JP5551810B1 - 無線通信装置及び無線伝送システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値とに基づいて、無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める。また、複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する。そして、前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち情報理論的容量が最大となるランクを、無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する。
【選択図】図1
Description
また、本発明に係る無電通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、伝搬路推定精度や使用する誤り訂正符号化の影響を考慮し、無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、その無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮して求めた情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する。このように複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量により、実際の伝搬路推定精度、誤り訂正符号化利得、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクの候補値それぞれに対する容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるSINRに応じてスループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、MIMO無線伝送方式の無線伝送路におけるSINRに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、情報理論的容量に上限値を設けることにより、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化による無線伝送性能の変動の影響を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化に対し、ロバストなランクの切り換えが可能になる。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、送信ストリームにおける伝送損失や変調方式及び符号化方式を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、MIMO無線伝送方式の無線伝送路におけるSINRに基づくランクの切り換え精度をより高めることができる。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、計算が容易なシャノン容量を用いることにより、容量算出処理の簡略化を図ることができる。また、情報理論的容量として信号点拘束容量を用いることにより、実際の変調方式における信号点配置による制限を考慮した容量を算出できるので、前記SINRに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、複数のサブキャリアを介したMIMO無線伝送方式の無線伝送路におけるSINRに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
まず、本発明を適用可能な無線通信装置を有するMIMO無線伝送システムの全体構成について説明する。
図1は、本発明を適用可能な一実施形態に係る閉ループ型のMIMO無線伝送システムの下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。図1に示すMIMO無線伝送システムは、ユーザ装置10からフィードバックされる最適な送信アンテナウェイト行列の候補データテーブル(コードブック)のインデックスを示す制御情報(PMI:Precoding Matrix Indicator)に基づき、送信レイヤ(ストリーム)ごとに異なる送信アンテナウェイトを送信信号に乗算する、閉ループ型のMIMO無線伝送システムである。
なお、本実施形態の閉ループ型のMIMO無線伝送システム(Closed-Loop MIMO)では、LTEの通信規格に準拠した2−送信レイヤ(ランク数が2)の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
(1)ユーザ装置10と無線基地局20との間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値により算出される希望受信信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、当該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段。
(2)前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段。
(3)前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段。
なお、3GPP LTE(Long Term Evolution)の仕様にあるように、ランク情報RIの送信タイミングと、他の制御情報であるPMIやCQIの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報RIの送信が優先される。
なお、3GPPの仕様にあるように、ランク数Rankの最終決定権は無線基地局20側が持っているので、無線基地局20側でランク数Rankを決定する際に、ユーザ装置10のランク情報RIの値に必ずしも従わなくてもよい。
図2のMIMO無線伝送システムは、ランク情報RIとCQIとをユーザ装置10から無線基地局20にフィードバックするがPMIをフィードバックしない開ループ型のMIMO無線伝送システムである。なお、上記図1と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
なお、3GPPの仕様にあるように、ランク情報RIの送信タイミングと、他の制御情報であるCQIの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報RIの送信が優先される。
なお、図2の構成の無線基地局20では、ユーザ装置10からのPMIの受信と、そのPMIの受信結果に基づくT−PMIの生成とは行われない。プリコーディングウェイト生成部203及び下りリンク制御信号生成部204では、ユーザ装置10からのPMIを用いないで予め仕様でランク数毎に既定されたプリコーディング方式が用いられる。
なお、図2の構成のMIMO無線伝送システムにおいても、3GPPの仕様にあるように、ランク数Rankの最終決定権は無線基地局20側が持っているので、無線基地局20側でランク数Rankを決定する際に、ユーザ装置10のランク情報RIの値に従わなくてもよい。
(1)ユーザ装置30と無線基地局40との間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値により算出される希望受信信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、当該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段。
(2)前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段。
(3)前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段。
例えば、図4の送信側のアンテナ間フェージング空間相関がない場合(フェージング空間相関係数ρt=0の場合)、ランクを切り替える受信レベルの閾値は図中の矢印Aで示す22[dB]である。この場合、受信レベルが閾値22[dB]以下のときに「送信ダイバーシティ」方式を選択し、受信レベルが閾値22[dB]よりも大きいときに「空間分割多重」(SDM)方式を選択するように制御する。
一方、図5の送信側のアンテナ間フェージング空間相関がある場合(フェージング空間相関係数ρt=0.7の場合)、ランクを切り替える受信レベルの閾値は図中の矢印Aで示す26[dB]である。この場合、受信レベルが閾値26[dB]以下のときに「送信ダイバーシティ」方式を選択し、受信レベルが閾値26[dB]よりも大きいときに「空間分割多重」(SDM)方式を選択するように制御する。
このように送信方式の切替制御を最適化することによりスループットの最大化を実現することができるが、最適なランク数(空間多重数)は受信レベルだけでなく無線伝搬路のアンテナ間フェージング空間相関に依存し、アンテナ間フェージング空間相関の有無によって最適なランク数(空間多重数)が異なる。例えば、図4及び図5中の受信レベルが22〜26[dB]の範囲では、アンテナ間フェージング空間相関がない場合(ρt=0)にはランク数が2の「空間分割多重」(SDM)方式が好適であり、アンテナ間フェージング空間相関がある場合(ρt=0.7)にはランク数が1の「送信ダイバーシティ」方式が好適である。
(A)実際の無線伝搬路では、フェージング空間相関は送信側だけでなく受信側にも発生する。
(B)実際のフェージング相関係数ρtは実数とは限らず、一般的に複素数となる。
(C)送受信アンテナ数が増えるほど、これらの送信側及び受信側のフェージング空間相関の組合せの数は膨大となる。
また、図11は、ランクが1及び2それぞれの場合について、情報理論的容量としての信号点拘束容量(CCC)から算出したスループット[Mbps]と、実際の無線伝送システム(符号化変調通信システム)で測定したスループット[Mbps]とを比較したグラフである。信号点拘束容量(CCC)は、前述のとおり、ガウス分布の送信信号の条件ではなく、非特許文献7に説明されているように四位相偏移変調(QPSK)、16QAM、64QAM等の変調における信号空間ダイヤグラム上の信号点を拘束した送信信号の条件の下で求めた容量である。
ことにより、
図中の「●」、「■」及び「◆」は、非特許文献8で定義される3種類のマルチパス・フェージング・チャネル・モデル(EPA:Extended Pedestrian-Aモデル、EVA:Extended Vehicular-Aモデル、ETU:Extended Typical Urbanモデル)それぞれを用いたLTEリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループット[Mbps]である。EPA、EVA、ETUのRMS(Root Mean Square)遅延スプレッドの値は、それぞれ約45[ns]、357[ns]、991[ns]であり、これらのチャネルモデルのうち遅延スプレッドはEPAが最も小さく、ETUが最も大きい。各チャネル・モデルにおける最大ドップラー周波数は5[Hz]とした。また、ランク識別子RIのフィードバック遅延時間及びフェージング空間相関はいずれもないと仮定した。他の条件は前述の表1と同様に設定した。
また、図中の破線は、上記数22の式を用いて算出した情報理論的容量としてのシャノン容量C1から求めたスループット[Mbps]である。スループットの算出には、次の数24に示す式を用いた。式中のWは有効伝送帯域幅である。ここで、有効伝送帯域幅とは、参照信号、制御信号、およびOFDMガードインターバルによるオーバーヘッドを考慮して伝送に用いられる周波数の帯域幅を補正したものである。
図中の「●」、「■」及び「◆」は、図12の場合と同様に、3種類のマルチパス・フェージング・チャネル・モデル(EPA、EVA、ETU)それぞれを用いたLTEリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループット[Mbps]である。各チャネル・モデルにおける最大ドップラーシフトは5[Hz]とし、ランク識別子RIのフィードバック遅延時間及びフェージング空間相関はいずれもないと仮定した。他の条件は前述の表1と同様に設定した。
また、図中の破線は、上記数21の式を用いて算出した情報理論的容量としてのシャノン容量Clから求めたスループット[Mbps]である。
図中の「●」は、上記数21及び数22の式における補正パラメータ(重み係数αL,l,α1,1及び上限値β1,β1)で補正した情報理論的容量CL,C1に基づいてランクアダプテーションを実行したときの平均スループット[Mbps]を示している。
また、図中の「▲」及び「■」はそれぞれ、ランクアダプテーションを実行しないときのランク1及び2の場合の平均スループット[Mbps]である。図中の横軸は受信アンテナあたりの平均SINR[dB]である。
また、図中の「▲」及び「■」はそれぞれ、ランクアダプテーションを実行しないときのランク1及び2の場合の平均スループット[Mbps]である。図中の横軸は受信アンテナあたりの平均SINR[dB]である。
特に、本実施形態によれば、情報理論的容量に上限値βを設けることにより、送信ストリームにおけるマルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化による無線伝送性能の変動の影響を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化に対し、ロバストなランクの切り換えが可能になる。
更に、送信ストリームにおける伝送損失や変調方式及び符号化方式を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができるので、MIMO無線伝送方式の無線伝送路におけるSINRに基づくランクの切り換え精度をより高めることができる。
また、スループット特性に大きな影響を与えるランク制御、MCS制御、ハイブリッドARQ再送制御におけるフィードバック遅延の影響が含まれた形での評価結果であるため、上記補正パラメータ(クリッピングの上限値β1,β2)を適切に選んで設定することにより、フィードバック遅延の影響を受けにくいランクアダプテーション(ランク予測)も同時に実現していることがわかる。
20、40 無線基地局
101 下りリンクチャネル推定部
102 下りリンク制御信号復調部
103 データ信号分離合成部
104 直列並列変換部
105 制御情報(RI/PMI/CQI)生成部
106 上りリンク送信部
201 上りリンク受信部
202 下りリンクスケジューラ
203 プリコーディングウェイト生成部
204 下りリンク制御信号生成部
205 直列並列変換・変調部
206 乗算器
208 マルチプレクサ
301 下りリンク受信部
302 プリコーディングウェイト生成部
303 直列並列変換・変調部
304 乗算器
307 上りリンク参照信号生成部
401 上りリンクチャネル推定部
404 上りリンクスケジューラ
405 下りリンク送信部
Claims (6)
- 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備え、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記情報理論的容量に対する重み係数を用いた補正に加えて、該情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行い、
前記重み係数は、前記送信ストリームにおける伝送損失に対応する損失係数であり、
前記クリッピングにおける上限値は、前記送信ストリームにおいて使用される変調方式及び符号化方式に応じて設定する
ことを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項1の無線伝送システムにおいて、
前記情報理論的容量として、シャノン容量又は信号点拘束容量を用いることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項1又は2の無線伝送システムにおいて、
前記無線伝送路における信号の送受信は、複数のサブキャリアを介して行われ、
前記情報理論的容量を求める手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて前記無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求め、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めた情報理論的容量を補正し、
前記ランクを決定する手段は、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めて補正した情報理論的容量を、該複数のサブキャリアのすべて又は一部について加算又は平均化し、
前記複数のランクの候補値ごとに求めた前記情報理論的容量の加算値又は平均値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する
ことを特徴とする無線伝送システム。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比(SINR)の推定値に基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備え、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記情報理論的容量に対する重み係数を用いた補正に加えて、該情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行い、
前記重み係数は、前記送信ストリームにおける伝送損失に対応する損失係数であり、
前記クリッピングにおける上限値は、前記送信ストリームにおいて使用される変調方式及び符号化方式に応じて設定する
ことを特徴とする無線通信装置。 - 請求項4の無線通信装置において、
前記情報理論的容量として、シャノン容量又は信号点拘束容量を用いることを特徴とする無線通信装置。 - 請求項4又は5の無線通信装置において、
前記無線伝送路における信号の送受信は、複数のサブキャリアを介して行われ、
前記情報理論的容量を求める手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて前記無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求め、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めた情報理論的容量を補正し、
前記ランクを決定する手段は、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めて補正した情報理論的容量を、該複数のサブキャリアのすべて又は一部について加算又は平均化し、
前記複数のランクの候補値ごとに求めた前記情報理論的容量の加算値又は平均値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する
ことを特徴とする無線通信装置。
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