JP5729833B2 - Base station apparatus, radio communication method, and radio communication system - Google Patents

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Description

本発明は、限られた周波数資源を用い、且つ無線伝送における伝送距離の長距離化により回線設計上の厳しい制限が強いられる環境において、送信側の総送信電力を抑えながらも受信側の受信電力ないしは信号対雑音電力比(SNR:Signal to Noise Power Ratio)を向上させ、省電力で大容量の効率的な伝送を可能にする基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。   The present invention uses the limited frequency resources and reduces the total transmission power on the transmission side while reducing the total transmission power on the transmission side in an environment in which strict restrictions on the circuit design are imposed by increasing the transmission distance in wireless transmission. In addition, the present invention relates to a base station apparatus, a radio communication method, and a radio communication system that improve signal-to-noise power ratio (SNR) and enable efficient transmission with high power consumption and large capacity.

近年のインターネットの普及とともに、既に全世帯の90%にも及ぶ世帯で光ファイバを用いた回線が利用可能となっている。このようにブロードバンド化の流れは確実に進展してはいるが、実際には、光回線の敷設による採算が見込めない地域があることから、ブロードバンド・ゼロ地域の解消を如何にして実現するかという問題はなかなか解決する術が見つからない現状がある。このような光回線の敷設による採算が見込めない地域を不採算地域(条件不利地域)という。   With the spread of the Internet in recent years, lines using optical fibers are already available in 90% of all households. In this way, the trend toward broadband has certainly progressed, but in reality there are areas where profitability is not expected due to the laying of optical lines, so how to eliminate the broadband zero area? There is currently no way to find a way to solve the problem. Such an area where profitability is not expected by laying an optical line is called an unprofitable area (conditionally disadvantaged area).

このような不採算地域における対策としては、無線回線を利用することが有利とされており、例えば、WiMAX(Worldwide interoperability for microwave access)(登録商標、以下同様)と呼ばれる無線規格を用いたサービスのための周波数チャネルを10[MHz]確保し、この周波数チャネルを用いたWiMAXサービスを、条件不利地域を中心に適用する「地域WiMAX」と呼ばれる施策が実施されている。この施策に用いられているWiMAXでは、例えば基地局は10[W]程度の大きな送信電力で信号送信を行い、この結果、半径3km程度のエリアを1局でカバーすることが可能となっている。   As a countermeasure in such unprofitable areas, it is advantageous to use a wireless line. For example, a service using a wireless standard called WiMAX (Worldwide interoperability for microwave access) (registered trademark, the same shall apply hereinafter) is used. For this reason, a measure called “Region WiMAX” has been implemented, in which 10 [MHz] is reserved for the frequency channel for this purpose, and the WiMAX service using this frequency channel is applied mainly to conditionally disadvantaged areas. In WiMAX used for this measure, for example, a base station performs signal transmission with a large transmission power of about 10 [W], and as a result, an area with a radius of about 3 km can be covered by one station. .

一般に、見通しがきく環境では送信局と受信局の間での伝搬に伴い受信信号強度は、距離の2乗に反比例する。見通し外の場合には受信信号強度は距離の3〜4乗に反比例するようになり、回線設計上にはより厳しい制限が課せられることになる。仮に見通しを想定したとしても、伝送距離を2倍に伸ばすためには、送信電力を2=4倍にする必要があり、より線形性の高い送信アンプを必要とする。しかし、そのような送信アンプは高価であるとともに、そのような送信アンプを用いると、電力効率は著しく低下するため消費電力は急激に増加してしまう。 In general, in an environment where the line of sight is clear, the received signal strength is inversely proportional to the square of the distance due to propagation between the transmitting station and the receiving station. In the case of out of line of sight, the received signal strength is inversely proportional to the 3rd to 4th power of the distance, which places more severe restrictions on the circuit design. Even if a line of sight is assumed, in order to extend the transmission distance by a factor of 2, it is necessary to increase the transmission power to 2 2 = 4 times, and a transmission amplifier with higher linearity is required. However, such a transmission amplifier is expensive, and when such a transmission amplifier is used, the power efficiency is remarkably lowered, so that the power consumption increases rapidly.

近年は特に環境問題が注目され、無線を含めたインフラの低消費電力化が要求されており、高出力の送信アンプを用いた非効率的な通信は好ましくない。このような問題を解決するための方法としては、例えば、非特許文献1に記載のように、複数の中継局を介在させたコヒーレント伝送が有効である。非特許文献1では、中継においては非再生中継を仮定しているが、このコヒーレント伝送のポイントは、中継の形態が「非再生中継」であるか、又は「再生中継」であるかに依存しておらず、あくまでも受信側において各信号が同位相で合成されるように送信することである。このようなコヒーレント伝送を行う場合の別の形態の1つとして、例えば非特許文献2に記載のように分散アンテナシステムがある。   In recent years, environmental problems have attracted particular attention, and low power consumption of infrastructure including radio is required, and inefficient communication using a high-output transmission amplifier is not preferable. As a method for solving such a problem, for example, as described in Non-Patent Document 1, coherent transmission with a plurality of relay stations interposed is effective. In Non-Patent Document 1, non-regenerative relay is assumed for relay, but the point of this coherent transmission depends on whether the form of relay is “non-regenerative relay” or “regenerative relay”. However, the transmission is performed so that the signals are combined in the same phase on the receiving side. As another form when performing such coherent transmission, there is a distributed antenna system as described in Non-Patent Document 2, for example.

分散アンテナシステムは、1つの制御局に場所的に分散されて設置された複数のアンテナ(厳密にはアンテナに、光・電気変換や信号増幅等を行う装置が組み合わされた無線モジュールないしはリモート基地局)が接続された構成であり、制御局と各アンテナ間は光ファイバ等で接続される。
また、他の形態として、1つの基地局に複数の中継局が無線接続された構成(無線中継システム)をとることもできる。この場合は、基地局が制御局となり、中継局がアンテナないしは無線モジュールとなり、全体として分散アンテナシステムを構成することになるが、基地局と中継局とが無線により接続される点で異なる構成である。
いずれの場合も、複数のアンテナ(中継局)が受信端末側で各信号が同位相で合成されるように送信するコヒーレント伝送を行う。以下、その詳細な説明を行う。
A distributed antenna system is a radio module or remote base station in which a plurality of antennas installed in a distributed manner in one control station (strictly speaking, an antenna is combined with a device that performs optical / electrical conversion, signal amplification, etc.) ), And the control station and each antenna are connected by an optical fiber or the like.
As another form, it is possible to adopt a configuration (wireless relay system) in which a plurality of relay stations are wirelessly connected to one base station. In this case, the base station serves as a control station, and the relay station serves as an antenna or a radio module, which constitutes a distributed antenna system as a whole, but differs in that the base station and the relay station are connected by radio. is there.
In any case, coherent transmission is performed in which a plurality of antennas (relay stations) transmit on the receiving terminal side so that the signals are combined in the same phase. The detailed description will be given below.

[従来技術におけるコヒーレント伝送のシステム概要]
(無線中継システム)
図2は、従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。
同図に示すように、無線中継システムは、送信局901と、N個の中継局902−1〜902−Nと、受信局903とを具備している。送信局901は、受信局903宛ての無線パケットを一旦中継局902−1〜902−Nに対して送信する。中継局902−1〜902−Nは、送信局901から受信した信号に対して各種受信信号処理を行い、送信局901が送信した無線パケットを再生(復元)する。次に、各中継局902−1〜902−Nは、再生した同一の無線パケットを同時刻に受信局903に対して送信する。この際、各中継局902−1〜902−Nは、それぞれが送信した信号が受信局903において同一の位相で受信されるように、送信信号の位相を調整する。受信局903では、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号全てが伝送路上で合成されて受信される。この際、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号が、受信局903において同程度の受信電力で受信されるとするならば、合成された後の信号は、合成される前の信号に対して振幅でN倍となる。また、受信電力は、振幅の2乗に比例するため(N倍となる。
[Outline of coherent transmission system in the prior art]
(Wireless relay system)
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a wireless relay system in the prior art.
As shown in the figure, the wireless relay system includes a transmission station 901, N 1 relay stations 902-1 to 902 -N 1, and a reception station 903. The transmitting station 901, once transmitted to the relay station 902-1~902-N 1 radio packets destined receiving station 903. The relay stations 902-1 to 902-N 1 perform various reception signal processing on the signal received from the transmission station 901, and reproduce (restore) the wireless packet transmitted by the transmission station 901. Then, each relay station 902-1~902-N 1 transmits to the receiving station 903 the same radio packet reproduced at the same time. In this case, each relay station 902-1~902-N 1, as the signal, each transmitted are received by the same phase at the receiving station 903 adjusts the phase of the transmission signal. In the receiving station 903, all signals transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is received is synthesized on the transmission path. At this time, the signal transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is, if the received at comparable received power at the receiving station 903, the signal after synthesis, is synthesized the N 1 times the amplitude with respect to the previous signal. Further, the received power is proportional to the square of the amplitude (N 1) is doubled.

ここで、無線中継システムにおける中継局902が1局の場合と、N局の場合とで比較する。評価条件を公平にするために、1局で中継する場合には単一の中継局902が送信電力をPとして送信し、N局で中継する場合には中継局902−1〜902−Nがそれぞれ送信電力をP/Nとして(総送信電力が一定の条件)送信するものとして比較する。N局の中継局902−1〜902−Nから送信した場合、各中継局902−1〜902−Nから送信された信号は伝送路で合成され、中継局902−1〜902−Nのいずれか1局からの受信信号に比べ、受信局903における受信信号の振幅はN倍になり、その結果、総受信電力は(N倍となる。しかし、N局で送信した場合、1つの中継局902当たりの送信電力は、単一の中継局902で送信した場合の1/Nとなっている。そのため、受信電力は、(1/N)×(N=N倍となる。
つまり、中継局902−1〜902−Nの総送信電力を一定としているにもかかわらず、1局で中継する場合と比較して受信局903における受信電力がN倍となり、回線利得として10×Log10[dB]を稼ぐことが可能になる。
Here, a comparison is made between the case where the number of relay stations 902 in the wireless relay system is one and the case of N 1 stations. In order to make the evaluation condition fair, a single relay station 902 transmits the transmission power as P when relaying by one station, and relay stations 902-1 to 902-N when relaying by N1 station. 1 is compared with the transmission power of P / N 1 (the condition that the total transmission power is constant). When transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 of N 1 station, signals transmitted from the relay station 902-1~902-N 1 is synthesized in the transmission path, the relay station 902-1~902- Compared with the received signal from any one of N 1 stations, the amplitude of the received signal at the receiving station 903 is N 1 times, and as a result, the total received power is (N 1 ) 2 times. However, when transmission is performed at N 1 station, the transmission power per relay station 902 is 1 / N 1 when transmission is performed at a single relay station 902. Therefore, the received power is (1 / N 1 ) × (N 1 ) 2 = N 1 times.
That is, although the total transmission power of the relay stations 902-1 to 902-N 1 is constant, the reception power at the reception station 903 is N 1 times as compared with the case of relaying at one station, and the line gain is It is possible to earn 10 × Log 10 N 1 [dB].

(分散アンテナシステム)
図3は、従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。
同図に示すように、分散アンテナシステムは、協調的な通信を行う3つのセル911−1〜911−3を形成するリモート基地局912−1〜912−3と、複数の端末装置913−1〜913−6と、光ファイバ915を介して各リモート基地局912−1〜912−3に接続された制御局914とを具備している。なお、各リモート基地局912−1〜912−3と制御局914とを接続する光ファイバ915は、同軸ケーブルなどであってもよい。また、ここでは3つのセル911−1〜911−3と3つのリモート基地局912−1〜912−3を想定して説明を行うが、一般的には3以外の数であっても良い。
(Distributed antenna system)
FIG. 3 is a diagram showing an overview of a distributed antenna system in the prior art.
As shown in the figure, the distributed antenna system includes remote base stations 912-1 to 912-3 that form three cells 911-1 to 911-3 that perform cooperative communication, and a plurality of terminal devices 913-1. 913-6 and a control station 914 connected to each of the remote base stations 912-1 to 912-3 via an optical fiber 915. The optical fiber 915 connecting each remote base station 912-1 to 912-3 and the control station 914 may be a coaxial cable or the like. In addition, here, the description will be made assuming three cells 911-1 to 911-3 and three remote base stations 911-1 to 912-3, but in general, the number may be other than three.

各リモート基地局912−1〜912−3は、それぞれが形成するセル内に位置する各端末装置913−1〜913−6と、同一の周波数チャネルを用いて通信を行う。制御局914は、光ファイバ915を介して、リモート基地局912−1〜912−3を制御する。同一の周波数チャネルを用いた通信を行うため、各端末装置913−1〜913−6は、複数のリモート基地局912−1〜912−3から送信された信号を同時に受信することができる。例えば、端末装置913−4は、全てのリモート基地局912−1〜912−3から信号を受信することができる。
ここで、リモート基地局912−1〜912−3それぞれと端末装置913−4との間のチャネル情報が既知であれば、リモート基地局912−1〜912−3は、それぞれが端末装置913−4宛てに送信する際に、各リモート基地局912−1〜912−3から送信された信号が端末装置913−4において同位相となるように送信ウエイト乗算を施すことができる。この場合、端末装置913−4において受信される信号は、同位相合成されるので受信電力が増加する。その結果、端末装置913−4における通信特性が改善される。このような、同位相合成を行うための信号処理の制御は全て制御局914で実施され、リモート基地局912−1〜912−3は制御局914の指示に従い動作する。
Each remote base station 912-1 to 912-3 communicates with each terminal device 913-1 to 913-6 located in the cell formed by each using the same frequency channel. The control station 914 controls the remote base stations 912-1 to 912-3 via the optical fiber 915. In order to perform communication using the same frequency channel, each terminal device 913-1 to 913-6 can simultaneously receive signals transmitted from a plurality of remote base stations 912-1 to 912-3. For example, the terminal device 913-4 can receive signals from all the remote base stations 912-1 to 912-3.
Here, if the channel information between each of the remote base stations 912-1 to 912-3 and the terminal device 913-4 is known, each of the remote base stations 912-1 to 912-3 has the terminal device 913-3. 4, transmission weight multiplication can be performed so that signals transmitted from the remote base stations 912-1 to 912-3 have the same phase in the terminal device 913-4. In this case, since the signal received by the terminal device 913-4 is synthesized in phase, the received power increases. As a result, the communication characteristics in the terminal device 913-4 are improved. Such control of signal processing for performing in-phase synthesis is all performed by the control station 914, and the remote base stations 912-1 to 912-3 operate according to instructions from the control station 914.

分散アンテナシステムにおいて、制御局914と各リモート基地局912−1〜912−3との間は光ファイバ915で接続されており、この光ファイバ915上で転送される信号を各リモート基地局912−1〜912−3では光/電気変換を行うことで無線回線上において送信する電気信号を生成し、信号増幅などの処理の後にこれをアンテナから送信する。このような制御を利用することで、全てのチャネル情報を把握した制御局914に受信側において同位相合成となるような信号処理の機能を集約し、その結果、各リモート基地局912−1〜912−3における位相制御の不確定性を回避しながら通信品質の向上を図ることを可能としている。   In the distributed antenna system, the control station 914 and each remote base station 912-1 to 912-3 are connected by an optical fiber 915, and a signal transferred on the optical fiber 915 is transmitted to each remote base station 912-2. In 1 to 912-3, an electrical signal to be transmitted on the wireless line is generated by performing optical / electrical conversion, and this is transmitted from the antenna after processing such as signal amplification. By utilizing such control, the signal processing functions for in-phase synthesis on the receiving side are aggregated in the control station 914 that has grasped all channel information, and as a result, each remote base station 912-1- It is possible to improve the communication quality while avoiding the uncertainty of the phase control in 912-3.

なお、厳密な意味での分散アンテナシステムでは、各リモート基地局912−1〜912−3は同時に複数の端末装置913−1〜913−6と同一周波数上で空間多重を行うマルチユーザMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術を利用してさらなる特性改善を図ることができる。マルチユーザMIMO技術を利用する際の制御は、多数の送信アンテナを利用することで、端末装置913における希望信号の同位相合成と、異なる端末装置913間の干渉信号の除去のためのヌル制御とを両立しているという点を除けば、基本的にはコヒーレント伝送を基礎とした制御である。   In the strict sense of the distributed antenna system, each of the remote base stations 912-1 to 912-3 simultaneously performs multi-user MIMO (Multiple MIMO) that performs spatial multiplexing on the same frequency as a plurality of terminal devices 913-1 to 913-6. It is possible to further improve the characteristics by using (Input Multiple Output) technology. The control when using the multi-user MIMO technology is performed by using multiple transmission antennas, so that in-phase synthesis of desired signals in the terminal device 913 and null control for removing interference signals between different terminal devices 913, Is basically control based on coherent transmission.

[コヒーレント伝送におけるチャネルフィードバックの概要]
コヒーレント伝送を行うためには、送受信局間のチャネルの状態を把握する必要がある。これは、複数の送信局又は中継局から送信された信号が同位相で受信局に届くようにするために、送信局及び中継局において、受信局との間のチャネルの状態を把握し、チャネルの状態に応じた送信ウエイトを用いて信号を送信するためである。
[Overview of channel feedback in coherent transmission]
In order to perform coherent transmission, it is necessary to grasp the channel state between the transmitting and receiving stations. In order to ensure that signals transmitted from a plurality of transmitting stations or relay stations reach the receiving station in the same phase, the transmitting station and the relay station grasp the state of the channel between the receiving station and the channel. This is because a signal is transmitted using a transmission weight according to the state.

図4は、従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。従来技術におけるチャネルフィードバックの方法は大別して2種類の方法がある。ここでは、フォワードリンクのチャネル推定結果を直接取得する「(A)直接的な方法」と、バックワードリンクの情報を用いて換算推定する「(B)間接的な方法」とについて説明する。   FIG. 4 is a flowchart showing channel feedback processing in the prior art. There are roughly two types of channel feedback methods in the prior art. Here, “(A) a direct method” for directly acquiring the channel estimation result of the forward link and “(B) an indirect method” for performing conversion estimation using information on the backward link will be described.

一般的には、フォワードリンクとその逆方向のバックワードリンクのチャネル情報は一致しない。それは、フォワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせと、バックワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせが異なり、フォワードリンクのチャネル情報とバックワードリンクのチャネル情報との間で複素位相や振幅が異なるからである。
しかし、後述する換算処理(キャリブレーション処理)を実施することで、バックワードリンクのチャネル情報からフォワードリンクの情報を換算推定することが可能である。なお、以降の説明においては、先の説明における「リモート基地局」及び「中継局」を区別しない場合は「無線モジュール」と呼ぶことにする。
In general, the channel information of the forward link and the backward link in the reverse direction do not match. This is because the combination of the high-power amplifier on the transmission side and the low-noise amplifier on the reception side used in the forward link is different from the combination of the high-power amplifier on the transmission side and the low-noise amplifier on the reception side used in the backward link. This is because the complex phase and amplitude differ between the information and the channel information of the backward link.
However, by performing a conversion process (calibration process), which will be described later, it is possible to estimate conversion of the forward link information from the backward link channel information. In the following description, when the “remote base station” and the “relay station” in the above description are not distinguished, they are referred to as “wireless modules”.

図4(A)は、直接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、直接的な方法では、チャネル情報を推定開始する(ステップS901)と、各無線モジュールから端末装置宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する(ステップS902)。
端末装置は、各無線モジュールから送信された無線パケットを受信し、受信した無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する(ステップS903)。端末装置では、このチャネル推定結果を「制御情報収容用の無線パケット」に収容し、無線モジュールに送信する(ステップS904)。
無線モジュールは、端末装置が送信した「制御情報収容用の無線パケット」を受信し、チャネル情報を取得する(ステップS905)。更に、無線モジュールは、受信したチャネル情報をメモリに保存し、チャネル情報に関するデータベースを構築し(ステップS906)、処理を終了する(ステップS907)。
FIG. 4A is a flowchart showing the processing of the direct method. As shown in the figure, in the direct method, when channel information estimation is started (step S901), a radio packet including a channel estimation preamble signal and the like is transmitted from each radio module to the terminal device (step S902). ).
The terminal apparatus receives the wireless packet transmitted from each wireless module, and performs channel estimation using a preamble signal or the like included in the received wireless packet (step S903). In the terminal device, this channel estimation result is accommodated in a “radio packet for accommodating control information” and transmitted to the radio module (step S904).
The wireless module receives the “radio packet for accommodating control information” transmitted from the terminal device, and acquires channel information (step S905). Further, the wireless module stores the received channel information in a memory, constructs a database related to the channel information (step S906), and ends the process (step S907).

図4(B)は、間接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、間接的な方法では、チャネル情報を推定開始する(ステップS908)と、端末装置から無線モジュール宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する(ステップS909)。
無線モジュールは、端末装置から送信された無線パケットを受信し、無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する(ステップS910)。無線モジュールは、このバックワードリンクにおけるチャネル情報の推定結果に、換算処理を施し、フォワードリンク側のチャネル情報を取得する(ステップS911)。
FIG. 4B is a flowchart showing processing of an indirect method. As shown in the figure, in the indirect method, when channel information estimation is started (step S908), a radio packet including a preamble signal for channel estimation is transmitted from the terminal device to the radio module (step S909). .
The wireless module receives a wireless packet transmitted from the terminal device, and performs channel estimation using a preamble signal included in the wireless packet (step S910). The wireless module performs conversion processing on the estimation result of the channel information in the backward link, and acquires the channel information on the forward link side (step S911).

バックワードリンクにおけるチャネル情報からフォワードリンクにおけるチャネル情報を算出する換算処理は、フォワードリンクにおけるハイパワーアンプと、バックワードリンクにおけるローノイズアンプとの相違を補正する係数を用いることにより実施することが可能である。具体的には、バックワードリンクにおけるチャネル情報に、ハイパワーアンプとローノイズアンプとの相違を補正する係数を乗算することによって、ステップS911における変換処理を実施することができる。
更に、無線モジュールは、端末装置から受信したバックワードリンクにおけるチャネル情報と、変換処理により得られたフォワードリンクにおけるチャネル情報とをメモリに保存し、チャネル情報を記憶するデータベースを構築し(ステップS912)、処理を終了する(ステップS913)。
The conversion process for calculating the channel information in the forward link from the channel information in the backward link can be performed by using a coefficient that corrects the difference between the high power amplifier in the forward link and the low noise amplifier in the backward link. is there. Specifically, the conversion process in step S911 can be performed by multiplying the channel information in the backward link by a coefficient for correcting the difference between the high power amplifier and the low noise amplifier.
Further, the radio module stores the channel information in the backward link received from the terminal device and the channel information in the forward link obtained by the conversion process in a memory, and constructs a database for storing the channel information (step S912). The process is terminated (step S913).

このようにしてチャネル情報を事前に取得しておき、一般的には実際に通信を行う際にこのチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。なお、チャネル情報は時間とともに変動するため、状況に応じて例えば周期的に更新することが一般的である。また、上記の中でチャネル情報をデータベース化して保存するのは、無線モジュール以外のその他の制御局等で行っても構わない。   In this way, the channel information is acquired in advance, and generally the transmission weight is calculated based on this channel information when actually communicating. In addition, since channel information changes with time, it is common to update periodically according to a situation, for example. Further, in the above, the channel information may be stored as a database in a control station other than the wireless module.

また、分散アンテナシステムを例にとれば、この送信ウエイト算出処理は各無線モジュールで個別に行うのではなく、制御局において集中制御的に一括処理を行うことが一般的である。特に、マルチユーザMIMOにより複数の端末装置と同時に同一周波数チャネルで通信を行う際には、全てのチャネル情報を用いなければ送信ウエイトを算出することはできない。ただし、マルチユーザMIMOではなく、1台の端末装置との間での1対1通信を行う場合に限定すれば、チャネル情報から得られる伝送路上での複素位相の回転をキャンセルする送信ウエイト(つまり、全ての無線モジュールでチャネル情報と送信ウエイトを乗算すると複素位相が定数となる)を利用可能であるので、無線モジュールで個別に処理をすることも可能である。   Taking a distributed antenna system as an example, this transmission weight calculation processing is generally not performed individually by each wireless module, but is collectively performed by a control station in a centralized manner. In particular, when communication is performed on the same frequency channel simultaneously with a plurality of terminal devices by multiuser MIMO, the transmission weight cannot be calculated unless all channel information is used. However, if the transmission is limited to one-to-one communication with one terminal device instead of multi-user MIMO, a transmission weight that cancels the rotation of the complex phase on the transmission path obtained from the channel information (that is, Since the complex phase becomes a constant when the channel information and the transmission weight are multiplied in all the wireless modules, it is possible to perform processing individually in the wireless modules.

なお、ここではOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式及びSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization:周波数領域等化シングルキャリア伝送)方式を用いる場合を例にとり説明を行う。なお、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式は、物理レイヤにおける処理は基本的にOFDM変調方式を利用しているため、下記の説明ではOFDMとOFDMAは同等の方式として扱うことにする。   Here, a description will be given taking as an example the case of using an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation scheme and an SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization) scheme. In the OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) method, processing in the physical layer basically uses the OFDM modulation method, and therefore the following description treats OFDM and OFDMA as equivalent methods. I will decide.

[フェーズドアレーアンテナ技術について]
なお、コヒーレント伝送と類似の技術として、多数のアンテナ素子を用いたフェーズドアレーアンテナ技術がある(例えば、非特許文献3)。
図5は、フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。同図には、5つのアンテナ素子961−1〜961−5が、互いに間隔dを隔てて直線状に配置されているフェーズドアレーアンテナが示されている。フェーズドアレーアンテナにおいてアンテナ素子961−1〜961−5の配列方向に対して角度θ方向の指向性を形成する場合、その方向に対してアンテナ素子961−1〜961−5ごとの経路長差がdCosθであることを考慮して、同位相合成するように各アンテナ素子961−1〜961−5を用いて送受信する信号それぞれに対して調整を行えばよい。
[Phased array antenna technology]
As a technique similar to coherent transmission, there is a phased array antenna technique using many antenna elements (for example, Non-Patent Document 3).
FIG. 5 is a diagram showing the principle of the phased array antenna. The figure shows a phased array antenna in which five antenna elements 961-1 to 961-5 are linearly arranged with a distance d therebetween. In the phased array antenna, when the directivity in the angle θ direction is formed with respect to the arrangement direction of the antenna elements 961-1 to 961-5, there is a difference in path length for each antenna element 961-1 to 961-5 with respect to the direction. In consideration of dCosθ, adjustment may be made to each of the signals transmitted and received using each of the antenna elements 961-1 to 961-5 so as to perform in-phase synthesis.

ここで、送受信する信号の波長がλである場合、隣接するアンテナ素子961−1〜961−5間で((2πdCosθ)/λ)ずつ位相をずらした信号を出力することにより、角度θ方向に対して指向性を形成することができる。この位相差((2πdCosθ)/λ)は、送受信する信号にアナログ的に移相器を用いて与えてもよいし、デジタル信号処理において与えてもよい。
フェーズドアレーアンテナでは、このようにして、所定の角度方向に対するアンテナ利得を稼ぐことができる。なお、一般には、指向性利得が最大となるメインローブ方向の周りに細かな利得のうねりを示すサブローブが生じるため、その影響を低減しメインローブを安定的に運用するために、アンテナ素子961−1〜961−5の間隔dをλ/2以下にする。
Here, when the wavelength of a signal to be transmitted / received is λ, a signal whose phase is shifted by ((2πdCosθ) / λ) between adjacent antenna elements 961-1 to 961-5 is output in the direction of the angle θ. A directivity can be formed. This phase difference ((2πdCosθ) / λ) may be given to a signal to be transmitted / received in an analog manner using a phase shifter or may be given in digital signal processing.
In the phased array antenna, the antenna gain with respect to a predetermined angle direction can be obtained in this way. In general, since a sublobe showing a fine wave of undulation is generated around the main lobe direction in which the directivity gain is maximized, in order to reduce the influence and stably operate the main lobe, the antenna element 961- The interval d between 1 and 961-5 is set to λ / 2 or less.

ただし、波長λに対しアンテナ素子961−1〜961−5間隔が短くなるにつれ、アンテナ素子961−1〜961−5同士の素子間結合や様々な要因により、単純な同位相合成の場合に比べ大幅に利得は低減する。この場合、個々のアンテナ素子961−1〜961−5から送受信される信号は、送受信点において独立な波として振幅を単純に加算できる波動と異なり、あたかも多数のアンテナ素子961−1〜961−5全体で一つの仮想的なアンテナ素子を構成し、その仮想的なアンテナ素子から一つの信号(波動)を送信するといった振る舞いとなる。この点で、単純な同位相合成が成り立つコヒーレント伝送とは異なる現象と見ることができる。   However, as the distance between the antenna elements 961-1 to 961-5 is shortened with respect to the wavelength λ, the antenna elements 961-1 to 961-5 are coupled to each other and various factors, compared with the case of simple in-phase synthesis. The gain is greatly reduced. In this case, the signals transmitted and received from the individual antenna elements 961-1 to 961-5 are different from the waves that can simply add the amplitudes as independent waves at the transmission and reception points, as if many antenna elements 961-1 to 961-5. As a whole, one virtual antenna element is configured, and one signal (wave) is transmitted from the virtual antenna element. In this respect, it can be regarded as a phenomenon different from coherent transmission in which simple in-phase synthesis is realized.

[マルチユーザMIMO技術について]
(マルチユーザMIMOの概要)
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局装置でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献4にて検討されているマルチユーザMIMO技術について説明をする。
[About multi-user MIMO technology]
(Outline of multi-user MIMO)
Coherent transmission and phased array antenna technology are basically technologies that improve channel gain, and in order to increase the channel capacity when covering a wide service area with one base station device, another wireless communication Technology is required. On the other hand, since frequency resources are limited, here, for example, a multi-user MIMO technique studied in Non-Patent Document 4 will be described as a technique for using limited resources with high frequency utilization efficiency.

図6は、マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザMIMOシステムは、基地局装置801と、端末装置802−1、802−2、802−3(端末装置#1〜#3)とを具備している。実際に一つの基地局装置801が収容する端末装置802の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し(同図では端末装置802−1〜802−3)、通信を行う。各端末装置802は、基地局装置801と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。例えば、基地局装置801から端末装置802への通信(ダウンリンク)を行う場合について説明する。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a multi-user MIMO system. As shown in the figure, the multi-user MIMO system includes a base station device 801 and terminal devices 802-1, 802-2, and 802-3 (terminal devices # 1 to # 3). There are actually a large number of terminal devices 802 accommodated in one base station device 801, but several of these are selected (terminal devices 802-1 to 802-3 in the figure) to perform communication. Each terminal device 802 generally has a smaller number of transmission / reception antennas than the base station device 801. For example, a case where communication (downlink) from the base station apparatus 801 to the terminal apparatus 802 will be described.

基地局装置801は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置802−1〜803に対してそれぞれ3つのMIMOチャネルを割り当て、全体として9系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置802−1に対して送信する信号は、端末装置802−2及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末装置802−2及び端末装置802−3への干渉を抑制する。同様に、端末装置802−2に対して送信する信号は、端末装置802−1及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置802−3にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置802−1においては、端末装置802−2及び端末装置802−3で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置802間での協調的な受信処理ができない。つまり、3本しかない端末装置802−1のみの受信処理において、9系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末装置802−1〜802−3には他の端末装置802の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。   Base station apparatus 801 forms a plurality of directional beams using a large number of antenna elements. For example, consider a case where three MIMO channels are allocated to each of the terminal devices 802-1 to 803 and nine signal sequences are transmitted as a whole. At that time, the signal transmitted to the terminal device 802-1 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3. As a result, the terminal device 802 2 and the terminal device 802-3. Similarly, the signal transmitted to the terminal device 802-2 is adjusted so that the directivity gain becomes extremely low in the direction of the terminal device 802-1 and the terminal device 802-3. The same processing is performed on the terminal device 802-3. The reason for performing the directivity control in this way is that, for example, in the terminal device 802-1, there is no way of knowing information of signals received by the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3. A cooperative reception process is not possible. That is, in the reception process of only the terminal device 802-1 having only three, it is very strict to separate all nine signal sequences. Therefore, interference separation is performed in advance on the transmission side so that each terminal device 802-1 to 802-3 does not receive signals from other terminal devices 802.

以上が既存のマルチユーザMIMOシステムの概要である。次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置801が9つのアンテナ素子を備え、各端末装置802−1〜802−3が3つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図6において、基地局装置801の第j(j=1,…,9)のアンテナ素子と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子との間のチャネル情報をh1jと表記する。基地局装置801の各アンテナ素子(j=1,…,9)と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルhを(h11,h12,h13,…,h18,h19)と表記する。同様に、基地局装置801の第jのアンテナ素子と、端末装置802−1の第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子との間のチャネル情報をh2j及びh3jと表記し、対応する行ベクトルh及びhを(h21,h22,h23,…,h28,h29)及び(h31,h32,h33,…,h38,h39)と表記する。端末装置802−2及び端末装置802−3のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルh〜hを(h41,h42,h43,…,h48,h49)〜(h91,h92,h93,…,h98,h99)と表記する。 The above is the outline of the existing multi-user MIMO system. Next, a method for forming a directional beam will be described below. Here, a case will be described in which base station apparatus 801 includes nine antenna elements, and each terminal apparatus 802-1 to 802-3 includes three antenna elements. For example, in FIG. 6, channel information between the j-th (j = 1,..., 9) antenna element of the base station apparatus 801 and the first antenna element of the terminal apparatus 802-1 is denoted as h 1j . . Each antenna element of the base station apparatus 801 (j = 1, ..., 9) and, the first row vectors h 1 using the channel information of the antenna element (h 11 of the terminal apparatus 802-1, h 12, h 13 ,..., H 18 , h 19 ). Similarly, channel information between the j-th antenna element of the base station apparatus 801 and the second antenna element and the third antenna element of the terminal apparatus 802-1 is denoted as h 2j and h 3j and corresponds. The row vectors h 2 and h 3 are denoted as (h 21 , h 22 , h 23 ,..., H 28 , h 29 ) and (h 31 , h 32 , h 33 ,..., H 38 , h 39 ). Pretend similar serial number to the antenna elements of the terminal apparatus 802-2 and the terminal device 802-3, the row vector h 4 ~h 9 (h 41, h 42, h 43, ..., h 48, h 49) To (h 91 , h 92 , h 93 ,..., H 98 , h 99 ).

加えて、基地局装置801が送信する9系統の信号をt〜tと表記し、これを成分とする列ベクトルをTx[all]=(t,t,t,…,t,tと表記する。ここで、右肩のTの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末装置802−1〜80−3の9本のアンテナ素子での受信信号をr〜rと表記し、これを成分とする列ベクトルをRx[all]=(r,r,r,…,r,rと表記する。最後に、行ベクトルh〜hを第1から第9行成分とする行列を、全体チャネル情報行列H[all]と表記する。
この場合、マルチユーザMIMOシステム全体として、次式(1)の関係が成り立つ。
In addition, nine systems of signals transmitted by the base station apparatus 801 are expressed as t 1 to t 9 , and a column vector having these components as T x [all] = (t 1 , t 2 , t 3 ,..., T 8 , t 9 ) T Here, the letter T on the right shoulder indicates transposition of a vector or a matrix. Similarly, received signals at the nine antenna elements of the terminal devices 802-1 to 80-3 are denoted as r 1 to r 9 , and a column vector having these components as components Rx [all] = (r 1 , r 2 , r 3 ,..., r 8 , r 9 ) T Finally, a matrix having the row vectors h 1 to h 9 as the first to ninth row components is denoted as an overall channel information matrix H [all] .
In this case, the relationship of the following formula (1) is established for the entire multiuser MIMO system.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

これに対し送信指向性制御を行うため、9行9列の送信ウエイト行列Wを導入し、式(1)を次式(2)のように書き換える。   On the other hand, in order to perform transmission directivity control, a transmission weight matrix W of 9 rows and 9 columns is introduced, and the equation (1) is rewritten as the following equation (2).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

更に、送信ウエイト行列Wを列ベクトルw〜wに分解し、W=(w,w,w,…,w,w)と表記すると、式(2)における「H[all]・W」を次式(3)のように表せる。 Furthermore, the transmission weight matrix W is decomposed into column vectors w 1 ~w 9, W = ( w 1, w 2, w 3, ..., w 8, w 9) If the denoted "H in the formula (2) [ all] · W ”can be expressed as the following equation (3).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、例えば6つの行ベクトルh〜hと、3つの列ベクトルw〜wとの乗算(各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる)が全てゼロになるように、w〜wの値を選ぶことを考える。同時に、行ベクトルh〜h及びh〜hと列ベクトルw〜wとの乗算、行ベクトルh〜hと列ベクトルw〜wとの乗算が全てゼロになるように、w〜wの値を選ぶことにする。
すると、式(3)に示す9行9列の行列H[all]・Wは、3行3列の部分行列を用いて、次式(4)のように表すことができる。
Here, for example, the multiplication of the six row vectors h 4 to h 9 and the three column vectors w 1 to w 3 (the sum of the multiplication of each component, which differs from the inner product in the case of a complex vector) is all zero Consider that the values of w 1 to w 3 are selected. At the same time, the multiplication of the row vector h 1 to h 3 and h 7 to h 9 column vector w 4 to w 6, multiplication becomes all zero row vector h 1 to h 6 column vector w 7 to w 9 Thus, the values of w 4 to w 9 are selected.
Then, the 9 × 9 matrix H [all] · W shown in Equation (3) can be expressed as the following Equation (4) using a 3 × 3 partial matrix.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(4)において、H[1]、H[2]、及びH[3]は3行3列の行列であり、「0」は成分が全てゼロの3行3列の行列である。このような条件を満たす変換行列を送信ウエイト行列Wに選択することで、式(4)は次式(5−1)〜式(5−3)で表される3つの関係式に分解できる。 In Equation (4), H [1] , H [2] , and H [3] are 3-by-3 matrices, and “0” is a 3-by-3 matrix with all components zero. By selecting a transformation matrix that satisfies such conditions as the transmission weight matrix W, the equation (4) can be decomposed into three relational expressions represented by the following equations (5-1) to (5-3).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、Tx[1]=(t,t,t、Tx[2]=(t,t,t、Tx[3]=(t,t,t、Rx[1]=(r,r,r、Rx[2]=(r,r,r、Rx[3]=(r,r,rとした。このようにして、一つの基地局装置が1対1でMIMO通信を行う、いわゆるシングルユーザMIMO通信が3系統、同時並行的に通信を行っている状態とみなすことができるようになる。 Here, Tx [1] = (t 1, t 2, t 3) T, Tx [2] = (t 4, t 5, t 6) T, Tx [3] = (t 7, t 8, t 9) T, Rx [1] = (r 1, r 2, r 3) T, Rx [2] = (r 4, r 5, r 6) T, Rx [3] = (r 7, r 8, r 9 ) T In this way, it can be considered that one base station apparatus performs MIMO communication on a one-to-one basis, that is, so-called single-user MIMO communication is communicating in three systems simultaneously in parallel.

次に、送信ウエイトベクトルw〜wの決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw〜wを決定し、順次、端末装置802−2に対する送信ウエイトベクトルw〜w、端末装置802−3に対する送信ウエイトベクトルw〜wを決定する。
まず、第1ステップとして、端末装置802−2、802−3に対する6つの行ベクトルh〜hが張る6次元部分空間における6つの基底ベクトルe〜eを求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
まず、一つの行ベクトルhに着目し、この方向で絶対値が1のベクトルを基底ベクトルeとする。基底ベクトルeは次式(6)として表される。
Next, an example of a method for determining the transmission weight vectors w 1 to w 9 will be described below. As a procedure, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are determined, and transmission weight vectors w 4 to w 6 for the terminal device 802-2 and transmission weight vectors w 7 for the terminal device 802-3 are sequentially set. to determine the ~w 9.
First, as a first step, six basis vectors e 4 to e 9 in a six-dimensional subspace spanned by six row vectors h 4 to h 9 for the terminal devices 802-2 and 802-3 are obtained. There are various methods other than the Gram Schmidt orthogonalization method. The Gram Schmidt orthogonalization method will be described as an example here.
First, paying attention to one row vector h 4 , a vector having an absolute value of 1 in this direction is set as a base vector e 4 . The basis vector e 4 is expressed as the following equation (6).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(6)における(h )は同一ベクトルの絶対値の2乗を意味するスカラー量であり、この値の平方根での除算は行ベクトルhを規格化することを意味する。また、「h 」は、行ベクトルhに対するエルミート共役ベクトルであり、行と列を転置し且つ各成分の複素共役を取ることで得られるベクトルである。
次に、行ベクトルhに着目し、この行ベクトルの中から基底ベクトルe方向の成分をキャンセルした行ベクトルh’を求めた後、更に規格化する。行ベクトルh’と基底ベクトルeとは、次式(7−1)及び式(7−2)で表される。
( H 4 h 4 H ) in Equation (6) is a scalar quantity that means the square of the absolute value of the same vector, and division by the square root of this value means normalization of the row vector h 4 . “H 4 H ” is a Hermitian conjugate vector for the row vector h 4 , and is a vector obtained by transposing the row and column and taking the complex conjugate of each component.
Next, focusing on the row vector h 5, after obtaining the row vector h 5 'canceling the basis vectors e 4 direction component from among the row vectors further normalized. The row vector h 5 ′ and the basis vector e 5 are expressed by the following expressions (7-1) and (7-2).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(7−1)における(h )は、行ベクトルhの基底ベクトルe方向への射影を意味する。同様の処理を次式(8−1)及び次式(8−2)のように行う。 ( H 5 e 4 H ) in Equation (7-1) means the projection of the row vector h 5 in the direction of the base vector e 4 . The same processing is performed as in the following equation (8-1) and the following equation (8-2).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、式(8−1)におけるΣの総和の範囲は、4≦i≦(j−1)(jは5〜9の整数)の整数iに対する総和となっている。つまり、既に確定した規定ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。このようにして、6つの基底ベクトルe〜eを求めることができる。
次に、第2ステップとして、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw〜wを求める。まず、行ベクトルh〜hから、基底ベクトルe〜eが張る6次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には、次式(9)で表される。
Here, the range of the summation of Σ in the equation (8-1) is the summation for the integer i of 4 ≦ i ≦ (j−1) (j is an integer of 5 to 9). That is, it means that the component in the defined vector direction that has already been determined is canceled. In this way, six basis vectors e 4 to e 9 can be obtained.
Next, as a second step, transmission weight vectors w 1 to w 3 for the terminal device 802-1 are obtained. First, the components of the 6-dimensional subspace spanned by the base vectors e 4 to e 9 are canceled from the row vectors h 1 to h 3 . Specifically, it is represented by the following formula (9).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、式(9)におけるjは1〜3の整数であり、Σの総和の範囲は4≦i≦9の整数iに対する総和となっている。このようにして求めた行ベクトルh’〜h’の3つのベクトルが張る3次元空間は上述の行ベクトルh〜hのいずれとも直交している。この3次元空間内の3つのベクトル(必ずしも直交ベクトルである必然性はない)を選び、そのベクトルの複素共役ベクトルを送信ウエイトベクトルw〜wとして設定すれば、他の端末装置802−2、802−3への干渉を抑圧することができる。
なお、3つのベクトルの選び方は如何なる方法でも構わないが、例えば特異値分解を行って得られるユニタリー行列を構成する3つの直交ベクトルを用いれば、他の端末装置802に干渉を与えない部分空間内に限定された固有モード伝送が可能になり、効率的な伝送が可能になる。
Here, j in the formula (9) is an integer of 1 to 3, and the range of the sum of Σ is the sum for the integer i of 4 ≦ i ≦ 9. The three-dimensional space spanned by the three vectors of the row vectors h 1 ′ to h 3 ′ thus obtained is orthogonal to any of the above-described row vectors h 4 to h 9 . If three vectors in this three-dimensional space (not necessarily an orthogonal vector) are selected and the complex conjugate vector of the vector is set as transmission weight vectors w 1 to w 3 , another terminal device 802-2, Interference with 802-3 can be suppressed.
Note that any method may be used for selecting the three vectors. For example, if three orthogonal vectors that form a unitary matrix obtained by performing singular value decomposition are used, the sub-spaces that do not interfere with other terminal devices 802 are used. The eigenmode transmission limited to 1 is possible, and efficient transmission becomes possible.

最後に、第3ステップとして、これと同様の処理を端末装置802−2、端末装置802−3に対しても行えば、最終的に全体の送信ウエイトベクトルw〜wを求めることができる。
以上が送信ウエイト行列Wの求め方である。
Finally, as a third step, if the same processing is performed for the terminal device 802-2 and the terminal device 802-3, finally the entire transmission weight vectors w 1 to w 9 can be obtained. .
The above is how to obtain the transmission weight matrix W.

図7は、マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順を示すフローチャートである。まず、送信ウエイト行列Wの算出にあたり、全ての端末装置802へのチャネル情報行列Hを取得する(ステップS801)。宛先とする端末装置802に対して通し番号を付与し、その通し番号を示す変数をkとした場合、まずkを初期化する(ステップS802)。更に、kをカウントアップし(ステップS803)、現在のkが示す値に対応する端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報(ここでは便宜上、Hmainと表記する。)を抽出し(ステップS804)、それ以外の宛先の端末装置802に対する部分チャネル情報行列(ここでは便宜上、Hsubと表記する。)を抽出する(ステップS805)。 FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for calculating the transmission weight matrix W in the multiuser MIMO system. First, in calculating the transmission weight matrix W, channel information matrices H for all the terminal devices 802 are acquired (step S801). When a serial number is assigned to the destination terminal device 802 and the variable indicating the serial number is k, k is first initialized (step S802). Further, k is counted up (step S803), and partial channel information (herein expressed as H main for convenience) corresponding to the terminal device 802 (# 1) corresponding to the current value indicated by k is extracted (step S804). ), And a partial channel information matrix (indicated here as H sub for convenience) for the other terminal device 802 is extracted (step S805).

更に、部分チャネル行列Hsubの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{e}と置く(ステップS806)。次に、式(9)に相当する処理として、着目している端末装置802(#1)に対する部分チャネル情報行列HmainからステップS806において求めた基底ベクトル{e}に関する成分をキャンセルし、これを行列〜Hmainとする(ステップS807)。ここで、ステップS807において、「〜(チルダ)」が上に付されたHを「〜H」と表記する。以下、数式等においても同様に、「^(ハット)」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。 Further, an orthogonal basis vector of a subspace spanned by each row vector of the partial channel matrix H sub is calculated, and this is set as a basis vector {e j } (step S806). Next, as processing corresponding to Equation (9), the component related to the basis vector {e j } obtained in step S806 from the partial channel information matrix H main for the terminal device 802 (# 1) of interest is canceled, Is a matrix to H main (step S807). Here, in step S807, H with “˜ (tilde)” added thereto is denoted as “˜H”. Hereinafter, similarly, in a mathematical expression or the like, when a character such as “^ (hat)” is written on the character, the symbol is written before the character.

更に、行列〜Hmainの行ベクトルが張る部分空間の任意の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{e}とする(ステップS808)。ここで、任意の基底ベクトルとは、例えば行列〜Hmainを特異値分解した際の右特異行列を構成するベクトルなどを選んでもよい。その後、基底ベクトル{e}の各ベクトルのエルミート共役ベクトル(複素共役ベクトルを転置した列ベクトル)として、端末装置802(#1)の信号に関する送信ウエイトベクトル{w}を決定する(ステップS809)。 Further, an arbitrary orthogonal basis vector of the subspace spanned by the row vectors of the matrix to H main is calculated, and this is set as the basis vector {e i } (step S808). Here, as the arbitrary base vector, for example, a vector constituting the right singular matrix when the matrix ~ H main is subjected to singular value decomposition may be selected. Thereafter, a transmission weight vector {w j } relating to the signal of the terminal device 802 (# 1) is determined as a Hermitian conjugate vector (a column vector obtained by transposing the complex conjugate vector) of each vector of the basis vector {e i } (step S809). ).

ここで、全ての宛先の端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みか否かを判定し(ステップS810)、残りの端末装置802があれば、ステップS803からステップS809までの処理を繰り返す。全ての端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル{w}を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Wを決定し(ステップS811)、処理を終了する。
なお、チャネル情報は一般的には周波数成分ごとに異なるため、広帯域の信号、例えばOFDM変調方式を用いた信号であれば、周波数成分ごと、すなわちサブキャリアごとに同様の送信ウエイトを算出することになる。またここでは、端末装置802−1〜802−3がそれぞれアンテナを3素子ずつ備えている場合を例に取り説明したため、ステップS808にて〜Hmainの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出する処理を含んでいたが、端末装置が1本のアンテナのみを備える場合には、ステップS808は単に〜Hmainに相当する行ベクトルを規格化することに対応する。
Here, it is determined whether or not the transmission weight vectors of all destination terminal devices 802 have been determined (step S810), and if there are remaining terminal devices 802, the processing from step S803 to step S809 is repeated. If the transmission weight vectors of all the terminal devices 802 have been determined, the transmission weight matrix W is determined as a matrix having the transmission weight vector {w j } as each column vector (step S811), and the process ends.
Since channel information generally differs for each frequency component, if a wideband signal, for example, a signal using the OFDM modulation method, a similar transmission weight is calculated for each frequency component, that is, for each subcarrier. Become. Here also, since the terminal device 802-1~802-3 has taken explain if provided by three elements of the antenna each example, the orthogonal basis vectors of the subspace spanned by each row vector of the to H main step S808 In the case where the terminal device includes only one antenna, the step S808 simply corresponds to normalizing a row vector corresponding to ~ H main .

(マルチユーザMIMOの装置構成例)
図8は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、送信部81、受信部85、インタフェース回路87、MAC層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。MAC層処理回路88はスケジューリング処理回路881を有している。
基地局装置80は、インタフェース回路87を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路87は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路88に出力する。MAC層処理回路88は、基地局装置80全体の動作の管理制御を行う通信制御回路820の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路87で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路881は、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。
マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に出力される。
(Multi-user MIMO device configuration example)
FIG. 8 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the base station apparatus 80 includes a transmission unit 81, a reception unit 85, an interface circuit 87, a MAC layer processing circuit 88, and a communication control circuit 820. The MAC layer processing circuit 88 has a scheduling processing circuit 881.
The base station apparatus 80 inputs / outputs data to / from an external device or network via the interface circuit 87. The interface circuit 87 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 88. The MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 820 that performs management control of the operation of the entire base station apparatus 80. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion of data input / output by the interface circuit 87 and data transmitted / received on the wireless line, addition of header information of the MAC layer, and the like. In this process, the scheduling processing circuit 881 performs various scheduling processes including a combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing in multiuser MIMO transmission. The scheduling processing circuit 881 outputs the scheduling result to the communication control circuit 820.
In multi-user MIMO, signals are transmitted to a plurality of terminal devices at a time, so that a plurality of signal sequences are output from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81.

図9は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−L(Lは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−K(Kは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−Kと、D/A(Digigal / Analogue:デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−Kと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−Kと、フィルタ817−1〜817−Kと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−Kと、アンテナ素子819−1〜819−Kと、送信ウエイト処理部830とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−Lと、送信ウエイト処理部830とは、図8において示した通信制御回路820に接続されている。
送信ウエイト処理部830は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路832と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路833とを備えている。
ここで、同図における送信信号処理回路811−1〜811−Lの添え字のLは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−Kからアンテナ素子819−1〜819−Kまでの回路の添え字のKは、基地局装置80が備えるアンテナ系統数を表す。
FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the transmission unit 81 in the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the transmission unit 81 includes transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L (L is an integer of 2 or more) and addition synthesis circuits 812-1 to 812-K (K is an integer of 2 or more). ), IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval) assigning circuits 813-1 to 813 -K, and a D / A (Digigal / Analogue) converter 814- 1-814-K, local oscillator 815, mixers 816-1 to 816-K, filters 817-1 to 817-K, high power amplifiers (HPA) 818-1 to 818-K, and antenna element 819 -1 to 819-K and a transmission weight processing unit 830. The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L and the transmission weight processing unit 830 are connected to the communication control circuit 820 shown in FIG.
The transmission weight processing unit 830 includes a channel information acquisition circuit 831, a channel information storage circuit 832, and a multiuser MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 833.
Here, the subscript L of the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L in FIG. The subscript K of the circuits from the adder / synthesizer circuit 812-1 to 812-K to the antenna elements 819-1 to 819-K represents the number of antenna systems provided in the base station apparatus 80.

マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−Lに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先の端末装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#L)がMAC層処理回路88から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号は周波数成分ごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号に周波数成分ごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−Kに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路812−1〜812−Kに入力される。   In multi-user MIMO, in order to transmit signals to a plurality of terminal devices at a time, a plurality of signal sequences are input from the MAC layer processing circuit 88 to the transmission unit 81, and the input plurality of signal sequences are transmitted signal processing. Input to the circuits 811-1 to 811-L. The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L, when data to be transmitted to each destination terminal device (data input # 1 to #L) are input from the MAC layer processing circuit 88, wireless transmission is performed via a wireless line. A packet is generated and modulated. Here, for example, if the OFDM modulation method is used, the signal of each signal series is subjected to modulation processing for each frequency component. Further, the baseband signal subjected to modulation processing is multiplied by a transmission weight for each frequency component. The signal multiplied by the transmission weight corresponding to each of the antenna elements 819-1 to 819 -K is subjected to the remaining signal processing as necessary, and is added and synthesized as a sampling signal of the transmission signal in the baseband 812-1. 812-K.

加算合成回路812−1〜812−Kに入力された信号は、周波数成分ごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−Kごとに、D/A変換器814−1〜814−Kでデジタル・サンプリングデータからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−Kで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−Kで帯域外の周波数成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−Kで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−Kより送信される。   The signals input to the adder / synthesizers 812-1 to 812-K are synthesized for each frequency component. The synthesized signal is converted from a signal on the frequency axis into a signal on the time axis by IFFT & GI adding circuits 83-1 to 813-K, and further, a guard interval is inserted or between OFDM symbols (block for SC-FDE). (Between transmission blocks) is processed, and for each antenna element 819-1 to 819-K, a D / A converter 814-1 to 814-K converts a digital sampling data into a baseband analog signal. Is converted to Further, each analog signal is multiplied by the local oscillation signal input from the local oscillator 815 by the mixers 816-1 to 816-K and up-converted to a radio frequency signal. Here, since the signal is included in the frequency component outside the band of the channel to be transmitted in the up-converted signal, the frequency component outside the band is removed by the filters 817-1 to 817-K, and the electrical signal to be transmitted is transmitted. A typical signal. The generated signals are amplified by the high power amplifiers 818-1 to 818 -K and transmitted from the antenna elements 819-1 to 819 -K.

なお、図9では、各周波数成分の信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−Kで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路811−1〜811−Lにてこれらの処理を行い、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−Lにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理をさす。
なお、送信信号処理回路811−1〜811−Lで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部830に備えられているマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833より取得する。送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831で別途チャネル情報を取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路832に記憶する。信号の送信時にマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−Lに出力する。
また、宛先局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部830に対し、通信制御回路820は宛先局等を示す情報を出力する。
In FIG. 9, after adding and synthesizing the signals of the respective frequency components by the adding and synthesizing circuits 812-1 to 812-K, processing such as IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like is performed. The signal processing circuits 811-1 to 811-L may perform these processes, and the IFFT & GI giving circuits 83-1 to 813-K may be omitted. In this case, the remaining signal processing as necessary after transmission weight multiplication in the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L refers to IFFT processing, insertion of guard intervals, waveform shaping, and the like.
Note that the transmission weights multiplied by the transmission signal processing circuits 811-1 to 811 -L are acquired from the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 provided in the transmission weight processing unit 830 during signal transmission processing. In the transmission weight processing unit 830, channel information is separately acquired by the channel information acquisition circuit 831 and stored in the channel information storage circuit 832 while being updated sequentially. At the time of signal transmission, the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 reads channel information corresponding to the destination station from the channel information storage circuit 832 and calculates a transmission weight based on the read channel information. Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 833 outputs the calculated transmission weight to transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L.
Further, the communication control circuit 820 manages control related to the entire communication such as management of the destination station and overall timing control. The communication control circuit 820 outputs information indicating the destination station and the like to the transmission weight processing unit 830 that performs signal processing related to the calculation of the transmission weight described above.

図10は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、アンテナ素子851−1〜851−Kと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−Kと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Kと、フィルタ855−1〜855−Kと、A/D(Analogue / Digital:アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−Kと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−Kと、受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とを備えている。受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とは、図8において示した通信制御回路820に接続されている。
受信ウエイト処理部860は、チャネル情報推定回路861と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路862とを備えている。
FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating an example of the configuration of the reception unit 85 in the base station apparatus 80 in the multiuser MIMO system. As shown in the figure, the base station apparatus 80 includes antenna elements 851-1 to 851-K, low noise amplifiers (LNA) 852-1 to 852-K, a local oscillator 853, and mixers 854-1 to 854-. K, filters 855-1 to 855-K, A / D (analogue / digital) analog converters 856-1 to 856-K, and FFT (Fast Fourier Transform) circuit 857-1 ˜857-K, reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L, and a reception weight processing unit 860. Reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L and reception weight processing unit 860 are connected to communication control circuit 820 shown in FIG. 8.
Reception weight processing section 860 includes channel information estimation circuit 861 and multiuser MIMO (MU-MIMO) reception weight calculation circuit 862.

アンテナ素子851−1〜851−Kで受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−Kで増幅する。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−Kで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の周波数成分も含まれるため、フィルタ855−1〜855−Kで帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−Kでデジタル・ベースバンド信号に変換される。デジタル・ベースバンド信号は全てFFT回路857−1〜857−Kに入力され、所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各周波数成分の信号に分離)する。この各周波数成分に分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−Lに入力されるとともに、チャネル情報推定回路861にも入力される。   Signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are amplified by the low noise amplifiers 852-1 to 852-K. The amplified signal and the local oscillation signal output from the local oscillator 853 are multiplied by mixers 854-1 to 854-K, and the amplified signal is down-converted from a radio frequency signal to a baseband signal. Since the down-converted signal includes frequency components outside the frequency band to be received, the out-of-band components are removed by the filters 855-1 to 855-K. The signal from which the out-of-band component is removed is converted into a digital baseband signal by the A / D converters 856-1 to 856-K. All digital baseband signals are input to FFT circuits 857-1 to 857 -K, and signals on the time axis are converted into signals on the frequency axis (separated into signals of each frequency component) at a predetermined symbol timing. The signals separated into the frequency components are input to the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L and also input to the channel information estimation circuit 861.

チャネル情報推定回路861では、各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末装置のアンテナ素子と、基地局装置80の各アンテナ素子851−1〜851−Kとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862では、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトを周波数成分ごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路858−1〜858−Lそれぞれに入力される。   In the channel information estimation circuit 861, the antenna element of each terminal device and the base station device 80 based on a known signal for channel estimation separated into each frequency component (such as a preamble signal added to the head of the radio packet). Channel information between each of the antenna elements 851-1 to 851-K is estimated for each frequency component, and the estimation result is output to the multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862. Multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862 calculates reception weights to be multiplied for each frequency component based on the input channel information. At this time, reception weights for synthesizing signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are different for each signal series, and reception signal processing circuits 858-1 to 858-L corresponding to the signal series to be extracted. Input to each.

受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、FFT回路857−1〜847−Kから入力された周波数成分ごとの信号に対し、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を周波数成分ごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−Lは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路88に出力する。
ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、MAC層処理回路88は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路87に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。MAC層処理回路88にて処理された受信データは、インタフェース回路87を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
また、送信元の端末装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部860に対し、通信制御回路820から送信元の端末装置等を示す情報が入力される。
In the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L, the signal for each frequency component input from the FFT circuits 857-1 to 847 -K is multiplied by the reception weight input from the multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862. Then, the signals received by the antenna elements 851-1 to 851-K are added and synthesized for each frequency component. The reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L perform demodulation processing on the added and combined signals and output the reproduced data to the MAC layer processing circuit 88.
Here, different received signal processing circuits 858-1 to 858 -L perform signal processing of different signal sequences. The MAC layer processing circuit 88 performs processing related to the MAC layer (for example, conversion between data input / output to / from the interface circuit 87 and data transmitted / received on the wireless line, termination of header information of the MAC layer, etc.). Do. In this process, the scheduling processing circuit 881 performs various scheduling processes including a combination of terminal apparatuses that simultaneously perform spatial multiplexing in multiuser MIMO transmission, and outputs a scheduling result to the communication control circuit 820. The received data processed by the MAC layer processing circuit 88 is output to an external device or network via the interface circuit 87.
In addition, the communication control circuit 820 manages control related to overall communication such as management of a transmission source terminal device and overall timing control. In addition, information indicating a transmission source terminal device or the like is input from the communication control circuit 820 to the reception weight processing unit 860 that performs signal processing related to the calculation of the reception weight.

なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算は周波数成分ごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−Kから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−KでFFTを行い各周波数成分に分離し、分離した周波数成分ごとに、チャネル情報推定回路861での信号処理、及び、受信信号処理回路858−1〜858−Lでの受信信号処理が実施されることになる。   As for signal reception, as in the case of transmission, in the wideband system using the OFDM modulation scheme or SC-FDE scheme, the above-described reception weight multiplication is performed for each frequency component. That is, the signals output from the A / D converters 856-1 to 856-K are subjected to FFT in the FFT circuits 857-1 to 857-K and separated into frequency components, and channel information is obtained for each separated frequency component. The signal processing in the estimation circuit 861 and the reception signal processing in the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L are performed.

(マルチユーザMIMOの送信処理)
図11は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。マルチユーザMIMOでは、データの送信とは別に行うダウンリンクのチャネル情報のフィードバックが定期的になされている。チャネル情報取得回路831はダウンリンクにおけるチャネル情報を取得すると(ステップS831)、端末装置ごとに各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832に記憶させる(ステップS832)。ステップS831及びステップS832の処理は、逐次行われる。
(Multi-user MIMO transmission processing)
FIG. 11 is a flowchart showing a transmission process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. In multi-user MIMO, feedback of downlink channel information, which is performed separately from data transmission, is periodically performed. When the channel information acquisition circuit 831 acquires channel information in the downlink (step S831), the channel information storage circuit 832 stores the channel information of each frequency component for each terminal device (step S832). The processes in step S831 and step S832 are performed sequentially.

基地局装置80からの信号送信処理が開始されると(ステップS821)、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先である端末装置に対応する各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出す(ステップS822)。
マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、読み出したチャネル情報を基に、先に示した処理によりマルチユーザMIMO用の送信ウエイトを周波数成分ごとに算出する(ステップS823)。ステップS822及びステップS823の処理とは別に、送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先ごとの送信すべきデータに対し、各種変調処理等の送信信号処理により、宛先局ごとに各周波数成分の送信信号を生成する(ステップS824)。
When signal transmission processing from the base station apparatus 80 is started (step S821), the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 obtains channel information of each frequency component corresponding to the terminal apparatus that is the destination from the channel information storage circuit 832. Read (step S822).
Based on the read channel information, the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 calculates a transmission weight for multiuser MIMO for each frequency component by the processing described above (step S823). Separately from the processing of step S822 and step S823, the transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L perform each frequency for each destination station by performing transmission signal processing such as various modulation processing on the data to be transmitted for each destination. A component transmission signal is generated (step S824).

送信信号処理回路811−1〜811−Lは、生成した送信信号に、ステップS823においてマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833が算出した送信ウエイトを乗算する(ステップS825)。また、送信信号処理回路811−1〜811−Lは一連の信号処理を施し、加算合成回路812−1〜812−Lはアンテナ素子819−1〜819−Lごとに各周波数成分の各端末装置宛の送信信号に対する加算合成を行い、更にIFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理を行い、D/A変換器814−1〜814−Kに出力する(ステップS826−1〜S826−K)。IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kから出力された信号は、D/A変換器814−1〜814−Kからハイパワーアンプ818−1〜818−Kにおける信号処理が施され、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれから送信され(ステップS827−1〜S827−K)、処理を終了する(ステップS828−1〜S828−K)。   The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L multiply the generated transmission signal by the transmission weight calculated by the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 833 in step S823 (step S825). The transmission signal processing circuits 811-1 to 811-L perform a series of signal processing, and the adder / synthesizing circuits 812-1 to 812-L each terminal device of each frequency component for each of the antenna elements 819-1 to 819-L. Addition synthesis is performed on the transmission signal addressed to the signal, and the IFFT & GI adding circuits 83-1 to 813-K convert the signal on the frequency axis to the signal on the time axis, and further insert a guard interval or between OFDM symbols (SC- If it is FDE, it performs processing such as waveform shaping between the blocks in the block transmission) and outputs it to the D / A converters 814-1 to 814-K (steps S826-1 to S826-K). The signals output from the IFFT & GI adding circuits 813-1 to 813 -K are subjected to signal processing in the high power amplifiers 818-1 to 818 -K from the D / A converters 814-1 to 814 -K, and the antenna element 819. -1 to 819-K (steps S827-1 to S827-K), and the process ends (steps S828-1 to S828-K).

なお、ステップS827−1〜S827−Kにおける処理は、ベースバンド信号から無線周波数へのアップコンバート処理、フィルタによる帯域が周波数成分の除去、ハイパワーアンプによる信号の増幅などを含む。   Note that the processing in steps S827-1 to S827-K includes up-conversion processing from a baseband signal to a radio frequency, removal of frequency components of a band by a filter, signal amplification by a high power amplifier, and the like.

(マルチユーザMIMOの受信処理)
図12は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。まず、受信処理を開始すると(ステップS840)、第1から第Kのアンテナ素子851−1〜851−Kにて信号を受信する(ステップS841−1〜S841−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。以降の信号処理は、デジタル化された受信信号に対する処理を意味する。
続いて、各アンテナ素子851−1〜851−Kに対応する受信信号に対し、FFT回路857−1〜857−Kによる各周波数成分への分離等の信号処理を行う(ステップS841−1〜S842−K)。更に、チャネル情報推定回路861は、無線パケットに付与されていた既知のパターンのプリアンブル信号の受信状態より、各周波数成分のチャネル推定を実施する(ステップS843−1〜S843−K)。ここで、伝搬路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握する。このステップS843−1〜S843−Kで行うチャネル推定では、ステップS843−1、S843−2、・・・、S843−Kを個別に示した通り、空間多重される信号系列ごとに個別にチャネル推定を行う必要がある。この個別のチャネル推定とは、送信元の端末装置それぞれから送信された信号を分離可能な状態で行う必要がある。OFDM変調方式を例に取れば、一般的には空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用のプリアンブル信号が必要となる。各端末装置は空間多重数と同数のシンボル数(ないしはそれ以上)で且つそれぞれが異なるパターンのプリアンブル信号を付与して信号送信を行い、基地局装置80はそのパターンの違いを利用して、ステップS843−1〜S843−Kにて個別のチャネル推定を行うことになる。
(Multi-user MIMO reception processing)
FIG. 12 is a flowchart showing reception processing of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. First, when reception processing is started (step S840), signals are received by the first to Kth antenna elements 851-1 to 851-K (steps S841-1 to S841-K). Here, reception includes processing for performing analog / digital conversion on a received signal or a signal obtained by down-converting the received signal. Subsequent signal processing means processing on a digitized received signal.
Subsequently, the received signals corresponding to the antenna elements 851-1 to 851-K are subjected to signal processing such as separation into frequency components by the FFT circuits 857-1 to 857-K (steps S841-1 to S842). -K). Furthermore, the channel information estimation circuit 861 performs channel estimation of each frequency component based on the reception state of the preamble signal having a known pattern attached to the wireless packet (steps S843-1 to S843-K). Here, the attenuation of the signal on the propagation path and the rotation state of the complex phase are grasped. In the channel estimation performed in steps S843-1 to S843-K, channel estimation is performed individually for each spatially multiplexed signal sequence, as shown in steps S843-1, S843-2,. Need to do. This individual channel estimation needs to be performed in a state in which the signals transmitted from the respective transmission source terminal devices can be separated. Taking the OFDM modulation method as an example, generally, a preamble signal for channel estimation having the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required. Each terminal apparatus performs signal transmission with the same number of symbols as the number of spatial multiplexing (or more) and assigns a different pattern of preamble signals, and the base station apparatus 80 uses the difference in pattern to perform step transmission. Individual channel estimation is performed in S843-1 to S843-K.

マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862は、チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報を用いて、空間多重された信号系列ごと及び周波数成分ごとに個別の適切な受信ウエイトを算出する(ステップS844)。更に、受信信号処理回路858−1〜858−Lは、信号系列ごと及び周波数成分ごとに算出された受信ウエイトを、周波数成分ごとに分離された各アンテナ素子の受信信号に乗算する(ステップS845−1〜S845−K)。
ここで、受信ウエイトは、空間多重された信号系列ごとに用意されているため、ステップS845−1〜845−Lにおける乗算結果は、空間多重された信号系列ごとに別々の結果となる。それぞれの信号系列の信号は、各アンテナ素子851−1〜851−Kの信号が周波数成分ごとに加算合成され(ステップS846−1〜S846−L)、合成された信号系列に対して、第1信号系列の信号処理(ステップS847−1)から第L信号系列の信号処理(ステップS847−L)までの処理が行われ、処理を終了する(ステップS848−1〜S848−L)。
The multiuser MIMO reception weight calculation circuit 862 uses the channel information estimated by the channel information estimation circuit 861 to calculate individual appropriate reception weights for each spatially multiplexed signal sequence and each frequency component (step S844). Further, the reception signal processing circuits 858-1 to 858 -L multiply the reception signal calculated for each signal series and each frequency component by the reception signal of each antenna element separated for each frequency component (step S <b> 845-). 1-S845-K).
Here, since reception weights are prepared for each spatially multiplexed signal sequence, the multiplication results in steps S845-1 to 845-L are different results for each spatially multiplexed signal sequence. The signals of the respective signal sequences are obtained by adding and synthesizing the signals of the antenna elements 851-1 to 851-K for each frequency component (steps S846-1 to S846-L). Processing from signal sequence signal processing (step S847-1) to signal processing of the Lth signal sequence (step S847-L) is performed, and the processing ends (steps S848-1 to S848-L).

なお、ここでは簡単のために線形の受信ウエイトを用いる場合の例を示したが、一般にはMIMOに関してはMLD(Maximum Likelihood Detection)等の非線形の信号処理を行うようにしてもよい。この場合、ステップS845−1〜S845−L、ステップS846−1〜S846−L、及びステップS847−1〜S847−Lにおける処理は、一体として非線形の信号検出処理が行われることになる。また、線形の受信ウエイトの算出に関しては、図7に示した送信ウエイトの算出処理と同様の手法で算出することが可能である。その他にも、擬似逆行列を利用した受信ウエイトや、MMSEウエイトを利用することも可能である。また、ここでは、受信に用いるアンテナ素子851−1〜851−Kの数Kに対し、空間多重された信号系列数がLとして説明をしたが、一般的にはKとLとは一致する必要はなく、Lの値がKの値以下であれば多数の信号系列の信号を空間多重することができる。   Here, for the sake of simplicity, an example in which a linear reception weight is used is shown, but in general, nonlinear signal processing such as MLD (Maximum Likelihood Detection) may be performed for MIMO. In this case, the processes in steps S845-1 to S845-L, steps S846-1 to S846-L, and steps S847-1 to S847-L are integrally performed with nonlinear signal detection processing. Further, the linear reception weight can be calculated by a method similar to the transmission weight calculation process shown in FIG. In addition, it is also possible to use a reception weight using a pseudo inverse matrix or an MMSE weight. Here, the number of spatially multiplexed signal sequences is described as L for the number K of antenna elements 851-1 to 851-K used for reception, but in general, K and L need to match. If the value of L is equal to or less than the value of K, a number of signal series signals can be spatially multiplexed.

以上説明を行ったが、マルチユーザMIMOの典型的な特徴は、アップリンクにおける基地局装置80での受信処理において送信側と受信側との間のチャネル情報を基に、受信の都度、受信ウエイトを算出する点(ステップS844)、及び、ダウンリンクにおける送信処理において最新のチャネル情報を読み出し(ステップS822)、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する点(ステップS823)にある。つまり、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、送信ないし受信の都度行う点にある。これは、チャネルの時変動に起因したものであり、良好なチャネル推定精度を得るためには周期的にチャネル情報のフィードバック処理をする必要がある。チャネルのフィードバック周期を短く設定するに従い、チャネルフィードバックのための制御情報の送受信が必要になりオーバーヘッドは増大する。更に、基地局装置80において空間多重された信号を受信する際には複数の端末装置のチャネル推定をそれぞれ個別に行う必要があり、そのために所望の数の直交したプリアンブルが必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要であり、空間多重数の増大に従ってそのオーバーヘッドも増大する。   As described above, a typical feature of multi-user MIMO is that, in the reception processing in the base station apparatus 80 in the uplink, the reception weight is set for each reception based on the channel information between the transmission side and the reception side. And the latest channel information in the downlink transmission process is read (step S822), and the transmission weight is calculated based on the read channel information (step S823). In other words, the transmission weight and the reception weight are calculated every time transmission or reception is performed. This is due to channel time variation, and in order to obtain good channel estimation accuracy, it is necessary to periodically perform feedback processing of channel information. As the channel feedback period is set shorter, transmission / reception of control information for channel feedback becomes necessary and the overhead increases. Furthermore, when the base station apparatus 80 receives a spatially multiplexed signal, it is necessary to individually perform channel estimation for a plurality of terminal apparatuses, and thus a desired number of orthogonal preambles are required. In general, it is preferable that the preamble signal patterns themselves are orthogonal, but if such a pattern cannot be set, overhead of the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required, and the number of spatial multiplexing increases. Accordingly, the overhead also increases.

[実際のシステムに求められる要求条件]
上述したコヒーレント伝送及び分散アンテナシステムでは、チャネル情報が送信側で既知である必要がある。そのため、実際のシステムでは、以下の要求条件をクリアする必要がある。
[Requirements for actual system]
In the coherent transmission and distributed antenna system described above, the channel information needs to be known on the transmission side. Therefore, in an actual system, it is necessary to clear the following requirements.

(要求条件1)
例えば、100局の無線モジュールを利用して20[dB]の回線利得を稼ぐ場合について考える。通信において、20[dB]の回線利得改善を前提として無線通信装置等の回路を設計するため、一つの無線モジュールと端末装置との間のチャネル推定を行う際には、通信時に比べて20[dB]劣化した環境でチャネル推定を行わなければならない。例えば、実際の通信における所要SNRが10[dB]であったとすると、チャネル推定はSNRが−10[dB]という雑音が支配的な環境で実施しなければならない。しかし、このような雑音が支配的な環境では、推定した極めて不確かなチャネル情報から送信ウエイトを求めても同位相合成を実現することはできない。
(Requirement 1)
For example, consider a case where a line gain of 20 [dB] is gained using a radio module of 100 stations. In communication, since a circuit such as a wireless communication device is designed on the assumption that the line gain is improved by 20 [dB], when performing channel estimation between one wireless module and a terminal device, 20 [ dB] Channel estimation must be performed in a degraded environment. For example, if the required SNR in actual communication is 10 [dB], channel estimation must be performed in a noise-dominated environment with an SNR of −10 [dB]. However, in such an environment where noise is dominant, even if the transmission weight is obtained from the estimated extremely uncertain channel information, in-phase synthesis cannot be realized.

なお、分散アンテナシステムは、図3に示したように、複数のセルがオーバーラップする領域に存在する端末装置を想定している。すなわち、分散アンテナシステムで送受信に関与するリモート基地局は地理的に端末装置に比較的近接する数局のみであり、その結果低SNRとはならず、そもそも上述のチャネル推定精度の問題は発生していなかった。また、複数の中継局を利用したコヒーレント伝送が記載されている非特許文献1では、その「まとめ」の章においても記載があるように、チャネル情報の推定法を含む各種制御の達成方法についてはこの文献内で「あえて言及しないこと」を明言している。すなわち、著者は現時点ではコヒーレント伝送の実現は困難であるとの認識であり、非特許文献1ではこれらの数々の課題を解決できさえすれば有益な効果が得られる可能性があるという主張を行っていると推察される。このように従来技術では、コヒーレント伝送に必要な超低SNR領域でのチャネル情報のフィードバックを行うための方法が確立されていない。したがって、実際のシステムではこれらの技術が確立されることが求められる。   Note that the distributed antenna system is assumed to be a terminal device that exists in a region where a plurality of cells overlap as shown in FIG. That is, only a few remote base stations that are involved in transmission / reception in a distributed antenna system are geographically relatively close to the terminal device. As a result, the SNR does not become low, and the above-mentioned channel estimation accuracy problem occurs in the first place. It wasn't. Further, in Non-Patent Document 1 in which coherent transmission using a plurality of relay stations is described, as described in the chapter “Summary”, various control achievement methods including channel information estimation methods are described. In this document, it is clearly stated that “don't mention it”. In other words, the author recognizes that it is difficult to realize coherent transmission at present, and Non-Patent Document 1 makes a claim that there is a possibility that a beneficial effect can be obtained if these various problems can be solved. It is inferred that Thus, in the prior art, a method for performing feedback of channel information in an ultra-low SNR region necessary for coherent transmission has not been established. Therefore, it is required that these technologies be established in an actual system.

(要求条件2)
都市部のように自動車の往来が常に絶えない環境を想定すると、チャネルの状況は時間とともに変動する。仮にチャネル推定精度が所望のレベルにありチャネルのフィードバックが可能な場合であっても、チャネルのフィードバックに要するオーバーヘッドによる伝送効率の低下を考慮すれば、チャネルをフィードバックする周期は比較的長めに設定する必要があり、この結果、実際の送受信時刻よりも過去のチャネル情報を基にした送受信ウエイトを利用することになる。しかし、チャネルの時変動により最適な送受信ウエイトは変化するため、期待する回線利得は得られないことがあり、通信が不安定化してしまうという問題がある。したがって、実際のシステムでは、このチャネル時変動に対する対策技術の確立が求められている。
(Requirement 2)
Assuming an environment where there is no constant traffic such as in urban areas, the channel conditions change over time. Even if the channel estimation accuracy is at a desired level and channel feedback is possible, the channel feedback period should be set relatively long, considering the decrease in transmission efficiency due to the overhead required for channel feedback. As a result, a transmission / reception weight based on channel information past the actual transmission / reception time is used. However, since the optimum transmission / reception weight changes due to channel fluctuations, the expected line gain may not be obtained, and communication may become unstable. Therefore, in an actual system, establishment of a countermeasure technique for this channel time variation is required.

以上説明したように、複数の無線モジュール又は複数のアンテナ素子を介したコヒーレント伝送を行うためには、上記の「受信電力が低い環境ではチャネル情報の精度が低くなることに対する対策」(要求条件1)、「チャネルの時変動に起因して通信が不安定化してしまうことに対する対策」(要求条件2)に関する技術を確立し、受信側としての端末装置において同位相で信号が合成されるように、各無線モジュール又は各アンテナ素子から送信する信号を調整するための新たな技術が求められることになる。また、送信側と同様に、各無線モジュール又は各アンテナ素子で受信した信号に対する受信信号処理においても、全く同様の要求条件が存在する。   As described above, in order to perform coherent transmission via a plurality of wireless modules or a plurality of antenna elements, the above-mentioned “measures for reducing accuracy of channel information in an environment where reception power is low” (requirement condition 1 ), “Technique for countermeasures against communication destabilization due to channel fluctuation” (Requirement 2) so that signals are synthesized in the same phase in the terminal device as the receiving side Therefore, a new technique for adjusting a signal transmitted from each wireless module or each antenna element is required. Similar to the transmission side, there are exactly the same requirements in the received signal processing for signals received by each wireless module or each antenna element.

(要求条件3)
上記の要求条件をクリアできる状況であったとしても、20[dB]などの高い回線利得を稼ぐことが可能である場合、非常に広域のエリアを一括してサービスエリアとすることができるようになるため、広域のエリア内に位置する多数の端末装置で周波数資源を共用しなければならない。エリアが広くなり周波数資源を共用する端末装置数が増えると、1台の端末装置あたりのスループットが結果的に低下する。端末装置あたりのスループットを所定の値以上にするには、システム全体におけるスループットを高める必要がある。しかし、周波数資源は限られているため、通信に利用する周波数帯域を広げることはできない。つまり、周波数利用効率を高めることで、1台の端末装置あたりのスループットを向上させる必要がある。つまり、この様な環境での利用におけるシステムの大容量化技術の確立が求められる。
(Requirement 3)
Even if the above requirements can be cleared, if a high line gain such as 20 [dB] can be obtained, a very wide area can be collectively set as a service area. Therefore, frequency resources must be shared by many terminal devices located in a wide area. As the area becomes wider and the number of terminal devices sharing frequency resources increases, the throughput per terminal device is consequently reduced. In order to increase the throughput per terminal device to a predetermined value or more, it is necessary to increase the throughput of the entire system. However, since frequency resources are limited, the frequency band used for communication cannot be expanded. In other words, it is necessary to improve the throughput per terminal device by increasing the frequency utilization efficiency. In other words, it is necessary to establish a technology for increasing the capacity of the system in such an environment.

更に、マルチユーザMIMO伝送で超多数の信号を空間多重する場合には、少なくともアップリンクにおいて、空間多重した信号を分離した上で、受信側で個別のパスのチャネル推定が必要となる。このようなチャネル推定を行うためには、少なくとも空間多重数の直交したプリアンブル信号が必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要となる。これはMACレイヤの効率を低下させることとなり、周波数利用効率を低くしてしまうことになる。つまり、(要求条件3)に対する従来の対策技術では、新たな課題を生むことになっている。したがって、実際のシステムでは、現実的な演算負荷で、且つチャネルフィードバックやチャネル推定用のプリアンブルなどを含めたオーバーヘッドによるMACレイヤの効率の低下を抑えて、大幅なスループットの増大のための高次の空間多重を効果的に実現することが求められている。   Further, when a very large number of signals are spatially multiplexed by multi-user MIMO transmission, it is necessary to separate the spatially multiplexed signals at least in the uplink and then perform channel estimation of individual paths on the receiving side. In order to perform such channel estimation, at least spatially multiplexed number of orthogonal preamble signals are required. In general, it is preferable that the preamble signal patterns themselves are orthogonal, but if such a pattern cannot be set, an overhead of the same number of symbols as the number of spatial multiplexing is required. This lowers the efficiency of the MAC layer and lowers the frequency utilization efficiency. That is, the conventional countermeasure technique for (Requirement 3) creates a new problem. Therefore, in an actual system, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the MAC layer due to a realistic calculation load and overhead including channel feedback, a preamble for channel estimation, etc. There is a need to effectively implement spatial multiplexing.

原晋介他、「コヒーレント送信による消費電力の削減」、電子情報通信学会ソサイエティ大会BS−3−1、2009年9月Yusuke Hara et al., "Reduction of power consumption by coherent transmission", IEICE Society Conference BS-3-1, September 2009 松田大輝他、「最大比送信を用いる分散アンテナシステムのチャネル容量に関する一検討」、信学技法RCS2007−196、pp.61−66、2008年2月Daiki Matsuda et al., “A Study on Channel Capacity of Distributed Antenna System Using Maximum Ratio Transmission”, IEICE RCS2007-196, pp. 61-66, February 2008 築地武彦著、「電波・アンテナ工学入門」、総合電子出版社、pp.166−168、2002年3月Takehiko Tsukiji, “Introduction to Radio and Antenna Engineering”, General Electronic Publishing Company, pp. 166-168, March 2002 鷹取泰司他、「次世代高速無線アクセスシステムへの下りリンクマルチユーザMIMO技術の適用」電子情報通信学会論文誌 B、通信 J93−B(9)、 pp1127−1139、2010年09月Taiji Takatori et al., "Application of downlink multi-user MIMO technology to next-generation high-speed wireless access systems" IEICE Transactions B, Communication J93-B (9), pp 1127-1139, September 2010

上述したように、(要求条件3)に対してはマルチユーザMIMO技術が有効であるが、大幅なスループットの増大のためには空間多重数を膨大にする必要があり、このために様々な要求条件が新たに生じる。
例えば、超多数(例えば、100本)のアンテナ素子を用いたマルチユーザMIMO伝送では、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出において、「総送信アンテナ素子数」×「総受信アンテナ素子数」の行列を扱うことになり、この行列のサイズの増加に合わせてデータの送受信ごとに求められる送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に対する影響が大きくなる。一般に、逆行列算出や特異値分解等の演算処理量(具体的には、回路として構成する際に加算回路に比べて乗算回路は回路規模が大きくなるため、乗算回数ないし除算回数を基準として評価される)は、行列サイズの3乗に比例して増加するといわれている。机上検討や一部の実験レベルでの検討を除けば、現在の技術水準ではマルチユーザMIMOによる空間多重数は4多重程度が上限だと考えられており、その場合のアンテナ素子数も4〜6本程度である。この一般的に想定されるマルチユーザMIMOに用いられるアンテナ素子数に対して1桁以上多いアンテナ素子の数を用いる場合、要求される演算量は1000倍以上になってしまう。また、一般的なモバイル環境であればチャネル時変動が無視できず、データの送受信ごとに送信ウエイト又は受信ウエイトを算出する必要があるので、逐次、演算負荷による影響は著しく大きくなる。すなわち、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に要する時間が長くなり、空間多重化を効率よく行うことが困難になってしまうという問題がある。
As described above, the multi-user MIMO technique is effective for (Requirement 3). However, in order to significantly increase the throughput, it is necessary to increase the number of spatial multiplexing. A new condition arises.
For example, in multi-user MIMO transmission using an extremely large number (for example, 100) of antenna elements, a matrix of “total number of transmission antenna elements” × “total number of reception antenna elements” is used in calculation of transmission weights and reception weights. In other words, the influence on the calculation of the transmission weight and the reception weight required for each data transmission / reception increases as the matrix size increases. In general, the amount of calculation processing such as inverse matrix calculation and singular value decomposition (specifically, because the circuit scale of a multiplication circuit is larger than that of an addition circuit when it is configured as a circuit, evaluation is based on the number of multiplications or divisions. Is said to increase in proportion to the cube of the matrix size. Except for desk studies and some experimental studies, the current technology level is considered to have an upper limit of about 4 multiplexing for multiuser MIMO, and the number of antenna elements in that case is also 4-6. It is about a book. When the number of antenna elements that is one digit or more larger than the number of antenna elements used in this generally assumed multi-user MIMO is used, the required amount of calculation becomes 1000 times or more. Further, in a general mobile environment, channel time fluctuation cannot be ignored, and it is necessary to calculate a transmission weight or a reception weight every time data is transmitted / received. That is, there is a problem in that it takes a long time to calculate the transmission weight and the reception weight, and it is difficult to efficiently perform spatial multiplexing.

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、基地局装置で多数のアンテナ素子を用いて高次の空間多重を実施する際に、安定した通信を行いつつ周波数利用効率を向上させることができる基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and improves frequency use efficiency while performing stable communication when performing high-order spatial multiplexing using a large number of antenna elements in a base station apparatus. The present invention provides a base station apparatus, a wireless communication method, and a wireless communication system.

上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得部と、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、前記受信ウエイト算出部が算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出部と、前記受信信号補正情報算出部が算出した受信信号補正情報を記憶する受信信号補正情報記憶部と、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部から読み出した前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理部と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正部と、を備え、前記受信信号処理部は、前記受信信号補正部が補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出することを特徴とする基地局装置である。   In order to solve the above problem, the present invention comprises a base station apparatus having a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses that perform radio communication with the base station apparatus, and the base station apparatus and at least two of the above-mentioned base station apparatuses A base station apparatus in a radio communication system capable of performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component with a terminal apparatus, wherein the terminal apparatus performs spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component Channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device for each of the terminal devices An uplink channel information acquisition unit to acquire, and each frequency component for each terminal device acquired by the uplink channel information acquisition unit. A reception weight calculation unit that calculates reception weights for spatial multiplexing transmission at each frequency component for each of the plurality of antenna elements based on channel information in the uplink or a physical quantity calculated from the channel information, and the reception Reception signal correction based on the reception weight storage unit that stores the reception weight calculated by the weight calculation unit, the reception weight calculated by the reception weight calculation unit, and the channel information acquired by the uplink channel information acquisition unit A reception signal correction information calculation unit that calculates information; a reception signal correction information storage unit that stores reception signal correction information calculated by the reception signal correction information calculation unit; and for each antenna element, the antenna element The received signal received from the terminal device is separated for each frequency component, and the separated frequency component Is multiplied by the reception weight of each frequency component corresponding to the terminal device read from the reception weight storage unit, and the multiplied signals are added and synthesized across all or some of the antenna elements. A received signal processing unit that acquires the obtained summed composite signal for each frequency component, and an added composite signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal device that performs spatial multiplexing transmission on the same frequency component at the same time A reception signal correction unit that performs correction based on the reception signal correction information stored in the reception signal correction information storage unit, and the reception signal processing unit uses the signal corrected by the reception signal correction unit. A base station apparatus that detects a transmitted signal.

また、上記に記載の発明において、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と自装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるアップリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhUiとし、該チャネル情報ベクトルに対応した受信ウエイトベクトルをwUiとした際に、前記受信信号補正部において、前記受信信号補正情報とは、第iの前記端末装置に対応する2つのベクトルの積wの逆数を成分とする行列WUd −1と、第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記受信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−wUiUj/wUiUiを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得する加算合成信号を成分とする信号ベクトルをRxとおくと、第0次の初期ベクトルδRx(0)は次式(A)で与えられ、

Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(B)で与えられ、
Figure 0005729833
式(B)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδRx(0)からベクトルδRx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記受信信号処理部に出力することを特徴とする。 In the invention described above, the i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i) is connected to the terminal device of N (N is a positive integer) station that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time. Is a channel information vector in the uplink configured by channel information in the predetermined frequency component between the antenna element and the plurality of antenna elements included in the device, and h Ui is a reception weight vector corresponding to the channel information vector W Ui in the received signal correction unit, the received signal correction information is a matrix W Ud whose component is the reciprocal of a product w i h i of two vectors corresponding to the i th terminal device. −1 , j (1 ≦ j ≦ N, i ≠ j, j is an integer) and the channel information vector and the reception weight vector corresponding to the i-th terminal device. The value given by the calculation -w Ui h Uj / w Ui h Ui is the (i, j) component and the diagonal component (i = j) is a matrix ΔW U given by all zeros. Assuming that a signal vector whose component is an additive composite signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal device that simultaneously performs spatial multiplexing in frequency components is Rx, the 0th-order initial vector δRx (0) is Given in (A),
Figure 0005729833
The recurrence formula between the kth order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (B):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α-order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Formula (B), the vector sum from vector δRx ( 0) to vector δRx (α) is calculated. The calculated vector is output to the received signal processing unit as a signal for each corrected frequency component.

また、上記に記載の発明において、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と自装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるアップリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhUiとし、該チャネル情報ベクトルに対応した受信ウエイトベクトルをwUiとした際に、前記受信信号補正部において、前記受信信号補正情報とは、第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記受信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−wUiUjを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得する加算合成信号を成分とする信号ベクトルをRxとおくと、第0次の初期ベクトルδRx(0)は次式(C)で与えられ、

Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(D)で与えられ、
Figure 0005729833
式(D)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδRx(0)からベクトルδRx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記受信信号処理部に出力し、前記第i端末装置に関して前記受信ウエイト算出部にて算出されるある周波数成分の受信ウエイトwUiは次式(E)で与えられる
Figure 0005729833
ことを特徴とする。 In the invention described above, the i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i) is connected to the terminal device of N (N is a positive integer) station that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time. Is a channel information vector in the uplink configured by channel information in the predetermined frequency component between the antenna element and the plurality of antenna elements included in the device, and h Ui is a reception weight vector corresponding to the channel information vector the upon a w Ui, in the received signal correction unit, and the reception signal correction information, the j (1 ≦ j ≦ N, i ≠ j, j is an integer) corresponding to the terminal device and the i in all the channel information vector and the value given by the vector operation of receiving weight vector -w Ui h Uj a second (i, j) component and to and diagonal components (i = j) is zero A Erareru matrix [Delta] W U, placing the signal vector to the additive synthesis signals the reception signal processing unit corresponding to the terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time to get the ingredients and Rx, The zeroth-order initial vector δRx (0) is given by the following equation (C):
Figure 0005729833
The recurrence formula between the k th order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (D):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α-order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Formula (D), the vector sum from vector δRx ( 0) to vector δRx (α) is calculated. The calculated vector is output to the reception signal processing unit as a signal for each corrected frequency component, and the reception weight w Ui of a certain frequency component calculated by the reception weight calculation unit with respect to the i-th terminal device is Given by equation (E)
Figure 0005729833
It is characterized by that.

また、上記に記載の発明において、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子と前記端末装置との間のアップリンクにおけるチャネル情報からダウンリンクにおけるチャネル情報を算出する際に用いるキャリブレーション係数を周波数成分ごとに記憶しているキャリブレーション係数記憶部と、前記アップリンクチャネル情報取得部が前記端末装置ごとに算出した前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報それぞれに、前記アンテナ素子及び周波数成分の組み合わせに対応するキャリブレーション係数を乗じてダウンリンクにおけるチャネル情報を算出するダウンリンクチャネル情報算出部と、前記ダウンリンクチャネル情報算出部が算出したダウンリンクにおける前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分のチャネル情報から、前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分の空間多重伝送のための送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、前記送信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する送信ウエイト記憶部と、前記送信ウエイト算出部が算出した前記送信ウエイトと、前記ダウンリンクチャネル情報算出部が算出したチャネル情報とに基づいて、送信信号補正情報を算出する送信信号補正情報算出部と、前記送信信号補正情報算出部が算出した送信信号補正情報を記憶する送信信号補正情報記憶部と、データの送信先として選択された前記端末装置ごとに、該端末装置に送信する送信信号を生成して周波数成分ごとの信号に分離する送信信号処理部と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号を、前記送信信号補正情報記憶部が記憶する送信信号補正情報に基づいて補正する送信信号補正部と、を更に備え、前記送信信号処理部は、データの送信先となる前記端末装置に対応した各周波数成分の前記送信ウエイトを前記送信ウエイト記憶部から読み出し、読み出したく周波数成分の送信ウエイトを前記送信信号補正部が補正した周波数成分ごとの信号に対し乗じて複数の前記アンテナ素子から送信することを特徴とする。   In the above-described invention, for each antenna element, a calibration coefficient used for calculating downlink channel information from uplink channel information between the antenna element and the terminal device is calculated for each frequency component. And each of the channel information in the uplink of each frequency component for each of the antenna elements calculated by the uplink channel information acquisition unit by the uplink channel information acquisition unit. A downlink channel information calculation unit that calculates the channel information in the downlink by multiplying the calibration coefficient corresponding to the combination of, and each of the antenna elements in the downlink calculated by the downlink channel information calculation unit. A transmission weight calculation unit for calculating a transmission weight for spatial multiplexing transmission of each frequency component for each of the antenna elements, and a transmission weight for storing the reception weight calculated by the transmission weight calculation unit A transmission signal correction information calculation unit that calculates transmission signal correction information based on the storage unit, the transmission weight calculated by the transmission weight calculation unit, and the channel information calculated by the downlink channel information calculation unit; A transmission signal correction information storage unit for storing transmission signal correction information calculated by the transmission signal correction information calculation unit, and a transmission signal to be transmitted to the terminal device for each of the terminal devices selected as data transmission destinations. Performs spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component with the transmission signal processing unit that separates the signal for each frequency component A transmission signal correction unit that corrects a signal for each frequency component separated by the transmission signal processing unit corresponding to the terminal device based on transmission signal correction information stored in the transmission signal correction information storage unit, The transmission signal processing unit reads the transmission weight of each frequency component corresponding to the terminal device that is a data transmission destination from the transmission weight storage unit, and the transmission signal correction unit corrects the transmission weight of the frequency component to be read. The signal for each frequency component is multiplied and transmitted from the plurality of antenna elements.

また、上記に記載の発明において、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と該基地局装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhDi、該チャネル情報ベクトルに対応した送信ウエイトベクトルをwDiとした際に、前記送信信号補正部において、前記送信信号補正情報とは、第jの前記端末装置に対応する第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記送信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−hDiDj/hDiDiを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号を成分とする信号ベクトルをTxとおくと、第0次の初期ベクトルδTx(0)は次式(F)で与えられ、

Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(G)で与えられ、
Figure 0005729833
式(G)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδTx(0)からベクトルδTx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記送信信号処理部に出力することを特徴とする。 In the invention described above, the i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i) is connected to the terminal device of N (N is a positive integer) station that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time. Is a channel information vector in the downlink composed of channel information in the predetermined frequency component between the antenna element and the plurality of antenna elements included in the base station apparatus, h Di , and a transmission weight corresponding to the channel information vector When the vector is wDi , in the transmission signal correction unit, the transmission signal correction information is the jth corresponding to the jth terminal device (1 ≦ j ≦ N, i ≠ j, j is an integer). And a value −h Di w Dj / h Di w Di given by the vector operation of the channel information vector and the transmission weight vector corresponding to the i th terminal device ( i, j) component and to and diagonal components (i = j) is a matrix [Delta] W D all given by zero, the transmission signal processing corresponding to the terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time If a signal vector whose component is a signal for each frequency component separated by the part is denoted by Tx, the 0th-order initial vector δTx (0) is given by the following equation (F):
Figure 0005729833
The recurrence formula between the k th order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (G):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Expression (G), the vector sum from the vector δTx ( 0) to the vector δTx (α) is calculated. The calculated vector is output to the transmission signal processing unit as a signal for each corrected frequency component.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理ステップと、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得ステップと、前記アップリンクチャネル情報取得ステップにおいて取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出ステップと、前記受信ウエイト算出ステップにおいて算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶部に記憶させる受信ウエイト記憶ステップと、前記受信ウエイト算出ステップで算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得ステップにおいて取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出ステップと、前記受信信号補正情報算出ステップにおいて算出した受信信号補正情報を受信信号補正情報記憶部に記憶させる受信信号補正情報記憶ステップと、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部に記憶されている前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理ステップと、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理ステップにおいて取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正ステップと、前記受信信号補正ステップにおいて補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出する信号検出ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。   In addition, the present invention includes a base station device including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices that perform radio communication with the base station device, and the base station device and at least two of the terminal devices have the same frequency. Scheduling processing step for selecting a combination of terminal devices that perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component, in a wireless communication method capable of performing spatial multiplexing transmission at the same time on components And, for each of the terminal devices, uplink channel information for acquiring channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device Each of the terminal devices acquired in the acquiring step and the uplink channel information acquiring step. A reception weight calculating step for calculating a reception weight for spatial multiplexing transmission in each frequency component for each of the plurality of antenna elements based on channel information in the uplink of several components or a physical quantity calculated from the channel information; A reception weight storage step of storing the reception weight calculated in the reception weight calculation step in a reception weight storage unit; the reception weight calculated in the reception weight calculation step; and channel information acquired in the uplink channel information acquisition step; A received signal correction information calculating step for calculating received signal correction information, and a received signal correction information storage step for storing the received signal correction information calculated in the received signal correction information calculating step in a received signal correction information storage unit; ,Previous For each antenna element, the received signal received from the terminal device via the antenna element is separated for each frequency component, and the received signal for each separated frequency component is stored in the received weight storage unit A reception signal processing step of multiplying the reception weights of the corresponding frequency components, and obtaining, for each frequency component, an added synthesized signal obtained by adding and synthesizing the multiplied signals over all or some of the antenna elements. And the added composite signal acquired in the received signal processing step corresponding to the terminal device performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component, based on the received signal correction information stored in the received signal correction information storage unit A received signal correcting step for correcting the received signal and a signal transmitted by the terminal device from the signal corrected in the received signal correcting step. And a signal detection step for outputting the wireless communication method.

また、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、前記基地局装置は、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得部と、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、前記受信ウエイト算出部が算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出部と、前記受信信号補正情報算出部が算出した受信信号補正情報を記憶する受信信号補正情報記憶部と、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部から読み出した前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理部と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正部と、を備え、前記受信信号処理部は、前記受信信号補正部が補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出することを特徴とする無線通信システムである。   In addition, the present invention includes a base station device including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal devices that perform radio communication with the base station device, and the base station device and at least two of the terminal devices have the same frequency. A radio communication system capable of performing spatial multiplexing transmission at the same time on a component, wherein the base station apparatus selects a combination of the terminal apparatuses that perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component An uplink that acquires channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device for each processing unit and the terminal device A channel information acquisition unit and an uplink of each frequency component for each terminal device acquired by the uplink channel information acquisition unit. A reception weight calculation unit that calculates reception weights for spatial multiplexing transmission at each frequency component for each of the plurality of antenna elements based on channel information or a physical quantity calculated from the channel information; and the reception weight calculation unit The reception signal correction information is calculated based on the reception weight storage unit that stores the reception weight calculated by the reception weight, the reception weight calculated by the reception weight calculation unit, and the channel information acquired by the uplink channel information acquisition unit. A reception signal correction information calculation unit, a reception signal correction information storage unit that stores the reception signal correction information calculated by the reception signal correction information calculation unit, and the antenna element from the terminal device via the antenna element. The received signal is separated for each frequency component, and the received signal is separated for each frequency component. Multiplication signal obtained by multiplying the reception weight of each frequency component corresponding to the terminal device read from the signal weight storage unit, and adding and synthesizing the multiplied signal over all or part of the antenna elements Received signal correction information obtained by the received signal processing unit that acquires the received signal processing unit for each frequency component and the received signal processing unit corresponding to the terminal device that performs spatial multiplexing transmission on the same frequency component at the same time. A reception signal correction unit that corrects based on the reception signal correction information stored in the storage unit, and the reception signal processing unit detects a signal transmitted by the terminal device from a signal corrected by the reception signal correction unit This is a wireless communication system.

この発明によれば、基地局装置は、実際のデータ通信に先行して、所定のトレーニング信号を端末装置から受信することでチャネル情報を取得して受信ウエイトを事前に算出し、この空間多重の受信ウエイトを用いて受信処理を行う。
さらに、この受信ウエイトを用いながら、受信信号に対して空間多重された各信号系列に対して、同時に空間多重を行う端末装置の全体の組み合わせに含まれるふたつの端末装置に対する受信ウエイトとチャネル情報との組み合わせに基づいた受信信号補正情報を用いた補正を行うことにより信号系列間の干渉成分を抑圧し、より精度の高い信号検出処理を行うことができる。
また、この際に用いる受信ウエイトを端末装置の組み合わせに依存しない端末装置ごとに個別に算出されるウエイトとした場合には、端末装置の組み合わせに依存した受信ウエイトを用いる場合に比べて、事前に算出すべき情報量を抑制し演算量を大幅に抑えられると共に、その演算結果を記憶すべき情報量も圧倒的に少なく抑えることが可能となる。さらには、同時に空間多重する端末装置を選択するスケジューリング処理において、組み合わせに関する制約をなくし、任意の端末装置の組み合わせに対して対処することが可能になる。
また、この際に用いる受信ウエイトは、端末装置の組み合わせに依存しない端末装置固有のウエイトであり、端末装置の組み合わせに依存した受信ウエイトを用いる場合に比べて事前に算出し、且つ、その結果を記憶すべき情報量が圧倒的に少なく抑えることが可能となり、さらには同時に空間多重する端末装置を選択するスケジューリング処理において、任意の端末装置の組み合わせに対して対処することが可能になる。
この結果、同時に空間多重を行う信号系統数が多くなっても良好なSIR特性を達成可能となり、且つ、スケジューリングにおける自由度を高め、安定した通信を行いつつ周波数利用効率を向上させることができる。
According to the present invention, prior to actual data communication, the base station apparatus obtains channel information by receiving a predetermined training signal from the terminal apparatus and calculates the reception weight in advance. Reception processing is performed using the reception weight.
Furthermore, while using this reception weight, for each signal sequence spatially multiplexed on the received signal, reception weights and channel information for two terminal devices included in the overall combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, By performing the correction using the received signal correction information based on the combination, it is possible to suppress the interference component between the signal sequences and perform the signal detection process with higher accuracy.
In addition, when the reception weight used at this time is a weight that is calculated individually for each terminal device that does not depend on the combination of terminal devices, in comparison with the case where the reception weight that depends on the combination of terminal devices is used, The amount of information to be calculated can be suppressed to greatly reduce the amount of calculation, and the amount of information to store the calculation result can be suppressed to an overwhelmingly small amount. Furthermore, in the scheduling process for selecting terminal devices to be spatially multiplexed at the same time, it is possible to remove restrictions on the combination and deal with any combination of terminal devices.
In addition, the reception weight used at this time is a weight specific to the terminal device that does not depend on the combination of the terminal devices, and is calculated in advance as compared with the case of using the reception weight that depends on the combination of the terminal devices, and the result is The amount of information to be stored can be suppressed to an overwhelmingly small amount. Furthermore, it is possible to cope with any combination of terminal devices in a scheduling process for selecting terminal devices to be spatially multiplexed simultaneously.
As a result, good SIR characteristics can be achieved even if the number of signal systems performing spatial multiplexing simultaneously increases, and the degree of freedom in scheduling can be increased, and frequency utilization efficiency can be improved while performing stable communication.

本発明実施形態における基地局装置200の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 200 in this embodiment. 従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the radio relay system in a prior art. 従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the distributed antenna system in a prior art. 従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the channel feedback in a prior art. フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of a phased array antenna. マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the transmission weight matrix W in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the transmission part 81 in the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the receiving part 85 in the base station apparatus 80 in a multiuser MIMO system. マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 80 in multiuser MIMO. 本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。It is a figure which shows the example of installation of the base station apparatus with which the radio | wireless communications system which concerns on this invention comprises. 本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of the signal synthesis | combination which the base station apparatus which concerns on this invention performs. 本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the training signal in this invention. アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。It is a figure which shows the asymmetry of the channel information of an uplink and a downlink. キャリブレーションの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of calibration. 関連技術の第1の構成例における基地局装置10の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the base station apparatus 10 in the 1st structural example of related technology. 同構成例における基地局装置10が備える受信部100の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the receiving part 100 with which the base station apparatus 10 in the same structural example is provided. 同構成例における送受信ウエイト算出部120aの構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the transmission / reception weight calculation part 120a in the same structural example. 同構成例における基地局装置10における送信部140の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the transmission part 140 in the base station apparatus 10 in the same structural example. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the short time averaging process which acquires the channel information of the uplink in the same structural example. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the relative component acquisition process which acquires the relative component of the uplink channel information in the example of a structure. 同構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the long-time averaging process of the uplink channel information in the same configuration example. 同構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which acquires the channel information of the downlink in the same structural example. 同構成例の基地局装置10における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which calculates the transmission weight and the reception weight in the base station apparatus 10 of the same structural example. 同構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 同構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 関連技術の第2の構成例における送受信ウエイト算出部120bの構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the transmission / reception weight calculation part 120b in the 2nd structural example of related technology. 同構成例の基地局装置10における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which calculates the transmission weight and the reception weight in the base station apparatus 10 of the same structural example. 同構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the transmission process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 同構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception process of the base station apparatus 10 in the same structural example. 各構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other relative component acquisition process which acquires the relative component of the channel information of uplink in each structural example. 本発明関連技術の第2の構成例における受信信号処理回路109−1〜109−Lの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the received signal processing circuits 109-1-109-L in the 2nd structural example of this invention related technology. 本発明実施形態における受信信号処理回路209−1〜209−Lおよび受信信号補正部230の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the received signal processing circuit 209-1 to 209-L and the received signal correction | amendment part 230 in this invention embodiment. 本発明関連技術の第2の構成例における送信信号処理回路140−1〜140−Lの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the transmission signal processing circuits 140-1 to 140-L in the 2nd structural example of this invention related technology. 本発明実施形態における送信信号処理回路241−1〜241−Lおよび送信信号補正部250の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L and the transmission signal correction | amendment part 250 in this embodiment. 本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the transmission / reception weight calculation part 290 in embodiment of this invention. 本発明実施形態における受信信号の補正処理のフローを表す図である。It is a figure showing the flow of the correction process of the received signal in this invention embodiment. 本発明実施形態における送信信号の補正処理のフローを表す図である。It is a figure showing the flow of the correction process of the transmission signal in this invention embodiment. 本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の受信信号補正情報に係る処理フローを表す図である。It is a figure showing the processing flow which concerns on the received signal correction information of the transmission / reception weight calculation part 290 in this invention embodiment. 本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の送信信号補正情報に係る処理フローを表す図である。It is a figure showing the processing flow which concerns on the transmission signal correction information of the transmission / reception weight calculation part 290 in this invention embodiment.

[本発明の動作原理について]
本発明の本質の一つは、基地局装置が、基地局装置に備えられている多数の無線モジュールと、端末装置との間のチャネルの特性を示すチャネル情報の推定値を長時間に亘って測定し、チャネル情報の推定値の平均値に基づいて算出した送信ウエイト及び受信ウエイトを用いることにより、複数の無線モジュールを用いてチャネル時変動の影響を低減させながら、同位相合成を用いたコヒーレント伝送に伴う回線利得の獲得と、ピンポイントで同位相合成となる地域以外での低い回線利得を利用した高次の空間多重を実現することにある。なお、高次の空間多重の実現に関しては、SIR特性を管理するためのスケジューリング技術、SIR特性改善のための指向性制御技術等との併用により、より効果的な運用が可能になる。
[Operational principle of the present invention]
One of the essences of the present invention is that the base station apparatus calculates an estimated value of channel information indicating channel characteristics between a large number of wireless modules provided in the base station apparatus and the terminal apparatus over a long period of time. By using transmission weights and reception weights that are measured and calculated based on the average value of the estimated channel information, it is possible to reduce the effects of channel time fluctuations using multiple wireless modules while coherent using in-phase synthesis. The purpose is to acquire line gain accompanying transmission and to realize high-order spatial multiplexing using a low line gain outside the region where the same phase synthesis is performed at a pinpoint. As for the realization of higher-order spatial multiplexing, more effective operation becomes possible by using in combination with a scheduling technique for managing SIR characteristics, a directivity control technique for improving SIR characteristics, and the like.

(前提条件)
本発明では、各無線モジュールと端末装置との見通しが必ずしも確保できている必要はないが、無線モジュールと端末装置とは比較的高所に固定されていることが推奨される。この場合、各無線モジュールと端末装置との間の伝送路(チャネル)は、「直接的な見通し波」と、固定的な巨大な建築物等による「安定した反射波」と、地上(低所)付近の車や人などの「移動を伴う物体からの多重反射波」とが混在したものとみなすことができる。この場合、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とは、「移動を伴う物体からの多重反射波」に比べ、受信レベルが相対的に高く、更に時変動が小さい。一方、「移動を伴う物体からの多重反射波」は、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とに比べ、受信レベルが低く、時変動が大きく激しい。
(Prerequisite)
In the present invention, it is not always necessary to ensure the visibility of each wireless module and the terminal device, but it is recommended that the wireless module and the terminal device be fixed at a relatively high place. In this case, the transmission path (channel) between each wireless module and the terminal device is a “direct line-of-sight wave”, a “stable reflected wave” by a fixed huge building, etc. ) It can be regarded as a mixture of “multiple reflected waves from objects with movement” such as nearby cars and people. In this case, the “direct line-of-sight wave” and the “stable reflected wave” have a relatively high reception level and smaller time fluctuation than the “multiple reflected wave from the moving object”. On the other hand, “multiple reflected waves from a moving object” has a lower reception level and a large fluctuation with time compared to “direct line-of-sight waves” and “stable reflected waves”.

何らかのチャネル推定用の信号(以降、「トレーニング信号」と呼ぶ)を連続的、又は間欠的に長時間に亘り送信し、受信側では受信した信号を長時間に亘り平均化すると、その結果、「移動を伴う物体からの多重反射波」の信号は、そのランダム性故に複素位相及び振幅の変動の平均値はゼロに近づく。一方で、「直接的な見通し波」及び「安定的な反射波」に関する成分は非ゼロの一定値に収束する。結果的に、時変動成分が相対的に小さな安定したパスに相当するチャネル推定結果が抽出されることになる。   A signal for channel estimation (hereinafter referred to as “training signal”) is transmitted continuously or intermittently over a long period of time, and the received signal is averaged over a long period of time. Because of the randomness of the “multiple reflected wave from the object with movement” signal, the average value of the variation of the complex phase and amplitude approaches zero. On the other hand, components related to “direct line-of-sight wave” and “stable reflected wave” converge to a non-zero constant value. As a result, a channel estimation result corresponding to a stable path with a relatively small time variation component is extracted.

なお、従来技術におけるコヒーレント伝送の説明においては「無線モジュール」とは「中継局」又は分散アンテナシステムにおける「リモート基地局」であった。これらは、当然ながら従来技術における制御局ないしは基地局から物理的に離れた場所に位置していた。分散アンテナシステムを例にとれば、複数のセルの中心にリモート基地局が位置する形態であるし、無線を用いた中継局であれば、無線を用いる必要があるほどには離れていることになる。しかし、本発明で意図する個別の無線モジュールからの信号の(送信及び受信の両方に対しての)同位相合成においては、必ずしも無線モジュールをリモート基地局や中継局のように遠くまで離す必要はない。
また、各無線モジュールのアンテナ素子とアンテナ素子の間隔が、通信の搬送波周波数の波長よりも小さくなると、アンテナ素子間の相互結合により想定している信号の同位相合成が乱される可能性があるが、概ね1波長以上の間隔がアンテナ素子相互に確保されていれば、この問題は回避できる。
In the description of coherent transmission in the prior art, the “wireless module” is “relay station” or “remote base station” in the distributed antenna system. Of course, these are physically located away from the control station or base station in the prior art. Taking a distributed antenna system as an example, a remote base station is located at the center of a plurality of cells, and if it is a relay station using radio, it is far enough to use radio Become. However, in the same phase synthesis (for both transmission and reception) of signals from individual radio modules intended in the present invention, it is not always necessary to separate the radio modules as far as remote base stations and relay stations. Absent.
In addition, if the distance between the antenna elements of each wireless module is smaller than the wavelength of the carrier frequency of communication, the assumed in-phase synthesis of signals may be disturbed due to mutual coupling between the antenna elements. However, this problem can be avoided if an interval of approximately one wavelength or more is ensured between the antenna elements.

つまり、本発明においては1波長以上の間隔が相互に確保された多数のアンテナ素子が、一つの基地局装置に接続された構成が基本となる。当然ながら、各アンテナ素子から送受信される信号は送受信ウエイトの係数が異なるため、アンテナ素子ごとに、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯におけるRF(Radio Frequency:無線周波数)回路が個別に設けられるとともに、接続されており、これらが一つの無線モジュールを構成する。
これまでの説明においては、各無線モジュールが物理的に制御局などと異なる場所に離散的に配置されていたために、アンテナ素子とほぼ一体型の無線モジュールを意図して「無線モジュール」という用語で様々な説明を行っていたが、本発明においては制御局と多数の無線モジュールが1箇所に集約され、一般的には一つの基地局装置という形態が自然であるため、その実現の構成によっては「無線モジュール」という表現が適切でない場合がありうる。
That is, the basic configuration of the present invention is that a large number of antenna elements each having an interval of one wavelength or more are secured to one base station apparatus. Of course, since the signals transmitted and received from each antenna element have different transmission and reception weight coefficients, each antenna element has a separate RF (Radio Frequency) circuit in the radio frequency band such as a high power amplifier, low noise amplifier, and filter. And are connected to each other to constitute one wireless module.
In the description so far, each wireless module is physically arranged discretely at a location different from the control station or the like, so the term “wireless module” is intended to be a wireless module that is almost integrated with the antenna element. Although various explanations have been given, in the present invention, a control station and a large number of wireless modules are integrated in one place, and generally, a form of one base station apparatus is natural. The expression “wireless module” may not be appropriate.

例えば、機能的にはベースバンド信号処理等の制御局に相当する機能と複数のハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯でのRF回路の機能が一つの筐体内に実装され、その筐体と多数のアンテナ素子間を同軸ケーブルで接続する構成を想定するならば、送受信時のアンプ、フィルタ系での振幅/複素位相の変動に対する補正を行うことを考慮した上で、「端末装置と無線モジュール間のチャネル情報」という表現は実質的には「端末装置のアンテナ素子と無線モジュールのアンテナ素子間のチャネル情報」と表現されることが多い。したがって、以降、チャネルの説明においては無線モジュールという用語の代わりにアンテナ素子という用語を用いて説明することにする。   For example, functionally, a function corresponding to a control station such as baseband signal processing and a function of an RF circuit in a radio frequency band such as a plurality of high power amplifiers, low noise amplifiers, filters, etc. are mounted in one casing, If a configuration is assumed in which a casing and a large number of antenna elements are connected by a coaxial cable, it is necessary to consider correction for fluctuations in amplitude / complex phase in amplifiers and filter systems during transmission and reception. In many cases, the expression “channel information between the wireless module and the wireless module” is substantially expressed as “channel information between the antenna element of the terminal device and the antenna element of the wireless module”. Therefore, hereinafter, in the description of the channel, the term “antenna element” will be used instead of the term “wireless module”.

(無線通信システムの設置例と基本原理)
図13は、本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。同図において、符号11は基地局装置が設置されている建築物を示し、符号12−1〜12−2は端末装置を示し、符号13−1〜13−4は基地局装置が備えているアンテナ素子を示し、符号14−1〜14−3は地上の移動体を示し、符号15−1〜15−2は大型の建築物(当然、静止状態)を示している。
(Examples of wireless communication system installation and basic principles)
FIG. 13 is a diagram illustrating an installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system according to the present invention. In the same figure, the code | symbol 11 shows the building in which the base station apparatus is installed, the code | symbols 12-1 to 12-2 shows a terminal device, and the code | symbols 13-1 to 13-4 are equipped with the base station apparatus. An antenna element is shown, the code | symbol 14-1 to 14-3 shows the mobile body on the ground, and the code | symbols 15-1 to 15-2 have shown the large sized building (naturally a stationary state).

ここで、基地局装置が備えるアンテナ素子13−1〜13−4は、建築物11の屋上など非常に高所に設置されている。端末装置12−1〜12−2は、電信柱などの上や、一般のビルの屋上など、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4よりは相対的に低所であるかも知れないが、比較的高所に設置されている。一方、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4や、端末装置12−1〜12−2よりも比較的低所に位置する場所には、地上の移動体14−1〜14−3である車に加え、人や風に揺れる樹木など、ランダムに変動する反射波の起点(反射点)が多数存在する。   Here, the antenna elements 13-1 to 13-4 included in the base station apparatus are installed in a very high place such as the roof of the building 11. The terminal devices 12-1 to 12-2 may be relatively lower than the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device such as a telephone pole or a general building rooftop. However, it is installed at a relatively high place. On the other hand, the mobile units 14-1 to 14-3 on the ground are located in places relatively lower than the antenna elements 13-1 to 13-4 and the terminal devices 12-1 to 12-2 of the base station apparatus. In addition to cars, there are many starting points (reflective points) of reflected waves that fluctuate randomly, such as people and trees swaying in the wind.

例えば、端末装置12−1と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、見通し環境(図中、太い実線の矢印で直接波を表示)にある。一方、端末装置12−2と、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4とは、大型の建築物15−2の遮蔽により見通し環境にはないが、大型の建築物15−1などの反射体があり、安定した反射波(図中、太い実線の矢印で表示)が到達している。   For example, the terminal device 12-1 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment (direct waves are indicated by thick solid arrows in the figure). On the other hand, although the terminal device 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are not in the line-of-sight environment due to the shielding of the large building 15-2, the large building 15-1 or the like And a stable reflected wave (indicated by a thick solid arrow in the figure) has reached.

また、見通し環境の端末装置12−1にとって、見通し波以外に大型の建築物による安定的な反射波が存在し、常にそれらが合成されて信号が到達する状況であるかもしれない。このような太い実線の矢印で表した信号を安定的な入射波とみなす。一方、地上の移動体14−1〜14−3等からの反射波は、多数回のランダムな多重反射として到達する信号が多く、相対的に受信される信号のレベルは低く、更に複素位相成分及び振幅は時間とともにランダムに変動する。
多数の微弱かつランダムな波を合成すると、その結果得られる信号は、安定的な入射波に対して相対的に信号強度が小さい。したがって、「安定的な入射波」に「ランダムな多重反射波」を合成して得られる「時変動する入射波」は、「安定的な入射波」の周りに微小な誤差が加わった信号と見ることができる。
In addition, for the terminal device 12-1 in the line-of-sight environment, there may be a situation where a stable reflected wave due to a large building exists in addition to the line-of-sight wave, and these signals are always combined to reach the signal. A signal represented by such a thick solid arrow is regarded as a stable incident wave. On the other hand, the reflected waves from the mobile bodies 14-1 to 14-3 on the ground have many signals that arrive as many random multiple reflections, and the level of the signal received is relatively low, and the complex phase component And the amplitude varies randomly with time.
When a number of weak and random waves are combined, the resulting signal has a relatively low signal strength relative to a stable incident wave. Therefore, the “time-varying incident wave” obtained by combining the “stable incident wave” with the “random multiple reflected wave” is a signal in which a minute error is added around the “stable incident wave”. Can see.

次に、このような状況において、基地局装置が行う信号の合成について説明する。
図14は、本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。ここでは、一例として、図13における端末装置12−1から送信された信号を、基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4にて受信した際に、適切な受信ウエイトを用いて合成する場合を示している。
基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4では、「時変動する入射波」を受信している。これらを合成する際に用いる受信ウエイトは、「安定的な入射波」を基準にして、各アンテナ素子での信号が同位相合成されるように定められている。図14において点線で示した信号は、「安定的な入射波」に対して受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子13−1〜13−4で位相が同位相に揃えられた信号である。
Next, signal synthesis performed by the base station apparatus in such a situation will be described.
FIG. 14 is a diagram showing an example of signal combining operation performed by the base station apparatus according to the present invention. Here, as an example, when signals transmitted from terminal apparatus 12-1 in FIG. 13 are received by antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus, they are combined using appropriate reception weights. Shows the case.
The antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus receive the “incident wave that varies with time”. The reception weight used when combining these signals is determined so that the signals at the respective antenna elements are combined in phase with the “stable incident wave” as a reference. The signal indicated by the dotted line in FIG. 14 is a signal in which the “stable incident wave” is multiplied by the reception weight and the phase is aligned in the same phase in each of the antenna elements 13-1 to 13-4.

実際の「時変動する入射波」に受信ウエイトを乗算した信号、即ち図14における細い実線で示した「時変動する入射波」は、点線で示した「安定的な入射波」から微小にずれているため厳密には各アンテナ素子で同位相合成とはなっていないが、「時変動する入射波」は「安定的な入射波」に近い振る舞いを示すため、多数のアンテナ素子の信号を「安定的な入射波」を基準にして設定した受信ウエイトを用いて合成すると、太い実線で示した大きな振幅の合成された信号となる。つまり、基地局装置で用いるアンテナ素子の数を膨大な数に増やせば、統計的な効果として各アンテナ素子の「安定的な入射波」成分は同位相合成され、「ランダムな多重反射波」は相互に打ち消しあうために、「安定的な入射波」に対して時変動成分は相対的に非常に小さなレベルに抑えられる。
ここで、図13及び図14の説明においては、あくまでも簡単のために基地局装置に4本のアンテナ素子を備える場合について説明を行ったが、以下に示すように、本発明では非常に多数のアンテナ素子を備えることで統計的な効果を得ることが可能になる。
The actual “time-varying incident wave” multiplied by the reception weight, that is, the “time-varying incident wave” indicated by the thin solid line in FIG. 14 is slightly shifted from the “stable incident wave” indicated by the dotted line. Strictly speaking, each antenna element does not have the same phase composition, but the “time-varying incident wave” behaves close to a “stable incident wave”. When combined using the reception weight set with “stable incident wave” as a reference, a combined signal having a large amplitude indicated by a thick solid line is obtained. In other words, if the number of antenna elements used in the base station apparatus is increased to an enormous number, the “stable incident wave” component of each antenna element is in-phase synthesized as a statistical effect, and the “random multiple reflected wave” is In order to cancel each other, the time-varying component with respect to the “stable incident wave” is relatively suppressed to a very small level.
Here, in the description of FIG. 13 and FIG. 14, the case where the base station apparatus is provided with four antenna elements has been described for the sake of simplicity. A statistical effect can be obtained by providing the antenna element.

なお、この「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成は、送信時に用いる送信ウエイトと受信時に用いる受信ウエイトの双方において同様に利用することができる。基地局装置で用いる送受信ウエイトはチャネル推定結果に基づき算出されるものであるが、そのチャネル推定は基地局装置が送信するトレーニング信号を端末装置で受信して行っても、端末装置が送信する信号を基地局装置で受信してチャネル推定しても構わない。一般的に、ダウンリンクとアップリンクのチャネル情報は送信/受信に用いるアンプ/フィルタ等が異なるために非対称であるが、アップリンクのチャネル推定結果とダウンリンクのチャネル推定結果には所定の換算式が成り立ち、後述するキャリブレーション処理を用いれば、端末装置が送信したトレーニング信号を基地局装置の全てのアンテナ素子で同時に受信し、その結果を用いたチャネル推定によりアップリンクのチャネル情報を取得し、これに所定の換算式を適用することでダウンリンク方向のチャネル情報を取得することが可能である。   The in-phase synthesis of a statistical signal based on this “stable incident wave” can be used in the same way for both the transmission weight used during transmission and the reception weight used during reception. The transmission / reception weight used in the base station apparatus is calculated based on the channel estimation result. Even if the channel estimation is performed by receiving the training signal transmitted by the base station apparatus by the terminal apparatus, the signal transmitted by the terminal apparatus May be received by the base station apparatus to estimate the channel. In general, downlink and uplink channel information is asymmetric because amplifiers / filters used for transmission / reception are different, but a predetermined conversion formula is used for the uplink channel estimation result and the downlink channel estimation result. If the calibration process described later is used, the training signal transmitted by the terminal device is simultaneously received by all the antenna elements of the base station device, and uplink channel information is obtained by channel estimation using the result, By applying a predetermined conversion formula to this, channel information in the downlink direction can be acquired.

以上に説明したように、基地局装置の各アンテナ素子と、各端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報に対する長時間に亘る平均化処理により、ランダムな時変動成分を抑制し、時間変動のない見通し波ないしは安定的な構造物等からの安定的な入射波を抽出することが可能になる。この抽出された長時間平均のチャネル情報を基に、ターゲットとする端末装置に対して同位相合成を行うことで、高い回線利得を獲得することが可能となる。一般に、ある1本のアンテナ素子から送信された信号が別の場所の1本のアンテナ素子で受信される際の振幅を1としたときに、N本のアンテナ素子から送信された信号を同位相合成すると、受信信号の振幅の期待値はN倍になる。受信電力は振幅の2乗に比例するので、受信電力はN倍となる。つまり10Log10(N)[dB]の利得を得ることが可能になり、Nが仮に100であれば同位相合成によるコヒーレント伝送に伴う回線利得は40[dB]に相当する。 As explained above, by the averaging process over a long time for the channel information between each antenna element of the base station apparatus and the antenna element of each terminal apparatus, random time-varying components are suppressed, It is possible to extract a stable incident wave from no line-of-sight wave or a stable structure. Based on the extracted long-term average channel information, high phase gain can be obtained by performing in-phase synthesis on the target terminal device. In general, when an amplitude when a signal transmitted from one antenna element is received by one antenna element in another location is 1, signals transmitted from N antenna elements are in phase. When combined, the expected value of the amplitude of the received signal becomes N times. Since the received power is proportional to the square of the amplitude, the received power is N 2 times. That is, a gain of 10 Log 10 (N 2 ) [dB] can be obtained. If N is 100, the line gain associated with coherent transmission by in-phase combining corresponds to 40 [dB].

次に、与・被干渉の低減を利用した高次の空間多重に関して説明する。上述の同位相合成は、特定の端末装置をターゲットにして行うものであり、当該端末装置に対してのみピンポイントで高い回線利得を得ることができる。例えば、図13の端末装置12−1に対して同位相合成を行えば、端末装置12−2のように同位相合成とならない他の地点では、ランダムな位相合成となる。図13では基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4が4素子の場合を示したが、アンテナ素子がN個の場合、ランダムな位相合成の結果、期待値として受信電力はN倍になる。このような状況で、2つの信号系列を同時に空間多重した場合、同位相合成がなされている希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子1本あたりN倍であるのに対して、干渉となる非希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子1本あたりN倍となる。そのため、相対的なSIR値は10Log10(N)[dB]となる。 Next, high-order spatial multiplexing using reduction of given / interfered will be described. The in-phase synthesis described above is performed with a specific terminal device as a target, and a high line gain can be obtained pinpoint only for the terminal device. For example, if in-phase synthesis is performed on the terminal device 12-1 in FIG. 13, random phase synthesis is performed at other points where in-phase synthesis is not performed, such as the terminal device 12-2. Although FIG. 13 shows the case where the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station apparatus are four elements, when the number of antenna elements is N, the received power is increased N times as an expected value as a result of random phase synthesis. Become. In such a situation, when two signal sequences are simultaneously spatially multiplexed, the desired signal having the same phase composition is interfered with the line gain being N 2 times per transmission antenna element. For undesired signals, the line gain is N times per transmission antenna element. Therefore, the relative SIR value is 10 Log 10 (N) [dB].

このように、送信アンテナ素子の数(N)が仮に100であれば、空間多重を行いながらも期待値として20[dB]のSIRを稼ぐことができる。つまり、図13における太い実線で示した二つのパスを利用し、端末装置12−1及び端末装置12−2の両方と基地局装置との通信を同時に同一周波数帯で実施することが可能となる。
通常、アンテナの本数が膨大な場合に、一般的なマルチユーザMIMO技術で空間多重を行う際、アンテナの本数の3乗に比例する信号処理の演算量が見込まれるため、回路規模的に現実的な数のアンテナ素子による運用が強いられてきた。特に、重要なのはある端末装置への信号が他の端末装置に対して干渉とならないようにするためのヌル制御であるが、本発明においてはこのヌル制御を実現するための送受信ウエイトの算出をリアルタイムで行う必要がなく、事前に算出したウエイトを読み出す形で通信における信号処理を実現できる。このため、多数のアンテナ素子を利用しながらも、運用中の演算量及び回路規模を抑えた高次の空間多重が実現可能である。更には、本発明では上述のヌル制御を行わずとも、もともとある程度高いSIRを確保することができ、このためチャネル時変動により多少ヌル制御が破れてもSIR値は比較的高いままで、安定的に空間多重を行うことができるという特徴も併せ持つ。
Thus, if the number (N) of transmitting antenna elements is 100, an SIR of 20 [dB] can be earned as an expected value while performing spatial multiplexing. That is, using the two paths indicated by thick solid lines in FIG. 13, it is possible to simultaneously perform communication between both the terminal device 12-1 and the terminal device 12-2 and the base station device in the same frequency band. .
Usually, when the number of antennas is enormous, when performing spatial multiplexing with a general multi-user MIMO technique, the amount of computation of signal processing proportional to the cube of the number of antennas is expected. Operation with a large number of antenna elements has been forced. Particularly important is null control to prevent a signal to a certain terminal device from interfering with other terminal devices. In the present invention, calculation of transmission / reception weights for realizing this null control is performed in real time. The signal processing in communication can be realized by reading the weight calculated in advance. For this reason, it is possible to realize high-order spatial multiplexing with a reduced calculation amount and circuit scale during operation while using a large number of antenna elements. Furthermore, in the present invention, a high SIR can be secured to some extent without performing the above-described null control. For this reason, even if the null control is broken to some extent due to channel fluctuation, the SIR value remains relatively high and stable. It also has the feature of being able to perform spatial multiplexing.

なお、先ほどの例を基に説明を行えば、送信アンテナの数(N)が100である場合、10系統の信号を空間多重すると干渉電力は相対的に約10倍となるために、SIRの期待値は約10[dB]となる。もちろん、平均SIR値が10[dB]でもある程度の分布の広がりがあるため、所要SIR値が10[dB]の場合でも10多重ないしはそれ以上の空間多重を行うためには、SIR特性が良好な端末装置の組み合わせを行うスケジューリング機能や、干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることが好ましい。ただし、ここで行うスケジューリング機能及び指向性制御機能は、時間とともに変動するチャネル情報を反映したリアルタイムの制御を前提とする必要はなく、先に説明した長時間平均により時変動成分を平均化した固定的なチャネル情報を用いて行うことができる。そのため、通信を行うたびに逐次複雑な信号処理を行うことを避け、通信の開始の前に行う事前処理において、その負荷の大きい処理を完了させ、処理の結果を用いた運用を行うことにより、運用中の負荷を低減させることができる。本発明は、上述のようにヌル制御なしでもSIR特性に優れる安定的な条件を構築するとともに、更に干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることで、より高次の空間多重を安定的に実現可能とする。   If the number of transmitting antennas (N) is 100, the interference power will be approximately 10 times relatively large when 10 signals are spatially multiplexed. The expected value is about 10 [dB]. Of course, even if the average SIR value is 10 [dB], there is a certain extent of distribution. Therefore, even when the required SIR value is 10 [dB], in order to perform 10 or more spatial multiplexing, the SIR characteristic is good. It is preferable to combine a scheduling function for combining terminal devices and a directivity control function for performing interference suppression. However, the scheduling function and directivity control function performed here do not need to be premised on real-time control reflecting channel information that varies with time, and the time-varying component is averaged by the long-time averaging described above. Channel information can be used. Therefore, avoiding performing complicated signal processing sequentially every time communication is performed, in the pre-processing performed before the start of communication, by completing the heavy processing, and using the processing results, The load during operation can be reduced. As described above, the present invention constructs a stable condition that excels in SIR characteristics without null control as described above, and further stabilizes higher-order spatial multiplexing by combining a directivity control function for performing interference suppression. To be feasible.

このように本発明では、リアルタイムのチャネル情報を用いて厳密な同位相合成を目指す代わりに、厳密な送受信ウエイトからは若干の誤差を伴う送受信ウエイトであったとしてもある程度の誤差以内に抑えられる送受信ウエイトを用い、多数のアンテナ素子を用いて合成することで統計的な効果により安定的かつ高い回線利得を引き出す準最適な同位相合成を目指す点が第1の重要なポイントである。
更に本発明では、送受信ウエイトはチャネルの時変動を意識することなく固定的な値となるため、例えば通信サービスの運用開始前に事前に取得しておけば、データの送受信を行うサービス運用時には、個々に演算をすることなく単純にメモリに記憶された送受信ウエイトを読み出すだけで良いため、通信に用いるアンテナ素子数を膨大な数に増やしたとしても信号処理の負荷を低く抑えることが可能であり、この点が第2の重要なポイントである。
更に本発明では、通信の都度、送受信ウエイトの算出のために個別のアンテナ素子間のチャネル推定を行わないので、空間多重数と同数のチャネル推定用のプリアンブル信号を付与する必要がない。このため、OFDM変調方式を用いる場合を例に取れば、従来であれば10多重の空間多重のためには異なる10シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号が必要であったが、本発明では空間多重数に依存せずに1シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号で足りることになる。この結果、MACレイヤの効率の低下を抑えて高次の空間多重を実施することが可能となり、この点が第3の重要なポイントである。
以上の動作原理に対し、詳細な実施形態の説明の前に、これらを実現するための補足事項を以下に簡単に整理しておく。
Thus, in the present invention, instead of aiming at strict in-phase synthesis using real-time channel information, transmission / reception that can be suppressed within a certain amount of error even if there is a transmission / reception weight with a slight error from the strict transmission / reception weight. The first important point is to aim at quasi-optimal in-phase synthesis that draws stable and high line gain by a statistical effect by combining weights and using many antenna elements.
Furthermore, in the present invention, since the transmission / reception weight is a fixed value without being conscious of channel time fluctuations, for example, if it is acquired in advance before starting the operation of the communication service, Even if the number of antenna elements used for communication is increased to an enormous number, it is possible to keep the signal processing load low because it is only necessary to read the transmission / reception weights stored in the memory without performing individual calculations. This is the second important point.
Furthermore, in the present invention, channel estimation between individual antenna elements is not performed every time communication is performed, so that it is not necessary to assign the same number of channel estimation preamble signals as the spatial multiplexing number. For this reason, taking the case of using the OFDM modulation method as an example, conventionally, a preamble signal for channel estimation of 10 different symbols is required for 10 spatial multiplexing, but in the present invention, spatial multiplexing is used. A preamble signal for channel estimation of one symbol is sufficient without depending on the number. As a result, it is possible to perform higher-order spatial multiplexing while suppressing a decrease in the efficiency of the MAC layer, which is a third important point.
With respect to the above operating principle, supplementary matters for realizing these will be briefly described below before describing the detailed embodiment.

(チャネル推定の平均化処理について)
本発明に係る基地局装置は、「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成を行うための送受信ウエイトを用いることが特徴であるが、この「安定的な入射波」に対応したチャネル推定の概要について、ここで説明しておく。
先ほども説明した通り、基地局装置は、移動体において反射しランダムに変動する多重反射波の影響を取り除くことで「安定的な入射波」に関する成分を抽出する。基地局装置は、多数のアンテナ素子による統計的な効果を得る前段として、各アンテナ素子においても「安定的な入射波」に関する成分を抽出するために、基地局装置の各アンテナ素子と端末装置のアンテナ素子との間の個々のチャネルのチャネル推定を長時間に亘り実施し、その結果を平均化することで「安定的な入射波」に対応したチャネル情報を取得する。
(About channel estimation averaging processing)
The base station apparatus according to the present invention is characterized by using a transmission / reception weight for performing in-phase synthesis of a statistical signal based on a “stable incident wave”. An overview of the corresponding channel estimation will now be described.
As described above, the base station apparatus extracts a component related to a “stable incident wave” by removing the influence of multiple reflected waves that are reflected on a mobile object and randomly vary. In order to extract a component related to “stable incident wave” in each antenna element as a pre-stage to obtain a statistical effect by a large number of antenna elements, the base station apparatus extracts each antenna element and terminal apparatus of the base station apparatus Channel information corresponding to a “stable incident wave” is acquired by performing channel estimation of individual channels with the antenna element over a long period of time and averaging the results.

その具体的な取得方法を説明する前に、まず、図13における車等の移動体14−1〜14−3において反射する反射の影響について考える。これらの移動体からの反射波の状況は、移動体の位置があまり変位しない短時間ではそれ程大きくは変動しないが、これらの移動体が物理的に異なる位置に移動すれば反射波の影響は全く異なるものになることが予想される。つまり、移動体において反射しランダムな多重反射の状況がそれ程大きく変動しない短時間の間でチャネル情報の平均化処理を行ったとしても、ランダムな反射波の基になる移動体が大きく移動した際には、また別のチャネル状態になっていることが予想される。   Before describing the specific acquisition method, first, the influence of reflection reflected on the moving bodies 14-1 to 14-3 such as a car in FIG. 13 will be considered. The situation of the reflected waves from these moving bodies does not change so much in a short time when the positions of the moving bodies are not displaced so much, but if these moving bodies move to physically different positions, the influence of the reflected waves is absolutely not. Expect to be different. In other words, even if the channel information is averaged in a short period of time, where the state of multiple multiple reflections reflected on the mobile object does not change so much, the mobile object that is the basis of the random reflected wave moves greatly. Is expected to be in another channel state.

次に、この長時間平均のチャネル情報の求め方について、注意すべき点を中心に説明する。一般に、基地局装置のクロック信号と、端末装置のクロック信号とは完全に同期が取れておらず、ある程度の周波数誤差が存在する。例えば、OFDM変調方式やSC−FDE伝送技術のようなブロック伝送を行う場合には、1シンボルのシンボル周期(ないしはブロック周期)は少しずつシンボルタイミングが基地局装置と端末装置との間でずれることになり、このシンボルタイミングのずれは全周波数で共通の複素位相の回転として表れる。なお、基地局装置のクロック信号、及び端末装置のクロック信号は、A/D変換や、D/A変換を行う際のサンプリング周期を定めるクロック信号のことである。   Next, how to obtain the long-term average channel information will be described focusing on points to be noted. In general, the clock signal of the base station apparatus and the clock signal of the terminal apparatus are not completely synchronized, and there is some frequency error. For example, when performing block transmission such as OFDM modulation scheme or SC-FDE transmission technology, the symbol timing (or block cycle) of one symbol is slightly shifted between the base station apparatus and the terminal apparatus. This symbol timing shift appears as a common complex phase rotation at all frequencies. Note that the clock signal of the base station device and the clock signal of the terminal device are A / D conversion and a clock signal that determines a sampling period when performing D / A conversion.

同様の複素位相の回転という課題は、ベースバンド信号と無線周波数信号との間のアップコンバート、ダウンコンバートで用いるローカル発振器が出力する局部発振信号の基地局装置と端末装置との間の非同期性や周波数誤差によっても問題となる。
送信と受信との間が非同期で周波数誤差が伴う場合、仮に空間上のチャネル情報に時変動がない場合でも、異なる時刻に測定するチャネル情報は、その時間差と周波数誤差とに依存する形で複素位相成分が変動する。
A similar problem of complex phase rotation is that the local oscillation signal output from the local oscillator used for up-conversion and down-conversion between the baseband signal and the radio frequency signal is not synchronized between the base station device and the terminal device. A frequency error also becomes a problem.
When transmission and reception are asynchronous and accompanied by a frequency error, the channel information measured at different times is complex depending on the time difference and the frequency error even if there is no time variation in the channel information in space. The phase component fluctuates.

これは、例えば、受信側のダウンコンバート処理でミキサにおいて乗算するローカル発振器から入力される局部発振信号の初期複素位相を通信の都度、毎回一致させることができないことに起因する。通信における信号検出処理では、トレーニング信号でチャネル推定を行う際に、その初期複素位相の影響まで含めた結果としてのチャネル情報を取得するため、トレーニング信号に後続する信号の信号検出処理において問題となることはない。しかし、離散時間で平均化する際には、仮にチャネル情報に時変動がなくてもこの初期複素位相の不確定性により時変動があったように見えてしまうために問題となる。   This is because, for example, the initial complex phase of the local oscillation signal input from the local oscillator that is multiplied in the mixer in the down-conversion process on the reception side cannot be matched every time communication is performed. In signal detection processing in communication, when channel estimation is performed with a training signal, channel information as a result including the influence of the initial complex phase is acquired, which causes a problem in signal detection processing of a signal subsequent to the training signal. There is nothing. However, when averaging in discrete time, there is a problem because even if there is no time variation in the channel information, it appears that there is time variation due to the uncertainty of the initial complex phase.

しかし、受信時の同位相合成を実現するための送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に必要となるチャネル情報は、伝送路の特性を示すチャネル情報の複素位相を含む絶対的な値そのものではなく、アンテナ素子ごとのチャネル情報における複素位相の相対的な関係さえ分かれば十分なのである。したがって、離散的な時刻に測定したチャネル推定結果を平均化する際には、基地局装置の複数のアンテナ素子から基準となるアンテナ素子を1つ設定し、そのアンテナ素子で推定されたチャネル情報の複素位相成分だけ、各アンテナ素子におけるチャネル情報の複素位相成分にオフセットを付加すれば良い。   However, the channel information required to calculate the transmission weight and reception weight for realizing in-phase synthesis at the time of reception is not the absolute value itself including the complex phase of the channel information indicating the characteristics of the transmission path, but the antenna information. It is sufficient to know the relative relationship of complex phases in channel information for each element. Therefore, when averaging channel estimation results measured at discrete times, one reference antenna element is set from a plurality of antenna elements of the base station apparatus, and channel information estimated by the antenna element is set. It is only necessary to add an offset to the complex phase component of the channel information in each antenna element for the complex phase component.

具体的には、基地局装置がK個のアンテナ素子を備えている場合、アンテナ素子#i(i=1,…,K)で観測された第k周波数成分のチャネル情報がA・Exp(φ (k)j)であるとする。ここでjは虚数単位を表し、Aはアンテナ素子#iのチャネル情報の振幅成分を表し、φ (k)はアンテナ素子#iの第k周波数成分のチャネル情報の複素位相を表す。
このとき、アンテナ素子#1の複素位相φ (k)を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ (k)のオフセットを加えると、オフセットによる補正後のアンテナ素子#kのチャネル情報としてA・Exp{(φ (k)−φ (k))j}が得られる。空間上のチャネル情報が不変であるならば、この補正後のチャネル情報は基地局装置と端末装置とのクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差の影響(すなわち複素位相の初期位相の不確定性の影響)を受けない。以降の説明では、この初期位相の不確定性除去のための補正後のチャネル情報を「(チャネル情報の)相対成分」と呼ぶことにする。なお、この補正は周波数成分ごとに個別に行うものとする。
Specifically, when the base station apparatus includes K antenna elements, channel information of the k-th frequency component observed by antenna element #i (i = 1,..., K) is A i · Exp ( Let φ i (k) j). Here, j represents an imaginary unit, A i represents the amplitude component of the channel information of the antenna element #i, and φ i (k) represents the complex phase of the channel information of the k-th frequency component of the antenna element #i.
At this time, if the complex phase −φ 1 (k) is added to all the antenna elements using the complex phase φ 1 (k) of the antenna element # 1, the channel information of the antenna element #k corrected by the offset A i · Exp {(φ i (k) −φ 1 (k) ) j} is obtained. If the spatial channel information is unchanged, the corrected channel information is influenced by the frequency error of the clock signal and the local oscillation signal between the base station device and the terminal device (that is, the uncertainty of the initial phase of the complex phase). Not affected. In the following description, the corrected channel information for removing the uncertainty of the initial phase is referred to as “relative component (of channel information)”. This correction is performed individually for each frequency component.

したがって、チャネル情報の平均化を行う際には、このような補正を行い、複素位相成分の不確定性を排除した上で平均化を実施する必要がある。その他、この平均化を行う上で、本発明における課題の(課題1)で示した回線利得が大幅に不足する領域では、チャネル推定により取得したチャネル情報の平均化を行う以前に、その基になる情報の取得が困難な場合があることに注意しなければならない。このような状況では、何らかのチャネル推定用のトレーニング信号を受信したとしても、一般にはその信号の受信を検知することができない。OFDM変調方式の場合を例にとれば、OFDMシンボルタイミングの検出ができないことを意味し、当然ながらガードインターバルの除去もできなければFFTを実施することもできない。以下に、このような低SNR環境におけるチャネル推定の平均化処理の方法と具体的なトレーニング信号の例を示す。   Therefore, when channel information is averaged, it is necessary to perform such correction to eliminate the uncertainty of the complex phase component and to perform averaging. In addition, in the area where the line gain shown in (Problem 1) of the problem of the present invention is greatly insufficient in performing this averaging, the channel information obtained by the channel estimation is based on the basis before the averaging. Note that it may be difficult to obtain information. In such a situation, even if any kind of channel estimation training signal is received, it is generally impossible to detect the reception of the signal. Taking the case of the OFDM modulation method as an example, it means that OFDM symbol timing cannot be detected. Of course, if the guard interval cannot be removed, FFT cannot be performed. A channel estimation averaging method in such a low SNR environment and an example of a specific training signal are shown below.

(本発明におけるトレーニング信号の例)
図15は、本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。同図において符号1−1〜1−3は一般的なOFDMシンボルを示し、符号2−1〜2−3はガードインターバルを含まない有効な信号領域を示し、符号3−1〜3−3は本発明におけるトレーニング信号を示し、符号4−1〜4−3は信号の末尾領域を示し、符号5−1〜5−3はガードインターバルを示し、符号6−1〜6−3は実際のチャネル推定に用いる信号周期を示している。なお、OFDM信号は、複数のサブキャリア成分を含むが、本図ではあるサブキャリア一つを抜き出して正弦波として図示している。
(Example of training signal in the present invention)
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a training signal in the present invention. In the figure, reference numerals 1-1 to 1-3 denote general OFDM symbols, reference numerals 2-1 to 2-3 denote effective signal areas not including guard intervals, and reference numerals 3-1 to 3-3 denote In the present invention, training signals are shown. Reference numerals 4-1 to 4-3 denote end regions of the signals, reference numerals 5-1 to 5-3 denote guard intervals, and reference numerals 6-1 to 6-3 denote actual channels. The signal period used for estimation is shown. Although the OFDM signal includes a plurality of subcarrier components, in the figure, one subcarrier is extracted and illustrated as a sine wave.

従来のOFDM信号であれば、OFDMシンボル(1−1〜1−3)周期の信号は、実際のデータとして有効な信号領域(2−1〜2−3)を生成し、この信号の末尾領域(4−1〜4−3)を信号の先頭領域にガードインターバル(5−1〜5−3)としてコピーして貼り付け、全体のOFDMシンボル(1−1〜1−3)を生成していた。通常の通信においては、ガードインターバルを取り除いた有効な信号領域(2−1〜2−3)の先頭部分のタイミングをタイミング検出により抽出し、そのタイミングを起点とした場合の振幅及び複素位相に関する情報をチャネル推定では取得する。   In the case of a conventional OFDM signal, a signal having a period of OFDM symbols (1-1 to 1-3) generates a signal region (2-1 to 2-3) effective as actual data, and the tail region of this signal. (4-1 to 4-3) are copied and pasted as guard intervals (5-1 to 5-3) in the head area of the signal to generate the entire OFDM symbols (1-1 to 1-3). It was. In normal communication, information on the amplitude and complex phase when the timing of the leading portion of the effective signal area (2-1 to 2-3) from which the guard interval is removed is extracted by timing detection and the timing is used as a starting point. Are obtained in the channel estimation.

しかし、本発明の送受信ウエイトの算出においては各アンテナ素子の相対的な位相関係を取得できれば十分であるために、正確な初期複素位相の把握までは不要であり、OFDMシンボルの先頭のような適切なタイミングを起点とする必要はない。したがって、ガードインターバルを設定したOFDM信号である必要はなく、OFDMシンボルの有効な信号領域(2−1〜2−3)を取り出して連続させた信号であるトレーニング信号(3−1〜3−3)を多数回繰り返し送信すれば良い。ここで各区間は連続的につながっているために、この複数の周期に亘るトレーニング信号においては実質的にはシンボルタイミングというものは意味を成さない。受信側では、受信したトレーニング信号(3−1〜3−3)に対して任意の開始タイミング、例えば実際のチャネル推定に用いる信号周期(6−1〜6−3)で信号を切り取り、区間6−1、区間6−2、区間6−3の信号に対して加算処理を行えばよい。   However, since it is sufficient to obtain the relative phase relationship of each antenna element in the calculation of the transmission / reception weight of the present invention, it is not necessary to accurately grasp the initial complex phase, and an appropriate value such as the head of the OFDM symbol There is no need to start from a specific timing. Therefore, it is not necessary to be an OFDM signal in which a guard interval is set, and training signals (3-1 to 3-3) which are signals obtained by extracting effective signal regions (2-1 to 2-3) of OFDM symbols and continuing them. ) May be repeated many times. Here, since the sections are continuously connected, the symbol timing does not substantially make sense in the training signal over a plurality of periods. On the receiving side, the received training signals (3-1 to 3-3) are cut out at arbitrary start timings, for example, signal periods (6-1 to 6-3) used for actual channel estimation, and the section 6 -1, section 6-2, and section 6-3 may be added.

(基地局装置と端末装置とのローカル発振器周波数誤差の補償)
なお、このトレーニング信号を用いたチャネル平均化においては、複数の連続する区間6−1、区間6−2、区間6−3の比較的短時間平均を行うことになるが、この「比較的短時間」の定量的な意味は、基地局装置と端末装置との間のクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差に依存する影響(厳密には、下記に示す周波数誤差補償処理後に残る、残留周波数誤差の影響)を無視できる範囲での平均化を意味する。
例えば、中心周波数が2.4[GHz]の局部発振信号において、ローカル発振器の周波数誤差が1p.p.m.である場合、局部発振信号の周波数誤差の最大値は2.4[kHz]である。つまり、416μ秒で位相が2π回転してしまう誤差である。このとき、平均化を行う時間長の中で周波数誤差に伴う複素位相の回転が1周期(2π)の1/10以内に抑えたいと考えるならば、平均化に使える時間長は約40μ秒となる。
しかし、広域をサービスエリアにするWiMAXの例を見れば、長遅延波の影響を排除するための1シンボル周期は約100μ秒に設定されており、平均化処理を行う時間としては十分ではない。これらの問題を解決するために、ここでは周波数誤差を補償するための以下の補正処理を行う。
(Compensation of local oscillator frequency error between base station and terminal)
In the channel averaging using the training signal, a relatively short time average of a plurality of continuous sections 6-1, 6-2, and 6-3 is performed. The quantitative meaning of “time” is the influence that depends on the frequency error of the clock signal and the local oscillation signal between the base station device and the terminal device (strictly speaking, the residual frequency error remaining after the frequency error compensation processing shown below) Mean in a range that can be ignored.
For example, in a local oscillation signal having a center frequency of 2.4 [GHz], the frequency error of the local oscillator is 1 p. p. m. In this case, the maximum value of the frequency error of the local oscillation signal is 2.4 [kHz]. That is, this is an error that the phase rotates by 2π in 416 μsec. At this time, if it is desired to suppress the rotation of the complex phase accompanying the frequency error within 1/10 of one period (2π) in the time length for averaging, the time length usable for averaging is about 40 μsec. Become.
However, in the WiMAX example where the wide area is the service area, one symbol period for eliminating the influence of the long delay wave is set to about 100 μsec, which is not sufficient as the time for the averaging process. In order to solve these problems, the following correction processing for compensating for the frequency error is performed here.

一般的には周波数誤差補正はAFC(Automatic Frequency Control)と呼ばれる信号処理で対処可能である。今回のトレーニング信号のように同一の信号が繰り返し受信される状況であれば、一般には1周期分だけシフトした信号を乗算することで周波数誤差成分を抽出することが可能である。このAFC処理を適用して周波数誤差を抽出し、その周波数誤差をキャンセルする補正を行うことが可能である。しかし、受信信号が低SNRである場合、AFC処理を適用して隣接するシンボルから周波数誤差を抽出しようとしても、ノイズに埋もれて誤った周波数誤差を抽出してしまう可能性がある。したがって、AFC処理も、もともとの信号のSNRを改善可能な時間長に亘り実施する必要がある。   In general, frequency error correction can be dealt with by signal processing called AFC (Automatic Frequency Control). If the same signal is repeatedly received like the current training signal, it is generally possible to extract the frequency error component by multiplying the signal shifted by one period. By applying this AFC process, it is possible to extract a frequency error and perform correction to cancel the frequency error. However, when the received signal has a low SNR, even if an attempt is made to extract a frequency error from adjacent symbols by applying AFC processing, there is a possibility that an erroneous frequency error is extracted due to being buried in noise. Therefore, the AFC processing also needs to be performed for a length of time that can improve the SNR of the original signal.

例えば、時刻tにおける複素数で表されるサンプリングデータをS(t)と表し、周波数誤差をΔfと表すと、時刻tにおける複素位相の回転量は2πΔf・tとなる。そこで、サンプリングデータS(t)に対して理想的に周波数補償すると、周波数補償されたサンプリングデータは、S(t)・Exp(−2πjΔf・t)となる。
また、サンプリング周期をΔtと表し、1シンボルの周期をTとすると、1周期のデータ数はN=T/Δtで与えられる。このとき、時刻t=m’・Δtとし、更に、mとMとをm=mod(m’,N)、M=Int(m’/N)とすれば、サンプリングデータS(t)を離散的な時刻により定められる数列{S(M) }と表記できる。ここで、関数「mod(x,y)」は、xをyで除算した際の余りを求める関数である。また、関数「Int(x)」は、xの整数部を求める関数(小数点以下を切り捨てする関数)である。
更に、サンプリングデータS(t)を理想的に周波数補償した数列を{S(M) ・Exp(−2πjΔf・Δt・[M×N+m]}と表記できる。ここで、全体としてMシンボル周期のサンプリングを行うものとする。
For example, if sampling data represented by a complex number at time t is represented as S (t) and a frequency error is represented as Δf, the amount of rotation of the complex phase at time t is 2πΔf · t. Therefore, when the frequency compensation is ideally performed on the sampling data S (t), the frequency-compensated sampling data is S (t) · Exp (−2πjΔf · t).
If the sampling period is represented by Δt and the period of one symbol is T, the number of data in one period is given by N = T / Δt. At this time, if the time t = m ′ · Δt, and m and M are m = mod (m ′, N) and M = Int (m ′ / N), the sampling data S (t) is discrete. It can be expressed as a numerical sequence {S (M) m } determined by a specific time. Here, the function “mod (x, y)” is a function for obtaining a remainder when x is divided by y. Further, the function “Int (x)” is a function (a function for truncating the decimal part) to obtain the integer part of x.
Furthermore, a sequence in which the sampling data S (t) is ideally frequency-compensated can be expressed as {S (M) m · Exp (−2πjΔf · Δt · [M × N + m]}, where M 0 symbol period as a whole. Sampling shall be performed.

周波数補償した数列{S(M) ・Exp(−2πjΔf・Δt・[M×N+m]}を、mごとに多数のMでの加算したサンプリングデータ〜Sは次式(10)で表される。ここで、式(10)において、「〜(チルダ)」が上に付されたSを「〜S」と表記する。また、「Exp(X)」は自然対数の底eのX乗を示す関数である。 The frequency compensated number sequence {S (M) m · Exp (−2πjΔf · Δt · [M × N + m]}) obtained by adding a large number of M for each m to S m is expressed by the following equation (10). Here, in Formula (10), S with “˜ (tilde)” added above is expressed as “˜S.” Also, “Exp (X)” is the base of the natural logarithm e to the Xth power. It is a function which shows.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

AFC処理によりSNRを改善するには、式(10)で表される〜Sの振幅を最大にするΔfを求めればよい。そこで、次式(11)で表される評価関数G(Δf)を定める。 To improve the SNR by AFC process may be determined to Δf to maximize the amplitude of the to S m of formula (10). Therefore, an evaluation function G (Δf) expressed by the following equation (11) is determined.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(11)における^S(M,M’)は、次式(12)で表される。   ^ S (M, M ′) in the equation (11) is expressed by the following equation (12).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

評価関数G(Δf)を最大にするΔfを求めれば良いので、次式(13)で表される条件式が求まる。   Since Δf that maximizes the evaluation function G (Δf) may be obtained, a conditional expression represented by the following expression (13) is obtained.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

条件式(13)を満たす実数Δfを数値的に求めれば、基地局装置と端末装置との間の周波数誤差が算出され、このΔfを用いて式(10)で与えられる1周期分の加算・平均化されたサンプリングデータを用い、チャネル推定を行えばよい。OFDM変調方式であれば、この1周期のサンプリングデータを基にFFT処理により、各サブキャリア成分のチャネル情報を算出する。   If the real number Δf satisfying the conditional expression (13) is obtained numerically, the frequency error between the base station apparatus and the terminal apparatus is calculated, and using this Δf, the addition for one cycle given by the expression (10) Channel estimation may be performed using averaged sampling data. In the case of the OFDM modulation method, channel information of each subcarrier component is calculated by FFT processing based on the sampling data of one cycle.

なお、必ずしも式(13)を用いなくても、Δfのとりうる範囲が限定されているならば、その範囲内の適当な刻み幅でΔfを設定し、それらのΔfに対して式(11)を算出して最大値を与えるΔfを検索しても良い。この場合、先ほど例示したのと同様に使用する中心周波数が仮に2.4GHzで周波数誤差が1p.p.m.であるならば、Δfの範囲は−2.4kHzから+2.4kHz以内となる。この刻み幅の最適値は求められる精度に応じて変わるが、例えば、10Hz刻みでΔfを設定し、式(11)を算出するならば、式(11)を最大にする真のΔfに対して±5Hz以内の残留周波数誤差の範囲でΔfを検索することが可能である。つまり、周波数誤差は5Hz以内に抑えられ、M周期の平均化を行う際の時間長(M×T)を5m秒程度と想定しても、平均化を行う期間内の位相の誤差は2πの1/40(角度は9度)以内に収まる。平均化の期間中に位相は定常的に回転することを考慮すれば、運用上、支障のない程度の精度でチャネル情報を算出することが可能である。これは逆にいえば、平均化を行う期間内の位相の誤差を所定の値に抑えられる範囲で、M周期の平均化を行う際の時間長(つまりMの値)が制限されることになる。 Note that even if the equation (13) is not necessarily used, if the possible range of Δf is limited, Δf is set with an appropriate step size within the range, and the equation (11) is set for those Δf. Δf that gives the maximum value may be searched. In this case, the center frequency to be used is 2.4 GHz and the frequency error is 1 p. p. m. In this case, the range of Δf is from −2.4 kHz to +2.4 kHz. The optimum value of the step size varies depending on the required accuracy. For example, if Δf is set in increments of 10 Hz and equation (11) is calculated, true Δf that maximizes equation (11) is obtained. It is possible to search for Δf within the range of residual frequency error within ± 5 Hz. That is, the frequency error is suppressed within 5 Hz, and even if the time length (M 0 × T) for averaging the M 0 period is assumed to be about 5 milliseconds, the phase error within the averaging period is It falls within 1/40 of 2π (angle is 9 degrees). Considering that the phase rotates constantly during the averaging period, it is possible to calculate the channel information with an accuracy that does not hinder the operation. In other words, the time length (that is, the value of M 0 ) during averaging of the M 0 period is limited within a range in which the phase error within the averaging period can be suppressed to a predetermined value. It will be.

このように、平均化処理を行う際には、連続する比較的短い時間スケールでの平均化と離散時間のチャネル推定結果での平均化を2段階で行う。なお、比較的短い時間スケールでの平均化を行う際の時間長は上述の制限を受けることに注意を要する。また、離散時間のチャネル推定結果においては、上述のようにアンテナ素子#1の複素位相φ (k)を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ (k)のオフセットを加えることで、初期複素位相の不確定性の問題は回避できる。 In this way, when performing the averaging process, averaging on a continuous relatively short time scale and averaging on the result of channel estimation in discrete time are performed in two stages. It should be noted that the time length for averaging on a relatively short time scale is subject to the above-mentioned limitations. Also, in the discrete time channel estimation result, by using the complex phase φ 1 (k) of the antenna element # 1 as described above, an offset of the complex phase −φ 1 (k) is added to all the antenna elements. The problem of the uncertainty of the initial complex phase can be avoided.

(アンプの個体差による影響(キャリブレーション)について)
実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。
(Effects of individual amplifier differences (calibration))
In an actual wireless communication device, in signal processing on the transmission side, signal amplification is often performed by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, there is an error in the amplification factor due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate at a different value for each high power amplifier in the high power amplifier. Similarly, in signal processing on the reception side, signal amplification is often performed by a low noise amplifier immediately after reception. In this case, there is an error in the amplification factor due to individual differences of the low noise amplifiers, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier.

特に、ハイパワーアンプ及びローノイズアンプの増幅率及び位相回転量には、周波数依存性がある。周波数依存性を伴う増幅率および複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。   In particular, the amplification factor and phase rotation amount of the high power amplifier and the low noise amplifier have frequency dependency. If the individual difference in the amplification factor with frequency dependency and the amount of rotation of the complex phase is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform calibration processing when estimating the downlink channel information from the uplink channel information. is there. Since the error of the amplification factor and the amount of phase rotation is almost stable in time, measure the error of the amplification factor and the amount of phase rotation in advance, and use a coefficient to cancel the influence of the error. Converts link channel information to downlink channel information.

以下の実施形態における基地局装置では、アップリンクのチャネル推定結果に長時間平均を行ったチャネル情報を用いて、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する。先の説明においても、実際にはハイパワーアンプやローノイズアンプ(厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等)により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。   In the base station apparatus in the following embodiment, the transmission weight and the reception weight are calculated using channel information obtained by performing long-time averaging on the uplink channel estimation result. Also in the above description, the amplitude and the complex phase may actually be changed by a high power amplifier or a low noise amplifier (strictly speaking, a transmission system and a reception system circuit including other circuits such as a filter). In this case, it has been described that a calibration coefficient for correcting in accordance with a change in amplitude or complex phase is acquired in advance and used for correction. Although a known technique may be used for the calibration process, an example of the calibration process will be described below.

図16は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号25−1〜25−3は無線モジュールを示し、符号21−1〜21−3はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号22−1〜22−3はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号23−1〜23−3は時分割スイッチ(TDD−SW)を示し、符号24−1〜24−3はアンテナ素子を示している。
ここでは、基地局装置においてチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略したが、無線モジュール25−1〜25−3にはその他の機能も含まれる。また、信号がハイパワーアンプ21−1〜21−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#1(f)、ZHPA#2(f)、ZHPA#3(f)に応じて変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ22−1〜22−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZLNA#1(f)、ZLNA#2(f)、ZLNA#3(f)に応じて変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第k周波数成分に対する周波数「(f)」の表記を行っている。
FIG. 16 is a diagram illustrating asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In the figure, reference numerals 25-1 to 25-3 denote wireless modules, reference numerals 21-1 to 21-3 denote high power amplifiers (HPA), and reference numerals 22-1 to 22-3 denote low noise amplifiers (LNA). Reference numerals 23-1 to 23-3 denote time division switches (TDD-SW), and reference numerals 24-1 to 24-3 denote antenna elements.
Here, since only functions that affect channel information are extracted in the base station apparatus, configurations other than those illustrated are omitted, but the wireless modules 25-1 to 25-3 include other functions. Further, when the signal passes through each of the high power amplifiers 21-1 to 21-3, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 1 (f k ), Z HPA # 2 (f k ), Z HPA # 3 (f k ). Further, when the signal passes through each of the low noise amplifiers 22-1 to 22-3, the amplitude and the complex phase are Z LNA # 1 (f k ), Z LNA # 2 (f k ), and Z LNA # 3 (f k ). Here, it is assumed that there is a frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” for the k-th frequency component is described.

ここで、例えば、無線モジュール25−1及び無線モジュール25−2から試験用の無線モジュール25−3に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール25−1のアンテナ素子24−1と、無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表され、無線モジュール25−2のアンテナ素子24−2と無線モジュール25−3のアンテナ素子24−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表されている。 Here, for example, channel information when signals are transmitted from the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 to the test wireless module 25-3 will be described. Here, spatial channel information between the antenna element 24-1 of the wireless module 25-1 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 1 (f k ), and the wireless module 25 Channel information on the space between the antenna element 24-2 of -2 and the antenna element 24-3 of the wireless module 25-3 is represented by h 2 (f k ).

このとき、実際に無線モジュール25−1から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−1の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#1(f)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−2の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#2(f)、及びローノイズアンプ22−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。
At this time, the channel information when the signal is actually transmitted from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 indicates a change accompanying the passage of the high power amplifier 21-1 at h 1 (f k ) in space. A coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.
Similarly, the channel information when transmitting a signal from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is a coefficient Z indicating a change accompanying passage of the high power amplifier 21-2 at h 2 (f k ) in space. HPA # 2 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 22-3 are observed as multiplied values.

したがって、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。また、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネルは、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZHPA#2(f)/ZHPA#1(f)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). A channel from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.

この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−1にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ22−1の通過にともなる変化を示す係数ZLNA#1(f)とが乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール25−3から送信された信号を無線モジュール25−2にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ21−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ22−2の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#2(f)とが乗算された値として観測される。
This situation is the same on the receiving side. When the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-1, the channel information is stored in the high power amplifier 21 in h 1 (f k ) in space. Observed as a value obtained by multiplying a coefficient Z HPA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage of −3 and a coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating a change accompanying the passing of the low noise amplifier 22-1 Is done.
Similarly, when the signal transmitted from the wireless module 25-3 is received by the wireless module 25-2, the channel information changes in space h 2 (f k ) due to the passage of the high power amplifier 21-3. It is observed as a value obtained by multiplying the indicated coefficient Z HPA # 3 (f k ) by the coefficient Z LNA # 2 (f k ) indicating the change accompanying the passage of the low noise amplifier 22-2.

したがって、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表される。また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。このため、無線モジュール25−1と無線モジュール25−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZLNA#2(f)/ZLNA#1(f)の差が発生する。 Therefore, the channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). A channel from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). Therefore, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 25-1 and the wireless module 25-2 have relatively Z LNA # 2 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ) difference occurs.

上述したように、実施形態における基地局装置は、受信したトレーニング信号に対して長時間平均をとることにより、各アンテナ素子に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報をアップリンクにて取得可能である。
しかし、基地局装置はダウンリンクにおけるチャネル情報を直接求めることができない。そこで、アップリンクのチャネル情報から換算することで、ダウンリンクのチャネル情報を取得する。この換算のためには、各アンテナ素子24−1〜24−3に接続されているローノイズアンプ22−1〜22−3及びハイパワーアンプ21−1〜21−3の個体差の影響をキャンセルする必要がある。
As described above, the base station apparatus according to the embodiment includes a channel including changes caused by the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 connected to each antenna element by taking a long-time average with respect to the received training signal. Information can be acquired on the uplink.
However, the base station apparatus cannot directly obtain channel information in the downlink. Therefore, downlink channel information is obtained by conversion from uplink channel information. For this conversion, the influence of individual differences between the low-noise amplifiers 22-1 to 22-3 and the high-power amplifiers 21-1 to 21-3 connected to the antenna elements 24-1 to 24-3 is canceled. There is a need.

そこで、基地局装置の製造段階において、リファレンスとなる試験用の無線モジュール25−3を用意し、試験用の無線モジュール25−3のアンテナ端子と、無線モジュール25−1、25−2のアンテナ端子とを直接ケーブルで接続し、伝搬路上のチャネル情報が共通の値となる環境で、ハイパワーアンプ21−1〜21−3及びローノイズアンプ22−1〜22−3による変化を含むチャネル情報を測定し、測定したチャネル情報を用いて補正を行う。   Therefore, in the manufacturing stage of the base station apparatus, a test radio module 25-3 serving as a reference is prepared, and the antenna terminal of the test radio module 25-3 and the antenna terminals of the radio modules 25-1 and 25-2 are prepared. And channel information including changes by the high power amplifiers 21-1 to 21-3 and the low noise amplifiers 22-1 to 22-3 are measured in an environment where the channel information on the propagation path is a common value. Then, correction is performed using the measured channel information.

図17は、キャリブレーションの概要を示す図である。同図において、符号26−1〜26−3はアンテナ端子を示し、符号27は同軸ケーブルを示している。なお、図16に示した機能部と同じ機能部には同じ符号を付している。
図17(A)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−1とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図17(B)は、無線モジュール25−3と無線モジュール25−2とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図16が実際の空間上を信号が伝搬した状態を示しているのに対して、図17がアンテナ素子を介さずに同軸ケーブル上を信号が伝搬した状態を示している。
FIG. 17 is a diagram showing an outline of calibration. In the figure, reference numerals 26-1 to 26-3 indicate antenna terminals, and reference numeral 27 indicates a coaxial cable. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same function part as the function part shown in FIG.
FIG. 17A shows a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-1 are connected by a coaxial cable. FIG. 17B shows a configuration in which the wireless module 25-3 and the wireless module 25-2 are connected by a coaxial cable. FIG. 16 shows a state in which a signal propagates in an actual space, while FIG. 17 shows a state in which a signal propagates on a coaxial cable without passing through an antenna element.

無線モジュール25−1、25−2と、無線モジュール25−3とを接続する伝搬路としての同軸ケーブル27のチャネル情報は、h(f)である。
このとき、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報は、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。
また、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報は、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報は、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。
The channel information of the coaxial cable 27 serving as a propagation path connecting the wireless modules 25-1 and 25-2 and the wireless module 25-3 is h 0 (f k ).
At this time, the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 1 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 is expressed by Z HPA # 2 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ).
The channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25 -3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 0 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ).

そこで、これらのチャネル情報を測定した後に、次式(14)及び式(15)で表されるキャリブレーション係数C(f)、C(f)を算出しておく。 Therefore, after measuring these channel information, calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) represented by the following equations (14) and (15) are calculated.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

Figure 0005729833
Figure 0005729833

先ほど、無線モジュール25−3から無線モジュール25−1へのチャネル情報はZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表され、無線モジュール25−3から無線モジュール25−2へのチャネル情報はZHPA#3・(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表されると説明した。これらに式(14)及び式(15)のキャリブレーション係数C(f)、C(f)を乗算すると次式(16)及び式(17)が得られる。 The channel information from the wireless module 25-3 to the wireless module 25-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ), and the wireless module 25- It has been described that the channel information from 3 to the wireless module 25-2 is represented by Z HPA # 3 · (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). When these are multiplied by the calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ) of the equations (14) and (15), the following equations (16) and (17) are obtained.

Figure 0005729833
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Figure 0005729833
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式(16)及び式(17)の右辺は、先ほど説明した、無線モジュール25−1から無線モジュール25−3へのチャネル情報、及び、無線モジュール25−2から無線モジュール25−3へのチャネル情報に一致している。
このように、式(14)及び式(15)に相当するキャリブレーション係数を基地局装置の製造段階において取得しておき、これらを基地局装置内に記憶しておくことにより、これらのキャリブレーション係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出することができる。
The right sides of Expression (16) and Expression (17) are the channel information from the wireless module 25-1 to the wireless module 25-3 and the channel information from the wireless module 25-2 to the wireless module 25-3 described above. It matches.
As described above, the calibration coefficients corresponding to the equations (14) and (15) are acquired in the manufacturing stage of the base station device, and stored in the base station device, thereby calibrating them. The downlink channel information can be calculated from the uplink channel information using the coefficient.

なお、以下の実施形態では、これらのキャリブレーション係数を予め取得し、その値をデジタル信号処理上で利用する場合の説明を中心に行うが、当然ながらアナログ回路上において、これらのキャリブレーション係数が全てほぼ一定の値(複素位相が一定値であれば、絶対値そのものには差があっても構わない)となるように基地局装置内で調整を行っていれば、全てのキャリブレーション係数が1であるとみなした処理に読み替えることも可能である。同様に、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整されている場合にも、結果的に式(14)及び式(15)で示されるキャリブレーション係数の複素位相が全てのアンテナ素子でほぼ一定値になるため、同様の効果を得ることができる。   In the following embodiment, these calibration coefficients are acquired in advance, and the description will be made mainly on the case where the values are used in digital signal processing.Naturally, these calibration coefficients are displayed on an analog circuit. If calibration is performed in the base station apparatus so that all values are almost constant (if the complex phase is constant, the absolute value itself may be different), all calibration coefficients are It can also be read as a process regarded as 1. Similarly, even when the complex phases of the uplink and downlink are adjusted to be constant values, as a result, the complex phases of the calibration coefficients expressed by the equations (14) and (15) are all Since the antenna element has a substantially constant value, the same effect can be obtained.

(漸化式による残留干渉のキャンセル処理)
動作原理についてのここまでの説明では、チャネル情報の短時間平均化処理、相対成分取得、長時間平均化処理、送受信ウエイトの取得に関する説明と、それらに付随するキャリブレーションや周波数誤差等に関する説明を行ってきた。これらの技術を用いることで、より高次の空間多重をリアルタイムに対処可能な簡易な制御で実現することが可能になるが、一般に送受信ウエイトは同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせに依存するため、最初にその組み合わせを定めて送受信ウエイトを算出しなければならない。以降に示す本発明の関連技術の第1の構成例では、その組み合わせに対して適切な送受信ウエイトを算出する場合について説明している。
(Residual interference cancellation process using recurrence formula)
In the explanation of the operation principle so far, explanation on the short-time averaging processing of channel information, acquisition of relative components, long-time averaging processing, acquisition of transmission / reception weights, and explanation on calibration and frequency error associated therewith, etc. I went. By using these technologies, it is possible to realize higher-order spatial multiplexing with simple control that can deal with real-time, but generally transmission and reception weights depend on the combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing. First, the transmission / reception weight must be calculated by determining the combination. In the first configuration example of the related art of the present invention described below, a case where an appropriate transmission / reception weight is calculated for the combination is described.

しかし、例えば100台の端末装置から最大で30台の端末装置の空間多重を行う場合を考えれば、その組み合わせの数は10030であり、3×1025程度の天文学的な数の組み合わせが存在する。このため、事前に送受信ウエイトを求めておく場合であっても、この数の組み合わせに対して全ての送受信ウエイトを算出するのは現実的ではない。さらには、それをメモリに記憶しておくとしても、そのメモリの容量は膨大なものとなる。仮にアンテナ素子数を100本、サブキャリア数を1024、空間多重数を30多重、ひとつの周波数成分とアンテナ素子の組み合わせに対するウエイトの値を4バイトで記載したとする。この場合、ひとつの端末装置の組み合わせパターンに対して全サブキャリアで、100×1024×30×4=12.288Mバイトのメモリ容量が必要である。全体ではこれの3×1025倍の容量が必要になるので、それは現実的な記憶容量の限界をはるかに超えるものとなる。したがって、実際に利用可能な端末装置の組み合わせパターンを限定し、そのパターンの中から選択して空間多重を実施しなければならない。 However, considering the case of performing spatial multiplexing of up to 30 terminal devices from 100 terminal devices, for example, the number of combinations is 100 C 30 , and astronomical combinations of about 3 × 10 25 are possible. Exists. For this reason, even when transmission / reception weights are obtained in advance, it is not practical to calculate all transmission / reception weights for this number of combinations. Furthermore, even if it is stored in the memory, the capacity of the memory becomes enormous. Suppose that the number of antenna elements is 100, the number of subcarriers is 1024, the number of spatial multiplexing is 30, and the weight value for one frequency component and antenna element combination is described in 4 bytes. In this case, a memory capacity of 100 × 1024 × 30 × 4 = 12.288 Mbytes is required for all subcarriers for one terminal device combination pattern. Overall, this requires 3 × 10 25 times the capacity, which far exceeds the practical storage capacity limit. Therefore, it is necessary to limit the combination patterns of terminal devices that can actually be used, and to perform spatial multiplexing by selecting from the patterns.

一方、以下に示す本発明の関連技術の第2の構成例では、単純に送受信ウエイトを各アンテナ素子に対して信号が同位相合成されるように設定するため、同時に空間多重する端末装置の組み合わせに依存せずに送受信ウエイトが決まる。このため、特に同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを限定することなく、任意の組み合わせで空間多重を行うことが可能となる。しかし、これは本発明の関連技術の第1の構成例に示すような完全なヌル制御により相互の干渉成分を抑圧する訳ではないので、SIR(ないしはSINR)特性は本発明の関連技術の第1の構成例よりも第2の構成例の方が劣化する。この結果、所望の特性を満たす範囲で同時に空間多重することができる信号系統数が少なくなり、その分だけ周波数利用効率は低くなる。   On the other hand, in the second configuration example of the related technology of the present invention shown below, a combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing is used to simply set the transmission / reception weights so that signals are in-phase combined with each antenna element. The transmission / reception weight is determined without depending on. For this reason, spatial multiplexing can be performed in any combination without limiting the combination of terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously. However, since this does not suppress mutual interference components by complete null control as shown in the first configuration example of the related art of the present invention, the SIR (or SINR) characteristic is the first of the related art of the present invention. The second configuration example deteriorates more than the first configuration example. As a result, the number of signal systems that can be spatially multiplexed simultaneously within a range that satisfies the desired characteristics decreases, and the frequency utilization efficiency decreases accordingly.

本発明では、アップリンクに着目すれば各アンテナ素子において受信された周波数成分ごとの信号に、着目する端末装置に対応した受信ウエイトを乗算して加算合成した信号を求め、同時に空間多重を行う複数の端末装置に対応したこれらの受信信号をもとに、先の受信ウエイトでは除去しきれない干渉信号をさらに抑圧するための信号処理を受信側である基地局装置において行う。同様に、ダウンリンクにおいても、同時に空間多重を行う複数の各端末装置宛に生成した送信信号の各周波数成分に対し、これらの信号をもとに先の送信ウエイトでは端末装置側において除去しきれない干渉信号をさらに抑圧するための信号処理を送信側である基地局装置側で行う。   In the present invention, if attention is paid to the uplink, a signal for each frequency component received at each antenna element is multiplied by a reception weight corresponding to the focused terminal device to obtain a combined signal, and a plurality of signals are simultaneously multiplexed. Based on these received signals corresponding to the terminal device, signal processing for further suppressing interference signals that cannot be removed by the previous reception weight is performed in the base station device on the receiving side. Similarly, in the downlink, the frequency components of transmission signals generated for a plurality of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing can be eliminated on the terminal device side in the previous transmission weight based on these signals. Signal processing for further suppressing non-interfering signals is performed on the base station apparatus side that is the transmission side.

この信号処理においては、同時に空間多重を行う複数の端末装置の中の個別の2台の端末装置の組み合わせに対し、その端末装置に対応したチャネル情報と送受信ウエイトの各情報をもとに算出される送受信信号の補正情報を事前に算出及び記憶しておき、記憶されたこれらの情報を読み出して信号処理を行う。さらに信号処理は、行列×ベクトルの形式で表される漸化式で表されるものであり、この漸化式の繰り返し処理により、全体の演算量の増加を抑制する。一般に、N×Nの行列同士の乗算演算(ないしは行列の逆行列演算や特異値分解等も同様)には、Nの3乗に比例する回数の乗算演算が必要となるが、行列×ベクトルの演算では乗算回数はNの2乗に抑えられ、且つ、逆行列演算などと比べると、単純なルーチン処理で実現できる。このため、ハードウエアとして回路構成的にも実現が容易となり、リアルタイム処理を実現するのに有効である。   In this signal processing, for each combination of two individual terminal devices among a plurality of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, calculation is performed based on channel information and transmission / reception weight information corresponding to the terminal device. The correction information of the transmitted / received signal to be transmitted is calculated and stored in advance, and the stored information is read and signal processing is performed. Further, the signal processing is represented by a recurrence formula expressed in a matrix × vector format, and an increase in the entire calculation amount is suppressed by repeating the recurrence formula. In general, multiplication operations between N × N matrices (or matrix inverse matrix operations and singular value decomposition, etc.) require multiplication operations in a number proportional to the cube of N. In the calculation, the number of multiplications can be suppressed to the square of N, and can be realized by a simple routine process as compared with the inverse matrix calculation. For this reason, it is easy to realize hardware as a circuit configuration, which is effective for realizing real-time processing.

したがって本発明においては、この本発明の関連技術の第2の構成例で示す送受信ウエイト(本発明の関連技術の第1の構成例の様なヌル制御による完全な干渉抑圧が行われていない、即ち不完全な送受信ウエイト)を用いながらも、その送受信ウエイトを用いることで残る残留干渉を漸化式を用いた演算処理で推定し、その残留干渉成分をキャンセルする信号を付加することで、残留干渉成分を抑圧する信号処理を実現する。   Therefore, in the present invention, the transmission / reception weight shown in the second configuration example of the related technology of the present invention (complete interference suppression by null control is not performed as in the first configuration example of the related technology of the present invention, In other words, the remaining interference by using the transmission / reception weight is estimated by a calculation process using a recurrence formula, and a signal for canceling the residual interference component is added to the remaining transmission / reception weight. Signal processing that suppresses interference components is realized.

[本発明の関連技術の構成例]
本発明は、チャネルの時変動量の推定と通信品質管理制御に係わる技術と、その関連技術の組み合わせにより構成される。本発明の具体的な実施形態を説明する前に、その実施形態のベースとなる関連技術の構成例を先に説明する。
[Configuration example of related technology of the present invention]
The present invention is constituted by a combination of a technique related to estimation of channel time variation and communication quality management control and related techniques. Prior to describing a specific embodiment of the present invention, a configuration example of related technology that is the basis of the embodiment will be described first.

(関連技術の第1の構成例)
本発明の関連技術の第1の構成例では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と、基地局装置と通信をする複数の端末装置を具備する無線通信システムを例にして説明を行う。
図18は、本発明関連技術の第1の構成例における基地局装置10の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置10は、受信部100、送信部140、送受信ウエイト算出部120a、インタフェース回路170、MAC層処理回路180、通信制御回路110および記憶回路115を備えている。MAC層処理回路180はスケジューリング処理回路181を有している。
基地局装置10は、インタフェース回路170を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路170は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路180に出力する。MAC層処理回路180は、基地局装置10全体の動作の管理制御を行う通信制御回路110の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路170で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路181は、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路181は、スケジューリング結果を通信制御回路110に出力する。
(First configuration example of related technology)
In the first configuration example of the related art of the present invention, a radio communication system including a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of terminal apparatuses communicating with the base station apparatus will be described as an example.
FIG. 18 is a schematic block diagram showing the configuration of the base station apparatus 10 in the first configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the base station apparatus 10 includes a reception unit 100, a transmission unit 140, a transmission / reception weight calculation unit 120a, an interface circuit 170, a MAC layer processing circuit 180, a communication control circuit 110, and a storage circuit 115. The MAC layer processing circuit 180 has a scheduling processing circuit 181.
The base station apparatus 10 inputs and outputs data with an external device or a network via the interface circuit 170. The interface circuit 170 detects data to be transferred on the wireless line among the input data, and outputs the detected data to the MAC layer processing circuit 180. The MAC layer processing circuit 180 performs processing related to the MAC layer in accordance with an instruction from the communication control circuit 110 that performs management control of the operation of the entire base station apparatus 10. Here, the processing related to the MAC layer includes conversion of data input / output by the interface circuit 170 and data transmitted / received on the wireless line, addition of MAC layer header information, and the like. In this process, the scheduling processing circuit 181 performs various scheduling processes including a combination of terminal apparatuses that simultaneously perform spatial multiplexing. The scheduling processing circuit 181 outputs the scheduling result to the communication control circuit 110.

空間多重伝送において、送信時には複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路180から送信部140に出力される。また、受信時には複数の端末装置から送信された複数系統の信号系列が受信部100からMAC層処理回路180に出力される。送受信ウエイト算出部120aは、受信部100と送信部140とが空間多重してデータを送受信する際に用いる受信ウエイト及び送信ウエイトを管理する。
記憶回路115は、無線通信システムにおいて各端末装置の様々な情報など(例えば、SNR情報、時変動の程度の情報や最適伝送モードなどに関する情報)を予め記憶している。記憶回路115が記憶している端末装置のSNR情報や最適伝送モードなどの情報は、スケジューリング実施時において用いられる。なお、この記憶回路115は、本発明の実施形態及びその関連技術の双方において、必ずしも必要ではなく、場合によっては省略する構成とすることも可能である。
以下、基地局装置10における受信(アップリンク)に係る構成(受信部100)と、送信(ダウンリンク)に係る構成(送信部140)とに分けて説明する。
In spatial multiplexing transmission, signals are transmitted to a plurality of terminal devices at a time at the time of transmission, so that a plurality of signal sequences are output from the MAC layer processing circuit 180 to the transmission unit 140. In addition, a plurality of signal sequences transmitted from a plurality of terminal devices are output from the receiving unit 100 to the MAC layer processing circuit 180 during reception. The transmission / reception weight calculation unit 120a manages reception weights and transmission weights used when the reception unit 100 and the transmission unit 140 spatially multiplex and transmit / receive data.
The storage circuit 115 stores in advance various information of each terminal device in the wireless communication system (for example, SNR information, information on the degree of time variation, information on the optimum transmission mode, etc.). Information such as the SNR information and optimum transmission mode of the terminal device stored in the storage circuit 115 is used when scheduling is performed. Note that the memory circuit 115 is not necessarily required in both the embodiment of the present invention and related technology, and may be omitted in some cases.
Hereinafter, the configuration (reception unit 100) related to reception (uplink) in the base station apparatus 10 and the configuration (transmission unit 140) related to transmission (downlink) will be described separately.

図19は、本発明関連技術の第1の構成例における基地局装置10が備える受信部100の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部100は、アンテナ素子101−1〜101−K、TDDスイッチ102−1〜102−K、ローノイズアンプ(LNA)103−1〜103−K、ローカル発振器104、ミキサ105−1〜105−K、フィルタ106−1〜106−K、A/D変換器107−1〜107−K、FFT回路108−1〜108−K、及び受信信号処理回路109−1〜109−Lを備えている。受信信号処理回路109−1〜109−Lと、TDDスイッチ102−1〜102−Kとは、図18に示した通信制御回路110に接続されている。また、FFT回路108−1〜108−Kと、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、図18に示した送受信ウエイト算出部120aと接続されている。なお、アンテナ素子101−1〜101−Kは、図13におけるアンテナ素子13−1〜13−4に対応する。また、本構成例ではTDD方式を前提として説明を行うが、原理的にはFDD方式にも拡張可能である。   FIG. 19 is a schematic block diagram illustrating an example of a configuration of the receiving unit 100 included in the base station device 10 according to the first configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the receiving unit 100 includes antenna elements 101-1 to 101-K, TDD switches 102-1 to 102-K, low noise amplifiers (LNA) 103-1 to 103-K, a local oscillator 104, a mixer. 105-1 to 105-K, filters 106-1 to 106-K, A / D converters 107-1 to 107-K, FFT circuits 108-1 to 108-K, and received signal processing circuits 109-1 to 109 -L is provided. Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L and TDD switches 102-1 to 102-K are connected to communication control circuit 110 shown in FIG. The FFT circuits 108-1 to 108-K and the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L are connected to the transmission / reception weight calculation unit 120a shown in FIG. The antenna elements 101-1 to 101-K correspond to the antenna elements 13-1 to 13-4 in FIG. In this configuration example, the description is made on the assumption that the TDD system is used, but in principle it can be extended to the FDD system.

本構成例の基地局装置10には、K個のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応する、TDDスイッチ102−1〜102−KからA/D変換器107−1〜107−Kまでの回路が並列に設けられ、A/D変換器107−1〜107−Kの出力にFFT回路108−1〜108−Kが接続されている。また、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定するために、送受信で同一のアンテナ素子101−1〜101−Kを用いている。TDDスイッチ102−1〜102−Kが送信信号と受信信号との流れを切り替えている。   The base station apparatus 10 of this configuration example includes A / D converters 107-1 to 107-K from TDD switches 102-1 to 102-K corresponding to the K antenna elements 101-1 to 101-K, respectively. Are provided in parallel, and the FFT circuits 108-1 to 108-K are connected to the outputs of the A / D converters 107-1 to 107-K. In order to estimate downlink channel information from uplink channel information, the same antenna elements 101-1 to 101-K are used for transmission and reception. The TDD switches 102-1 to 102-K switch the flow of transmission signals and reception signals.

TDDスイッチ102−1〜102−Kは、アンテナ素子101−1〜102−Kを介して受信した信号をローノイズアンプ103−1〜103−Kに出力する。ローノイズアンプ103−1〜103−Kは、TDDスイッチ102−1〜102−Kから出力される信号を増幅して、ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ローカル発振器104は、予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を各ミキサ105−1〜105−Kに出力する。ここで、各ミキサ105−1〜105−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ105−1〜105−Kに入力される。   The TDD switches 102-1 to 102-K output the signals received via the antenna elements 101-1 to 102-K to the low noise amplifiers 103-1 to 103-K. The low noise amplifiers 103-1 to 103-K amplify the signals output from the TDD switches 102-1 to 102-K and output the amplified signals to the mixers 105-1 to 105-K. The local oscillator 104 generates a local oscillation signal having a predetermined frequency, and outputs the generated local oscillation signal to each of the mixers 105-1 to 105-K. Here, the local oscillation signals input to the mixers 105-1 to 105-K are the same signal, and the local oscillation signals having the same frequency and phase are input to the mixers 105-1 to 105-K.

ミキサ105−1〜105−Kは、ローノイズアンプ103−1〜103−Kから入力された信号に対し、ローカル発振器104から入力される局部発振信号を乗算してダウンコンバートしてフィルタ106−1〜106−Kに出力する。フィルタ106−1〜106−Kは、ミキサ105−1〜105−Kがダウンコンバートした信号に含まれる受信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、A/D変換器107−1〜107−Kに出力する。   The mixers 105-1 to 105-K multiply the signals input from the low noise amplifiers 103-1 to 103-K by the local oscillation signal input from the local oscillator 104, down-convert them, and perform filters 106-1. 106-K. Filters 106-1 to 106-K remove signals outside the band of the channel to be received, included in the signals down-converted by mixers 105-1 to 105-K, and A / D converters 107-1 to 107-. Output to K.

A/D変換器107−1〜107−Kは、フィルタ106−1〜106−Kから入力されるベースバンド信号をデジタル化する。FFT回路108−1〜108−Kは、A/D変換器107−1〜107−Kから入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号を含む信号であれば、当該デジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとの信号に分離する。この際、FFT回路108−1〜108−Kは、各周波数成分の信号に対して、OFDMシンボル(ないしはブロック伝送のブロック)ごとにガードインターバルを除去し、残りのサンプリングデータに対してFFT処理を施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換し、当該信号を受信信号処理回路109−1〜109−Lに出力する。更に、FFT回路108−1〜108−Kは、通信制御回路110の制御に応じて、入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号であれば、当該信号を送受信ウエイト算出部120aに出力する。FFT回路108−1〜108−Kに入力されるデジタル・ベースバンド信号がデータ通信信号を含む信号であるか、それとは異なるトレーニング信号であるかの判定は、通信制御回路110が行う。   The A / D converters 107-1 to 107-K digitize the baseband signals input from the filters 106-1 to 106-K. If the digital baseband signal input from the A / D converters 107-1 to 107-K is a signal including a normal data communication signal, the FFT circuits 108-1 to 108-K correspond to the digital baseband. The signal is separated into signals for each frequency component. At this time, the FFT circuits 108-1 to 108-K remove the guard interval for each OFDM signal (or block transmission block) for each frequency component signal, and perform FFT processing on the remaining sampling data. The signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis, and the signal is output to the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L. Furthermore, if the input digital baseband signal is a training signal for channel estimation different from a normal data communication signal in accordance with the control of the communication control circuit 110, the FFT circuits 108-1 to 108-K The signal is output to the transmission / reception weight calculation unit 120a. The communication control circuit 110 determines whether the digital baseband signal input to the FFT circuits 108-1 to 108-K is a signal including a data communication signal or a different training signal.

ここで、「通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号」とは、本構成例において送受信ウエイトの算出に用いるチャネル情報の推定処理において使用される図15に示すトレーニング信号3−1〜3−3信号であって、無線通信におけるユーザ・データないしは各種制御情報を収容した無線パケットとは全く異なる信号である。本関連技術では一部の構成例を除き、通常のデータ通信とは異なる信号処理(以下の図22に示すチャネル情報の短時間平均化処理等)を行う必要があり、この信号は図15にて説明した通り、従来のOFDM信号等とは異なるため、信号処理の内容も微妙に異なる。このため、FFT回路108−1〜108−Kでは、この通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号に対しては、FFTに伴う一連の処理を施さず、デジタル・ベースバンド信号のまま送受信ウエイト算出部120aに出力し、送受信ウエイト算出部120aにおいてFFTを含む処理を実施する機能が実装されているものとしている。ただ、詳細は後述するが、ここに記載された機能を実現するために、他の機能ブロックに同等の処理を実施することで代替することは当然可能であり、それも本関連技術の実現方法の一部であるとみなす。   Here, the “training signal for channel estimation different from the normal data communication signal” means the training signals 3-1 to 3-1 shown in FIG. 15 that are used in the channel information estimation process used in the transmission / reception weight calculation in this configuration example. The 3-3 signal is completely different from a radio packet containing user data or various control information in radio communication. In this related technology, except for some configuration examples, it is necessary to perform signal processing (such as short-time averaging processing of channel information shown in FIG. 22 below) different from normal data communication. As described above, since it differs from a conventional OFDM signal or the like, the contents of signal processing are also slightly different. For this reason, in the FFT circuits 108-1 to 108-K, a series of processing associated with FFT is not performed on the training signal for channel estimation different from the normal data communication signal, and the digital baseband signal remains as it is. It is assumed that a function that outputs to the transmission / reception weight calculation unit 120a and performs processing including FFT in the transmission / reception weight calculation unit 120a is implemented. However, although details will be described later, in order to realize the functions described herein, it is of course possible to substitute other functional blocks by performing equivalent processing, and this is also a method for realizing the related technology. Is considered part of

受信信号処理回路109−1〜109−Lは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する端末装置ないしは空間多重された信号系列に対応付けられ、受信信号から対応する端末装置のデータを検出する信号検出処理を行う。具体的には、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、各周波数成分に分離した信号に対して、それぞれに割り当てられた送信元の端末装置に対応する受信ウエイトを送受信ウエイト算出部120aから入力し、周波数成分ごとに受信ウエイトを乗算する。受信信号処理回路109−1〜109−Lは、周波数成分ごとに、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対し、受信ウエイトを乗算した信号を加算合成し、加算合成した信号に対して信号検出処理を行い、得られたデータ出力#1〜#LをMAC層処理回路180に出力する。   Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L are each associated with a terminal device that transmits data using spatial multiplexing or a spatially multiplexed signal sequence, and detects data of the corresponding terminal device from the received signal. A signal detection process is performed. Specifically, the reception signal processing circuits 109-1 to 109 -L transmit / receive the reception weights corresponding to the transmission source terminal devices assigned to the respective frequency components to the transmission / reception weight calculation unit 120 a. Is multiplied by the reception weight for each frequency component. The reception signal processing circuits 109-1 to 109-L add and synthesize the signals multiplied by the reception weights for each of the antenna elements 101-1 to 101-K for each frequency component, and signal the added and synthesized signals. The detection process is performed, and the obtained data outputs # 1 to #L are output to the MAC layer processing circuit 180.

具体的には、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、OFDM(A)変調方式が用いられている場合、加算合成された信号に対してサブキャリアごとの復調処理を行い、SC−FDEが用いられている場合、加算合成された各周波数成分の信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対する復調処理を行う。ここでの復調処理には、加算合成等の信号処理が施された後の信号に対するチャネル推定を含み、ここで推定されたチャネル情報を基に信号検出処理が行われる。更に、必要に応じて誤り訂正の復号処理を施し、データを出力する。MAC層処理回路180におけるMAC層上での信号処理などは、公知の技術を用いた処理と同じであり、ここでは説明を省略する。   Specifically, when the OFDM (A) modulation method is used, reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform demodulation processing for each subcarrier on the added and synthesized signal, and SC- When FDE is used, signal equalization processing on the frequency axis is performed on the frequency component signals added and synthesized, and demodulation processing is performed on the signal synthesized by IFFT processing. The demodulation processing here includes channel estimation for the signal after signal processing such as addition synthesis, and signal detection processing is performed based on the channel information estimated here. Furthermore, it performs decoding processing for error correction as necessary, and outputs data. The signal processing on the MAC layer in the MAC layer processing circuit 180 is the same as the processing using a known technique, and the description is omitted here.

受信信号処理回路109−1〜109−Lが信号処理を行う際、送信元の端末装置ごとに異なる受信ウエイトを用いる必要がある。通信制御回路110は、一連の通信に係る制御全般を管理するが、特に、どのタイミングでどの端末装置からの信号を受信するか、どの受信ウエイトを用いるのかを管理する。そのため、本構成例における基地局装置10と端末装置との間のアクセス制御は、基地局装置10の集中制御により管理している。   When the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform signal processing, it is necessary to use different reception weights for each terminal device as a transmission source. The communication control circuit 110 manages overall control related to a series of communications. In particular, the communication control circuit 110 manages which terminal device receives a signal at which timing and which reception weight is used. Therefore, access control between the base station apparatus 10 and the terminal apparatus in this configuration example is managed by centralized control of the base station apparatus 10.

なお、補足であるが、通信制御回路110は、自装置(基地局装置10)と端末装置との間のタイミングの同期に関して、GPS等を用いた絶対的な時刻・タイミングの同期を用いるようにしてもよい。
また、絶対的な時刻の同期の他にも、基地局装置10と端末装置との間の大まかな距離が分かっていれば、その距離に相当する伝搬遅延を端末装置に事前に設定しておき、端末装置は、基地局装置10のタイミングの基準となる信号の受信時刻に対し、所定のオフセットとして伝搬遅延を減算した時間にアップリンクの信号を送信開始するようにしてもよい。
As a supplement, the communication control circuit 110 uses absolute time / timing synchronization using GPS or the like for timing synchronization between its own device (base station device 10) and the terminal device. May be.
In addition to absolute time synchronization, if a rough distance between the base station apparatus 10 and the terminal apparatus is known, a propagation delay corresponding to the distance is set in the terminal apparatus in advance. The terminal device may start transmission of the uplink signal at a time obtained by subtracting the propagation delay as a predetermined offset from the reception time of the signal serving as a timing reference of the base station device 10.

具体的には、時分割多元接続(Time Division Multiple Access:TDMA)を用いたアクセス制御の例を用いれば、端末装置は、TDMAフレーム先頭のプリアンブル等のタイミング検出により得られるフレームタイミングを基準とし、フレーム内のスロット割り当ての内容を把握して通信の動作を行う。通常であれば、アップリンクのタイムスロットのタイミングで信号を送信するが、いわゆるタイム・アライメントと呼ばれる制御では、伝搬遅延を見込んでその遅延分だけ端末が自らの認識しているタイミングに対して先行した時間のタイミングで信号の送信を開始し、結果的に基地局装置10にその信号が到着する時刻を、基地局が認識しているタイミング通りになるように調整する。   Specifically, if an example of access control using time division multiple access (Time Division Multiple Access (TDMA)) is used, the terminal device is based on the frame timing obtained by timing detection such as a preamble at the beginning of the TDMA frame, The contents of slot assignment in the frame are grasped and communication operation is performed. Normally, a signal is transmitted at the timing of the uplink time slot. However, in the so-called time alignment control, the terminal is ahead of the timing that the terminal recognizes by considering the propagation delay. The transmission of the signal is started at the timing of the time, and as a result, the time at which the signal arrives at the base station apparatus 10 is adjusted so as to match the timing recognized by the base station.

この際に必要となる調整量は、実際の信号は基地局装置10から端末装置、更に基地局装置10へと往復することになるため、端末装置は伝搬遅延の2倍の時間だけ前倒しで送信を開始することになる。なお、このタイミングの調整は必ずしも端末装置で行わなくてもよく、基地局装置10が自装置と端末装置との距離ないしはその距離に相当する伝搬遅延を把握することができれば、基地局装置10において信号が受信される時刻をその時間分(伝搬遅延の2倍)だけ後ろ倒しに調整することで、タイミング調整を行うことも可能である。ないしは、直接的に基地局装置から端末装置に対し、その時間分だけ前倒しした時間を送信タイミングであると指示を行ってもよい。   The amount of adjustment required at this time is that the actual signal is reciprocated from the base station device 10 to the terminal device and then to the base station device 10, so the terminal device transmits it ahead of time by twice the propagation delay. Will start. Note that this timing adjustment does not necessarily have to be performed by the terminal device. If the base station device 10 can grasp the distance between the own device and the terminal device or the propagation delay corresponding to the distance, the base station device 10 It is also possible to adjust the timing by adjusting the time at which the signal is received backward by that amount (twice the propagation delay). Alternatively, the base station apparatus may directly instruct the terminal apparatus that the time advanced by that time is the transmission timing.

このように、GPSを用いた絶対時刻の同期ないしはタイム・アライメント制御等のいずれかの手段で把握したタイミングで基地局装置10は受信処理を開始し、シンボルタイミングも既知として処理を行うことが可能である。これらのタイミング制御、アクセス制御、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切替え、受信ウエイトを読み出すときにおける送信元である端末装置情報の提供など、これらを合わせて全て通信制御回路110が制御・管理を行う。   In this way, the base station apparatus 10 can start reception processing at a timing grasped by any means such as absolute time synchronization or time alignment control using GPS, and can perform processing with a known symbol timing. It is. The communication control circuit 110 controls and manages all of these timing control, access control, switching of the TDD switches 102-1 to 102-K, provision of terminal device information that is a transmission source when reading the reception weight, and the like. I do.

次に、送受信ウエイト算出部120aの構成について説明する。
図20は、本発明関連技術の第1の構成例における送受信ウエイト算出部120aの構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送受信ウエイト算出部120aは、チャネル情報短時間平均回路121、相対成分取得回路122、チャネル情報長時間平均回路123、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路124a、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト記憶回路125a、キャリブレーション回路126、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路127a、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト記憶回路128a、及びキャリブレーション係数記憶回路129を有している。なお、以下に示す説明におけるチャネル情報、送受信ウエイト、キャリブレーション係数等は、全て周波数成分ごとに異なるものであり、それらは周波数成分ごとに個別に算出、処理、記録、管理されるものである。
Next, the configuration of the transmission / reception weight calculation unit 120a will be described.
FIG. 20 is a schematic block diagram showing a configuration example of the transmission / reception weight calculation unit 120a in the first configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the transmission / reception weight calculation unit 120a includes a channel information short-time average circuit 121, a relative component acquisition circuit 122, a channel information long-time average circuit 123, a multiuser MIMO (MU-MIMO) reception weight calculation circuit 124a, Multi-user MIMO (MU-MIMO) reception weight storage circuit 125a, calibration circuit 126, multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 127a, multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight storage circuit 128a, and calibration A coefficient storage circuit 129 is included. Note that channel information, transmission / reception weights, calibration coefficients, and the like in the following description are all different for each frequency component, and are individually calculated, processed, recorded, and managed for each frequency component.

チャネル情報短時間平均回路121は、通信制御回路110の指示に従い、FFT回路108−1〜108−Kから入力される信号に対してトレーニング信号の短時間平均化処理(必要に応じ周波数誤差補償を行い、更に時間軸上の信号をFFT処理により周波数成分ごとに分離する)を行い、端末装置ごとに、端末装置とアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれとの間のアップリンクのチャネル情報を周波数成分ごとに取得する。相対成分取得回路122は、例えばアンテナ素子101−1の複素位相を基準とし、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれのチャネル情報のアンテナ素子101−1との相対成分を取得する。チャネル情報長時間平均回路123は、端末装置ごとに、相対成分取得回路122が取得した離散的な時刻に取得された複数回分のアンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対する相対成分から、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対する相対成分の平均値を算出する長時間平均化処理を行い、算出した平均値をチャネル情報として出力する。   The channel information short-time averaging circuit 121 performs a short-time averaging process of the training signal on the signals input from the FFT circuits 108-1 to 108-K according to instructions from the communication control circuit 110 (frequency error compensation is performed if necessary). And further separating the signal on the time axis for each frequency component by FFT processing), and for each terminal device, information on the uplink channel between the terminal device and each of the antenna elements 101-1 to 101-K is obtained. Acquired for each frequency component. The relative component acquisition circuit 122 acquires, for example, the relative component of each antenna element 101-1 to 101-K with respect to the antenna element 101-1, using the complex phase of the antenna element 101-1 as a reference. The channel information long-time average circuit 123 determines, for each terminal device, the antenna elements from the relative components for each of the plurality of antenna elements 101-1 to 101-K acquired at discrete times acquired by the relative component acquisition circuit 122. A long-time averaging process for calculating an average value of relative components for each of 101-1 to 101-K is performed, and the calculated average value is output as channel information.

マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路124aは、チャネル情報長時間平均回路123が出力したチャネル情報に基づいて、端末装置の予め定められた組み合わせごとに、受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトと当該組み合わせとを対応付けてマルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aに出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aは、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路124aが出力した、受信ウエイトと、端末装置の組み合わせとを対応付けて記憶する。ここで、端末装置の組み合わせは、無線通信システムに具備されている複数の端末装置の全ての組み合わせでもよいし、頻繁に利用される限定的な組み合わせでもよい。   The multiuser MIMO reception weight calculation circuit 124a calculates a reception weight for each predetermined combination of the terminal devices based on the channel information output from the channel information long-time average circuit 123, and calculates the received weight and the combination. Are associated with each other and output to the multi-user MIMO reception weight storage circuit 125a. The multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a stores the reception weight output from the multiuser MIMO reception weight calculation circuit 124a and the combination of terminal devices in association with each other. Here, the combination of terminal devices may be all combinations of a plurality of terminal devices provided in the wireless communication system, or may be a limited combination that is frequently used.

キャリブレーション回路126は、チャネル情報長時間平均回路123が出力したチャネル情報に予め定められたキャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aは、キャリブレーション回路126が取得したダウンリンクのチャネル情報に基づいて、端末装置の予め定められた組み合わせごとに、送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトと当該組み合わせとを対応付けてマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに出力する。マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aは、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aが出力した送信ウエイトと端末装置の組み合わせとを対応付けて記憶する。
キャリブレーション係数記憶回路129には、アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、アップリングのチャネル情報から、ダウンリンクのチャネル情報を算出する際に用いる各周波数成分におけるキャリブレーション係数を予め記憶している。
The calibration circuit 126 obtains downlink channel information by multiplying the channel information output from the channel information long-time average circuit 123 by a predetermined calibration coefficient. The multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 127a calculates a transmission weight for each predetermined combination of the terminal devices based on the downlink channel information acquired by the calibration circuit 126, and calculates the transmission weight and the combination. Are associated with each other and output to the multi-user MIMO transmission weight storage circuit 128a. The multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a stores the transmission weight output from the multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 127a and the combination of terminal devices in association with each other.
The calibration coefficient storage circuit 129 stores in advance the calibration coefficient for each frequency component used when calculating downlink channel information from uplink channel information for each of the antenna elements 101-1 to 101 -K. ing.

なお、送受信ウエイト算出部120aにて行うチャネル情報の推定に係わる一連の処理、及びそれに後続する送受信ウエイトの算出とその記憶等の一連の処理は、全て周波数成分ごとに行われる。つまり、式(11)又は式(13)を用いて行う周波数誤差を推定した後は、周波数誤差を補正した式(10)で与えられる短時間平均化後の各mに対するサンプリングデータ〜Sに対してFFT処理を行い、各周波数成分に分離することでアップリンクの短時間平均化されたチャネル情報を取得した後、それを基に各周波数成分に対して一連の処理を行う。 Note that a series of processes related to channel information estimation performed by the transmission / reception weight calculation unit 120a and a series of processes such as calculation and storage of subsequent transmission / reception weights are performed for each frequency component. That is, after estimating the frequency error using Equation (11) or Equation (13), the sampling data for each m to S m after short-time averaging given by Equation (10) corrected for the frequency error On the other hand, after FFT processing is performed and channel information averaged for a short period of time is acquired by separating the frequency components, a series of processing is performed on each frequency component based on the acquired channel information.

図21は、本発明関連技術の第1の構成例における基地局装置10における送信部140の構成の一例を示す図である。同図に示すように、送信部140は、送信信号処理回路141−1〜141−L、加算合成回路142−1〜142−K、IFFT&GI付与回路143−1〜143−K、D/A変換器144−1〜144−K、ローカル発振器145、ミキサ146−1〜146−K、フィルタ147−1〜147−K、及びハイパワーアンプ(HPA)148−1〜148−Kを更に備えている。送信信号処理回路141−1〜141−Lと、TDDスイッチ102−1〜102−Kとは、図18に示した通信制御回路110に接続されている。また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、図18に示した送受信ウエイト算出部120aに接続されている。ここで、アンテナ素子101−1〜101−K、及びTDDスイッチ102−1〜102−Kは、アップリンクに係る構成(受信側)とで共通に用いられる。実際には、基地局装置10において、アップリンクに係る構成と、ダウンリンクに係る構成とが一体となって動作するものであるが、説明の都合上、分けて説明をしている。   FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the configuration of the transmission unit 140 in the base station apparatus 10 in the first configuration example of the technology related to the present invention. As shown in the figure, the transmission unit 140 includes transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L, addition synthesis circuits 142-1 to 142-K, IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K, and D / A conversion. 144-1 to 144-K, a local oscillator 145, mixers 146-1 to 146-K, filters 147-1 to 147-K, and high power amplifiers (HPA) 148-1 to 148-K. . Transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L and TDD switches 102-1 to 102-K are connected to communication control circuit 110 shown in FIG. Further, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L are connected to the transmission / reception weight calculation unit 120a shown in FIG. Here, the antenna elements 101-1 to 101-K and the TDD switches 102-1 to 102-K are used in common with the configuration related to the uplink (reception side). Actually, in the base station apparatus 10, the configuration related to the uplink and the configuration related to the downlink operate integrally, but for the convenience of description, they are described separately.

送信信号処理回路141−1〜141−Lは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する宛先の端末装置に対応付けられ、対応付けられた端末装置に送信するデータに対して信号処理を行う。具体的には、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、送信すべきデータ入力#1〜#LがMAC層処理回路180から入力されると、OFDM(A)変調方式又はSC−FDEにおける所定の送信処理を実行する。データ入力#1〜#Lは、宛先の端末装置ないしは空間多重する信号系列それぞれに対応するデータであり、宛先の端末装置に対応付けられた送信信号処理回路141−1〜141−Lに入力される。   Each of the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L is associated with a destination terminal device that transmits data using spatial multiplexing, and performs signal processing on data to be transmitted to the associated terminal device. Do. Specifically, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L receive the OFDM (A) modulation scheme or SC-FDE when the data inputs # 1 to #L to be transmitted are input from the MAC layer processing circuit 180. The predetermined transmission process in is performed. Data inputs # 1 to #L are data corresponding to each destination terminal device or spatially multiplexed signal sequence, and are input to transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L associated with the destination terminal device. The

送信信号処理回路141−1〜141−Lは、基地局装置10においてOFDM(A)変調方式が用いられる場合、誤り訂正符号化の後にサブキャリアごとの信号の変調処理を行う。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに記憶されている送信ウエイトのうち、それぞれに割り当てられた宛先の端末装置に対応する各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの送信ウエイトをマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aから読み出し、変調処理を行ったサブキャリアごとの信号に対し、読み出した送信ウエイトをサブキャリアごとに乗算する。   When the base station apparatus 10 uses the OFDM (A) modulation scheme, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L perform signal modulation processing for each subcarrier after error correction coding. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141 -L are antenna elements 101-1 to 101-1 corresponding to the destination terminal devices assigned to the respective transmission weights stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128 a. 101-K transmission weights are read from the multi-user MIMO transmission weight storage circuit 128a, and the modulated transmission signal is multiplied by the read transmission weight for each subcarrier.

また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、基地局装置10においてSC−FDEが用いられる場合、シングルキャリアの変調処理が施された信号を、送信信号のブロック単位でFFTにより各周波数成分に分離する。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに記憶されている送信ウエイトのうち、宛先の端末装置に対応した送信ウエイトを読み出し、周波数成分に分離した信号に対し、読み出した送信ウエイトを周波数成分ごとに乗算する。   In addition, when SC-FDE is used in the base station apparatus 10, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L each transmit a signal subjected to single carrier modulation processing to each block of the transmission signal by FFT. Separate into components. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L read the transmission weight corresponding to the destination terminal device out of the transmission weights stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a, and convert it into a signal separated into frequency components. On the other hand, the read transmission weight is multiplied for each frequency component.

また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、基地局装置10においてSC−FDEが用いられる場合、誤り訂正符号化の後にシングルキャリアの変調処理が施された信号を、送信信号のブロック単位でFFTにより各周波数成分に分離する。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128に記憶されている送信ウエイトのうち、宛先の端末装置の組み合わせに対応した送信ウエイトを読み出し、周波数成分に分離した信号に対し、読み出した送信ウエイトを周波数成分ごとに乗算する。   Further, when SC-FDE is used in the base station apparatus 10, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L transmit a signal subjected to single carrier modulation processing after error correction coding to a block of the transmission signal. Each frequency component is separated by FFT in units. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L read the transmission weights corresponding to the combination of the destination terminal devices out of the transmission weights stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128 and separated them into frequency components. The signal is multiplied by the read transmission weight for each frequency component.

その後、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、OFDM(A)変調方式及びSC−FDEのいずれが用いられる場合においても、送信ウエイトを乗算したアンテナ素子ごとの各周波数成分の信号を加算合成回路142−1〜142−Kに出力する。加算合成回路142−1〜142−Kは、送信信号処理回路141−1〜141−Lが生成した信号を周波数成分ごとに合成し、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kに出力する。IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kは、加算合成回路142−1〜142−Kにおいて合成された信号に対しIFFT処理を施し、周波数軸上から時間軸上の信号に変換し、更にガードインターバルを付与し、必要に応じて波形整形を行い送信すべきデジタル・ベースバンド信号を生成し、D/A変換器144−1〜144−Kに出力する。なお、デジタル・ベースバンド信号は、アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対応し、個別に信号処理される。   Thereafter, the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L add the signal of each frequency component for each antenna element multiplied by the transmission weight, regardless of which of the OFDM (A) modulation scheme and SC-FDE is used. The data is output to the synthesis circuits 142-1 to 142-K. Addition synthesis circuits 142-1 to 142-K synthesize the signals generated by transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L for each frequency component, and output them to IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K. IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K perform IFFT processing on the signals synthesized in the adder / synthesizing circuits 142-1 to 142-K, convert the signals from the frequency axis to the signals on the time axis, and further guard intervals , And waveform shaping as necessary to generate a digital baseband signal to be transmitted and output it to the D / A converters 144-1 to 144-K. The digital baseband signal corresponds to each of the antenna elements 101-1 to 101 -K and is individually signal processed.

D/A変換器144−1〜144−Kは、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kから入力された信号をアナログ信号に変換しミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ローカル発振器145は、アップコンバートに用いられる局部発振信号であって所定の周波数を有する局部発振信号をミキサ146−1〜146−Kに出力する。
ミキサ146−1〜146−Kは、D/A変換器144−1〜144−Kから入力されるアナログ信号に対し、ローカル発振器145から入力される局部発振信号を乗算して無線周波数にアップコンバートした信号をフィルタ147−1〜147−Kに出力する。なお、ミキサ146−1〜146−Kに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ146−1〜146−Kに入力される。
The D / A converters 144-1 to 144-K convert the signals input from the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K into analog signals and output the analog signals to the mixers 146-1 to 146-K.
The local oscillator 145 outputs a local oscillation signal used for up-conversion and having a predetermined frequency to the mixers 146-1 to 146-K.
The mixers 146-1 to 146-K multiply the analog signals input from the D / A converters 144-1 to 144-K by the local oscillation signals input from the local oscillator 145 and up-convert them to radio frequencies. The signal is output to the filters 147-1 to 147-K. The local oscillation signals input to the mixers 146-1 to 146-K are the same signal, and local oscillation signals having the same frequency and phase are input to the mixers 146-1 to 146-K.

フィルタ147−1〜147−Kは、ミキサ146−1〜146−Kから入力される信号に含まれ送信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kに出力する。
ハイパワーアンプ148−1〜148−Kは、フィルタ147−1〜147−Kから入力される信号を増幅し、TDDスイッチ102−1〜102−Kを介してアンテナ素子101−1〜101−Kより送信する。
通信制御回路110は、更に、送信タイミングや、宛先の端末装置の管理、TDDスイッチ102−1〜102−Kの切替えの制御を行う。
Filters 147-1 to 147 -K remove signals outside the band of the channel to be transmitted included in the signals input from mixers 146-1 to 146 -K and provide high-power amplifiers 148-1 to 148 -K. Output.
The high power amplifiers 148-1 to 148-K amplify the signals input from the filters 147-1 to 147-K, and the antenna elements 101-1 to 101-K via the TDD switches 102-1 to 102-K. Send more.
The communication control circuit 110 further controls transmission timing, destination terminal device management, and switching of the TDD switches 102-1 to 102-K.

なお、以上の説明では、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う信号処理が加算合成回路142−1〜142−Kの後段において処理される場合について説明を行ったが、IFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにおいて行う信号処理を送信信号処理回路141−1〜141−Lにて実施し、時間軸上のデジタル・サンプリングデータとした上で、各サンプリング時刻のサンプリングデータを加算合成回路142−1〜142−Kにて全宛先の端末局に亘り加算合成するという処理に置き換えても、同等の信号処理が可能であり、どちらの構成を選択しても構わない。ただし、この場合、IFFTを行う回数が上記説明よりも多くなるため、全体的な回路規模抑制の観点からは図21の構成が好ましいと思われる。   In the above description, the case where the signal processing performed in the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K is processed in the subsequent stage of the adding / combining circuits 142-1 to 142-K has been described. However, the IFFT & GI adding circuit 143 has been described. The signal processing performed in -1 to 143-K is performed in the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L to obtain digital sampling data on the time axis, and the sampling data at each sampling time is added and synthesized Even if it replaces with the process of carrying out addition synthesis over all the destination terminal stations in 142-1 to 142-K, equivalent signal processing is possible, and either configuration may be selected. However, in this case, the number of times IFFT is performed is larger than that described above, and therefore the configuration of FIG. 21 is preferable from the viewpoint of overall circuit scale suppression.

<チャネル推定から送受信ウエイトの算出処理>
以下、図22から図27を用いて、本構成例の基地局装置10におけるチャネル推定から送信ウエイト及び受信ウエイトの算出までの処理を説明する。これらの一連処理は、端末装置と通信を開始する前に行うことが基本であるが、一旦、これらの処理を行った上で、逐次学習を行いながらチャネル情報の精度の向上、すなわち送信ウエイト及び受信ウエイトの精度の向上を図ることも可能である。
また、基地局装置10は、ブロードバンドサービスの中で利用されることを想定し、ある程度の帯域幅で通信を行う場合を対象とした。このため、OFDM(A)変調方式や、SC−FDE等の通信方式が用いられることを想定し、ブロック単位で各周波数成分を分離して信号処理をする説明を行っている。
<Transmission / reception weight calculation process from channel estimation>
Hereinafter, processing from channel estimation to calculation of transmission weights and reception weights in the base station apparatus 10 of this configuration example will be described with reference to FIGS. 22 to 27. These series of processes are basically performed before starting communication with the terminal device, but once these processes are performed, the accuracy of channel information is improved while performing sequential learning, that is, transmission weight and It is also possible to improve the accuracy of the reception weight.
In addition, the base station apparatus 10 is intended for use in a broadband service and is intended for communication with a certain bandwidth. For this reason, assuming that an OFDM (A) modulation method or a communication method such as SC-FDE is used, an explanation is given of performing signal processing by separating each frequency component in units of blocks.

アップリンクのチャネル推定においては、例えば、図15に示したようなトレーニング信号を端末装置から連続的に送信し、それを基地局装置10が受信し、比較的短い時間での平均化処理(図22)を行う。更に、基地局装置10において、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの相対的なチャネル情報の差を示す相対成分を取得し(図23)、長時間での平均化処理(図24)を行う3段階の信号処理を行う。
このようにして求めたアップリンクのチャネル情報に対し、キャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得し(図25)、アップリンク及びダウンリンクのチャネル情報に基づいて送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する(図26)。
以下、各処理を説明する。
In uplink channel estimation, for example, a training signal as shown in FIG. 15 is continuously transmitted from the terminal device, and is received by the base station device 10 and is averaged in a relatively short time (see FIG. 15). 22) is performed. Further, the base station apparatus 10 acquires a relative component indicating a difference in relative channel information of each of the antenna elements 101-1 to 101-K (FIG. 23), and performs an averaging process for a long time (FIG. 24). Three-stage signal processing is performed.
The uplink channel information thus obtained is multiplied by a calibration coefficient to obtain downlink channel information (FIG. 25), and transmission weights and reception weights are obtained based on the uplink and downlink channel information. Is calculated (FIG. 26).
Hereinafter, each processing will be described.

図22は、本発明関連技術の第1の構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。
基地局装置10において、チャネル情報短時間平均回路121は、端末装置から短時間平均化用のチャネル推定のトレーニング信号の受信が開始されると(ステップS101)、サンプリングのカウンタとしてのm及びMをゼロにリセットする(ステップS102)。ここで、カウンタとは、式(10)におけるm、Mのことであり、第Mシンボルの第mサンプルの意味である。チャネル情報短時間平均回路121は、FFT回路108−1〜108−Kから入力されるトレーニング信号に対してサンプリングを行い、サンプリングした信号をS(M) とする(ステップS103)。
FIG. 22 is a flowchart showing short-time averaging processing for acquiring uplink channel information in the first configuration example of the technology related to the present invention.
In the base station device 10, the channel information short-time averaging circuit 121 starts receiving a training signal for channel estimation for short-time averaging from the terminal device (step S 101), and sets m and M as sampling counters Reset to zero (step S102). Here, the counter means m and M in Equation (10), and means the m-th sample of the M-th symbol. The channel information short-time averaging circuit 121 samples the training signals input from the FFT circuits 108-1 to 108-K, and sets the sampled signal as S (M) m (step S103).

チャネル情報短時間平均回路121は、サンプリング周期Δtが経過するたびに、カウンタmに「1」を加算し(ステップS104)、カウンタmがデータ数Nと一致した(m=N)か否かを判定し(ステップS105)、カウンタmがデータ数Nと一致していない(m≠N)場合(ステップS105:NO)、ステップS103に処理を戻し、ステップS103〜S105を繰り返す。ここで、データ数Nは、1シンボル当たりのサンプル数であり、予め定められた値である。
一方、カウンタmがデータ数Nと一致した場合(ステップS105:YES)、チャネル情報短時間平均回路121は、1シンボル分のサンプリングが完了したとみなし、次のシンボルをサンプリングするために、カウンタmに0を代入し、カウンタMに「1」を加算する(ステップS106)。
The channel information short-time averaging circuit 121 adds “1” to the counter m every time the sampling period Δt elapses (step S104), and checks whether the counter m matches the number of data N (m = N). When the determination is made (step S105) and the counter m does not match the number of data N (m ≠ N) (step S105: NO), the process returns to step S103, and steps S103 to S105 are repeated. Here, the data number N is the number of samples per symbol, and is a predetermined value.
On the other hand, when the counter m coincides with the number of data N (step S105: YES), the channel information short-time averaging circuit 121 considers that sampling for one symbol has been completed, and in order to sample the next symbol, the counter m 0 is substituted into “1”, and “1” is added to the counter M (step S106).

チャネル情報短時間平均回路121は、カウンタMが所定の値(式(10)のM)に達したか否かに応じてサンプリング終了か否かを判定し(ステップS107)、一続きのサンプリングが完了していない場合(ステップS107:NO)、ステップS103に処理を戻し、ステップS103〜S106の処理を繰り返して行う。ここで、一続きのサンプリングとは、予め定められたシンボル数Mのサンプリングのことである。
一方、一続きのサンプリングが完了した場合(ステップS107:YES)、チャネル情報短時間平均回路121は、式(12)を用いて^S(M,M’)を算出し(ステップS108)、式(13)の解ないしは式(11)を最大にする周波数誤差Δfを算出する(ステップS109)。
The channel information short-time averaging circuit 121 determines whether or not the sampling is finished depending on whether or not the counter M has reached a predetermined value (M 0 in Expression (10)) (step S107), and a series of samplings Is not completed (step S107: NO), the process returns to step S103, and the processes of steps S103 to S106 are repeated. Here, the sampling of a series is that the predetermined sampling number of symbols M 0.
On the other hand, when a series of sampling is completed (step S107: YES), the channel information short-time averaging circuit 121 calculates ^ S (M, M ′) using equation (12) (step S108). A frequency error Δf that maximizes the solution of (13) or equation (11) is calculated (step S109).

チャネル情報短時間平均回路121は、算出した周波数誤差Δfを用い、式(10)から複数周期に亘り加算平均化されたサンプリングデータ〜Sを算出する(ステップS110)。
チャネル情報短時間平均回路121は、短時間平均されたサンプリングデータ〜Sに対してFFTを行い、各周波数成分の情報を算出し(ステップS111)、短時間平均化の処理を終了する(ステップS112)。
なお、周波数誤差Δfが無視可能なほどに小さいことが事前に分かっている場合(設計上、この様な設定となっている場合)、ないしは短時間平均化を行う時間(T×M)が十分に短く設定されている場合には、周波数誤差Δfの補正に相当するステップS108及びステップS109の処理を省略し、Δf=0としてステップS110を直接実施することも可能である。
Channel information short-time average circuit 121, using the calculated frequency error Delta] f, to calculate the sampled data to S m of the addition averaging over from equation (10) a plurality of cycles (step S110).
Channel information short-time average circuit 121, a short time performs an FFT on averaged sampled data to S m, calculates information of each frequency component (step S111), and terminates the processing in the short-term average (step S112).
Note that if it is known in advance that the frequency error Δf is negligibly small (when such a setting is used in the design), or the time for performing short-time averaging (T × M 0 ) is If it is set sufficiently short, it is possible to omit step S108 and step S109 corresponding to the correction of the frequency error Δf and directly execute step S110 with Δf = 0.

チャネル情報短時間平均回路121は、アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、複数の周期に亘るトレーニング信号を周期ごとに分離し、分離した各トレーニング信号を合成して短時間の平均化処理を行う。更に、各アンテナ素子101−1〜101−Kで受信した信号に含まれる異なる周期を有する各周波数成分の信号をFFTにて周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの信号から各アンテナ素子101−1〜101−Kと端末装置との間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得する。   The channel information short-time averaging circuit 121 separates training signals over a plurality of periods for each of the antenna elements 101-1 to 101 -K and synthesizes the separated training signals for a short-time averaging process. I do. Furthermore, each frequency component signal having a different period included in the signal received by each antenna element 101-1 to 101 -K is separated for each frequency component by FFT, and each antenna element is separated from the separated signal for each frequency component. Channel information of each frequency component in the uplink between 101-1 to 101-K and the terminal device is acquired.

図23は、本発明関連技術の第1の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。相対成分取得回路122は、チャネル情報短時間平均回路121が第1のアンテナ素子101−1から第Kのアンテナ素子101−Kそれぞれに対応する信号に対して短時間平均化処理を終了すると(ステップS121−1〜S121−K)、短時間平均化処理が終了した各アンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報における第k周波数成分^h(k) ,…,^h(k) がチャネル情報短時間平均回路121から入力される(ステップS122−1〜122−K)。 FIG. 23 is a flowchart showing a relative component acquisition process for acquiring a relative component of uplink channel information in the first configuration example of the technology related to the present invention. The relative component acquisition circuit 122 completes the short-time averaging process for the signals corresponding to the first antenna element 101-1 to the K-th antenna element 101 -K by the channel information short-time average circuit 121 (step S 1). S121-1 to S121-K), k-th frequency components ^ h (k) 1 ,..., ^ H (k ) in the channel information corresponding to the antenna elements 101-1 to 101-K for which the short-time averaging processing has been completed. ) K is input from the channel information a short time average circuit 121 (step S122-1~122-K).

相対成分取得回路122は、第1のアンテナ素子101−1におけるチャネル情報(^h(k) )と、その複素共役(^h(k) とから、オフセット値e−jφ(k)(=(^h(k) /‖^h(k) ‖)を算出する(ステップS123)。ここで「‖x‖」は、xの絶対値を表す。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
相対成分取得回路122は、算出した第k周波数成分に対するオフセット値e−jφ(k)を各アンテナ素子101−1〜101−Kに対応する第k周波数成分^h(k) 、…、^h(k) に乗算し(ステップS124−1〜S124−K)、相対的な複素位相関係を示すチャネル情報〜h(k) ,…〜h(k) を求め、処理を終了する(ステップS125−1〜S125−K)。
The relative component acquisition circuit 122 calculates the offset value e −jφ (k from the channel information (^ h (k) 1 ) in the first antenna element 101-1 and its complex conjugate (^ h (k) 1 ) *. ) (= (^ H (k) 1 ) * / ‖ ^ h (k) 1 ‖) is calculated (step S123). Here, “‖x‖” represents the absolute value of x. This offset value is obtained individually for each frequency component.
The relative component acquisition circuit 122 uses the calculated offset value e −jφ (k) for the kth frequency component as the kth frequency component ^ h (k) 1 ,. multiplying the h (k) K (step S124-1~S124-K), the channel information to h (k) 1 showing the relative complex phase relationships, seek ... ~h (k) K, the processing is terminated (Steps S125-1 to S125-K).

上述のように、相対成分取得回路122は、第1のアンテナ素子101−1のチャネル情報を基準として、各アンテナ素子101−1〜101−Kの相対的なチャネル情報〜h(k) ,…〜h(k) を算出する。なお、相対成分取得回路122は、端末装置ごとに、全ての周波数成分について上記のステップS121−1〜ステップS125−Kまでの処理を行い、各端末装置に対する全ての周波数成分における短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h(k) ,…,〜h(k) を算出する。 As described above, the relative component acquisition circuit 122 uses the channel information of the first antenna element 101-1 as a reference, and the relative channel information of the antenna elements 101-1 to 101-K to h (k) 1 , ... ~ h (k) K is calculated. The relative component acquisition circuit 122 performs the processing from step S121-1 to step S125-K for all frequency components for each terminal device, and performs a short-time average channel for all frequency components for each terminal device. Relative components of information ~ h (k) 1 , ..., ~ h (k) K are calculated.

図24は、本発明関連技術の第1の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。上述の図22及び図23の各処理は、連続又は離散的な時間で複数回実施され、各処理において算出された短時間平均のチャネル情報を基に、長時間平均化処理において長時間平均化されたチャネル情報を算出する。   FIG. 24 is a flowchart showing long-time averaging processing of uplink channel information in the first configuration example of the technology related to the present invention. Each of the processes shown in FIGS. 22 and 23 is performed a plurality of times in continuous or discrete time, and long-time averaging is performed in the long-time averaging process based on the short-time average channel information calculated in each process. Calculated channel information is calculated.

チャネル情報長時間平均回路123は、1回目からQ回目の短時間平均化処理(相対成分取得を含む)が完了すると(ステップS131−1〜S131−Q)、相対成分取得回路122から短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h(k) [q],…,〜h(k) [q](q=1,…,Q)が入力される(ステップS132−1〜S132−Q)。ここで、短時間平均のチャネル情報の相対成分〜h(k) [q]は、q回目に算出された第1のアンテナ素子101−1の第k周波数成分に対するチャネル情報の相対成分である。したがって、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで行われる処理に相当する。なお、長時間平均化処理の対象になる回数Qは、無線通信システムを運用する環境などに基づいて予め定められる。 When the channel information long-time averaging circuit 123 completes the first to Q-time short-time averaging processing (including relative component acquisition) (steps S131-1 to S131-Q), the short-time average is calculated from the relative component acquisition circuit 122. , H (k) 1 [q] ,..., H (k) K [q] (q = 1,..., Q) are input (steps S132-1 to S132-Q). . Here, the relative component of short-term average channel information to h (k) 1 [q] is the relative component of the channel information with respect to the k-th frequency component of the first antenna element 101-1 calculated for the qth time. . Therefore, steps S132-1 to S132-Q correspond to processing performed at different timings. Note that the number Q of times subjected to long-time averaging processing is determined in advance based on the environment in which the wireless communication system is operated.

また、チャネル情報長時間平均回路123は、次式(18)を用いて、長時間平均のチャネル情報h(k) (i=1,…,K)を算出する(ステップS133)。なお、ステップS132−1〜S132−Qは時間的に異なるタイミングで処理が完了するため、長時間平均化処理であるステップS133の実施までの間、このチャネル情報の相対成分を一時的にメモリに記憶しておき、一度にステップS133を実施しても構わない。ないしは、ステップS133のΣによる総和の個々の加算処理を、ステップS132−1〜S132−Qの個々の処理が完了ごとに実施し、次の処理までの間メモリに記憶しておいて、加算の都度、それらを読み出してステップS133を実施しても構わない。 Further, the channel information long-time average circuit 123 calculates long-time average channel information h (k) i (i = 1,..., K) using the following equation (18) (step S133). Since steps S132-1 to S132-Q are completed at different timings, the relative component of this channel information is temporarily stored in the memory until step S133, which is a long-time averaging process, is performed. You may memorize | store and implement step S133 at once. Alternatively, the individual summation processing by Σ in step S133 is performed every time the individual processing in steps S132-1 to S132-Q is completed, and is stored in the memory until the next processing. You may read them each time and may implement step S133.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

チャネル情報長時間平均回路123は、各アンテナ素子101−1〜101−Kごとに、各周波数成分のチャネル情報それぞれを平均化した長時間平均のチャネル情報h(k) を算出すると、長時間平均化処理を終了する(ステップS134)。なお、後述の図26を用いて説明する受信ウエイトの算出は、ここで取得したアップリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり、一時的にメモリに記憶しておいても構わない。 The channel information long-time average circuit 123 calculates long-time average channel information h (k) i obtained by averaging the channel information of each frequency component for each antenna element 101-1 to 101 -K. The averaging process ends (step S134). The reception weight calculation described with reference to FIG. 26 described later is performed using the uplink channel information acquired here. However, when these processes are performed, the reception weight is temporarily stored in the memory. You can leave it.

以上の処理により、アップリンクのチャネル情報が直接的に取得できる。また、本構成例では、相対成分取得処理(図23)を行っているので、1回目からQ回目までの各短時間平均処理における位相のずれの影響を受けることなく長時間平均のチャネル情報を算出することができる。なお、上述のチャネル情報h(k) 等の右肩の添え字kは周波数成分を識別する番号(サブキャリア番号)を表している。 Through the above processing, uplink channel information can be acquired directly. In this configuration example, since the relative component acquisition process (FIG. 23) is performed, the long-time average channel information is obtained without being affected by the phase shift in each short-time average process from the first time to the Q-th time. Can be calculated. Note that the subscript k on the right shoulder of the above-described channel information h (k) i represents a number (subcarrier number) for identifying a frequency component.

図25は、本発明関連技術の第1の構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。基地局装置10は、基地局装置10から端末装置へのダウンリンクに関しては、アップリンクのように直接的にチャネル情報を取得することが困難なので、アップリンクのチャネル情報を基にダウンリンクのチャネル情報を推定する。   FIG. 25 is a flowchart showing a process of acquiring downlink channel information in the first configuration example of the technology related to the present invention. Since it is difficult for the base station apparatus 10 to obtain channel information directly as in the uplink for the downlink from the base station apparatus 10 to the terminal apparatus, the downlink channel is based on the uplink channel information. Estimate information.

基地局装置10において、キャリブレーション回路126は、チャネル情報長時間平均回路123からアップリンクのチャネル情報h(k) が入力され(ステップS142)、入力されたチャネル情報h(k) に対する第iのアンテナ素子101−iにおける第k周波数成分に対応するキャリブレーション係数C(k) をキャリブレーション係数記憶回路129から読み出す(ステップS143)。
キャリブレーション回路126は、入力されたチャネル情報h(k) と、読み出したキャリブレーション係数C(k) とを乗算し(ステップS144)、乗算結果をダウンリンクのチャネル情報として、処理を終了する(ステップS145)。この場合も、後述の図26を用いて説明する送信ウエイトの算出は、ここで取得したダウンリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
キャリブレーション回路126は、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに上述のステップS142からステップS144の処理を行う。
In the base station apparatus 10, the calibration circuit 126 receives the uplink channel information h (k) i from the channel information long-time averaging circuit 123 (step S 142), and the calibration circuit 126 performs the first operation on the input channel information h (k) i . The calibration coefficient C (k) i corresponding to the k-th frequency component in the antenna element 101-i of i is read from the calibration coefficient storage circuit 129 (step S143).
The calibration circuit 126 multiplies the input channel information h (k) i by the read calibration coefficient C (k) i (step S144), and uses the multiplication result as downlink channel information to complete the process. (Step S145). Also in this case, the calculation of the transmission weight described with reference to FIG. 26 described later is performed using the downlink channel information acquired here, but is temporarily stored in the memory when performing these processes. It does not matter.
The calibration circuit 126 performs the processing from step S142 to step S144 described above for each frequency component for each of the antenna elements 101-1 to 101-K.

図26は、本発明関連技術の第1の構成例の基地局装置10における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。アップリンクにおけるチャネル情報に対する受信ウエイトの算出処理と、ダウンリンクにおけるチャネル情報に対する送信ウエイトの算出処理とは同等であるので、ここでは、ダウンリンクにおける送信ウエイトを算出する処理について説明し、アップリンクにおける受信ウエイトを算出する処理の具体的な説明を省略する。   FIG. 26 is a flowchart showing a process of calculating a transmission weight and a reception weight in the base station apparatus 10 according to the first configuration example of the technology related to the present invention. Since the processing for calculating the reception weight for the channel information in the uplink and the processing for calculating the transmission weight for the channel information in the downlink are the same, the processing for calculating the transmission weight in the downlink will be described here. A specific description of the process of calculating the reception weight will be omitted.

マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aは、処理を開始すると(ステップS151)、空間多重を用いてデータを同時に送信する宛先となる端末装置の組み合わせパターンが入力される(ステップS152)。この端末装置の組み合わせパターンは、予め何らかの方法を用いて定められたパターンであり、例えば、無線通信システムに具備されている端末装置の全ての組み合わせや、頻繁に利用される限定的な組み合わせ、所定の条件を満たす組み合わせなどを用いるようにしてもよい。なお、全ての端末装置が必ず一つ以上の組み合わせに属するものとする。また、OFDMAのようにサブキャリアごとに異なる組み合わせによる帯域割り当てが可能な場合には、全ての周波数成分で同一のバリエーションの組み合わせを用意する必要はなく、周波数成分ごとに異なるバリエーションとなっても構わない。この場合、いずれかの周波数成分において一つ以上の組み合わせに属しているならば、全ての周波数成分において属する組み合わせが存在しなくても、動作的には問題ない。   When the multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 127a starts processing (step S151), a combination pattern of terminal devices serving as destinations for simultaneously transmitting data using spatial multiplexing is input (step S152). This combination pattern of terminal devices is a pattern determined in advance using some method. For example, all combinations of terminal devices included in a wireless communication system, limited combinations frequently used, predetermined A combination that satisfies the above condition may be used. It is assumed that all terminal devices always belong to one or more combinations. Also, in the case where band allocation by different combinations for each subcarrier is possible as in OFDMA, it is not necessary to prepare the same combination of variations for all frequency components, and different variations may be used for each frequency component. Absent. In this case, if any frequency component belongs to one or more combinations, there is no operational problem even if there is no combination belonging to all frequency components.

マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aは、入力された組み合わせパターン#s(1≦s≦S)ごとに、組み合わせパターンに含まれる端末装置に対応するダウンリンクのチャネル情報をキャリブレーション回路126から取得し(ステップS153−1〜S153−S)、組み合わせパターンに対応する送信ウエイトを算出する(ステップS154−1〜S154−S)。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aは、算出した各送信ウエイトを、それぞれの組み合わせパターンに対応付けてマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに記憶させる(ステップS155−1〜S155−S)。
マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aは、ステップS153−1〜S153−SからステップS155−1〜S155−Sまでの処理を全ての周波数成分に対して行う。
The multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 127a acquires, from the calibration circuit 126, downlink channel information corresponding to the terminal device included in the combination pattern for each input combination pattern #s (1 ≦ s ≦ S). (Steps S153-1 to S153-S), transmission weights corresponding to the combination patterns are calculated (Steps S154-1 to S154-S). The multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 127a stores the calculated transmission weights in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a in association with the respective combination patterns (steps S1555-1 to S155-S).
The multiuser MIMO transmission weight calculation circuit 127a performs the processing from steps S153-1 to S153-S to steps S1555-1 to S155-S for all frequency components.

なお、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせパターンを決める方法として、端末装置の数が比較的少なければ、その全体の端末装置から空間多重数であるN個の端末装置を抜き出す組み合わせの数だけ用意してもよい。ただし、全ての端末装置の数MからN個を選び出す組み合わせはだけあり、「M」や「N」の値が大きいとその組み合わせの数は天文学的な膨大な数になる。その場合には、例えば全ての端末装置から適当にN個の組み合わせに分ける幾つかのパターンを厳選し、必ず各端末装置がいずれかのパターンに属するようにしておく。厳選の方法は、例えばランダムにN個を選ぶ組み合わせを多数作成し、なるべく各端末装置が同程度に数のパターンに属するように選び出してもよい。その作業は、何らかのプログラムを用いて実施してもよいし、人為的に組み合わせを設定してもよい。また、その際に何らかのルールを設定してもよいし、あくまで適当(ランダム)な作業で実施してもよい。ステップS151−1〜S151−SからステップS155−1〜S155−Sまでの処理は、この組み合わせパターンの作成の方法に影響を受けることなく実施できる。 In addition, as a method of determining the combination pattern of terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously, if the number of terminal devices is relatively small, the number of combinations for extracting N terminal devices that are the number of spatial multiplexing from the entire terminal device is prepared. May be. However, the combination of selecting N pieces from the number M of all terminals has only M C N, the number of combinations the value of "M" and "N" is large becomes astronomical huge number. In that case, for example, several patterns appropriately divided into N combinations from all terminal devices are carefully selected, and each terminal device always belongs to one of the patterns. As a method of careful selection, for example, a large number of combinations for randomly selecting N may be created, and each terminal device may be selected so as to belong to as many patterns as possible. The operation may be performed using some program, or a combination may be artificially set. In this case, some rules may be set, or the operation may be performed by an appropriate (random) operation. The processing from step S151-1 to S151-S to step S1555-1 to S155-S can be performed without being affected by the method of creating the combination pattern.

更に、端末装置の組み合わせパターンに対する送信ウエイトの算出処理(ステップS154−1〜S154−S)について説明を追加しておく。ここでの送信ウエイトは、一般的なマルチユーザMIMOにおける送信ウエイトの算出と同様の方法、すなわち公知の算出方法を用いてもよい。例えば、図7に示した算出方法を用いるようにしてもよい。図7に示した方法では、式(6)〜式(9)として具体的な演算を示している。なお、同様の送信ウエイトの算出法としては、以下に示す方法もあり、いずれの方法を用いてもよい。   Further, a description of the transmission weight calculation process (steps S154-1 to S154-S) for the combination pattern of terminal devices will be added. The transmission weight here may use the same method as the calculation of the transmission weight in general multiuser MIMO, that is, a known calculation method. For example, the calculation method shown in FIG. 7 may be used. In the method shown in FIG. 7, specific calculations are shown as Expressions (6) to (9). In addition, as a similar calculation method of the transmission weight, there are the following methods, and any method may be used.

まず、基地局装置10の送信に相当するダウンリンクの送信ウエイトに関しては、式(1)等に示した全体のチャネル行列H[all]に対し、次式(19)で表される擬似逆行列を算出し、これを送信ウエイトとして用いるようにしてもよい。 First, regarding the downlink transmission weight corresponding to the transmission of the base station apparatus 10, the pseudo inverse matrix represented by the following equation (19) is used for the entire channel matrix H [all] shown in equation (1) and the like. May be calculated and used as a transmission weight.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、空間多重する端末装置数をN台、基地局装置10のアンテナ素子の数をK本(N<K)とすると、チャネル行列H[all]のサイズはN×K(N行K列)である。H[all]のランクがNであれば、行列H[all]・H[all]HのサイズはN×Nで逆行列が存在し、式(19)を用いて擬似逆行列を得ることができる。一般に、Nに対してKの値が十分冗長であれば、このN×Nの行列のランクは安定的にNとなり、逆行列が安定的に存在する。 Here, when the number of spatially multiplexed terminal apparatuses is N and the number of antenna elements of the base station apparatus 10 is K (N <K), the size of the channel matrix H [all] is N × K (N rows and K columns). ). If the rank of H [all] is N, the matrix H [all] · H [all] H has a size of N × N and an inverse matrix exists, and a pseudo inverse matrix can be obtained using equation (19). it can. In general, if the value of K is sufficiently redundant with respect to N, the rank of this N × N matrix is stably N, and the inverse matrix exists stably.

同様に、基地局装置10の受信に相当するアップリンクの受信ウエイトに関しては、次式(20)で表される擬似逆行列を算出し、これを受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。   Similarly, for the uplink reception weight corresponding to reception by the base station apparatus 10, a pseudo inverse matrix expressed by the following equation (20) may be calculated and used as the reception weight.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

アップリンクの場合、チャネル行列H[all]のサイズはK×N(K行N列)であり、行列H[all]H・H[all]のサイズでもN×Nで一般には逆行列が存在し、式(20)を受信ウエイトとして用いてもよい。 In the uplink case, the size of the channel matrix H [all] is K × N (K rows and N columns), and the size of the matrix H [all] H · H [all] is also N × N and generally has an inverse matrix. However, equation (20) may be used as the reception weight.

なお、同様の送受信ウエイトとして知られているMMSEウエイトでは、雑音電力をσとすれば、次式(21−1)及び次式(21−2)を式(19)及び式(20)の代わりに用いてもよい。 In the MMSE weight known as a similar transmission / reception weight, if the noise power is σ 2 , the following equations (21-1) and (21-2) are expressed by equations (19) and (20). It may be used instead.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

また、基地局装置10からの送信に対応するダウンリンクと、受信に対応するアップリンクとでは、チャネル行列が異なるので、送信ウエイトと受信ウエイトとを個別に算出する必要がある。なお、式(21−1)及び式(21−2)における「I」はN×N(N行N列)の単位行列である。   Further, since the channel matrix is different between the downlink corresponding to transmission from the base station apparatus 10 and the uplink corresponding to reception, it is necessary to separately calculate the transmission weight and the reception weight. Note that “I” in Equation (21-1) and Equation (21-2) is a unit matrix of N × N (N rows and N columns).

以上のように、ステップS154−1〜S154−Sにおける処理でウエイトを算出し、ステップS155−1〜S155−Sにおける処理で算出したウエイトをマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに記憶させる。
なお、送受信ウエイトは、アンテナ素子ごとのウエイトの値を各要素の成分として構成されるベクトル(ウエイトベクトル)の示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるウエイトベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたウエイトベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価である。つまり、式(19)から式(21−2)などで与えられる行列の各行ベクトルないしは列ベクトル(従来からの公知の技術により求められる送受信ウエイトベクトル)の成分全体に共通の係数が乗算されたウエイトは、全て本発明関連技術におけるウエイトと等価なものである。
As described above, the weights are calculated by the processes in steps S154-1 to S154-S, and the weights calculated by the processes in steps S1555-1 to S155-S are stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a.
In the transmission / reception weight, the direction indicated by a vector (weight vector) having the weight value for each antenna element as a component of each element has an effective meaning. For this reason, a vector obtained by multiplying a certain weight vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a weight vector multiplied by a constant coefficient for each antenna element is all equivalent without depending on the coefficient to be multiplied. is there. That is, the weights obtained by multiplying the entire components of each row vector or column vector (transmission / reception weight vector obtained by a conventionally known technique) of the matrix given by Expression (19) to Expression (21-2) and the like by a common coefficient. Are all equivalent to the weights in the technology related to the present invention.

図26に関する以上の説明は送信ウエイトの算出に関するものであったが、受信ウエイトに関しても対応する回路(例えば、キャリブレーション回路126に対してチャネル情報長時間平均回路123、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路127aに対してマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路124a、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに対してマルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125a)に置き換えて、同様の処理を行うことで受信ウエイトの算出処理を実施することができる。   The above description related to FIG. 26 was related to the calculation of the transmission weight, but the circuit corresponding to the reception weight (for example, the channel information long-time averaging circuit 123, the multi-user MIMO transmission weight calculation circuit with respect to the calibration circuit 126). 127a is replaced with a multiuser MIMO reception weight calculation circuit 124a, and a multiuser MIMO reception weight storage circuit 128a is replaced with a multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a), thereby performing reception weight calculation processing. Can be implemented.

図22から図26に示した上述の処理を事前に実施し、そこで得られた送信ウエイト及び受信ウエイトをマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128a及びマルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aに記憶させておく。なお、図22及び図26に示した処理は、通信開始後も適当な周期で通信を一時的に休止させて実行することが可能である。そこで得られた短時間平均のチャネル情報を用いて図24から図26に示した処理を行い、逐次、送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するようにしてもよい。   The above-described processing shown in FIGS. 22 to 26 is performed in advance, and the transmission weights and reception weights obtained there are stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a and the multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a. Note that the processes shown in FIGS. 22 and 26 can be executed after temporarily suspending communication at an appropriate cycle even after the start of communication. The processing shown in FIGS. 24 to 26 may be performed using the short-time average channel information obtained there, and the transmission weight and the reception weight may be updated sequentially.

<送信処理>
次に、基地局装置10における信号の送信処理について図を参照して説明する。
図27は、本発明関連技術の第1の構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。先にも触れたが、ここではOFDM(A)変調方式ないしはSC−FDEを用いている場合について説明する。
基地局装置10において、送信処理が開始されると(ステップS161)、通信制御回路110またはスケジューリング処理回路181が公知の技術を用いて空間多重の対象となる端末装置を選択する(ステップS162)。なお、ここでは同時に空間多重する端末装置の選択方法、すなわちスケジューリング方法の詳細についての説明を省略する。送信信号処理回路141−1〜141−Lは、入力されるデータ入力#1〜#Lから各周波数成分の送信信号の生成を行う(ステップS163)。
<Transmission process>
Next, signal transmission processing in the base station apparatus 10 will be described with reference to the drawings.
FIG. 27 is a flowchart showing a transmission process of the base station apparatus 10 in the first configuration example of the technology related to the present invention. As described above, here, a case where the OFDM (A) modulation method or SC-FDE is used will be described.
When the base station device 10 starts transmission processing (step S161), the communication control circuit 110 or the scheduling processing circuit 181 selects a terminal device to be spatially multiplexed using a known technique (step S162). It should be noted that here, a detailed description of a method for selecting a terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously, that is, a scheduling method is omitted. The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L generate transmission signals of each frequency component from the input data inputs # 1 to #L (step S163).

ステップS163における送信信号処理回路141−1〜141−Lが行う処理は、例えば、OFDM(A)変調方式を用いている場合、MACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与等を施し、サブキャリアごとにビットを分けて所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等を行う。   The processing performed by the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in step S163 is necessary for a bit string constituting a wireless packet subjected to MAC layer signal processing, for example, when the OFDM (A) modulation method is used. Depending on the error, encoding processing for error correction, overhead information (preamble signal) including timing detection signals, channel estimation signals, and the like are applied, and bits are divided for each subcarrier and a predetermined modulation scheme (for example, BPSK) , QPSK, 16QAM, etc.).

また、SC−FDEを用いている場合、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、OFDM(A)変調方式と同様にMACレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与等を施し、所定の変調方式(例えばBPSK、QPSK、16QAM等)での信号点のマッピング処理等のシングルキャリアの送信信号処理を行い、周波数軸上での送信ウエイト乗算処理を行うためにブロック単位でFFTを実施し、送信信号の各周波数成分を生成する。   In addition, when SC-FDE is used, transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L are necessary for a bit string constituting a radio packet subjected to MAC layer signal processing in the same manner as the OFDM (A) modulation method. In accordance with the above, an encoding process for error correction, overhead information (preamble signal) including a timing detection signal, a channel estimation signal, and the like are applied, and a predetermined modulation scheme (for example, BPSK, QPSK, 16QAM, etc.) Single-carrier transmission signal processing such as signal point mapping processing is performed, and FFT is performed in units of blocks in order to perform transmission weight multiplication processing on the frequency axis, thereby generating each frequency component of the transmission signal.

また、送信信号処理回路141−1〜141−Lは、通信制御回路110が選択した端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの各周波数成分の送信ウエイトをマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aから読み出す(ステップS164)。
送信信号処理回路141−1〜141−Lは、それぞれが各アンテナ素子101−1〜101−Kで送信する送信信号ごとに、ステップS163において生成した各周波数成分に分離した送信信号と、ステップS164において読み出した各周波数成分の送信ウエイトとを乗算し、加算合成回路142−1〜142−Kに出力する(ステップS165)。
The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L correspond to the terminal devices assigned to the own circuit among the transmission weights corresponding to the combinations of the terminal devices selected by the communication control circuit 110. The transmission weights of the respective frequency components 1-101-K are read out from the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a (step S164).
The transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L respectively transmit the transmission signals separated in the frequency components generated in step S163 for each transmission signal transmitted by the antenna elements 101-1 to 101-K, and step S164. Is multiplied by the transmission weight of each frequency component read out in step S165, and the result is output to the adder / synthesizer circuit 142-1 to 142-K (step S165).

加算合成回路142−1〜142−Kは、それぞれが各送信信号処理回路141−1〜141−Lから入力された信号を加算合成し、この信号に対しIFFT&GI付与回路143−1〜143−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するとともにガードインターバルが付与され、必要に応じて波形整形等の一連の処理を行う(ステップS166−1〜S166−K)。この信号それぞれに対して、D/A変換器144−1〜144−KによるサンプリングデータのD/A変換や、ミキサ146−1〜146−Kによる無線周波数へのアップコンバート、フィルタ147−1〜147−Kによる帯域外信号の除去、ハイパワーアンプ148−1〜148−Kによる増幅が行われ、各アンテナ素子101−1〜101−Kから送信され(ステップS167−1〜S167−K)、送信処理が終了する(ステップS168−1〜S168−K)。   Each of the adder / synthesizers 142-1 to 142-K adds and synthesizes the signals input from the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L, and the IFFT & GI adding circuits 143-1 to 143-K. A signal on the frequency axis is converted to a signal on the time axis, and a guard interval is given, and a series of processing such as waveform shaping is performed as necessary (steps S166-1 to S166-K). For each of these signals, D / A conversion of sampling data by the D / A converters 144-1 to 144-K, up-conversion to a radio frequency by the mixers 146-1 to 146-K, and filters 147-1 to 147-1 147-K removes the out-of-band signal, performs amplification by the high power amplifiers 148-1 to 148-K, and transmits from each of the antenna elements 101-1 to 101-K (steps S167-1 to S167-K). The transmission process ends (steps S168-1 to S168-K).

これらの一連の処理(ステップS163からステップS167−1〜S167−K)は、無線パケットが複数シンボル又は複数ブロックに亘る場合には、OFDMシンボルやSC−FDEのブロック単位での処理がシンボル数ないしブロック数分だけ引き続き実施されることで無線パケット全体の送信信号処理が実施される。
また、送信ウエイトは図26に関連して説明したように、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aにて管理されている端末装置の組み合わせパターンは必ずしも全ての端末装置の組み合わせを含むわけではないため、この場合にはスケジューリング処理回路181がステップS162にて行う端末装置の組み合わせ選択では、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aにて管理されている端末装置の組み合わせパターンに対応した端末を選ぶことになる。
These series of processes (from step S163 to steps S167-1 to S167-K), when a wireless packet spans a plurality of symbols or a plurality of blocks, the processing in units of blocks of OFDM symbols or SC-FDEs is the number of symbols. The transmission signal processing of the entire wireless packet is performed by continuing the execution for the number of blocks.
Further, as described with reference to FIG. 26, the transmission weights are not necessarily the combinations of terminal devices managed by the multi-user MIMO transmission weight storage circuit 128a. In this case, in the terminal device combination selection performed by the scheduling processing circuit 181 in step S162, a terminal corresponding to the combination pattern of the terminal devices managed by the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a is selected.

本構成例における基地局装置10の送信処理の特徴としては、ステップS164においてマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに記憶されている、端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを読み出して利用する点であり、時々刻々と微妙に変化するチャネル情報を意識せず、端末装置の組み合わせごとに事前に算出された送信ウエイトを利用することである。これにより、送信する都度、送信ウエイトを算出することなく、送信処理を行うことができる。   A characteristic of the transmission processing of the base station apparatus 10 in this configuration example is that the transmission weight corresponding to the combination of terminal apparatuses stored in the multiuser MIMO transmission weight storage circuit 128a in step S164 is read and used. It is to use transmission weights calculated in advance for each combination of terminal devices without being aware of channel information that changes slightly every moment. Thereby, it is possible to perform transmission processing without calculating a transmission weight each time transmission is performed.

また、このようにして送信された信号は、各端末装置のアンテナ素子において、基地局装置10のアンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が、周波数成分ごとに概ね同位相(厳密には、与・被干渉回避のヌル制御により、完全な同位相合成からは若干ずれている)で受信されることになる。各端末装置において受信された信号は、特に基地局装置10が行う各種信号処理を意識することなく受信できる通常の信号として処理することが可能である。   In addition, the signals transmitted in this manner are substantially the same in phase (strictly) for each frequency component of the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K of the base station apparatus 10 in the antenna elements of each terminal apparatus. Is slightly deviated from perfect in-phase synthesis due to null control for avoiding interference and giving interference). The signal received at each terminal device can be processed as a normal signal that can be received without being conscious of various signal processing performed by the base station device 10 in particular.

また、送信信号処理回路141−1〜141−LがステップS163において行うチャネル推定用信号等のオーバーヘッド情報(プリアンブル信号)の付与においては、複数の端末装置に対して共通のパターンの信号を利用することが可能である。これはステップS165において行う送信ウエイトの乗算により、各端末装置において他の端末装置宛の信号が十分に抑圧された状態で受信可能となるために、各端末装置に個別のプリアンブル信号を割り当てる必要がないからである。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要がなくなり、MACレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。   In addition, in the provision of overhead information (preamble signal) such as a channel estimation signal performed by the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in step S163, signals having a common pattern are used for a plurality of terminal devices. It is possible. This is because transmission by the transmission weight performed in step S165 allows each terminal device to receive a signal destined for another terminal device in a sufficiently suppressed state. Therefore, it is necessary to assign a separate preamble signal to each terminal device. Because there is no. As a result, it is not necessary to assign a preamble signal having the number of symbols depending on the number of spatial multiplexing while performing high-order spatial multiplexing, and it is possible to suppress a decrease in MAC layer efficiency.

<受信処理>
図28は、本発明関連技術の第1の構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。端末装置が送信する信号は、本構成例における基地局装置10が実施する各種信号処理を意識することなく、通常の信号として送信される。ここでは、同時に空間多重する端末装置の選択方法、即ちスケジューリング方法の詳細は省略するが、MAC層処理回路180は公知の技術を用いて、空間多重してデータを伝送する端末装置を選択する。
<Reception processing>
FIG. 28 is a flowchart showing a reception process of the base station device 10 in the first configuration example of the technology related to the present invention. The signal transmitted by the terminal device is transmitted as a normal signal without being conscious of various signal processing performed by the base station device 10 in this configuration example. Here, although details of a method for selecting a terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously, that is, a scheduling method, are omitted, the MAC layer processing circuit 180 selects a terminal device that performs spatial multiplexing and transmits data using a known technique.

基地局装置10において、受信処理が開始されると(ステップS171)、通信制御回路110は、空間多重してデータを伝送する端末装置の組み合わせを選択し(ステップS172)、アップリンクに関するスケジューリング内容を選択された端末装置に対して通知する(ステップS173)。ここでの通知方法は、例えばTDMAフレームを用いた基地局集中制御を採用するWiMAXのようなシステムであれば、フレーム先頭部分におけるUL−MAP(アップリンクの割り当てマップ)にて、割り当てのあるサブキャリア番号やタイムスロット(OFDMシンボル位置)、更には継続する時間(OFDMシンボル数)などを通知する。もちろん、他の方法で割り当てを端末装置に通知してもよいし、アクセス制御の方法次第では端末装置側に通知するステップS173を省略することも可能である。なお、ステップS172における端末装置の組み合わせは、上位の装置から指示された端末装置の組み合わせを用いるようにしてもよい。   In the base station apparatus 10, when the reception process is started (step S171), the communication control circuit 110 selects a combination of terminal apparatuses that perform spatial multiplexing and transmit data (step S172), and sets scheduling contents related to the uplink. The selected terminal device is notified (step S173). For example, in the case of a system such as WiMAX that employs base station centralized control using a TDMA frame, the notification method here is an UL-MAP (uplink allocation map) at the head of the frame, which is assigned to The carrier number, time slot (OFDM symbol position), and the continuous time (number of OFDM symbols) are notified. Of course, the assignment may be notified to the terminal device by other methods, and step S173 of notifying the terminal device side may be omitted depending on the access control method. Note that the combination of terminal devices in step S172 may be a combination of terminal devices instructed by a higher-level device.

ステップS173の処理に合わせて、送信元の端末装置の組み合わせに対応する受信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれの各周波数成分の受信ウエイトをマルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aから読み出しを行う(ステップS176)。
これと並行して、割り当て指示(端末装置への送信指示)を行った所定のタイミングから各アンテナ素子101−1〜101−Kを介して信号を受信する(ステップS174−1〜S174−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。その後、FFT回路108−1〜108−Kにてシンボル単位で信号を抽出し、ガードインターバルを除去してFFT処理を実施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換するなどの各種の受信信号処理を実施する(ステップS175−1〜S175−K)。
In accordance with the processing of step S173, out of the reception weights corresponding to the combination of the terminal devices of the transmission source, the frequency components of the respective antenna elements 101-1 to 101-K corresponding to the terminal devices assigned to the own circuit. The reception weight is read from the multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a (step S176).
In parallel with this, signals are received via the respective antenna elements 101-1 to 101-K from a predetermined timing when the assignment instruction (transmission instruction to the terminal device) is given (steps S174-1 to S174-K). . Here, reception includes processing for performing analog / digital conversion on a received signal or a signal obtained by down-converting the received signal. Thereafter, the FFT circuits 108-1 to 108-K extract signals in symbol units, remove guard intervals, perform FFT processing, and convert signals on the time axis into signals on the frequency axis. The received signal processing is performed (steps S175-1 to S175-K).

更に、受信信号処理回路109−1〜109−Lは、マルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aから読み出した受信ウエイトと、周波数成分ごとに分離した受信信号とを乗算する(ステップS177−1〜S177−K)。受信信号処理回路109−1〜109−Lは乗算結果を送信元の端末装置ごとに加算合成する(ステップS178−1〜S178−L)。ステップS177−1〜S177−K及びステップS178−1〜S178−Lにおける処理は、それ全体で受信信号ベクトルに受信ウエイト行列を乗算する演算に相当する。   Further, the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L multiply the reception weight read from the multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a by the reception signal separated for each frequency component (steps S177-1 to S177-). K). The reception signal processing circuits 109-1 to 109-L add and synthesize the multiplication results for each transmission source terminal device (steps S178-1 to S178-L). The processing in steps S177-1 to S177-K and steps S178-1 to S178-L corresponds to the operation of multiplying the reception signal vector by the reception weight matrix as a whole.

受信信号処理回路109−1〜109−Lは、このようにして信号分離された各信号系列(データ出力#1〜#L)に対して、所定の受信信号処理を行い(ステップS179−1〜S179−L)、一連の処理を終了する(ステップS180−1〜S180−L)。
ここで、所定の受信信号処理とは、空間多重された信号を信号分離した後の処理である。したがって、通常のSISO通信と同様の信号処理である。
Reception signal processing circuits 109-1 to 109-L perform predetermined reception signal processing on each signal series (data output # 1 to #L) thus separated (step S179-1 to S179-1). S179-L), a series of processing ends (steps S180-1 to S180-L).
Here, the predetermined received signal processing is processing after signal separation of a spatially multiplexed signal. Therefore, the signal processing is the same as that of normal SISO communication.

また、受信信号処理には、OFDM(A)変調方式が用いられている場合、サブキャリアごとの復調処理を含み、SC−FDEが用いられている場合、各周波数成分の受信信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をIFFT処理で合成した信号に対するシングルキャリアの復調処理を含む。更には、必要に応じて誤り訂正の復号処理などを実施してもよい。当然ながら、以上の処理の後段でMACレイヤ等の信号処理も行われるが、公知の技術による処理と変わらないためここでは省略する。   The received signal processing includes demodulation processing for each subcarrier when the OFDM (A) modulation method is used, and when SC-FDE is used, the frequency axis for the received signal of each frequency component It includes a single carrier demodulation process for a signal obtained by performing the above signal equalization process and synthesizing the signal by IFFT process. Furthermore, a decoding process for error correction may be performed as necessary. Naturally, signal processing such as a MAC layer is also performed after the above processing, but it is omitted here because it is the same as the processing by a known technique.

また、送信処理においても説明したように、マルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aにて管理されている端末装置の組み合わせパターンは必ずしも全ての端末装置の組み合わせを含むわけではないため、この場合にはスケジューリング処理回路181がステップS172にて行う端末装置の組み合わせ選択では、マルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路125aにて管理されている端末装置の組み合わせパターンに対応した端末を選ぶことになる。   Further, as described in the transmission process, the combination pattern of the terminal devices managed by the multiuser MIMO reception weight storage circuit 125a does not necessarily include all combinations of the terminal devices. In the terminal device combination selection performed by the processing circuit 181 in step S172, a terminal corresponding to the terminal device combination pattern managed by the multi-user MIMO reception weight storage circuit 125a is selected.

なお、シンボルタイミングに関しては、各アンテナ素子101−1〜101−Kでの受信信号の受信レベルが非常に微弱な場合には、受信信号からタイミング検出を行うのは困難な場合がある。この場合には、例えばGPSを用いた絶対的な時間同期の他に、周期的なフレーム構成を用いて、直前のフレームタイミング検出用の信号などで得られたタイミングを基準にして、後続するフレームの受信タイミングを推定するなど、如何なる同期手段を用いて受信信号の受信タイミング及びシンボルタイミングを決定するようにしてもよい。このとき、端末装置は送信タイミングを決定する際に、同期された受信タイミングを基準として基地局からの指示等に従い所定のタイミングで信号を送信すればよい。   Regarding the symbol timing, when the reception level of the reception signal at each of the antenna elements 101-1 to 101-K is very weak, it may be difficult to detect the timing from the reception signal. In this case, for example, in addition to absolute time synchronization using GPS, a subsequent frame using a periodic frame configuration with reference to the timing obtained from the immediately preceding frame timing detection signal, etc. The reception timing and symbol timing of the received signal may be determined using any synchronization means such as estimating the reception timing of the received signal. At this time, when determining the transmission timing, the terminal device may transmit a signal at a predetermined timing in accordance with an instruction from the base station based on the synchronized reception timing.

上述のように、本構成例の無線通信システムでは、基地局装置10及び端末装置が双方ともに比較的高所に設置され、この結果として見通し波ないしは固定的な巨大な建築物等からの安定的な反射波が基地局装置及び端末装置間で期待される環境で、見通し波及び安定した反射波の合成により与えられる安定した入射波成分に対応するチャネル情報を取得する。基地局装置10は、取得したチャネル情報に基づいて、送信ウエイト及び受信ウエイトを生成し、この受信ウエイトを用いることで基地局装置及び端末装置における信号の同位相合成を実現する。また、基地局装置10が生成した送信ウエイトを用いて複数のアンテナ素子101−1〜101−Kから信号を送信することで、端末装置は伝搬路上において合成された信号を高い精度で位相が揃えられた信号として受信することができる。   As described above, in the wireless communication system of this configuration example, both the base station apparatus 10 and the terminal apparatus are installed at relatively high places, and as a result, stable from a line-of-sight or a fixed huge building or the like. Channel information corresponding to a stable incident wave component given by combining a line-of-sight wave and a stable reflected wave is acquired in an environment where a reflected wave is expected between the base station apparatus and the terminal apparatus. The base station device 10 generates a transmission weight and a reception weight based on the acquired channel information, and realizes in-phase synthesis of signals in the base station device and the terminal device by using the reception weight. Further, by transmitting signals from the plurality of antenna elements 101-1 to 101 -K using the transmission weight generated by the base station apparatus 10, the terminal apparatus aligns the phases of the signals synthesized on the propagation path with high accuracy. Received as a received signal.

また、基地局装置10におけるチャネル情報の取得では、短時間平均を行うことでチャネル推定の推定精度を向上している。更に、アンテナ素子101−1〜101−Kを介して受信する離散した時刻の複数の受信信号を合成することにより、各アンテナ素子101−1〜101−Kを介して受信する受信信号におけるランダムな時変動成分の安定的な成分に対する相対的な比率を統計的に抑圧することができ、時変動の影響を低減させることができる。
これにより、端末装置とアンテナ素子101−1〜101−Kとの間のチャネル情報の取得が困難なほどに、各アンテナ素子101−1〜101−Kによる回線利得が不足する環境であっても、各アンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が端末装置において同位相合成される送信ウエイトを算出することができる。
Moreover, in the acquisition of channel information in the base station apparatus 10, the estimation accuracy of channel estimation is improved by performing short-time averaging. Further, by combining a plurality of reception signals at discrete times received via the antenna elements 101-1 to 101-K, random signals in the reception signals received via the antenna elements 101-1 to 101-K can be obtained. The relative ratio of the time variation component to the stable component can be statistically suppressed, and the influence of the time variation can be reduced.
As a result, even in an environment where the line gain by each of the antenna elements 101-1 to 101-K is insufficient such that acquisition of channel information between the terminal device and the antenna elements 101-1 to 101-K is difficult. Thus, it is possible to calculate transmission weights in which the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K are combined in phase in the terminal device.

また、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に係わるチャネル情報のフィードバックにおいて、リアルタイムのチャネル情報のフィードバックを頻繁に行う場合には問題となるチャネル推定のためのオーバーヘッドによる伝送効率の低下を回避することができる。実際、サービス開始前に長時間平均化チャネル情報を取得しておけば、データ通信を行うサービス中にはチャネル情報フィードバックを一切行わなくても運用可能である。更には従来であれば逐次行われていた送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に伴う演算の負荷も、無線通信システムの運用開始時に1回だけ算出すれば良くなるため、通常運用時の負荷の低減を図ることも可能である。これらの送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、リアルタイム処理が前提の従来技術では短時間での演算処理完了が求められる場合が多く、このために高速演算が可能なハードウエア処理が前提となることが多かった。しかし、従来技術では膨大な演算量ゆえにハードウエア規模が増大する問題があったが、基地局装置10によれば無線通信システムの運用開始時に時間をかけて演算処理を行うことが許されるようになるために、演算処理時間の遅いソフトウエア処理であっても対処可能になり、全体的なハードウエア規模を低減するといった副次的な効果も得ることができるようになる。   Further, in the feedback of channel information related to the calculation of transmission weights and reception weights, it is possible to avoid a decrease in transmission efficiency due to overhead for channel estimation, which is a problem when real-time channel information feedback is frequently performed. . Actually, if the average channel information is acquired for a long time before the service is started, it is possible to operate without performing any channel information feedback during the data communication service. Furthermore, since the calculation load associated with the calculation of the transmission weight and the reception weight, which has been performed sequentially in the past, only needs to be calculated once at the start of operation of the wireless communication system, the load during normal operation can be reduced. It is also possible to plan. The calculation of these transmission weights and reception weights is often required to complete arithmetic processing in a short time in the conventional technology premised on real-time processing. For this reason, hardware processing capable of high-speed arithmetic is assumed. There were many. However, although the conventional technique has a problem that the hardware scale increases due to the enormous amount of computation, the base station apparatus 10 is allowed to perform computation processing over time at the start of operation of the wireless communication system. Therefore, even software processing with a slow calculation processing time can be dealt with, and a secondary effect of reducing the overall hardware scale can be obtained.

このように、上述の送信ウエイト及び受信ウエイトを利用してK個のアンテナ素子(無線モジュール)を用いて送受信を行うことで、総送信電力が一定の条件下において最大で10Log10K[dB]の回線利得を得ることが可能となる。この結果、総送信電力を抑える省エネ効果や、高出力の高価な線形性の高い高利得アンプの代わりに安価なアンプが利用可能になる経済効果などを得ることができる。これと同時に、L系統の信号系列を同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことで、伝送容量の増大、すなわち周波数利用効率の向上をもたらすことができる。 Thus, by performing transmission / reception using K antenna elements (wireless modules) using the transmission weight and reception weight described above, the maximum transmission power is 10 Log 10 K [dB] at a maximum under a certain condition. Can be obtained. As a result, it is possible to obtain an energy saving effect that reduces the total transmission power, an economic effect that allows an inexpensive amplifier to be used instead of a high output, high linearity, high gain amplifier, and the like. At the same time, by performing spatial multiplexing transmission of L signal series on the same frequency component at the same time, it is possible to increase the transmission capacity, that is, improve the frequency utilization efficiency.

また、図10に示した基地局装置80の受信部85は、信号を受信する都度、チャネル推定に用いるプリアンブル信号等をA/D変換器856−1〜856−Kからチャネル情報推定回路861に出力し、チャネル情報推定回路861が受信信号のチャネル推定を行う。チャネル推定の結果は、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に入力され、ここでMIMOのチャネル行列に対する所定の演算処理から受信ウエイトを算出し、これを受信信号処理回路858−1〜858−Lに出力し、これを基に受信信号検出処理を行う。最も典型的な処理例では、MIMOチャネル行列の逆行列ないしは擬似逆行列を受信ウエイトとして算出するが、当然ながら、宛先の端末装置の組み合わせが異なる場合、仮に着目する端末装置のチャネル情報(チャネルベクトル)として同一のベクトルを選択したとしても、他のチャネルベクトルが異なるときには逆行列演算により求められる受信ウエイト行列を構成する該当端末装置に対応した行ベクトルは異なるものとなり、受信ウエイトは異なる。
これに対して、本構成例における基地局装置10は、信号を受信する都度、空間多重された信号系列を分離するための受信ウエイトを生成するための情報取得を目的としてチャネル推定をし、推定結果から受信ウエイトを算出することは不要である。この点が図10に示した基地局装置80の受信部85とは本質的に異なる。特に、基地局装置10では、長時間平均を行った多数のアンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報、及び端末装置の組み合わせを基に、事前に算出した受信ウエイトを用いる。
Also, the receiving unit 85 of the base station apparatus 80 shown in FIG. 10 sends a preamble signal or the like used for channel estimation from the A / D converters 856-1 to 856-K to the channel information estimation circuit 861 every time a signal is received. The channel information estimation circuit 861 performs channel estimation of the received signal. The result of channel estimation is input to multi-user MIMO reception weight calculation circuit 862, where reception weights are calculated from a predetermined calculation process for the MIMO channel matrix, and are received by reception signal processing circuits 858-1 to 858-L. The received signal is detected based on the output. In the most typical processing example, an inverse matrix or pseudo inverse matrix of a MIMO channel matrix is calculated as a reception weight, but of course, if the destination terminal device combination is different, the channel information (channel vector) of the terminal device to which attention is paid. Even if the same vector is selected, the row vectors corresponding to the corresponding terminal devices constituting the reception weight matrix obtained by the inverse matrix calculation are different when the other channel vectors are different, and the reception weights are different.
On the other hand, every time a base station apparatus 10 in this configuration example receives a signal, it performs channel estimation for the purpose of acquiring information for generating a reception weight for separating a spatially multiplexed signal sequence, and performs estimation. It is not necessary to calculate the reception weight from the result. This point is essentially different from the receiving unit 85 of the base station apparatus 80 shown in FIG. In particular, the base station apparatus 10 uses reception weights calculated in advance based on channel information corresponding to a large number of antenna elements 101-1 to 101-K subjected to long-time averaging and combinations of terminal apparatuses.

また、従来のマルチユーザMIMO技術において信号を受信する都度受信ウエイトを算出するのは、空間多重されている各信号系列(データ入力#1〜#L)からの干渉信号の強度が無視できないレベルであり、これを抑圧するためにヌル制御として他の端末装置の信号を合成時にキャンセルする係数を算出する必要があるからである。この信号抑圧のための信号処理が先に示した(擬似)逆行列などの算出であるが、行列サイズの3乗に比例して演算負荷が増大し、リアルタイム処理が不可能になる傾向にある。
これに対して、本構成例における基地局装置10は、端末装置の組み合わせが定まると、当該組み合わせに対応した受信ウエイトを読み出して受信信号処理を行うのみでよいので、受信ウエイト算出演算に関してリアルタイム処理を必要としない(すなわち受信ウエイトはメモリからの単純な読み出しだけでよい)ため、膨大なアンテナ素子数を想定しても現実的なハードウエア構成で実現可能である。
The reception weight is calculated every time a signal is received in the conventional multi-user MIMO technique at a level where the intensity of the interference signal from each of the spatially multiplexed signal sequences (data inputs # 1 to #L) cannot be ignored. This is because, in order to suppress this, it is necessary to calculate a coefficient for canceling a signal of another terminal device at the time of synthesis as null control. The signal processing for signal suppression is the calculation of the (pseudo) inverse matrix shown above, but the calculation load increases in proportion to the cube of the matrix size, and real-time processing tends to be impossible. .
On the other hand, since the base station device 10 in this configuration example only needs to read the reception weight corresponding to the combination and perform the reception signal processing when the combination of the terminal devices is determined, the real-time processing regarding the reception weight calculation calculation (That is, the reception weight need only be a simple read from the memory), and can be realized with a realistic hardware configuration even if a huge number of antenna elements are assumed.

また、基地局装置80は、マルチユーザMIMO技術において信号を受信する都度、同時に空間多重される端末装置ごとにそれぞれ個別にチャネル推定を行う必要があり、その結果を用いて受信ウエイトを算出していた。この個別のチャネル推定のためには、空間多重数と同数の直交プリアンブルないしは空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用信号のプリアンブル信号が必要であった。この場合、空間多重数と同数のシンボル数だけのオーバーヘッドが発生することから、MACレイヤの効率の低下につながっていた。   Further, every time a signal is received in the multi-user MIMO technology, the base station apparatus 80 needs to perform channel estimation individually for each terminal apparatus that is simultaneously spatially multiplexed, and uses the result to calculate the reception weight. It was. For this individual channel estimation, the same number of orthogonal preambles as the spatial multiplexing number or the preamble signal of the channel estimation signal having the same number of symbols as the spatial multiplexing number is required. In this case, overhead corresponding to the number of symbols equal to the number of spatial multiplexing occurs, leading to a decrease in MAC layer efficiency.

しかし本発明関連技術では、空間多重されている端末装置ごとにチャネル推定を行うことなくステップS177−1〜S177−Kにて受信ウエイトを受信信号に対して乗算し、その結果として送信元の端末装置ごとに信号分離がなされる。これにより、ステップS179−1〜S179−Lにおいて行う信号系列ごとの受信信号処理においては、あたかも空間多重数が1であるかの様に単一のチャネル推定用のプリアンブル信号(例えば1シンボル)があれば信号検出処理を実施することが可能である。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要がなくなり、MACレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。   However, in the technology related to the present invention, the reception weight is multiplied by the reception signal in steps S177-1 to S177-K without performing channel estimation for each spatially multiplexed terminal device, and as a result, the transmission source terminal Signal separation is performed for each device. Thereby, in the received signal processing for each signal sequence performed in steps S179-1 to S179-L, a single channel estimation preamble signal (for example, one symbol) is as if the spatial multiplexing number is one. If there is, signal detection processing can be performed. As a result, it is not necessary to assign a preamble signal having the number of symbols depending on the number of spatial multiplexing while performing high-order spatial multiplexing, and it is possible to suppress a decrease in MAC layer efficiency.

また、基地局装置10に具備されているアンテナ素子101−1〜101−Kの数を非常に大きな数とした場合、個々の送信アンテナ素子対受信アンテナ素子のチャネルの時間変動があっても、多数のアンテナ素子間にてランダムに変化すれば、全体として統計的に平均化された状態とみなすことができ、時間変動の影響を低減することが可能である。
また、マルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路128aに端末装置の組み合わせごとに算出した送信ウエイトを予め記憶させておくことにより、空間多重してデータを送信する際に、端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを読み出し、送信信号処理を行うため、送信の都度、送信ウエイトを算出することなく、空間多重してデータを送信することができ、簡易な処理で膨大なアンテナ素子数を用いた高次の空間多重を実現し、その結果としてダウンリンクの周波数利用効率を向上させることができる。
Further, when the number of antenna elements 101-1 to 101-K provided in the base station apparatus 10 is a very large number, even if there is a time variation of the channel of each transmitting antenna element versus receiving antenna element, If it changes randomly between a large number of antenna elements, it can be regarded as a statistically averaged state as a whole, and the influence of time fluctuation can be reduced.
Also, by storing transmission weights calculated for each combination of terminal devices in the multi-user MIMO transmission weight storage circuit 128a in advance, when transmitting data in a spatially multiplexed manner, transmission weights corresponding to the combination of terminal devices are stored. Can be transmitted in a spatially multiplexed manner without calculating a transmission weight each time transmission is performed, and a high-order space using a huge number of antenna elements with simple processing. Multiplexing can be realized, and as a result, the frequency utilization efficiency of the downlink can be improved.

(関連技術の第2の構成例)
上述した関連技術の第1の構成例では、基地局装置10は、ヌル制御を伴う指向性制御を行っているが、本構成例では、ヌル制御を伴わない指向制御により与干渉及び被干渉を抑圧する。本構成例では、第1の構成例との差分を中心に説明する。
上述の第1の構成例の説明において、図18〜図19および図21に関する送信部140および受信部100の構成の例、図22〜図25に示したチャネル情報取得に係わるフローチャートの説明を行ったが、これらは第2の構成例においても共通であり、変更はない。主なる差分は、送受信ウエイトの算出方法が同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに依存しない方法に変更になった点である。それに関連して、送受信ウエイト算出部120aの構成例を示す図20、送信ウエイトおよび受信ウエイトの算出処理を示す図26、送信処理を示すフローチャートである図27、受信処理を示すフローチャートである図28が、それぞれ対応する内容に変更となっている。
(Second configuration example of related technology)
In the first configuration example of the related art described above, the base station apparatus 10 performs directivity control with null control. However, in this configuration example, interference and interference are prevented by directivity control without null control. Repress. In this configuration example, the difference from the first configuration example will be mainly described.
In the description of the first configuration example described above, the configuration examples of the transmission unit 140 and the reception unit 100 related to FIGS. 18 to 19 and FIG. 21 and the flowcharts related to channel information acquisition illustrated in FIGS. 22 to 25 will be described. However, these are the same in the second configuration example, and there is no change. The main difference is that the transmission / reception weight calculation method has been changed to a method that does not depend on the combination of terminal devices that perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component. Relatedly, FIG. 20 showing a configuration example of the transmission / reception weight calculation unit 120a, FIG. 26 showing the calculation processing of the transmission weight and the reception weight, FIG. 27 showing the flowchart of the transmission processing, and FIG. 28 showing the flowchart of the reception processing. However, it has been changed to the corresponding content.

図29は、本発明関連技術の第2の構成例における送受信ウエイト算出部120bの構成を示す概略ブロック図である。本構成例における基地局装置は、第1の構成例の基地局装置10(図19及び図21)において、送受信ウエイト算出部120aを送受信ウエイト算出部120bに置き換えた構成となっている。
同図に示す送受信ウエイト算出部120bが、図19に示す基地局装置10と異なる点は、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路124a、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト記憶回路125a、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路127a、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト記憶回路128aに代えて、受信ウエイト算出回路124b、受信ウエイト記憶回路125b、送信ウエイト算出回路127b、送信ウエイト記憶回路128bを備える点である。
FIG. 29 is a schematic block diagram showing a configuration of the transmission / reception weight calculation unit 120b in the second configuration example of the technology related to the present invention. The base station apparatus in this configuration example has a configuration in which the transmission / reception weight calculation unit 120a is replaced with the transmission / reception weight calculation unit 120b in the base station apparatus 10 (FIGS. 19 and 21) of the first configuration example.
The transmission / reception weight calculation unit 120b shown in the figure differs from the base station apparatus 10 shown in FIG. 19 in that a multiuser MIMO (MU-MIMO) reception weight calculation circuit 124a, a multiuser MIMO (MU-MIMO) reception weight storage circuit. 125a, multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight calculation circuit 127a, multi-user MIMO (MU-MIMO) transmission weight storage circuit 128a, instead of reception weight calculation circuit 124b, reception weight storage circuit 125b, transmission weight calculation circuit 127b The transmission weight storage circuit 128b is provided.

受信ウエイト算出回路124bは、チャネル情報長時間平均回路123が出力したチャネル情報に基づいて、端末装置ごとに受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125bに出力する。受信ウエイト記憶回路125bは、受信ウエイト算出回路124bが算出した受信ウエイトを記憶する。
送信ウエイト算出回路127bは、キャリブレーション回路126が取得したダウンリンクのチャネル情報に基づいて、端末装置ごとに送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128bに出力する。送信ウエイト記憶回路128bは、送信ウエイト算出回路127bが算出した送信ウエイトを記憶する。なお、送信ウエイト記憶回路128bは、基地局装置10が備えるアップリンクに係る構成の一部にもなっている。
The reception weight calculation circuit 124b calculates a reception weight for each terminal device based on the channel information output from the channel information long-time averaging circuit 123, and outputs the calculated reception weight to the reception weight storage circuit 125b. The reception weight storage circuit 125b stores the reception weight calculated by the reception weight calculation circuit 124b.
The transmission weight calculation circuit 127b calculates a transmission weight for each terminal device based on the downlink channel information acquired by the calibration circuit 126, and outputs the calculated transmission weight to the transmission weight storage circuit 128b. The transmission weight storage circuit 128b stores the transmission weight calculated by the transmission weight calculation circuit 127b. Note that the transmission weight storage circuit 128b is also a part of the configuration related to the uplink included in the base station apparatus 10.

<チャネル推定から送受信ウエイトの算出処理>
本構成例の基地局装置10におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理は、図22に示す第1の構成例と同様である。
また、本構成例の基地局装置10におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理は、図23に示す第1の構成例と同様である。
また、本構成例の基地局装置10におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理は、図24に示す第1の構成例と同様である。
また、本構成例の基地局装置10におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理は、図25に示す第1の構成例と同様である。
<Transmission / reception weight calculation process from channel estimation>
The short-time averaging process for acquiring uplink channel information in the base station apparatus 10 of this configuration example is the same as that of the first configuration example shown in FIG.
Also, the relative component acquisition processing for acquiring the relative component of the uplink channel information in the base station apparatus 10 of the present configuration example is the same as that of the first configuration example illustrated in FIG.
Further, the long-time averaging process of uplink channel information in the base station apparatus 10 of this configuration example is the same as the first configuration example shown in FIG.
Further, the process of acquiring downlink channel information in the base station apparatus 10 of the present configuration example is the same as that of the first configuration example shown in FIG.

図30は、本発明関連技術の第2の構成例の基地局装置における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。
送信ウエイト算出回路127bは、処理を開始すると(ステップS451)、第iのアンテナ素子101−iにおける第k周波数成分のチャネル情報h(k) がキャリブレーション回路126から入力される(ステップS452)。
FIG. 30 is a flowchart showing a process of calculating a transmission weight and a reception weight in the base station apparatus according to the second configuration example of the technology related to the present invention.
When the transmission weight calculation circuit 127b starts processing (step S451), the channel information h (k) i of the k-th frequency component in the i-th antenna element 101-i is input from the calibration circuit 126 (step S452). .

送信ウエイト算出回路127bは、キャリブレーション回路126から入力されたチャネル情報h(k) の複素共役(h(k) を算出し、算出した複素共役(h(k) をチャネル情報h(k) の絶対値で除算した値を送信ウエイトw(k) にする(ステップS453)。すなわち、送信ウエイト算出回路127bは、次式(22)を用いて、送信ウエイトw(k) を算出する(ステップS453)。 The transmission weight calculation circuit 127b calculates the complex conjugate (h (k) i ) * of the channel information h (k) i input from the calibration circuit 126, and calculates the calculated complex conjugate (h (k) i ) * . A value obtained by dividing the channel information h (k) i by the absolute value is set as a transmission weight w (k) i (step S453). That is, the transmission weight calculation circuit 127b calculates the transmission weight w (k) i using the following equation (22) (step S453).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

送信ウエイト算出回路127bは、算出した送信ウエイトw(k) を送信ウエイト記憶回路128bに記憶させ(ステップS454)、処理を終了する(ステップS455)。
送信ウエイト算出回路127bは、各アンテナ素子101−1〜101−Kそれぞれに対して、周波数成分ごとに全ての端末装置に対して上述のステップS452からステップS453の処理を行う。
なお、受信ウエイト算出回路124bは、送信ウエイト算出回路127bと同様の演算により、チャネル情報長時間平均回路123から入力されるチャネル情報h(k) から受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125bに記憶させる。
The transmission weight calculation circuit 127b stores the calculated transmission weight w (k) i in the transmission weight storage circuit 128b (step S454), and ends the process (step S455).
The transmission weight calculation circuit 127b performs the processing from step S452 to step S453 described above for all the terminal devices for each frequency component for each of the antenna elements 101-1 to 101 -K.
The reception weight calculation circuit 124b calculates the reception weight from the channel information h (k) i input from the channel information long-time average circuit 123 by the same operation as the transmission weight calculation circuit 127b, and calculates the calculated reception weight. The data is stored in the reception weight storage circuit 125b.

なお、一般に複数のアンテナで受信した場合の信号合成のためのウエイトとしては、フェージング等の影響によりアンテナごとの信号の受信レベルに大きな差が見られる場合があり、その場合には受信レベルの低いアンテナ素子の受信信号の雑音の影響を抑制するために、以下に示す最大比合成のウエイトを用いることが多い。したがって、本構成例では式(22)の代わりに、以下に示す式(23)を用いることも可能である。   In general, as a weight for signal synthesis when signals are received by a plurality of antennas, there may be a large difference in the signal reception level for each antenna due to the influence of fading or the like. In this case, the reception level is low. In order to suppress the influence of noise of the received signal of the antenna element, the maximum ratio combining weight shown below is often used. Therefore, in the present configuration example, the following equation (23) can be used instead of the equation (22).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(22)と式(23)との二つのウエイトの違いは、第iアンテナ素子の係数の大きさ(絶対値)がアンテナ素子ごとに微妙に異なるか同一であるかの差であり、式(23)では相対的に雑音のレベルが高い(すなわち受信レベルの低い)信号の重みを軽くする効果を取り込んでいる。しかし、長時間平均化されたチャネル情報との乗算後にはともに複素位相がゼロないし一定値となるように調整されている点では両者は共通している。広義の意味では式(23)も同位相合成のウエイトの一種といえる。本構成例では、このように長時間平均化されたチャネル情報との乗算後に複素位相がゼロないし一定値となるウエイトであればその他のウエイトを用いても同様の効果を得ることができる。   The difference between the two weights of Expression (22) and Expression (23) is the difference in whether the coefficient magnitude (absolute value) of the i-th antenna element is slightly different or the same for each antenna element. (23) incorporates an effect of reducing the weight of a signal having a relatively high noise level (ie, a low reception level). However, both are common in that both are adjusted so that the complex phase becomes zero or a constant value after multiplication with channel information averaged for a long time. In a broad sense, equation (23) can also be said to be a kind of weight for in-phase synthesis. In this configuration example, the same effect can be obtained even if other weights are used as long as the complex phase is zero or a constant value after multiplication with the channel information averaged for a long time.

一般には、送信ウエイトとしては式(22)のウエイトを、受信ウエイトとしては式(23)のウエイトを用いるのが好ましい。なお、本構成例では基地局装置と端末装置の間の見通しが確保できるように設置されることが推奨されるので、非常に多くの多重反射波が存在するマルチパス環境とは異なり見通し波が支配的な環境であるため、アンテナ素子ごとの受信レベルの差は比較的つきにくい。この結果、式(23)で求めたウエイトは、実効的には式(22)と等価なウエイトとなる。   In general, it is preferable to use the weight of Expression (22) as the transmission weight and the weight of Expression (23) as the reception weight. In this configuration example, it is recommended that the system be installed so that a line of sight can be secured between the base station apparatus and the terminal apparatus. Therefore, unlike a multipath environment where a large number of multiple reflected waves exist, a line-of-sight wave is not generated. Since this is a dominant environment, the difference in reception level for each antenna element is relatively difficult. As a result, the weight obtained by equation (23) is effectively a weight equivalent to equation (22).

なお、送受信ウエイトは、アンテナ素子ごとのウエイトの値を各要素の成分として構成されるベクトル(ウエイトベクトル)の示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるウエイトベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたウエイトベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価である。つまり、式(22)や式(23)で与えられる各ベクトルの成分全体に共通の係数が乗算されたウエイトは、全て本発明関連技術におけるウエイトと等価なものである。   In the transmission / reception weight, the direction indicated by a vector (weight vector) having the weight value for each antenna element as a component of each element has an effective meaning. For this reason, a vector obtained by multiplying a certain weight vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a weight vector multiplied by a constant coefficient for each antenna element is all equivalent without depending on the coefficient to be multiplied. is there. That is, the weights obtained by multiplying the entire components of the vectors given by the equations (22) and (23) by the common coefficient are all equivalent to the weights in the technology related to the present invention.

図30に関する以上の説明は送信ウエイトの算出に関するものであったが、受信ウエイトに関しても対応する回路(例えば、キャリブレーション回路126に対してチャネル情報長時間平均回路123、送信ウエイト算出回路127bに対して受信ウエイト算出回路124b、送信ウエイト記憶回路128bに対して受信ウエイト記憶回路125b)に置き換えて、同様の処理を行うことで受信ウエイトの算出処理を実施することができる。   The above description regarding FIG. 30 was related to the calculation of the transmission weight, but the circuit corresponding to the reception weight (for example, the channel information long-time averaging circuit 123 for the calibration circuit 126 and the transmission weight calculation circuit 127b). Thus, the reception weight calculation circuit 124b and the transmission weight storage circuit 128b can be replaced with the reception weight storage circuit 125b), and the reception weight calculation process can be performed by performing the same processing.

図22から図25、及び図30に示した上述の処理を事前に実施し、そこで得られた送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128bに記憶させ、受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125bに記憶させておく。なお、図22及び図30に示した処理は、通信開始後も適当な周期で通信を一時的に休止させて実行することが可能である。そこで得られた短時間平均のチャネル情報を用いて図24から図25、及び図30に示した処理を行い、逐次、送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するようにしてもよい。   The above-described processing shown in FIG. 22 to FIG. 25 and FIG. 30 is performed in advance, the transmission weight obtained there is stored in the transmission weight storage circuit 128b, and the reception weight is stored in the reception weight storage circuit 125b. . Note that the processing shown in FIGS. 22 and 30 can be executed after temporarily suspending communication at an appropriate cycle even after the communication is started. The processing shown in FIGS. 24 to 25 and FIG. 30 may be performed using the short-time average channel information obtained there, and the transmission weight and the reception weight may be updated sequentially.

<送信処理>
次に、本構成例の基地局装置10における信号の送信処理について図を参照して説明する。
図31は、本構成例における基地局装置10の送信処理を示すフローチャートである。ここではOFDM(OFDMA)変調ないしはSC−FDEを用いている場合について説明する。また、図27と共通の処理には同一の番号を付与した。
ステップS169以外の処理は、図27に示す第1の構成例の送信処理と同様である。本構成例の第1の構成例との差分は、ステップS169で読み出す送信ウエイトが同時に空間多重する端末装置の組み合わせに依存しない点であり、ステップS162で行ったスケジューリングの結果を受けて、同時に空間多重を行う各端末装置に固有の送信ウエイトを送信ウエイト記憶回路128bから読み出して利用する。
<Transmission process>
Next, signal transmission processing in the base station apparatus 10 of the present configuration example will be described with reference to the drawings.
FIG. 31 is a flowchart showing the transmission processing of the base station apparatus 10 in this configuration example. Here, a case where OFDM (OFDMA) modulation or SC-FDE is used will be described. Also, the same numbers are assigned to the processes common to FIG.
Processing other than step S169 is the same as the transmission processing of the first configuration example shown in FIG. The difference between this configuration example and the first configuration example is that the transmission weight read in step S169 does not depend on the combination of terminal devices that are simultaneously spatially multiplexed. A transmission weight specific to each terminal apparatus to be multiplexed is read from the transmission weight storage circuit 128b and used.

本構成例における基地局装置10の送信処理の特徴としては、ステップS169において、送信ウエイト記憶回路128bに記憶されている送信ウエイトのうち、宛先の端末装置に対応する送信ウエイトを読み出して利用する点であり、端末装置の組み合わせや時々刻々と微妙に変化するチャネル情報を意識せず、事前に算出された各端末装置に対応する送信ウエイトを利用することである。すなわち、受信ウエイト算出回路124bが算出する空間多重伝送のための受信ウエイトと、送信ウエイト算出回路127bが算出する空間多重伝送のための送信ウエイトとは、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせに依存しないウエイトであることを特徴としている。   As a feature of the transmission processing of the base station apparatus 10 in this configuration example, in step S169, out of the transmission weights stored in the transmission weight storage circuit 128b, the transmission weight corresponding to the destination terminal apparatus is read and used. In other words, the transmission weight corresponding to each terminal device calculated in advance is used without being conscious of the combination of terminal devices and channel information that changes slightly every moment. That is, the reception weight for spatial multiplexing transmission calculated by the reception weight calculation circuit 124b and the transmission weight for spatial multiplexing transmission calculated by the transmission weight calculation circuit 127b depend on the combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing. It is characterized by a weight that does not.

なお、第1の構成例においては端末装置の組み合わせ毎に送受信ウエイトを算出する必要があった。ここで、全ての端末装置の数MからN個を選び出す組み合わせはだけあり、「M」や「N」の値が大きいとその組み合わせの数は天文学的な膨大な数になるのであるが、利用する送信ウエイトが端末装置の組み合わせに依存しないということは、その天文学的な数の全てのバリエーションに対しても対処可能であることを意味している。同時に、送信ウエイト記憶回路128bに記憶すべき情報量は、周波数成分の数(例えばサブキャリア数)×収容する端末装置数の送信ウエイトベクトルのみで良く、端末装置数が増えた場合においても送信ウエイト記憶回路128bの記憶容量の増加を抑制することができるという特徴も併せ持つ。 In the first configuration example, it is necessary to calculate transmission / reception weights for each combination of terminal devices. Here, the combination of selecting N pieces from the number M of all terminals has only M C N, the number of the value thereof is large combination of "M" and "N" is become astronomical vast number However, the fact that the transmission weight to be used does not depend on the combination of terminal devices means that all variations of the astronomical number can be dealt with. At the same time, the amount of information to be stored in the transmission weight storage circuit 128b may be only the transmission weight vector of the number of frequency components (for example, the number of subcarriers) × the number of terminal devices accommodated, and even when the number of terminal devices increases, the transmission weight It also has a feature that an increase in the storage capacity of the storage circuit 128b can be suppressed.

また、このようにして送信された信号は、各端末装置のアンテナ素子において、基地局装置10のアンテナ素子101−1〜101−Kから送信された信号が、周波数成分ごとに同位相で受信されることになる。各端末装置において受信された信号は、特に基地局装置10が行う各種信号処理を意識することなく受信できる通常の信号として処理することが可能である。   In addition, the signals transmitted in this way are received in the same phase for each frequency component in the antenna elements of each terminal apparatus, and the signals transmitted from the antenna elements 101-1 to 101-K of the base station apparatus 10 are received. Will be. The signal received at each terminal device can be processed as a normal signal that can be received without being conscious of various signal processing performed by the base station device 10 in particular.

<受信処理>
図32は、本発明関連技術の第2の構成例における基地局装置10の受信処理を示すフローチャートである。また、図28と共通の処理には同一の番号を付与した。
ステップS181以外の処理は、図28に示す第1の構成例の受信処理と同様である。本構成例の第1の構成例との差分は、ステップS181で読み出す受信ウエイトが同時に空間多重する端末装置の組み合わせに依存しない点であり、ステップS172で行ったスケジューリングの結果を受けて、同時に空間多重を行う各端末装置に固有の送信ウエイトを受信ウエイト記憶回路125bから読み出して利用する。
<Reception processing>
FIG. 32 is a flowchart showing a reception process of the base station apparatus 10 in the second configuration example of the technology related to the present invention. Also, the same numbers are assigned to the processes common to FIG.
Processing other than step S181 is the same as the reception processing of the first configuration example shown in FIG. The difference between this configuration example and the first configuration example is that the reception weight read in step S181 does not depend on the combination of terminal devices that are simultaneously spatially multiplexed. A transmission weight specific to each terminal apparatus that performs multiplexing is read out from the reception weight storage circuit 125b and used.

なお、ステップS181の処理では端末装置の組み合わせを意識せずに、単純に各端末装置に対応した受信ウエイトを端末装置毎に個別に読み出せば良い。このため、上記の送信処理で説明したのと同様に、任意の端末局の組み合わせに対する受信処理を行うことができる。また、端末装置数が増えた場合においても、受信ウエイト記憶回路125bの記憶容量の増加を抑制することができる。   In the process of step S181, the reception weight corresponding to each terminal device may be simply read for each terminal device without being conscious of the combination of the terminal devices. For this reason, it is possible to perform a reception process for any combination of terminal stations, as described in the above transmission process. Even when the number of terminal devices increases, an increase in the storage capacity of the reception weight storage circuit 125b can be suppressed.

(構成例に関する補足)
以上が、本発明関連技術の構成例の説明である。以下に、これらの構成例に共通な補足事項を示しておく。
第1および第2の構成例における基地局装置10では、アップリンクにおけるチャネル情報を取得する際に図22に示した短時間平均処理を実施する構成を説明した。しかし、これは(要求条件1)への対応を前提とするものであった。例えば、回線設計的にはチャネル推定は実施可能なレベルであるが、より高い伝送レートでの通信のために、回線利得を更に得るための手段として基地局装置10を用いる場合には、必ずしも短時間平均を行う必要はない。この場合、アップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理(図22)は、単に、チャネル推定処理に置き換えることができる。
(Supplement regarding configuration example)
The above is the description of the configuration example of the technology related to the present invention. The following are supplementary items common to these configuration examples.
In the base station apparatus 10 in the first and second configuration examples, the configuration in which the short-time averaging process illustrated in FIG. 22 is performed when acquiring the channel information in the uplink has been described. However, this was premised on the response to (Requirement 1). For example, although channel estimation is at a level where channel estimation is feasible in terms of channel design, when the base station apparatus 10 is used as a means for further obtaining channel gain for communication at a higher transmission rate, it is not necessarily short. There is no need to perform time averaging. In this case, the short-time averaging process (FIG. 22) for acquiring uplink channel information can be simply replaced with a channel estimation process.

また同様に第1および第2の構成例における基地局装置10では、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出する際に、式(14)及び式(15)に示したキャリブレーション係数を用いる構成を説明した。しかし、先にも説明したが、ローノイズアンプ103−1〜103−K、フィルタ106−1〜106−K、ハイパワーアンプ148−1〜148−K、フィルタ147−1〜147−Kなどにおける周波数成分ごとの複素位相の回転量のアップリンクとダウンリンクとの間の相対値(複素位相の角度差)が全てのアンテナ素子に対応する回路で一定値になるようにアナログ的な信号処理で調整を行ってある場合(例えば、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整していても良い)、キャリブレーション係数を用いた処理を行う必要はない。この場合、ダウンリンクのチャネル情報を取得する処理(図25)は、省略することができ、上りリンクのチャネル情報とダウンリンクのチャネル情報とが等価になるので、送信ウエイトと受信ウエイトとは共通の値になる。この場合、ダウンリンクにおける送信ウエイト算出に係わる回路と、アップリンクにおける受信ウエイトの算出に係わる回路は共用化を図ることが可能である。   Similarly, in the base station apparatus 10 in the first and second configuration examples, when calculating the downlink channel information from the uplink channel information, the calibration coefficients shown in the equations (14) and (15) are used. The configuration using is described. However, as described above, the frequencies in the low noise amplifiers 103-1 to 103-K, the filters 106-1 to 106-K, the high power amplifiers 148-1 to 148-K, the filters 147-1 to 147-K, and the like. Adjust by analog signal processing so that the relative value (angle difference of complex phase) between the uplink and downlink of the amount of complex phase rotation for each component becomes a constant value in the circuit corresponding to all antenna elements. (For example, the complex phase of the uplink and downlink may be adjusted to be a constant value), it is not necessary to perform the process using the calibration coefficient. In this case, the process of acquiring the downlink channel information (FIG. 25) can be omitted, and the uplink channel information and the downlink channel information are equivalent, so the transmission weight and the reception weight are common. Value. In this case, the circuit related to the calculation of the transmission weight in the downlink and the circuit related to the calculation of the reception weight in the uplink can be shared.

またこの場合、本発明関連技術の第1および第2の構成例における基地局装置では、マルチユーザMIMO送受信ウエイト算出回路124a及びマルチユーザMIMO送受信ウエイト記憶回路125a、あるいは、送受信ウエイト算出回路124b及び送受信ウエイト記憶回路125bのいずれかが、送信ウエイトと受信ウエイトとの算出及び記憶を行う構成となることに相当するが、しかし、これに限ることなく、本発明関連技術の第1および第2の構成例における基地局装置10と同じ構成のままで、キャリブレーション係数をアンテナ素子及び周波数成分の全ての組み合わせにおいて「1」とみなして送信ウエイトを算出するようにしてもよい。   In this case, in the base station apparatus according to the first and second configuration examples of the technology related to the present invention, the multiuser MIMO transmission / reception weight calculation circuit 124a and the multiuser MIMO transmission / reception weight storage circuit 125a, or the transmission / reception weight calculation circuit 124b and the transmission / reception. This corresponds to one of the weight storage circuits 125b being configured to calculate and store the transmission weight and the reception weight. However, the present invention is not limited to this, and the first and second configurations of the technology related to the present invention. With the same configuration as the base station apparatus 10 in the example, the transmission weight may be calculated by regarding the calibration coefficient as “1” in all combinations of antenna elements and frequency components.

更にこの場合、各周波数成分の必ずしも全てのアンテナ素子において複素位相の回転量が同一(ないしは、キャリブレーション係数が1)である必要はなく、この条件が一部の少数のアンテナ素子において例外的に満たされない状況であっても、少なくとも半数以上のアンテナ素子でこの条件を満たしていれば、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。   Furthermore, in this case, the rotation amount of the complex phase does not necessarily have to be the same (or the calibration coefficient is 1) in all the antenna elements of each frequency component, and this condition is exceptional in some small number of antenna elements. Even in a situation that is not satisfied, as long as at least half of the antenna elements satisfy this condition, the operation intended by the present invention can be realized as a whole.

また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイトは全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いていた。しかし、OFDMAでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間(OFDMシンボル)及び周波数(サブキャリア)ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。この場合には、複数面で構成される受信信号処理回路109−1〜109−Lおよび送信信号処理回路141−1〜141−Lは、周波数および時刻に関係なく通信相手となる端末装置に対応しているというものではなく、ある各周波数成分ないしは各時刻(OFDMシンボル)に着目した場合に通信相手となる端末装置に対応していると理解すべきである。しかし、その差を除けばOFDMとOFDMAとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書中ではOFDMを中心に説明を行ったが、OFDMAにおいても全く同様に本発明関連技術を適用することができる。   Further, in the OFDM modulation scheme, all subcarriers are used for communication with the same terminal apparatus, and therefore, transmission / reception weights for the terminal apparatuses of a combination common to all subcarriers are used. However, in OFDMA, since allocations to different combinations of terminal devices in a patchwork pattern on the time axis and the frequency axis are gathered together, terminals allocated for each time (OFDM symbol) and frequency (subcarrier) It is necessary to use transmission / reception weights for the device. In this case, the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L and the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L configured by a plurality of surfaces correspond to the terminal device that is the communication partner regardless of the frequency and time. However, it should be understood that it corresponds to a terminal device that is a communication partner when attention is paid to each frequency component or each time (OFDM symbol). However, except for the difference, OFDM and OFDMA can be processed in exactly the same way. In this specification, the description has been focused on OFDM, but the present invention is also applied to OFDMA. can do.

また、SC−FDEに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で送信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のSC−FDEで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのSC−FDEに適用可能である。   In addition, there are various operational variations regarding SC-FDE, but reception signal processing and reception after signals transmitted from each antenna element are combined in space are multiplied by transmission weights on the transmission side. In any of the received signal processings after the reception weights are multiplied on the side and the signals of the respective antenna elements are added and combined, the processing performed in the conventional SC-FDE is applied as it is in each of the above-described configuration examples. Therefore, the present invention is applicable to all variations of SC-FDE.

更に、受信ウエイトを乗算した信号を複数のアンテナ素子に亘り加算合成する際に、必ずしも全てのアンテナ素子に亘り加算合成する必要はなく、全体の中の一部の複数のアンテナ素子に亘り加算合成を行ったとしても、全体として本発明関連技術の意図する動作を実現することは可能であり、結果として同様の効果を得ることができる。同様に、送信ウエイトを乗算した複数の端末装置宛の信号をアンテナ素子ごとに加算合成する際においても、加算合成を全てのアンテナ素子に亘り実施せず、一部の複数のアンテナ素子において加算合成を行ったとしても、全体として本発明関連技術の意図する動作を実現することは可能である。   Furthermore, when adding and combining signals multiplied by reception weights over multiple antenna elements, it is not always necessary to add and combine over all antenna elements, and add and combine over some antenna elements in the whole. Even if it performs, it is possible to implement | achieve the operation | movement which the technique relevant to this invention intends as a whole, and can obtain the same effect as a result. Similarly, when adding and combining signals for a plurality of terminal devices multiplied by transmission weights for each antenna element, addition combining is not performed for all the antenna elements, and addition and combining is performed for some antenna elements. Even if it performs, it is possible to implement | achieve the operation | movement which the technique relevant to this invention intends as a whole.

また同様に、本発明関連技術においてはデータ通信の際に用いるチャネル推定用のプリアンブル信号は全ての端末装置において共通のプリアンブル信号とすることは可能であるが、一部の端末装置で他のプリアンブル信号を用いる構成とすることも当然ながら可能であり、少なくとも複数の端末装置に対して同時に空間多重して信号を送受信する際に共通のプリアンブルを用いたとすれば、それは本発明関連技術の意図する動作に相当する。   Similarly, in the technology related to the present invention, the preamble signal for channel estimation used for data communication can be a common preamble signal in all terminal devices, but other preambles are used in some terminal devices. It is of course possible to employ a configuration using a signal. If a common preamble is used when transmitting and receiving a signal by spatially multiplexing at least a plurality of terminal devices at the same time, it is intended by the technology related to the present invention. Corresponds to the action.

更に、本発明関連技術における図22から図24で示したチャネル情報の取得処理において、それらの処理を開始するための指示等の各種制御情報の基地局装置と端末装置の間の交換処理は如何なる方法で実現しても構わない。これらの処理は基本的にはサービス運用開始前に行うものであり、その場合には適切な送受信ウエイトが当初は未知であるために、基地局装置と端末装置の間で十分な回線利得が確保できない状況で各種制御が行われることが想定される。しかし、サービス運用開始前であれば、例えば作業員が端末装置の設置作業において手動で処理開始の指示を行うことも可能であるし、一時的に他の無線規格を利用して制御を行っても構わない。したがって、チャネル情報の取得処理を開始するための指示等の各種制御処理方法に係わりなく、本発明関連技術を実施することは可能である。   Furthermore, in the channel information acquisition process shown in FIGS. 22 to 24 in the technology related to the present invention, what is the exchange process between the base station apparatus and the terminal apparatus for various control information such as instructions for starting these processes? It may be realized by a method. These processes are basically performed before the start of service operation. In this case, since an appropriate transmission / reception weight is unknown at the beginning, a sufficient line gain is secured between the base station apparatus and the terminal apparatus. It is assumed that various controls are performed in a situation where it is impossible. However, before the start of service operation, for example, an operator can manually instruct the start of processing in the installation work of the terminal device, or temporarily control using other wireless standards It doesn't matter. Therefore, it is possible to implement the technology related to the present invention regardless of various control processing methods such as an instruction for starting the acquisition processing of channel information.

また更に、相対成分を取得する際に用いる複素位相のオフセット値φ(k)は、図23に示した処理以外の方法で取得することも可能である。
図33は、上述の本発明関連技術の各構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。同図に示す処理と図23に示した処理との差分は、相対成分の取得の際に用いる複素位相のオフセット値φ(k)を、特定のアンテナ素子101−1の複素位相を基準とする代わりに、ステップS193において全てのアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相(すなわち0〜2πで表される角度)の平均値を用いる点である。ステップS122−1〜S122−Kにてアンテナ素子101−1〜101−Kに対応するチャネル情報における第k周波数成分^h(k) ,…,^h(k) を基に、次式(24)を用いて第k周波数成分に対する全アンテナの複素位相の平均値φ(k)を求め、これをステップS124−1〜S124−Kにて用いることで相対成分の取得を実現する。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
個々のアンテナ素子101−1〜101−Kの複素位相成分は誤差を含む場合においても、式(24)では誤差の平均化を行うことになるので、結果的に精度の高い相対成分を求めることができる。
Furthermore, the offset value φ (k) of the complex phase used when acquiring the relative component can be acquired by a method other than the processing shown in FIG.
FIG. 33 is a flowchart showing another relative component acquisition process for acquiring a relative component of uplink channel information in each configuration example of the technology related to the present invention described above. The difference between the process shown in FIG. 23 and the process shown in FIG. 23 is that the complex phase offset value φ (k) used when acquiring the relative component is based on the complex phase of the specific antenna element 101-1. Instead, in step S193, an average value of complex phases (that is, angles represented by 0 to 2π) of all the antenna elements 101-1 to 101-K is used. Based on the k-th frequency components ^ h (k) 1 ,..., ^ H (k) K in the channel information corresponding to the antenna elements 101-1 to 101-K in steps S122-1 to S122-K, Using (24), the average value φ (k) of the complex phases of all antennas with respect to the k-th frequency component is obtained, and this is used in steps S124-1 to S124-K, thereby obtaining the relative component. This offset value is obtained individually for each frequency component.
Even when the complex phase component of each of the antenna elements 101-1 to 101-K includes an error, the equation (24) averages the error, and as a result, a highly accurate relative component is obtained. Can do.

Figure 0005729833
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また、ダウンリンクのチャネル情報の取得方法としては、本明細書で示したアップリンクのチャネル情報を利用する方法の他に、従来技術の図4(A)の直接的な方法で示したように、ダウンリンクで直接トレーニング信号を送信し、そのトレーニング信号を受信した端末装置が取得したチャネル情報をフィードバックする形で基地局装置に設定する方法も考えられる。この場合、図15で示したトレーニング信号を、基地局装置が備えるアンテナ素子から1本ずつ順番に送信し、図22から図24で示した処理と同様の処理を端末装置側で実施し、その結果得られた平均化されたアンテナ素子ごと及び周波数成分ごとのチャネル情報を何らかの方法で基地局にフィードバックして設定し、基地局装置側ではこれを利用して送信ウエイトを算出する構成としても同様の効果を得ることは可能である。ただし、この場合であってもアップリンクのチャネル情報の取得においては各端末装置からのトレーニング信号の送信は必須であり、この点に関しては上述の本発明関連技術と全く同様である。   As a method of acquiring downlink channel information, in addition to the method using uplink channel information shown in this specification, as shown in the direct method of FIG. A method is also conceivable in which a training signal is directly transmitted on the downlink and channel information acquired by a terminal device that has received the training signal is fed back to the base station device in a form of feedback. In this case, the training signals shown in FIG. 15 are transmitted one by one from the antenna elements included in the base station device, and the same processing as the processing shown in FIGS. 22 to 24 is performed on the terminal device side. The same configuration may be adopted in which the channel information for each averaged antenna element and frequency component obtained as a result is fed back and set to the base station by some method and the transmission weight is calculated using this on the base station apparatus side. It is possible to obtain the effect. However, even in this case, transmission of a training signal from each terminal device is indispensable for acquiring uplink channel information, and this point is exactly the same as the above-described technology related to the present invention.

また、例えば式(24)ではチャネル情報^h(k) の複素位相を抽出する処理を行っているが、チャネル情報^h(k) の実数部と虚数部の比率から複素位相の角度情報を取得し、その角度情報を基に式(24)と等価な値を算出することも可能である。これは数式的には異なる処理に見えるが、数学的には全く等価な処理であり、全ての演算処理に対しこのような数学的に等価な代替の手段で処理を代用することも当然ながら可能である。 Further, for example, formula (24) in is performed a process of extracting the complex phase of the channel information ^ h (k) i, from the ratio of the real and imaginary parts of the channel information ^ h (k) i of complex phase angle It is also possible to acquire information and calculate a value equivalent to the equation (24) based on the angle information. Although this appears to be mathematically different, it is mathematically equivalent, and of course it is possible to substitute processing with such mathematically equivalent alternatives for all arithmetic operations. It is.

また同様に第2の構成例における基地局装置10では、図23に示すアップリンクのチャネル情報の相対成分の取得後の処理として、図24に示す長時間平均化処理を行った後、図31に示す送受信ウエイト算出処理を行っていた。しかし、式(25)ないし式(26)で示すウエイトは単純な複素位相成分の抽出に相当するため、図23に示す相対成分の取得後に図31に示すウエイト算出処理を実施し、図24のステップS131−1〜S131−Qを個々の受信ウエイトの取得に読み替えて、ステップS133に示す長時間平均化の対象をこの受信ウエイトに置き換えることでも近似的に同等の長時間平均の受信ウエイトを取得することは可能である。つまり、先の第1及び第2の構成例では長時間平均化の対象となる物理量はチャネル情報の相対成分であったが、チャネル情報の相対成分から算出した受信ウエイトを長時間平均化の対象となる物理量に置き換えることも可能である。   Similarly, the base station apparatus 10 in the second configuration example performs the long-time averaging process shown in FIG. 24 as the process after obtaining the relative component of the uplink channel information shown in FIG. The transmission / reception weight calculation processing shown in FIG. However, since the weights shown in the equations (25) to (26) correspond to simple complex phase component extraction, the weight calculation processing shown in FIG. 31 is performed after the relative components shown in FIG. By replacing steps S131-1 to S131-Q with acquisition of individual reception weights and replacing the long-time averaging target shown in step S133 with this reception weight, an approximately equivalent long-time average reception weight is acquired. It is possible to do. That is, in the first and second configuration examples described above, the physical quantity that is subject to long-term averaging is a relative component of channel information, but the reception weight calculated from the relative component of channel information is subject to long-term averaging. It is also possible to replace it with a physical quantity.

更に、図13に示した本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例では、端末装置12−1〜12−2は1本のアンテナを備えるものとして図示したが、端末装置が複数のアンテナを備えていたとしても同様の処理を行うことは可能である。原理的には、端末装置12−1〜12−2が複数本のアンテナを備えていれば、一つの端末局に複数の信号系列を空間多重することも可能である。この場合、端末装置12−1〜12−2の各アンテナを個々の端末局のアンテナ素子とみなすことで、本発明関連技術を同様に実施することが可能である。ただし、本発明では端末装置12−1〜12−2と基地局装置のアンテナ素子13−1〜13−4は相互に見通し環境であることを想定しているため、一般的には基地局と一つの端末局の間でMIMO伝送を行うことは困難(第2固有値以降がゼロに近づく)であることが多い。そこで端末局が複数本のアンテナを備えている場合には、実際には単一信号系列の送受信を複数アンテナのダイバーシチ構成として運用するのが現実的である。この場合には、複数のアンテナを適当なウエイトで合成することで、仮想的な1本のアンテナとみなすことが可能であり、この仮想的な1本のアンテナとの間で同様の処理を実現すれば、全く同様に本発明関連技術を適用することが可能である。   Furthermore, in the installation example of the base station apparatus included in the wireless communication system according to the present invention illustrated in FIG. 13, the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are illustrated as including one antenna. Even if a plurality of antennas are provided, the same processing can be performed. In principle, if the terminal apparatuses 12-1 to 12-2 are provided with a plurality of antennas, a plurality of signal sequences can be spatially multiplexed in one terminal station. In this case, it is possible to similarly implement the technology related to the present invention by regarding each antenna of the terminal devices 12-1 to 12-2 as an antenna element of each terminal station. However, in the present invention, since it is assumed that the terminal devices 12-1 to 12-2 and the antenna elements 13-1 to 13-4 of the base station device are in a line-of-sight environment, generally, It is often difficult to perform MIMO transmission between one terminal station (after the second eigenvalue approaches zero). Therefore, when the terminal station is provided with a plurality of antennas, it is practical to operate transmission / reception of a single signal sequence as a diversity configuration of a plurality of antennas. In this case, by combining a plurality of antennas with appropriate weights, it can be regarded as a virtual one antenna, and the same processing is realized with this virtual one antenna. Then, it is possible to apply the technology related to the present invention in exactly the same way.

また更に、以上の動作原理及び本発明関連技術の構成例の説明の中では、各アンテナ素子に対応したチャネル情報や送受信ウエイトについて述べてきたが、各アンテナ素子のチャネル情報ないしは送受信ウエイトを成分として構成されるベクトルは、そのベクトルの示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価な意味合いをもつことになる。
一方で、本発明の前提条件で説明した通り、基地局装置と端末装置のアンテナはそれぞれ見通し環境ないしは見通し環境に近い環境を想定しているため、各アンテナ素子で受信される信号の強度及び振幅は概ね一定の値となっていることが期待される。このため、例えば各アンテナ素子のチャネル情報のベクトルは、実効的にはベクトルの各成分の絶対値はそれほど大きな意味をもたず、チャネル情報の値を規格化した値(チャネル情報をその絶対値で除算して得られる複素数)が有意な情報となる。このため、以上の動作原理及びの説明の中で用いられた「チャネル情報」を、近似的に「チャネル情報の値を規格化した値」とみなした処理は本発明及び本発明の関連技術と全く等価なものであり、その意味で上述の「チャネル情報」とは広義の意味で「チャネル情報の値を規格化した値」までを含むものとする。
Furthermore, in the above description of the operation principle and the configuration example of the technology related to the present invention, the channel information and transmission / reception weight corresponding to each antenna element have been described. However, the channel information or transmission / reception weight of each antenna element is used as a component. In the constructed vector, the direction indicated by the vector has an effective meaning. For this reason, the vector obtained by multiplying a certain vector by a predetermined coefficient is the same in direction, so that a vector obtained by multiplying a certain coefficient for each antenna element has all equivalent meanings without depending on the coefficient to be multiplied. Will have.
On the other hand, as described in the preconditions of the present invention, since the antennas of the base station device and the terminal device are assumed to be a line-of-sight environment or an environment close to the line-of-sight environment, the intensity and amplitude of the signal received by each antenna element Is expected to be roughly constant. For this reason, for example, the vector of channel information of each antenna element is effectively not so significant in the absolute value of each component of the vector, and the channel information value is normalized (the channel information is the absolute value). (Complex number obtained by dividing by) is significant information. For this reason, the processing in which the “channel information” used in the description of the operation principle and the above is approximately regarded as the “value obtained by normalizing the value of the channel information” is the present invention and related technology of the present invention. In this sense, the above-mentioned “channel information” includes up to “a value obtained by standardizing the value of channel information” in a broad sense.

また更に、本発明の明細書においては説明の都合上、「行ベクトル」と「列ベクトル」をあまり区別することなく扱っている。例えば、式(3)におけるチャネル情報ベクトルhiは行ベクトルであり、送信ウエイトベクトルwjは列ベクトルであり、ベクトルの並びの方向を統一する厳密な数学上の表記であれは「転置」などの記号などを使って表記すべきである。しかし、本発明の実施において必要な情報はベクトルの各成分の値であり、そのベクトルが行ベクトルか列ベクトルであるかはあまり意味をもたないため、理解の容易さを優先して「行ベクトル」と「列ベクトル」を区別しない説明としている。 Furthermore, in the specification of the present invention, for convenience of explanation, “row vector” and “column vector” are treated without being distinguished from each other. For example, the channel information vector h i in the expression (3) is a row vector, the transmission weight vector w j is a column vector, and “transpose” or the like if it is a strict mathematical notation that unifies the direction of vector arrangement. Should be written using the symbol etc. However, the information required in the practice of the present invention is the value of each component of the vector, and it does not make much sense whether the vector is a row vector or a column vector. The description does not distinguish between “vector” and “column vector”.

また更に、以上の関連技術の主たる特徴は、実際の通信に先行した事前処理として、アップリンク及び又はダウンリンクのチャネル情報を事前に取得し、その情報を基に事前に受信ウエイト及び又は送信ウエイトを算出しておき、実際の通信に際しては事前に取得しておいた受信ウエイト又は送信ウエイトを参照して送受信の信号処理を実施する点である。この結果、アンテナ素子数が膨大な数になっても送受信ウエイトの取得処理において非常に重い演算の負荷を伴わず、回路規模も抑えながら、リアルタイムでの処理を実施することが可能という効果を得ることが可能となる。したがって、必ずしもチャネル情報のアンテナ素子ごとの相対成分の取得や、その平均化処理などを行わず、事前処理として1回のチャネル情報の取得結果を用いて送受信ウエイトを取得したとしても、信号分離のための送受信ウエイトによる信号分離の精度は幾分落ちるかもしれないが、本関連技術の目的とする効果を得ることも可能である。本発明においては、この関連技術の利用を主として想定しているが、本発明の効果を得るための必須条件としては、チャネル情報の相対成分の取得と平均化処理は必要ではない。   Still further, the main feature of the related technology described above is that, as pre-processing prior to actual communication, uplink and / or downlink channel information is acquired in advance, and reception weight and / or transmission weight is determined in advance based on that information. In actual communication, transmission / reception signal processing is performed with reference to the reception weight or transmission weight acquired in advance. As a result, even when the number of antenna elements becomes enormous, it is possible to perform real-time processing while reducing the circuit scale without accompanying a very heavy calculation load in the transmission / reception weight acquisition processing. It becomes possible. Therefore, acquisition of relative components for each antenna element of channel information is not necessarily performed, and averaging processing thereof is not performed. Even if transmission / reception weights are acquired using a single channel information acquisition result as preprocessing, signal separation is not performed. Therefore, the accuracy of signal separation due to the transmission / reception weight may be somewhat lowered, but it is also possible to obtain the intended effect of the related technology. In the present invention, the use of this related technique is mainly assumed. However, acquisition of the relative component of the channel information and the averaging process are not necessary as an essential condition for obtaining the effect of the present invention.

また更に、図27および図32のステップS162、および図28および図33のステップS172に示すスケジューリング処理に関しては、例えば時変動などの影響で劣化する各端末装置のSINR(Signal to Interference and Noise Power Ratio:信号対干渉雑音電力比)値の予想値が所定の条件を満たせるか否かの判断により行うようにしても構わない。例えば、i番目の端末装置である第i端末のSNR値がx[dB]、時変動指標の階級値に対応したSIR値がy[dB]、適用する伝送モードの所要SINR値がz[dB]であったとする。この場合、所望の通信品質を満たすためには次式(25)を満たす必要がある。 Furthermore, regarding the scheduling process shown in step S162 of FIGS. 27 and 32 and step S172 of FIGS. 28 and 33, for example, the SINR (Signal to Interference and Noise Power Ratio) of each terminal device that deteriorates due to the influence of time variation or the like. : Signal-to-interference noise power ratio) value may be determined by determining whether the expected value can satisfy a predetermined condition. For example, the SNR value of the i-th terminal device which is the i-th terminal device is x i [dB], the SIR value corresponding to the class value of the time variation index is y i [dB], and the required SINR value of the transmission mode to be applied is z It is assumed that i [dB]. In this case, in order to satisfy the desired communication quality, it is necessary to satisfy the following equation (25).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、式(25)の左辺第2項のΣの総和をとる範囲は、空間多重伝送の対象として想定する端末番号jに対し、式(25)の品質評価対象とする第i端末のみを除外した範囲(j≠j)である。例えば、スケジューリングのある段階で空間多重を想定する端末装置の全てを空間多重対象とした場合、ある番号jの端末装置に対し式(25)が満たされなかった場合には、その第i端末を空間多重伝送の対象から除外すると共に、以降の式(25)の成立可否判断におけるΣの総和をとる範囲から、その端末番号を除外すれば良い。このような条件を満たせる範囲で、スケジューリング処理回路181は空間多重する端末装置の絞り込みを行う。なお、ここで、式(25)の右辺に表れる適用する伝送モードの所要SINR値(z[dB])は、適用する伝送モードを変えることで条件が変るので、そのような伝送モードの適応的な変更により対処しても構わない。この様に、スケジューリングに際しては様々な条件判断や端末装置の組み合わせの検索処理などが必要となるが、そのスケジューリング処理に依存せずに本発明の関連技術は適用可能であり、得に制限条件が必要となるものではない。 Here, the range in which the sum of Σ in the second term on the left side of Equation (25) is taken is that only the i-th terminal subject to quality evaluation of Equation (25) is compared to the terminal number j assumed as the object of spatial multiplexing transmission. The excluded range (j ≠ j). For example, when all of the terminal devices that are assumed to be spatially multiplexed at a certain stage of scheduling are spatially multiplexed, if the equation (25) is not satisfied for a certain number j of terminal devices, the i-th terminal is In addition to being excluded from the target of spatial multiplexing transmission, the terminal number may be excluded from the range in which the sum of Σ in the determination of whether or not the following equation (25) is satisfied is taken. As long as such a condition can be satisfied, the scheduling processing circuit 181 narrows down the terminal devices to be spatially multiplexed. Here, since the required SINR value (z i [dB]) of the transmission mode to be applied that appears on the right side of the equation (25) changes depending on the transmission mode to be applied, the adaptation of such a transmission mode is applied. It may be dealt with by a change. As described above, various conditions need to be determined and a search process for a combination of terminal devices is required for scheduling. However, the related technology of the present invention can be applied without depending on the scheduling process, and there are particularly limited conditions. It is not necessary.

[関連技術に基づく具体的な本発明の実施形態]
以上の動作原理のもと、具体的な本発明の実施形態について以下に説明を行う。本発明の実施形態は、本発明関連技術の第2の構成例と組み合わせて実施されるものである。なお、以下の説明においては簡略化のためにチャネル情報ベクトル、送受信ウエイトベクトル(さらには、それらを組み合わせ行列)などに対して明示的にアップリンク/ダウンリンク、送信/受信、および周波数成分(サブキャリア番号)を表す添え字を省略し、例えば着目するサブキャリアの第i端末装置のチャネル情報ベクトルをh、第i端末装置のウエイトベクトルをwと同一の表記とする。したがって、これらの情報は各周波数成分ごとに別々の値のベクトル及び行列が存在すると共に、アップリンク/ダウンリンクに関しても個別の値のベクトル及び行列が存在し、同様の処理を行うことになる。また、各アンテナ素子に対応する要素で構成されているベクトルという点で共通であることから、行ベクトルないしは列ベクトルの区別もつけずに表記することにする。厳密な数学の表記では、行ベクトル(サイズは1×N)と列ベクトル(サイズはN×1)の積はスカラー量(サイズは1×1)、列ベクトル(サイズはN×1)と行ベクトル(サイズは1×N)の積はサイズがN×Nの行列を表すことになるが、ここでは行ベクトルないしは列ベクトルの区別をつけずに、単純にベクトルの各成分の乗算結果の総和で得られるベクトル積の演算(各成分が複素数であるため、いわゆるベクトルの内積とは別物である)を意味している。
[Specific Embodiment of the Present Invention Based on Related Technology]
Based on the above principle of operation, a specific embodiment of the present invention will be described below. The embodiment of the present invention is implemented in combination with the second configuration example of the technology related to the present invention. In the following description, for the sake of simplicity, the uplink / downlink, transmission / reception, and frequency components (sub-components) are explicitly specified for channel information vectors, transmission / reception weight vectors (and combinations of them), and the like. The subscript representing the carrier number) is omitted, and for example, the channel information vector of the i-th terminal device of the target subcarrier is denoted by h i and the weight vector of the i-th terminal device is denoted by w i . Therefore, in this information, a vector and matrix of different values exist for each frequency component, and a vector and matrix of individual values exist for the uplink / downlink, and the same processing is performed. Further, since they are common in terms of vectors composed of elements corresponding to the respective antenna elements, they are described without distinguishing row vectors or column vectors. In strict mathematical notation, the product of a row vector (size is 1 × N) and a column vector (size is N × 1) is a scalar quantity (size is 1 × 1), a column vector (size is N × 1) and a row The product of vectors (size is 1 × N) represents a matrix of size N × N. Here, the sum of the multiplication results of each component of the vector is simply made without distinguishing the row vector or the column vector. This means the calculation of the vector product obtained by (because each component is a complex number, it is different from the so-called vector inner product).

(残留干渉抑圧処理について)
<送信側の信号処理>
第1から第N端末装置に対する空間多重を想定し、ダウンリンクにおける着目するサブキャリアの第i端末装置(i=1,2,…,N)のチャネル情報ベクトルをh(厳密には行ベクトル)に対して送信ウエイトをw(厳密には列ベクトル)とすれば、これらのベクトルを各行および各列に用いて構成されるチャネル情報行列Hと送信ウエイト行列Wの積は、次式(26)で表される対角成分のみの行列Wと、次式(27)で表される非対角成分のみの行列Wndとの和、即ちW+Wndとして、次式(28)で表すことが出来る。
(Residual interference suppression processing)
<Transmitter signal processing>
Assuming spatial multiplexing for the first to N-th terminal devices, channel information vectors of i-th terminal devices (i = 1, 2,..., N) of subcarriers of interest in the downlink are denoted by h i (strictly, row vectors). ) For transmission weights w i (strictly column vectors), the product of channel information matrix H and transmission weight matrix W configured using these vectors for each row and column is given by The sum of the matrix W d having only the diagonal component expressed by (26) and the matrix W nd having only the non-diagonal component expressed by the following formula (27), that is, W d + W nd , It can be expressed as

Figure 0005729833
Figure 0005729833

Figure 0005729833
Figure 0005729833

Figure 0005729833
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また、あるOFDMシンボルにおいて第i端末装置宛の送信信号をtとすると、各端末装置に対応したt〜tを成分とする送信信号ベクトルをTxとする。また、仮想的な第k次の第i端末装置宛の送信信号補正信号をδt (k)とし、この送信信号補正信号δt (k)を第i成分とする第k次の送信信号補正信号ベクトルをδTx(k)とおく。初期条件として、δTx(0)をTxとする。0次からk次までの送信信号補正信号を加算した信号を送信ウエイト行列Wを用いて送信した際の各端末装置で受信される信号は次式(29)で表される。 Further, if a transmission signal addressed to the i-th terminal apparatus in a certain OFDM symbol is t i , a transmission signal vector having components t 1 to t N corresponding to each terminal apparatus is Tx. Further, a transmission signal correction signal addressed to a virtual k-th order i-th terminal device is δt i (k), and this transmission signal correction signal δt i (k) is an i-th component. Let the signal vector be δTx (k) . As an initial condition, δTx (0) is set to Tx. A signal received by each terminal device when a signal obtained by adding transmission signal correction signals from the 0th order to the kth order is transmitted using the transmission weight matrix W is expressed by the following equation (29).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(29)の右辺では、第i次の対角項と第(i−1)次の非対角項とをペアにして表記している。ここで、このペアとなっている部分がゼロとなる条件を次式(30)で設定する。   On the right side of Expression (29), the i-th diagonal term and the (i-1) -th non-diagonal term are described as a pair. Here, the condition that the paired portion becomes zero is set by the following equation (30).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(30)を変形すると、次式(31)の漸化式を得る。   When formula (30) is transformed, a recurrence formula of the following formula (31) is obtained.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(31)における行列ΔWは次式(32)で与えられる。なお、式(32)における行列W −1はチャネル情報ベクトルhと送信ウエイトをwとの積hの逆数を対角成分とする行列である。 The matrix ΔW in the equation (31) is given by the following equation (32). Note that the matrix W d −1 in Equation (32) is a matrix whose diagonal component is the inverse of the product h i w i of the channel information vector h i and the transmission weight w i .

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(30)の条件を式(29)に代入することで次式(33)を得る。   By substituting the condition of Expression (30) into Expression (29), the following Expression (33) is obtained.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、式(33)の右辺第1項は対角行列に送信信号ベクトルを乗算しているので、端末装置間の相互干渉成分は存在しない。一方、右辺第2項には相互干渉成分が含まれるので、この右辺第2項を小さくすることで干渉抑圧が図られる。
さらに、式(32)の行列ΔWの各要素を見ると、分母にはチャネル情報ベクトルに対応した送信ウエイト(すなわち、ベクトルの添え字が共通)を乗算することで各アンテナ素子にて複素位相が同一となる条件で各成分が加算合成されるが、分子はベクトルの添え字が異なることからも分かるとおり、同位相合成とはならずに複素位相がランダムな状態で加算されるために、アンテナ素子数が非常に大きな状態では圧倒的に同位相合成の分母がランダム位相合成の分子よりも大きくなる。つまり、行列の各成分が全て1よりも十分に小さな行列となっていることが非常に高い確率で期待されるために、ΔWを乗算する毎に送信信号補正信号ベクトルδTx(k)の絶対値は小さくなる。つまり、近似の次数kを上げることで、干渉成分を抑圧することが可能である。
Here, since the first term on the right side of Equation (33) is obtained by multiplying the diagonal matrix by the transmission signal vector, there is no mutual interference component between the terminal devices. On the other hand, since the mutual interference component is included in the second term on the right side, interference suppression can be achieved by reducing the second term on the right side.
Further, looking at each element of the matrix ΔW in equation (32), the denominator is multiplied by the transmission weight corresponding to the channel information vector (that is, the vector subscript is common), so that the complex phase is obtained at each antenna element. Each component is added and synthesized under the same conditions, but as the numerator is different from the subscript of the vector, the complex phase is added in a random state instead of in-phase synthesis, so the antenna When the number of elements is very large, the denominator of in-phase synthesis is overwhelmingly larger than the numerator of random phase synthesis. That is, since it is expected with a very high probability that each component of the matrix is a matrix sufficiently smaller than 1, every time ΔW is multiplied, the absolute value of the transmission signal correction signal vector δTx (k) Becomes smaller. That is, the interference component can be suppressed by increasing the approximate order k.

ここで、式(32)の行列ΔWの第(i,j)成分は−h/hであり、基地局装置と複数の端末装置とがデータの通信を行うサービス運用の開始前に事前に−h/hを算出しメモリ等に記憶させておけば、サービス開始後の実際の信号送信時には、事前に算出して記憶していた−h/hをメモリ等より読み出して各成分に代入して行列ΔWを構成すればよい。
例えば、100台の端末装置が基地局装置の配下にいる場合には、全ての(i,j)の組み合わせとして100×100=10000回のベクトル演算を事前に行えば良いので、サービス運用開始前の処理であることを考慮すれば全周波数成分に対して同様の処理を行ったところで演算量的には問題とはならないレベルである。
Here, the (i, j) component of the matrix ΔW in the equation (32) is −h i w j / h i w i , and the service operation in which the base station apparatus and the plurality of terminal apparatuses perform data communication. if in advance to -h i w j / h i w i is stored in the calculated memory or the like before the start, at the time of sending the actual signal after the service started, -h i w which has been stored is calculated in advance The matrix ΔW may be formed by reading out j / h i w i from a memory or the like and substituting it for each component.
For example, when 100 terminal devices are under the control of a base station device, 100 × 100 = 10000 vector operations may be performed in advance for all combinations of (i, j). In view of the above processing, when the same processing is performed on all frequency components, the amount of computation is not a problem level.

一方で、式(31)の漸化式において、乗算回数はN×(N−1)回である。アンテナ素子数をMとすれば、式(6)〜式(9)で表される直交化された送信ウエイトの算出には平方根の演算などをテーブルを参照して求めるなどの工夫を行っても乗算回数はM×N×(N−1)回以上となる。M=100、N=20、k=3程度の値を想定しても、演算量は約1/33の量で済み、しかもグラムシュミットの直交化の様な複雑な手順を順番に繰り返すのではなく、単純な行列とベクトルの乗算だけで済むために、単に乗算回数が少ないだけではなく、回路構成的にも簡易で同様の演算に同一回路を流用し易い効率的な構成で実現することができる。よって、アンテナ素子数が多く、且つ空間多重数Nが大きな場合であっても、現実的な演算量で実現することが可能である。
なお、これらの演算は周波数成分ごとに個別に行われるものとする。
On the other hand, in the recurrence formula of Expression (31), the number of multiplications is N × (N−1) times. If the number of antenna elements is M, the orthogonal transmission weights represented by equations (6) to (9) may be calculated by referring to a table for calculating the square root or the like. The number of multiplications is M × N × (N−1) times or more. Even assuming values of M = 100, N = 20, and k = 3, the computation amount is only about 1/33, and complicated procedures such as Gram Schmidt orthogonalization are not repeated in order. In addition, since only a simple matrix-vector multiplication is required, the number of multiplications is not only small, but the circuit configuration is simple and can be realized with an efficient configuration in which the same circuit can be easily used for similar operations. it can. Therefore, even when the number of antenna elements is large and the spatial multiplexing number N is large, it can be realized with a realistic amount of calculation.
These calculations are performed individually for each frequency component.

<受信側の信号処理>
アップリンクの場合も同様に、干渉抑圧の手順を以下に説明する。第1から第N端末装置に対する空間多重を想定し、アップリンクにおける着目する周波数成分の第i端末装置(i=1,2,…,N)のチャネル情報ベクトルをh(厳密には列ベクトル)に対して受信ウエイトをw(厳密には行ベクトル)とすれば、これらのベクトルを用いて構成される受信ウエイト行列Wとチャネル情報行列Hの積は、次式(34)で表される対角成分のみの行列Wと、次式(35)で表される非対角成分のみの行列Wndとの和、即ちW+Wndとして、次式(36)で表すことが出来る。
<Receiver signal processing>
Similarly, in the case of the uplink, the procedure for interference suppression will be described below. Assuming spatial multiplexing for the first to N-th terminal devices, channel information vectors of the i-th terminal devices (i = 1, 2,..., N) of the frequency component of interest in the uplink are represented as h i (strictly column vectors). ) receiving weight if w i (strictly row vector) with respect to the product of the receive weight matrix W and the channel information matrix H constructed using these vectors are represented by the following formula (34) The sum of the matrix W d having only the diagonal component and the matrix W nd having only the non-diagonal component expressed by the following formula (35), that is, W d + W nd can be expressed by the following formula (36). .

Figure 0005729833
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Figure 0005729833
Figure 0005729833

Figure 0005729833
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なお、最初に述べたように表記を簡単にするために、送信と受信(ないしはダウンリンクとアップリンク)での表記に同一の記号を用いているが、実際には異なる値のベクトル(数学的には、行ベクトルと列ベクトルという意味でも異なる)である。また、各行列の成分はウエイトベクトルとチャネル情報ベクトルが左右逆になっているが、これは受信ウエイトはチャネル行列が乗算された受信信号に対して乗算するために、この形式になっているからである。ただし、本明細書では行ベクトルと列ベクトルを区別せずに扱っているため、行列の各成分において、ウエイトベクトルとチャネル情報ベクトルが左右逆になっていることは、演算結果に対しては影響を与えない。   In order to simplify the notation as described at the beginning, the same symbol is used for the notation for transmission and reception (or downlink and uplink), but in reality, a vector of different values (Mathematical Are also different in terms of row vectors and column vectors). In addition, the weight vector and the channel information vector are reversed left and right for the components of each matrix. This is because the received weight is multiplied by the received signal multiplied by the channel matrix and is in this format. It is. However, in this specification, row vectors and column vectors are treated without distinction, so that the weight vector and channel information vector are reversed in the left and right directions in each component of the matrix. Not give.

次に、あるOFDMシンボルにおいて各アンテナ素子にて受信された信号に受信ウエイトを乗算した結果得られる第i端末装置からの受信信号をrとし、r〜rを成分とする受信信号ベクトルをRxとする。式(36)を用いれば、各端末装置からの送信信号を各成分に持つ送信信号ベクトルをTxとした場合に、受信信号に受信ウエイトを乗算後の信号は次式(37)で表される。 Next, a received signal from the i-th terminal device obtained as a result of multiplying a signal received by each antenna element in an OFDM symbol by a reception weight is denoted by r i , and a received signal vector having components r 1 to r N as components. Is Rx. Using Expression (36), when a transmission signal vector having a transmission signal from each terminal device as each component is Tx, a signal obtained by multiplying the reception signal by the reception weight is expressed by the following Expression (37). .

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、行列Wは非ゼロの対角成分のみの正方行列であるから逆行列が存在し、式(37)にWの逆行列を左から乗算すると、次式(38)が得られる。 Here, since the matrix W d is a square matrix having only non-zero diagonal components, there is an inverse matrix, and when the inverse matrix of W d is multiplied from the left in Expression (37), the following Expression (38) is obtained. .

Figure 0005729833
Figure 0005729833

なお、式(38)における行列ΔWは次式(39)で表される。式(39)における行列W −1は、受信ウエイトwとチャネル情報ベクトルhとの積wの逆数を対角成分とする行列である。 The matrix ΔW in the equation (38) is represented by the following equation (39). The matrix W d −1 in Expression (39) is a matrix having a diagonal component that is the inverse of the product w i h i of the reception weight w i and the channel information vector h i .

Figure 0005729833
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また、仮想的な第k次の第i端末装置からの受信信号補正信号をδr (k)とし、この受信信号補正信号をδr (k)を第i成分とする第k次の受信信号補正信号ベクトルをδRx(k)とおく。初期条件として、δRx(0)を次式(40)で与える。 Also, the received signal correction signal from the virtual k-th order i-th terminal device is δr i (k), and this received signal correction signal is the k-th order received signal with δr i (k) as the i-th component. Let the correction signal vector be δRx (k) . As an initial condition, δRx (0) is given by the following equation (40).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

さらに、(k−1)次とk次の受信信号補正信号ベクトルの間の漸化式を次式(41)で定義し、初期条件を用いて順次漸化式を解いた場合の一般解を次式(42)で定める。   Further, a recurrence formula between the (k−1) th order and the kth order received signal correction signal vector is defined by the following formula (41), and a general solution when sequentially solving the recurrence formula using the initial condition is It is defined by the following formula (42).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

Figure 0005729833
Figure 0005729833

さらに、式(42)に式(40)及び式(38)を代入すると、次式(43)を得る。   Further, when Expression (40) and Expression (38) are substituted into Expression (42), the following Expression (43) is obtained.

Figure 0005729833
Figure 0005729833

この式(43)を用いて、0次からk次までの受信信号補正信号を加算した補正後受信信号は次式(44)で表される。   Using this equation (43), a corrected received signal obtained by adding received signal correction signals from the 0th order to the kth order is expressed by the following equation (44).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

式(44)の右辺では、第(i+1)次のΣの中の第1項と第i次のΣの中の第2項が相殺されるため、最終的に残るのは次式(45)の右辺のみである。   On the right side of the equation (44), the first term in the (i + 1) th order Σ cancels out with the second term in the i-th order Σ, so that what remains finally is the following equation (45) Only the right side of

Figure 0005729833
Figure 0005729833

ここで、式(45)の右辺第1項は第i成分が第i端末装置からの送信信号になっているため、端末装置相互の干渉成分のない受信信号検出が実施できたことを意味し、第2項が相互干渉成分となっているので、この右辺第2項を小さくすることで干渉抑圧が図られる。   Here, the first term on the right side of the equation (45) means that the received signal detection without interference components between the terminal devices can be performed because the i-th component is the transmission signal from the i-th terminal device. Since the second term is a mutual interference component, interference suppression can be achieved by reducing the second term on the right side.

さらに同様に、式(39)の行列の各要素を見ると、分母にはチャネル情報ベクトルに対応した受信ウエイト(すなわち、ベクトルの添え字が共通)を乗算することで各アンテナ素子にて複素位相が同一となる条件で各成分が加算合成されるが、分子はベクトルの添え字が異なることからも分かるとおり、同位相合成とはならずに複素位相がランダムな状態で加算されるために、アンテナ素子数が非常に大きな状態では圧倒的に同位相合成の分母がランダム位相合成の分子よりも大きくなる。つまり、行列の各成分の絶対値が全て1よりも十分に小さな行列となっていることが非常に高い確率で期待されるために、行列ΔWを乗算する毎に受信信号補正信号ベクトルδRx(k)の絶対値は小さくなる。つまり、近似の次数kを上げることで、干渉成分を抑圧することが可能である。
なお、この近似の次数kはいかなる方法で与えても構わない。例えば、ダウンリンクに関しては式(33)の右辺の第2項、アップリンクであれば式(45)の右辺第2項が残留干渉であることから、事前のシミュレーション等で所望の特性が得られるように値を定めても良いし、一時的な値を一旦定めた後、運用においてkの値を適宜調整することとしても構わない。
Similarly, when looking at each element of the matrix of equation (39), the denominator is multiplied by the reception weight corresponding to the channel information vector (that is, the vector subscript is common), so that each antenna element has a complex phase. Since each component is added and combined under the same condition, but the numerator is different from the subscript of the vector, the complex phase is added in a random state without being in-phase combined. When the number of antenna elements is very large, the denominator of in-phase synthesis is overwhelmingly larger than the numerator of random phase synthesis. That is, since it is expected with a very high probability that the absolute values of the respective components of the matrix are all sufficiently smaller than 1, each time the matrix ΔW is multiplied, the received signal correction signal vector δRx (k ) Becomes smaller. That is, the interference component can be suppressed by increasing the approximate order k.
The approximate order k may be given by any method. For example, for the downlink, the second term on the right side of Equation (33) is the residual interference and the second term on the right side of Equation (45) is the residual interference for the uplink. The value may be determined as described above, or after the temporary value is once determined, the value of k may be appropriately adjusted in operation.

ここで、式(39)の行列ΔWの第(i,j)成分は−w/wであり、サービス運用開始前に事前に−w/wを算出しメモリ等に記憶させておけば、サービス開始後の実際の信号受信時には、事前に算出した−w/wをメモリ等より読み出して各成分に代入して行列ΔWを構成すればよい。送信側における処理と同様に、受信側においても大幅に乗算回数を少なくするだけではなく、回路構成的にも簡易で同様の演算に同一回路を流用し易い効率的な構成で実現することができるため、アンテナ素子数が多く、且つ空間多重数Nが大きな場合であっても、現実的な演算量で実現することが可能である。 Here, the matrix ΔW of formula (39) (i, j) component is a -w i h j / w i h i , the -w i h j / w i h i in advance before the start of service operation If it is calculated and stored in a memory or the like, at the time of actual signal reception after the service is started, the previously calculated -w i h j / w i h i is read from the memory or the like and substituted for each component to obtain the matrix ΔW. What is necessary is just to comprise. Similar to the processing on the transmission side, not only can the number of multiplications be significantly reduced on the reception side, but also the circuit configuration is simple and can be realized with an efficient configuration that makes it easy to divert the same circuit to the same operation. Therefore, even when the number of antenna elements is large and the spatial multiplexing number N is large, it can be realized with a realistic calculation amount.

なお、以上の処理に用いる送受信ウエイトは、式(22)、式(23)などを用いて得られる一般的なウエイトに対して適用可能であり、これらの送受信ウエイトの不完全さを補正することにより、不完全さに起因した残留干渉を抑圧することが出来る。
なお、受信ウエイトに関しては、式(22)、式(23)などを用いる代わりに、次式(46)で与えられる受信ウエイトwを用いても良い。
Note that the transmission / reception weights used in the above processing can be applied to general weights obtained using equation (22), equation (23), etc., and correcting imperfections in these transmission / reception weights. Thus, residual interference due to imperfection can be suppressed.
With regard to the reception weight, formula (22), instead of using such equation (23) may be used to receive weights w i, given by the following equation (46).

Figure 0005729833
Figure 0005729833

なお、ここでは式(22)、式(23)とは異なり説明を簡単にするために周波数成分(サブキャリア)を表す添え字を省略して表記しているが、当然ながら周波数成分ごとに値の異なるウエイトとなる。この受信ウエイトを用いると次式(47)の関係式を得る。   In addition, here, in order to simplify the explanation, unlike the expressions (22) and (23), the subscripts representing the frequency components (subcarriers) are omitted. Of different weights. When this reception weight is used, the following relational expression (47) is obtained.

Figure 0005729833
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つまり、行列W −1は単位行列になるため、上述の漸化式の初期値である初期ベクトルはδRx(0)は受信ウエイトを乗算して加算合成を行った後の受信信号Rxと一致するため、演算処理を若干簡略化することが可能である。
なお、これらの演算は各周波数成分ごとに個別に行われるものとする。
That is, since the matrix W d −1 is a unit matrix, the initial vector, which is the initial value of the above recurrence formula, is equal to the reception signal Rx after δRx (0) is multiplied by the reception weight and subjected to addition synthesis. Therefore, the arithmetic processing can be slightly simplified.
These calculations are performed individually for each frequency component.

(回路構成に係る実施形態について)
<全体構成について>
上述の信号処理を実現するための装置構成に関する実施形態を以下に示す。
図1は、本発明実施形態における基地局装置200の構成を示す概略ブロック図である。図18と同一の機能には同一の符号を用いている。同図に示すように、基地局装置200は、通信制御回路110、記憶回路115、インタフェース回路170、MAC層処理回路180、受信部210、送受信ウエイト算出部290、送信部240、受信信号補正部230、送信信号補正部250を備えている。MAC層処理回路180はスケジューリング処理回路181を有している。
(About embodiment which concerns on circuit structure)
<About the overall configuration>
An embodiment relating to a device configuration for realizing the signal processing described above will be described below.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a base station apparatus 200 in the embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same functions as in FIG. As shown in the figure, the base station apparatus 200 includes a communication control circuit 110, a storage circuit 115, an interface circuit 170, a MAC layer processing circuit 180, a reception unit 210, a transmission / reception weight calculation unit 290, a transmission unit 240, and a reception signal correction unit. 230 and a transmission signal correction unit 250. The MAC layer processing circuit 180 has a scheduling processing circuit 181.

本実施形態における基地局装置200と図18に示した基地局装置10との差分は、受信信号補正部230および送信信号補正部250が追加され、これに合わせて受信部210、送信部240、送受信ウエイト算出部290に変更が加えられている点である。
受信信号補正部230は送受信ウエイト算出部290と接続され、式(39)で与えられる受信信号補正行列ΔWが送受信ウエイト算出部290から入力される。送信信号補正部250も送受信ウエイト算出部290と接続され、式(32)で与えられる送信信号補正行列ΔWが送受信ウエイト算出部290から入力される。
またさらに、受信信号補正部230は、受信部210と接続され、受信ウエイトを乗算後の受信信号ベクトルRxが受信部210から入力され、受信信号を補正して受信部210に出力する。送信信号補正部250は、送信部240と接続され、送信信号ベクトルTxが送信部240から入力され、送信信号を補正して送信部240に出力する。
The difference between the base station apparatus 200 in this embodiment and the base station apparatus 10 shown in FIG. 18 is that a reception signal correction unit 230 and a transmission signal correction unit 250 are added, and a reception unit 210, a transmission unit 240, The transmission / reception weight calculation unit 290 is changed.
The reception signal correction unit 230 is connected to the transmission / reception weight calculation unit 290, and the reception signal correction matrix ΔW given by the equation (39) is input from the transmission / reception weight calculation unit 290. The transmission signal correction unit 250 is also connected to the transmission / reception weight calculation unit 290, and the transmission signal correction matrix ΔW given by Expression (32) is input from the transmission / reception weight calculation unit 290.
Furthermore, the reception signal correction unit 230 is connected to the reception unit 210, receives the reception signal vector Rx multiplied by the reception weight from the reception unit 210, corrects the reception signal, and outputs it to the reception unit 210. The transmission signal correction unit 250 is connected to the transmission unit 240, receives the transmission signal vector Tx from the transmission unit 240, corrects the transmission signal, and outputs the corrected transmission signal to the transmission unit 240.

<受信側の構成>
図34は、本発明関連技術の第2の構成例における受信信号処理回路109−1〜109−Lの構成を示す図である。図19に示した受信部100の構成においてはL面の受信信号処理回路109−1〜109−Lを備えていたが、図34はこの各受信信号処理回路109−1〜109−Lの構成を示している。
<Receiver configuration>
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L in the second configuration example of the technology related to the present invention. In the configuration of the receiving unit 100 shown in FIG. 19, the L-side received signal processing circuits 109-1 to 109-L are provided, but FIG. Is shown.

同図において、120bは送受信ウエイト算出部、109−iは第i端末装置に対応する受信信号処理回路、201−i−1〜201−i−Kは乗算回路、202−iは受信ウエイトベクトル一時記憶部、203−iは加算合成回路、204−iは復調処理回路を表す。受信信号処理回路109−i(i=1,2,…,L)は、K個の乗算回路201−i−1〜201−i−Kと、受信ウエイトベクトル一時記憶部202−iと、加算合成回路203−iと、復調処理回路204−iとを有している。   In the figure, 120b is a transmission / reception weight calculation unit, 109-i is a reception signal processing circuit corresponding to the i-th terminal device, 201-i-1 to 201-i-K are multiplication circuits, and 202-i is a reception weight vector temporary. A storage unit, 203-i represents an addition / synthesis circuit, and 204-i represents a demodulation processing circuit. The reception signal processing circuit 109-i (i = 1, 2,..., L) includes K multiplication circuits 201-i-1 to 201-i-K, a reception weight vector temporary storage unit 202-i, and addition. A synthesis circuit 203-i and a demodulation processing circuit 204-i are included.

基地局装置10において、各アンテナ素子101−1〜101−Kにて受信された信号は、受信部100のFFT回路108−1〜108−Kを介して受信信号処理回路109−iに入力される。
受信信号処理回路109−iにおいて、受信ウエイトベクトル一時記憶部202−iが、送受信ウエイト算出部120bより第i端末装置に対応する受信ウエイトベクトルを読み込み、これを記憶する。OFDMシンボル毎にFFT回路108−1〜108−Kから入力される信号と、受信ウエイトベクトル一時記憶部202−iに記憶された受信ウエイトとを乗算回路201−i−1〜201−i−Kが乗算し、乗算結果を加算合成回路203−iに出力する。乗算回路201−i−1〜201−i−Kから入力される信号を加算合成回路203−iが加算合成し、受信ウエイト乗算後の受信信号である加算合成信号を得る。復調処理回路204−iは、加算合成回路203−iが得た加算合成信号に対する信号検出処理により各端末装置から送信された信号の信号検出処理を行う。復調処理回路204−iは、端末装置から送信された信号を検出すると、検出した信号をデータ出力#iとして出力する。
In the base station apparatus 10, signals received by the antenna elements 101-1 to 101-K are input to the reception signal processing circuit 109-i via the FFT circuits 108-1 to 108-K of the reception unit 100. The
In the reception signal processing circuit 109-i, the reception weight vector temporary storage unit 202-i reads the reception weight vector corresponding to the i-th terminal device from the transmission / reception weight calculation unit 120b and stores it. Multiplying circuits 201-i-1 to 201 -i-K are the signals input from the FFT circuits 108-1 to 108 -K for each OFDM symbol and the reception weights stored in the reception weight vector temporary storage unit 202-i. And outputs the multiplication result to the adder / synthesizer circuit 203-i. The adder / synthesizer circuit 203-i adds and synthesizes the signals input from the multiplier circuits 201-i-1 to 201-i-K to obtain an added synthesized signal which is a reception signal after reception weight multiplication. The demodulation processing circuit 204-i performs signal detection processing on the signal transmitted from each terminal device through signal detection processing on the addition combined signal obtained by the addition combining circuit 203-i. When the demodulation processing circuit 204-i detects a signal transmitted from the terminal device, the demodulation processing circuit 204-i outputs the detected signal as data output #i.

以上が基本的な動作であるが、OFDM(A)ないしはSC−FDEを用いたシステムでは、同様の処理を各周波数成分において実施する必要がある。このため、以上の処理を複数の周波数成分において実施するために、例えば関連技術におけるL面の受信信号処理回路109−1〜109−L内にはそれぞれ更にサブキャリア数に相当する面数の回路を備えているとしても良いし、複数サブキャリアの処理を時間的に順番に並べて同一回路を使いまわして全体の周波数成分の処理を実施することとしても良いし、その中間的な複数面構成で且つ時間的にも順番に並べて同一回路を使いまわして処理する構成としても構わない。したがって、以下の説明では簡単のためにある周波数成分に着目した回路構成および処理について説明を行うが、全周波数成分においても同様の処理を実施可能な構成となっているものとして理解されるべきである。   The above is the basic operation, but in a system using OFDM (A) or SC-FDE, it is necessary to perform the same processing for each frequency component. For this reason, in order to carry out the above processing for a plurality of frequency components, for example, in the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L on the L surface in the related art, circuits each having a number of surfaces corresponding to the number of subcarriers. It is also possible to perform processing of the entire frequency component by arranging the processing of a plurality of subcarriers in order in time and reusing the same circuit. In addition, a configuration may be adopted in which processing is performed by arranging the same circuits in order in time. Therefore, in the following description, a circuit configuration and processing focusing on a certain frequency component will be described for simplicity, but it should be understood that the same processing can be performed on all frequency components. is there.

なお補足であるが、図19は本来は本発明関連技術における第1の構成例の基地局装置10の受信部100の構成を示す概略ブロック図であったが、第1の構成例と第2の構成例では送受信ウエイト算出部120aが送受信ウエイト算出部120bに置き換わるだけであり、この図を参照して説明を行った。   As a supplement, FIG. 19 was originally a schematic block diagram showing the configuration of the receiving unit 100 of the base station apparatus 10 of the first configuration example in the technology related to the present invention. In this configuration example, the transmission / reception weight calculation unit 120a is simply replaced with the transmission / reception weight calculation unit 120b, and the description has been given with reference to this figure.

以上がこれまでの関連技術における処理であったが、本発明の実施形態ではこれを以下の様に変更する。
図35は、本発明実施形態における受信信号処理回路209−1〜209−Lおよび受信信号補正部230の構成を示す概略ブロック図である。図34と同一の構成には同一の符号を付与している。受信信号処理回路209−1〜209−Lは、受信部210に備えられ、本発明関連技術における受信部100の受信信号処理回路109−1〜109−Lに対応する。
The above is the processing in the related art so far, but in the embodiment of the present invention, this is changed as follows.
FIG. 35 is a schematic block diagram showing the configuration of the reception signal processing circuits 209-1 to 209-L and the reception signal correction unit 230 in the embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 34 are given the same reference numerals. The reception signal processing circuits 209-1 to 209-L are provided in the reception unit 210, and correspond to the reception signal processing circuits 109-1 to 109-L of the reception unit 100 in the technology related to the present invention.

同図において、201−i−1〜201−i−Kは乗算回路、202−iは受信ウエイトベクトル一時記憶部、203−iは加算合成回路、204−iは復調処理回路、209−iは第i端末装置に対応する受信信号処理回路、230は受信信号補正部、231は受信信号補正管理回路、232は受信信号ベクトル一時記憶部、233は行列・ベクトル乗算回路、234は受信信号補正行列一時記憶回路、290は送受信ウエイト算出部を表す。
同図に示すように、受信信号処理回路209−i(i=1,2,…,L)は、K個の乗算回路201−i−1〜201−i−Kと、受信ウエイトベクトル一時記憶部202−iと、加算合成回路203−iと、復調処理回路204−iとを有している。受信信号補正部230は、受信信号補正管理回路231と、受信信号ベクトル一時記憶部232と、行列・ベクトル乗算回路233と、受信信号補正行列一時記憶回路234とを有している。
In the figure, 201-i-1 to 201-i-K are multiplication circuits, 202-i is a reception weight vector temporary storage unit, 203-i is an addition synthesis circuit, 204-i is a demodulation processing circuit, and 209-i is Received signal processing circuit corresponding to the i-th terminal device, 230 is a received signal correction unit, 231 is a received signal correction management circuit, 232 is a received signal vector temporary storage unit, 233 is a matrix / vector multiplier circuit, 234 is a received signal correction matrix A temporary storage circuit 290 represents a transmission / reception weight calculation unit.
As shown in the figure, the reception signal processing circuit 209-i (i = 1, 2,..., L) includes K multiplication circuits 201-i-1 to 201-i-K and a reception weight vector temporary storage. A unit 202-i, an addition / synthesis circuit 203-i, and a demodulation processing circuit 204-i. The reception signal correction unit 230 includes a reception signal correction management circuit 231, a reception signal vector temporary storage unit 232, a matrix / vector multiplication circuit 233, and a reception signal correction matrix temporary storage circuit 234.

また、図19のL面の受信信号処理回路109−1〜109−Lが同じくL面の受信信号処理回路209−1〜209−Lに置き換えられ、図35ではこのL面の中の第i面(第i端末装置に対応)の受信信号処理回路209−iに着目して図示しているが、同様の受信信号処理回路209−1〜209−Lが存在していることになる。   Also, the received signal processing circuits 109-1 to 109-L on the L plane in FIG. 19 are similarly replaced with the received signal processing circuits 209-1 to 209-L on the L plane. In FIG. The reception signal processing circuit 209-i on the surface (corresponding to the i-th terminal device) is shown in the drawing, but similar reception signal processing circuits 209-1 to 209-L exist.

本実施形態の特徴としては、図34の関連技術においては、加算合成回路203−iからの出力である加算合成信号を直接、復調処理回路204−iに入力していたが、本実施形態ではこの加算合成回路203−iからの出力である、受信ウエイト乗算後に加算合成した信号(加算合成信号)を受信信号補正部230に入力する。受信信号補正部230には、全ての端末装置に対応する受信信号処理回路209−1〜209−Lからこの信号が入力され、これを受信信号補正管理回路231にて管理する。受信信号補正管理回路231は、一連の漸化式演算を管理し、さらに補正前の受信信号が入力され、補正後の受信信号を補正後受信信号として受信信号処理回路209−1〜209−L内の復調処理回路204−iに出力する。なお、受信信号補正部230による補正は各周波数成分で行われる。加算合成回路203−iから受信信号補正管理回路231への入力信号、及び受信信号補正管理回路231から受信信号処理回路209−1〜209−Lに出力される信号は、対応する端末装置に対する周波数成分ごとの信号であり、同様の処理を全ての周波数成分に対して実施する。   As a feature of the present embodiment, in the related technology of FIG. 34, the addition combined signal output from the addition combining circuit 203-i is directly input to the demodulation processing circuit 204-i. A signal (added synthesized signal) added and synthesized after reception weight multiplication, which is an output from the addition synthesis circuit 203-i, is input to the received signal correction unit 230. The reception signal correction unit 230 receives this signal from the reception signal processing circuits 209-1 to 209-L corresponding to all the terminal devices, and the reception signal correction management circuit 231 manages this signal. The reception signal correction management circuit 231 manages a series of recurrence calculations, and further receives a reception signal before correction. The reception signal processing circuits 209-1 to 209 -L receive the corrected reception signal as a corrected reception signal. To the demodulation processing circuit 204-i. The correction by the reception signal correction unit 230 is performed for each frequency component. An input signal to the received signal correction management circuit 231 from the adder / synthesizer circuit 203-i and a signal output from the received signal correction management circuit 231 to the received signal processing circuits 209-1 to 209-L are frequencies for the corresponding terminal device. This is a signal for each component, and the same processing is performed for all frequency components.

漸化式に関する処理は、受信信号補正管理回路231→受信信号ベクトル一時記憶部232→行列・ベクトル乗算回路233→受信信号補正管理回路231→受信信号ベクトル一時記憶部232→行列・ベクトル乗算回路233→・・・と順番に信号を転送しながら処理を実行する。   The process related to the recurrence formula is as follows: received signal correction management circuit 231 → received signal vector temporary storage unit 232 → matrix / vector multiplication circuit 233 → received signal correction management circuit 231 → received signal vector temporary storage unit 232 → matrix / vector multiplication circuit 233 → Execute the process while transferring the signals in order.

まず最初に、受信信号補正管理回路231に受信信号処理回路209−1〜209−Lから対応する端末装置からの受信信号rが入力される。受信信号補正管理回路231は、入力された受信信号rを全て合わせた受信信号ベクトルRx={r,r,…,r}を受信信号ベクトル一時記憶部232に記憶させる。一方、送受信ウエイト算出部290から受信信号補正行列一時記憶回路234には、まずは行列W −1が入力される。厳密には、これは対角行列なので対角成分に相当する1/w〜1/wの値が入力されればそれでも良い。 First, the received signal r i from the corresponding terminal apparatus from the received signal processing circuit 209-1~209-L to the received signal correction management circuit 231 is input. The reception signal correction management circuit 231 causes the reception signal vector temporary storage unit 232 to store a reception signal vector Rx = {r 1 , r 2 ,..., R N } that is a combination of all the input reception signals r i . On the other hand, first, the matrix W d −1 is input from the transmission / reception weight calculation unit 290 to the reception signal correction matrix temporary storage circuit 234. Strictly speaking, since this is a diagonal matrix, it suffices if a value of 1 / w 1 h 1 to 1 / w N h N corresponding to the diagonal component is input.

この行列を用いて、まずは受信信号補正信号ベクトルの初期値δRx(0)を求める。δRx(0)は式(40)で与えられるが、これは(r/w,r/w,・・・,r/w)として求めることが可能であり、行列演算の代わりに単にそのまま(r/w,r/w,・・・,r/w)の演算を実行して求めても良い。この様にして求めた初期値δRx(0)を、行列・ベクトル乗算回路233から受信信号補正管理回路231に戻す。
なお、式(46)で表される受信ウエイトを用いる場合、受信ウエイトとチャネル情報の積wは式(47)に示すように1であるため、行列W −1は単位行列となり、その場合にはδRx(0)はRxと一致する。この場合、処理においては行列W −1の情報は不要であり、送受信ウエイト算出部290から受信信号補正行列一時記憶回路234への行列W −1の情報入力は省略可能である。
First, an initial value δRx (0) of the received signal correction signal vector is obtained using this matrix. δRx (0) is given by equation (40), which can be obtained as (r 1 / w 1 h 1 , r 2 / w 2 h 2 ,..., r N / w N h N ). Instead of the matrix operation, it may be obtained by simply executing the operation (r 1 / w 1 h 1 , r 2 / w 2 h 2 ,..., R N / w N h N ) as it is. The initial value δRx (0) obtained in this way is returned from the matrix / vector multiplication circuit 233 to the reception signal correction management circuit 231.
In the case of using the reception weight of the formula (46), the product w i h i of the reception weight and channel information for a 1 as shown in equation (47), the matrix W d -1 becomes an identity matrix In this case, δRx (0) matches Rx. In this case, the information of the matrix W d −1 is not necessary in the process, and the information input of the matrix W d −1 from the transmission / reception weight calculation unit 290 to the reception signal correction matrix temporary storage circuit 234 can be omitted.

受信信号補正管理回路231は、算出した初期値δRx(0)を更に受信信号ベクトル一時記憶部232に記憶させる。次に、式(41)で表される漸化式を順次解くために、式(39)で表される行列ΔWを送受信ウエイト算出部290から読み出し、これを受信信号補正行列一時記憶回路234が記憶する。行列・ベクトル乗算回路233は、受信信号補正行列一時記憶回路234に記憶された行列と、受信信号ベクトル一時記憶部232に記憶されたベクトルとの乗算を行い、これにより漸化式の次数をj次から(j+1)次に上げる。 The reception signal correction management circuit 231 further stores the calculated initial value δRx (0) in the reception signal vector temporary storage unit 232. Next, in order to sequentially solve the recurrence formula represented by Expression (41), the matrix ΔW represented by Expression (39) is read from the transmission / reception weight calculation unit 290, and this is received by the received signal correction matrix temporary storage circuit 234. Remember. The matrix / vector multiplication circuit 233 performs multiplication of the matrix stored in the received signal correction matrix temporary storage circuit 234 and the vector stored in the received signal vector temporary storage unit 232, thereby obtaining the order of the recurrence formula j Next (j + 1) next.

さらに、行列・ベクトル乗算回路233は、この結果を同様に受信信号補正管理回路231に戻す。受信信号補正管理回路231では、これらのループ処理の回数から目標とする次数kまでの近似処理が実施できたか否かを管理し、目標の次数に達した時点でδRx(0)からδRx(k)までを加算して、受信信号処理回路209−1〜209−Lの個々に対してそれぞれの成分を補正後受信信号として出力する。 Further, the matrix / vector multiplication circuit 233 similarly returns the result to the reception signal correction management circuit 231. The received signal correction management circuit 231 manages whether or not the approximate processing from the number of loop processes to the target order k has been performed, and when the target order is reached, δRx (0) to δRx (k ) Are added, and the respective components are output as corrected reception signals for each of the reception signal processing circuits 209-1 to 209-L.

復調処理回路204−iには0からkまでのjに対して総和をとった補正後受信信号ベクトルΣδRx(j)の第i成分が受信信号補正部230より入力される。復調処理回路204−iは、これを用いて信号検出処理を行う。なお、この信号は式(45)に示されているように、既に送信信号Txの推定が可能な状態となっており、逆マッピングによる硬判定ないしは軟判定処理や誤り訂正などの処理が行われることになる。 The demodulating circuit 204-i receives the i-th component of the corrected received signal vector ΣδRx (j) , which is the sum of j from 0 to k, from the received signal correction unit 230. The demodulation processing circuit 204-i performs signal detection processing using this. Note that this signal is already in a state in which the transmission signal Tx can be estimated, as shown in Expression (45), and processing such as hard decision or soft decision processing by reverse mapping or error correction is performed. It will be.

なお、行列・ベクトル乗算回路233での行列演算は必ずしも一括で行う必要なく、行列の成分とベクトルの成分を順次乗算して、最後に加算する処理を行っても構わない。このため、適宜、ベクトルの成分を読み出せるように受信信号ベクトル一時記憶部232を設けているが、一括で行列演算を行う場合には必ずしも受信信号ベクトル一時記憶部232を設ける必要はなく、受信信号補正管理回路231から直接、行列・ベクトル乗算回路233に入力する構成であっても構わない。   The matrix operation in the matrix / vector multiplication circuit 233 is not necessarily performed all at once, and a process of sequentially multiplying the matrix component and the vector component and adding them may be performed. For this reason, the reception signal vector temporary storage unit 232 is provided so that the vector components can be read as appropriate. However, the reception signal vector temporary storage unit 232 is not necessarily provided when performing matrix operation in a lump. The signal correction management circuit 231 may directly input the matrix / vector multiplication circuit 233.

さらには、最初にも触れたが、OFDM(A)やSC−FDEなどを採用するシステムでは、それぞれのベクトルや行列は周波数成分毎に値が異なり、これらの処理を全ての周波数成分にて個別に行う必要がある。それらは個別の回路で並列的に処理しても、同一の回路を使いまわして直列的に実施しても、どちらでも構わない。   Furthermore, as mentioned earlier, in a system that employs OFDM (A), SC-FDE, etc., each vector or matrix has a different value for each frequency component, and these processes are individually performed for all frequency components. Need to be done. They may be processed in parallel by individual circuits, or may be implemented serially using the same circuit.

<送信側の構成>
図36は、本発明関連技術の第2の構成例における送信信号処理回路141−1〜141−Lの内部構成を示す図である。図21に示した送信部140の構成においては、L面の送信信号処理回路141−1〜141−Lを備えていたが、図36はこの各送信信号処理回路141−1〜141−Lの構成を示している。
<Configuration on the sending side>
FIG. 36 is a diagram showing an internal configuration of the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in the second configuration example of the technology related to the present invention. The configuration of the transmission unit 140 illustrated in FIG. 21 includes the L-plane transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L, but FIG. 36 illustrates the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L. The configuration is shown.

同図において、120bは送受信ウエイト算出部、141−iは第i端末装置に対応する送信信号処理回路、205−iは変調処理回路、206−iは信号複製回路、207−iは送信ウエイトベクトル一時記憶部、208−i−1〜208−i−Kは乗算回路を表す。送信信号処理回路141−i(i=1,2,…,L)は、変調処理回路205−iと、信号複製回路206−iと、送信ウエイトベクトル一時記憶部207−iと、K個の乗算回路208−i−1〜208−i−Kとを有している。   In the figure, 120b is a transmission / reception weight calculation unit, 141-i is a transmission signal processing circuit corresponding to the i-th terminal device, 205-i is a modulation processing circuit, 206-i is a signal duplication circuit, and 207-i is a transmission weight vector. Temporary storage units 208-i-1 to 208-i-K represent multiplication circuits. The transmission signal processing circuit 141-i (i = 1, 2,..., L) includes a modulation processing circuit 205-i, a signal duplicating circuit 206-i, a transmission weight vector temporary storage unit 207-i, and K pieces of signals. Multiplier circuits 208-i-1 to 208-i-K.

基地局装置10において、送信信号処理回路141−iに入力された周波数成分ごとの送信データは、変調処理回路205−iにて一連の変調処理がなされ、これを信号複製回路206−iにて各アンテナ素子101−1〜101−K向けにコピーする。
送信信号処理回路141−iにおいて、送信ウエイトベクトル一時記憶部207−iが、送受信ウエイト算出部120bより第i端末装置に対応する送信ウエイトベクトルを読み込み、これを記憶する。OFDMシンボル毎に送信ウエイトベクトルの各成分と、信号複製回路206−iから入力された信号とを乗算回路208−i−1〜208−i−Kが乗算する。乗算回路208−i−1〜208−i−Kは、乗算結果を送信部140内の加算合成回路142−1〜142−Kに出力する。
In the base station apparatus 10, transmission data for each frequency component input to the transmission signal processing circuit 141-i is subjected to a series of modulation processing by the modulation processing circuit 205-i, and this is processed by the signal duplicating circuit 206-i. Copy for each antenna element 101-1 to 101 -K.
In the transmission signal processing circuit 141-i, the transmission weight vector temporary storage unit 207-i reads the transmission weight vector corresponding to the i-th terminal device from the transmission / reception weight calculation unit 120b and stores it. Multiplication circuits 208-i-1 to 208-i-K multiply each component of the transmission weight vector and the signal input from the signal duplication circuit 206-i for each OFDM symbol. Multiplication circuits 208-i-1 to 208 -i-K output the multiplication results to addition synthesis circuits 142-1 to 142 -K in transmission section 140.

以上が基本的な動作であるが、OFDM(A)ないしはSC−FDEを用いたシステムでは、同様の処理を各周波数成分において実施する必要がある。このため、以上の処理を複数の周波数成分において実施するために、例えば関連技術におけるL面の送信信号処理回路141−1〜141−L内にはそれぞれ更にサブキャリア数に相当する面数の回路を備えているとしても良いし、複数サブキャリアの処理を時間的に順番に並べて同一回路を使いまわして全体の周波数成分の処理を実施することとしても良いし、その中間的な複数面構成で且つ時間的にも順番に並べて同一回路を使いまわして処理する構成としても構わない。したがって、以下の説明では簡単のためにある周波数成分に着目した回路構成および処理について説明を行うが、全周波数成分においても同様の処理を実施可能な構成となっているものとして理解されるべきである。   The above is the basic operation, but in a system using OFDM (A) or SC-FDE, it is necessary to perform the same processing for each frequency component. For this reason, in order to perform the above processing for a plurality of frequency components, for example, in the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L on the L plane in the related art, circuits each having a number corresponding to the number of subcarriers. It is also possible to perform processing of the entire frequency component by arranging the processing of a plurality of subcarriers in order in time and reusing the same circuit. In addition, a configuration may be adopted in which processing is performed by arranging the same circuits in order in time. Therefore, in the following description, a circuit configuration and processing focusing on a certain frequency component will be described for simplicity, but it should be understood that the same processing can be performed on all frequency components. is there.

なお補足であるが、図21は本来は本発明関連技術における第1の構成例の基地局装置200のの送信部140の構成を示す概略ブロック図であったが、第1の構成例と第2の構成例では送受信ウエイト算出部120aが送受信ウエイト算出部120bに置き換わるだけであり、この図を参照して説明を行った。   As a supplement, FIG. 21 was originally a schematic block diagram showing the configuration of the transmission unit 140 of the base station apparatus 200 of the first configuration example according to the technology related to the present invention. In the configuration example of 2, the transmission / reception weight calculation unit 120a is simply replaced with the transmission / reception weight calculation unit 120b, and the description has been given with reference to this figure.

以上がこれまでの関連技術における処理であったが、本発明の実施形態ではこれを以下の様に変更する。図37は、本発明実施形態における送信信号処理回路241−1〜241−Lおよび送信信号補正部250の構成を示す概略ブロック図である。図36と同一の構成には同一の符号を付与している。送信信号処理回路241−1〜241−Lは、送信部240に備えられ、本発明関連技術における送信部140の送信信号処理回路141−1〜141−Lに対応する。   The above is the processing in the related art so far, but in the embodiment of the present invention, this is changed as follows. FIG. 37 is a schematic block diagram showing configurations of the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L and the transmission signal correction unit 250 in the embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG. The transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L are provided in the transmission unit 240, and correspond to the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L of the transmission unit 140 in the technology related to the present invention.

同図において、120bは送受信ウエイト算出部、241−iは第i端末装置に対応する送信信号処理回路、205−iは変調処理回路、206−iは信号複製回路、207−iは送信ウエイトベクトル一時記憶部、208−i−1〜208−i−Kは乗算回路、250は送信信号補正部、251は送信信号補正管理部、252は送信信号ベクトル一時記憶部、253は行列・ベクトル乗算回路、254は送信信号補正行列一時記憶回路、290は送受信ウエイト算出部を表す。   In the figure, 120b is a transmission / reception weight calculation unit, 241-i is a transmission signal processing circuit corresponding to the i-th terminal device, 205-i is a modulation processing circuit, 206-i is a signal duplication circuit, and 207-i is a transmission weight vector. Temporary storage units, 208-i-1 to 208-i-K are multiplication circuits, 250 is a transmission signal correction unit, 251 is a transmission signal correction management unit, 252 is a transmission signal vector temporary storage unit, and 253 is a matrix / vector multiplication circuit. Reference numeral 254 denotes a transmission signal correction matrix temporary storage circuit, and 290 denotes a transmission / reception weight calculation unit.

同図に示すように、送信信号処理回路241−i(i=1,2,…,L)は、変調処理回路205−iと、信号複製回路206−iと、送信ウエイトベクトル一時記憶部207−iと、K個の乗算回路208−i−1〜208−i−Kとを有している。送信信号補正部250は、送信信号補正管理回路251と、送信信号ベクトル一時記憶部252と、行列・ベクトル乗算回路253と、送信信号補正行列一時記憶回路254とを有している。   As shown in the figure, the transmission signal processing circuit 241-i (i = 1, 2,..., L) includes a modulation processing circuit 205-i, a signal duplicating circuit 206-i, and a transmission weight vector temporary storage unit 207. -I and K multiplication circuits 208-i-1 to 208-i-K. The transmission signal correction unit 250 includes a transmission signal correction management circuit 251, a transmission signal vector temporary storage unit 252, a matrix / vector multiplication circuit 253, and a transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254.

また、図21のL面の送信信号処理回路141−1〜141−Lが同じくL面の送信信号処理回路241−1〜241−Lに置き換えられ、図37ではこのL面の中の第i面(第i端末装置に対応)の送信信号処理回路241−iに着目して図示しているが、同様の送信信号処理回路241−1〜241−Lが存在していることになる。   Also, the L-plane transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L in FIG. 21 are similarly replaced with L-plane transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L. In FIG. Although attention is paid to the transmission signal processing circuit 241-i of the plane (corresponding to the i-th terminal device), similar transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L exist.

本実施形態の特徴としては、図36の関連技術においては、変調処理回路205−iからの出力を直接、信号複製回路206−iに入力していたが、本実施形態ではこの変調処理回路205−iからの出力を、送信信号補正部250に入力する。送信信号補正部250には、全ての端末装置に対応する送信信号処理回路241−1〜241−Lからこの信号が入力され、これを送信信号補正管理回路251にて管理する。送信信号補正管理回路251は、一連の漸化式演算を管理し、さらに補正前の送信信号が入力され、補正後の送信信号を補正後送信信号として送信信号処理回路241−1〜241−L内の信号複製回路206−iに出力する。なお、送信信号補正部250による補正は各周波数成分で行われる。変調処理回路205−iから送信信号補正管理回路251への入力信号、及び送信信号補正管理回路251から送信信号処理回路241−1〜241−Lに出力される信号は、対応する端末装置に対する周波数成分ごとの信号であり、同様の処理を全ての周波数成分に対して実施する。   As a feature of the present embodiment, in the related technique of FIG. 36, the output from the modulation processing circuit 205-i is directly input to the signal duplicating circuit 206-i, but in this embodiment, the modulation processing circuit 205-i. The output from −i is input to the transmission signal correction unit 250. This signal is input to the transmission signal correction unit 250 from the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L corresponding to all the terminal devices, and this is managed by the transmission signal correction management circuit 251. The transmission signal correction management circuit 251 manages a series of recursive equations, further receives a transmission signal before correction, and sets the transmission signal after correction as a transmission signal after correction as transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L. To the signal duplicating circuit 206-i. Note that correction by the transmission signal correction unit 250 is performed for each frequency component. An input signal from the modulation processing circuit 205-i to the transmission signal correction management circuit 251 and a signal output from the transmission signal correction management circuit 251 to the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L are frequencies for the corresponding terminal device. This is a signal for each component, and the same processing is performed for all frequency components.

漸化式に関する処理は、送信信号補正管理回路251→送信信号ベクトル一時記憶部252→行列・ベクトル乗算回路253→送信信号補正管理回路251→送信信号ベクトル一時記憶部252→行列・ベクトル乗算回路253→・・・と順番に信号を転送しながら処理を実行する。   The process related to the recurrence formula is as follows: transmission signal correction management circuit 251 → transmission signal vector temporary storage unit 252 → matrix / vector multiplication circuit 253 → transmission signal correction management circuit 251 → transmission signal vector temporary storage unit 252 → matrix / vector multiplication circuit 253 → Execute the process while transferring the signals in order.

まず最初に、送信信号補正管理回路251に送信信号処理回路241−1〜241−Lから対応する端末装置宛の送信信号tが入力される。送信信号補正管理回路251は、入力された送信信号tを全て合わせた送信信号ベクトルTx={t,t,…,t}を送信信号補正信号ベクトルの初期値δTx(0)と設定し、これを送信信号ベクトル一時記憶部252に記憶させる。次に、式(31)で表される漸化式を順次解くために、式(32)で表される行列ΔWを送受信ウエイト算出部290から読み出し、これを送信信号補正行列一時記憶回路254に記憶する。行列・ベクトル乗算回路253では、送信信号補正行列一時記憶回路254に記憶された行列ΔWと、送信信号ベクトル一時記憶部252に記憶された送信信号補正信号ベクトルとの乗算を行い、これにより漸化式の次数をj次から(j+1)次に上げる。 First, transmission signals t i destined corresponding terminal device is input from the transmission signal processing circuit 241-1~241-L to the transmission signal correction management circuit 251. Transmission signal correction management circuit 251, the transmitted signal vector Tx = {t 1, t 2 , ..., t N} the combined all transmission signals t i inputted initial value δTx transmission signal correction signal vector and (0) This is set and stored in the transmission signal vector temporary storage unit 252. Next, in order to sequentially solve the recurrence formulas represented by Expression (31), the matrix ΔW represented by Expression (32) is read from the transmission / reception weight calculation unit 290 and stored in the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254. Remember. In the matrix / vector multiplication circuit 253, the matrix ΔW stored in the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254 is multiplied by the transmission signal correction signal vector stored in the transmission signal vector temporary storage unit 252, thereby refining. The order of the expression is raised from the jth order to (j + 1) th order.

さらに、行列・ベクトル乗算回路253は、この結果を同様に送信信号補正管理回路251に戻す。送信信号補正管理回路251では、これらのループ処理の回数から目標とする次数kまでの近似処理が実施できたか否かを管理し、目標の次数に達した時点でδTx(0)からδTx(k)までを加算して、送信信号処理回路241−1〜241−Lに対してそれぞれの成分を補正後送信信号として出力する。 Further, the matrix / vector multiplication circuit 253 similarly returns the result to the transmission signal correction management circuit 251. The transmission signal correction management circuit 251 manages whether or not the approximation process from the number of loop processes to the target order k has been performed, and when the target order is reached, δTx (0) to δTx (k ) Are added, and the respective components are output as corrected transmission signals to the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L.

信号複製回路206−iには、0からkまでのjに対して総和をとった補正後送信信号ベクトルΣδTx(j)の第i成分が送信信号補正部250より入力される。信号複製回路206−iは、この補正された送信信号の複製を乗算回路208−i−1〜208−i−Kに出力する。乗算回路208−i−1〜208−i−Kは、送信ウエイトベクトル一時記憶部207−iに記憶されている各アンテナ素子101−1〜101−Kの送信ウエイトを、補正された送信信号に乗算する。乗算回路208−i−1〜208−i−Kは、乗算結果を送信部240内の加算合成回路142−1〜142−Kに出力する。 The signal duplication circuit 206-i receives from the transmission signal correction unit 250 the i-th component of the corrected transmission signal vector ΣδTx (j) that is the sum of j from 0 to k. The signal duplication circuit 206-i outputs the corrected duplication of the transmission signal to the multiplication circuits 208-i-1 to 208-i-K. Multiplication circuits 208-i-1 to 208-i-K use the transmission weights of the antenna elements 101-1 to 101-K stored in the transmission weight vector temporary storage unit 207-i as corrected transmission signals. Multiply. Multiplication circuits 208-i-1 to 208 -i-K output the multiplication results to addition synthesis circuits 142-1 to 142 -K in transmission section 240.

なお、行列・ベクトル乗算回路253での行列演算は必ずしも一括で行う必要なく、行列の成分とベクトルの成分を順次乗算して、最後に加算する処理を行っても構わない。このため、適宜、ベクトルの成分を読み出せるように送信信号ベクトル一時記憶部252を設けているが、一括で行列演算を行う場合には必ずしも送信信号ベクトル一時記憶部252を設ける必要はなく、送信信号補正管理回路251から直接、行列・ベクトル乗算回路253に入力する構成であっても構わない。   The matrix operation in the matrix / vector multiplication circuit 253 is not necessarily performed all at once, and a process of sequentially multiplying the matrix component and the vector component and adding them may be performed. For this reason, the transmission signal vector temporary storage unit 252 is provided as appropriate so that vector components can be read. However, the transmission signal vector temporary storage unit 252 is not necessarily provided when performing matrix operations in a batch. The signal correction management circuit 251 may directly input the matrix / vector multiplication circuit 253.

さらには、最初にも触れたが、OFDM(A)やSC−FDEなどを採用するシステムでは、それぞれのベクトルや行列は周波数成分毎に値が異なり、これらの処理を全ての周波数成分にて個別に行う必要がある。それらは個別の回路で並列的に処理しても、同一の回路を使いまわして直列的に実施しても、どちらでも構わない。   Furthermore, as mentioned earlier, in a system that employs OFDM (A), SC-FDE, etc., each vector or matrix has a different value for each frequency component, and these processes are individually performed for all frequency components. Need to be done. They may be processed in parallel by individual circuits, or may be implemented serially using the same circuit.

<送受信ウエイト算出部の構成>
図38は、本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態における送受信ウエイト算出部290は、図29における送受信ウエイト算出部120bに機能を追加した構成となる。したがって、同一の機能に関しては同一の符号を振ることとする。
<Configuration of transmission / reception weight calculation unit>
FIG. 38 is a schematic block diagram showing the configuration of the transmission / reception weight calculation unit 290 in the embodiment of the present invention. The transmission / reception weight calculation unit 290 in this embodiment has a configuration in which a function is added to the transmission / reception weight calculation unit 120b in FIG. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same functions.

同図に示すように送受信ウエイト算出部290は、チャネル情報短時間平均回路121、相対成分取得回路122、チャネル情報長時間平均回路123、受信ウエイト算出回路124b、受信ウエイト記憶回路125b、キャリブレーション回路126、送信ウエイト算出回路127b、送信ウエイト記憶回路128b、キャリブレーション係数記憶回路129、受信信号補正情報算出回路291、受信信号補正情報記憶回路292、送信信号補正情報算出回路293、送信信号補正情報記憶回路294を有している。   As shown in the figure, the transmission / reception weight calculation unit 290 includes a channel information short-time average circuit 121, a relative component acquisition circuit 122, a channel information long-time average circuit 123, a reception weight calculation circuit 124b, a reception weight storage circuit 125b, and a calibration circuit. 126, transmission weight calculation circuit 127b, transmission weight storage circuit 128b, calibration coefficient storage circuit 129, reception signal correction information calculation circuit 291, reception signal correction information storage circuit 292, transmission signal correction information calculation circuit 293, transmission signal correction information storage A circuit 294 is included.

同図に示す送受信ウエイト算出部290が、図29に示す関連技術における第2の構成例の送受信ウエイト算出部120bと異なる点は、受信信号補正情報算出回路291、受信信号補正情報記憶回路292、送信信号補正情報算出回路293、送信信号補正情報記憶回路294を備える点である。また、信号処理の差分もこれらの回路に関する処理のみであるため、その差分の処理のみをここでは説明する。   The transmission / reception weight calculation unit 290 shown in the figure is different from the transmission / reception weight calculation unit 120b of the second configuration example in the related technology shown in FIG. 29 in that a reception signal correction information calculation circuit 291, a reception signal correction information storage circuit 292, A transmission signal correction information calculation circuit 293 and a transmission signal correction information storage circuit 294 are provided. Further, since the difference in signal processing is only processing related to these circuits, only the processing of the difference will be described here.

チャネル情報長時間平均回路123にてアップリンクのチャネル情報が取得されると、受信ウエイト算出回路124bにおける受信ウエイトの算出とは別に、受信信号補正情報算出回路291は、受信ウエイト算出回路124bから入力される受信ウエイトとチャネル情報長時間平均回路123から入力されるアップリンクのチャネル情報とを用い、式(39)の行列ΔWの第(i,j)成分に相当する−w/wに関する情報、および漸化式(41)の初期条件であるδRx(0)を求める際に必要なwまたは1/wに関する情報を算出し、これらの情報を受信信号補正情報として受信信号補正情報記憶回路292に記憶しておく。受信信号補正情報記憶回路292は、通信制御回路110からの指示に従い、必要に応じて受信信号補正部230内の受信信号補正行列一時記憶回路234に対し、受信信号補正情報を出力する。なお、説明では受信信号補正情報算出回路291において受信ウエイトは受信ウエイト算出回路124bから入力されるものとしたが、受信ウエイト記憶回路125bから入力される構成であっても構わない。 When the uplink channel information is acquired by the channel information long-time averaging circuit 123, the reception signal correction information calculation circuit 291 receives the input from the reception weight calculation circuit 124b separately from the calculation of the reception weight in the reception weight calculation circuit 124b. -W i h j / w corresponding to the (i, j) component of the matrix ΔW of Equation (39) using the received weight and the channel information of the uplink inputted from the channel information long-time averaging circuit 123 Information on i h i and information on w i h i or 1 / w i h i necessary for obtaining δRx (0) which is the initial condition of the recurrence formula (41) are calculated and received. It is stored in the received signal correction information storage circuit 292 as signal correction information. The reception signal correction information storage circuit 292 outputs reception signal correction information to the reception signal correction matrix temporary storage circuit 234 in the reception signal correction unit 230 as necessary in accordance with an instruction from the communication control circuit 110. In the description, the reception weight is input from the reception weight calculation circuit 124b in the reception signal correction information calculation circuit 291, but may be configured to be input from the reception weight storage circuit 125b.

なお、式(46)で表される受信ウエイトを用いる場合、受信ウエイトとチャネル情報の積wは式(47)に示すように1であるため、行列W −1は単位行列となり、その場合にはδRx(0)はRxと一致する。この場合、処理においては行列W −1の情報は不要であり、送受信ウエイト算出部290における受信ウエイトとチャネル情報の積w(つまり同一の端末装置の受信ウエイトとチャネル情報の積)の算出、受信信号補正情報記憶回路292へのこの情報の記憶、及び受信信号補正情報記憶回路292から受信信号補正部230内の受信信号補正行列一時記憶回路234への行列W −1の情報入力は省略可能である。 In the case of using the reception weight of the formula (46), the product w i h i of the reception weight and channel information for a 1 as shown in equation (47), the matrix W d -1 becomes an identity matrix In this case, δRx (0) matches Rx. In this case, information of the matrix W d -1 in the process is not necessary, (a product of the reception weight and channel information that is the same terminal device) product w i h i of the reception weight and channel information in the transceiver weight calculator 290 , Storage of this information in the received signal correction information storage circuit 292, and information on the matrix W d −1 from the received signal correction information storage circuit 292 to the received signal correction matrix temporary storage circuit 234 in the received signal correction unit 230 Input is optional.

同様にキャリブレーション回路126にてダウンリンクのチャネル情報が取得されると、送信ウエイト算出回路127bにおける送信ウエイトの算出とは別に、送信信号補正情報算出回路293は、送信ウエイト算出回路127bから入力される送信ウエイトとキャリブレーション回路126から入力されるダウンリンクのチャネル情報を用い、式(32)の行列ΔWの第(i,j)成分に相当する−h/hに関する情報を算出し、これらの情報を送信信号補正情報として送信信号補正情報記憶回路294に記憶させる。送信信号補正情報記憶回路294は、通信制御回路110からの指示に従い、必要に応じて送信信号補正部250内の送信信号補正行列一時記憶回路254に対し、送信信号補正情報を出力する。なお、説明では送信信号補正情報算出回路293において送信ウエイトは送信ウエイト算出回路127bから入力されるものとしたが、送信ウエイト記憶回路128bから入力される構成であっても構わない。 Similarly, when downlink channel information is acquired by the calibration circuit 126, the transmission signal correction information calculation circuit 293 is input from the transmission weight calculation circuit 127b separately from the calculation of the transmission weight in the transmission weight calculation circuit 127b. -H i w j / h i w i corresponding to the (i, j) -th component of the matrix ΔW of Expression (32) using the transmission weight of the transmission channel and downlink channel information input from the calibration circuit 126 Is calculated and stored in the transmission signal correction information storage circuit 294 as transmission signal correction information. The transmission signal correction information storage circuit 294 outputs transmission signal correction information to the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254 in the transmission signal correction unit 250 as necessary in accordance with an instruction from the communication control circuit 110. In the description, the transmission weight is input from the transmission weight calculation circuit 127b in the transmission signal correction information calculation circuit 293, but may be configured to be input from the transmission weight storage circuit 128b.

なお、式(32)および式(39)で与えられる行列ΔWは同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせにより決まるのであるが、行列ΔWの第(i,j)成分に相当する−w/w及び−h/hに関する情報は全ての端末装置の組み合わせパターンとは関係なく、2台の端末装置の各ペアに対応して算出することが可能である。つまり、これらの各ペアに対する−w/w及び−h/hに関する情報を算出しておけば、それらの情報を適宜選び出して行列の各成分に値を埋め込み設定することで、同時に空間多重を行う多数の端末装置の任意の組み合わせパターンに対して利用することが可能である。つまり、端末装置の組み合わせパターンが先に述べたように天文学的な数となっても、現実的なメモリ容量で収容可能な情報量で対処可能である。 Note that the matrix ΔW given by Equation (32) and Equation (39) is determined by the combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, but −w i h j corresponding to the (i, j) component of the matrix ΔW. / w i h i and -h i w infos j / h i w i is independent of the combination patterns of all the terminal devices can be calculated corresponding to each pair of two terminal devices . That is, if information on -w i h j / w i h i and -h i w j / h i w i for each of these pairs is calculated, the information is appropriately selected and values are obtained for each component of the matrix. Can be used for an arbitrary combination pattern of a large number of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing. That is, even if the combination pattern of terminal devices becomes an astronomical number as described above, it is possible to cope with the amount of information that can be accommodated with a realistic memory capacity.

<受信側の信号補正処理フロー>
図39は本発明実施形態における受信信号の補正処理のフローを表す図である。基本的に受信信号の補正処理に用いる式(39)で表される受信信号補正行列ΔWなどは、同時に空間多重する端末装置の組み合わせ毎に異なり、逆に言えば一連のOFDMシンボルに関する信号処理においては、同時に空間多重する端末装置の組み合わせが変らなければ受信信号補正行列などを差し替える必要はない。以下の処理の説明においては、この様な受信信号補正行列などを差し替える単位で行う処理について説明する。
<Receiver side signal correction processing flow>
FIG. 39 is a diagram showing a flow of received signal correction processing in the embodiment of the present invention. Basically, the received signal correction matrix ΔW represented by the equation (39) used for the received signal correction processing differs for each combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, and conversely, in signal processing related to a series of OFDM symbols. If there is no change in the combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, there is no need to replace the received signal correction matrix or the like. In the following description of the process, a process performed in units for replacing such a received signal correction matrix will be described.

処理を開始すると(ステップS201)、通信制御回路110からの指示に従い、受信信号補正行列一時記憶回路234は、受信信号補正行列の各成分の情報−w/w、および初期条件であるδRx(0)を求める際に必要なwまたは1/wに関する受信信号補正情報を送受信ウエイト算出部290の受信信号補正情報記憶回路292から読み出す(ステップS202)。
その後、この情報をもとに行うシンボル単位の処理を開始する(ステップS203)。ステップS203は実行的には特に意味を持たないが、以降のステップS211との間でシンボル単位の処理を行うことを明示するために記載している。このシンボル単位の処理としては、端末装置#iに対応する受信信号処理回路209−i内の加算合成回路203−iが、加算合成信号を受信信号補正管理回路231に入力する(ステップS204)。
When the processing is started (step S201), the reception signal correction matrix temporary storage circuit 234, according to an instruction from the communication control circuit 110, receives information on each component of the reception signal correction matrix -w i h j / w i h i and an initial value. reading receive signal correction information on w i h i or 1 / w i h i necessary for obtaining the δRx (0) is a condition from the received signal correction information storage circuit 292 of the transmitting and receiving weight calculator 290 (step S202).
Thereafter, the symbol unit processing based on this information is started (step S203). Step S203 has no particular meaning in terms of execution, but is described in order to clearly indicate that processing in symbol units is performed with the subsequent step S211. As this symbol unit processing, the addition synthesis circuit 203-i in the reception signal processing circuit 209-i corresponding to the terminal device #i inputs the addition synthesis signal to the reception signal correction management circuit 231 (step S204).

行列・ベクトル乗算回路233は、加算合成回路203−1〜203−Lから入力された加算合成信号と、行列W −1をもとに初期値δRx(0)を算出する(ステップS205)。
ステップS205の処理を実行するに当たっては、受信信号補正管理回路231は、受信信号処理回路209−1〜209−Lから最初に入力された受信信号ベクトルRxを受信信号ベクトル一時記憶部232に一旦記憶させる。行列・ベクトル乗算回路233が、受信信号補正行列一時記憶回路234が記憶するwまたは1/wに関する受信信号補正情報と、受信信号ベクトル一時記憶部232に記憶されている受信信号ベクトルRxとに基づいて、式(40)により初期値δRx(0)を算出することになる。
The matrix / vector multiplication circuit 233 calculates an initial value δRx (0) based on the addition synthesis signal input from the addition synthesis circuits 203-1 to 203-L and the matrix W d −1 (step S205).
In executing the process of step S205, the reception signal correction management circuit 231 temporarily stores the reception signal vector Rx first input from the reception signal processing circuits 209-1 to 209-L in the reception signal vector temporary storage unit 232. Let Matrix-vector multiplication circuit 233, w i h i or 1 / w i h and the received signal correction information on i, reception stored in the received signal vector temporary storage unit 232 stores the received signal correction matrix temporary storage circuit 234 Based on the signal vector Rx, the initial value δRx (0) is calculated by the equation (40).

なお、式(46)で表される受信ウエイトを用いる場合、受信ウエイトとチャネル情報の積wは式(47)に示すように1であるため、行列W −1は単位行列となり、その場合にはδRx(0)はRxと一致する。この場合、処理においては行列W −1の情報は不要であり、ステップS202の処理におけるδRx(0)を求める際に必要なwまたは1/w(つまり同一の端末装置の受信ウエイトとチャネル情報の積に対応する情報)に関する受信信号補正情報の送受信ウエイト算出部290の受信信号補正情報記憶回路292からの読み出し処理は省略し、さらにステップS205の処理においては初期値δRx(0)はRxにより与える処理に置き換えられる。 In the case of using the reception weight of the formula (46), the product w i h i of the reception weight and channel information for a 1 as shown in equation (47), the matrix W d -1 becomes an identity matrix In this case, δRx (0) matches Rx. In this case, information of the matrix W d −1 is not necessary in the process, and w i h i or 1 / w i h i (that is, the same terminal device ) necessary for obtaining δRx (0) in the process of step S202 Of the received signal correction information relating to the product of the received weight and the channel information) from the received signal correction information storage circuit 292 of the transmission / reception weight calculation unit 290 is omitted, and in the process of step S205, the initial value δRx is omitted. (0) is replaced with the processing given by Rx.

ここで、受信信号補正管理回路231は、漸化式の近似の次数を管理するjを0にする初期化をし(ステップS206)、行列・ベクトル乗算回路233が式(41)の漸化式によりj次の近似解であるδRx(j)からj+1次の近似解であるδRx(j+1)を算出する(ステップS207)。この処理についても、受信信号補正管理回路231にて管理されている受信信号補正信号ベクトルδRx(j)を受信信号ベクトル一時記憶部232に一旦記憶させ、受信信号補正行列一時記憶回路234に記憶させた行列ΔWに関する受信信号補正情報と受信信号補正信号ベクトルδRx(j)とに基づいて、行列・ベクトル乗算回路233が行列演算を行い、δRx(j+1)を算出することになる。 Here, the received signal correction management circuit 231 initializes j to manage the order of approximation of the recurrence formula to 0 (step S206), and the matrix / vector multiplication circuit 233 performs the recurrence formula of formula (41). Thus, δRx (j + 1) , which is a j + 1 order approximate solution, is calculated from δRx (j), which is a jth order approximate solution (step S207). Also in this process, the received signal correction signal vector δRx (j) managed by the received signal correction management circuit 231 is temporarily stored in the received signal vector temporary storage unit 232 and stored in the received signal correction matrix temporary storage circuit 234. Based on the received signal correction information related to the matrix ΔW and the received signal correction signal vector δRx (j) , the matrix / vector multiplication circuit 233 performs a matrix operation to calculate δRx (j + 1) .

さらに、受信信号補正管理回路231は、漸化式の近似の次数を管理するjをj+1に加算し(ステップS208)、近似の次数の目標値kとjが一致しているかをチェックし(ステップS209)、一致しない場合(ステップS209:NOに相当)、処理をステップS207に戻してステップS207からステップS209の処理を近似の目標数k回まで繰り返す。
一方、kとjが一致する場合(ステップS209:YESに相当)、受信信号補正管理回路231は、漸化式の処理を終了し、jが0からkまでのδRx(j)を加算し、加算後のベクトルの各成分を受信信号処理回路209−1〜209−L内の復調処理回路204−iに出力する(ステップS210)。
Further, the received signal correction management circuit 231 adds j managing the approximate order of the recurrence formula to j + 1 (step S208), and checks whether the target value k of the approximate order and j match (step S208). S209) If they do not match (step S209: equivalent to NO), the process returns to step S207, and the processes from step S207 to step S209 are repeated up to the approximate target number k times.
On the other hand, when k and j match (corresponding to step S209: YES), the received signal correction management circuit 231 ends the recurrence processing, and adds δRx (j) from j to 0 to k, Each component of the added vector is output to the demodulation processing circuit 204-i in the reception signal processing circuits 209-1 to 209-L (step S210).

以上のステップS203からステップS210までの処理をシンボル単位で実施するが、受信信号補正管理回路231は、同一の端末装置の組み合わせで空間多重を継続する同一の受信信号補正行列を使いまわす範囲の全シンボルの処理を終了したか否かを判断し(ステップS211)、完了していない場合(ステップS211:NOに相当)には処理をステップS203に戻し、ステップS203からステップS211までの処理を繰り返す。
一方、完了している場合(ステップS211:YESに相当)には、受信信号補正管理回路231は、処理を終了する(ステップS212)。
The above processing from step S203 to step S210 is performed on a symbol-by-symbol basis, but the received signal correction management circuit 231 has the entire range in which the same received signal correction matrix that continues spatial multiplexing with the same combination of terminal devices is reused. It is determined whether or not the symbol processing has been completed (step S211). If it has not been completed (step S211: corresponding to NO), the processing returns to step S203, and the processing from step S203 to step S211 is repeated.
On the other hand, if it is completed (corresponding to step S211: YES), the reception signal correction management circuit 231 ends the process (step S212).

なお、ここでは説明を簡単にするため行列やベクトルの各記号などにもサブキャリア番号の添え字を省略しているが、以上の処理はOFDM(A)やSC−FDEを用いる場合には、各サブキャリアに対して同様の実施を行うことになる。特にOFDMAを用いる場合には、サブキャリア毎に同一の受信信号補正行列ΔWを使いまわすOFDMシンボルが異なる場合があるが、各サブキャリアにおいて新しい受信信号補正行列ΔWを用いる条件になる毎に、処理ステップS202を実施することになる。   Note that, for simplicity of explanation, subcarrier number suffixes are omitted for each symbol of a matrix or a vector, but the above processing is performed when OFDM (A) or SC-FDE is used. The same implementation is performed for each subcarrier. In particular, when OFDMA is used, the OFDM symbol that uses the same received signal correction matrix ΔW may be different for each subcarrier. However, each time a condition for using a new received signal correction matrix ΔW is used for each subcarrier, processing is performed. Step S202 will be performed.

<送信側の信号補正処理フロー>
図40は本発明実施形態における送信信号の補正処理のフローを表す図である。基本的に送信信号の補正処理に用いる式(32)で表される送信信号補正行列ΔWなどは、同時に空間多重する端末装置の組み合わせ毎に異なり、逆に言えば一連のOFDMシンボルに関する信号処理においては、同時に空間多重する端末装置の組み合わせが変らなければ送信信号補正行列などを差し替える必要はない。以下の処理の説明においては、この様な送信信号補正行列などを差し替える単位で行う処理について説明する。
<Transmitter signal correction processing flow>
FIG. 40 is a diagram showing a flow of transmission signal correction processing in the embodiment of the present invention. Basically, the transmission signal correction matrix ΔW represented by the equation (32) used for the transmission signal correction processing differs for each combination of terminal devices that perform spatial multiplexing at the same time. In other words, in signal processing related to a series of OFDM symbols. If there is no change in the combination of terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing, there is no need to replace the transmission signal correction matrix or the like. In the following description of the processing, processing performed in units for replacing such a transmission signal correction matrix will be described.

処理を開始すると(ステップS221)、送信信号補正行列一時記憶回路254は、送信信号補正行列の各成分の情報−h/hに関する送信信号補正情報を送受信ウエイト算出部290の送信信号補正情報記憶回路294から読み出す(ステップS222)。
その後、この情報をもとに行うシンボル単位の処理を開始する(ステップS223)。ステップS223は実行的には特に意味を持たないが、以降のステップS231との間でシンボル単位の処理を行うことを明示するために記載している。このシンボル単位の処理としては、同時に空間多重を行う端末装置に対応する送信信号処理回路241−1〜241−L内の変調処理回路205−1〜205−Lが、変調処理結果を送信信号補正管理回路251に入力する(ステップS224)。
When the processing is started (step S221), the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254, the transmission signal correction each component of the matrix of information -h i w j / h i w i transmission signal correction information for transmission and reception weight calculating section 290 about Reading is performed from the transmission signal correction information storage circuit 294 (step S222).
Thereafter, the symbol unit processing based on this information is started (step S223). Step S223 has no particular meaning in terms of execution, but is described in order to clearly indicate that processing in symbol units is performed with the subsequent step S231. As the processing in units of symbols, the modulation processing circuits 205-1 to 205-L in the transmission signal processing circuits 241-1 to 241-L corresponding to the terminal devices that simultaneously perform spatial multiplexing perform transmission signal correction on the modulation processing results. Input to the management circuit 251 (step S224).

送信信号補正管理回路251は、各変調処理回路205−1〜205−Lから入力された信号を束ねた送信信号ベクトルTxをそのまま初期値δTx(0)に設定する(ステップS225)。
ここで、送信信号補正管理回路251は、漸化式の近似の次数を管理するjを0にする初期化をし(ステップS226)、行列・ベクトル乗算回路253が式(31)の漸化式によりj次の近似解であるδTx(j)からj+1次の近似解であるδTx(j+1)を算出する(ステップS227)。この処理についても、送信信号補正管理回路251にて管理されている送信信号補正信号ベクトルδTx(j)を送信信号ベクトル一時記憶部252に一旦記憶させ、送信信号補正行列一時記憶回路254に記憶させた行列ΔWに関する送信信号補正情報と送信信号補正信号ベクトルδTx(j)とに基づいて、行列・ベクトル乗算回路253が行列演算を行い、δTx(j+1)を算出することになる。
The transmission signal correction management circuit 251 sets the transmission signal vector Tx obtained by bundling the signals input from the modulation processing circuits 205-1 to 205-L to the initial value δTx (0) as it is (step S225).
Here, the transmission signal correction management circuit 251 initializes j, which manages the order of approximation of the recurrence formula, to 0 (step S226), and the matrix / vector multiplication circuit 253 performs the recurrence formula of the formula (31). Thus, δTx (j + 1) as the j + 1-order approximate solution is calculated from δTx (j) as the j-th order approximate solution (step S227). Also in this process, the transmission signal correction signal vector δTx (j) managed by the transmission signal correction management circuit 251 is temporarily stored in the transmission signal vector temporary storage unit 252 and stored in the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254. Based on the transmission signal correction information relating to the matrix ΔW and the transmission signal correction signal vector δTx (j) , the matrix / vector multiplication circuit 253 performs a matrix operation to calculate δTx (j + 1) .

さらに、送信信号補正管理回路251は、漸化式の近似の次数を管理するjをj+1に加算し(ステップS228)、近似の次数の目標値kとjが一致しているかをチェックし(ステップS229)、一致しない場合(ステップS229:NOに相当)、処理をステップS227に戻してステップS227からステップS229の処理を近似の目標数k回まで繰り返す。
一方、kとjが一致する場合(ステップS229:YESに相当)、送信信号補正管理回路251は、漸化式の処理を終了し、jが0からkまでのδTx(j)を加算し、加算後のベクトルの各成分を送信信号処理回路141−1〜141−L内の信号複製回路206−iに補正後送信信号として出力する(ステップS230)。
Further, the transmission signal correction management circuit 251 adds j for managing the recursive approximation order to j + 1 (step S228), and checks whether the target value k of the approximation order matches j (step S228). If they do not match (step S229: equivalent to NO), the process returns to step S227, and the processes from step S227 to step S229 are repeated up to the approximate target number k times.
On the other hand, when k and j match (corresponding to step S229: YES), the transmission signal correction management circuit 251 finishes the recurrence processing, adds δTx (j) from j to 0 to k, Each component of the added vector is output as a corrected transmission signal to the signal duplicating circuit 206-i in the transmission signal processing circuits 141-1 to 141-L (step S230).

以上のステップS223からステップS230までの処理をシンボル単位で実施するが、送信信号補正管理回路251は、同一の端末装置の組み合わせで空間多重を継続する同一の送信信号補正行列を使いまわす範囲の全シンボルの処理を終了したか否かを判断し(ステップS231)、完了していない場合(ステップS231:NOに相当)には処理をステップS223に戻し、ステップS223からステップS231までの処理を繰り返す。
一方、完了している場合(ステップS231:YESに相当)場合には、送信信号補正管理回路251は、処理を終了する(ステップS232)。
The above processing from step S223 to step S230 is performed on a symbol-by-symbol basis, but the transmission signal correction management circuit 251 uses the same transmission signal correction matrix that uses the same transmission signal correction matrix that continues spatial multiplexing with the same combination of terminal devices. It is determined whether or not the symbol processing has been completed (step S231). If the symbol processing has not been completed (step S231: equivalent to NO), the processing returns to step S223, and the processing from step S223 to step S231 is repeated.
On the other hand, if it is completed (corresponding to YES at step S231), the transmission signal correction management circuit 251 ends the process (step S232).

なお、ここでは説明を簡単にするため行列やベクトルの各記号などにもサブキャリア番号の添え字を省略しているが、以上の処理はOFDM(A)やSC−FDEを用いる場合には、各サブキャリアに対して同様の実施を行うことになる。特にOFDMAを用いる場合には、サブキャリア毎に同一の受信信号補正行列ΔWを使いまわすOFDMシンボルが異なる場合があるが、新しい受信信号補正行列ΔWを用いる条件になる毎に、処理ステップS222を実施することになる。   Note that, for simplicity of explanation, subcarrier number suffixes are omitted for each symbol of a matrix or a vector, but the above processing is performed when OFDM (A) or SC-FDE is used. The same implementation is performed for each subcarrier. In particular, when OFDMA is used, the OFDM symbol that uses the same received signal correction matrix ΔW may be different for each subcarrier, but the processing step S222 is performed each time a condition for using a new received signal correction matrix ΔW is satisfied. Will do.

<送受信ウエイト算出部の処理フロー>
図41は、本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の受信信号補正情報に係る処理フローを表す。本処理フローは、サービス運用開始前に事前に行う送受信ウエイトを算出する処理と共に行われる。また、以下の説明で用いる第i’端末装置と第j’端末装置の組み合わせの表記における(i’,j’)とは、システムにおいて任意に割り振られた端末装置の通し番号i’、j’の組み合わせを意味している。なお、式(32)および式(39)に関連した説明おける(i,j)とは、同時に空間多重する端末装置の組み合わせパターン内の端末装置のみに対して逐次割り振られた通し番号をもとに指定する第i及び第j端末装置の組み合わせに対応している。したがって、式(32)および式(39)を利用するためには、行列の成分(i,j)と、システムにおいて任意に割り振られたもともとの通し番号で与えられた(i’,j’)の対応をとり、その(i’,j’)に対応した値を受信信号補正情報記憶回路292より読み出して各行列の各成分に設定し、それを利用することになる。また、この様な管理を行うことで、全ての(i’,j’)の組み合わせに対応する情報を事前に求めておけば、その値を使いまわすことで、同時に空間多重する端末装置の任意の組み合わせパターンに対しても、簡易にこれらの行列を取得することが可能となる。
<Processing flow of transmission / reception weight calculation unit>
FIG. 41 shows a processing flow related to the received signal correction information of the transmission / reception weight calculation unit 290 in the embodiment of the present invention. This processing flow is performed together with a process of calculating transmission / reception weights performed in advance before the start of service operation. Further, (i ′, j ′) in the notation of the combination of the i′-th terminal device and the j-th terminal device used in the following description is the serial number i ′, j ′ of the terminal device arbitrarily assigned in the system. Means a combination. Note that (i, j) in the description related to the equations (32) and (39) is based on serial numbers sequentially allocated only to the terminal devices in the combination pattern of the terminal devices simultaneously spatially multiplexed. This corresponds to the combination of the i-th and j-th terminal devices to be designated. Therefore, in order to use equations (32) and (39), the components (i, j) of the matrix and (i ′, j ′) given by the original serial number arbitrarily assigned in the system A correspondence is taken, a value corresponding to (i ′, j ′) is read from the received signal correction information storage circuit 292, set in each component of each matrix, and used. In addition, if information corresponding to all the combinations (i ′, j ′) is obtained in advance by performing such management, by using the values, it is possible to arbitrarily select the terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously. It is possible to easily obtain these matrices for the combination patterns.

送受信ウエイト算出部290において受信信号補正情報に係る処理が開始されると(ステップS261)、これらの一連の処理の中で、受信信号補正情報算出回路291は、チャネル情報長時間平均回路123にて長時間平均化処理を行い得られたアップリンクのチャネル情報を収集する(ステップS262)。また、受信信号補正情報算出回路291は、受信ウエイト算出回路124bが算出した受信ウエイト情報を収集する(ステップS263)。   When the transmission / reception weight calculation unit 290 starts processing related to the received signal correction information (step S261), the received signal correction information calculation circuit 291 in the series of processing is performed by the channel information long-time averaging circuit 123. Uplink channel information obtained by performing the averaging process for a long time is collected (step S262). The reception signal correction information calculation circuit 291 collects the reception weight information calculated by the reception weight calculation circuit 124b (step S263).

受信信号補正情報算出回路291は、一連の情報を収集し終わると、第i’端末装置に対応するアップリンクのチャネル情報ベクトルhi’と受信ウエイトベクトルwi’より1/wi’i’を算出する(ステップS264)。
さらに、受信信号補正情報算出回路291は、全ての第i’端末装置と第j’端末装置の(i’,j’)の組み合わせに対してwi’j’を算出し(ステップS265)、式(39)で表される行列の各成分となる−wi’j’/wi’i’を算出する(ステップS266)。
When the reception signal correction information calculation circuit 291 has collected a series of information, 1 / w i ′ h i from the uplink channel information vector h i ′ and the reception weight vector w i ′ corresponding to the i th terminal device. ' Is calculated (step S264).
Further, the received signal correction information calculation circuit 291 calculates w i ′ h j ′ for all combinations of (i ′, j ′) of the i ′ ′ terminal device and the j ′ terminal device (step S265). Then, −w i ′ h j ′ / w i ′ h i ′ which is each component of the matrix represented by the equation (39) is calculated (step S266).

その後、受信信号補正情報算出回路291は、ステップS264で算出した情報1/wi’i’と、ステップS266で算出した情報−wi’j’/wi’i’とを受信信号補正情報記憶回路292に記憶させ(ステップS267)、処理を終了する(ステップS268)。
なおステップS265とステップS266は、ここではステップS264とステップS265の結果を用いてステップS266を実施するものとして処理を分けて記述したが、ひとつにまとめてステップS266としても構わない。
また、式(46)で表される受信ウエイトを用いる場合、受信ウエイトとチャネル情報の積wi’i’は式(47)に示すように1であるため、ステップS264の処理は省略可能である。また、ステップS266は−wi’j’の算出処理に置き換えられる。さらに、ステップS267における受信信号補正情報記憶回路292への記憶処理においても、1/wi’i’に関する情報は記憶する必要がなく、情報−wi’j’/wi’i’の代わりに情報−wi’j’が記憶されることになる。
Thereafter, the reception signal correction information calculation circuit 291 receives the information 1 / w i ′ h i ′ calculated in step S264 and the information −w i ′ h j ′ / w i ′ h i ′ calculated in step S266. The signal correction information storage circuit 292 is stored (step S267), and the process is terminated (step S268).
In addition, although step S265 and step S266 were described separately as what implements step S266 using the result of step S264 and step S265 here, it is good also as step S266 collectively.
Further, when the reception weight represented by Expression (46) is used, the product of the reception weight and the channel information w i ′ hi i ′ is 1 as shown in Expression (47), and therefore the process of Step S264 can be omitted. It is. In addition, step S266 is replaced with a calculation process of -w i ′ h j ′ . Further, in the storage process to the received signal correction information storage circuit 292 in step S267, it is not necessary to store information on 1 / w i ′ h i ′ , and information −w i ′ h j ′ / w i ′ h i Instead of ' information-w i' h j ' is stored.

図42は、本発明実施形態における送受信ウエイト算出部290の送信信号補正情報に係る処理フローを表す。先ほどの説明と同様に、本処理フローはサービス運用開始前に事前に行う処理である。
送受信ウエイト算出部290において送信信号補正情報に係る処理が開始されると(ステップS271)、これらの一連の処理の中で、送信信号補正情報算出回路293は、キャリブレーション回路126にて得られたダウンリンクのチャネル情報を収集する(ステップS272)。また、送信信号補正情報算出回路293は、送信ウエイト算出回路127bが算出した送信ウエイト情報を収集する(ステップS273)。
FIG. 42 shows a processing flow relating to transmission signal correction information of the transmission / reception weight calculation unit 290 in the embodiment of the present invention. Similar to the above description, this processing flow is processing performed in advance before starting service operation.
When the transmission / reception weight calculation unit 290 starts processing related to transmission signal correction information (step S271), the transmission signal correction information calculation circuit 293 is obtained by the calibration circuit 126 in these series of processing. Downlink channel information is collected (step S272). The transmission signal correction information calculation circuit 293 collects the transmission weight information calculated by the transmission weight calculation circuit 127b (step S273).

送信信号補正情報算出回路293は、一連の情報を収集し終わると、第i’端末装置に対応するダウンリンクのチャネル情報ベクトルhi’と送信ウエイトベクトルwi’より1/hi’i’を算出する(ステップS274)。
さらに、送信信号補正情報算出回路293は、全ての(i’,j’)の組み合わせに対してhi’j’を算出し(ステップS275)、式(32)で表される行列の各成分となる−hi’j’/hi’i’を算出する(ステップS276)。
When the transmission signal correction information calculation circuit 293 finishes collecting a series of information, 1 / h i ′ w i from the downlink channel information vector h i ′ and the transmission weight vector w i ′ corresponding to the i th terminal device. ' Is calculated (step S274).
Further, the transmission signal correction information calculation circuit 293 calculates h i ′ w j ′ for all (i ′, j ′) combinations (step S275), and each of the matrices represented by the equation (32). The component -h i ' w j' / h i ' w i' is calculated (step S276).

その後、送信信号補正情報算出回路293は、ステップS276で算出した情報−hi’j’/hi’i’を送信信号補正情報記憶回路294に記憶させ(ステップS277)、処理を終了する(ステップS278)。
なおステップS275とステップS276は、ここではステップS274とステップS275の結果を用いてステップS276を実施するものとして処理を分けて記述したが、ひとつにまとめてステップS276としても構わない。
Thereafter, the transmission signal correction information calculation circuit 293 stores the information −h i ′ w j ′ / h i ′ w i ′ calculated in step S276 in the transmission signal correction information storage circuit 294 (step S277), and ends the processing. (Step S278).
Here, step S275 and step S276 are described separately as performing step S276 using the results of step S274 and step S275, but may be combined into step S276.

なお先ほども説明したように、ここでは説明を簡単にするため行列やベクトルの各記号などにもサブキャリア番号の添え字を省略しているが、以上の処理はOFDM(A)やSC−FDEを用いる場合には、以上の図41および図42の信号処理において各サブキャリアに対して同様の処理を行うことになる。   As described earlier, sub-carrier number suffixes are omitted in the matrix and vector symbols for the sake of simplicity, but the above processing is performed by OFDM (A) or SC-FDE. When using, the same processing is performed on each subcarrier in the signal processing of FIGS. 41 and 42 described above.

以上が送受信信号を補正する際に必要となる情報を算出するための処理である。これらの処理の結果得られた情報は、空間多重を行う様々な端末装置の組み合わせパターンにおいて流用可能であり、例えば式(32)や式(39)で示される行列の(i,j)成分は、ふたつの端末装置の組み合わせを指定することにより受信信号補正情報記憶回路292ないしは送信信号補正情報記憶回路294より読み出すことが可能である。   The above is the processing for calculating information necessary for correcting the transmission / reception signal. The information obtained as a result of these processes can be used in combination patterns of various terminal devices that perform spatial multiplexing. For example, the (i, j) component of the matrix represented by Equation (32) or Equation (39) is It is possible to read out from the received signal correction information storage circuit 292 or the transmission signal correction information storage circuit 294 by designating a combination of two terminal devices.

この同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせパターンはスケジューリング処理回路181で行うスケジューリングにより定まるが、このスケジューリング結果を受けて通信制御回路110を介して送受信ウエイト算出部290に対して端末装置の組み合わせパターンが指示されると、送受信ウエイト算出部290は行列の成分である(i,j)と、それに対応する端末装置の通し番号である(i’,j’)の対応をとり、その組み合わせパターンに対応した受信信号補正情報ないしは送信信号補正情報を受信信号補正部230ないしは送信信号補正部250に対して出力する。出力された情報は受信信号補正行列一時記憶回路234ないしは送信信号補正行列一時記憶回路254に記憶され、漸化式演算に用いられることになる。なお、行列の成分である(i,j)と、それに対応する端末装置の通し番号である(i’,j’)の対応は、通信制御回路110が管理して指示を行う構成とすることも可能である。   The combination pattern of the terminal devices that perform spatial multiplexing at the same time is determined by the scheduling performed by the scheduling processing circuit 181. Upon receiving the scheduling result, the combination pattern of the terminal devices is transmitted to the transmission / reception weight calculation unit 290 via the communication control circuit 110. When instructed, the transmission / reception weight calculation unit 290 takes a correspondence between (i, j) which is a matrix component and (i ′, j ′) which is a serial number of the corresponding terminal device, and corresponds to the combination pattern. The reception signal correction information or the transmission signal correction information is output to the reception signal correction unit 230 or the transmission signal correction unit 250. The output information is stored in the reception signal correction matrix temporary storage circuit 234 or the transmission signal correction matrix temporary storage circuit 254 and is used for the recurrence calculation. The correspondence between the matrix component (i, j) and the corresponding terminal device serial number (i ′, j ′) may be managed by the communication control circuit 110 and instructed. Is possible.

以上の本発明の実施形態に関する説明においては、システムにおいて任意に割り振られた端末装置の通し番号、同時に空間多重を行う端末装置に逐次割り振られる端末装置の通し番号(行列の成分を表す通し番号)、繰り返し行われる漸化式処理の中途段階を示す次数、漸化式の目標とする繰り返し回数、及び周波数成分の番号(サブキャリア番号)、等においてi、j、k、i’、j’などの変数を用いたが、これらは説明の都合上、同一の記号を異なる意味の変数としても重複して用いていた。したがって、これらの変数の意味は、個別の説明ごとに指示があるとおりに変数を理解すべきである。   In the above description of the embodiment of the present invention, the serial numbers of the terminal devices arbitrarily allocated in the system, the serial numbers of the terminal devices sequentially allocated to the terminal devices that perform spatial multiplexing simultaneously (serial numbers representing the components of the matrix), the repetition row Variables such as i, j, k, i ′, j ′ in the order indicating the intermediate stage of the recurrence formula processing, the target number of repetitions of the recurrence formula, the frequency component number (subcarrier number), etc. However, for convenience of explanation, the same symbol is used as a variable having a different meaning. Therefore, the meaning of these variables should be understood as directed by each individual description.

本実施形態における基地局装置200は、実際のデータ通信に先行して、所定のトレーニング信号を各端末装置から受信することでチャネル情報を取得し、更に時間的に異なるタイミングで複数回に亘り取得されたチャネル情報の相対成分を平均化することでチャネル情報を精度良く推定し、このチャネル情報を用いて実際のデータ通信で複数端末装置を同時に空間多重する際に用いる受信ウエイトを事前に算出し、この空間多重の受信ウエイトを用いて受信処理を行う。
さらに、基地局装置200は、端末装置の組み合わせに依存しない受信ウエイトを用いながら、受信信号に対して空間多重された各信号系列に対する漸化式を繰り返し演算することで、信号系列間の干渉成分を抑圧し、より精度の高い信号検出処理を行うことができる。この結果、同時に空間多重を行う信号系統数が多くなっても良好なSIR特性を達成可能となり、より高い周波数利用効率を実現することができる。
Prior to actual data communication, the base station apparatus 200 according to the present embodiment acquires channel information by receiving a predetermined training signal from each terminal apparatus, and further acquires multiple times at different timings. The channel information is accurately estimated by averaging the relative components of the received channel information, and the reception weight used when simultaneously multiplexing multiple terminal devices simultaneously in actual data communication using this channel information is calculated in advance. The reception processing is performed using this spatial multiplexing reception weight.
Furthermore, the base station apparatus 200 repeatedly calculates a recurrence formula for each signal sequence spatially multiplexed on the received signal while using reception weights that do not depend on the combination of terminal devices, so that interference components between the signal sequences can be obtained. Can be suppressed, and more accurate signal detection processing can be performed. As a result, good SIR characteristics can be achieved even if the number of signal systems performing spatial multiplexing simultaneously increases, and higher frequency utilization efficiency can be realized.

[その他の補足事項]
なお、本発明における基地局装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、送信ウエイト及び受信ウエイト、並びに送受信ウエイトを算出する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
[Other supplementary items]
Note that a program for realizing the functions of the base station apparatus according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby transmitting weights. In addition, a process of calculating a reception weight and a transmission / reception weight may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

1−1、1−2、1−3 OFDMシンボル
2−1、2−2、2−3 有効な信号領域
3−1、3−2、3−3 トレーニング信号
4−1、4−2、4−3 末尾領域
5−1、5−2、5−3 ガードインターバル
6−1、6−26−3 信号周期
10 基地局装置
11 建築物
12−1、12−2 端末装置
13−1、13−2、13−3、13−4 基地局装置のアンテナ素子
14−1、14−2、14−3 地上の移動体
15−1、15−2、15−3 建築物
16 長時間平均のチャネル情報に対応するベクトル
17−1、17−2、17−3、17−4 短時間平均のチャネル情報に対応するベクトル
18 チャネル推定誤差の範囲
21−1、21−2、21−3 ハイパワーアンプ(HPA)
22−1、22−2、22−3 ローノイズアンプ(LNA)
23−1、23−2、23−3 時分割スイッチ(TDD−SW)
24−1、24−2、24−3 アンテナ素子
25−1、25−2、25−3 無線モジュール
26−1、26−2、26−3 アンテナ端子
27 同軸ケーブル
80 基地局装置
81 送信部
85 受信部
87 インタフェース回路
88 MAC層処理回路
100 受信部
101−1、101−2、101−K アンテナ素子
102−1、102−2、102−K TDDスイッチ
103−1、103−2、103−K ローノイズアンプ(LNA)
104 ローカル発振器
105−1、105−2、105−K ミキサ
106−1、106−2、106−K フィルタ
107−1、107−2、107−K A/D変換器
108−1、108−2、108−K FFT回路
109−1、109−2、109−L、109−i 受信信号処理回路(受信信号処理部)
110 通信制御回路(通信制御部)
115 記憶回路
120a、120b 送受信ウエイト算出部
121 チャネル情報短時間平均回路
122 相対成分取得回路
123 チャネル情報長時間平均回路
124a マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路(受信ウエイト算出部)
124b 受信ウエイト算出回路(受信ウエイト算出部)
125a マルチユーザMIMO受信ウエイト記憶回路
125b 受信ウエイト記憶回路(受信ウエイト記憶部)
126 キャリブレーション回路(ダウンリンクチャネル情報算出部)
127a マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路(送信ウエイト算出部)
127b 送信ウエイト算出回路(送信ウエイト算出部)
128aマルチユーザMIMO送信ウエイト記憶回路
128b 送信ウエイト記憶回路
129 キャリブレーション係数記憶回路(キャリブレーション係数記憶部)
140 送信部
141−1、141−2、141−L、141−i 送信信号処理回路(送信信号処理部)
142−1、142−2、142−K 加算合成回路
143−1、143−2、143−K IFFT&GI付与回路
144−1、144−2、144−K D/A変換器
145 ローカル発振器
146−1、146−2、146−K ミキサ
147−1、147−2、147−K フィルタ
148−1、148−2、148−K ハイパワーアンプ(HPA)
170 インタフェース回路
180 MAC層処理回路
181 スケジューリング処理回路(スケジューリング処理部)
200 基地局装置
201−i−1、201−i−2、201−i−K 乗算回路
202−i 受信ウエイトベクトル一時記憶部
203−i 加算合成回路
204−i 復調処理回路
205−i 変調処理回路
206−i 信号複製回路
207−i 送信ウエイトベクトル一時記憶部
208−i−1、208−i−2、208−i−K 乗算回路
209−i 受信信号処理回路
210 受信部
230 受信信号補正部
231 受信信号補正管理回路
232 受信信号ベクトル一時記憶部
233 行列・ベクトル乗算回路
234 受信信号補正行列一時記憶回路
240 送信部
241−i 送信信号処理回路
250 送信信号補正部
251 送信信号補正管理回路
252 送信信号ベクトル一時記憶部
253 行列・ベクトル乗算回路
254 送信信号補正行列一時記憶回路
290 送受信ウエイト算出部
291 受信信号補正情報算出回路(受信信号補正情報算出部)
292 受信信号補正情報記憶回路(受信信号補正情報記憶部)
293 送信信号補正情報算出回路(送信信号補正情報算出部)
294 送信信号補正情報記憶回路(送信信号補正情報記憶部)
801 基地局装置
802−1、802−2、802−3 端末装置
811−1、811−2、811−L 送信信号処理回路
812−1、812−2、812−K 加算合成回路
813−1、813−2、813−K IFFT&GI付与回路
814−1、814−2、814−K D/A変換器
815 ローカル発振器
816−1、816−2、816−K ミキサ
817−1、817−2、817−K フィルタ
818−1、818−2、818−K ハイパワーアンプ(HPA)
819−1、819−2、819−K アンテナ素子
820 通信制御回路
830 送信ウエイト処理部
831 チャネル情報取得回路
832 チャネル情報記憶回路
833 マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路
851−1、851−2、851−K アンテナ素子
852−1、852−2、852−K ローノイズアンプ(LNA)
853 ローカル発振器
854−1、854−2、854−K ミキサ
855−1、855−2、855−K フィルタ
856−1、856−2、856−K A/D変換器
857−1、857−2、857−K FFT回路
858−1、858−2、858−L 受信信号処理回路
860 受信ウエイト処理部
861 チャネル情報推定回路
862 マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路
881 スケジューリング処理回路
901 送信局
902−1、902−N 中継局
903 受信局
911−1、911−2、911−3 セル
912−1、912−2、912−3 リモート基地局
913−1、913−2、913−3、913−4、913−5、913−6 端末装置
914 制御局
915 光ファイバ
961−1、961−2、961−3、961−4、961−5 アンテナ素子
1-1, 1-2, 1-3 OFDM symbol 2-1, 2-2, 2-3 Effective signal region 3-1, 3-2, 3-3 Training signal 4-1, 4-2, 4 -3 Trailing area 5-1, 5-2, 5-3 Guard interval 6-1, 6-26-3 Signal period 10 Base station apparatus 11 Building 12-1, 12-2 Terminal apparatus 13-1, 13- 2, 13-3, 13-4 Base station equipment antenna elements 14-1, 14-2, 14-3 Ground mobile units 15-1, 15-2, 15-3 Building 16 Long-term average channel information Vectors 17-1, 17-2, 17-3, 17-4 corresponding to short-time average channel information 18 Channel estimation error range 21-1, 21-2, 21-3 High power amplifier ( HPA)
22-1, 22-2, 22-3 Low noise amplifier (LNA)
23-1, 23-2, 23-3 Time division switch (TDD-SW)
24-1, 24-2, 24-3 Antenna elements 25-1, 25-2, 25-3 Radio module 26-1, 26-2, 26-3 Antenna terminal 27 Coaxial cable 80 Base station device 81 Transmitter 85 Receiving unit 87 Interface circuit 88 MAC layer processing circuit 100 Receiving unit 101-1, 101-2, 101-K Antenna element 102-1, 102-2, 102-K TDD switch 103-1, 103-2, 103-K Low noise amplifier (LNA)
104 local oscillators 105-1, 105-2, 105-K mixers 106-1, 106-2, 106-K filters 107-1, 107-2, 107-K A / D converters 108-1, 108-2 108-K FFT circuit 109-1, 109-2, 109-L, 109-i received signal processing circuit (received signal processing unit)
110 Communication control circuit (communication control unit)
115 Storage Circuit 120a, 120b Transmission / Reception Weight Calculation Unit 121 Channel Information Short-Time Average Circuit 122 Relative Component Acquisition Circuit 123 Channel Information Long-Time Average Circuit 124a Multiuser MIMO Reception Weight Calculation Circuit (Reception Weight Calculation Unit)
124b Reception weight calculation circuit (reception weight calculation unit)
125a Multi-user MIMO reception weight storage circuit 125b Reception weight storage circuit (reception weight storage unit)
126 Calibration circuit (downlink channel information calculation unit)
127a Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit (transmission weight calculation unit)
127b Transmission weight calculation circuit (transmission weight calculation unit)
128a Multi-user MIMO transmission weight storage circuit 128b Transmission weight storage circuit 129 Calibration coefficient storage circuit (calibration coefficient storage unit)
140 Transmitters 141-1, 141-2, 141-L, 141-i Transmission signal processing circuit (transmission signal processing unit)
142-1, 142-2, 142-K addition synthesis circuit 143-1, 143-2, 143-K IFFT & GI adding circuit 144-1, 144-2, 144-K D / A converter 145 local oscillator 146-1 146-2, 146-K mixers 147-1, 147-2, 147-K filters 148-1, 148-2, 148-K high power amplifiers (HPA)
170 Interface Circuit 180 MAC Layer Processing Circuit 181 Scheduling Processing Circuit (Scheduling Processing Unit)
200 base station apparatus 201-i-1, 201-i-2, 201-i-K multiplication circuit 202-i reception weight vector temporary storage unit 203-i addition synthesis circuit 204-i demodulation processing circuit 205-i modulation processing circuit 206-i Signal Duplicating Circuit 207-i Transmission Weight Vector Temporary Storage Unit 208-i-1, 208-i-2, 208-i-K Multiplication Circuit 209-i Reception Signal Processing Circuit 210 Reception Unit 230 Reception Signal Correction Unit 231 Reception signal correction management circuit 232 Reception signal vector temporary storage unit 233 Matrix / vector multiplication circuit 234 Reception signal correction matrix temporary storage circuit 240 Transmission unit 241-i Transmission signal processing circuit 250 Transmission signal correction unit 251 Transmission signal correction management circuit 252 Transmission signal Vector temporary storage unit 253 Matrix / vector multiplication circuit 254 Transmission signal correction matrix temporary storage circuit 2 0 transceiver weight calculating unit 291 receives the signal correction information calculating circuit (received signal correction information calculator)
292 Received signal correction information storage circuit (received signal correction information storage unit)
293 transmission signal correction information calculation circuit (transmission signal correction information calculation unit)
294 Transmission signal correction information storage circuit (transmission signal correction information storage unit)
801 Base station device 802-1, 802-2, 802-3 Terminal device 811-1, 811-2, 811-L Transmission signal processing circuit 812-1, 812-2, 812-K Addition / synthesis circuit 813-1 813-2, 813 -K IFFT & GI adding circuit 814-1, 814-2, 814 -K D / A converter 815 Local oscillator 816-1, 816-2, 816 -K mixer 817-1, 817-2, 817 -K filters 818-1, 818-2, 818-K high power amplifier (HPA)
819-1, 819-2, 819-K Antenna element 820 Communication control circuit 830 Transmission weight processing unit 831 Channel information acquisition circuit 832 Channel information storage circuit 833 Multi-user MIMO transmission weight calculation circuit 851-1, 851-2, 851- K antenna element 852-1, 852-2, 852-K Low noise amplifier (LNA)
853 Local oscillators 854-1, 854-2, 854-K mixers 855-1, 855-2, 855-K filters 856-1, 856-2, 856-K A / D converters 857-1, 857-2 857-K FFT circuit 858-1, 858-2, 858-L reception signal processing circuit 860 reception weight processing unit 861 channel information estimation circuit 862 multiuser MIMO reception weight calculation circuit 881 scheduling processing circuit 901 transmitting station 902-1 902-N 1 relay station 903 receiving station 911-1, 911-2, 911-3 cell 912-1, 912-2, 912-3 remote base station 913-1, 913-2, 913-3, 913-4 , 913-5, 913-6 terminal device 914 control station 915 optical fiber 961-1, 961-2, 96 -3,961-4,961-5 antenna element

Claims (7)

複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得部と、
前記アップリンクチャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出部と、
前記受信信号補正情報算出部が算出した受信信号補正情報を記憶する受信信号補正情報記憶部と、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部から読み出した前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理部と、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正部と、
を備え、
前記受信信号処理部は、
前記受信信号補正部が補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出する
ことを特徴とする基地局装置。
A base station apparatus including a plurality of antenna elements; and a plurality of terminal apparatuses that perform wireless communication with the base station apparatus, wherein the base station apparatus and at least two of the terminal apparatuses are at the same time on the same frequency component. A base station apparatus in a wireless communication system capable of performing spatial multiplexing transmission,
A scheduling processing unit for selecting a combination of the terminal devices that perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component;
An uplink channel information acquisition unit that acquires channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device for each terminal device When,
Based on the channel information in the uplink of each frequency component for each terminal device acquired by the uplink channel information acquisition unit or the physical quantity calculated from the channel information, the space in each frequency component for each of the plurality of antenna elements A reception weight calculation unit for calculating a reception weight for multiplex transmission;
A reception weight storage unit for storing the reception weight calculated by the reception weight calculation unit;
A reception signal correction information calculation unit that calculates reception signal correction information based on the reception weight calculated by the reception weight calculation unit and the channel information acquired by the uplink channel information acquisition unit;
A reception signal correction information storage unit for storing the reception signal correction information calculated by the reception signal correction information calculation unit;
For each antenna element, the received signal received from the terminal device via the antenna element is separated for each frequency component, and the received signal for each separated frequency component is read from the received weight storage unit. A reception signal processing unit that multiplies the reception weight of each frequency component and adds and combines the multiplied signals over all or some of the antenna elements for each frequency component; ,
Based on the received signal correction information stored in the received signal correction information storage unit, the added combined signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal device performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component is corrected. A received signal correction unit,
With
The received signal processor is
A base station apparatus, wherein a signal transmitted by the terminal apparatus is detected from a signal corrected by the reception signal correction unit.
請求項1に記載の基地局装置であって、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と自装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるアップリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhUiとし、該チャネル情報ベクトルに対応した受信ウエイトベクトルをwUiとした際に、
前記受信信号補正部において、
前記受信信号補正情報とは、第iの前記端末装置に対応する2つのベクトルの積wの逆数を成分とする行列WUd −1と、第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記受信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−wUiUj/wUiUiを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得する加算合成信号を成分とする信号ベクトルをRxとおくと、
第0次の初期ベクトルδRx(0)は次式(A)で与えられ、
Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(B)で与えられ、
Figure 0005729833
式(B)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδRx(0)からベクトルδRx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記受信信号処理部に出力する
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 1,
The i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i is an integer) and a plurality of devices included in the own device with respect to the terminal device of N (N is a positive integer) that simultaneously performs spatial multiplexing at a predetermined frequency component at a certain time When the channel information vector in the uplink configured by channel information in the predetermined frequency component between the antenna element and h Ui is set as h Ui and the reception weight vector corresponding to the channel information vector is set as w Ui ,
In the received signal correction unit,
The received signal correction information includes a matrix W Ud −1 whose components are reciprocals of the product w i h i of two vectors corresponding to the i th terminal device, and the j th (1 ≦ j ≦ N, i ≠). j, j are integers) and a value −w Ui h Uj / w Ui h Ui given by vector calculation of the channel information vector and the reception weight vector corresponding to the i-th terminal device is the (i, j) -th component. And the diagonal component (i = j) is a matrix ΔW U given by all zeros,
When a signal vector whose component is an added composite signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal apparatus that simultaneously performs spatial multiplexing at a predetermined frequency component at a certain time is denoted by Rx,
The 0th-order initial vector δRx (0) is given by the following equation (A):
Figure 0005729833
The recurrence formula between the kth order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (B):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α-order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Formula (B), the vector sum from vector δRx ( 0) to vector δRx (α) is calculated. The base station apparatus characterized in that the calculated vector is output to the reception signal processing unit as a signal for each of the corrected frequency components.
請求項1又は請求項2のいずれかに記載の基地局装置であって、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と自装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるアップリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhUiとし、該チャネル情報ベクトルに対応した受信ウエイトベクトルをwUiとした際に、
前記受信信号補正部において、
前記受信信号補正情報とは、第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記受信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−wUiUjを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得する加算合成信号を成分とする信号ベクトルをRxとおくと、
第0次の初期ベクトルδRx(0)は次式(C)で与えられ、
Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(D)で与えられ、
Figure 0005729833
式(D)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδRx(0)からベクトルδRx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記受信信号処理部に出力し、
前記第i端末装置に関して前記受信ウエイト算出部にて算出されるある周波数成分の受信ウエイトwUiは次式(E)で与えられる
Figure 0005729833
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i is an integer) and a plurality of devices included in the own device with respect to the terminal device of N (N is a positive integer) that simultaneously performs spatial multiplexing at a predetermined frequency component at a certain time When the channel information vector in the uplink configured by channel information in the predetermined frequency component between the antenna element and h Ui is set as h Ui and the reception weight vector corresponding to the channel information vector is set as w Ui ,
In the received signal correction unit,
The received signal correction information is given by vector calculation of the channel information vector and the received weight vector corresponding to the j-th (1 ≦ j ≦ N, i ≠ j, j is an integer) and the i-th terminal device. The value −w Ui h Uj is the (i, j) component and the diagonal component (i = j) is a matrix ΔW U given by all zeros;
When a signal vector whose component is an added composite signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal apparatus that simultaneously performs spatial multiplexing at a predetermined frequency component at a certain time is denoted by Rx,
The zeroth-order initial vector δRx (0) is given by the following equation (C):
Figure 0005729833
The recurrence formula between the k th order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (D):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α-order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Formula (D), the vector sum from vector δRx ( 0) to vector δRx (α) is calculated. , Outputting the calculated vector as a signal for each corrected frequency component to the received signal processing unit,
A reception weight w Ui of a certain frequency component calculated by the reception weight calculation unit with respect to the i-th terminal device is given by the following equation (E).
Figure 0005729833
A base station apparatus.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の基地局装置であって、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子と前記端末装置との間のアップリンクにおけるチャネル情報からダウンリンクにおけるチャネル情報を算出する際に用いるキャリブレーション係数を周波数成分ごとに記憶しているキャリブレーション係数記憶部と、
前記アップリンクチャネル情報取得部が前記端末装置ごとに算出した前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報それぞれに、前記アンテナ素子及び周波数成分の組み合わせに対応するキャリブレーション係数を乗じてダウンリンクにおけるチャネル情報を算出するダウンリンクチャネル情報算出部と、
前記ダウンリンクチャネル情報算出部が算出したダウンリンクにおける前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分のチャネル情報から、前記アンテナ素子それぞれに対する各周波数成分の空間多重伝送のための送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、
前記送信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する送信ウエイト記憶部と、
前記送信ウエイト算出部が算出した前記送信ウエイトと、前記ダウンリンクチャネル情報算出部が算出したチャネル情報とに基づいて、送信信号補正情報を算出する送信信号補正情報算出部と、
前記送信信号補正情報算出部が算出した送信信号補正情報を記憶する送信信号補正情報記憶部と、
データの送信先として選択された前記端末装置ごとに、該端末装置に送信する送信信号を生成して周波数成分ごとの信号に分離する送信信号処理部と、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号を、前記送信信号補正情報記憶部が記憶する送信信号補正情報に基づいて補正する送信信号補正部と、
を更に備え、
前記送信信号処理部は、
データの送信先となる前記端末装置に対応した各周波数成分の前記送信ウエイトを前記送信ウエイト記憶部から読み出し、読み出した各周波数成分の送信ウエイトを前記送信信号補正部が補正した周波数成分ごとの信号に対し乗じて複数の前記アンテナ素子から送信する
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A calibration coefficient storage that stores, for each frequency element, a calibration coefficient used for calculating downlink channel information from uplink channel information between the antenna element and the terminal device. And
Each uplink channel information of each frequency component for each of the antenna elements calculated by the uplink channel information acquisition unit for each terminal device is multiplied by a calibration coefficient corresponding to the combination of the antenna element and the frequency component to be down. A downlink channel information calculation unit for calculating channel information in the link;
A transmission weight calculation unit for calculating a transmission weight for spatial multiplexing transmission of each frequency component for each antenna element from channel information of each frequency component for each antenna element in the downlink calculated by the downlink channel information calculation unit When,
A transmission weight storage unit for storing the reception weight calculated by the transmission weight calculation unit;
A transmission signal correction information calculation unit for calculating transmission signal correction information based on the transmission weight calculated by the transmission weight calculation unit and the channel information calculated by the downlink channel information calculation unit;
A transmission signal correction information storage unit for storing transmission signal correction information calculated by the transmission signal correction information calculation unit;
For each of the terminal devices selected as data transmission destinations, a transmission signal processing unit that generates a transmission signal to be transmitted to the terminal device and separates it into signals for each frequency component;
Based on transmission signal correction information stored in the transmission signal correction information storage unit, a signal for each frequency component separated by the transmission signal processing unit corresponding to the terminal device performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component. A transmission signal correction unit for correcting
Further comprising
The transmission signal processing unit
A signal for each frequency component obtained by reading out the transmission weight of each frequency component corresponding to the terminal device as a data transmission destination from the transmission weight storage unit, and correcting the transmission weight of each read frequency component by the transmission signal correction unit. The base station apparatus, wherein the base station apparatus multiplies and transmits from the plurality of antenna elements.
請求項4に記載の基地局装置であって、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行うN(Nは正の整数)局の前記端末装置に対し、第i端末装置(1≦i≦N、iは整数)と該基地局装置が備える複数の前記アンテナ素子との間の前記所定の周波数成分におけるチャネル情報により構成されるダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトルをhDi、該チャネル情報ベクトルに対応した送信ウエイトベクトルをwDiとした際に、
前記送信信号補正部において、
前記送信信号補正情報とは、第jの前記端末装置に対応する第j(1≦j≦N、i≠j、jは整数)と第iの前記端末装置に対応する前記チャネル情報ベクトル及び前記送信ウエイトベクトルのベクトル演算により与えられる値−hDiDj/hDiDiを第(i,j)成分とし且つ対角成分(i=j)は全てゼロで与えられる行列ΔWであり、
ある時刻に所定の周波数成分において同時に空間多重を行う前記端末装置に対応する前記送信信号処理部が分離した周波数成分ごとの信号を成分とする信号ベクトルをTxとおくと、
第0次の初期ベクトルδTx(0)は次式(F)で与えられ、
Figure 0005729833
第k次(0≦k,kは整数)と第(k+1)次のベクトルの間の漸化式は次式(G)で与えられ、
Figure 0005729833
式(G)の漸化式により目標とする次数α次(1≦α、αは整数)までのベクトルを算出した後、ベクトルδTx(0)からベクトルδTx(α)までのベクトル和を算出し、算出されたベクトルを前記補正した周波数成分ごとの信号として前記送信信号処理部に出力する
ことを特徴とする基地局装置。
The base station apparatus according to claim 4, wherein
For the terminal device of N (N is a positive integer) station that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time, the i-th terminal device (1 ≦ i ≦ N, i is an integer) and the base station device When the channel information vector in the downlink configured by the channel information in the predetermined frequency component between the plurality of antenna elements provided is h Di and the transmission weight vector corresponding to the channel information vector is w Di ,
In the transmission signal correction unit,
The transmission signal correction information includes j-th (1 ≦ j ≦ N, i ≠ j, j is an integer) corresponding to the j-th terminal device, the channel information vector corresponding to the i-th terminal device, and The value −h Di w Dj / h Di w Di given by the vector calculation of the transmission weight vector is the matrix (ΔW D ) with the (i, j) component and the diagonal components (i = j) all given by zero,
When a signal vector having a signal for each frequency component separated by the transmission signal processing unit corresponding to the terminal device that performs spatial multiplexing simultaneously at a predetermined frequency component at a certain time is set as Tx,
The zeroth-order initial vector δTx (0) is given by the following equation (F):
Figure 0005729833
The recurrence formula between the k th order (0 ≦ k, k is an integer) and the (k + 1) th order vector is given by the following formula (G):
Figure 0005729833
After calculating the vector up to the target order α order (1 ≦ α, α is an integer) by the recurrence formula of Expression (G), the vector sum from the vector δTx ( 0) to the vector δTx (α) is calculated. The calculated vector is output to the transmission signal processing unit as a signal for each corrected frequency component.
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理ステップと、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得ステップと、
前記アップリンクチャネル情報取得ステップにおいて取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出ステップと、
前記受信ウエイト算出ステップにおいて算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶部に記憶させる受信ウエイト記憶ステップと、
前記受信ウエイト算出ステップで算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得ステップにおいて取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出ステップと、
前記受信信号補正情報算出ステップにおいて算出した受信信号補正情報を受信信号補正情報記憶部に記憶させる受信信号補正情報記憶ステップと、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部に記憶されている前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理ステップと、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理ステップにおいて取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正ステップと、
前記受信信号補正ステップにおいて補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出する信号検出ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
A base station apparatus including a plurality of antenna elements; and a plurality of terminal apparatuses that perform wireless communication with the base station apparatus, wherein the base station apparatus and at least two of the terminal apparatuses are at the same time on the same frequency component. A wireless communication method in a wireless communication system capable of performing spatial multiplexing transmission,
A scheduling process step of selecting a combination of the terminal devices performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component;
Uplink channel information acquisition step for acquiring channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device for each terminal device When,
Based on the channel information in the uplink of each frequency component for each of the terminal devices acquired in the uplink channel information acquisition step or the physical quantity calculated from the channel information, the space in each frequency component for each of the plurality of antenna elements A reception weight calculating step for calculating a reception weight for multiplex transmission;
A reception weight storage step of storing the reception weight calculated in the reception weight calculation step in a reception weight storage unit;
A reception signal correction information calculation step for calculating reception signal correction information based on the reception weight calculated in the reception weight calculation step and the channel information acquired in the uplink channel information acquisition step;
A reception signal correction information storage step for storing the reception signal correction information calculated in the reception signal correction information calculation step in a reception signal correction information storage unit;
For each antenna element, the received signal received from the terminal device via the antenna element is separated for each frequency component, and the received signal for each separated frequency component is stored in the received weight storage unit Reception signal processing for obtaining, for each frequency component, an added synthesized signal obtained by multiplying the received weights of each frequency component corresponding to the frequency component and adding and synthesizing the multiplied signals over all or some of the antenna elements. Steps,
Based on the received signal correction information stored in the received signal correction information storage unit, the added composite signal acquired in the received signal processing step corresponding to the terminal device performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component is corrected. A received signal correction step,
And a signal detection step of detecting a signal transmitted by the terminal device from the signal corrected in the reception signal correction step.
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置を具備し、前記基地局装置と少なくとも2つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するアップリンクチャネル情報取得部と、
前記アップリンクチャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のアップリンクにおけるチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した前記受信ウエイトと、前記アップリンクチャネル情報取得部が取得したチャネル情報とに基づいて、受信信号補正情報を算出する受信信号補正情報算出部と、
前記受信信号補正情報算出部が算出した受信信号補正情報を記憶する受信信号補正情報記憶部と、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号に前記受信ウエイト記憶部から読み出した前記端末装置に対応した各周波数成分の前記受信ウエイトを乗算し、該乗算された信号を全てまたは一部の前記アンテナ素子に亘り加算合成して得られた加算合成信号を周波数成分毎に取得する受信信号処理部と、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置に対応する前記受信信号処理部が取得した加算合成信号を、前記受信信号補正情報記憶部が記憶する受信信号補正情報に基づいて補正する受信信号補正部と、
を備え、
前記受信信号処理部は、
前記受信信号補正部が補正した信号から前記端末装置が送信した信号を検出する
ことを特徴とする無線通信システム。
A base station apparatus including a plurality of antenna elements; and a plurality of terminal apparatuses that perform wireless communication with the base station apparatus, wherein the base station apparatus and at least two of the terminal apparatuses are at the same time on the same frequency component. A wireless communication system capable of performing spatial multiplexing transmission,
The base station device
A scheduling processing unit for selecting a combination of the terminal devices that perform spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component;
An uplink channel information acquisition unit that acquires channel information of each frequency component in the uplink between the terminal device and each of the plurality of antenna elements based on a training signal received from the terminal device for each terminal device When,
Based on the channel information in the uplink of each frequency component for each terminal device acquired by the uplink channel information acquisition unit or the physical quantity calculated from the channel information, the space in each frequency component for each of the plurality of antenna elements A reception weight calculation unit for calculating a reception weight for multiplex transmission;
A reception weight storage unit for storing the reception weight calculated by the reception weight calculation unit;
A reception signal correction information calculation unit that calculates reception signal correction information based on the reception weight calculated by the reception weight calculation unit and the channel information acquired by the uplink channel information acquisition unit;
A reception signal correction information storage unit for storing the reception signal correction information calculated by the reception signal correction information calculation unit;
For each antenna element, the received signal received from the terminal device via the antenna element is separated for each frequency component, and the received signal for each separated frequency component is read from the received weight storage unit. A reception signal processing unit that multiplies the reception weight of each frequency component and adds and combines the multiplied signals over all or some of the antenna elements for each frequency component; ,
Based on the received signal correction information stored in the received signal correction information storage unit, the added combined signal acquired by the received signal processing unit corresponding to the terminal device performing spatial multiplexing transmission at the same time on the same frequency component is corrected. A received signal correction unit,
With
The received signal processor is
A radio communication system, wherein a signal transmitted by the terminal device is detected from a signal corrected by the reception signal correction unit.
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