JP4765336B2 - Wireless communication apparatus and wireless communication method - Google Patents

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本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成した通信(MIMO(Multi Input Multi Output)通信)により伝送容量の拡大を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル行列Hの特異値分解(SVD)を利用して送受信それぞれの重みベクトルを得て通信データの空間多重並びに空間分離を行なうクローズドループ型のMIMO伝送を行なう無線通信装置及び無線通信方法に関する。   The present invention is a communication (MIMO (Multi Input Multi Output) communication) in which a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas are paired to form a plurality of logical channels using spatial multiplexing. In particular, the wireless communication device and the wireless communication method for expanding the transmission capacity by using the singular value decomposition (SVD) of the channel matrix H whose elements are the channels corresponding to the transmission / reception antenna pairs. The present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication method for performing closed-loop type MIMO transmission for obtaining a weight vector and performing spatial multiplexing and spatial separation of communication data.

さらに詳しくは、本発明は、互いに直交する複数のサブキャリアを多重伝送するOFDM変調方式を適用してSVD−MIMO通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、周波数軸上に配列された複数のサブキャリアの周波数特性の連続性を維持しながらOFDM_MIMO通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に関する。   More particularly, the present invention relates to a radio communication apparatus and radio communication method for performing SVD-MIMO communication by applying an OFDM modulation scheme in which a plurality of subcarriers orthogonal to each other are multiplexed and, in particular, arranged on a frequency axis. The present invention also relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication method for performing OFDM_MIMO communication while maintaining continuity of frequency characteristics of a plurality of subcarriers.

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11などを挙げることができる。   A wireless network is attracting attention as a system free from wiring in the conventional wired communication system. As a standard for a wireless network, IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 or the like can be cited.

室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成される。マルチパスにより遅延ひずみ(又は、周波数選択性フェージング)が生じ、通信に誤りが引き起こされ、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じる。主な遅延ひずみ対策として、マルチキャリア(多重搬送波)伝送方式が挙げられる。マルチキャリア伝送方式では、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数選択性フェージングの影響を受け難くなる。   When a wireless network is constructed indoors, a multipath environment is formed in which a receiving device receives a superposition of a direct wave and a plurality of reflected waves / delayed waves. Multipath causes delay distortion (or frequency selective fading), causes an error in communication, and causes intersymbol interference due to delay distortion. As a main countermeasure against delay distortion, there is a multi-carrier transmission method. In the multi-carrier transmission method, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of carriers having different frequencies, so that the band of each carrier becomes narrow and is not easily affected by frequency selective fading.

例えば、マルチキャリア伝送方式の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。情報伝送時には、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル/パラレル変換して出力される複数のデータを各サブキャリアに割り当ててサブキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数サブキャリアについて逆FFTを行なうことで周波数軸での各サブキャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、受信時はこの逆の操作、すなわちFFTを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各サブキャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル/シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。   For example, in the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system, which is one of the multicarrier transmission systems, the frequency of each carrier is set such that the subcarriers are orthogonal to each other within a symbol interval. When transmitting information, serial / parallel conversion of the serially sent information is performed for each symbol period slower than the information transmission rate, and a plurality of output data is assigned to each subcarrier, and amplitude and phase modulation is performed for each subcarrier. Then, by performing inverse FFT on the plurality of subcarriers, the subcarriers are converted to a time axis signal and transmitted while maintaining the orthogonality of each subcarrier on the frequency axis. At the time of reception, the reverse operation, that is, FFT is performed to convert the time-axis signal into the frequency-axis signal, and each subcarrier is demodulated according to the modulation method, and parallel / serial converted to the original. The information sent with the serial signal is reproduced.

サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。このようなOFDM変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。OFDM変調方式は、例えばIEEE802.11a/gにおいて無線LANの標準規格として採用されている。   That subcarriers are orthogonal to each other means that the peak point of the spectrum of an arbitrary subcarrier always coincides with the zero point of the spectrum of another subcarrier. According to such an OFDM modulation system, the frequency utilization efficiency is very high and it is strong against frequency selective fading interference. The OFDM modulation scheme is adopted as a standard for wireless LAN in IEEE 802.11a / g, for example.

また、マルチキャリア伝送方式では、周波数軸上で複数のサブキャリアが連続して配置される構成となることから、隣り合うサブキャリアにおける周波数特性の連続性を利用して補間することで通信品質を向上させる、という利用形態も考えられる。   In addition, since the multi-carrier transmission scheme has a configuration in which a plurality of subcarriers are continuously arranged on the frequency axis, the communication quality is improved by interpolating using the continuity of the frequency characteristics of adjacent subcarriers. The usage form of improving is also conceivable.

ところで、IEEE802.11aの規格では最大で54Mbpsの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。例えば、IEEE802.11nでは、実効スループットで100MBPSを越える高速な無線LAN技術の開発を目指し、次世代の無線LAN規格を策定している。   By the way, although the IEEE 802.11a standard supports a modulation scheme that achieves a communication speed of 54 Mbps at the maximum, a wireless standard capable of realizing a higher bit rate is required. For example, in IEEE802.11n, the next-generation wireless LAN standard is formulated with the aim of developing a high-speed wireless LAN technology with an effective throughput exceeding 100 MBPS.

無線通信の高速化を実現する技術の1つとしてMIMO(Multi−Input Multi−Output)通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路(以下、「MIMOチャネル」とも呼ぶ)を実現する通信方式であり、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。MIMO通信は、チャネルの特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。例えば、IEEE802.11a/nでは、1次変調にOFDMを用いたOFDM_MIMO方式を採用されている。   MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication is attracting attention as one of the technologies for realizing high-speed wireless communication. This is a communication system that includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and realizes a spatially multiplexed transmission path (hereinafter also referred to as “MIMO channel”), which increases the frequency band. In addition, the transmission capacity can be increased according to the number of antennas, and the communication speed can be improved. MIMO communication is a communication method using channel characteristics, and is different from a simple transmission / reception adaptive array. For example, IEEE 802.11a / n employs an OFDM_MIMO scheme that uses OFDM for primary modulation.

図8には、MIMO通信システムを概念的に示している。同図に示すように、送受信機各々に複数のアンテナが装備されている。送信側では、複数の送信データを空間/時間符号して多重化した信号をM本のアンテナに分配して、複数のMIMOチャネルに送出する。そして、受信側では、チャネル経由でN本のアンテナにより受信した受信信号を空間/時間復号して受信データを得ることができる。この場合のチャネル・モデルは、送信機周りの電波環境(伝達関数)と、チャネル空間の構造(伝達関数)と、受信機周りの電波環境(伝達関数)で構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク(Crosstalk)が発生するが、受信側の信号処理により多重化された各信号をクロストーク無しに正しく取り出すことができる。   FIG. 8 conceptually shows the MIMO communication system. As shown in the figure, each transceiver is equipped with a plurality of antennas. On the transmission side, a signal obtained by multiplexing a plurality of transmission data by space / time code is distributed to M antennas and transmitted to a plurality of MIMO channels. On the receiving side, the received data can be obtained by space / time decoding the received signal received by the N antennas via the channel. The channel model in this case is composed of a radio wave environment (transfer function) around the transmitter, a channel space structure (transfer function), and a radio wave environment (transfer function) around the receiver. When signals transmitted from each antenna are multiplexed, crosstalk occurs, but each signal multiplexed by signal processing on the receiving side can be correctly extracted without crosstalk.

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

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

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

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

また、クローズドループ型のMIMO伝送の理想的な形態の1つとして、伝播路関数の特異値分解(SVD:Singular Value Decomposition)を利用したSVD−MIMO方式が知られている(例えば、非特許文献1を参照のこと)。SVD−MIMO伝送では、各アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列すなわちチャネル情報行列Hを特異値分解してUDVHを求め、送信側のアンテナ重み係数行列としてVを与えるとともに、受信側のアンテナ重み係数行列としてUHを与える。これによって、それぞれのMIMOチャネルは、各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Dとして表され、全くクロストーク無しに信号を多重化して伝送することができる。この場合、送信機側と受信機側の双方において、空間分割すなわち空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現することができる。SVD−MIMO伝送方式によれば、理論的には最大の通信容量を達成することができ、例えば送受信機がアンテナを2本ずつ持てば、最大2倍の伝送容量が得られる。 Also, as one of the ideal forms of closed-loop type MIMO transmission, there is known an SVD-MIMO scheme that uses singular value decomposition (SVD) of a propagation path function (for example, non-patent literature). 1). In SVD-MIMO transmission, a numerical matrix having channel information corresponding to each antenna pair as an element, that is, a channel information matrix H, is singularly decomposed to obtain UDV H and V is given as an antenna weighting coefficient matrix on the transmission side, and reception is performed. U H is given as the antenna weighting coefficient matrix on the side. Thus, each MIMO channel is represented as a diagonal matrix D having the square root of each singular value λ i as a diagonal element, and signals can be multiplexed and transmitted without any crosstalk. In this case, a plurality of logically independent transmission paths that are spatially divided, that is, spatially orthogonally multiplexed, can be realized on both the transmitter side and the receiver side. According to the SVD-MIMO transmission method, the maximum communication capacity can theoretically be achieved. For example, if the transceiver has two antennas, the maximum transmission capacity can be doubled.

図9には、SVD−MIMO伝送システムを概念的に示している。SVD−MIMO伝送では、各アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列すなわちチャネル情報行列Hを特異値分解してUDVHを求め、送信側のアンテナ重み係数行列としてVを与えるとともに、受信側のアンテナ重み係数行列としてUHを与える。これによって、それぞれのMIMOチャネルは、各固有値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Dとして表され、全くクロストーク無しに信号を多重化して伝送することができる。この場合、送信機側と受信機側の双方において、空間分割すなわち空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現することができる。 FIG. 9 conceptually shows the SVD-MIMO transmission system. In SVD-MIMO transmission, a numerical matrix having channel information corresponding to each antenna pair as an element, that is, a channel information matrix H, is singularly decomposed to obtain UDV H and V is given as an antenna weighting coefficient matrix on the transmission side, and reception is performed. U H is given as the antenna weighting coefficient matrix on the side. Accordingly, each MIMO channel is represented as a diagonal matrix D having the square root of each eigenvalue λ i as a diagonal element, and signals can be multiplexed and transmitted without any crosstalk. In this case, a plurality of logically independent transmission paths that are spatially divided, that is, spatially orthogonally multiplexed, can be realized on both the transmitter side and the receiver side.

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

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

Figure 0004765336
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上述したように、チャネル情報行列Hを特異値分解すると、下式(2)のようになる。   As described above, when the channel information matrix H is subjected to singular value decomposition, the following equation (2) is obtained.

Figure 0004765336
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ここで、送信側のアンテナ重み係数行列Vと受信側のアンテナ重み行列Uは、それぞれ下式(3)、(4)を満たすユニタリ行列である。   Here, the antenna weight coefficient matrix V on the transmission side and the antenna weight matrix U on the reception side are unitary matrices that satisfy the following expressions (3) and (4), respectively.

Figure 0004765336
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すなわち、HHHの正規化された固有ベクトルを並べたものが受信側のアンテナ重み行列UHであり、HHHの正規化された固有ベクトルを並べたものが送信側のアンテナ重み行列Vである。また、Dは対角行列でありHHH又はHHHの固有値の平方根を対角成分に持つ。大きさは、送信アンテナ数Mと受信アンテナ数Nのうち小さい数であり、min(M,N)の大きさの正方行列であり対角行列となる。 In other words, the antenna weight matrix U H on the reception side is arranged with the normalized eigenvectors of HH H , and the antenna weight matrix V on the transmission side is arranged with the normalized eigenvectors of H H H arranged. D is a diagonal matrix having the square root of the eigenvalue of H H H or HH H as a diagonal component. The size is a small number out of the number M of transmitting antennas and the number N of receiving antennas, is a square matrix having a size of min (M, N), and is a diagonal matrix.

Figure 0004765336
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上述では、実数での特異値分解について説明したが、虚数にまで拡張した場合の特異値分解には注意点がある。UとVは固有ベクトルで構成される行列であるが、固有ベクトルをノルムが1になるようにする操作すなわち正規化を行なった場合でも、単一のものにはならず、位相が異なる固有ベクトルが無数に存在する。UとVの位相関係によっては、上式(2)が成り立たない場合がある。つまり、UとVはそれぞれ正しいが、位相だけそれぞれ任意に回転しているからである。位相を完全一致させるためには、Vは通常通りHHHの固有ベクトルとして求める、そして、Uは、上式(2)の両辺に右からVを掛け、下式のようにして求めるようにする。 In the above description, the singular value decomposition using real numbers has been described. U and V are matrices composed of eigenvectors. However, even when an operation that normalizes the eigenvector to 1, that is, normalization, is performed, the number of eigenvectors having different phases does not become single. Exists. Depending on the phase relationship between U and V, the above equation (2) may not hold. That is, U and V are correct, but the phase is arbitrarily rotated. In order to make the phases completely coincide with each other, V is obtained as an eigenvector of H H H as usual, and U is obtained by multiplying both sides of the above equation (2) by V from the right to obtain the following equation. .

Figure 0004765336
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送信側ではアンテナ重み係数行列Vを用いて重み付けをするとともに、受信側ではアンテナ重み係数行列UHで重みを付けて受信すると、UとVがユニタリ行列であることから(UはN×min(M,N)、VはM×min(M,N))、下式の通りとなる。 On the transmitting side, weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix V, and on the receiving side, when weighting is performed using the antenna weighting coefficient matrix U H , U and V are unitary matrices (U is N × min ( M, N) and V are M × min (M, N)), as shown in the following equation.

Figure 0004765336
Figure 0004765336

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 0004765336
Figure 0004765336

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

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

SVD−MIMO通信システムでは、例えば、送信機側からは、ユーザ・データを空間多重して送信する前に、MIMOチャネル毎の受信重みを得るためにHVで重み付けされたリファレンス信号が時分割多重して送信される。受信機側では、リファレンス信号を基にHVを取得し、その一般化逆行列を空間分離のために使用する。   In the SVD-MIMO communication system, for example, from the transmitter side, before the user data is spatially multiplexed and transmitted, a reference signal weighted with HV is time-division multiplexed to obtain a reception weight for each MIMO channel. Sent. On the receiver side, HV is acquired based on the reference signal, and its generalized inverse matrix is used for spatial separation.

上述したように、OFDMに代表されるマルチキャリア伝送方式では、周波数軸上で複数のサブキャリアが連続して配置される構成となることから、隣り合うサブキャリアにおける周波数特性の連続性を利用して補間することで通信品質を向上させることができる。   As described above, the multicarrier transmission method represented by OFDM has a configuration in which a plurality of subcarriers are continuously arranged on the frequency axis, and therefore uses the continuity of frequency characteristics in adjacent subcarriers. Communication quality can be improved.

ところが、空間多重したMIMO通信にOFDM変調を適用したOFDM_MIMO通信においては、チャネル行列HをUDVHに特異値分解して送受信重みを得るという処理をサブキャリア毎に行なうために、送信機側で送信データに送信重み行列Vを乗算した時点でサブキャリア間における周波数特性上の連続性が失われてしまう。このような場合、サブキャリア間の連続性を利用して補間を行なうという、マルチキャリア伝送システムにおける利点を活用することができない。 However, in OFDM_MIMO communication in which OFDM modulation is applied to spatially multiplexed MIMO communication, transmission is performed on the transmitter side in order to perform transmission / reception weights for each subcarrier by singular value decomposition of the channel matrix H into UDV H. When the data is multiplied by the transmission weight matrix V, the continuity in frequency characteristics between the subcarriers is lost. In such a case, the advantage in the multicarrier transmission system that interpolation is performed using the continuity between subcarriers cannot be utilized.

チャネル行列H、並びにこれを特異値分解して得られる対角行列Dは固有である。これに対し、行列UとVの組み合わせは位相の回転量により無限通りある。送信機側でどの送信重みベクトルVを使用するかは任意であることから、サブキャリア間の周波数特性の連続性が保たれなくなるという訳である。
特開平10−84324号公報 http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(平成15年10月24日現在)
The channel matrix H and the diagonal matrix D obtained by singular value decomposition are unique. On the other hand, there are an infinite number of combinations of the matrices U and V depending on the amount of phase rotation. Since it is arbitrary which transmission weight vector V is used on the transmitter side, the continuity of frequency characteristics between subcarriers cannot be maintained.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-84324 http: // radio3. ee. uec. ac. jp / MIMO (IEICE_TS) .pdf (as of October 24, 2003)

本発明の目的は、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル行列Hの特異値分解を利用して送受信それぞれの重みを得て通信データの空間多重並びに空間分離を行なうクローズドループ型のMIMO伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a closed-loop type that performs spatial multiplexing and spatial separation of communication data by obtaining weights of transmission and reception by using singular value decomposition of a channel matrix H whose elements are channels corresponding to transmission and reception antenna pairs. It is an object of the present invention to provide an excellent wireless communication apparatus and wireless communication method capable of suitably performing MIMO transmission.

本発明のさらなる目的は、互いに直交する複数のサブキャリアを多重伝送するOFDM変調方式を適用してSVD−MIMO通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication apparatus and radio communication method capable of suitably performing SVD-MIMO communication by applying an OFDM modulation scheme that multiplex-transmits a plurality of subcarriers orthogonal to each other. It is in.

本発明のさらなる目的は、周波数軸上に配列された複数のサブキャリアの周波数特性の連続性を維持しながらOFDM_MIMO通信を行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication apparatus and radio communication method capable of performing OFDM_MIMO communication while maintaining continuity of frequency characteristics of a plurality of subcarriers arranged on the frequency axis. is there.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のアンテナを備え、複数のアンテナを持つ通信機と対となって形成される複数の空間チャネル上で空間多重信号のマルチキャリア伝送を行なう無線通信装置であって、
受信信号に基づいてチャネル行列Hを取得するチャネル行列取得手段と、
チャネル行列HをUDVHに特異値分解して、各空間チャネルにおける送信重みベクトル及び受信重みベクトルを求める特異値分解手段と、
前記送信用重みベクトルを用いて送信データを空間多重してマルチキャリア伝送する送信手段と、
前記受信重みベクトルを用いて受信したマルチキャリア信号を空間チャネル毎の信号に空間分離して受信処理する受信手段とを備え、
前記特異値分解手段は、サブキャリア間における所定の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう、
ことを特徴とする無線通信装置である。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a multicarrier transmission of spatially multiplexed signals on a plurality of spatial channels that are formed in pairs with a communication device having a plurality of antennas and having a plurality of antennas. A wireless communication device for performing
Channel matrix acquisition means for acquiring a channel matrix H based on a received signal;
Singular value decomposition means for decomposing the channel matrix H into UDV H to obtain transmission weight vectors and reception weight vectors in each spatial channel;
Transmission means for spatially multiplexing transmission data using the transmission weight vector and performing multicarrier transmission;
Receiving means for spatially separating a multicarrier signal received using the reception weight vector into signals for each spatial channel, and receiving processing;
The singular value decomposition means performs a rearrangement operation on the transmission weight vector obtained for each subcarrier so as to maintain a predetermined continuity between the subcarriers.
This is a wireless communication device.

本発明はMIMO通信システムに関する。この場合、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、互いに独立した複数の論理チャネルすなわちMIMOチャネルを構成するように、送信機又は受信機の一方又は両方でアンテナ合成することで伝送信号を空間的に多重化して通信が行なわれる.MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。本発明では、とりわけ、チャネル行列を特異値分解(SVD)して送受信重みを得るSVD−MIMO方式に関する。   The present invention relates to a MIMO communication system. In this case, one or both of the transmitter and the receiver are configured so that a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas are paired to form a plurality of independent logical channels, that is, MIMO channels. Communication is performed by spatially multiplexing transmission signals by combining antennas. According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. In particular, the present invention relates to an SVD-MIMO scheme that obtains transmission / reception weights by singular value decomposition (SVD) of a channel matrix.

また、本発明では、周波数利用効率を上げるとともにマルチパス環境における遅延歪みの問題などを解決するために、OFDM変調方式を適用している。OFDMに代表されるマルチキャリア伝送方式では、周波数軸上で複数のサブキャリアが連続して配置される構成となることから、隣り合うサブキャリアにおける周波数特性の連続性を利用して補間することで通信品質を向上させることができる。   In the present invention, the OFDM modulation scheme is applied in order to improve the frequency utilization efficiency and solve the problem of delay distortion in a multipath environment. A multi-carrier transmission system represented by OFDM has a configuration in which a plurality of subcarriers are continuously arranged on the frequency axis. Therefore, interpolation is performed using the continuity of frequency characteristics in adjacent subcarriers. Communication quality can be improved.

ところが、空間多重したMIMO通信にOFDM変調を適用したOFDM_MIMO通信においては、チャネル行列HをUDVHに特異値分解して送受信重みを得るという処理をサブキャリア毎に行なうために、送信機側で送信データに送信重み行列Vを乗算した時点でサブキャリア間における周波数特性上の連続性が失われてしまう、という問題がある。 However, in OFDM_MIMO communication in which OFDM modulation is applied to spatially multiplexed MIMO communication, transmission is performed on the transmitter side in order to perform transmission / reception weights for each subcarrier by singular value decomposition of the channel matrix H into UDV H. There is a problem in that continuity in frequency characteristics between subcarriers is lost when data is multiplied by a transmission weight matrix V.

特異値分解という処理は、これらの特異値を(大きい順に)並べ替えるという操作まで含んでいる。この並べ替え操作時に、送信重みベクトルV1、V2…の取り違えが生じると、周波数特性の連続性が阻害される。送信重みベクトルV1、V2…を取り違えても、個々のサブキャリアの通信品質に大きく影響することはないが、取り違えにより送信重みベクトルの位相が変わることからサブキャリア間の周波数特性の連続性を期待できなくなる。 The process of singular value decomposition includes an operation of rearranging these singular values (in descending order). If the transmission weight vectors V 1 , V 2, etc. are mixed during this rearrangement operation, the continuity of the frequency characteristics is hindered. Even if the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... Are mistaken, the communication quality of individual subcarriers is not greatly affected. However, the phase of the transmission weight vector changes due to the mistakes, so the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers. Can not expect.

そこで、本発明では、前記特異値分解手段は、サブキャリア間における所定の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なうようにした。すなわち、サブキャリア間における周波数特性の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる各空間チャネルの送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう。   Therefore, in the present invention, the singular value decomposition means performs a rearrangement operation on the transmission weight vector obtained for each subcarrier so as to maintain a predetermined continuity between the subcarriers. That is, the rearrangement operation is performed on the transmission weight vector of each spatial channel obtained for each subcarrier so as to maintain the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers.

隣り合うサブキャリア同士では、送信重みベクトルの相関が高くなる。この性質に着目し、次のサブキャリアには相関の高い送信重みベクトルを持ってくるという並べ替えを行なうことによって、雑音の影響などによる送信重みベクトルの取り違えを排除することができる。具体的には、前記特異値分解手段は、各空間チャネルにおいて、特定のサブキャリアについて送信重みベクトルを求める。そして、他のサブキャリアに関しては、独立して特異値分解を行なった後、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて決定された送信重みベクトルとの相関に基づいた送信重みベクトルの並べ替え操作を順次行なっていく。   Adjacent subcarriers have higher transmission weight vector correlation. By paying attention to this property and rearranging that the next subcarrier has a highly correlated transmission weight vector, it is possible to eliminate transmission weight vector confusion due to the influence of noise or the like. Specifically, the singular value decomposition means obtains a transmission weight vector for a specific subcarrier in each spatial channel. For other subcarriers, after performing singular value decomposition independently, the transmission weight vector rearrangement operation based on the correlation with the transmission weight vector determined in the adjacent subcarrier on the frequency axis is sequentially performed. I will go.

但し、このような並べ替え操作は常に起動している必要はない。例えば、前記特異値分解手段は、サブキャリア毎の特異値を監視し、隣接するサブキャリア同士の特異値が閾値以下に接近したときに、送信重みベクトルの相関計算及び並べ替え処理を行なうようにすることで、処理負荷を軽減することができる。   However, such a rearrangement operation need not always be activated. For example, the singular value decomposition means monitors the singular value for each subcarrier, and performs correlation calculation and rearrangement processing of transmission weight vectors when the singular values of adjacent subcarriers approach a threshold value or less. By doing so, the processing load can be reduced.

また、ハードウェアで実装する場合などに、効率よく送信ベクトルの相関による並べ替えを行なう方法の1つとして、前記特異値分解手段は、隣り合うサブキャリア同士の相関を並列的に求めて、隣り合うサブキャリア間の関係を先に決定してから、全体のサブキャリアの整合をとるようにしてもよい。   Further, as one of methods for efficiently performing rearrangement based on correlation of transmission vectors when implemented in hardware, the singular value decomposition means obtains the correlation between adjacent subcarriers in parallel, and It is also possible to match all subcarriers after determining the relationship between matching subcarriers first.

また、前記特異値分解手段は、送信重みベクトルV1、V2…(又はU1、U2…)の位相の正規化を施して基準位相を揃えることにより、周波数軸上に並ぶサブキャリア間での周波数特性の連続性を補償するようにしてもよい。ここで言う送信重みベクトルの位相の正規化とは、各送信重みベクトルにおいて特定の要素が同じ位相となるように揃えることに相当する。例えば、ベクトルの要素を複素数表現した場合、各ベクトルの同じ要素を正の定数にするように、すべての要素の位相を回転する。 Further, the singular value decomposition means normalizes the phases of the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... (Or U 1 , U 2 ...) And aligns the reference phase, thereby subcarriers arranged on the frequency axis. You may make it compensate the continuity of the frequency characteristic in. The normalization of the phase of the transmission weight vector referred to here corresponds to aligning specific elements so as to have the same phase in each transmission weight vector. For example, when the elements of a vector are expressed in complex numbers, the phases of all the elements are rotated so that the same element of each vector is a positive constant.

MIMO通信システムでは、パケットを送信する送信機は、受信機側で受信重みベクトルを得るために、空間チャネル毎の送信重みベクトルで重み付けされたリファレンス信号を送信パケットに付加する。空間チャネル毎のリファレンス信号を時分割多重で送信するのが一般的となっているが、これらリファレンス信号部分はオーバーヘッドとなり、この領域が大きいとスループットの低下を招来する。   In a MIMO communication system, a transmitter that transmits a packet adds a reference signal weighted with a transmission weight vector for each spatial channel to a transmission packet in order to obtain a reception weight vector on the receiver side. In general, the reference signal for each spatial channel is transmitted by time division multiplexing. However, these reference signal portions become overhead, and if this area is large, the throughput is reduced.

そこで、送信機からはリファレンス信号の領域をサブキャリアの1本間隔で送り、その間の欠落した部分は受信機側で補間することにより、リファレンス信号の領域を小さくするようにしてもよい。すなわち、送信機側では、周波数軸上に並ぶリファレンス信号の各サブキャリアに、当該サブキャリアにおける各空間チャネル用の送信重みベクトルを交互に用いて重み付けする。これに対し、受信機側では、あるサブキャリアにおいて得ることができなかった空間チャネルの受信重みベクトルを、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて得られた当該空間チャネルの受信重みベクトルに基づいて補間する。周波数軸上に並ぶサブキャリア間での周波数特性の連続性が保証されていれば、精度の高い補間を行なうことができると思料される。   Therefore, the reference signal region may be sent from the transmitter at intervals of one subcarrier, and the missing portion between them may be interpolated on the receiver side to reduce the reference signal region. That is, on the transmitter side, each subcarrier of the reference signals arranged on the frequency axis is weighted by alternately using the transmission weight vector for each spatial channel in the subcarrier. On the other hand, on the receiver side, the spatial channel reception weight vector that could not be obtained in a certain subcarrier is interpolated based on the spatial channel reception weight vector obtained in the adjacent subcarrier on the frequency axis. To do. If the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis is guaranteed, it is considered that highly accurate interpolation can be performed.

本発明によれば、互いに直交する複数のサブキャリアを多重伝送するOFDM変調方式を適用してSVD−MIMO通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an excellent radio communication apparatus and radio communication method that can suitably perform SVD-MIMO communication by applying an OFDM modulation scheme that multiplex-transmits a plurality of subcarriers orthogonal to each other. it can.

また、本発明によれば、周波数軸上に配列された複数のサブキャリアの周波数特性上の連続性を維持しながらOFDM_MIMO通信を行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。   The present invention also provides an excellent radio communication apparatus and radio communication method capable of performing OFDM_MIMO communication while maintaining continuity in frequency characteristics of a plurality of subcarriers arranged on the frequency axis. be able to.

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

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

本発明は、伝送信号を空間的に多重化して通信するMIMO通信システムに関する。MIMO通信システムでは、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、互いに独立した複数の論理チャネルすなわち「MIMOチャネル」を構成するように、送信機又は受信機の一方又は両方でアンテナ合成を行なう。MIMO通信方式によれば複数のRF送受信部を1つの無線機に集約して大容量データ伝送を実現する。本発明では、とりわけ、チャネル行列を特異値分解(SVD)して送受信重みを得るSVD−MIMO方式に関する。また、周波数利用効率を上げるとともにマルチパス環境における遅延歪の問題などを解決するために、OFDM変調方式を適用している。   The present invention relates to a MIMO communication system that performs communication by spatially multiplexing transmission signals. In a MIMO communication system, a transmitter or receiver is configured such that a transmitter having a plurality of antennas and a receiver having a plurality of antennas are paired to form a plurality of independent logical channels, that is, “MIMO channels”. Antenna synthesis is performed on one or both. According to the MIMO communication system, a large amount of data transmission is realized by consolidating a plurality of RF transmission / reception units into one wireless device. In particular, the present invention relates to an SVD-MIMO scheme that obtains transmission / reception weights by singular value decomposition (SVD) of a channel matrix. In addition, an OFDM modulation scheme is applied in order to increase frequency utilization efficiency and solve the problem of delay distortion in a multipath environment.

図1には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示している。図示の無線通信装置100は送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、MIMO通信機として動作することができる。   FIG. 1 schematically shows the configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. The illustrated wireless communication apparatus 100 includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and can operate as a MIMO communication apparatus.

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

各送信系統は、変調符号化部21と、空間多重部22と、IFFT23と、プリアンブル/リファレンス付与部24と、アンテナ毎のD/A変換器25及び送信用アナログ処理部26を備えている。   Each transmission system includes a modulation coding unit 21, a spatial multiplexing unit 22, an IFFT 23, a preamble / reference adding unit 24, a D / A converter 25 for each antenna, and an analog processing unit 26 for transmission.

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

空間多重部22は、送信相手からの受信信号に基づいて取得されるチャネル行列Hを特異値分解(SVD)して得られた送信重み行列Vを各MIMOチャネル用のデータに乗算して空間多重を行なう。チャネル行列Hの取得や送信重み行列Vの算出は、チャネル行列取得部40において行なわれるが、その詳細については後述に譲る。   The spatial multiplexing unit 22 spatially multiplexes the data for each MIMO channel by multiplying the transmission weight matrix V obtained by singular value decomposition (SVD) of the channel matrix H acquired based on the received signal from the transmission partner. To do. The acquisition of the channel matrix H and the calculation of the transmission weight matrix V are performed in the channel matrix acquisition unit 40, and details thereof will be described later.

なお、送受信機間のチャネル行列Hは、厳密にはアップリンクとダウンリンクの各方向で相違するが、送受信機それぞれの送受信アナログ回路が持つ伝達関数のキャリブレーション処理を施すことにより、双方向で利用可能なチャネル行列を得ることができる。但し、キャリブレーション処理自体は本発明の要旨に直接関連しないので、ここではこれ以上説明しない。   Strictly speaking, the channel matrix H between the transceivers is different in each direction of the uplink and the downlink, but by performing a transfer function calibration process possessed by the transceiver analog circuit of each transceiver, the channel matrix H is bidirectional. An available channel matrix can be obtained. However, the calibration process itself is not directly related to the gist of the present invention and will not be further described here.

IFFT23では、変調されたシリアル形式の信号を、並列キャリア数並びにタイミングに従って、並列キャリア数分のパラレル・データに変換してまとめた後、所定のFFTサイズ並びにタイミングに従ってFFTサイズ分の逆フーリエ変換を行なう。   In IFFT 23, the modulated serial signal is converted into parallel data corresponding to the number of parallel carriers in accordance with the number of parallel carriers and the timing, and then the inverse Fourier transform for the FFT size is performed in accordance with a predetermined FFT size and timing. Do.

ここで、シンボル間干渉の除去のため、1OFDMシンボルの前後にガード・インターバル区間を設けるようにしてもよい。ガード・インターバルの時間幅は、伝搬路の状況、すなわち復調に影響を及ぼす遅延波の最大遅延時間によって決定される。そして、直列の信号に直し、周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して、送信信号とする。   Here, in order to remove intersymbol interference, guard interval sections may be provided before and after one OFDM symbol. The time width of the guard interval is determined by the state of the propagation path, that is, the maximum delay time of the delayed wave that affects the demodulation. Then, the signal is converted into a serial signal, converted into a signal on the time axis while maintaining the orthogonality of each carrier on the frequency axis, and used as a transmission signal.

プリアンブル/リファレンス付与部24は、RTS、CTS、DATAパケットなどの送信信号の先頭にプリアンブル信号やリファレンス信号を付加する。   The preamble / reference adding unit 24 adds a preamble signal or a reference signal to the head of a transmission signal such as an RTS, CTS, or DATA packet.

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

一方、各受信系統は、アンテナ毎の受信用アナログ処理部31及びA/D変換器32と、同期獲得部33と、FFT34と、空間分離部35と、復調復号器36で構成される。   On the other hand, each reception system includes a reception analog processing unit 31 and an A / D converter 32 for each antenna, a synchronization acquisition unit 33, an FFT 34, a space separation unit 35, and a demodulation decoder 36.

各アンテナ11より受信した信号を、それぞれの受信用アナログ処理部31でRF周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートし、それぞれのA/D変換器32により、デジタル信号に変換する。   A signal received from each antenna 11 is down-converted from an RF frequency band to a baseband signal by each reception analog processing unit 31, and converted into a digital signal by each A / D converter 32.

各アンテナ系統のデジタル・ベースバンド信号は、同期獲得部33により検出された同期タイミングに従って、シリアル・データとしての受信信号をパラレル・データに変換してまとめられる(ここでは、ガード・インターバルまでを含む1OFDMシンボル分の信号がまとめられる)。また、この段階で周波数誤差推定値に基づいて、それぞれのデジタル・ベースバンド信号に対しタイミング誤差の除去並びに周波数補正が行なわれる。   The digital baseband signal of each antenna system is collected by converting the received signal as serial data into parallel data in accordance with the synchronization timing detected by the synchronization acquisition unit 33 (including up to the guard interval here). Signals for one OFDM symbol are collected). Also, at this stage, timing error removal and frequency correction are performed on each digital baseband signal based on the frequency error estimation value.

FFT35は、有効シンボル長分の信号をフーリエ変換により時間軸の信号を周波数軸の信号に変換し、受信信号をサブキャリア信号に分解する。   The FFT 35 converts the signal for the effective symbol length by Fourier transform into a signal on the time axis into a signal on the frequency axis, and decomposes the received signal into subcarrier signals.

チャネル行列取得部40は、パケットのプリアンブル部のFFT出力を基に、チャネル行列Hをサブキャリア毎に生成し、このチャネル行列を利用して、送受信重みを算出する。具体的には、送信機側からは各MIMOチャネルに対応したリファレンス信号が時分割で送られてくる(後述)ので、チャネル行列取得部40は、各リファレンス信号から取得した伝達関数を各列ベクトルとして構成されるチャネル行列Hを求め、これをUDVHに特異値分解して、受信重みUHを空間分離部35に与えるとともに、送信重みVを空間多重部22に与える。 The channel matrix acquisition unit 40 generates a channel matrix H for each subcarrier based on the FFT output of the preamble part of the packet, and calculates transmission / reception weights using this channel matrix. Specifically, since the reference signal corresponding to each MIMO channel is transmitted in a time division manner from the transmitter side (described later), the channel matrix acquisition unit 40 uses the transfer function acquired from each reference signal as each column vector. , And singular value decomposition of the channel matrix H into UDV H to give the reception weight U H to the space separation unit 35 and the transmission weight V to the spatial multiplexing unit 22.

また、本実施形態では、チャネル行列取得部40は、チャネル行列Hの取得並びにチャネル行列Hの特異値分解による送受信重みの算出処理の他に、特異値分解時における特異値の並べ替え及び送信重みベクトルの並べ替え処理を行なう。これによって、周波数軸上に配列されるサブキャリア間での周波数特性の連続性を保つことができる。但し、並べ替え処理の詳細については後述に譲る。   Further, in this embodiment, the channel matrix acquisition unit 40 performs the singular value rearrangement and transmission weight in the singular value decomposition in addition to the acquisition of the channel matrix H and the transmission / reception weight calculation processing by the singular value decomposition of the channel matrix H. Perform vector reordering. Thereby, the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis can be maintained. However, details of the rearrangement process will be described later.

空間分離部35は、与えられた受信重みUHを利用して、パケットのデータ部のFFT出力をサブキャリア毎にMIMO合成して、独立した複数のMIMOチャネルに分離する。 The space separation unit 35 uses the given reception weight U H to perform MIMO synthesis of the FFT output of the data portion of the packet for each subcarrier, and separates it into a plurality of independent MIMO channels.

復調復号部36は、位相回転補正後に、位相空間(constallation)上の変調点から元の値に復調する。   The demodulator / decoder 36 demodulates the original value from the modulation point on the phase space after the phase rotation correction.

OFDMに代表されるマルチキャリア伝送方式では、周波数軸上で複数のサブキャリアが連続して配置される構成となることから、隣り合うサブキャリアにおける周波数特性の連続性を利用して補間することで通信品質を向上させることができる。   A multi-carrier transmission system represented by OFDM has a configuration in which a plurality of subcarriers are continuously arranged on the frequency axis. Therefore, interpolation is performed using the continuity of frequency characteristics in adjacent subcarriers. Communication quality can be improved.

ところが、空間多重したMIMO通信にOFDM変調を適用したOFDM_MIMO通信においては、チャネル行列HをUDVHに特異値分解して送受信重みを得るという処理をサブキャリア毎に行なうために、送信機側で送信データに送信重み行列Vを乗算した時点でサブキャリア間における周波数特性の連続性が失われてしまう、という問題がある。チャネル行列H、並びにこれを特異値分解して得られる対角行列Dは固有である。他方、行列UとVの組み合わせは位相の回転量により無限通りある。送信機側でどのVを使用するかは任意であることから、サブキャリア間の周波数特性の連続性が保たれなくなるからである(前述)。 However, in OFDM_MIMO communication in which OFDM modulation is applied to spatially multiplexed MIMO communication, transmission is performed on the transmitter side in order to perform transmission / reception weights for each subcarrier by singular value decomposition of the channel matrix H into UDV H. There is a problem that the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers is lost when the data is multiplied by the transmission weight matrix V. The channel matrix H and the diagonal matrix D obtained by singular value decomposition are unique. On the other hand, there are an infinite number of combinations of the matrices U and V depending on the amount of phase rotation. This is because which V is used on the transmitter side is arbitrary, and continuity of frequency characteristics between subcarriers cannot be maintained (described above).

送信重み行列Vは、空間多重する各MIMOチャネルの送信重みベクトルV1、V2…の組み合わせからなる(V=[V1,V2,…])。また、受信重みを構成する行列Uは、同様にベクトルU1、U2…の組み合わせからなる。各ベクトルの基準位相の設定次第でUとVの組み合わせが決まるため、サブキャリア間の連続性が失われる。 The transmission weight matrix V is composed of a combination of transmission weight vectors V 1 , V 2 ... For each MIMO channel to be spatially multiplexed (V = [V 1 , V 2 ,...)]. Similarly, the matrix U constituting the reception weight is composed of combinations of vectors U 1 , U 2 . Since the combination of U and V is determined depending on the setting of the reference phase of each vector, continuity between subcarriers is lost.

そこで、本実施形態では、送信重みベクトルV1、V2…(又はU1、U2…)の位相の正規化を施して基準位相を揃えることにより、周波数軸上に並ぶサブキャリア間での周波数特性の連続性を補償するようにした。 Therefore, in the present embodiment, the normalization of the phases of the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... (Or U 1 , U 2 ...) Is performed to align the reference phases, so that the subcarriers arranged on the frequency axis are aligned. The continuity of frequency characteristics was compensated.

ここで言う送信重みベクトルの位相の正規化とは、各送信重みベクトルにおいて特定の要素が同じ位相となるように揃えることに相当する。例えば、ベクトルの要素を複素数表現した場合、各ベクトルの同じ要素を正の定数にするように、すべての要素の位相を回転する。   The normalization of the phase of the transmission weight vector referred to here corresponds to aligning specific elements so as to have the same phase in each transmission weight vector. For example, when the elements of a vector are expressed in complex numbers, the phases of all the elements are rotated so that the same element of each vector is a positive constant.

2×2のMIMO通信ステムの場合、送信重み行列Vは2個の2×1の送信重みベクトルV1及びV2からなる。ここで、送信重みベクトルV1=(a1,a2)とし、複素平面上で図示のようにマッピングされる場合に、1番目の要素a1が実数軸上に載るように各要素a1及びa2に一様な位相回転量θを与えて、a1'及びa2'に位相回転させる(図2を参照のこと)。これを他方の送信重みベクトルV2に対しても行なう。これが位相の正規化処理である。 In the case of a 2 × 2 MIMO communication system, the transmission weight matrix V consists of two 2 × 1 transmission weight vectors V 1 and V 2 . Here, when the transmission weight vector V 1 = (a 1 , a 2 ) and mapping is performed on the complex plane as illustrated, each element a 1 is placed so that the first element a 1 is placed on the real axis. and giving a uniform phase rotation amount θ in a 2, to phase rotation in a 1 'and a 2' (see Fig 2). This is carried out also for the other transmission weight vector V 2. This is a phase normalization process.

また、周波数軸上に並ぶサブキャリア間での周波数特性の連続性を阻害するその他の要因として、送信重みベクトルV1、V2…の取り違えを挙げることができる。送信重みベクトルV1、V2…を取り違えても、個々のサブキャリアの通信品質に大きく影響することはないが、取り違えにより送信重みベクトルの位相が変わることから周波数特性の連続性を期待できなくなる。以下、この取り違えを引き起こす原因について説明する。 As another factor that hinders the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis, the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... Even if the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... Are mistaken, the communication quality of the individual subcarriers is not greatly affected. However, the phase of the transmission weight vector changes due to the mistake, so that the continuity of the frequency characteristics cannot be expected. . Hereinafter, the cause of this mistake will be described.

チャネル行列Hの特異値分解は、MIMOチャネル毎の特異値λ1、λ2…を求め、これらの平方根を対角要素に並べ替えて対角行列Dを生成するとともに、対角要素の並べ替えに応じて行列U及びVの並べ替えを行なう処理を含んでいる。OFDMのようなマルチキャリア変調を適用したMIMO通信システムの場合、このような処理がサブキャリア毎に行なわれる。 The singular value decomposition of the channel matrix H obtains singular values λ 1 , λ 2 ... For each MIMO channel, rearranges these square roots into diagonal elements, generates a diagonal matrix D, and rearranges the diagonal elements. The process of rearranging the matrices U and V according to the above is included. In the case of a MIMO communication system to which multi-carrier modulation such as OFDM is applied, such processing is performed for each subcarrier.

特異値λ1、λ2…の値の大きさはそれぞれのMIMOチャネルの通信品質を表している。特異値分解という処理は、これらの特異値を(大きい順に)並べ替えるという操作まで含んでいる。例えば、得られた中で最も大きい特異値をMIMOチャネル1に、次に大きな特異値をMIMOチャネル2に、という具合に順次割り当てていく。マルチキャリア通信方式では、サブキャリア毎に得られた特異値λ1,i、λ2,i…(iはi番目のサブキャリアを示す)を値の大きさ順に対角要素に並べて対角行列Diを構成して送信重みベクトルを求めるようにすれば、送信重みベクトルの取り違えは生じない筈である。ところが、MIMOチャネル間で通信品質が拮抗する場合には、すなわち特異値の差が小さい場合には、雑音の影響などにより大小関係が逆転し、特異値の大きさだけでは送信重みベクトルを判別できなくなり、送信重みベクトルの取り違えが起こりかねない。送信重みベクトルV1、V2…を取り違えても、個々のサブキャリアの通信品質に大きく影響することはないが、取り違えにより送信重みベクトルの位相が変わることからサブキャリア間の周波数特性の連続性を期待できなくなる。 The magnitudes of the singular values λ 1 , λ 2 ... Represent the communication quality of each MIMO channel. The process of singular value decomposition includes an operation of rearranging these singular values (in descending order). For example, the largest singular value obtained is sequentially assigned to the MIMO channel 1, the next largest singular value is assigned to the MIMO channel 2, and so on. In the multicarrier communication system, the singular values λ 1, i , λ 2, i ... (I indicates the i-th subcarrier) obtained for each subcarrier are arranged in a diagonal element in the order of value in a diagonal matrix. If the transmission weight vector is obtained by configuring D i , the transmission weight vector should not be mixed up. However, when communication quality is antagonized between MIMO channels, that is, when the difference in singular values is small, the magnitude relationship is reversed due to the influence of noise, etc., and the transmission weight vector can be determined only by the magnitude of the singular values. The transmission weight vector may be confused. Even if the transmission weight vectors V 1 , V 2 ... Are mistaken, the communication quality of individual subcarriers is not greatly affected. However, the phase of the transmission weight vector changes due to the mistakes, so the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers. Can not expect.

そこで、本発明者らは、隣り合うサブキャリア同士では、送信重みベクトルの相関が高くなるという性質に着目し、次のサブキャリアには相関の高い送信重みベクトルを持ってくるという並べ替えを行なうことによって雑音による送信重みベクトルの取り違えを排除するようにした。   Therefore, the inventors pay attention to the property that the transmission weight vector is highly correlated between adjacent subcarriers, and rearrange the next subcarrier to have a highly correlated transmission weight vector. By doing so, the mistake of transmission weight vectors due to noise is eliminated.

図3には、この場合のチャネル行列取得部40の内部構成を図解している。チャネル行列演算部41では、受信したパケットに含まれるリファレンス信号を用いてサブキャリア毎のチャネル行列H並びにHV(式(8)を参照のこと)を取得する。受信重み取得部42は、HVの一般化逆行列を計算し、これを受信重みベクトルとして空間分離部35に与える。   FIG. 3 illustrates the internal configuration of the channel matrix acquisition unit 40 in this case. The channel matrix calculation unit 41 obtains the channel matrix H and HV (see Equation (8)) for each subcarrier using the reference signal included in the received packet. The reception weight acquisition unit 42 calculates a generalized inverse matrix of HV and gives this to the space separation unit 35 as a reception weight vector.

また、特異値分解部43は、チャネル行列Hを特異値分解する(式(6)を参照のこと)。特異値分解という処理は、これらの特異値を(大きい順に)並べ替えるという操作まで含んでおり、この並べ替え操作時に、送信重みベクトルV1、V2…の取り違えにより周波数特性の連続性が阻害される可能性がある。 Further, the singular value decomposition unit 43 performs singular value decomposition on the channel matrix H (see Expression (6)). The process of singular value decomposition includes the operation of rearranging these singular values (in descending order). At the time of this rearrangement operation, the continuity of the frequency characteristics is hindered by the mistake of the transmission weight vectors V 1 , V 2 . There is a possibility that.

続く、並べ替え処理部44では、サブキャリア間における所定の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう。隣り合うサブキャリア同士では、送信重みベクトルの相関が高くなる。この性質に着目し、次のサブキャリアには相関の高い送信重みベクトルを持ってくるという並べ替えを行なうことによって雑音による送信重みベクトルの取り違えを排除することができる。並べ替え処理部44は、各MIMOチャネルにおいて、特定のサブキャリアについて送信重みベクトルを求める。そして、他のサブキャリアに関しては、独立してチャネル行列の特異値分解を行なった後、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて決定された送信重みベクトルとの相関に基づいた送信重みベクトルの並べ替え操作を順次行なっていく。   Subsequently, rearrangement processing unit 44 performs a rearrangement operation on the transmission weight vector obtained for each subcarrier so as to maintain predetermined continuity between the subcarriers. Adjacent subcarriers have higher transmission weight vector correlation. By paying attention to this property and rearranging that the next subcarrier has a highly correlated transmission weight vector, it is possible to eliminate transmission weight vector mistakes due to noise. Rearrangement processing unit 44 obtains a transmission weight vector for a specific subcarrier in each MIMO channel. For other subcarriers, after performing singular value decomposition of the channel matrix independently, rearrangement of transmission weight vectors based on the correlation with transmission weight vectors determined in adjacent subcarriers on the frequency axis The operation is performed sequentially.

勿論、送信重みベクトルの並べ替えを行なうと処理負荷が高いことから、サブキャリア毎の特異値を監視してある閾値以下に特異値が接近したときのみベクトルの相関計算と並べ替え処理を行なうようにしてもよい。   Of course, if the transmission weight vector is rearranged, the processing load is high, so that the singular value for each subcarrier is monitored and the vector correlation calculation and the rearrangement process are performed only when the singular value approaches a certain threshold value or less. It may be.

ここで、OFDM_MIMO通信システムにおいて、周波数軸上に並んだサブキャリアにおける周波数特性の連続性が保証される場合の利点について、チャネル行列Hの取得時を例にとって説明する。   Here, in the OFDM_MIMO communication system, an advantage when the continuity of the frequency characteristics of the subcarriers arranged on the frequency axis is guaranteed will be described taking the case of obtaining the channel matrix H as an example.

MIMO通信システムでは、受信機は送信機から送られるリファレンス信号を用いてチャネル行列Hを取得し、その逆行列を受信用の重みとして用いて空間分離を行なうことを基本動作とする。SVD−MIMO通信システムでは、例えば、送信機側からは、ユーザ・データを空間多重して送信する前に、MIMOチャネル毎の受信重みを得るためにHVで重み付けされたリファレンス信号が時分割多重して送信される。受信機側では、リファレンス信号を基にHVを取得し、その一般化逆行列を空間分離のために使用する。   In a MIMO communication system, the basic operation is that a receiver acquires a channel matrix H using a reference signal sent from a transmitter and performs spatial separation using the inverse matrix as a receiving weight. In the SVD-MIMO communication system, for example, from the transmitter side, before the user data is spatially multiplexed and transmitted, a reference signal weighted with HV is time-division multiplexed to obtain a reception weight for each MIMO channel. Sent. On the receiver side, HV is acquired based on the reference signal, and its generalized inverse matrix is used for spatial separation.

IEEE802.11nのようにOFDM変調を適用するSVD−MIMOでは、サブキャリア毎にリファレンス信号の送信と受信重みの取得手続きを行なう必要がある。図4には、2×2(すなわち送信機及び受信機のアンテナがともに2本)のMIMOシステムにおいて、サブキャリア毎のリファレンス信号を送るためのデータ・パケットの構成例を示している。   In SVD-MIMO to which OFDM modulation is applied as in IEEE 802.11n, it is necessary to perform a reference signal transmission and reception weight acquisition procedure for each subcarrier. FIG. 4 shows a configuration example of a data packet for transmitting a reference signal for each subcarrier in a 2 × 2 (that is, two transmitter and receiver antennas) MIMO system.

図示のパケットは、同期獲得用のプリアンブルに続いて、HVで重み付けされたリファレンス信号が時分割多重して送信され、その後に各MIMOチャネルのユーザ・データが空間多重して送信される構成となっている。ここでは2×2のアンテナ構成からなる通信システムを想定しているので、チャネル行列Hは2×2の行列であり、送信用の重みは2個の2×1の送信重みベクトルベクトルV1及びV2で構成される。したがって、これら送信重みベクトルV1及びV2でそれぞれ重み付けした2つのリファレンス信号が時分割で送信される。 The illustrated packet has a configuration in which a HV-weighted reference signal is time-division multiplexed and transmitted after the preamble for synchronization acquisition, and then user data of each MIMO channel is spatially multiplexed and transmitted. ing. Since a communication system having a 2 × 2 antenna configuration is assumed here, the channel matrix H is a 2 × 2 matrix, and the transmission weights are two 2 × 1 transmission weight vector vectors V 1 and consisting of V 2. Accordingly, two reference signals weighted by these transmission weight vectors V 1 and V 2 are transmitted in a time division manner.

受信機側では、これら重み付けされたリファレンス信号を受信してHVを取得し、HVの一般化逆行列を受信用重みとして用いることにより、送信重みベクトルV1で重み付けされた一方のMIMOチャネル上のユーザ・データと、送信重みベクトルV2で重み付けされた他方のMIMOチャネル上のユーザ・データとを空間分離することができる。 On the receiver side, these weighted reference signals are received, HV is obtained, and a generalized inverse matrix of HV is used as a weight for reception, whereby one of the MIMO channels weighted by the transmission weight vector V 1 is used. The user data and the user data on the other MIMO channel weighted with the transmission weight vector V 2 can be spatially separated.

OFDM変調方式の場合、このようなリファレンス信号の送信及び受信重みの取得が、周波数軸方向に向かって各サブキャリアについて行なわれる。ところが、図4で示したパケットでは、MIMOチャネル数に応じてリファレンス信号の領域が拡大する構成となっている。これらリファレンス信号部分はオーバーヘッドとなり、この領域が大きいとスループットの低下を招来する。   In the case of the OFDM modulation scheme, such reference signal transmission and reception weight acquisition are performed for each subcarrier in the frequency axis direction. However, the packet shown in FIG. 4 has a configuration in which the area of the reference signal is expanded according to the number of MIMO channels. These reference signal portions become overhead, and if this area is large, the throughput is reduced.

そこで、送信機からはリファレンス信号の領域をサブキャリアの1本間隔で送り、その間の欠落した部分は受信機側で補間することにより、リファレンス信号の領域を小さくするというパケット送信方法が考えられる。周波数軸上に並ぶサブキャリア間での周波数特性の連続性が保証されていれば、精度の高い補間を行なうことができると思料される。   Therefore, a packet transmission method is conceivable in which the reference signal region is sent from the transmitter at intervals of one subcarrier, and the missing portion between them is interpolated on the receiver side to reduce the reference signal region. If the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis is guaranteed, it is considered that highly accurate interpolation can be performed.

図5には、この場合に利用されるパケットの構成例を示している。OFDM変調方式を適用しているので、サブキャリア毎に送信重みベクトルを持っている。ここで、i番目のMIMOチャネルのj番目のサブキャリアにおける送信重みベクトルをV(i,j)と表すことにする。 FIG. 5 shows a configuration example of a packet used in this case. Since the OFDM modulation scheme is applied, each subcarrier has a transmission weight vector. Here, the transmission weight vector in the j-th subcarrier of the i-th MIMO channel is represented as V (i, j) .

周波数軸方向に向かって各サブキャリアについてリファレンス信号の送信重みベクトルによる重み付けが行なわれる。図5に示すパケット構成によれば、MIMOチャネル1に対応するリファレンス信号は奇数番目のサブキャリアを使用し、他方のMIMOチャネル2に対応するリファレンス信号は偶数番目のサブキャリアを使用する。言い換えれば、MIMOチャネル1に関しては偶数番目のサブキャリアのリファレンス信号が間引かれ、MIMOチャネル2に関しては奇数番目のサブキャリアのリファレンス信号が間引かれて送信される。このように、リファレンス信号に必要な領域が図4に比べ半分になることから、スループットの向上が期待できる。   Weighting is performed on each subcarrier with a transmission weight vector of a reference signal in the frequency axis direction. According to the packet configuration shown in FIG. 5, the reference signal corresponding to MIMO channel 1 uses odd-numbered subcarriers, and the reference signal corresponding to the other MIMO channel 2 uses even-numbered subcarriers. In other words, even-numbered subcarrier reference signals are thinned out for MIMO channel 1, and odd-numbered subcarrier reference signals are thinned out for MIMO channel 2. Thus, since the area required for the reference signal is halved compared to FIG. 4, an improvement in throughput can be expected.

受信機側では、MIMOチャネル1の場合には、HV(1,1)、HV(1,3)、HV(1,5)…のように、奇数番目のサブキャリアに関する行列HVをリファレンス信号から直接取得し、その逆行列から受信重みを求めることができる。そして、このMIMOチャネル1の偶数番目のサブキャリアに関するHV(1,2)…は、リファレンス信号からは直接求めることはできないが、サブキャリア間の周波数特性の連続性を利用し、その両隣のHV(1,1)とHV(1,3)から補間して求めることができる。 On the receiver side, in the case of the MIMO channel 1, the matrix HV related to the odd-numbered subcarriers, such as HV (1,1) , HV (1,3) , HV (1,5) . The reception weight can be obtained directly from the inverse matrix. The HV (1, 2) ... Relating to the even-numbered subcarriers of the MIMO channel 1 cannot be obtained directly from the reference signal, but the HVs adjacent to both sides of the HV (1, 2) . It can be obtained by interpolation from (1,1) and HV (1,3) .

同様に、MIMOチャネル2に関しては、受信機側では、HV(2,2)、HV(2,4)、HV(2,6)…のように偶数番目のサブキャリアに関する行列HVをリファレンス信号から直接取得し、その逆行列から受信重みを求めることができる。そして、このMIMOチャネル2では、サブキャリア間の周波数特性の連続性を利用して、奇数番目のサブキャリアのHV(2,3)…をその両隣のHV(2,2)とHV(2,4)から補間して求めることができる。 Similarly, with respect to the MIMO channel 2, the receiver side uses a matrix HV for even-numbered subcarriers such as HV (2,2) , HV (2,4) , HV (2,6) . The reception weight can be obtained directly from the inverse matrix. In this MIMO channel 2, the HV (2,3) ... Of the odd-numbered subcarriers is converted to HV (2,2) and HV ( 2,2) on both sides by utilizing the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers . It can be obtained by interpolation from 4) .

ここで、MIMOチャネル1とMIMOチャネル2の送信重みベクトルV1及びV2の生成方法について考えてみる。特異値分解という処理は、これらの特異値を(大きい順に)並べ替えるという操作まで含んでいる。すなわち、リファレンス信号に基づいて取得されたチャネル行列Hを特異値分解したときに、一番大きい特異値をMIMOチャネル1に対応させ、2番目に大きい特異値をMIMOチャネル2に対応させているので、各特異値に対応する2×1の列ベクトルVが対応するMIMOストリーム用の送信重みベクトルVとなる。 Now, consider a method of generating transmission weight vectors V 1 and V 2 for MIMO channel 1 and MIMO channel 2. The process of singular value decomposition includes an operation of rearranging these singular values (in descending order). That is, when the channel matrix H acquired based on the reference signal is subjected to singular value decomposition, the largest singular value corresponds to the MIMO channel 1, and the second largest singular value corresponds to the MIMO channel 2. The 2 × 1 column vector V corresponding to each singular value becomes the transmission weight vector V for the corresponding MIMO stream.

このような特異値の並べ替え操作は、サブキャリア毎に独立に行なわれる。つまり、1番目のサブキャリア用のチャネル行列H(1)から特異値分解を行ない、MIMOストリーム1用の送信重みベクトルとしては、一番大きい特異値に対応するVベクトルが選ばれている。次いで、3番目のサブキャリア用の行列H(3)から特異値分解を行ない、MIMOストリーム1用の送信重みベクトルとしては、一番大きい特異値に対するVベクトルが選ばれる。 Such a singular value rearrangement operation is performed independently for each subcarrier. That is, the singular value decomposition is performed from the channel matrix H (1) for the first subcarrier, and the V vector corresponding to the largest singular value is selected as the transmission weight vector for the MIMO stream 1. Next, singular value decomposition is performed from the matrix H (3) for the third subcarrier, and the V vector for the largest singular value is selected as the transmission weight vector for MIMO stream 1.

1番目の特異値と2番目の特異値の値が3.0と1.0という具合に値が離れている場合は問題がない。ところが、2.1と1.9のように特異値の値が接近している場合には、雑音の影響により、この順番が入れ替わることがある。異なる特異値に属するVベクトル同士は直交しているので、この順番を取り違えたままの状態で、両隣のHV(1,1)とHV(1,3)から補間してHV(1,2)を作り出すと、全くおかしな値になり、底からもとまる受信用重みも当然にして不適当な値となる。この結果、受信特性が非常に劣化して、まともな受信ができなくなる。 There is no problem if the values of the first singular value and the second singular value are separated such as 3.0 and 1.0. However, when the values of singular values are close as in 2.1 and 1.9, this order may be switched due to the influence of noise. Since V vectors belonging to different singular values are orthogonal to each other, HV (1,2) is interpolated from HV (1,1) and HV (1,3) on both sides while keeping this order in the wrong order. , The result is a completely strange value, and the receiving weight that starts from the bottom is naturally an inappropriate value. As a result, the reception characteristics are very deteriorated, and decent reception is impossible.

本実施形態では、隣り合うサブキャリア同士では、送信重みベクトルの相関が高くなるという性質に着目し、次のサブキャリアには相関の高い送信重みベクトルを持ってくるという並べ替えを行なうことによって、このような送信重みベクトルの取り違えを排除するようにしている。以下、図5に示したようにサブキャリア1本間隔でリファレンス信号が間引かれたデータ・パケットに基づいて受信重みを正しく求めるための処理手順について説明する。   In this embodiment, paying attention to the property that the correlation between transmission weight vectors is high between adjacent subcarriers, by performing a rearrangement that brings the transmission weight vector with high correlation to the next subcarrier, Such a mistake in transmission weight vectors is eliminated. Hereinafter, a processing procedure for correctly obtaining the reception weight based on the data packet in which the reference signal is thinned out at intervals of one subcarrier as shown in FIG. 5 will be described.

サブキャリア毎に独立に特異値分解を行なった後に、基準となるサブキャリアを1つ決める。例えば、サブキャリア1を基準とする。   After performing singular value decomposition independently for each subcarrier, one reference subcarrier is determined. For example, the subcarrier 1 is used as a reference.

サブキャリア1では、通常の特異値分解の結果をそのまま使用する。すなわち、1番大きい特異値に対応するVベクトルを当該サブキャリアにおけるMIMOチャネル1に対応させ、2番目に大きい特異値に対応するVベクトルを当該サブキャリアにおけるMIMOチャネル2に対応させる。   In subcarrier 1, the result of normal singular value decomposition is used as it is. That is, the V vector corresponding to the largest singular value is associated with MIMO channel 1 in the subcarrier, and the V vector corresponding to the second largest singular value is associated with MIMO channel 2 in the subcarrier.

次いで、サブキャリア3では、サブキャリア1とは独立に特異値分解を行ない、ベクトルV(1,3)とV(2,3)を求めておく。ここで与えられるベクトルの順番は仮の順番である。V(1,3)とV(2,3)と、先に求めたサブキャリア1におけるMIMOチャネル1に対応付けられた送信重みベクトルV(1,1)との相関をそれぞれ求める。そして、相関値が高いものを、正式に当該サブキャリア3におけるMIMOチャネル1の送信重みベクトルV(1,3)に決定する。 Next, in subcarrier 3, singular value decomposition is performed independently of subcarrier 1, and vectors V (1,3) and V (2,3) are obtained. The order of the vectors given here is a tentative order. Correlation between V (1,3) and V (2,3) and transmission weight vector V (1,1) associated with MIMO channel 1 in subcarrier 1 obtained earlier is obtained. Then, the one having a high correlation value is formally determined as the transmission weight vector V (1,3) of the MIMO channel 1 in the subcarrier 3 concerned.

さらに、サブキャリア5では、上述の処理とは独立に特異値分解を行ない、2個の2×1列ベクトルV(1,5)とV(2,5)を求めておくが、これは仮の順番である。そして、V(1,5)とV(2,5)と、先に求めたサブキャリア3においてMIMOチャネル1に対応付けられた送信重みベクトルV(1,3)との相関をそれぞれ求め、V(1,5)とV(2,5)のうちV(1,3)との相関が高いものを正式に当該サブキャリア5におけるMIMOチャネル1の送信重みベクトルV(1,5)に決定する。以下同様に、直近のサブキャリアにおける送信重みベクトルとの相関に基づいて、サブキャリア52までMIMOチャネル1の送信重みベクトルV(1,52)を求める。 Further, in the subcarrier 5, singular value decomposition is performed independently of the above-described processing, and two 2 × 1 column vectors V (1,5) and V (2,5) are obtained. Is the order. Then, the correlation between V (1,5) and V (2,5) and the transmission weight vector V (1,3) associated with the MIMO channel 1 in the subcarrier 3 obtained previously is obtained, respectively. Of (1,5) and V (2,5) , the one having a high correlation with V (1,3) is formally determined as the transmission weight vector V (1,5) of the MIMO channel 1 in the subcarrier 5. . Similarly, transmission weight vector V (1,52) of MIMO channel 1 is obtained up to subcarrier 52 based on the correlation with the transmission weight vector in the latest subcarrier.

もう1つのMIMOチャネル2の方は、サブキャリア2を基準とする。サブキャリア2では、通常の特異値分解の結果をそのまま使用する。すなわち、2番目に大きい特異値に対応するベクトルV(2,2)を当該サブキャリアにおけるMIMOチャネル2に対応させる。 The other MIMO channel 2 is based on subcarrier 2. In subcarrier 2, the result of normal singular value decomposition is used as it is. That is, the vector V (2,2) corresponding to the second largest singular value is made to correspond to the MIMO channel 2 in the subcarrier.

次いで、サブキャリア4では、サブキャリア2とは独立に特異値分解を行ない、ベクトルV(1,4)とV(2,4)を求めておく。ここで与えられるベクトルの順番は仮の順番である。V(1,4)とV(2,4)と、先に求めたサブキャリア1におけるMIMOチャネル1に対応付けられた送信重みベクトルV(2,2)との相関をそれぞれ求める。そして、相関値が高いものを正式に当該サブキャリア4におけるMIMOチャネル2の送信重みベクトルV(2,4)にする。以下同様に、直近のサブキャリアにおける送信重みベクトルとの相関に基づいて、サブキャリア52までMIMOチャネル2の送信重みベクトルV(2,52)を求める。 Next, the subcarrier 4 performs singular value decomposition independently of the subcarrier 2 to obtain vectors V (1,4) and V (2,4) . The order of the vectors given here is a tentative order. Correlation between V (1,4) and V (2,4) and transmission weight vector V (2,2) associated with MIMO channel 1 in subcarrier 1 obtained earlier is obtained. Then, the one having a high correlation value is formally set as the transmission weight vector V (2, 4) of the MIMO channel 2 in the subcarrier 4. Similarly, the transmission weight vector V (2,52) of the MIMO channel 2 is obtained up to the subcarrier 52 based on the correlation with the transmission weight vector in the latest subcarrier.

このように、MIMOチャネル1は、奇数番目のサブキャリアのVが得られて、特異値の値で順番が決めづらい場合でも、直近のサブキャリアにおける送信重みベクトルとの相関値に基づいて並び替え操作を順次行なっていくことで、正しい送信重みベクトルVを得ることができる。また同様に、MIMOチャネル2では偶数番目のサブキャリアのVが得られ、相関値に基づいて並び替え操作を順次行なっていくことで、正しい送信重みベクトルVを得ることができる。   As described above, the MIMO channel 1 is rearranged based on the correlation value with the transmission weight vector in the latest subcarrier even when the V of the odd-numbered subcarrier is obtained and the order is difficult to determine with the value of the singular value. A correct transmission weight vector V can be obtained by sequentially performing the operations. Similarly, in the MIMO channel 2, V of even-numbered subcarriers is obtained, and a correct transmission weight vector V can be obtained by sequentially performing a rearrangement operation based on the correlation value.

図5からも分かるように、送信機からは、MIMOチャネル1に関しては偶数番目のサブキャリアのリファレンス信号が間引かれ、MIMOチャネル2に関しては奇数番目のサブキャリアのリファレンス信号が間引かれて送信される。これに対し、受信機側では、間引かれたリファレンス信号から本来分かる筈の受信重みを、サブキャリアの周波数特性の連続性を利用して、補間することができる。すなわち、MIMOチャネル1における偶数番目のサブキャリアのHVは、両隣の奇数番目のサブキャリアで求められたHVから補間することが可能になる。一方、MIMOチャネル2では偶数番目のVが得られるが、同様に相関値を使用してVの並び替えを行なっているので、受信機側でMIMOチャネル2の奇数番目のHVを補間により取得することが可能になる。   As can be seen from FIG. 5, the transmitter transmits the even-numbered subcarrier reference signal for the MIMO channel 1 and the odd-numbered subcarrier reference signal for the MIMO channel 2 for transmission. Is done. On the other hand, the receiver side can interpolate the wavy reception weight, which can be known from the thinned reference signal, using the continuity of the frequency characteristics of the subcarriers. That is, the HV of even-numbered subcarriers in MIMO channel 1 can be interpolated from the HV obtained by the odd-numbered subcarriers on both sides. On the other hand, although the even-numbered V is obtained in the MIMO channel 2, since the rearrangement of V is similarly performed using the correlation value, the odd-numbered HV of the MIMO channel 2 is obtained by interpolation on the receiver side. It becomes possible.

以上をまとめると、サブキャリア毎に完全に独立に特異値の大きさで並び替えるのではなく、特定の(基準となる)サブキャリアのみ特異値の大きさで並び替え、その隣のサブキャリアは、相関値を使用して並び替えるという方法が特異値分解において採用されている。これは、特異値同士の値が非常に接近しても、その特異値に属するVベクトル同士は直交しているので、相関が非常に低いという特徴があるために実現可能なのである。   Summarizing the above, instead of rearranging the singular value magnitude completely independently for each subcarrier, only a specific (reference) subcarrier is rearranged by the singular value magnitude, and the adjacent subcarrier is A method of rearranging using correlation values is employed in singular value decomposition. This can be realized even if the values of the singular values are very close to each other because the V vectors belonging to the singular values are orthogonal to each other, and thus the correlation is very low.

続いて、図1に示した無線通信装置をそれぞれ送信機及び受信機として構成されるMIMO通信システムにおける送受信手順について、図6を参照しながら説明する。但し、5GHz帯のOFDM変調方式にSVD_MIMOを適用するものとする。また、送信機と受信機のアンテナ本数はともに2本で、2つのMIMOチャネル1〜2が論理的に形成されるものとする。   Next, a transmission / reception procedure in the MIMO communication system in which the wireless communication apparatus shown in FIG. 1 is configured as a transmitter and a receiver will be described with reference to FIG. However, SVD_MIMO is applied to an OFDM modulation scheme in the 5 GHz band. Further, it is assumed that the number of antennas of the transmitter and the receiver is two, and two MIMO channels 1 and 2 are logically formed.

ステップ1:送信機から受信機にリファレンス信号を送信することにより、受信機でチャネル行列Hを取得する。 Step 1: A reference matrix is transmitted from a transmitter to a receiver, whereby a channel matrix H is obtained by the receiver.

ステップ2:受信機から送信機に対してチャネル行列Hの情報を送信する。 Step 2: Transmit channel matrix H information from the receiver to the transmitter.

ステップ3:送信機では、受け取ったチャネル行列Hについて、サブキャリア毎に特異値分解を行なう。52本のサブキャリアが存在する場合、その52個のサブキャリアに対応するチャネル行列H(1)からH(52)について、それぞれ特異値分解を行なう。 Step 3: The transmitter performs singular value decomposition on the received channel matrix H for each subcarrier. When there are 52 subcarriers, singular value decomposition is performed on the channel matrices H (1) to H (52) corresponding to the 52 subcarriers.

送信機がパケットを送信する場合、受信機側でチャネル行列Hを取得するために、ユーザ・データ本体に先立ち、各MIMOチャネルの送信重みベクトルで重み付けされたリファレンス信号を送信する。このとき、図5に示したように、MIMOチャネル1に対応するリファレンス信号は奇数番目のサブキャリアを使用し、MIMOチャネル2に対応するリファレンス信号は偶数番目のサブキャリアを使用する。   When the transmitter transmits a packet, a reference signal weighted with a transmission weight vector of each MIMO channel is transmitted prior to the user data body in order to obtain a channel matrix H on the receiver side. At this time, as shown in FIG. 5, the reference signal corresponding to MIMO channel 1 uses odd-numbered subcarriers, and the reference signal corresponding to MIMO channel 2 uses even-numbered subcarriers.

MIMOチャネル1に対応するリファレンス信号に乗算するV(1,j)は、サブキャリア番号1を基準にする。V(1,1)は、特異値の大きさが1番大きいものに対応する固有ベクトルである。そして、サブキャリア番号3の固有ベクトルV(1,3)に関しては、サブキャリア番号1とは独立に特異値分解して求めたV(1,3)又はV(2,3)のうち、V(1,1)に相関の高いものをV(1,3)として採用する。以降のサブキャリアでは、奇数番目のサブキャリアで1つ前のサブキャリアのV(1,j-2)ベクトルに相関の高いものをV(1,j)として採用するという同様の処理を繰り返し行なう(但し、j は奇数)。 V (1, j) multiplied by the reference signal corresponding to MIMO channel 1 is based on subcarrier number 1. V (1,1) is an eigenvector corresponding to the largest singular value. Then, with respect to the eigenvector subcarrier numbers 3 V (1,3), of the V found by singular value decomposition independently of the subcarrier number 1 (1,3) or V (2,3), V ( The one having a high correlation with 1,1) is adopted as V (1,3) . In the subsequent subcarriers, the same processing is repeated in which odd-numbered subcarriers having a high correlation with the V (1, j-2) vector of the previous subcarrier are used as V (1, j). (Where j is an odd number).

また、MIMOチャネル2に対応するリファレンス信号に乗算するV(2,j)は、サブキャリア番号2を基準にする。V(2,2)は、特異値の大きさが2番目に大きいものに対応する固有ベクトルである。そして、サブキャリア番号2の固有ベクトルV(2,4)は、独立に特異値分解して求めたV(1,4)又はV(2,4)のうち、V(2,2)に相関の高いものをV(2,4)として採用する。以降のサブキャリアでは、偶数番目のサブキャリアで1つ前のサブキャリアのV(2,j-2)ベクトルに相関の高いものをV(2,j)として採用する(但し、jは偶数)。 Also, V (2, j) multiplied by the reference signal corresponding to MIMO channel 2 is based on subcarrier number 2. V (2,2) is an eigenvector corresponding to the second largest singular value. The eigenvector V (2,4) of subcarrier number 2 is correlated with V (2,2) out of V (1,4) or V (2,4) obtained by independent singular value decomposition. The higher one is adopted as V (2,4) . In the subsequent subcarriers, even-numbered subcarriers having a high correlation with the V (2, j-2) vector of the previous subcarrier are adopted as V (2, j) (where j is an even number). .

勿論、サブキャリア毎の特異値を監視してある閾値以下に特異値が接近したときのみベクトルの相関計算と並べ替え処理を行なうようにしてもよい。   Needless to say, the singular value for each subcarrier is monitored, and the vector correlation calculation and rearrangement processing may be performed only when the singular value approaches a certain threshold value or less.

ステップ4:ステップ3のようにして決定した重みベクトルをリファレンス信号に乗算して、図5に示したようなパケットを送信機から受信機へ送信する。 Step 4: The weight vector determined in Step 3 is multiplied by the reference signal, and a packet as shown in FIG. 5 is transmitted from the transmitter to the receiver.

ステップ5:受信機では、リファレンス信号の領域から、MIMOチャネル1に対応したHV(1,1)、HV(1,3)、…、HV(1,51)を取得する。偶数番目のHV(1,j)(但し、jは偶数)は両隣のものから補間して求める。また、MIMOチャネル2に対応したHV(2,2)、HV(2,4)、…、HV(2,52)を取得する。奇数番目のHV(2,j)(但し、jは奇数)は両隣のものから補間して求める。 Step 5: The receiver acquires HV (1,1) , HV (1,3) ,..., HV (1,51) corresponding to the MIMO channel 1 from the reference signal area. The even-numbered HV (1, j) (where j is an even number) is obtained by interpolating from the adjacent ones. Further, HV (2,2) , HV (2,4) ,..., HV (2,52) corresponding to the MIMO channel 2 are acquired. The odd-numbered HV (2, j) (where j is an odd number) is obtained by interpolating from both adjacent ones.

ステップ6:受信機では、取得したHV(i,j)から逆行列演算を行なうことにより、受信用の重みを取得する(式(8)を参照のこと)。そして、ユーザ・データの部分をMIMOチャネル1とMIMOチャネル2のデータに空間分離してデータを受信する。 Step 6: The receiver obtains a receiving weight by performing an inverse matrix operation from the obtained HV (i, j) (see equation (8)). Then, the user data portion is spatially separated into MIMO channel 1 and MIMO channel 2 data to receive data.

既に述べたように、送信重みベクトルの並べ替えを行なうと処理負荷が高いことから、チャネル行列取得部40では、サブキャリア毎の特異値を監視してある閾値以下に特異値が接近したときのみベクトルの相関計算と並べ替え処理を行なうようにしてもよい。   As already described, since the processing load is high when the transmission weight vectors are rearranged, the channel matrix acquisition unit 40 monitors the singular value for each subcarrier only when the singular value approaches a certain threshold value or less. Vector correlation calculation and rearrangement processing may be performed.

また、チャネル行列取得部40をハードウェアで実装する場合などに、効率よく送信ベクトルの相関による並べ替えを行なう方法の1つとして、隣り合うサブキャリア同士の相関を並列的に求めて、隣り合うサブキャリア間の関係を先に決定してから、52個のサブキャリアの整合をとるということも考えられる。   In addition, when the channel matrix acquisition unit 40 is implemented by hardware, as one method for efficiently performing rearrangement based on correlation of transmission vectors, the correlation between adjacent subcarriers is obtained in parallel and adjacent to each other. It may be considered that 52 subcarriers are matched after the relationship between the subcarriers is determined first.

図7には、この場合の並べ替え処理部44の構成例を示している。同図では、簡素化のため、サブキャリア数が8個の場合について示している。まず、周波数軸上で隣り合ったサブキャリア同士の関係において相関値を使用した送信ベクトルVの並べ替えを行なう。続いて、その並べ替えを行なったものの隣同士で相関を基に並べ替えを行なう。これによって並べ替え処理の並列化を実現し、処理速度を速くすることができる。   FIG. 7 shows a configuration example of the rearrangement processing unit 44 in this case. In the figure, for simplification, the case where the number of subcarriers is eight is shown. First, the transmission vectors V are rearranged using correlation values in the relationship between subcarriers adjacent on the frequency axis. Subsequently, rearrangement is performed on the basis of the correlation between the rearranged ones. Thereby, parallelization of the rearrangement process can be realized, and the processing speed can be increased.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の記載を参酌すべきである。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the description of the scope of claims should be considered.

図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、送信重みベクトルの位相の正規化処理を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the phase normalization processing of the transmission weight vector. 図3は、チャネル行列取得部40の内部構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an internal configuration of the channel matrix acquisition unit 40. 図4は、2×2のMIMOシステムにおいて、サブキャリア毎のリファレンス信号を送るためのデータ・パケットの構成例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a data packet for transmitting a reference signal for each subcarrier in a 2 × 2 MIMO system. 図5は、リファレンス信号の領域をサブキャリアの1本間隔で送る場合のデータ・パケットの構成例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a data packet when a reference signal region is transmitted at intervals of one subcarrier. 図6は、MIMO通信システムにおける送受信手順を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a transmission / reception procedure in the MIMO communication system. 図7は、効率よく送信ベクトルの相関による並べ替えを行なう方法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a method of efficiently performing rearrangement based on correlation of transmission vectors. 図8は、MIMO通信システムを概念的に示した図である。FIG. 8 is a diagram conceptually showing the MIMO communication system. 図9は、SVD−MIMO伝送システムを概念的に示した図である。FIG. 9 is a diagram conceptually showing the SVD-MIMO transmission system.

符号の説明Explanation of symbols

11…アンテナ
12…スイッチ
21…変調符号化部
22…空間多重部
23…IFFT
24…プリアンブル/リファレンス付与部
25…D/A変換器
26…送信用アナログ処理部
31…受信用アナログ処理部
32…A/D変換器
33…同期獲得部
34…FFT
35…空間分離部
36…復号器
40…チャネル行列取得部
41…チャネル行列演算部
42…受信重み取得部
43…特異値分解部
44…並べ替え処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Antenna 12 ... Switch 21 ... Modulation encoding part 22 ... Spatial multiplexing part 23 ... IFFT
24 ... Preamble / reference adding unit 25 ... D / A converter 26 ... Analog processing unit for transmission 31 ... Analog processing unit for reception 32 ... A / D converter 33 ... Synchronization acquisition unit 34 ... FFT
35 ... Spatial separation unit 36 ... Decoder 40 ... Channel matrix acquisition unit 41 ... Channel matrix operation unit 42 ... Reception weight acquisition unit 43 ... Singular value decomposition unit 44 ... Rearrangement processing unit

Claims (14)

複数のアンテナを備え、複数のアンテナを持つ通信機と対となって形成される複数の空間チャネル上で空間多重信号のOFDM(直交周波数分割多重)伝送を行なう無線通信装置であって、
受信信号に基づいてチャネル行列を取得するチャネル行列取得手段と、
チャネル行列を特異値分解して、各空間チャネルにおける送信重みベクトル及び受信重みベクトルを求める特異値分解手段と、
前記送信用重みベクトルを用いて送信データを空間多重してOFDM伝送する送信手段と、
前記受信重みベクトルを用いて受信したOFDM信号を空間チャネル毎の信号に空間分離して受信処理する受信手段とを備え、
前記特異値分解手段は、送信重みベクトルの位相の正規化を施して各要素の基準位相を揃えて、周波数軸上に配列されたサブキャリア間における周波数特性の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう、
ことを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that includes a plurality of antennas and performs OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) transmission of spatially multiplexed signals on a plurality of spatial channels formed in pairs with a communication device having a plurality of antennas,
Channel matrix acquisition means for acquiring a channel matrix based on a received signal;
Singular value decomposition means for deriving a singular value decomposition of a channel matrix to obtain a transmission weight vector and a reception weight vector in each spatial channel;
Transmitting means for spatially multiplexing transmission data using the transmission weight vector and performing OFDM transmission;
Receiving means for spatially separating the OFDM signal received using the reception weight vector into signals for each spatial channel, and receiving processing;
The singular value decomposition means normalizes the phase of the transmission weight vector to align the reference phase of each element, and maintains the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis. Reordering the transmission weight vector obtained for each
A wireless communication apparatus.
複数のアンテナを備え、複数のアンテナを持つ通信機と対となって形成される複数の空間チャネル上で空間多重信号のOFDM(直交周波数分割多重)伝送を行なう無線通信装置であって、
受信信号に基づいてチャネル行列を取得するチャネル行列取得手段と、
チャネル行列を特異値分解して、各空間チャネルにおける送信重みベクトル及び受信重みベクトルを求める特異値分解手段と、
前記送信用重みベクトルを用いて送信データを空間多重してOFDM伝送する送信手段と、
前記受信重みベクトルを用いて受信したOFDM信号を空間チャネル毎の信号に空間分離して受信処理する受信手段とを備え、
前記特異値分解手段は、各空間チャネルにおいて、特定のサブキャリアについて送信重みベクトルを求め、他のサブキャリアに関しては独立して特異値分解を行なった後に、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて決定された送信重みベクトルとの相関に基づいた送信重みベクトルの並べ替え操作を順次行ない、周波数軸上に配列されたサブキャリア間における周波数特性の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう、
ことを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that includes a plurality of antennas and performs OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) transmission of spatially multiplexed signals on a plurality of spatial channels formed in pairs with a communication device having a plurality of antennas,
Channel matrix acquisition means for acquiring a channel matrix based on a received signal;
Singular value decomposition means for deriving a singular value decomposition of a channel matrix to obtain a transmission weight vector and a reception weight vector in each spatial channel;
Transmitting means for spatially multiplexing transmission data using the transmission weight vector and performing OFDM transmission;
Receiving means for spatially separating the OFDM signal received using the reception weight vector into signals for each spatial channel, and receiving processing;
The singular value decomposition means obtains a transmission weight vector for a specific subcarrier in each spatial channel, performs singular value decomposition independently for other subcarriers, and then determines the adjacent subcarriers on the frequency axis. Transmission obtained for each subcarrier so as to maintain the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis by sequentially rearranging the transmission weight vectors based on the correlation with the transmitted transmission weight vectors. Reordering the weight vectors,
A wireless communication apparatus.
前記特異値分解手段は、サブキャリア毎の特異値を監視し、隣接するサブキャリア同士の特異値が閾値以下に接近したときに、送信重みベクトルの相関計算及び並べ替え処理を行なう、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。
The singular value decomposition means monitors a singular value for each subcarrier, and performs correlation calculation and rearrangement processing of transmission weight vectors when the singular values of adjacent subcarriers approach a threshold value or less.
The wireless communication apparatus according to claim 2.
前記特異値分解手段は、隣り合うサブキャリア同士の相関を並列的に求めて、隣り合うサブキャリア間の関係を先に決定してから、全体のサブキャリアの整合をとる、
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の無線通信装置。
The singular value decomposition means obtains the correlation between adjacent subcarriers in parallel, first determines the relationship between adjacent subcarriers, and then matches the entire subcarrier.
The wireless communication apparatus according to claim 1 , wherein the wireless communication apparatus is a wireless communication apparatus.
前記送信手段は、通信相手側で受信重みベクトルを得るために、空間チャネル毎の送信重みベクトルで重み付けされたリファレンス信号を送信パケットに付加する、
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の無線通信装置。
The transmission means adds a reference signal weighted with a transmission weight vector for each spatial channel to a transmission packet in order to obtain a reception weight vector on the communication partner side.
The wireless communication apparatus according to claim 1 , wherein the wireless communication apparatus is a wireless communication apparatus.
前記送信手段は、周波数軸上に並ぶリファレンス信号の各サブキャリアに、当該サブキャリアにおける各空間チャネル用の送信重みベクトルを交互に用いて重み付けする、
ことを特徴とする請求項に記載の無線通信装置。
The transmission means weights the subcarriers of the reference signals arranged on the frequency axis by alternately using the transmission weight vector for each spatial channel in the subcarrier.
The wireless communication apparatus according to claim 5 .
前記受信手段は、あるサブキャリアにおいて得ることができなかった空間チャネル用の受信重みベクトルを、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて得られた当該空間チャネル用の受信重みベクトルに基づいて補間する、
ことを特徴とする請求項に記載の無線通信装置。
The reception means interpolates a reception weight vector for a spatial channel that could not be obtained in a certain subcarrier based on a reception weight vector for the spatial channel obtained in a subcarrier adjacent on the frequency axis.
The wireless communication apparatus according to claim 6 .
複数のアンテナを備えた通信機が対となって形成される複数の空間チャネル上で空間多重信号のOFDM(直交周波数分割多重)伝送を行なう無線通信方法であって、A wireless communication method for performing OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) transmission of spatially multiplexed signals on a plurality of spatial channels formed by a pair of communication devices having a plurality of antennas,
前記受信重みベクトルを用いて受信したOFDM信号を空間チャネル毎の信号に空間分離して受信処理する受信ステップと、A reception step of spatially separating an OFDM signal received using the reception weight vector into signals for each spatial channel, and receiving processing;
受信信号に基づいてチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、A channel matrix obtaining step for obtaining a channel matrix based on a received signal;
チャネル行列を特異値分解して、各空間チャネルにおける送信重みベクトル及び受信重みベクトルを求める特異値分解ステップと、A singular value decomposition step of determining a transmission weight vector and a reception weight vector in each spatial channel by singular value decomposition of the channel matrix;
を有し、Have
前記特異値分解ステップでは、送信重みベクトルの位相の正規化を施して各要素の基準位相を揃えて、周波数軸上に配列されたサブキャリア間における周波数特性の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう、In the singular value decomposition step, the phase of the transmission weight vector is normalized to align the reference phase of each element, and the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis is maintained. Reordering the transmission weight vector obtained for each
ことを特徴とする無線通信方法。A wireless communication method.
複数のアンテナを備えた通信機が対となって形成される複数の空間チャネル上で空間多重信号のOFDM(直交周波数分割多重)伝送を行なう無線通信方法であって、A wireless communication method for performing OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) transmission of spatially multiplexed signals on a plurality of spatial channels formed by a pair of communication devices having a plurality of antennas,
前記受信重みベクトルを用いて受信したOFDM信号を空間チャネル毎の信号に空間分離して受信処理する受信ステップと、A reception step of spatially separating an OFDM signal received using the reception weight vector into signals for each spatial channel, and receiving processing;
受信信号に基づいてチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、A channel matrix obtaining step for obtaining a channel matrix based on a received signal;
チャネル行列を特異値分解して、各空間チャネルにおける送信重みベクトル及び受信重みベクトルを求める特異値分解ステップと、A singular value decomposition step of determining a transmission weight vector and a reception weight vector in each spatial channel by singular value decomposition of the channel matrix;
を有し、Have
前記特異値分解ステップでは、各空間チャネルにおいて、特定のサブキャリアについて送信重みベクトルを求め、他のサブキャリアに関しては独立して特異値分解を行なった後に、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて決定された送信重みベクトルとの相関に基づいた送信重みベクトルの並べ替え操作を順次行ない、周波数軸上に配列されたサブキャリア間における周波数特性の連続性を保つように、サブキャリア毎に得られる送信重みベクトルに対し並べ替え操作を行なう、In the singular value decomposition step, a transmission weight vector is obtained for a specific subcarrier in each spatial channel, and singular value decomposition is performed independently for other subcarriers, and then determined on adjacent subcarriers on the frequency axis. Transmission obtained for each subcarrier so as to maintain the continuity of the frequency characteristics between the subcarriers arranged on the frequency axis by sequentially rearranging the transmission weight vectors based on the correlation with the transmitted transmission weight vectors. Reordering the weight vectors,
ことを特徴とする無線通信方法。A wireless communication method.
前記特異値分解ステップでは、サブキャリア毎の特異値を監視し、隣接するサブキャリア同士の特異値が閾値以下に接近したときに、送信重みベクトルの相関計算及び並べ替え処理を行なう、
ことを特徴とする請求項9に記載の無線通信方法。
In the singular value decomposition step, a singular value for each subcarrier is monitored, and when a singular value between adjacent subcarriers approaches a threshold value or less, a correlation calculation and rearrangement process of a transmission weight vector is performed.
The wireless communication method according to claim 9 .
前記特異値分解ステップでは、隣り合うサブキャリア同士の相関を並列的に求めて、隣り合うサブキャリア間の関係を先に決定してから、全体のサブキャリアの整合をとる、
ことを特徴とする請求項8又は9のいずれかに記載の無線通信方法。
In the singular value decomposition step, the correlation between adjacent subcarriers is obtained in parallel, the relationship between adjacent subcarriers is determined first, and then the entire subcarrier is matched.
The wireless communication method according to claim 8, wherein the wireless communication method is a wireless communication method.
前記送信用重みベクトルを用いて送信データを空間多重してマルチキャリア伝送する送信ステップをさらに備え、通信相手側で受信重みベクトルを得るために、空間チャネル毎の送信重みベクトルで重み付けされたリファレンス信号を送信パケットに付加する、
ことを特徴とする請求項8又は9のいずれかに記載の無線通信方法。
A reference signal weighted with a transmission weight vector for each spatial channel in order to obtain a reception weight vector on the communication partner side, further comprising a transmission step of spatially multiplexing transmission data using the transmission weight vector and performing multicarrier transmission Is added to the transmitted packet,
The wireless communication method according to claim 8, wherein the wireless communication method is a wireless communication method.
前記送信ステップでは、周波数軸上に並ぶリファレンス信号の各サブキャリアに、当該サブキャリアにおける各空間チャネル用の送信重みベクトルを交互に用いて重み付けする、
ことを特徴とする請求項12に記載の無線通信方法。
In the transmission step, each subcarrier of the reference signals arranged on the frequency axis is weighted by alternately using a transmission weight vector for each spatial channel in the subcarrier.
The wireless communication method according to claim 12 .
前記受信ステップでは、あるサブキャリアにおいて得ることができなかった空間チャネルの受信重みベクトルを、周波数軸上で隣接するサブキャリアにおいて得られた当該空間チャネルの受信重みベクトルに基づいて補間する、
ことを特徴とする請求項13に記載の無線通信方法。
In the reception step, the spatial channel reception weight vector that could not be obtained in a certain subcarrier is interpolated based on the spatial channel reception weight vector obtained in the adjacent subcarrier on the frequency axis.
The wireless communication method according to claim 13.
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