JP5473131B2 - 通信システム、通信装置、通信方法およびそのプロセッサ - Google Patents
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Description
1 適切に選択したモジュロ幅の整数倍の信号(摂動ベクトルPV(Vector Perturbation))を所望信号に加算する。
2 ビームフォーミングと同じ処理により移動局装置同士の干渉を除去する。
この摂動ベクトルの加算が非線形処理であるため、この技術は、THPと同様の非線形処理に分類される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る通信システムを示す概略図である。この通信システムは、1台の第1の通信装置11およびN台の第2の通信装置21−1・・・21−i・・・21−Nを備える。ただし、Nは、2またはそれより大きい整数である。第1の通信装置11は、N本のアンテナを備えて、第2の通信装置21−1・・・21−i・・・21−Nと無線で通信をしている。第2の通信装置21−1・・・21−i・・・21−Nを総称して、第2の通信装置21ということがある。なお、このことは、他の実施形態、変形例の説明においても同様である。第1の通信装置11は、空間分割したN本のストリームを送波(送信)するが、これらのストリームには別異のデータ信号が乗せられている。第2の通信装置21は、これらのストリームを受波(受信)する。
第2の通信装置21は、1本のアンテナをそれぞれが備える。特定の第2の通信装置21−iは、THP非対応の通信装置(以下では、「THP非対応MT」と言うことがある。)であり、その他の第2の通信装置はTHP対応の通信装置(以下では、「THP対応MT」と言うことがある。)である。THP対応、非対応については、後で説明をする。
本実施形態は、THP対応MTをN−1個空間多重する中で、THP非対応MTを1つだけ更に空間多重する場合に適用できる。
[基地局装置の構成]
基地局装置11は、符号化部102−1、102−2・・・102−N、変調部103−1、103−2・・・103−N、信号置換部104、干渉減算部105−2・・・105−N、モジュロ演算部106−2・・・106−N、干渉算出部107、線形フィルタ乗算部108、フレーム構成部109、無線送信部110−1、110−2・・・110−N、アンテナ部111−1、111−2・・・111−N、DRS生成部112、CRS生成部113、無線受信部114−1、114−2・・・114−N、フレーム分離部115、MT種別判別部116、オーダ決定部117、伝搬路情報取得部118、フィルタ算出部119を具備する。なお、干渉減算部105−2・・・105−N、モジュロ演算部106−2・・・106−N、干渉算出部107は、THP部120を構成する。また、アンテナ部111−1、111−2・・・111−Nを除く他の構成(102−1、102−2・・・102−N、103−1、103−2・・・103−N、104、105−2・・・105−N、106−2・・・106−N、107、108、109、110−1、110−2・・・110−N、112、113、114−1、114−2・・・114−N、115、116、117、118、119の符号で示されるもの。)は、プロセッサ部1を構成する。
移動局装置21−1、21−2・・・21−Nへ送信するデータ信号101−1、101−2・・・101−Nは、符号化部102−1、102−2・・・102−Nにこの順序で入力され、誤り訂正符号化が行われる。なお、この順序は任意である。これらの符号化された信号は次に変調部103−1、103−2・・・103−Nに入力されて、QPSK(4相位相シフトキーイング)、16QAM(16値直交振幅変調)、等の変調が行われる。変調部103−1、103−2・・・103−Nの出力信号は、次に信号置換部104に入力される。
線形フィルタ乗算部108は、その入力信号について重み付け行列Qによるフィルタリングを行う。線形フィルタ乗算部108の出力信号はフレーム構成部109へ加えられる。
オーダ決定部117は、MT種別情報に基づいて、データ信号101−1、101−2・・・101−Nの順序を定めるオーダ情報に関する信号を作成して、信号置換部104およびフィルタ算出部119へ加える。
伝搬路情報取得部118は、フレーム分離部115から伝搬路状態情報に関する信号を受け取って、これをフィルタ算出部119へ加える。
フィルタ算出部119は、伝搬路情報取得部118から受け取った伝搬路情報に関する信号およびオーダ決定部117から受け取ったオーダ情報に関する信号に基づいて後述する信号を作成して、干渉算出部107および線形フィルタ乗算部108へ加える。
図3に、信号置換部104の詳細図を示す。信号置換部104は、N個の入力端子I−11、I−12・・・I−1Nと、N個の出力端子O−11、O−12・・・O−1Nを有するスイッチである。変調部103−1の出力信号は信号置換部104の入力端子I−11に加えられ、変調部103−2の出力信号は信号置換部104の入力端子I−12に加えられ、以下同様である。信号置換部104は、オーダ決定部117の指示に応じて、入力端子I−11、I−12・・・I−1Nに加わった信号の順序を変更して出力端子O−11、O−12・・・O−1Nに一対一に出力する。
伝搬路情報取得部118は、移動局装置21−1・・・21−Nから送信されてきた伝搬路情報を統合した伝搬路情報を作成する。すなわち、例えば、基地局装置11のN個のアンテナから第k番目の移動局装置21−kのアンテナへ至る伝搬路の、情報データ信号に関する複素利得を、順次に[hk,1・・・hk,N]と書くと、これは1行N列の伝搬路行列hkとして示すことがきる。伝搬路情報取得部118は、複数の移動局装置21から送信されてきた伝搬路情報を統合した伝搬路情報を作成するが、この統合された伝搬路情報は、N行N列の行列Hとして、以下の式(1)のように示すことができる。
H=[h1 t、・・・、hN t]t (1)
ここで、添字tは、行列の転置を示す。
伝搬路情報取得部118は、統合した伝搬路情報である行列Hを示す信号をフィルタ算出部119に加える。
オーダリング部1191は、オーダ決定部117から入力されたオーダ情報の信号に従って、伝搬路行列Hの行を入れ替えて、以下の式(2)に示すように、新たな伝搬路行列H‘とする。
オーダリング部1191が出力する新たな伝搬路行列H‘に関する信号は、QR分解部1192に加えられる。QR分解部1192は、伝搬路行列H’についてエルミート共役を施した行列H‘Hを作成する。添字Hは行列のエルミート共役であることを示す。次に、この行列H‘Hに対して公知のQR分解を下記の式(3)のように施す。
H‘H=QR (3)
ここで、Qは直交行列であり、Rは上三角行列である。行列Qの信号は重み付け形成部1193へ加えられ、行列Rの信号は干渉信号形成部1194へ加えられる。
一方、干渉信号形成部1194は、受け取った行列Rにエルミート共役を施した行列RHを作成する。
H‘Q=(QR)HQ=RH (4)
すなわち、行列RHは、等価伝搬路の複素利得を示す。しかも、行列RHは、下三角行列であり、1行目では、対角成分である1行1列の要素以外は零となっている。つまり、1番目の移動局装置は、他の移動局装置への送信信号からの干渉を受けない。したがって、THP非対応の移動局装置に対しては、以下で説明をする干渉減算もモジュロ演算も行わずに情報データ信号をそのまま送信することができることになる。その他に、2番目以下の第2の通信装置についても、干渉成分が低減されているが、その低減の割合は、平均的に見れば2番目のものは1番目のものより少なく、3番目のものは2番目のものより少なく、というように順次に少なくなる。
干渉算出部107は、N個の入力端子I−21・・・I−2Nと、(N−1)個の出力端子O−22・・・O−2Nを有する装置であって、以下の順序動作を行う。入力端子I−21へは、信号置換部104の出力端子O−11の出力である信号s1が加わる。入力端子I−22へは、モジュロ演算部106−2の出力である信号ν2が加わる。以下同様にして、入力端子I−2Nへは、モジュロ演算部106−Nの出力である信号νNが加わる。ここで便宜上、上述の信号s1を信号ν1と書く。
干渉算出部107は、その出力端子O−22に、干渉f2を算出して、これを干渉減算部105−2へ出力する。干渉f2は、以下の式(5)で表される。
f2 = (A―1RH−I) 1(v1, 0, 0, …, 0)t (5)
行列(A―1RH−I) 1は、フィルタ算出部119から受け取った干渉信号に関する行列A―1RH−Iの第1列である1行N列の行列である。行列(v1, 0, 0, …, 0)tは、1行1列の要素が信号v1であって、その他の要素は零である1行N列の行列を転置した、N行1列の行列である。
f3 = (A―1RH−I) 2(v1, v2, 0, …, 0)t (6)
行列(A―1RH−I) 2は、フィルタ算出部119から受け取った干渉信号に関する行列A―1RH−Iの第2列である1行N列の行列である。行列(v1, v2, 0, …, 0)tは、1行1列の要素が信号v1であり、1行2列の要素が信号v2であって、その他の要素は零である1行N列の行列を転置した、N行1列の行列である。
以下同様にして、干渉算出部107は、その出力端子O−2Nに、干渉fNを算出して、これを干渉減算部105−Nへ出力する。干渉fNは、以下の式(7)で表される。
fN = (A―1RH−I) N−1(v1, v2, v3, …,νN−1, 0)t (7)
以上のように、干渉算出部107は、最初に信号s 1 (信号ν 1 )を入手して、これと行列A ―1 R H −Iとから干渉f 2 を算出し、次に信号ν 2 を入手して、信号ν 1 と信号ν 2 と行列A ―1 R H −Iとから干渉f 3 を算出し、以下同様にして、最終的に干渉f N を算出する。
干渉減算部105−2・・・105−Nは、信号置換部104からの信号s 2 〜s N から、干渉算出部107からの干渉f 2 ・・・f N を減算する。すなわち、干渉減算部105−2は、s 2 −f 2 という値の信号をモジュロ演算部105−2へ出力し、以下同様にして、干渉減算部105−Nは、s N −f N という値の信号をモジュロ演算部105−Nへ出力する。
v2 = Modτ(s2 −f2) (8)
以下同様にして、モジュロ演算部105−Nは、信号(sN- fN)から以下の式(8)で示される信号νNを出力する。
νN = Modτ(sN−fN) (9)
ここで、モジュロ関数Modτ(x)は、変数xについて以下の式(10)で表されるモジュロ演算を行う。
次に、THP部120の全体の動作を、図6のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS101)変数jを1とし、ステップS102へ進む。なお、変数jは、干渉算出部107のメモリ(図示せず)に格納されている。
(ステップS102)干渉算出部107は、最初の変調部103−1の出力信号s1をν1に代入する。次に、ステップS103へ進む。
(ステップS103)変数jに1を加算し、ステップS104へ進む。
(ステップS104)干渉算出部107は、信号ν1・・・νj−1を用いて干渉信号fjを求め、次にステップS105へ進む。
(ステップS105)干渉減算部105−jは、j番目の変調部103−jの出力信号sjから干渉信号fjを減算し、ステップS106へ進む。
(ステップS106)モジュロ演算部106−jは、信号sj−fjにモジュロ演算を施し、ステップS107へ進む。
(ステップS107)モジュロ演算を施した信号をνjと置き、ステップS108へ進む。
(ステップS108)THP部120は、変数jが整数Nと等しいか否かを判定する。等しいと判定すれば、ステップS109へ進み、等しくないと判定すれば、ステップS103へ戻る。
(ステップS109)THP部120は、信号(v1, v2 … νN)tを線形フィルタ乗算部108へ出力する。
(μ1,μ2・・・μN)=Q(v21, v22 …ν2N)t (11)
すなわち、線形フィルタ乗算部108は、乗算後の出力信号(μ1,μ2,・・・,μN)をフレーム構成部109へ出力する。この信号は、CRS生成部からの共用参照シンボルCRS(μ01,μ02,・・・,μ0N)も加えられる。これらの2種類の信号は、時分割多重されて信号(μ21,μ22,・・・,μ2N)となり、無線送信部112−1・・・112−Nへ加えられる。
以上説明したように、本発明の第1の実施形態の基地局装置では、干渉除去による電力増加を抑圧した、電力効率の良い空間多重を行うことができる。さらに、1つの移動局装置に対しては、干渉を除去することなく所望の通信を行うことができ、モジュロ演算の必要もない。また、共用参照シンボルの他に専用参照シンボルも用いるので、移動局装置において伝搬路補償を実施することができる。
また、フィルタ算出部119におけるQR分解として、H' H ( H' H' H +dI )-1に対してQR分解を行うMMSE (Minimum Mean Squared Error) 型の方法を用いてもよい。ここで、dは、第2の通信装置が受ける雑音電力を第1の通信装置の送信信号の電力で割った値である。また、フィルタ算出部119で、ZF-BLAST-THPまたはMMSE-BLAST-THPを用いて、フィルタを算出してもよい。
[移動局装置の構成、その1]
図7は、THP対応の移動局装置21−Aの構成を示す概略ブロック図である。この移動局装置21−Aは、図1におけるN台ある移動局装置の第i番目のもの以外のものである。
移動局装置21−Aは、復号部201、復調部202、モジュロ演算部203、伝搬路補償部204、フレーム分離部205、無線受信部206、伝搬路推定部207、伝搬路状態情報生成部208、MT種別情報生成部209、フレーム構成部210、無線送信部211、アンテナ部212を具備する。なお、アンテナ部212以外の構成(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211の符号で示されるもの。)は、プロセッサ部2を構成する。
伝搬路補償部204は、フレーム分離部205から受け取った情報データ信号について、等価伝搬路の複素利得である行列RHのk行k列の要素である複素利得rkkを用いて伝搬路補償を行い、伝搬路補償後の信号ykをモジュロ演算部203へ出力する。この信号ykは、以下の式(12)で示される。
yk = rkk(Modτ(sk−fk)) + Fk (12)
ここで干渉信号F k は、所望信号から減算する信号fkとは異なり、
F k = ( R H − I) k (v 1 , v 2 , …, v k ,…, 0) t (13)
となる。すなわちf k に対して所望信号の等価伝搬路の複素利得で乗算したものがF k となる。つまり
F k = r kk f k (14)
が成り立つ。これを式(12)に代入すると
y k = r kk (Mod τ (s k −f k )) + r kk f k (15)
となる。次にModulo演算は上述のようにτのある整数倍を加算することであるので、整数N 1 , N 2 とすれば
y k = r kk ( (s k −f k ) + N 1 τ+j N 2 τ) + r kk f k
= r kk (s k + N 1 τ+j N 2 τ) (16)
となり、ここで伝搬路補償を行った後、モジュロ演算を行うと
s k ’= Mod τ (r kk -1 y k ) = Mod τ (s k + N 1 τ+j N 2 τ)= s k (17)
となる。つまり、最終的に所望信号s k が移動局装置でも得られ、等値変換の回復が行われる。
なお、MT種別情報は伝搬路状態情報を基地局装置11に送信する毎に通知してもよいし、通信を開始するときに最初のフレームで1回だけ基地局装置に通知してもよいし、一定フレーム数送る度に一回送信してもよい。また、移動局装置21−Aは、MT種別情報又は伝搬路状態情報を、自分に割り当てられた上りリンク用の制御チャネルまたはデータチャネルで基地局装置へ送信する。
[移動装置の構成、その2]
移動局装置21−Bは、復号部201、復調部202、モジュロ演算部203、伝搬路補償部204、フレーム分離部205、無線受信部206、伝搬路推定部207、伝搬路状態情報生成部208、MT種別情報生成部213、フレーム構成部210、無線送信部211、アンテナ部212を備える。なお、アンテナ部212以外の構成(201、202、204、205、206、207、208、209、210、211の符号で示されるもの。)は、プロセッサ部3を構成する。
伝搬路補償部204は、フレーム分離部205から受け取った情報データ信号について、伝搬路補償を行う。伝搬路補償後の受信信号は、前述のモジュロ演算を行うことなしに、復調部202に出力されて、そこで復調が行われる。
次に、MT種別情報生成部(213)は、この移動局装置がTHP非対応の移動局装置であることを示す信号をフレーム構成部(210)に出力する。
<変形例>
本変形例では、情報データ信号を伝送する搬送波としてマルチキャリア(多数搬送波)、特に、OFDM(直交周波数分割多重)を用い、そのW個のサブキャリアの各々が、第1の実施形態の発明に従って共通の基地局装置12からそれぞれの複数の移動局装置22−1・・・22−Nへデータ信号を伝送する。そのために、基地局装置12は、W個のTHP非対応の移動局装置22と通信を行うことができる。
基地局装置12の主要な送信部分は、信号置換部1041、THP部1201、線形フィルタ乗算部1081、フレーム構成部1091、OFDM信号変調部1211、DRS生成部1121、CRS生成部1131、MT種別判別部1161、オーダ決定部1171を具備する。
変調信号は、信号置換部1041において、オーダ決定部1171からの制御に従って、特定のサブキャリアに属するグループに分けられて、それぞれのグループ毎にTHP部1201を通過して、第1の実施形態において説明した処理を受ける。THP部1201の出力は、線形フィルタ乗算部1081に加わる。線形フィルタ乗算部1081へは専用参照シンボルDRS生成部1121からの専用参照シンボルDRSも加わる。線形フィルタ乗算部1081では、第1の実施形態において説明した処理を特定のサブキャリアに属するデータ信号のグループ毎に施す。線形フィルタ乗算部1081の出力は、フレーム構成部1091へ加えられる。フレーム構成部1091へは、共通参照シンボルCRS生成部1131からの共通参照シンボルCRSも加わる。フレーム構成部1091の出力は、OFDM信号変調部1211へ加えられる。
図11に、OFDM信号変調部1211の詳細をブロック図で示す。OFDM信号変調部1211は、IFFT部122−1、122−2・・・122−N、GI挿入部123−1、123−2・・・123−Nを具備する。IFFT部122−1は、全てのサブキャリアに属する最初のデータ信号に相当する信号μ21(W個のTHP非対応の移動局装置へのデータ信号)を、フレーム構成部1091から加えられ、これらの信号について逆高速フーリエ変換を施して1つの無線送信部へ出力する。IFFT部122−2は、全てのサブキャリアに属する次のデータ信号μ 22 に相当する信号(W個のTHP対応の移動局装置へのデータ信号)を、フレーム構成部1091から加えられ、これらの信号について逆高速フーリエ変換を施して別の無線送信部へ出力する。以下同様にして、IFFT部122−Nは、全てのサブキャリアに属するデータ信号μ 2N に相当する信号(W個のTHP非対応の移動局装置へのデータ信号)を、フレーム構成部1091から加えられ、これらの信号について逆高速フーリエ変換を施して最後の無線送信部へ出力する。
図12の主要な部分は、無線受信部206とフレーム分離部205との間に、GI除去部213、FFT部214を具備する。GI除去部213、FFT部214は、OFDM信号復調部213を構成する。この構成は、THP対応、非対応の移動局装置の両者に共通である。
GI除去部213は、無線受信部206からの時間軸信号についてガードインターバルGIを除去し、次いでFFT部214において時間軸信号を周波数軸信号に変換する。次いで、周波数軸信号から、所望のサブキャリアの信号を分離して、その分離したものを、フレーム分離部205へ出力する。
また、信号置換部104、干渉減算部105−2・・・105−N、モジュロ演算部106−2・・・106−N、干渉算出部107、線形フィルタ乗算部108、MT種別判別部116、オーダ決定部117のみを、プロセッサとして、これらの複数の構成を、前述のようにして単一または複数の半導体チップにより構成することができる。
<第2の実施形態>
図13において、1台の基地局装置13は、2台の移動局装置23−1、23−2と無線通信を行う。基地局装置13は、4本のアンテナ13−1、13―2,13−3、13−4を有し、移動局装置23−1はアンテナ23−1−1、23−1−2を有し、移動局装置23−2はアンテナ23−2−1、23−2−2を有する。移動局装置23−1は、前述のTHP非対応の移動局装置であり、移動局装置23−2は、THP対応の移動局装置である。基地局装置13のアンテナ13−1・・・13−4はそれぞれ別異の情報データ信号を乗せた4本のストリームを送波するが、その内の2本のストリームは移動局装置23−1へ向け、他の2本のストリームは移動局装置23−2へ向ける。
基地局装置13の主要な送信部分は、信号置換部304、干渉減算部305−3、305−4、モジュロ演算部306−3、306−4、干渉算出部307、線形フィルタ乗算部308、MT種別判別部316、オーダ決定部317、DRS生成部312を具備する。干渉減算部305−3、305−4、モジュロ演算部306−3、306−4、干渉算出部307は、THP部320を構成する。
符号化、変調化の行われた4つのデータ信号は、信号置換部304に加えられる。これらの情報データ信号は、信号置換部304において順序を変えられて、THP非対応の移動局装置23−1への2つの情報データ信号はTHP部320で処理を加えられずに通過して線形フィルタ乗算部308へ出力される。THP対応の移動局装置23−2への2つの情報データ信号は、THP部320の干渉減算部305−3、305−4での干渉減算、モジュロ演算部306−3、306−4でのモジュロ演算を経て、線形フィルタ乗算部308へ加えられる。
MT種別判別部316は、移動局装置23−1、23−2のMT種別情報を作成してオーダ決定部317へ加える。
フィルタ算出部319は、第1の実施形態のところで説明をした伝搬路情報取得部318から受け取った伝搬路情報に関する信号およびオーダ決定部317から受け取ったオーダ情報に関する信号に基づいて干渉情報を作成して、この信号を干渉算出部307へ加える。
線形フィルタ乗算部308の重み付けフィルタPは、以下の式(18)で示すことができる。
次にH1に対して特異値分解を施す。するとH1は以下の式(21)のように表される。ここで後に説明するMT数が3つ以上のときとの整合性を保つためにH1をH^2という記号で置き換える。H^2は全伝搬路行列HからH2を削除した行列という意味であり、MT数が2つだけの場合ではH1=H^2となる。
行列VIm 2は、THP対応の移動局装置23−2の個別フィルタである。この行列VIm 2は、移動局装置23−2宛の伝搬路H2に上記行列V^ker 2を乗算したもの(H2V^ker 2)を再び以下の式(23)のように特異値分解することによって求められる。H2V^ker 2は2行2列の行列であるため、以下のような形に特異値分解できる。
また、移動局装置22−1宛の信号に対してはH1を特異値分解することでMT個別フィルタを求めることができる。
THP部320の干渉減算部305−3、305−4の構成は、以下のようである。
等価伝搬路HPを以下の式(25)とする。
この等価伝搬路の行列Tを用いて干渉係数フィルタを算出する。いま、所望信号の伝搬路のみを取り出すと、
以上より、干渉係数情報B−1T―Iと線形フィルタPを求めることができる。モジュロ演算部306−3、306−4の構成は、第1の実施形態のものと同様である。
基地局装置の各送信アンテナからk番目の移動局装置の受信アンテナまでの伝搬路の複素利得をM行MN列の行列Hkで表す。ここでkは、既述のオーダリング後における移動局装置の番号である。つまりTHP非対応の移動局装置についての伝搬路複素利得をH1とし、THP非対応の移動局装置についての複素利得をH2・・・HNとする。全体の伝搬路行列Hは、下記の式(28)
次にM個ずつ存在する各MT宛の信号ごとに最適なプレコーディングを行う。k番目のMTに対応する伝搬路Hkに式(2-3)で求めた行列V^ker kを乗算したもの(HkV^ker k)を再び特異値分解する。
以上で求めた行列V^ ker k と行列V Im k (k=1,2,…,N) を用いて線形フィルタを
等価伝搬路HPは以下の式(33)のようになる。
また所望信号の伝搬路のみを取り出すと、この行列は、
THP部320は、第1の実施形態と同様に干渉算出部、干渉減算部、モジュロ演算部からなり、1番目を除いた2番目以降の移動局装置宛の所望信号から、等価伝搬路における干渉信号を減算し、モジュロ演算を施す操作を逐次的に繰り返し、全移動局装置宛の信号を算出する。第1の実施形態と異なるのは、この逐次的な干渉除去をユーザ単位つまりM本の信号ストリーム毎に行うことである。
THP部320の動作の各工程は図6で示したものと同様である。ただし、THP部320へのN個の入力信号s k (k=1・・・N)は、全て、M次元縦ベクトルであり、THP部からのN個の出力信号f k (k=1・・・N)も、全て、M次元縦ベクトルである。また、M本の信号ストリーム毎に処理を行うことになったことに伴い、干渉算出部における干渉信号f k の計算式は
f k = (B -1 T −I) (v 1 t , v 2 t , …, v k t , 0, …, 0) t (36)
とする。さらに干渉減算部及びモジュロ演算部の処理は
v k =Mod τ (s k - f k ) (37)
となる。
[移動装置の構成]
移動局装置23−2は、復号部401−1、401−2、復調部402−1、402−2、モジュロ演算部403−1、403−2、伝搬路補償部404、フレーム分離部405−1、405−2、無線受信部406−1、406−2、伝搬路推定部407、伝搬路状態情報生成部408、MT種別情報生成部409、フレーム構成部410−1、410−2、無線送信部411−1、411−2、アンテナ部412−1、412−2を備える。また、アンテナ部412−1、412−2を除く他の構成(401−1、401−2、402−1、402−2、403−1、403−2、404、405−1、405−2、406−1、406−2、407、408、409、410−1、410−2、411−1、411−2の符号で示されるもの。)は、プロセッサ部4を構成する。
THP非対応の移動局装置23−1の構成は、THP対応の移動局装置23−2の構成からモジュロ演算部403−1、403−2を除いた構成であるので、その説明は、ここでは省略する。
<変形例1>
<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態では、1台の基地局装置14およびN台の移動局装置24を備える。ただし、Nは、2またはそれより大きい整数である。基地局装置14は、N本のアンテナを具備し、移動局装置24は1本のアンテナを具備する。基地局装置14は、空間分割したN本のストリームを送波するが、これらのストリームには別異のデータ信号が乗せられている。移動局装置24は、これらのストリームを受波する。また、基地局装置14は、ある場合には、全てTHP非対応の移動局装置と通信を行い、かつ、ある場合には、全てTHP対応の移動局装置と空間多重により同時通信を行うことができる。
本実施形態では、複数のTHP非対応の移動局装置が含まれていても、空間多重することができる。
<変形例1>
<変形例2>
<変形例3>
<第4の実施形態>
基地局装置15の主要な送信部分は、変調部703−1、703−2、703−3・・・703−2N、干渉減算部705−3・・・705−2N、モジュロ演算部706−3・・・706―2N、モジュロ切換部712−3、712−2N、干渉算出部717、線形フィルタ乗算部705、DRS生成部712、MT種別判別部、フィルタ算出部719を具備する。なお、干渉減算部705−3・・・705−2N、モジュロ演算部706−3・・・706―2N、モジュロ切換部712−3、712−2N、干渉算出部717は、THP部720を構成する。ただし、第2の実施形態における信号置換部304、オーダ決定部317が欠如している。その他の受信部分を含めた構成は、第2の実施形態と同じである。
THP部720の出力信号は、DRS生成部712の出力信号とともに線形フィルタ乗算部705へ加えられる。
線形フィルタ乗算部708の処理は、第2の実施形態の線形フィルタ乗算部308の処理と同様であるので、その説明を省略する。また、移動局装置での処理は、第2の実施形態での移動局装置の処理と同一であるので、その説明を省略する。
<変形例1>
本変形例1では、第3の実施形態の変形例1と同様に、信号置換部とオーダ決定部を付加する。オーダ決定部は、第3の実施形態の変形例1と同様に、THP非対応MTがk個存在したとすると、1〜k番目にTHP非対応MT、k+1番目以降にTHP対応MTを配置するようにオーダを決定する。ここでオーダ決定部は伝搬路情報取得部から入力した伝搬路状態情報に基づいて、k+1番目以降のTHP対応端末に対し、k+1番目以降の移動局装置のオーダを決める。またオーダ決定部はMT種別判別部から入力されたMT種別情報を、決定したオーダリングの順番に並びかえてからモジュロ切換部に入力する。
<変形例2>
<第5の実施形態>
移動局装置26へ宛てたデータ信号901−1、901−2、901−3、901−4は、符号化部902−1、902−2、902−3、902−4において誤り訂正符号化が行われ、次いで変調部903−1、903−2、903−3、903−4で変調される。変調部903−1、903−2、903−3、903−4の出力信号は、VP部930へ加えられる。
先ず、図20の候補信号点算出部921の処理について説明をする。4つのデータ信号901−1、901−2、901−3、901−4を、所望信号としてs ( = (s1, s2, s3,s4) t) とする。sは4つの複素数で表されるベクトルである。ここで、摂動ベクトルは、実部および虚部に整数の係数を持つ4次元複素数ベクトルZを用いてZτで示す。ただし、τは、モジュロ幅である。すると、摂動ベクトルは、モジュロ幅τの整数倍の信号である。
x =s +Zτ (38)
となる。
H-1x = H-1 (s +Zτ) (39)
となる。ただし、H-1 は、基地局装置16と移動局装置26との間の伝搬路行列Hの逆行列である。
フィルタ乗算部922は、このフィルタ乗算後の候補点の配置をノルム算出部923に入力する。
最適信号選択部924は、この複数のユークリッドノルム||H-1x||2の中から、最も小さい値を持つものを選択する。そして、そのときのxの値をx0として出力する。これが図19のVP部920の出力である。最終的にVP部920は、摂動ベクトルを施した信号としてx0を、フレーム構成部908に出力する。フレーム構成部908は、受け取ったデータ信号x0に専用参照シンボルDRSを時間多重する。
MT種別判別部916は、移動局装置26のMT種別情報を作成してVP部920へ加える。伝搬路情報取得部918は、フレーム分離部915から伝搬路状態情報Hに関する信号を受け取って、これをフィルタ算出部919へ加える。フィルタ算出部919は、伝搬路情報取得部918から受け取った伝搬路情報Hの逆行列H-1 に関する信号を作成して、この信号をVP部920へ加える。
THP対応、非対応の移動局装置のMTの構成は、第1の実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。しかし、受信の態様を説明すれば、以下のようである。
先ず、送信信号はH −1 X 0 =H −1 (s+Z 0 τ) と表される。伝搬路を通って各MTに受信されるとき受信信号は
HH −1 X 0 =X 0 = H −1 (s+Z 0 τ) (40)
と示される。ここで全ての信号をベクトルで表したが、実際は成分ごとに別々のMTで受信する。また雑音は無視している。THP対応MTでは、信号を受信後、既述の式(9)で表されるモジュロ演算を行う。すると、
Mod τ (s+Z 0 τ) =s (41)
となり、摂動ベクトルがモジュロ演算により消えるため正しい所望信号を復元できる。THP非対応の移動局装置は、モジュロ演算を行わなくても直接、受信信号sを得ることができる。
なお、本実施例では線形フィルタとしてH-1 を用いた。これはZFフィルタと呼ばれるものであり、H-1 に代えてH' H ( H' H' H +dI )-1を用いるMMSE (Minimum Mean Squared Error) 型の方法を用いてもよい。ここで、dは、移動局装置が受ける雑音電力を送信信号の電力で割った値である。
本実施形態では、MU-MIMO VPにおいても、複数のTHP非対応の移動局装置とTHP対応の移動局装置を多重することができる。
<変形例1>
<第6の実施形態>
候補信号点算出部1121は、MT種別情報に基づいてTHP対応の移動局装置に対する次元についてだけ摂動ベクトルVPを加算する。このときMT種別情報はN個の移動局装置に関する情報である。一方、各移動局装置にM個ずつ信号を送るため一度に空間多重する送信信号はNM個存在する。そこで候補信号点算出部1121は、THP対応の移動局装置宛の信号M(N-K)個に対応する次元だけ摂動ベクトルを加算した候補点を算出する。候補信号点の配置は式(38)と同様に
x = s +Zτ (42)
で表される。
(Null Spaceの算出)
第2の実施形態と同様に、基地局装置16の各送信アンテナからk番目の移動局装置の受信アンテナまでの伝搬路の複素利得をM行MN列の行列Hkで表す。全体の伝搬路行列は
(MT個別フィルタの算出)
(線形フィルタの算出)
(干渉係数フィルタの算出)
P x = P (s+Z 0 τ) (49)
移動局装置の構成は、第2の実施形態のものと同様である。第2の実施形態と同様に、移動局装置は、受信信号が等価伝搬路Tkkを通ったとして、伝搬路補償を行って信号検出する。
<変形例1>
Claims (9)
- 1または複数の第1の通信装置と、複数の第2の通信装置とを具備し、第1の通信装置は、その複数のアンテナからデータ信号の乗せられた複数のストリームを空間多重して送波し、第2の通信装置は、それぞれのアンテナにて前記ストリームを受波して、前記データ信号を受信する通信システムであって、
前記第1の通信装置は、
前記複数の第2の通信装置からそれぞれ受信した信号から、前記複数の第2の通信装置がそれぞれモジュロ演算を行うTHP対応の通信装置かモジュロ演算を行わないTHP非対応の通信装置かを判別する判別装置と、
前記複数の第2の通信装置のうち、前記判別装置においてTHP対応の通信装置と判別された第2の通信装置宛のデータ信号についてのみ等値変換を行う変換装置と、
前記複数の第2の通信装置宛のデータ信号の少なくとも一部について、前記空間多重のストリーム間の干渉の少なくとも一部を除外する重み付け装置と、
を具備し、
前記複数の第2の通信装置のうちTHP対応の通信装置は、
モジュロ演算を行うTHP対応であることを前記第1の通信装置へ通知する信号を生成するMT種別情報生成装置と、
前記等値変換の行われたデータ信号の受信に際して、前記データ信号につき、等値変換の回復を行う変換装置と、
を具備する、
ことを特徴とする通信システム。 - 前記複数の第2の通信装置のうちTHP非対応の通信装置は、
モジュロ演算を行わないTHP非対応であることを前記第1の通信装置へ通知する信号を生成するMT種別情報生成装置を具備することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記重み付け装置は、全ての干渉を除外するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
- 前記第1の通信装置は、一部の干渉をデータ信号から除外する干渉減算装置をさらに具備し、
前記重み付け装置は、一部の干渉を除外し、残りの干渉を前記干渉減算装置にて除外することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。 - 前記等値変換を行う変換装置は、摂動ベクトルを用いるものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の通信システム。
- 前記等値変換を行う変換装置は、摂動ベクトルの選択方法としてモジュロ演算装置を用いることを特徴とする請求項5に記載の通信システム。
- 複数の送受信アンテナを具備し、複数の第2の通信装置宛の複数のデータ信号を乗せたストリームを前記アンテナを介して空間多重にて送波する第1の通信装置であって、
前記複数の第2の通信装置からそれぞれ受信した信号から、前記複数の第2の通信装置がそれぞれモジュロ演算を行うTHP対応の通信装置かモジュロ演算を行わないTHP非対応の通信装置かを判別する判別装置と、
前記複数の第2の通信装置のうち、前記判別装置においてTHP対応の通信装置と判別された第2の通信装置宛のデータ信号についてのみ等値変換を行う変換装置と、
前記複数の第2の通信装置宛のデータ信号の少なくとも一部について、前記空間多重のストリーム間の干渉の少なくとも一部を事前に除外する重み付け装置と、
を具備することを特徴とする通信装置。 - 1または複数の第1の通信装置が具備する複数の送信アンテナから、データ信号の乗せられた複数のストリームを空間多重して送波し、複数の第2の通信装置のそれぞれのアンテナにて前記ストリームを受波して、前記データ信号を受信する通信方法であって、
前記第1の通信装置においては、
前記複数の第2の通信装置からそれぞれ受信した信号から、前記複数の第2の通信装置がそれぞれモジュロ演算を行うTHP対応の通信装置かモジュロ演算を行わないTHP非対応の通信装置かを判別する過程と、
前記複数の第2の通信装置のうち、前記判別過程においてTHP対応の通信装置と判別された第2の通信装置宛のデータ信号についてのみ等値変換を行う過程と、
前記複数の第2の通信装置宛のデータ信号の少なくとも一部について、前記空間多重のストリーム間の干渉の少なくとも一部を事前に除外する重み付けを行う過程と、
を具備し、
前記複数の第2の通信装置のうちTHP対応の通信装置においては、
モジュロ演算を行うTHP対応であることを前記第1の通信装置へ通知する信号を生成する過程と、
前記等値変換の行われたデータ信号の受信に際して、前記データ信号につき、前記等値変換の回復を行う過程と、
を具備する、
ことを特徴とする通信方法。 - 1または複数の第1の通信装置と、複数の第2の通信装置とを具備し、前記第1の通信装置は、その複数の送受信アンテナからデータ信号の乗せられた複数のストリームを空間多重して送波し、前記第2の通信装置は、それぞれのアンテナにて前記ストリームを受波して、前記データ信号を受信する通信システムにおいて、前記第1の通信装置が具備するプロセッサであって、
前記複数の第2の通信装置からそれぞれ受信した信号から、前記複数の第2の通信装置がそれぞれモジュロ演算を行うTHP対応の通信装置かモジュロ演算を行わないTHP非対応の通信装置かを判別する判別装置と、
前記複数の第2の通信装置のうち、前記判別装置においてTHP対応の通信装置と判別された第2の通信装置宛のデータ信号についてのみ等値変換を行う変換装置と、
前記複数の第2の通信装置宛のデータ信号の少なくとも一部について、前記空間多重のストリーム間の干渉の少なくとも一部を除外する重み付け装置と、
の機能をソフトで実現したことを特徴とするプロセッサ。
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