信号をアンテナごとに直交化させるための簡易な実現手段を提供することが可能となる。また、直交化させたパイロット信号を用いて取得するチャネルの伝達関数行列情報が、全サブキャリアおよび全パスに対して不完全な数の情報しかない場合でも、推定精度を維持しながら全サブキャリアおよび全パスの伝達関数行列情報を取得するための簡易な実現方法を提供することが可能となる。
Further, according to the present invention, the first radio communication apparatus and the second radio communication apparatus each adopt an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme using K (K> 1: K is an integer) subcarriers. The first wireless communication apparatus has N (N> 1: N is an integer) transmission / reception antennas, and the second wireless communication apparatus has M (M> 1: M is an integer) transmission / reception antennas. When the first radio pilot signal providing process or the second orthogonal pilot signal providing process of the second radio communication apparatus is performed, the first radio control packet transmitted from the plurality of transmission / reception antennas is assigned to the first radio control packet. When the orthogonal pilot signal or the second orthogonal pilot signal is decomposed into components for each subcarrier, each signal transmitted from each of the transmission / reception antennas includes at least one signal component of the subcarrier. When the channel estimation is performed, the jth (1) of the second wireless communication apparatus of the kth (1 ≦ k ≦ K: k is an integer) th subcarrier among the K subcarriers. ≦ j ≦ M: j is an integer) transmission / reception antenna and the i-th (1 ≦ i ≦ N: i is an integer) th transmission / reception antenna of the first wireless communication apparatus, When the first orthogonal pilot signal transmitted from the jth transmission / reception antenna of the second wireless communication apparatus or the component of the kth subcarrier is included in the second orthogonal pilot signal, the first orthogonal pilot signal By calculating the cross-correlation between the pilot signal, the second orthogonal pilot signal, or a signal obtained by linearly adding them, and a signal having a predetermined known pattern, the j-th signal of the second wireless communication apparatus is obtained. Transmit / receive antenna and first wireless communication The first orthogonal pilot signal transmitted from the j-th transmission / reception antenna of the second wireless communication device, performing direct transfer function acquisition processing for directly acquiring a transfer function between the i-th antennas of the second wireless communication device, Alternatively, when the second orthogonal pilot signal does not include the component of the kth subcarrier, the first acquired in the direct transfer function acquisition process with at least one subcarrier close to the kth subcarrier. The interpolation function for the transfer function between the j-th transmission / reception antenna of the second wireless communication device and the i-th transmission / reception antenna of the first wireless communication device is supplemented by interpolation or extrapolation to obtain the transfer function of the subcarrier. It was set as the structure to do.
In the present invention, the orthogonality of each subcarrier in OFDM is used, and a simple implementation for orthogonalizing pilot signals to be assigned to radio control packets for each antenna while maintaining consistency with existing radio communication systems. Means can be provided. Also, even when the channel transfer function matrix information acquired using the orthogonalized pilot signal has only an incomplete number of information for all subcarriers and all paths, all subcarriers are maintained while maintaining the estimation accuracy. In addition, it is possible to provide a simple realization method for obtaining transfer function matrix information of all paths.

また、本発明によれば、第1の無線通信装置は送受信アンテナごとに無線部を備え、無線部は、自装置の第番目のアンテナに接続された無線部における送信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をα 、及び第番目の無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をβ とした場合、第1の無線通信装置にて、所定の周期で自装置の複素物理量の比であるα /β を取得するキャリブレーション係数取得処理を前記送受信アンテナごとに行い、所定の周期にて、前記複素物理量の比を自装置の全ての前記送受信アンテナに渡り同一の値をとるように無線部における送信信号の増幅率と位相回転量、または無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を調整するキャリブレーション処理を前記送受信アンテナごとに行い、第1の無線通信装置の伝達関数補正処理を行い、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナ間の伝達関数行列を転置した行列として第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向の通信に対する送受信アンテナの伝達関数行列を与える構成とした。
これにより、フォワードリンクとリターンリンクの間の伝達関数行列情報の対象性が担保されない環境において、両者の間の換算を容易にすることが可能となる。これにより、パワーアンプ及びローノイズアンプ等の特性が時変動、あるいは温度に依存した変動により変化する場合であっても、その変動に対してリアルタイムで追従することが可能となる。
Further, according to the present invention, the first wireless communication device includes a wireless unit for each transmission / reception antenna, and the wireless unit transmits the amplification factor and phase of the transmission signal in the wireless unit connected to the h- th antenna of the own device. When the complex physical quantity indicating the rotation amount is α h and the complex physical quantity indicating the amplification factor and the phase rotation amount of the received signal in the h- th radio unit is β h , the first wireless communication apparatus uses a predetermined period. Calibration coefficient acquisition processing for acquiring α h / β h that is the ratio of the complex physical quantity of the own device is performed for each of the transmission / reception antennas, and the ratio of the complex physical quantity is determined for all of the transmission / reception of the own device at a predetermined period. Calibration processing for adjusting the amplification factor and phase rotation amount of the transmission signal in the radio unit or the amplification factor and phase rotation amount of the reception signal in the radio unit so as to take the same value over the antenna The transfer function correction process of the first wireless communication apparatus is performed, and the transfer function matrix between the transmission and reception antennas for the communication from the second wireless communication apparatus to the first wireless communication apparatus is transposed as the first matrix. The transmission function matrix of the transmission / reception antenna for communication in the direction from the wireless communication device to the second wireless communication device is provided.
Thereby, in the environment where the objectivity of the transfer function matrix information between the forward link and the return link is not secured, conversion between the two can be facilitated. As a result, even when the characteristics of the power amplifier, the low noise amplifier, and the like change due to time fluctuation or temperature-dependent fluctuation, it is possible to follow the fluctuation in real time.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
最初に、本発明の第1の実施形態の無線通信装置の動作原理を説明する。図1は、第1の実施形態における無線制御パケットの構成例である。ここでは、例えば、第2の無線通信装置のアンテナが2本の場合について説明する。図1において、符号11−1及び11−2はショートトレーニング信号、符号12−1及び12−2はロングトレーニング信号、符号13−1a及び13−2aはPLCP制御信号、符号14−1a及び14−2aは制御情報またはデータを示す。これらの信号の使用目的は、上述した従来技術と同じである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, the operation principle of the wireless communication apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration example of a radio control packet in the first embodiment. Here, for example, a case where the second wireless communication apparatus has two antennas will be described. In FIG. 1, reference numerals 11-1 and 11-2 are short training signals, reference numerals 12-1 and 12-2 are long training signals, reference numerals 13-1a and 13-2a are PLCP control signals, reference numerals 14-1a and 14- 2a indicates control information or data. The purpose of use of these signals is the same as that of the prior art described above.

第1の実施形態において、転送される制御情報またはデータ14−1a及び14−2aは、MIMOによる空間多重をされておらず、収容されている情報の内容そのものは同じである。ロングトレーニング信号12−1及び12−2は、MIMOのチャネル推定が可能なプリアンブルであり、お互いが直交化されており、直交化に関する処理の内容をパターン#1とパターン#2として示している。ロングトレーニング信号12−1及び12−2、PLCP制御信号13−1a及び13−2a、制御情報またはデータ14−1a及び14−2aのそれぞれには、アンテナ毎に共通の処理が施されており、この中で少なくともロングトレーニング信号12−1及び12−2については直交関係(ないしは、ある時間領域において直交関係)にある。   In the first embodiment, the transferred control information or data 14-1a and 14-2a are not spatially multiplexed by MIMO, and the contents of the stored information are the same. The long training signals 12-1 and 12-2 are preambles capable of MIMO channel estimation, and are orthogonalized with each other, and the contents of processing related to orthogonalization are shown as pattern # 1 and pattern # 2. Each of the long training signals 12-1 and 12-2, PLCP control signals 13-1a and 13-2a, control information or data 14-1a and 14-2a is subjected to a common process for each antenna, Among these, at least the long training signals 12-1 and 12-2 are in an orthogonal relationship (or orthogonal relationship in a certain time domain).

図2は、第1の実施形態における無線制御パケットの他の構成例である。図2において、ショートトレーニング信号11−1及び11−2、及びロングトレーニング信号12−1及び12−2は図1の構成と共通である。図2の無線制御パケットでは、図1のPLCP制御信号13−1a及び13−2aが省略され、制御情報またはデータ14−1b及び14−2bがロングトレーニング信号12−1及び12−2に続けて配置されている。図2においても図1の場合と同様に、アンテナ毎に共通の処理が施されており、この中でロングトレーニング信号12−1及びロングトレーニング信号12−2については直交関係にある。   FIG. 2 is another configuration example of the radio control packet in the first embodiment. In FIG. 2, the short training signals 11-1 and 11-2 and the long training signals 12-1 and 12-2 are the same as those in FIG. In the radio control packet of FIG. 2, the PLCP control signals 13-1a and 13-2a of FIG. 1 are omitted, and the control information or data 14-1b and 14-2b follows the long training signals 12-1 and 12-2. Has been placed. Also in FIG. 2, similar to the case of FIG. 1, common processing is performed for each antenna, and the long training signal 12-1 and the long training signal 12-2 are in an orthogonal relationship.

図1はIEEE802.11a/g等のパケットベースでの制御を想定しているのに対して、図2はTDMAを用いた集中制御を想定したものである。図1のPLCP制御信号13−1a及び13−2aには、後続する制御情報またはデータ14−1a及び14−2aの伝送モードやデータ長などが収容されるが、図2に示すTDMA制御の場合には他のパケットでこれらの情報を通知することも可能である。したがって、図1及び図2において重要となるのは、MIMOチャネルの伝達関数情報を推定することが可能なロングトレーニング信号12−1及び12−2が付与されている点と、後続する図1における制御情報またはデータ14−1aと14−2aのそれぞれには同様の処理が施され、図2においても制御情報またはデータ14−1bと14−2bのそれぞれには同様の処理が施され、制御情報またはデータ14−1aと14−2aに収容される情報は全く同一であり、制御情報またはデータ14−1bと14−2bに収容される情報も全く同一であるという点である。   FIG. 1 assumes packet-based control such as IEEE802.11a / g, whereas FIG. 2 assumes centralized control using TDMA. The PLCP control signals 13-1a and 13-2a in FIG. 1 contain the subsequent control information or the transmission mode and data length of the data 14-1a and 14-2a. In the case of the TDMA control shown in FIG. It is also possible to notify these information in other packets. Therefore, what is important in FIGS. 1 and 2 is that long training signals 12-1 and 12-2 that can estimate the transfer function information of the MIMO channel are provided, and in FIG. 1 that follows. Each of the control information or data 14-1a and 14-2a is subjected to the same processing. In FIG. 2, the same processing is performed on each of the control information or data 14-1b and 14-2b. Alternatively, the information accommodated in the data 14-1a and 14-2a is exactly the same, and the information accommodated in the control information or the data 14-1b and 14-2b is also exactly the same.

図3に、第1の実施形態におけるアンテナ毎の直交化法を示す。図1においては、直交化に関する処理の内容をパターン#1及びパターン#2として示したが、図3ではその処理の具体的方法として、上記した非特許文献2においてロングトレーニング信号を直交させるための手段として用いていた、所定の時間に相当する位相のサイクリックシフトの付加を利用する。   FIG. 3 shows an orthogonalization method for each antenna in the first embodiment. In FIG. 1, the content of the processing related to orthogonalization is shown as pattern # 1 and pattern # 2. However, in FIG. 3, as a specific method of the processing, the non-patent document 2 described above is used for orthogonalizing long training signals. The addition of a cyclic shift of a phase corresponding to a predetermined time used as a means is used.

例えば、OFDM変調方式を用いる場合、例えば、IEEE802.11a/gを仮定した場合、4μsec周期のOFDMシンボルを設定し、この中の800nsecをガードインターバルとして遅延波の除去に利用し、残りの3.2μsecの部分を切り出して情報の転送を行っていた。この場合、ロングトレーニング信号に対しこの値の半分に相当する1600nsecの遅延に相当する位相のシフトを付与した信号と元の信号は相関がゼロとなるという特徴がある。   For example, when an OFDM modulation scheme is used, for example, assuming IEEE802.11a / g, an OFDM symbol having a period of 4 μsec is set, 800 nsec among them is used as a guard interval, and the remaining 3. Information was transferred by cutting out a 2 μsec portion. In this case, there is a feature that the correlation between the signal obtained by adding a phase shift corresponding to a delay of 1600 nsec corresponding to half of this value to the long training signal and the original signal becomes zero.

非特許文献2におけるMIMO用ロングトレーニング信号はこの条件を利用したものであるが、非特許文献2では後続するデータは空間多重されるため、各アンテナから送信されるデータ部にはサイクリックシフトは付与されない。一方、図3に示す第1の実施形態におけるアンテナ毎の第1の直交化法においては、アンテナ#2のロングトレーニング信号22−2のみならず、PLCP制御信号23−2及び制御情報またはデータ24−2にも1600nsecのサイクリックシフトが施される。なお、このような複数の信号間のロングトレーニング信号における直交化条件を満たせば、他の如何なる手段であっても構わない。   The long training signal for MIMO in Non-Patent Document 2 uses this condition. However, in Non-Patent Document 2, the subsequent data is spatially multiplexed, so the cyclic shift is not performed in the data part transmitted from each antenna. Not granted. On the other hand, in the first orthogonalization method for each antenna in the first embodiment shown in FIG. 3, not only the long training signal 22-2 of the antenna # 2, but also the PLCP control signal 23-2 and the control information or data 24 -2 is also subjected to a cyclic shift of 1600 nsec. Note that any other means may be used as long as the orthogonalization condition in the long training signal between the plurality of signals is satisfied.

上記のような直交化を施すためのパターンが3つ以上存在する場合、第2の無線通信装置のアンテナ数が3本以上の場合にも容易に拡張可能であり、図4に示すようにパターン#3、パターン#4の処理をアンテナ#3及びアンテナ#4に対して同様に施せば良い。   When there are three or more patterns for performing the orthogonalization as described above, the second wireless communication apparatus can be easily expanded even when the number of antennas is three or more. As shown in FIG. The processing of # 3 and pattern # 4 may be performed similarly for antenna # 3 and antenna # 4.

(第2の実施形態)
図5に、本発明の第2の実施形態における無線制御パケットの構成例を示す。図5において第1の実施形態に係る図4と異なる部分は、図4に記載の無線制御パケットに後続する形で、ロングトレーニング信号35−1〜35−4が付与されている点である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a configuration example of a radio control packet in the second embodiment of the present invention. 5 is different from FIG. 4 according to the first embodiment in that long training signals 35-1 to 35-4 are added following the radio control packet described in FIG. 4.

このとき、ロングトレーニング信号32−1とロングトレーニング信号35−1、及びロングトレーニング信号32−2とロングトレーニング信号35−2は同一の内容の信号である。また、ロングトレーニング信号32−3とロングトレーニング信号35−3、及びロングトレーニング信号32−4とロングトレーニング信号35−4は符号が反転(すなわち位相をπだけシフト)した以外は全く同一の内容の信号である。   At this time, the long training signal 32-1 and the long training signal 35-1 and the long training signal 32-2 and the long training signal 35-2 have the same contents. The long training signal 32-3 and the long training signal 35-3, and the long training signal 32-4 and the long training signal 35-4 have exactly the same contents except that the signs are inverted (that is, the phase is shifted by π). Signal.

ロングトレーニング信号32−1〜32−4が空間で合成された信号と、ロングトレーニング信号35−1〜35−4が空間で合成された信号を加算すると、ロングトレーニング信号32−3とロングトレーニング信号35−3、及びロングトレーニング信号32−4とロングトレーニング信号35−4はそれぞれキャンセルしあい、アンテナ#1とアンテナ#2のロングトレーニング信号のみが残る。   When the signal obtained by combining the long training signals 32-1 to 32-4 in space and the signal obtained by combining the long training signals 35-1 to 35-4 in space are added, the long training signal 32-3 and the long training signal are added. 35-3, and the long training signal 32-4 and the long training signal 35-4 cancel each other, and only the long training signals of the antenna # 1 and the antenna # 2 remain.

同様に、ロングトレーニング信号32−1〜32−4が空間で合成された信号と、ロングトレーニング信号35−1〜35−4が空間で合成された信号を減算すると、ロングトレーニング信号32−1とロングトレーニング信号35−1、及びロングトレーニング信号32−2とロングトレーニング信号35−2はそれぞれキャンセルしあい、アンテナ#3とアンテナ#4のロングトレーニング信号のみが残る。   Similarly, when the signal obtained by synthesizing the long training signals 32-1 to 32-4 in space and the signal obtained by synthesizing the long training signals 35-1 to 35-4 in space are subtracted, the long training signal 32-1 The long training signal 35-1, the long training signal 32-2 and the long training signal 35-2 cancel each other, and only the long training signals of the antenna # 3 and the antenna # 4 remain.

これにより、アンテナ#1からアンテナ#4までの全てのアンテナに関する伝達関数を取得することが可能となる。第1の実施形態の図4では、パターン#3及びパターン#4は、パターン#1およびパターン#2とは異なるパターンの処理としていたが、第2の実施形態においては必ずしもパターン#3及びパターン#4はパターン#1およびパターン#2と異なる必要はない。具体的には、パターン#1とパターン#3、パターン#2とパターン#4が共通の処理内容であっても、アンテナ毎のロングトレーニング信号の分離は可能である。本明細書では、この様なロングトレーニング信号領域の線形加算で分離可能な信号も、広義の「直交」と呼ぶ。したがって、良好な直交化手法が所望のアンテナ本数分選べない場合には、無線制御パケットの末尾に、このような先頭のアンテナ毎のロングトレーニング信号に直交するパターンを配置することで対応することも可能である。   This makes it possible to obtain transfer functions related to all antennas from antenna # 1 to antenna # 4. In FIG. 4 of the first embodiment, the pattern # 3 and the pattern # 4 are different from the pattern # 1 and the pattern # 2. However, in the second embodiment, the pattern # 3 and the pattern # are not necessarily processed. 4 need not be different from pattern # 1 and pattern # 2. Specifically, even if the pattern # 1 and pattern # 3 and the pattern # 2 and pattern # 4 have the same processing content, the long training signal can be separated for each antenna. In the present specification, such a signal that can be separated by linear addition of the long training signal region is also called “orthogonal” in a broad sense. Therefore, when a good orthogonalization method cannot be selected for the desired number of antennas, it can be dealt with by arranging a pattern orthogonal to the long training signal for each head antenna at the end of the radio control packet. Is possible.

以上の説明は、必ずしもOFDM変調方式を用いる必要はなく、シングルキャリアのシステムへも拡張可能な条件下での実施形態である。これに対し、OFDM変調方式を用いる場合には、他の実施形態を用いることが可能であり、その実施形態について以下に説明する。   The above description is an embodiment under conditions that do not necessarily use the OFDM modulation scheme and can be extended to a single carrier system. On the other hand, when the OFDM modulation method is used, other embodiments can be used, which will be described below.

(第3の実施形態)
図6に、本発明の第3の実施形態におけるアンテナ毎のロングトレーニング信号の直交化方法を示す。OFDM変調方式では、複数のサブキャリアを用いて信号を伝送する。図6において、横軸はサブキャリアの番号である。ここで、例えばIEEE802.11a/gに用いられるOFDM変調方式では、データを伝送するサブキャリアに加えて、既知の信号を送信するパイロットサブキャリアを用いる。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a method for orthogonalizing a long training signal for each antenna in the third embodiment of the present invention. In the OFDM modulation scheme, a signal is transmitted using a plurality of subcarriers. In FIG. 6, the horizontal axis represents the subcarrier number. Here, for example, in the OFDM modulation scheme used in IEEE 802.11a / g, a pilot subcarrier for transmitting a known signal is used in addition to a subcarrier for transmitting data.

図6におけるサブキャリア番号とは、データ用のサブキャリアのみに付与した通し番号、あるいはパイロットサブキャリアを含めたサブキャリアに付与した通し番号のいずれであっても構わない。ここでは、例えば、データ用のサブキャリアのみに通し番号をつけた場合について説明する。なお、以下の説明では、第2の無線通信装置のアンテナが2本の場合を例としているが、3本以上の場合にも同様の拡張が可能である。   The subcarrier number in FIG. 6 may be either a serial number assigned only to data subcarriers or a serial number assigned to subcarriers including pilot subcarriers. Here, for example, a case where serial numbers are assigned only to data subcarriers will be described. In the following description, the case where the number of antennas of the second wireless communication apparatus is two is taken as an example, but the same extension is possible when there are three or more antennas.

図6に示すように、第3の実施形態においては、あるサブキャリアに着目すると1本のアンテナのみからそのサブキャリアのロングトレーニング信号が送信され、そのアンテナがサブキャリア毎に入れ替わっている。図6では奇数サブキャリアは第1アンテナ47aの中のロングトレーニング信号41a、43a、45aを用い、偶数サブキャリアは第2アンテナ47aの中のロングトレーニング信号42a、44a、46aを用いる。   As shown in FIG. 6, in the third embodiment, paying attention to a certain subcarrier, a long training signal of the subcarrier is transmitted from only one antenna, and the antenna is switched for each subcarrier. In FIG. 6, long training signals 41a, 43a, and 45a in the first antenna 47a are used for odd subcarriers, and long training signals 42a, 44a, and 46a in the second antenna 47a are used for even subcarriers.

なお、送信アンテナが3本の場合には同様に3本周期で、4本の場合には4本周期とすればよい。また、完全に周期的である必要はなく、ランダムにアンテナを入れ替えることも可能である。さらに、各サブキャリアのロングトレーニング信号は、全サブキャリアで同一であっても、個別に異なったものを規定しても構わない。   Similarly, when there are three transmission antennas, the cycle may be three, and when there are four transmission antennas, the cycle may be four. Further, it is not necessary to be completely periodic, and the antennas can be switched at random. Further, the long training signal of each subcarrier may be the same for all subcarriers or may be different for each subcarrier.

このロングトレーニングに後続する信号は、図7に示すように、図6のロングトレーニング送信に用いたアンテナを各サブキャリアで選択して送信する。具体的には、奇数サブキャリアは第1アンテナ47b中のデータ#1a(41b)、#1b(43b)、#1c(45b)を用い、偶数サブキャリアは第2アンテナ48bの中のデータ#2a(42b)、データ#2b(44b)、データ#2c(46b)を用いる。なお、図7では、後続する信号をデータと記述したが、各種制御情報であっても構わないし、PLCP制御情報を含んでも構わない。   As shown in FIG. 7, a signal subsequent to this long training is transmitted by selecting the antenna used for the long training transmission of FIG. 6 for each subcarrier. Specifically, odd-numbered subcarriers use data # 1a (41b), # 1b (43b), # 1c (45b) in the first antenna 47b, and even-numbered subcarriers are data # 2a in the second antenna 48b. (42b), data # 2b (44b), and data # 2c (46b) are used. In FIG. 7, the subsequent signal is described as data, but various control information may be included or PLCP control information may be included.

上述した非特許文献3に示される技術では、ロングトレーニング信号に関しては同一の送信方法を用いているが、後続するデータは図7に示した構成ではなく、全てのアンテナから個別の信号系列が送信されている点で異なる。   In the technique shown in Non-Patent Document 3 described above, the same transmission method is used for the long training signal, but the subsequent data is not the configuration shown in FIG. 7, and individual signal sequences are transmitted from all antennas. Different in that it is.

また、ロングトレーニング信号の利用目的も、非特許文献3ではMIMO通信において後続するデータ部分の信号分離を行うためにロングトレーニング信号を適用するのに対し、第3の実施形態では後続するデータは空間多重を行わない。   In addition, in the non-patent document 3, the purpose of using the long training signal is to apply the long training signal in order to perform signal separation of the subsequent data portion in the MIMO communication, whereas in the third embodiment, the subsequent data is a space. Do not multiplex.

第3の実施形態における受信側においては、このロングトレーニング信号を2つの目的のために利用する。ひとつの利用目的は、図7に示した後続するデータ部を復調するために用いる。もうひとつの利用目的は、後続するデータの伝送には用いられなかったMIMOチャネルのチャネル推定を行うために用いる。   On the receiving side in the third embodiment, this long training signal is used for two purposes. One purpose of use is to demodulate the subsequent data portion shown in FIG. Another purpose of use is to perform channel estimation of a MIMO channel that was not used for subsequent data transmission.

例えば図6及び図7の場合を例にとると、2番のサブキャリアにおいて、第1アンテナ(47a、47b)からのロングトレーニング信号の送信はない。したがって、2番のサブキャリアの第1アンテナに関する伝達関数は直接的に取得できない。しかし、第1アンテナ(47a、47b)に関しては、サブキャリアの1番と3番の伝達関数が取得可能である。この2つ、あるいはその他の近隣のサブキャリアの伝達関数を用いて内挿等の処理で伝達関数値を推定することが可能である。   For example, taking the case of FIGS. 6 and 7 as an example, no long training signal is transmitted from the first antenna (47a, 47b) in the second subcarrier. Therefore, the transfer function related to the first antenna of the second subcarrier cannot be obtained directly. However, for the first antennas (47a, 47b), the transfer functions of the first and third subcarriers can be acquired. It is possible to estimate the transfer function value by a process such as interpolation using the transfer functions of these two or other neighboring subcarriers.

同様に、サブキャリア3番については、第2アンテナ(48a、48b)に関する伝達関数は直接的に取得できないが、サブキャリアの2番と4番の伝達関数から推定可能である。この推定処理は、内挿以外にも外挿によっても可能であり、例えば、1番目のサブキャリアに関しては、2番のアンテナ(48a、48b)に関するサブキャリア2番と4番の情報から推定することも可能である。またさらに、内挿および外挿処理は、線形推定以外にスプライン補完など、如何なる推定手段を用いても構わない。   Similarly, for subcarrier # 3, the transfer function for the second antenna (48a, 48b) cannot be obtained directly, but can be estimated from the transfer functions of subcarrier # 2 and # 4. This estimation process can be performed by extrapolation in addition to interpolation. For example, the first subcarrier is estimated from the information on subcarriers No. 2 and No. 4 regarding the second antenna (48a, 48b). It is also possible. Furthermore, any estimation means such as spline interpolation other than linear estimation may be used for the interpolation and extrapolation processing.

補足であるが、上述した非特許文献3においても同様の補完処理によりMIMOチャネルの伝達関数の推定を行っていたが、非特許文献3ではMIMOチャネルの信号分離のために直接、推定された伝達関数行列を用いていた。そのため、アンテナの本数が増えると、補完処理を行う際に用いる情報のサブキャリア方向の密度が低くなり、その分だけ伝達関数行列の推定誤差が大きくなっていた。したがって、非特許文献3に記載の技術では、実効上、アンテナ本数が多い領域では適応が困難であったが、第3の実施形態では推定したMIMOチャネル情報は後続するデータの信号分離に用いるのではなく、無線制御パケットまたは無線データパケットの受信後に送信する無線データパケットの送信時のビーム形成を行うために用いるので、非特許文献3に示す程度の推定誤差は十分に許容範囲内の誤差である。   As a supplement, in Non-Patent Document 3 described above, the transfer function of the MIMO channel is estimated by the same complementary processing. However, in Non-Patent Document 3, the estimated transfer is directly performed for signal separation of the MIMO channel. A function matrix was used. For this reason, when the number of antennas increases, the density of information used when performing the supplement processing in the subcarrier direction decreases, and the estimation error of the transfer function matrix increases accordingly. Therefore, in the technique described in Non-Patent Document 3, it is difficult to adapt in a region where the number of antennas is large, but in the third embodiment, the estimated MIMO channel information is used for signal separation of subsequent data. Rather than being used to perform beam forming during transmission of a wireless data packet to be transmitted after reception of a wireless control packet or wireless data packet, the estimation error shown in Non-Patent Document 3 is an error within a sufficiently allowable range. is there.

(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態におけるアンテナ毎のロングトレーニング信号の直交化方法を示した図である。第4の実施形態は第3の実施形態と同様、OFDM変調方式を前提としている。第4の実施形態では、上記の第1の実施形態で説明したように、同一サブキャリア上で複数のアンテナから同時にロングトレーニング信号が送信されている場合、それらのロングトレーニング信号が直交関係にあり、お互いに分離することができるのであれば、同一サブキャリアで複数のアンテナから同時にロングトレーニング信号を送信しても適切に伝達関数の推定が可能であることを利用している。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for orthogonalizing long training signals for each antenna according to the fourth embodiment of the present invention. As in the third embodiment, the fourth embodiment is based on the OFDM modulation scheme. In the fourth embodiment, as described in the first embodiment above, when long training signals are simultaneously transmitted from a plurality of antennas on the same subcarrier, the long training signals are orthogonal to each other. As long as they can be separated from each other, it is utilized that a transfer function can be estimated appropriately even if long training signals are simultaneously transmitted from a plurality of antennas on the same subcarrier.

図8に示すように、偶数及び奇数サブキャリアで交互に送信アンテナを換えながら、第1と第2アンテナの間及び第3と第4のアンテナ間でロングトレーニング信号が直交するようにパターンを変えている。このパターンは、例えば、図3で説明したような所定の時間のサイクリックシフトを付与するものでも良いし、その他の方法でも構わない。これらのパターンが決まったら、ロングトレーニング信号に後続するデータまたは制御情報に対しては、先のパターンと同一の処理を施す。なお、後続するデータまたは制御情報はPLCP制御情報を含んでいてもよい。   As shown in FIG. 8, the pattern is changed so that the long training signals are orthogonal between the first and second antennas and between the third and fourth antennas while alternately changing the transmission antennas with even and odd subcarriers. ing. This pattern may be, for example, a cyclic shift for a predetermined time as described with reference to FIG. 3, or may be another method. Once these patterns are determined, the same processing as the previous pattern is performed on the data or control information following the long training signal. The subsequent data or control information may include PLCP control information.

さらに、第2の実施形態で示したように、無線制御パケット、または無線データパケットの末尾に、これらのロングトレーニング信号ないしはその符号反転したものを付与することも可能である。チャネル推定を行うアンテナの本数が大きくなった場合には、このような実施形態の組み合わせにより、推定可能なMIMOチャネルの数を増やすことが可能である。   Furthermore, as shown in the second embodiment, it is also possible to add these long training signals or their inverted sign to the end of the radio control packet or radio data packet. When the number of antennas that perform channel estimation increases, the number of MIMO channels that can be estimated can be increased by a combination of such embodiments.

ここまで、具体的なパイロット信号を例にとり説明を行ってきたが、これらにおいてロングトレーニング信号における「直交」の意図することは微妙に異なっており、以下に生理しておく。   Up to this point, a specific pilot signal has been described as an example. However, the intention of “orthogonal” in the long training signal is slightly different, and will be described below.

本発明及び実施形態においては、以下の(1)〜(4)の条件のいずれかに該当するものを直交(各ロングトレーニング信号は直交している)と記載する。   In this invention and embodiment, what corresponds to either of the following conditions (1)-(4) is described as orthogonal (each long training signal is orthogonal).

(1)例えば、OFDM変調方式を適用している場合、FFT処理を行うことでサブキャリア毎の信号は分離することが可能である。このFFT処理で、受信信号における各アンテナのチャネル推定用ロングトレーニング信号に関する振幅と位相情報(つまり伝達関数)をサブキャリア毎に分離取得可能である場合、「各ロングトレーニング信号は直交している」とする。 (1) For example, when the OFDM modulation method is applied, the signal for each subcarrier can be separated by performing FFT processing. When the FFT processing can separate and acquire the amplitude and phase information (that is, transfer function) regarding the channel training long training signal of each antenna in the received signal, “each long training signal is orthogonal” And

(2)伝達関数を取得するには、各アンテナに関するインパルス応答を取得することでも対応可能である。インパルス応答を取得するためには、シンボル長以下のある時間領域で時間をδだけシフトさせて1シンボルに渡り自己相関を取ると相関がゼロになる所定のパターンをロングトレーニング信号として用い、受信信号とロングトレーニング信号との相互相関をとることでインパルス応答を取得する。この様な特徴を有する所定のパターンは複数種類存在するが、上記の時間領域で相互相関がゼロとなるパターン同士であれば、同時に空間多重していても、それぞれのパターンの信号のインパルス応答を分離して取得可能である。この様に、インパルス応答を分離可能である場合、「各ロングトレーニング信号は直交している」とする。(上記の例として、例えばIEEE802.11a等のロングトレーニング信号などは、1600ns位相シフトした信号とシフトなしの信号は0から1600nsの領域で相関がゼロとなる。これはIEEE802.11aの信号がこの周期性を有するからであり、シンボル長が異なる他システムなどにおいては、位相シフトの時間量などは異なった値となることに注意する必要がある。) (2) The transfer function can be obtained by obtaining an impulse response for each antenna. In order to obtain an impulse response, a predetermined pattern in which the correlation is zero when the time is shifted by δ in a certain time region equal to or less than the symbol length and autocorrelation is obtained over one symbol is used as a long training signal. The impulse response is obtained by cross-correlating the training signal with the long training signal. There are multiple types of predetermined patterns with such characteristics. However, if the cross-correlation patterns are zero in the above time domain, the impulse response of the signal of each pattern can be obtained even if they are simultaneously spatially multiplexed. It can be obtained separately. In this way, when the impulse responses can be separated, it is assumed that “the long training signals are orthogonal”. (For example, in the case of a long training signal such as IEEE802.11a, the correlation between a signal shifted by 1600 ns and a signal without shift is zero in the region from 0 to 1600 ns. This is because the signal of IEEE802.11a (Because it has periodicity, it should be noted that in other systems with different symbol lengths, the amount of time for phase shift, etc. will be different.)

(3)第1の直交パイロット信号と第2の直交パイロット信号を線形加算することで、第1の直交パイロット信号と第2の直交パイロット信号領域では空間多重されているあるアンテナの信号成分を除去したり、特定のアンテナに関する信号成分を抜き出すことが可能である。この様に、複数シンボルの信号の線形合成により、あるアンテナに関する伝達関数を取得可能な場合、「各ロングトレーニング信号は直交している」とする。 (3) By linearly adding the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot signal, the signal component of a certain antenna that is spatially multiplexed in the first orthogonal pilot signal and second orthogonal pilot signal regions is removed. Or a signal component related to a specific antenna can be extracted. In this way, when a transfer function related to a certain antenna can be obtained by linear synthesis of signals of a plurality of symbols, it is assumed that “each long training signal is orthogonal”.

(4)上記の(1)〜(3)の組み合わせにより、あるアンテナに関する伝達関数を取得可能な場合にも、「各ロングトレーニング信号は直交している」とする。 (4) Even when a transfer function related to a certain antenna can be acquired by the combination of (1) to (3) above, it is assumed that “long training signals are orthogonal”.

次に、上述した第1から第4の実施形態の動作原理を実現した第1の無線通信装置及び第2の無線通信装置におけるMIMOチャネル情報のフィードバック方法の処理のフローチャートを示す。   Next, a flowchart of processing of a MIMO channel information feedback method in the first wireless communication device and the second wireless communication device that realizes the operation principle of the first to fourth embodiments described above is shown.

(第5の実施形態)
図9は、本発明の第5の実施形態の無線制御パケットの送信処理フローを示した図である。第5の実施形態は、第1、第3および第4の実施形態で説明した動作原理に基づく無線通信システムの送信処理となる。ここでは簡単のため、2本のアンテナを用いて信号を送信する場合を示している。また、IEEE802.11a/gをベースとしたシステムを具体例とし、当該システムにてPLCP制御情報を送信信号内に含む場合を仮定した。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating a transmission process flow of the radio control packet according to the fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is a transmission process of a wireless communication system based on the operation principle described in the first, third, and fourth embodiments. Here, for the sake of simplicity, the case where signals are transmitted using two antennas is shown. Further, a system based on IEEE802.11a / g is taken as a specific example, and it is assumed that PLCP control information is included in a transmission signal in the system.

まず、送信すべき制御情報が入力されると(ステップS1)、制御情報はコピーされ、同一内容を2系統に出力する(ステップS2)。それぞれの系統においてショートトレーニング信号を付与する(ステップS3−1及びステップS3−2)。その後、各系統でロングトレーニング信号の付与を行う(ステップS4−1及びステップS4−2)。しかし、ここで付与するロングトレーニング信号は、それぞれ他のパターンの処理をしたものである。つまり、ステップS5−1の処理ではパターン#1を、ステップS5−2の処理ではパターン#2の処理を行う。ここで、「パターン」とは、第1、第3および第4の実施形態に対応した内容に相当し、ロングトレーニング信号をストリーム毎に直交化するための処理の内容を示したものである。   First, when control information to be transmitted is input (step S1), the control information is copied and the same contents are output to two systems (step S2). A short training signal is given to each system (steps S3-1 and S3-2). Thereafter, a long training signal is applied in each system (steps S4-1 and S4-2). However, the long training signal given here is obtained by processing each of the other patterns. That is, pattern # 1 is performed in the process of step S5-1, and pattern # 2 is performed in the process of step S5-2. Here, the “pattern” corresponds to the content corresponding to the first, third, and fourth embodiments, and indicates the content of the process for orthogonalizing the long training signal for each stream.

次に、第1の系統ではパターン#1の処理を施しながら、PLCP制御情報の付与を行い(ステップS5−1)、送信すべき制御情報を付与し(ステップS6−1)、無線制御パケットを形成し、形成した無線制御パケットに所定の変調処理を施してそれぞれのアンテナより送信する(ステップS7−1)。同様に、第2の系統ではパターン#2の処理を施しながら、PLCP制御情報の付与を行い(ステップS5−2)、送信すべき制御情報を付与し(ステップS6−2)、無線制御パケットを形成し、形成した無線制御パケットに所定の変調処理を施してそれぞれのアンテナより送信する(ステップS7−2)。以上の処理の後、処理を終了する(ステップS8)。   Next, in the first system, PLCP control information is assigned while performing the process of pattern # 1 (step S5-1), control information to be transmitted is assigned (step S6-1), and the radio control packet is transmitted. The formed radio control packet is subjected to a predetermined modulation process and transmitted from each antenna (step S7-1). Similarly, in the second system, PLCP control information is assigned while performing pattern # 2 (step S5-2), control information to be transmitted is assigned (step S6-2), and the radio control packet is transmitted. The formed radio control packet is subjected to predetermined modulation processing and transmitted from each antenna (step S7-2). After the above processing, the processing is terminated (step S8).

以上は、IEEE802.11a/gをベースとしたシステムを例にとっていたが、PLCP制御情報が不要であるならば、ステップS5−1及びステップS5−2は省略可能である。   The above is an example of a system based on IEEE802.11a / g, but if PLCP control information is not required, steps S5-1 and S5-2 can be omitted.

(第6の実施形態)
図10は、本発明の第6の実施形態における無線制御パケットの送信フローを示した図である。第6の実施形態は、第2の実施形態の動作原理に基づく無線通信システムの送信処理となる。図10では、図9に示される処理に対応する処理には、アンテナの系列番号を付け替えたステップ番号を付している。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a radio control packet transmission flow according to the sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment is a transmission process of a wireless communication system based on the operation principle of the second embodiment. In FIG. 10, steps corresponding to the processing shown in FIG. 9 are assigned step numbers obtained by changing the antenna sequence numbers.

図9との相違点は、制御情報を付与する処理(ステップS6−1及びS6−2)の後にロングトレーニング信号を付与する処理(ステップS10−1、S10−2、S10−3、S10−4)を実施する点である。また、ここでは、例として4本のアンテナを用いて信号を送信する場合を示しているため、ステップS9では図9のステップS2の代わりに制御信号をコピーして4系統に信号を出力している。アンテナを2本とするのであれば、ステップS3−2〜ステップS7−2の系列、及びステップS3−4〜ステップS7−4の系列を省略することも可能である。また、ステップS7−3では、ステップS7−1で付与したロングトレーニング信号の符号反転を行ったものを付与する。同様に、ステップS7−4では、ステップS7−2で付与したロングトレーニング信号の符号反転を行ったものを付与する。   The difference from FIG. 9 is that processing (steps S10-1, S10-2, S10-3, and S10-4) that provides a long training signal after the processing that provides control information (steps S6-1 and S6-2). ). In addition, here, as an example, a case where a signal is transmitted using four antennas is shown. Therefore, in step S9, a control signal is copied instead of step S2 in FIG. Yes. If there are two antennas, the series of steps S3-2 to S7-2 and the series of steps S3-4 to S7-4 can be omitted. In step S7-3, a signal obtained by reversing the sign of the long training signal given in step S7-1 is given. Similarly, in step S7-4, a signal obtained by reversing the sign of the long training signal given in step S7-2 is given.

(第7の実施形態)
図11は、本発明の第7の実施形態における無線制御パケットの送信フローを示した図である。第7の実施形態は、第3の実施形態の動作原理に基づく無線通信システムの送信処理となる。
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a radio control packet transmission flow according to the seventh embodiment of the present invention. The seventh embodiment is a transmission process of a wireless communication system based on the operation principle of the third embodiment.

図9との主な相違点は、OFDM変調方式に対応させるため、図9のステップS3−1〜ステップS7−1、及びステップS3−2〜ステップS7−2に対応する処理をそれぞれサブキャリア毎に実施している点である。したがって、ステップS13−1及びステップS13−2では、制御情報をサブキャリア毎に振り分けるためのS/P変換を行い、それぞれにステップS14−1〜ステップS17−1(これを全体としてステップS20−1として示す)の処理と、ステップS14−2〜ステップS17−2(これを全体としてステップS20−2とする)の処理を実施し、その結果をもとにステップS18−1及びステップS18−2を行う。このステップS18−1及びステップS18−2の処理は、図9のステップS7−1およびステップS7−2の処理に対応するが、異なる点はOFDM変調方式におけるIFFT(Inverse Fast Fourier Transfer)処理を含めて実施する点である。   The main difference from FIG. 9 is that the processing corresponding to steps S3-1 to S7-1 and steps S3-2 to S7-2 in FIG. This is the point that is implemented. Therefore, in step S13-1 and step S13-2, S / P conversion for distributing control information for each subcarrier is performed, and step S14-1 to step S17-1 (this is generally referred to as step S20-1). And step S14-2 to step S17-2 (referred to as step S20-2 as a whole), and based on the result, step S18-1 and step S18-2 are performed. Do. The processing in step S18-1 and step S18-2 corresponds to the processing in step S7-1 and step S7-2 in FIG. 9, except that IFFT (Inverse Fast Fourier Transfer) processing in the OFDM modulation scheme is included. This is the point to implement.

なお、図10に示した第6の実施形態に対してもOFDM変調方式を適用することは可能であり、図10におけるステップS3−1〜S10−1、ステップS3−2〜S10−2、ステップS3−3〜S10−3、ステップS3−4〜S10−4の処理に対して、図11におけるステップS20−1及びS20−2の処理のようにOFDM変調方式に対応させた処理を適用させればよい。   Note that the OFDM modulation scheme can also be applied to the sixth embodiment shown in FIG. 10, and steps S3-1 to S10-1, steps S3-2 to S10-2, steps in FIG. For the processes of S3-3 to S10-3 and steps S3-4 to S10-4, a process corresponding to the OFDM modulation scheme such as the processes of steps S20-1 and S20-2 in FIG. 11 can be applied. That's fine.

上述した第5から第7の実施形態は、無線制御パケットを送信する側の処理であったが、次に、第1の無線受信装置における受信処理を示した第8から第10の実施形態について説明する。
(第8の実施形態)
図12は、本発明の第8の実施形態である第1の無線通信装置における無線制御パケットの受信処理フローを示した図である。図12では、第1の無線通信装置が備える複数のアンテナ及びそのアンテナに接続された受信系における処理を、それぞれステップS30−1、ステップS30−2,…,ステップS30−3として示している。
The fifth to seventh embodiments described above are processes on the side of transmitting a radio control packet. Next, the eighth to tenth embodiments showing the reception process in the first radio receiving apparatus will be described. explain.
(Eighth embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating a reception process flow of a radio control packet in the first radio communication apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 12, a plurality of antennas included in the first wireless communication apparatus and processes in the reception system connected to the antennas are shown as step S30-1, step S30-2,..., Step S30-3, respectively.

各受信系で信号を受信すると(ステップS22−1〜S22−3)、既知のパターンとの相関を用いて、それぞれタイミング検出処理を行う(ステップS23−1〜S23−3)。検出したタイミングをもとに、各系列でチャネル推定用の直交パイロット信号を抽出し(ステップS24−1〜S24−3)、それぞれ個別にチャネル推定を行う(ステップS25−1〜S25−3)。直交パイロット信号に後続する制御情報の受信に際しては、それらが空間多重されていないことを前提としたチャネル推定結果をもとに復調処理を行う(ステップS26)。その後、ステップS25−1〜S25−3の処理にて得られたチャネル推定結果、及び直交パイロット信号の直交性に応じて、MIMOチャネルを前提としたチャネル推定結果に換算して伝達関数行列を生成する(ステップS27)。  When a signal is received by each receiving system (steps S22-1 to S22-3), timing detection processing is performed using a correlation with a known pattern (steps S23-1 to S23-3). Based on the detected timing, an orthogonal pilot signal for channel estimation is extracted for each sequence (steps S24-1 to S24-3), and channel estimation is performed individually (steps S25-1 to S25-3). When receiving control information subsequent to the orthogonal pilot signal, demodulation processing is performed based on the channel estimation result on the assumption that they are not spatially multiplexed (step S26). Thereafter, a transfer function matrix is generated by converting the channel estimation result obtained in steps S25-1 to S25-3 into a channel estimation result based on the MIMO channel according to the orthogonality of the orthogonal pilot signal. (Step S27).

その後、アップリンクとダウンリンク(またはフォワードリンクとリターンリンク)の伝達関数間の差分に応じて、伝達関数行列の補正処理を行い、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の無線制御パケットでチャネル推定した結果の伝達関数行列から、その逆方向である第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向のMIMOチャネルの伝達関数行列を算出し(ステップS28)、処理を終了する(ステップS29)。   Thereafter, a transfer function matrix correction process is performed according to the difference between the transfer functions of the uplink and downlink (or forward link and return link), and the radio from the second radio communication device to the first radio communication device is performed. The transfer function matrix of the MIMO channel in the direction of the second wireless communication device is calculated from the first wireless communication device in the opposite direction from the transfer function matrix of the channel estimation result with the control packet (step S28), and the process is terminated. (Step S29).

ここで、ステップS23−1〜S23−3のタイミング検出処理は、各受信系統で個別に行っても良いし、各受信系統で検出した受信タイミングを合成してタイミングを抽出しても構わない。また、ステップS26の復調処理は、各受信系統で受信した信号を最大比合成するなど、適宜合成して受信品質を高めても良いし、個別に処理を行っても構わない。第8の実施形態の特徴は、ステップS25−1〜S25−3のチャネル推定結果を、制御情報の復調ステップS26でも利用する一方、ステップS27のMIMOチャネルの伝達関数行列の生成にも利用する点である。   Here, the timing detection processing in steps S23-1 to S23-3 may be performed individually in each reception system, or the timings may be extracted by combining the reception timings detected in each reception system. Further, the demodulation processing in step S26 may be combined as appropriate, for example, by combining the signals received by the respective receiving systems with a maximum ratio to improve the reception quality, or may be performed individually. A feature of the eighth embodiment is that the channel estimation results of steps S25-1 to S25-3 are used also in the demodulation step S26 of the control information, and also used to generate the transfer function matrix of the MIMO channel in step S27. It is.

さらに、上述した第2および第6の実施形態では、制御情報に後続する形で更なる直交パイロット信号を付与して送信しているが、ステップS24−1〜S24−3においてこれらの直交パイロット信号も合わせて抽出したと理解すれば、第2および第6の実施形態に対応した実施形態へ拡張することができる。ただし、このときには、ステップS26で制御情報を復調する際に用いるチャネル推定情報は、制御情報よりも先行して送信される直交パイロット信号から取得されることになる。   Furthermore, in the second and sixth embodiments described above, further orthogonal pilot signals are added and transmitted following the control information, but these orthogonal pilot signals are transmitted in steps S24-1 to S24-3. If it is understood that both are extracted together, it can be expanded to embodiments corresponding to the second and sixth embodiments. However, at this time, the channel estimation information used when demodulating the control information in step S26 is acquired from the orthogonal pilot signal transmitted prior to the control information.

(第9の実施形態)
図13には、本発明の第9の実施形態として、OFDM変調方式を用いた無線制御パケットの第1の無線通信装置の受信側での処理フローを示す。第9の実施形態に係るシステムは、第8の実施形態にOFDM変調方式を適用して拡張したシステムに相当する。
(Ninth embodiment)
FIG. 13 shows a processing flow on the reception side of the first wireless communication apparatus of the wireless control packet using the OFDM modulation method as the ninth embodiment of the present invention. The system according to the ninth embodiment corresponds to a system extended by applying the OFDM modulation scheme to the eighth embodiment.

各受信系で信号を受信すると(ステップS32−1〜S32−3)、既知のパターンとの相関を用いて、それぞれタイミング検出処理を行う(ステップS33−1〜S33−3)。ここで検出されたタイミングをもとに、各系列でチャネル推定用の直交パイロット信号を抽出し(ステップS34−1〜S34−3)、それぞれ個別にFFT(Fast Fourier Transfer)処理を実施する(ステップS35−1〜S35−3)。FFT処理した結果より、各サブキャリアにおけるチャネル推定を行う(ステップS36−1〜S36−3)。直交パイロット信号に後続する制御情報の受信に際しては、それらが空間多重されていないことを前提としたチャネル推定結果をもとに復調処理を行う(ステップS37)。その後、ステップS36−1〜S36−3のチャネル推定結果、及び直交パイロット信号の直交性に応じて、MIMOチャネルを前提としたチャネル推定結果に換算してサブキャリア毎の伝達関数行列を生成する(ステップS38)。その後、アップリンクとダウンリンク(あるいはフォワードリンクとリターンリンク)の伝達関数間の差分に応じて、伝達関数行列の補正処理を行い、第2の無線通信装置から第1の無線通信装置方向の無線制御パケットでチャネル推定した結果の伝達関数行列から、その逆方向である第1の無線通信装置から第2の無線通信装置方向のMIMOチャネルの伝達関数行列を算出し(ステップS39)、処理を終了する(ステップS40)。   When a signal is received by each receiving system (steps S32-1 to S32-3), timing detection processing is performed using a correlation with a known pattern (steps S33-1 to S33-3). Based on the detected timing, orthogonal pilot signals for channel estimation are extracted from each sequence (steps S34-1 to S34-3), and FFT (Fast Fourier Transfer) processing is performed individually (steps). S35-1 to S35-3). Based on the result of the FFT processing, channel estimation in each subcarrier is performed (steps S36-1 to S36-3). When receiving control information subsequent to the orthogonal pilot signal, demodulation processing is performed based on the channel estimation result on the assumption that they are not spatially multiplexed (step S37). Thereafter, according to the channel estimation results of steps S36-1 to S36-3 and the orthogonality of the orthogonal pilot signals, a transfer function matrix for each subcarrier is generated by converting into channel estimation results assuming a MIMO channel ( Step S38). Thereafter, the transfer function matrix is corrected in accordance with the difference between the uplink and downlink (or forward link and return link) transfer functions, and the radio from the second radio communication device to the first radio communication device is performed. The transfer function matrix of the MIMO channel in the direction of the second wireless communication device is calculated from the first wireless communication device in the opposite direction from the transfer function matrix of the channel estimation result with the control packet (step S39), and the process is terminated. (Step S40).

ここで、ステップS41−1〜S41−3の処理は、各受信アンテナに接続された受信系統毎に行われる処理を示している。また、ステップS42で囲んだ領域に関する処理は、OFDM変調方式を用いたシステムの受信系においてサブキャリア毎の処理が行われている領域を示している。OFDM 変調方式の受信処理においては、通常、シンボル単位で信号を切り出し、ガードインターバル(GI)を除去した後でFFT処理される。また、当然ながらFFT処理を行うため、受信信号に対してA/D変換を施すのであるが、これらの処理はステップS35−1〜S35−3のFFT処理としてまとめて記述している。さらに、FFT処理は直交パイロット信号に対してのみ行われるのではなく、制御情報も含めた受信信号全体に施され、ステップS35−1〜S35−3として代表して表記している。つまり、図13に示すフローチャートはOFDMシンボル単位の処理を示したものと言うよりは、各シンボルの全体的な流れを示したフローチャートとなっている。   Here, the processing of steps S41-1 to S41-3 indicates processing performed for each reception system connected to each reception antenna. Further, the processing related to the region enclosed in step S42 indicates a region where processing for each subcarrier is performed in the reception system of the system using the OFDM modulation scheme. In the reception processing of the OFDM modulation system, usually, the signal is cut out in symbol units, and after the guard interval (GI) is removed, FFT processing is performed. Of course, in order to perform FFT processing, A / D conversion is performed on the received signal. These processing are collectively described as FFT processing in steps S35-1 to S35-3. Further, the FFT processing is not performed only on the orthogonal pilot signal, but is performed on the entire received signal including the control information, and is representatively represented as steps S35-1 to S35-3. That is, the flowchart shown in FIG. 13 is a flowchart showing the overall flow of each symbol, rather than showing processing in units of OFDM symbols.

(第10の実施形態)
図14には、本発明の第10の実施形態として、OFDM変調方式を用いた無線制御パケットの第1の無線通信装置の受信側での処理フローを示す。これは、第9の実施形態を、第3および第4の実施形態で示した直交パイロット信号、すなわちロングトレーニング信号を用いた場合に拡張したものに対応する。図14では、図13に示される処理に対応する処理には、アンテナの系列番号を付け替えたステップ番号を付している。
(Tenth embodiment)
FIG. 14 shows a processing flow on the reception side of the first wireless communication apparatus of the wireless control packet using the OFDM modulation method as the tenth embodiment of the present invention. This corresponds to an extension of the ninth embodiment to the case where the orthogonal pilot signal shown in the third and fourth embodiments, that is, a long training signal is used. In FIG. 14, steps corresponding to the antenna sequence numbers are assigned to the processing corresponding to the processing shown in FIG.

図13との差分は、MIMOチャネルの伝達関数行列を算出するにあたり、図7に示したような構成のロングトレーニング信号から直接求められる伝達関数行列の所定の成分をステップS43−1〜S43−3で直接伝達関数取得処理として実施し、ここで求められなかった残りの成分をステップS46において伝達関数行列補完取得処理として求める。ここでの伝達関数行列補完取得処理としては、上述したように内挿、外挿演算などによる処理が適用される。   The difference from FIG. 13 is that when calculating the transfer function matrix of the MIMO channel, predetermined components of the transfer function matrix directly obtained from the long training signal having the configuration shown in FIG. 7 are determined in steps S43-1 to S43-3. In step S46, the remaining components not obtained here are obtained as transfer function matrix supplement acquisition processing. As the transfer function matrix complement acquisition processing here, processing by interpolation, extrapolation calculation or the like is applied as described above.

(第11の実施形態)
図15は、本発明の第11の実施形態における第1の無線通信装置のキャリブレーション処理フローを示す。上述した第8から第10の実施形態では、伝達関数行列補正処理(ステップS28、S39、S47)において、式(7)に示した演算を実施する。しかし、式(7)における行列B −1・Aが単位行列の定数倍で与えられる行列であるならば、このような処理を省略することも可能である。
(Eleventh embodiment)
FIG. 15 shows a calibration processing flow of the first wireless communication apparatus in the eleventh embodiment of the present invention. In the above-described eighth to tenth embodiments, the calculation shown in Expression (7) is performed in the transfer function matrix correction processing (steps S28, S39, and S47). However, if the matrix B 1 −1 · A 1 in Equation (7) is a matrix given by a constant multiple of the unit matrix, such processing can be omitted.

つまり、第1の無線通信装置の第iアンテナにおける無線部(送信側及び受信側)の増幅率及び位相の回転に相当する複素数の物理量をそれぞれα1,i、β1,iとすると、全てのアンテナで{α1,i/β1,i}が定数となるようにすればよい。 That is, if the physical quantities of complex numbers corresponding to the amplification factor and phase rotation of the radio unit (transmission side and reception side) in the i-th antenna of the first radio communication device are α 1, i and β 1, i , respectively, {Α 1, i / β 1, i } may be a constant with the antenna of FIG.

したがって、所定の周期でキャリブレーション処理が起動すると(ステップS51)、各受信アンテナ毎にキャリブレーション係数として、α1,i/β1,iを求める(ステップS52−1〜S52−3)。 Therefore, when the calibration process is started at a predetermined cycle (step S51), α 1, i / β 1, i is obtained as calibration coefficients for each receiving antenna (steps S52-1 to S52-3).

この値が全アンテナで共通の定数となるように、無線部を操作し、位相及び振幅を調整してキャリブレーション処理を行い(ステップS53−1〜S53−3)、処理を終了する(ステップS54)。これまでの記述と同様、ステップS55−1〜S55−3の点線で囲んだ領域は、受信系統毎に行うことを表している。ただし、ステップS53−1〜S54−3における定数とは、常に固定的な定数であっても構わないし、例えば複数のアンテナ系統のひとつの値を用いて行うように適宜変わる値を用いても構わない。重要なのは、全てのアンテナ系統でこの定数が共通の値であることである。   The radio unit is operated so that this value becomes a common constant for all antennas, the phase and amplitude are adjusted, calibration processing is performed (steps S53-1 to S53-3), and the processing is terminated (step S54). ). Similar to the description so far, the area surrounded by the dotted line in steps S55-1 to S55-3 represents that the process is performed for each reception system. However, the constants in steps S53-1 to S54-3 may always be fixed constants, for example, values that change as appropriate using one value of a plurality of antenna systems may be used. Absent. What is important is that this constant is a common value for all antenna systems.

(第12の実施形態)
図16は、本発明の第12の実施形態における第1の無線通信装置の無線データパケット送信時の処理フローである。ここでは、既に空間多重する多重数N、及び各信号系列を複数のアンテナに拡散して送信する際の送信ウエイト行列は既知であるものとして説明を進める。これらの情報は、上述したMIMOチャネルの伝達関数情報をもとに求めることが可能である。
(Twelfth embodiment)
FIG. 16 is a processing flow at the time of wireless data packet transmission of the first wireless communication apparatus in the twelfth embodiment of the present invention. Here, the description will proceed on the assumption that the multiplexing number N that is already spatially multiplexed and the transmission weight matrix when each signal sequence is spread and transmitted to a plurality of antennas are known. Such information can be obtained based on the transfer function information of the MIMO channel described above.

第1の無線通信装置の送信側にまずデータが入力されると(ステップS61)、S/P変換してN系列に信号を分割する(ステップS62)。この各系列の信号には既知のプリアンブル信号が付与される。このプリアンブル信号には、ショートトレーニング信号や、直交パイロット信号としてロングトレーニング信号などが含まれている。このプリアンブル信号に後続して、各系列の信号の変調処理を行い(ステップS64)、各系列の変調信号を成分とする送信信号ベクトルをTxとして求める(ステップS65)。事前に求めておいた送信ウエイト行列をUと表すと、この行列Uと送信信号ベクトルTxとを乗算し(ステップS66)、その結果を各系列の無線部よりアンテナ経由で送信する(ステップS67)。以上のステップS64〜S67はシンボル単位で送信データが終了するまで繰り返される(ステップS68)。   When data is first input to the transmission side of the first wireless communication device (step S61), the signal is divided into N series by S / P conversion (step S62). A known preamble signal is assigned to each series of signals. This preamble signal includes a short training signal and a long training signal as an orthogonal pilot signal. Subsequent to this preamble signal, each series of signals is modulated (step S64), and a transmission signal vector having the modulation signal of each series as a component is obtained as Tx (step S65). If the transmission weight matrix obtained in advance is represented as U, the matrix U is multiplied by the transmission signal vector Tx (step S66), and the result is transmitted from the radio unit of each series via the antenna (step S67). . The above steps S64 to S67 are repeated until the transmission data ends in symbol units (step S68).

(第13の実施形態)
図17は、本発明の第13の実施形態における第1の無線通信装置の送信ウエイト行列生成の処理フローの例を示す。ここでは、上記したMIMOチャネル情報フィードバック方法を、式(2)及び式(3)に示した固有モードSDM伝送に適用した場合を例として示す。伝達関数行列Hが取得されると(ステップS71)、この行列とエルミート共役な行列を用いて正方行列H・Hを生成し(ステップS72)、この行列の固有ベクトルを求め(ステップS73)、各固有ベクトルを組み合わせてユニタリ行列Uを生成する(ステップS74)。ユニタリ行列Uを一旦記憶しておき(ステップS75)、図16のように無線データパケットを送信する際に、この行列を読み出して送信ウエイト行列として用いる。ここでは例として固有モードSDMを適用する場合を例に示したが、より簡易な他の方法で送信ウエイト行列を求めてもよい。
(13th Embodiment)
FIG. 17 shows an example of a processing flow of transmission weight matrix generation of the first wireless communication apparatus in the thirteenth embodiment of the present invention. Here, the case where the above-described MIMO channel information feedback method is applied to the eigenmode SDM transmission shown in equations (2) and (3) is shown as an example. When the transfer function matrix H is acquired (step S71), a square matrix H H · H is generated using this matrix and a Hermitian conjugate matrix (step S72), and eigenvectors of this matrix are obtained (step S73). A unitary matrix U is generated by combining eigenvectors (step S74). The unitary matrix U is temporarily stored (step S75), and when transmitting a wireless data packet as shown in FIG. 16, this matrix is read and used as a transmission weight matrix. Here, the case where the eigenmode SDM is applied is shown as an example, but the transmission weight matrix may be obtained by another simpler method.

(第14の実施形態)
図18は、本発明の第14の実施形態における第1の無線通信装置のMIMO空間多重伝送の多重数および変調方式・符号化率の組み合わせである伝送モード選択の処理フローの例を示す。
(Fourteenth embodiment)
FIG. 18 shows an example of a processing flow for selecting a transmission mode that is a combination of the number of MIMO spatial multiplexing transmissions and the modulation scheme / coding rate of the first wireless communication apparatus in the fourteenth embodiment of the present invention.

伝送モードの決定は、伝達関数情報のようなPHYレイヤ上での情報、過去の通信の成功/失敗の履歴に関するMACレイヤ上での情報、及びその両方を利用するなど、様々な方法がある。その中で、上記したMIMOチャネル情報フィードバック方法を用いて取得した伝達関数行列Hは、最適な伝送モードを選択する上での有益な情報を与える。   There are various methods for determining the transmission mode, such as using information on the PHY layer such as transfer function information, information on the MAC layer regarding past communication success / failure history, and both. Among them, the transfer function matrix H obtained by using the MIMO channel information feedback method described above provides useful information for selecting an optimum transmission mode.

例えば、Hの固有値ないしはこの行列とそのエルミート行列の積であるH・Hの固有値等を算出すると、その固有値はMIMO伝送における各サブチャネルの信号対雑音比SNRに相当する物理量になる。実際、式(4)で示したとおり、これらの固有値から伝送容量の上限を把握することができる。または、ある変調モード、誤り訂正の符号化率を仮定すると、固有値が所定の闇値以上でないサブチャネルは利用しない方がリスクを小さくすることができる。場合によっては、そのサブストリーム用に割り当てられていた送信電力を、その他のサブストリームに割り当てることも可能である。 For example, when the eigenvalue of H or the eigenvalue of HH · H, which is the product of this matrix and the Hermitian matrix, is calculated, the eigenvalue becomes a physical quantity corresponding to the signal-to-noise ratio SNR of each subchannel in MIMO transmission. Actually, as shown in Equation (4), the upper limit of the transmission capacity can be grasped from these eigenvalues. Alternatively, assuming a certain modulation mode and coding rate for error correction, the risk can be reduced by not using a subchannel whose eigenvalue is not equal to or greater than a predetermined dark value. In some cases, it is also possible to allocate the transmission power allocated for the substream to other substreams.

このような目的から、伝達関数行列が取得されると(ステップS81)、H・Hを計算し(ステップS82)、その固有値を求める(ステップS83)。その固有値の分布から、MIMO空間多重伝送の多重数および変調方式・符号化率の組み合わせである伝送モード毎の伝送品質を推定し(ステップS84)、最適な伝送モードを選択し記憶する(ステップS85)。ここで記憶した最適伝送モードは、その次の無線データパケットの伝送において用いられる。 For this purpose, when a transfer function matrix is obtained (step S81), H H · H is calculated (step S82), and its eigenvalue is obtained (step S83). From the distribution of the eigenvalues, the transmission quality for each transmission mode, which is a combination of the number of MIMO spatial multiplexing transmissions and the modulation scheme / coding rate, is estimated (step S84), and the optimum transmission mode is selected and stored (step S85). ). The optimum transmission mode stored here is used in the transmission of the next wireless data packet.

第14の実施形態の処理において、固有値演算としてステップS82およびS83の処理ではH・Hを用いたが、伝達関数行列Hそのものを用いても構わない。この場合には、ステップS82が省略され、ステップS83においてHの固有値を求めることになる。また、ステップS84とS85の処理においては、何らかのテーブルや演算式により、固有値の分布と最適伝送モードを直接関連付けて一括した処理を行うことも可能である。また、各サブストリームに割当てられる送信電力や空間多重する信号系統数の決定は注水定理を用いて行うことも可能である。 In the process of the fourteenth embodiment, HH · H is used as the eigenvalue calculation in the processes of steps S82 and S83, but the transfer function matrix H itself may be used. In this case, step S82 is omitted, and the eigenvalue of H is obtained in step S83. Further, in the processing of steps S84 and S85, it is also possible to perform batch processing by directly associating the distribution of eigenvalues with the optimum transmission mode by some table or arithmetic expression. The transmission power allocated to each substream and the number of signal systems to be spatially multiplexed can be determined using the water injection theorem.

上述した説明においては、MIMO空間多重伝送を行う際に、送信側及び受信側の無線通信装置がそれぞれひとつである1対1の通信を前提としていた。しかし、MIMO空間多重伝送の拡張として、複数の無線通信装置とひとつの無線通信装置を同時に通信させるマルチユーザMIMO通信も可能である。このマルチユーザMIMO通信システムは、ひとつの基地局装置と複数の移動局、すなわち無線通信装置により構成され、基地局装置と複数の移動局が同時に通信を行う。その場合には、各移動局と基地局装置の間のMIMOチャネル情報(伝達関数行列の情報)を基地局装置が検出し、基地局装置が(または、基地局装置と移動局が協調して)送受信ウエイト制御を行い無線伝送を行う。   In the above description, when performing MIMO spatial multiplexing transmission, one-to-one communication in which there is one transmitter and one receiver is assumed. However, as an extension of MIMO spatial multiplexing transmission, multi-user MIMO communication in which a plurality of wireless communication devices and one wireless communication device communicate simultaneously is also possible. This multi-user MIMO communication system includes one base station apparatus and a plurality of mobile stations, that is, radio communication apparatuses, and the base station apparatus and the plurality of mobile stations communicate simultaneously. In this case, the base station device detects the MIMO channel information (transfer function matrix information) between each mobile station and the base station device, and the base station device (or the base station device and the mobile station cooperate). ) Send / receive weight control and wireless transmission.

(第15の実施形態)
図19は、本発明の第15の実施形態における第1の無線通信装置の送受信ウエイト行列生成の処理フローを示す。マルチユーザMIMO通信システムにおける基地局装置は、上述した実施形態における第1の無線通信装置の機能を備える。
(Fifteenth embodiment)
FIG. 19 shows a processing flow of transmission / reception weight matrix generation of the first wireless communication apparatus in the fifteenth embodiment of the present invention. The base station apparatus in the multiuser MIMO communication system has the function of the first wireless communication apparatus in the above-described embodiment.

通信を行う際(ステップS91)、まず基地局装置において、上述した本実施形態のMIMOチャネル情報フィードバック方法を用いて事前に収集しておいた伝達関数行列の情報をもとに、同時に空間多重を行う移動局、すなわち無線通信装置を選択する(ステップS92)。選択された移動局に対する伝達関数行列を読み出し(ステップS93)、各移動局への送受信ウエイト行列を算出する(ステップS94)。送受信ウエイト行列の算出においては、単に図17で説明したような固有ベクトルではなく、各移動局の信号がお互いに干渉とならないように、アンテナの指向性制御において所定の方向にヌルを向けるなどのウエイトを形成する。算出された送受信ウエイト行列は一旦記憶され(ステップS95)、その後の無線データパケットの送信の際に用いられる。   When performing communication (step S91), first, in the base station apparatus, spatial multiplexing is simultaneously performed based on the transfer function matrix information collected in advance using the MIMO channel information feedback method of the present embodiment described above. A mobile station to be performed, that is, a wireless communication device is selected (step S92). A transfer function matrix for the selected mobile station is read (step S93), and a transmission / reception weight matrix for each mobile station is calculated (step S94). In the calculation of the transmission / reception weight matrix, weights such as directing nulls in a predetermined direction in the antenna directivity control so that the signals of the respective mobile stations do not interfere with each other, rather than the eigenvectors described with reference to FIG. Form. The calculated transmission / reception weight matrix is temporarily stored (step S95) and used for subsequent transmission of wireless data packets.

(装置構成)
以上の方式に関する説明に加え、以下に装置構成について説明する。図20は、上述した実施形態における送信側と受信側の両方の機能を備えた無線通信装置の構成例である。図20において、符号401はデータ分割回路、符号402−1〜402−4はプリアンブル付与回路、符号403−1〜403−4は変調回路、符号404は送信信号変換回路、符号405−1〜405−4は無線部、符号406−1〜406−4はアンテナ、符号407はチャネル推定回路、符号408は伝達関数行列管理回路、符号409は信号検出回路、符号410はユニタリ行列生成回路、符号411は伝達関数行列補正回路、符号412はデータ合成回路、符号413は誤り検出回路、符号414は制御情報分離回路、符号415はMAC制御回路、符号416はMACフレーム生成回路、符号417は変調部、符号418は復調部である。
(Device configuration)
In addition to the above description of the system, the apparatus configuration will be described below. FIG. 20 is a configuration example of a wireless communication apparatus having functions of both the transmission side and the reception side in the above-described embodiment. 20, reference numeral 401 denotes a data division circuit, reference numerals 402-1 to 402-4 denote preamble assignment circuits, reference numerals 403-1 to 403-4 denote modulation circuits, reference numeral 404 denotes a transmission signal conversion circuit, and reference numerals 405-1 to 405. -4 is a radio unit, 406-1 to 406-4 are antennas, 407 is a channel estimation circuit, 408 is a transfer function matrix management circuit, 409 is a signal detection circuit, 410 is a unitary matrix generation circuit, 411 Is a transfer function matrix correction circuit, reference numeral 412 is a data synthesis circuit, reference numeral 413 is an error detection circuit, reference numeral 414 is a control information separation circuit, reference numeral 415 is a MAC control circuit, reference numeral 416 is a MAC frame generation circuit, reference numeral 417 is a modulation unit, Reference numeral 418 denotes a demodulation unit.

装置構成については、従来技術と本発明は同様の構成をとるが、内部の各機能ブロックにおける処理内容は若干ことなる。まず、従来技術における信号の流れを説明する。データが入力されると、MACフレーム生成回路416にてMACフレームを構成し、データ分割回路401に入力される。データ分割回路401では、MIMO通信として空間多重を行う場合には複数系統に信号を分割し、プリアンブル付与回路402−1〜402−4に入力する。空間多重を行わない場合には、1系統を選択(例えば、固定的にプリアンブル付与回路402−1を選択)し、入力する。プリアンブル付与回路402−1〜402−4では、入力された信号にプリアンブル信号を付与する。それぞれの信号系統においては、付与されるプリアンブル信号は異なる。   As for the device configuration, the prior art and the present invention have the same configuration, but the processing contents in each internal functional block are slightly different. First, the signal flow in the prior art will be described. When data is input, a MAC frame is formed by the MAC frame generation circuit 416 and input to the data division circuit 401. In the data division circuit 401, when spatial multiplexing is performed as MIMO communication, a signal is divided into a plurality of systems and input to the preamble assignment circuits 402-1 to 402-4. When spatial multiplexing is not performed, one system is selected (for example, the preamble assigning circuit 402-1 is fixedly selected) and input. Preamble applying circuits 402-1 to 402-4 apply a preamble signal to the input signal. In each signal system, the assigned preamble signals are different.

また、必要に応じてPHYレイヤ関連の制御情報、例えばIEEE802.11系の無線LANであれば、上記したPLCP制御情報なども付与される。その後、変調回路403−1〜403−4に入力され、変調処理が成される。ここでは、例えば、BPSK(Binary Phase Shift Keying)や64QAM等の変調方式や、必要に応じて変調処理の前後で誤り訂正符号化等も行われる。これらの信号は送信信号変換回路404に入力され、必要に応じて上記の式(3)に示すような所定の線形変換が行われる。なお、空間多重を行わない場合には、変換は行われない。このようにして変換された信号は、無線部405−1〜405−4に入力され、周波数変換及び増幅処理が行われ、アンテナ406−1〜406−4を介して送信される。   In addition, control information related to the PHY layer, for example, the above-described PLCP control information is provided for a wireless LAN based on IEEE 802.11, for example. Thereafter, the signals are input to the modulation circuits 403-1 to 403-4 and subjected to modulation processing. Here, for example, modulation schemes such as BPSK (Binary Phase Shift Keying) and 64QAM, and error correction coding before and after the modulation processing are performed as necessary. These signals are input to the transmission signal conversion circuit 404, and predetermined linear conversion as shown in the above equation (3) is performed as necessary. Note that no conversion is performed when spatial multiplexing is not performed. The signals thus converted are input to the radio units 405-1 to 405-4, subjected to frequency conversion and amplification processing, and transmitted via the antennas 406-1 to 406-4.

一方、アンテナ406−1〜406−4を介して信号を受信した際には、信号は無線部405−1〜405−4に入力され、周波数変換及び増幅処理が行われ、チャネル推定回路407に入力される。チャネル推定回路407では、受信信号の先頭に付与されたプリアンブル信号を抽出し、チャネル推定を行う。プリアンブル信号以降の信号は、信号検出回路409にそのまま入力される。チャネル推定回路407で推定することにより取得される伝達関数行列は、伝達関数行列管理回路408に入力され、一続きのデータパケットを受信し終えるまで、信号検出処理においてこの情報を利用する。信号検出回路409では、伝達関数行列管理回路408からの伝達関数行列とチャネル推定回路407からの受信信号を受け、信号検出処理を行う。なお、空間多重されている場合には、ZF方式やその他いかなる方式を用いて信号検出処理を行っても構わない。また、空間多重が行われていない場合には、各アンテナ406−1〜406−4で受信した信号を適宜合成し、ダイバーシチ利得を得るように信号検出処理を行う。なお、信号検出回路409では、必要に応じて、誤り訂正処理を行うことも可能である。   On the other hand, when signals are received via the antennas 406-1 to 406-4, the signals are input to the radio units 405-1 to 405-4, subjected to frequency conversion and amplification processing, and are input to the channel estimation circuit 407. Entered. The channel estimation circuit 407 extracts a preamble signal added to the head of the received signal and performs channel estimation. The signals after the preamble signal are input to the signal detection circuit 409 as they are. The transfer function matrix obtained by estimation by the channel estimation circuit 407 is input to the transfer function matrix management circuit 408, and this information is used in the signal detection process until a series of data packets are received. The signal detection circuit 409 receives the transfer function matrix from the transfer function matrix management circuit 408 and the received signal from the channel estimation circuit 407 and performs signal detection processing. If spatial multiplexing is used, signal detection processing may be performed using the ZF method or any other method. If spatial multiplexing is not performed, signals received by the antennas 406-1 to 406-4 are appropriately combined, and signal detection processing is performed so as to obtain diversity gain. Note that the signal detection circuit 409 can also perform error correction processing as necessary.

このようにして受信された信号は、データ合成回路412に入力され、空間多重が行われている場合には分割された信号系列の合成を行う。合成されたデータは誤り検出回路413に入力され、符号誤りの有無が判定される。誤りが検出されない場合、その信号を制御情報分離回路414に入力する。また、誤り判定の結果はMAC制御回路415にも入力される。制御情報分離回路414では、受信信号のMACヘッダ等を参照し、まず自局宛ての信号か否かを判定する。自局宛ての場合には、その旨をMAC制御回路415に入力するとともに、更に制御情報であれば、MAC制御回路415にデータを出力し、通常データであればMACヘッダ等を終端し、データを出力する。   The signal received in this manner is input to the data synthesis circuit 412 and, when spatial multiplexing is performed, the divided signal series is synthesized. The synthesized data is input to the error detection circuit 413, and the presence / absence of a code error is determined. If no error is detected, the signal is input to the control information separation circuit 414. The error determination result is also input to the MAC control circuit 415. The control information separation circuit 414 refers to the MAC header or the like of the received signal, and first determines whether the signal is addressed to the own station. When addressed to the own station, the fact is input to the MAC control circuit 415, and if it is control information, the data is output to the MAC control circuit 415. Is output.

MAC制御回路415では、制御情報分離回路414で分離した制御情報を解析するとともに、誤り検出回路413からの結果及び制御情報分離回路414からの報告(自局宛てか否か)を取得し、必要な制御情報を生成する。例えば、IEEE802.11系の無線システムであれば、自装置あての受信信号を符号誤りなしに検出した場合、ACK信号を返送するため、MACフレーム生成回路416に制御情報を出力する。何らかの制御情報の返送を要求するものであれば、該当する制御情報をMACフレーム生成回路416に出力する。また、制御情報として伝達関数行列情報を読み出し、伝達関数行列管理回路408に入力する場合もある。仮にフォワードリンクの伝達関数の情報をリターンリンクの伝達関数行列から算出する場合には、上記の式(7)に示す補正処理を行う必要がある。この場合には、伝達関数行列補正回路411にてこの処理を行う。したがって、直接、フォワードリンクの伝達関数行列情報を制御情報に収容してフィードバックする場合には、この伝達関数行列補正回路411は不要となる。   The MAC control circuit 415 analyzes the control information separated by the control information separation circuit 414, acquires the result from the error detection circuit 413 and the report from the control information separation circuit 414 (whether it is addressed to the own station), and is necessary. Control information is generated. For example, in the case of an IEEE802.11 wireless system, control information is output to the MAC frame generation circuit 416 in order to send back an ACK signal when a received signal addressed to itself is detected without a code error. If any control information is requested to be returned, the corresponding control information is output to the MAC frame generation circuit 416. In some cases, transfer function matrix information is read as control information and input to the transfer function matrix management circuit 408. If information on the transfer function of the forward link is calculated from the transfer function matrix of the return link, it is necessary to perform the correction process shown in the above equation (7). In this case, the transfer function matrix correction circuit 411 performs this processing. Therefore, when the transfer function matrix information of the forward link is directly contained in the control information and fed back, this transfer function matrix correction circuit 411 becomes unnecessary.

このようにして取得されたフォワードリンクの伝達関数行列は、データの送信時においてユニタリ行列生成回路410に入力される。データ分割回路401、またはMAC制御回路415から空間多重する信号系統数が指示され、指示される系統数に対応したユニタリ行列を生成する。例えば、ひとつの基地局装置と複数の無線通信装置により構成されるシステムの場合、各無線通信装置の通信相手は基本的に基地局装置のみとなる。この場合には、伝達関数行列管理回路408では、基地局装置との間の伝達関数行列のみを管理すればよい。一方、基地局装置の場合には配下の無線通信装置の伝達関数行列を管理し、必要に応じてそれらを読み出し、ユニタリ行列生成回路410にてユニタリ行列を生成する。   The forward link transfer function matrix obtained in this way is input to the unitary matrix generation circuit 410 at the time of data transmission. The number of signal systems to be spatially multiplexed is instructed from the data division circuit 401 or the MAC control circuit 415, and a unitary matrix corresponding to the instructed number of systems is generated. For example, in the case of a system composed of one base station device and a plurality of wireless communication devices, the communication partner of each wireless communication device is basically only the base station device. In this case, the transfer function matrix management circuit 408 may manage only the transfer function matrix with the base station apparatus. On the other hand, in the case of the base station apparatus, the transfer function matrix of the subordinate radio communication apparatus is managed, read out as necessary, and the unitary matrix generation circuit 410 generates a unitary matrix.

次に、MAC制御回路415にてACK信号等の制御情報を生成し、MACフレーム生成回路416を介して送信する場合をさらに詳しく説明する。先ほども説明したが、ACK信号等は通常、空間多重を行わずに信号を送信する。したがって、データ分割回路401に入力されたACK信号は分割されることなく、プリアンブル付与回路402−1に入力され、所定の変調処理が変調回路403−1で行われ、送信信号変換回路404は、処理を行わず通過させて、無線部405−1を介してアンテナ406−1から信号が送信される。   Next, a case where control information such as an ACK signal is generated by the MAC control circuit 415 and transmitted via the MAC frame generation circuit 416 will be described in more detail. As described above, an ACK signal or the like is usually transmitted without performing spatial multiplexing. Therefore, the ACK signal input to the data dividing circuit 401 is input to the preamble adding circuit 402-1 without being divided, a predetermined modulation process is performed by the modulation circuit 403-1, and the transmission signal converting circuit 404 is A signal is transmitted from the antenna 406-1 via the wireless unit 405-1 without passing through the process.

また、ACK信号を受信した場合、アンテナ406−1〜406−4のそれぞれで受信された信号は無線部405−1〜405−4を経由して受信され、チャネル推定回路407にて各系統の受信信号の伝達関数行列を取得する。ここでは、空間多重は行われていないため、伝達関数情報は行列形式ではなくベクトル形式となる。この情報は伝達関数行列管理回路408に記録され、この情報を元に後続するデータの信号検出を信号検出回路409にて行う。この信号検出においては、チャネル推定回路407で取得した伝達関数情報を元に、各系統の受信信号の位相が同位相になるように調整し、それらを合成して信号検出を行うのが一般的である。これにより、受信ダイバーシチ利得が得られ、特定のアンテナでの受信特性が悪くても、他のアンテナの受信特性がよければ良好な通信が可能となり、受信品質の変動を抑え、通信を安定化させることが出来る。   When an ACK signal is received, the signals received by the antennas 406-1 to 406-4 are received via the radio units 405-1 to 405-4, and the channel estimation circuit 407 Get the transfer function matrix of the received signal. Here, since spatial multiplexing is not performed, the transfer function information is not a matrix format but a vector format. This information is recorded in the transfer function matrix management circuit 408, and the signal detection circuit 409 performs signal detection of subsequent data based on this information. In this signal detection, based on the transfer function information acquired by the channel estimation circuit 407, it is generally adjusted so that the phases of the received signals of the respective systems become the same phase, and they are combined to perform signal detection. It is. As a result, reception diversity gain can be obtained, and even if the reception characteristics of a specific antenna are poor, if the reception characteristics of other antennas are good, good communication is possible, and fluctuations in reception quality are suppressed and communication is stabilized. I can do it.

上述した装置構成は、従来技術と同じ装置構成であるが、本発明の実施形態では無線制御パケット(ないしは、無線データパケットでもよい)を複数信号系列として空間多重することなく伝送する場合の処理において、信号の流れが異なる。   The above-described apparatus configuration is the same as that of the prior art. However, in the embodiment of the present invention, in the processing in the case of transmitting a radio control packet (or a radio data packet) as a plurality of signal sequences without spatial multiplexing, The signal flow is different.

例えば、ACK等の制御情報の返信において上述した第1の実施形態を適用した場合を説明する。例えば、4本のアンテナ406−1〜406−4を備えている場合には、データ分割回路401では4系等分のデータをコピーしてプリアンブル付与回路402−1〜402−4に入力する。ここでは、互いに直交関係があるようなプリアンブルを形成する。例えば、OFDM変調方式を仮定した場合、図6に示したようなプリアンブルを用いる場合を想定すると、プリアンブル付与回路402−1ではサブキャリア#1、#5、#9…のみを、プリアンブル付与回路402−2はサブキャリア#2、#6、#10…のみを、プリアンブル付与回路402−3ではサブキャリア#3、#7、#11…のみを、プリアンブル付与回路402−4では、サブキャリア#4、#8、#12…のみを有効な信号とみなし、それ以外の信号は廃棄して変調回路403−1〜403−4以降の処理を行う(図6のロングトレーニング信号の送信処理に対応する図7のデータ信号の送信処理に対応)。プリアンブル信号、及び後続するデータ(PLCP制御信号等も含む)はすべて図6に示すように処理を行う。   For example, a case will be described in which the first embodiment described above is applied in the return of control information such as ACK. For example, when four antennas 406-1 to 406-4 are provided, the data dividing circuit 401 copies the data corresponding to the four systems and inputs them to the preamble assignment circuits 402-1 to 402-4. Here, preambles that are orthogonal to each other are formed. For example, assuming an OFDM modulation scheme, assuming that a preamble as shown in FIG. 6 is used, the preamble assigning circuit 402-1 uses only the subcarriers # 1, # 5, # 9. -2 is only for subcarriers # 2, # 6, # 10..., Only for subcarriers # 3, # 7, # 11... , # 8, # 12... Are regarded as valid signals, and other signals are discarded and the processing after the modulation circuits 403-1 to 403-4 is performed (corresponding to the long training signal transmission processing in FIG. 6). Corresponding to the data signal transmission processing of FIG. The preamble signal and subsequent data (including the PLCP control signal and the like) are all processed as shown in FIG.

以上の処理は図6に示したプリアンブル信号を仮定していたものであったが、一般的には、これらの信号処理は、例えば、図11に示す処理を4系統に拡張した処理にも対応させることができる。   The above processing is based on the assumption that the preamble signal shown in FIG. 6 is used. However, in general, the signal processing corresponds to, for example, processing obtained by extending the processing shown in FIG. 11 to four systems. Can be made.

一方、受信信号の信号検出処理は従来技術と同じく処理することが可能であるが、伝達関数行列管理回路408では従来技術とは処理が異なる。MAC制御回路415では、データ送信後にACK信号(ないしは、応答のための無線制御パケット)を受信することを把握しているため、伝達関数行列管理回路408に対してACK信号等から伝達関数行列を取得する指示を行う。この指示が入力された場合、信号検出回路409での処理とは別に、例えば、図14におけるステップS43−1〜43−3で示した直接的な伝達関数情報取得に加え、S46の処理に示した不足した伝達関数行列情報の補完処理を行う。   On the other hand, the signal detection process of the received signal can be performed in the same manner as in the conventional technique, but the transfer function matrix management circuit 408 is different from the conventional technique. Since the MAC control circuit 415 knows that an ACK signal (or a wireless control packet for response) is received after data transmission, the transfer function matrix is obtained from the ACK signal or the like to the transfer function matrix management circuit 408. Give instructions to get. When this instruction is input, apart from the processing in the signal detection circuit 409, for example, in addition to the direct transfer function information acquisition shown in steps S43-1 to 43-3 in FIG. Completion processing for missing transfer function matrix information.

同様の処理は、一般的には、図4に示す無線パケットの構成に対応可能であり、具体的には図6に加えて、図8のように構成しても構わないし、アンテナが2本の場合には図3のように対応することも可能である。例えば、図3の場合には、IEEE802.11系の信号に対し、プリアンブル付与回路402−1の信号を基準にすれば、プリアンブル付与回路402−2では1600nsの遅延に相当する位相の回転を付与している。同様に、変調回路403−2においてもプリアンブル信号に後続する信号に1600nsの遅延に相当する位相の回転が付与される。   In general, the same processing can be applied to the configuration of the wireless packet shown in FIG. 4. Specifically, in addition to FIG. 6, the configuration may be as shown in FIG. In this case, it is possible to correspond as shown in FIG. For example, in the case of FIG. 3, if the signal of the preamble adding circuit 402-1 is used as a reference for the IEEE 802.11 system signal, the preamble adding circuit 402-2 applies a phase rotation corresponding to a delay of 1600 ns. is doing. Similarly, in the modulation circuit 403-2, a rotation of a phase corresponding to a delay of 1600 ns is given to a signal subsequent to the preamble signal.

このとき、伝達関数行列管理回路408は、図6及び図7を適用した例と異なり、チャネル推定回路407で直接的に伝達関数行列を取得可能である。また、信号検出回路409の処理のために、チャネル推定回路407は、受信した信号が空間多重を行っていない信号だと判定して、通常のチャネル推定を行った結果を用いる。しかし、伝達関数行列情報のフィードバックに関しては、図6及び図7を提供した例と異なり送信信号が図3に示したような構成であるとみなして処理を行う。これは、あたかも受信信号が空間多重を行っていた場合に、信号系列ごとの信号検出に必要な伝達関数を取得する処理に相当する。このように、2種類のチャネル推定処理を個別に行い、一方を信号検出回路409で用い、もう一方を伝達関数行列管理回路408で管理する伝達関数行列の取得のために用いる。   At this time, the transfer function matrix management circuit 408 can acquire the transfer function matrix directly by the channel estimation circuit 407, unlike the example in which FIGS. 6 and 7 are applied. Further, for the processing of the signal detection circuit 409, the channel estimation circuit 407 determines that the received signal is a signal that has not been subjected to spatial multiplexing, and uses the result of normal channel estimation. However, regarding the feedback of the transfer function matrix information, processing is performed on the assumption that the transmission signal has the configuration shown in FIG. 3, unlike the example provided with FIGS. 6 and 7. This corresponds to a process of acquiring a transfer function necessary for signal detection for each signal sequence as if the received signal was spatially multiplexed. In this way, two types of channel estimation processes are performed individually, one is used by the signal detection circuit 409, and the other is used for acquiring a transfer function matrix managed by the transfer function matrix management circuit 408.

このようにして、例えば、既存のACK信号等を空間多重せず用いながら、送受信の各アンテナ間のMIMOチャネルの伝達関数情報を取得することが可能となる。なお、図20の説明では、OFDM変調方式を意図した図にはなっていないが、例えば、データ分割回路401から送信信号変換回路404の処理をサブキャリアごとに実施し、送信信号変換回路404の後段にIFFT回路を挿入すれば、OFDM変調方式対応の送信部に拡張できる。   In this manner, for example, it is possible to acquire the transfer function information of the MIMO channel between the transmitting and receiving antennas while using the existing ACK signal or the like without spatial multiplexing. In the description of FIG. 20, the OFDM modulation scheme is not intended. However, for example, the processing of the transmission signal conversion circuit 404 from the data division circuit 401 is performed for each subcarrier, and the transmission signal conversion circuit 404 If an IFFT circuit is inserted in the subsequent stage, it can be expanded to a transmission unit compatible with the OFDM modulation system.

また、受信系においても、チャネル推定回路407内にFFT回路を備え、伝達関数行列管理回路408、信号検出回路409をサブキャリアごとに個別に処理を行い、データ合成回路で全サブキャリアの信号を合成すれば、OFDM変調方式に対応可能である。また、図5に示す無線制御パケットの構成の場合には、データに後続される形でプリアンブル付与回路402−1〜402−4でロングトレーニング信号35−1〜35−4を付与し、受信時にはチャネル推定回路407にてこの部分を読み出し、ロングトレーニング信号32−1〜32−4およびロングトレーニング信号35−1〜35−4によりチャネル推定することで伝達関数行列情報を取得することも可能である。また、これらの組み合わせとして図8の構成を用いても構わない。   Also in the reception system, an FFT circuit is provided in the channel estimation circuit 407, the transfer function matrix management circuit 408 and the signal detection circuit 409 are individually processed for each subcarrier, and the signals of all subcarriers are processed by the data synthesis circuit. If combined, it can support the OFDM modulation system. In the case of the configuration of the radio control packet shown in FIG. 5, the long training signals 35-1 to 35-4 are given by the preamble grant circuits 402-1 to 402-4 in a form following the data, and at the time of reception. It is also possible to acquire transfer function matrix information by reading this portion with the channel estimation circuit 407 and performing channel estimation with the long training signals 32-1 to 32-4 and the long training signals 35-1 to 35-4. . Further, as a combination of these, the configuration of FIG. 8 may be used.

上記の実施形態によれば、MIMOチャネルの情報を送信側の無線通信装置で取得するためのフィードバックにおいて、新たなオーバヘッドを追加することなく、また追加を最小限に抑えて、かつ全てのアンテナに関する情報を収集可能という効果を得ることができる。また、このようにして求めたMIMOチャネル情報をもとに、最適な伝送モードを選択したり、適切な送受信ウエイト行列を算出し、これを用いて効率的なMIMO伝送を実現するという効果も期待できる。   According to the above-described embodiment, in feedback for acquiring MIMO channel information in the radio communication device on the transmission side, it is possible to add a new overhead without adding a new overhead, to minimize the addition, and to all antennas. The effect that information can be collected can be obtained. In addition, based on the MIMO channel information obtained in this way, it is also expected to select an optimum transmission mode, calculate an appropriate transmission / reception weight matrix, and use this to realize efficient MIMO transmission. it can.

なお、上述した実施形態においては、ユーザ情報を収容して伝送する無線上でのパケットを「無線データパケット」と、各種の制御情報を収容して伝送するパケットを「無線制御パケット」と呼び、前者はMIMO伝送を前提とし、後者はSISO伝送(MIMO空間多重伝送を行わないと言う意味であり、送受信に複数のアンテナは用いている)を前提としていた。   In the above-described embodiment, a wireless packet that accommodates and transmits user information is referred to as a “wireless data packet”, and a packet that accommodates and transmits various types of control information is referred to as a “wireless control packet”. The former is premised on MIMO transmission, and the latter is premised on SISO transmission (meaning that MIMO spatial multiplexing transmission is not performed, and a plurality of antennas are used for transmission and reception).

しかし、上述した実施形態にて意図するところは、MIMO空間多重伝送を行わないパケットを伝送する際に用いるSISO用のチャネル推定パイロット信号(プリアンブル信号、トレーニング信号)において、所定の直交関係を保持しながら複数のアンテナから異なるパターンを送信することで、複数の送受信アンテナ間のMIMOチャネル情報を推定することにある。したがって、無線データパケットをMIMO空間多重伝送せずにSISO伝送する際には、同様の手法でMIMOチャネルの伝達関数推定が可能である。   However, the above-described embodiment intends to maintain a predetermined orthogonal relationship in the channel estimation pilot signal (preamble signal and training signal) for SISO used when transmitting a packet that does not perform MIMO spatial multiplexing transmission. However, MIMO channel information between a plurality of transmission / reception antennas is estimated by transmitting different patterns from the plurality of antennas. Accordingly, when a wireless data packet is transmitted via SISO without MIMO spatial multiplexing transmission, the transfer function of the MIMO channel can be estimated by the same method.

また、さらに、無線制御パケットとは、ACK信号やRTS/CTS信号を送信するためのパケットに加え、例えば移動局がエリア内に継続的に存在していることを確認するためのヘルスチェック用の制御情報や、ポーリングへの応答など広く一般的な制御情報を含むものである。   Furthermore, the radio control packet is a packet for transmitting an ACK signal or an RTS / CTS signal, for example, a health check for confirming that a mobile station is continuously present in the area. It includes control information and widely general control information such as responses to polling.

また、上述したMIMOチャネル情報フィードバック方法の実施形態の幾つかは、既存の無線システムの中で利用可能なものであり、それらと共に共存可能である。つまり、これらの実施形態を実装した装置と既存の装置は特に意識することなく通信が可能であり、通信を行う双方の無線通信装置が同時にこれらの実施形態を実装した際に、本発明の技術を利用することができる。   Also, some of the embodiments of the MIMO channel information feedback method described above are available in existing wireless systems and can coexist with them. That is, a device that implements these embodiments and an existing device can communicate with each other without particular awareness, and when both wireless communication devices that perform communication implement these embodiments at the same time, the technology of the present invention. Can be used.

近年の無線通信システムでは、無線コネクション確立を行う通信の最初に、認証等の帰属処理を行う。さらにこの中で、各無線通信装置の機能をネゴシェーションする。この機能項目の一つとして、本発明のMIMOチャネル情報フィードバック方法の実装の有無、各種バリエーションがあるフィードバック方法のいずれに対応するか等の情報を含めることで、その後の通信において本発明が利用できる。   In recent wireless communication systems, attribution processing such as authentication is performed at the beginning of communication for establishing a wireless connection. Furthermore, in this, the function of each wireless communication device is negotiated. By including information such as whether or not the MIMO channel information feedback method of the present invention is implemented and which of the various feedback methods is supported as one of the function items, the present invention can be used in subsequent communications. .

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   The above-described embodiments are all illustrative of the present invention and are not limited to the present invention, and the present invention can be implemented in various other variations and modifications. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

なお、本発明の直交パイロット信号付与手段、第1の直交パイロット信号付与手段、第2の直交パイロット信号付与手段は、プリアンブル付与回路402−1〜402−4に対応し、信号直交化手段は、変調回路403−1〜403−4に内在するものである。また、信号送信手段は、無線部405−1〜405−4に対応する。また、本発明の直交パイロット抽出手段と、チャネル推定手段は、チャネル推定回路407に対応し、伝達関数行列算出手段は、伝達関数管理回路408及び伝達関数行列補正回路411に対応する。   In addition, the orthogonal pilot signal provision means, the first orthogonal pilot signal provision means, and the second orthogonal pilot signal provision means of the present invention correspond to the preamble provision circuits 402-1 to 402-4, and the signal orthogonalization means includes: It is inherent in the modulation circuits 403-1 to 403-4. The signal transmission unit corresponds to the wireless units 405-1 to 405-4. Further, the orthogonal pilot extraction means and the channel estimation means of the present invention correspond to the channel estimation circuit 407, and the transfer function matrix calculation means corresponds to the transfer function management circuit 408 and the transfer function matrix correction circuit 411.

本発明の第1の実施形態における無線制御パケットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radio | wireless control packet in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における無線制御パケットの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the radio | wireless control packet in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるアンテナ毎の直交化法を示す図である。It is a figure which shows the orthogonalization method for every antenna in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるアンテナ毎の他の直交化法を示す図である。It is a figure which shows the other orthogonalization method for every antenna in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における無線制御パケットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radio | wireless control packet in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるアンテナ毎のロングトレーニング信号の直交化方法(その1)を示す図である。It is a figure which shows the orthogonalization method (the 1) of the long training signal for every antenna in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるアンテナ毎のロングトレーニング信号の直交化方法(その2)を示す図である。It is a figure which shows the orthogonalization method (the 2) of the long training signal for every antenna in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態におけるアンテナ毎のロングトレーニング信号の直交化方法を示す図である。It is a figure which shows the orthogonalization method of the long training signal for every antenna in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態における無線制御パケットの送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the radio | wireless control packet in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態における無線制御パケットの送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the radio | wireless control packet in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態における無線制御パケットの送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the radio | wireless control packet in the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態における第1の無線通信装置の無線制御パケットの受信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the reception processing flow of the radio | wireless control packet of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態における第1の無線通信装置の無線制御パケットの受信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the reception processing flow of the radio | wireless control packet of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施形態における第1の無線通信装置の無線制御パケットの受信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the reception processing flow of the radio | wireless control packet of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11の実施形態における第1の無線通信装置のキャリブレーション処理フローを示す図である。It is a figure which shows the calibration processing flow of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施形態における第1の無線通信装置の無線データパケット送信時の処理フローである。It is a processing flow at the time of the radio | wireless data packet transmission of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第13の実施形態における第1の無線通信装置の送信ウエイト行列生成の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the transmission weight matrix production | generation of the 1st radio | wireless communication apparatus in the 13th Embodiment of this invention. 本発明の第14の実施形態における第1の無線通信装置の伝送モード選択の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of transmission mode selection of the 1st radio | wireless communication apparatus in 14th Embodiment of this invention. 本発明の第15の実施形態における第1の無線通信装置の送受信ウエイト行列生成の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the transmission / reception weight matrix production | generation of the 1st radio | wireless communication apparatus in 15th Embodiment of this invention. 本発明の実施形態における無線通信装置の装置構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the apparatus structure of the radio | wireless communication apparatus in embodiment of this invention. 従来方式における伝達関数情報の収集方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the collection method of the transfer function information in a conventional system. 従来方式における空間多重を行わないSISO伝送の場合の無線データパケットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radio | wireless data packet in the case of SISO transmission which does not perform the spatial multiplexing in a conventional system. MIMO通信の場合の無線データパケットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radio | wireless data packet in the case of MIMO communication. 従来方式におけるMIMO用ロングトレーニング信号の概要(その1)を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary (the 1) of the long training signal for MIMO in a conventional system. 従来方式におけるMIMO用ロングトレーニング信号の概要(その2)を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary (the 2) of the long training signal for MIMO in a conventional system. 従来方式におけるデータ転送の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the data transfer in a conventional system. 従来方式におけるRTS/CTSを用いたデータ転送の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the data transfer using RTS / CTS in a conventional system. 従来方式における無線制御パケットの送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the radio | wireless control packet in a conventional system. 従来方式における無線データパケットの送信処理フローを示す図である。It is a figure which shows the transmission processing flow of the radio | wireless data packet in a conventional system.

符号の説明Explanation of symbols

401 データ分割回路
402−1〜402−4 プリアンブル付与回路
403−1〜403−4 変調回路
404 送信信号変換回路
405−1〜405−4 無線部
406−1〜406−4 アンテナ
407 チャネル推定回路
408 伝達関数行列管理回路
409 信号検出回路
410 ユニタリ行列生成回路
411 伝達関数行列補正回路
412 データ合成回路
413 誤り検出回路
414 制御情報分離回路
415 MAC制御回路
416 MACフレーム生成回路


401 Data division circuit 402-1 to 402-4 Preamble provision circuit 403-1 to 403-4 Modulation circuit 404 Transmission signal conversion circuit 405-1 to 405-4 Radio unit 406-1 to 406-4 Antenna 407 Channel estimation circuit 408 Transfer function matrix management circuit 409 signal detection circuit 410 unitary matrix generation circuit 411 transfer function matrix correction circuit 412 data synthesis circuit 413 error detection circuit 414 control information separation circuit 415 MAC control circuit 416 MAC frame generation circuit


Claims (6)

複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムにおけるチャネル情報フィードバック方法であって、
前記第2の無線通信装置にて、
複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、
前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化処理を実施するステップと、
前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信処理を行うステップと、を含み、
前記第1の無線通信装置にて、
前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信処理を行うステップと、
受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出処理を行うステップと、
当該抽出した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定処理を行うステップと、
生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出処理を行うステップと、
を含むことを特徴とするチャネル情報フィードバック方法。
A wireless communication system comprising first and second wireless communication devices having a plurality of transmission / reception antennas, wherein a plurality of signal sequences are spatially multiplexed and transmitted between the plurality of transmission / reception antennas on the same frequency channel. A channel information feedback method,
In the second wireless communication device,
1st orthogonal pilot signal provision which assign | provides each of several orthogonal known pattern signal to the head area | region of the radio | wireless control packet used for each radio | wireless control transmitted from the said several transmission antenna as 1st orthogonal pilot signal Processing steps;
Performing a signal virtual orthogonalization process for performing the same processing as the orthogonal processing of the orthogonal known pattern signal on the information area subsequent to the head area of the radio control packet;
Performing a signal transmission process of transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas,
In the first wireless communication device,
Performing signal reception processing for receiving the radio control packet using the plurality of receiving antennas;
Performing an orthogonal pilot signal extraction process for extracting a signal in a region to which the first orthogonal pilot signal is added from the received radio control packet;
Channel estimation processing for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the first wireless communication device from the second wireless communication device based on the relationship between the extracted signal and the known pattern signal Steps to do,
Based on the generated transfer function matrix information, transmission between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the second wireless communication device from the first wireless communication device in the direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function matrix information. Performing a transfer function calculation process for calculating function matrix information;
A channel information feedback method comprising:
複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムにおけるチャネル情報フィードバック方法であって、
前記第2の無線通信装置にて、
複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、
前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化処理を実施するステップと、
前記第1の直交パイロット信号のいずれか、または該第1の直交パイロット信号に所定の係数を乗算して得られる複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第2の直交パイロット信号として、前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与する第2の直交パイロット信号付与処理を行うステップと、
前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信処理を行うステップと、を含み、
前記第1の無線通信装置にて、
前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信処理を行うステップと、
受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号及び前記第2の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出処理を行うステップと、
当該抽出した信号を線形加算した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定処理を行うステップと、
生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出処理を行うステップと、
を含むことを特徴とするチャネル情報フィードバック方法。
A wireless communication system comprising first and second wireless communication devices having a plurality of transmission / reception antennas, wherein a plurality of signal sequences are spatially multiplexed and transmitted between the plurality of transmission / reception antennas on the same frequency channel. A channel information feedback method,
In the second wireless communication device,
1st orthogonal pilot signal provision which assign | provides each of several orthogonal known pattern signal to the head area | region of the radio | wireless control packet used for each radio | wireless control transmitted from the said several transmission antenna as 1st orthogonal pilot signal Processing steps;
A step of performing said orthogonal straight交化signal virtualization orthogonalization process applied the same processing as the processing of the known pattern signal for subsequent information area to the head area of the wireless control packet,
Each one, or a known pattern signal in which a plurality of orthogonal obtained by multiplying a predetermined coefficient to the first orthogonal pilot signals of said first quadrature pilot signals as the second orthogonal pilot signals, the plurality Performing a second orthogonal pilot signal providing process to be applied to each of the radio control packets transmitted from the transmission antennas of
Performing a signal transmission process of transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas,
In the first wireless communication device,
Performing signal reception processing for receiving the radio control packet using the plurality of receiving antennas;
Performing an orthogonal pilot signal extraction process of extracting a signal in a region to which the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot signal are added from the received radio control packet;
Generating a transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for the communication of the first wireless communication device direction the extracted signal from said second radio communication device based on the relationship between linear addition signal and the known pattern signal Performing channel estimation processing,
Based on the generated transfer function matrix information, transmission between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the second wireless communication device from the first wireless communication device in the direction opposite to the direction of communication corresponding to the transfer function matrix information. Performing a transfer function calculation process for calculating function matrix information;
A channel information feedback method comprising:
前記第1の無線通信装置と前記第2の無線通信装置はそれぞれK(K>1:Kは整数)本のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重変調方式が適用され、
前記第1の無線通信装置はN(N>1:Nは整数)本の送受信アンテナを有し、
前記第2の無線通信装置はM(M>1:Mは整数)本の送受信アンテナを有し、
前記第2の無線通信装置の前記第1の直交パイロット信号付与処理、または前記第2の直交パイロット信号付与処理を行うステップにて、
前記複数の送受信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号を、前記サブキャリアごとの成分に分解した際に、前記送受信アンテナのそれぞれから送信される各信号内には少なくとも1本以上の前記サブキャリアの信号成分を含まないように設定し、
前記チャネル推定処理を行うステップにて、
前記K本のサブキャリアの中の第k(1≦k≦K:kは整数)番目のサブキャリアの前記第2の無線通信装置の第j(1≦j≦M:jは整数)番目の送受信アンテナと、前記第1の無線通信装置の第i(1≦i≦N:iは整数)番目の送受信アンテナ間の伝達関数行列情報の取得を行う際に、前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナから送信される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号内に前記第k番目のサブキャリアの成分が含まれる場合、前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号、またはこれらの線形加算した信号と、前記既知のパターンの信号との相互相関を算出することにより、前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナと前記第1の無線通信装置の前記第i番目のアンテナ間の伝達関数行列情報を直接的に取得する直接伝達関数取得処理を行い、
前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナから送信される前記第1の直交パイロット信号、または前記第2の直交パイロット信号内に前記第k番目のサブキャリアの成分が含まれていない場合、前記第k番目のサブキャリアに近接した少なくとも1つのサブキャリアにて前記直接伝達関数取得処理において取得した前記第2の無線通信装置の前記第j番目の送受信アンテナと前記第1の無線通信装置の前記第i番目の送受信アンテナ間の伝達関数行列情報に関する内挿、または外挿演算により補完して当該サブキャリアの伝達関数行列情報を取得する伝達関数補完取得処理を行う
ことを特徴とする請求項1または2に記載のチャネル情報フィードバック方法。
The first wireless communication apparatus and the second wireless communication apparatus each adopt an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme using K (K> 1: K is an integer) subcarriers,
The first wireless communication apparatus has N (N> 1: N is an integer) transmission / reception antennas,
The second wireless communication apparatus has M (M> 1: M is an integer) transmission / reception antennas,
In the step of performing the first orthogonal pilot signal provision processing or the second orthogonal pilot signal provision processing of the second wireless communication device,
Said plurality of said first quadrature pilot signals applied to each of the wireless control packet transmitted from the transmitting and receiving antenna or the second orthogonal pilot signals, when decomposed into components for each of the sub-carrier, the Each signal transmitted from each of the transmission / reception antennas is set so as not to include at least one signal component of the subcarrier,
In the step of performing the channel estimation process,
Of the K subcarriers, the jth (1 ≦ j ≦ M: j is an integer) th of the second wireless communication apparatus of the kth (1 ≦ k ≦ K: k is an integer) th subcarrier. When acquiring transfer function matrix information between the transmission / reception antenna and the i-th (1 ≦ i ≦ N: i is an integer) -th transmission / reception antenna of the first wireless communication device, the second wireless communication device When the component of the kth subcarrier is included in the first orthogonal pilot signal or the second orthogonal pilot signal transmitted from the jth transmission / reception antenna, the first orthogonal pilot signal , or the second orthogonal pilot signal or the signal summation of these linear, by calculating a cross-correlation between the signal of the known pattern, the second of the j-th reception antenna of the wireless communication device, And the first Perform direct transfer function acquisition process to directly obtain the transfer function matrix information between the i-th antenna line communication apparatus,
Contains components of said first quadrature pilot signal or said k-th subcarrier in the second quadrature pilot signals within, sent from the second of the j-th reception antenna of the wireless communication device If not, the k-th of the j th receiving antenna and the first wireless of the obtained in the direct transfer function acquisition process at least one subcarrier adjacent to the subcarrier second wireless communication device and characterized in that the i-th transfer function interpolation relates matrix information or extrapolation complementary to a transfer function complementary and acquires the transfer function matrix information of the subcarriers by calculation, between the transmitting and receiving antennas of the communication device The channel information feedback method according to claim 1 or 2.
前記第1の無線通信装置は前記送受信アンテナごとに無線部を備え、
前記無線部は、自装置の第番目のアンテナに接続された前記無線部における送信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をα 、及び第番目の前記無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を示す複素物理量をβ とした場合、
前記第1の無線通信装置にて、
所定の周期で自装置の前記複素物理量の比であるα /β を取得するキャリブレーション係数取得処理を前記送受信アンテナごとに行うステップと、
前記所定の周期にて、前記複素物理量の比を自装置の全ての前記送受信アンテナに渡り同一の値をとるように前記無線部における送信信号の増幅率と位相回転量、または前記無線部における受信信号の増幅率と位相回転量を調整するキャリブレーション処理を前記送受信アンテナごとに行うステップと、を含み、
前記第1の無線通信装置の前記伝達関数補正処理を行うステップにて、
前記第2の無線通信装置から前記第1の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列を転置した行列として前記第1の無線通信装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナの伝達関数行列情報を与える
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のチャネル情報フィードバック方法。
The first wireless communication device includes a wireless unit for each of the transmission / reception antennas,
The radio unit has α h as a complex physical quantity indicating an amplification factor and a phase rotation amount of a transmission signal in the radio unit connected to the h- th antenna of the own device, and a received signal in the h- th radio unit. When the complex physical quantity indicating the amplification factor and the amount of phase rotation is β h ,
In the first wireless communication device,
Performing calibration coefficient acquisition processing for each of the transmission / reception antennas to acquire α h / β h which is a ratio of the complex physical quantity of the device at a predetermined period;
In the predetermined cycle, the amplification ratio and phase rotation amount of the transmission signal in the radio unit, or reception in the radio unit so that the ratio of the complex physical quantity takes the same value across all the transmission / reception antennas of its own device Performing a calibration process for adjusting a signal amplification factor and a phase rotation amount for each of the transmission and reception antennas,
In the step of performing the transfer function correction process of the first wireless communication device,
Communication from the first wireless communication device to the second wireless communication device as a matrix obtained by transposing a transfer function matrix between the transmitting and receiving antennas for communication from the second wireless communication device to the first wireless communication device. The transfer function matrix information of the said transmission / reception antenna with respect to is given. The channel information feedback method as described in any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned.
複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムであって、
前記第2の無線通信装置が、
複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する直交パイロット信号付与手段と、
前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化手段と、
前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信手段と、
を備え
前記第1の無線通信装置が、
前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信手段と、
受信した前記無線制御パケットから前記直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出手段と、
当該抽出した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から自装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定手段と、
生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である自装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数行列算出手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
Comprises a first and second wireless communication apparatus having a plurality of transmitting and receiving antenna, a radio communication system for transmitting a plurality of signal sequences in the same frequency channel by between said plurality of transmitting and receiving antennas by spatially multiplexing Because
The second wireless communication device is
And quadrature pilot signal applying means for applying to the head region of the radio control packet used for each of the radio control transmitted each of the plurality of orthogonal known pattern signals from the plurality of transmitting antennas as Cartesian pilot signal,
Signal virtual orthogonalization means for performing the same processing as the orthogonal processing of the orthogonal known pattern signal to the information area following the head area of the radio control packet;
Signal transmitting means for transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas;
Equipped with a,
The first wireless communication device is
Signal receiving means for receiving the radio control packet using the plurality of receiving antennas;
Orthogonal pilot signal extraction means for extracting a signal in a region to which the orthogonal pilot signal is added from the received radio control packet;
Channel estimation means for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction from the second wireless communication device based on the relationship between the extracted signal and the known pattern signal;
Based on the generated transfer function matrix information, the transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the second wireless communication device is calculated from the own device that is in the opposite direction to the communication direction corresponding to the transfer function matrix information. Transfer function matrix calculating means for
A wireless communication system comprising:
複数本の送受信アンテナを有する第1および第2の無線通信装置を具備し、前記複数本の送受信アンテナ間にて同一周波数チャネルにて複数の信号系列を空間多重して伝送を行う無線通信システムであって、
前記第2の無線通信装置が、
複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第1の直交パイロット信号として前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの無線制御に用いられる無線制御パケットの先頭領域に付与する第1の直交パイロット信号付与手段と、
前記無線制御パケットの前記先頭領域に後続する情報領域に対して前記直交した既知のパターン信号の直交化処理と同一の処理を施す信号仮想直交化手段と、
前記第1の直交パイロット信号のいずれか、または該第1の直交パイロット信号に所定の係数を乗算して得られる複数の直交した既知のパターン信号のそれぞれを第2の直交パイロット信号として、前記複数の送信アンテナから送信されるそれぞれの前記無線制御パケットに付与する第2の直交パイロット信号付与手段と、
前記無線制御パケットを前記複数の送信アンテナを用いて空間多重せずに送信する信号送信手段と、
を備え
前記第1の無線通信装置が、
前記無線制御パケットを前記複数の受信アンテナを用いて受信する信号受信手段と、
受信した前記無線制御パケットから前記第1の直交パイロット信号及び前記第2の直交パイロット信号が付与された領域の信号を抽出する直交パイロット信号抽出手段と、
当該抽出した信号を線形加算した信号と前記既知のパターン信号との関係に基づき前記第2の無線通信装置から自装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を生成するチャネル推定手段と、
生成した伝達関数行列情報に基づいて当該伝達関数行列情報に対応する通信の方向と逆方向である自装置から前記第2の無線通信装置方向の通信に対する前記送受信アンテナ間の伝達関数行列情報を算出する伝達関数算出手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
Comprises a first and second wireless communication apparatus having a plurality of transmitting and receiving antenna, a radio communication system for transmitting a plurality of signal sequences in the same frequency channel by between said plurality of transmitting and receiving antennas by spatially multiplexing Because
The second wireless communication device is
1st orthogonal pilot signal provision which assign | provides each of several orthogonal known pattern signal to the head area | region of the radio | wireless control packet used for each radio | wireless control transmitted from the said several transmission antenna as 1st orthogonal pilot signal Means,
Signal virtual orthogonalization means for performing the same processing as the orthogonal processing of the orthogonal known pattern signal to the information area following the head area of the radio control packet;
Any one of the first orthogonal pilot signals or each of a plurality of orthogonal known pattern signals obtained by multiplying the first orthogonal pilot signal by a predetermined coefficient is used as the second orthogonal pilot signal. Second orthogonal pilot signal assigning means for assigning to each of the radio control packets transmitted from the transmitting antennas;
Signal transmitting means for transmitting the radio control packet without spatial multiplexing using the plurality of transmission antennas;
Equipped with a,
The first wireless communication device is
Signal receiving means for receiving the radio control packet using the plurality of receiving antennas;
Orthogonal pilot signal extraction means for extracting a signal in a region to which the first orthogonal pilot signal and the second orthogonal pilot signal are added from the received radio control packet;
Channel estimation means for generating transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the own apparatus from the second wireless communication apparatus based on a relationship between the signal obtained by linearly adding the extracted signals and the known pattern signal; ,
Based on the generated transfer function matrix information, the transfer function matrix information between the transmitting and receiving antennas for communication in the direction of the second wireless communication device is calculated from the own device that is in the opposite direction to the communication direction corresponding to the transfer function matrix information. Transfer function calculating means for
A wireless communication system comprising:
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