JP5758264B2 - Mimo channel capacity calculation unit, mimo channel capacity calculation method, and computer program - Google Patents

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JP5758264B2 JP2011227075A JP2011227075A JP5758264B2 JP 5758264 B2 JP5758264 B2 JP 5758264B2 JP 2011227075 A JP2011227075 A JP 2011227075A JP 2011227075 A JP2011227075 A JP 2011227075A JP 5758264 B2 JP5758264 B2 JP 5758264B2
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本発明は、MIMOチャネル容量算出装置、MIMOチャネル容量算出方法、及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention, MIMO channel capacity calculation unit, MIMO channel capacity calculation method, and a computer program.

近年、無線通信システムにおける伝送速度を高速化する技術の一つとして、MIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送技術が知られている。 Recently, the transmission rate in a wireless communication system as a technology to speed, MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission technique is known. MIMO伝送技術では、複数の送信アンテナから複数の受信アンテナへ、同一周波数上で複数のストリームを同時に伝送する。 In MIMO techniques, from a plurality of transmit antennas to multiple receive antennas simultaneously transmit multiple streams on the same frequency. MIMO伝送技術を利用した無線通信システム(以下、MIMOシステムと称する)では、送信機(例えば基地局)は同一周波数上で複数のストリームを複数の送信アンテナから送信する。 Wireless communication system using a MIMO transmission technique (hereinafter, MIMO system hereinafter), a transmitter (e.g. base station) transmits a plurality of streams on the same frequency from the plurality of transmitting antennas. そして、受信機(例えば携帯端末)は、該送信機から送信された複数のストリームを複数の受信アンテナで受信し、該受信信号から複数のストリームを分離する処理を行う。 The receiver (e.g., mobile terminal) receives a plurality of streams transmitted from the transmitter at a plurality of receiving antennas, it performs a process of separating a plurality of streams from the received signal.

従来の電波伝搬シミュレータにおいて、MIMOシステムのエリアを評価する場合、まず、例えばレイトレース法に基づき、MIMOシステムで設置した複数のアンテナから送信されたレイをトレースし、受信点に到達したレイを複素振幅加算して得られる送信アンテナと受信アンテナのペア毎の受信電界強度からMIMOシステムのチャネル行列を求める。 In the conventional radio wave propagation simulator, when evaluating the area of ​​the MIMO system, first, for example based on the ray tracing method, tracing a ray transmitted from a plurality of antennas installed in MIMO systems, complex rays reaching the receiving point obtaining a channel matrix of the MIMO system from the reception electric field intensity for each pair of transmit and receive antennas obtained by amplitude addition. 次いで、チャネル行列を特異値分解して固有値を算出し、算出した固有値を使ってシャノン式からMIMOシステムのチャネル容量を求めていた(例えば非特許文献1参照)。 Then, to calculate the eigenvalues ​​and singular value decomposition of the channel matrix, it had sought channel capacity of a MIMO system from the Shannon formula using the calculated eigenvalues ​​(for example, see Non-Patent Document 1).

送信アンテナ数がn であり且つ受信アンテナ数がn であるMIMOシステム(以下、n ×n MIMOシステムと称する)におけるチャネル容量(C[bps/Hz])は、シャノンの定理を用いて、以下の式(1)で表すことができる(例えば非特許文献2参照)。 MIMO System Number Received transmit antennas is n T and the antenna is n R (hereinafter, n T × n R MIMO system hereinafter) channels in capacity (C [bps / Hz]) is used Shannon theorem Te can be represented by the following formula (1) (for example, see non-Patent Document 2).

γは受信アンテナの平均SNR(signal-to-noise-ratio)である。 The γ is the average SNR of the receiving antennas (signal-to-noise-ratio). Hはn ×n MIMOシステムにおけるチャネル応答行列である。 H is the channel response matrix in the n T × n R MIMO system. nRは、受信アンテナ数×受信アンテナ数の単位行列である。 I nR is the number of receive antennas × the number of receiving antennas of the unit matrix. は送信アンテナ数である。 n T is the number of transmit antennas. は受信アンテナ数である。 n R is the number of receive antennas.

式(1)は、式の変形によって式(2)となる。 Equation (1) becomes Equation (2) by deformation of the formula.

但し、λ は、チャネル応答行列Hを特異値分解して得られるi番目の固有値である。 However, lambda i is the i-th eigenvalue obtained by singular value decomposition of the channel response matrix H.

したがって、式(2)を用いてn ×n MIMOシステムのチャネル容量Cを算出する場合には、固有値演算を行う必要がある。 Therefore, when calculating the n T × n channel capacity C of the R MIMO system using equation (2), it is necessary to perform eigenvalue calculation.

一方、非特許文献3には、送信アンテナ毎の受信電力差を用いて2×2MIMOシステムのチャネル容量を算出する技術が開示されている。 On the other hand, Non-Patent Document 3, a technique for calculating a channel capacity of 2 × 2 MIMO system using the received power difference for each transmission antenna is disclosed. 非特許文献3に記載の従来技術では、送信アンテナ間の受信電力差(ΔG[dB])を用いて、実験結果から求めた電力差と固有値比(k)の関係式「10×LOG(k)=−ΔG[dB]」により、電力差から固有値比を推定している。 In the prior art described in Non-Patent Document 3, the received power difference between the transmission antennas using the (ΔG [dB]), the relational expression "10 × LOG (k power difference obtained from the experimental results and the eigenvalue ratio (k) ) = - by .DELTA.G [dB] "it is estimated eigenvalue ratio from power difference. そして、求めた固有値比(k)と受信アンテナの平均SNR(γ[dB])を用いて、式(3)により2×2MIMOシステムのチャネル容量(C[bps/Hz])を算出している。 Then, using the calculated eigenvalues ​​ratio (k) and the receiving antenna average SNR (gamma [dB]), calculates the channel capacity of 2 × 2 MIMO system (C [bps / Hz]) by the equation (3) .

この非特許文献3に記載の従来技術によれば、固有値演算を行う必要がない。 According to the prior art described in Non-Patent Document 3, there is no need to perform eigenvalue calculation.

しかし、上述した非特許文献1,2の従来技術では、固有値演算を必要とするため、計算量が多いという課題がある。 However, in prior art Non-Patent Documents 1 and 2 described above, requires a unique value calculation, there is a problem that the calculation amount is large.

又、上述した非特許文献3の従来技術では、送信アンテナ間の相関が高い電波伝搬環境では、チャネル容量の算出精度が劣化するという課題がある。 Further, in the prior art non-patent document 3 described above, the correlation is high radio wave propagation environment between the transmitting antennas, there is a problem that the calculation accuracy of the channel capacity is deteriorated. これは、固有値比が受信電力差だけではなく、送信アンテナ間の相関にも依存するためである。 This is not the eigenvalue ratio only received power difference is also depends on the correlation between the transmit antennas. このため、送信アンテナ間の相関が大きく変動する電波伝搬環境において、非特許文献3の従来技術を適用すると、固有値比の推定誤差が大きくなり、この結果として算出されるチャネル容量の精度も劣化するという問題がある。 Therefore, in the radio wave propagation environment where correlation between transmit antennas varies greatly, applying the prior art non-patent document 3, the estimation error of the eigenvalue ratios is increased, also deteriorates the accuracy of the channel capacity is calculated as a result there is a problem in that.

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、2×2MIMOシステムのチャネル容量を算出する際に、送信アンテナ毎の受信電力差と送信アンテナ間の相関値とを用いることにより、チャネル容量の算出精度の向上を図ることができる、MIMOチャネル容量算出装置、MIMOチャネル容量算出方法、及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, when calculating the channel capacity of 2 × 2 MIMO system, by using a correlation value between transmit antennas and the received power difference for each transmission antenna, it is possible to improve the calculation accuracy of channel capacity, the MIMO channel capacity calculation unit, and to provide a MIMO channel capacity calculation method, and a computer program.

上記の課題を解決するために、本発明に係るMIMOチャネル容量算出装置は、送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出装置において、送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出部と、前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて受信電力差を算出する受信電力差算出部と、前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出部と、前記受信電力差算出部が算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出部が算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムのチャネル応答行列を特異値分解して得られる2 In order to solve the above problems, the MIMO channel capacity calculation device according to the present invention, the MIMO channel capacity calculation unit number of the transmission antenna is 2 and is and the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2, a reception electric field calculation unit for calculating a reception field from the transmitting antenna to the receiving antenna for each pair of transmit and receive antennas, the received power difference calculation for calculating a reception power difference using the received electric field in which the received electric field calculation unit has calculated parts and the a reception field calculator antenna correlation calculation unit for calculating a correlation value between transmit antennas using the received electric field calculated, the received power difference received power difference calculating unit has calculated the correlation between the antennas calculator 2 but by using the correlation value between the calculated transmission antenna, obtained by singular value decomposition of the channel response matrix of the MIMO system の固有値の比を推定する固有値比推定部と、前記固有値比推定部が算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、を備えたことを特徴とする。 And eigenvalues ​​ratio estimation unit for estimating a ratio of eigenvalues ​​of the eigenvalue ratio the eigenvalue ratio estimation unit is calculated using the average SNR of the MIMO system, comprising a channel capacity calculation unit for calculating a channel capacity, the it is characterized in.

本発明に係るMIMOチャネル容量算出装置において、各受信電力差に対応する送信アンテナ間相関値と固有値比の近似式を前記固有値比推定部に備え、前記固有値比推定部は、前記受信電力差算出部が算出した受信電力差に対応する前記近似式を用いて、前記アンテナ間相関算出部が算出した送信アンテナ間相関値に対応する固有値比を算出する、ことを特徴とする。 In MIMO channel capacity calculation apparatus according to the present invention comprises an approximate expression of the transmit antenna correlation value and eigenvalue ratio corresponding to each received power difference to the eigenvalue ratio estimation unit, the eigenvalue ratio estimation unit calculates the reception power difference parts are by using the approximate expression corresponding to the received power difference calculated, the inter-antenna correlation calculating unit calculates the eigenvalue ratio corresponding to the correlation value between the calculated transmission antennas, characterized in that.

本発明に係るMIMOチャネル容量算出装置において、前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて平均SNRを算出する平均SNR算出部を備えたことを特徴とする。 In MIMO channel capacity calculation apparatus according to the present invention, characterized by comprising an average SNR calculation unit for calculating an average SNR by using the received electric field in which the received electric field calculation unit is calculated.

本発明に係るMIMOチャネル容量算出方法は、送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出方法において、送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出ステップと、前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて受信電力差を算出する受信電力差算出ステップと、前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出ステップと、前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムのチャネル応答行列を特異値分解 MIMO channel capacity calculation method according to the present invention is the number of transmission antennas is 2 in and MIMO channel capacity calculation method the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2, each pair of transmit and receive antennas a reception electric field calculating step of calculating a reception field to the receiving antenna from the transmitting antenna, the received power difference calculation step of calculating a reception power difference using the received electric field calculated by the received field calculating step, in the received electric field calculating step a correlation calculation step between antennas of calculating a correlation value between transmit antennas by using the calculated reception electric field, a transmitting antenna correlation value calculated by the inter-antenna correlation calculating step and the received power difference calculated by the received power difference calculating step using singular value decomposition of the channel response matrix of the MIMO system て得られる2個の固有値の比を推定する固有値比推定ステップと、前記固有値比推定ステップで算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出ステップと、を含むことを特徴とする。 Two eigenvalues ​​ratio estimating step of estimating the ratio of eigenvalues, eigenvalues ​​ratio calculated by the eigenvalue ratio estimating step, by using the average SNR of the MIMO system, the channel capacity calculation step of calculating the channel capacity obtained Te characterized in that it comprises a and.

本発明に係るコンピュータプログラムは、送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出処理を行うためのコンピュータプログラムであって、送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出ステップと、前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて受信電力差を算出する受信電力差算出ステップと、前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出ステップと、前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムの A computer program according to the present invention is a computer program for performing MIMO channel capacity calculation process number of the transmission antenna is 2 and is and the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2, transmission and reception antennas a reception electric field calculating step of calculating the received electric field of each antenna pair from the transmitting antenna to the receiving antenna, the received power difference calculation step of calculating a reception power difference using the received electric field calculated by the received field calculating step, wherein a correlation calculation step between antennas of calculating a correlation value between transmit antennas by using the received electric field calculated by the received field calculating step, transmission calculated by the antenna correlation calculation step and the received power difference calculated by the received power difference calculating step by using the correlation value between the antennas of the MIMO system ャネル応答行列を特異値分解して得られる2個の固有値の比を推定する固有値比推定ステップと、前記固有値比推定ステップで算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出ステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。 By using the eigenvalue ratio estimating step of estimating a ratio of two eigenvalues ​​obtained by singular value decomposition of the Yaneru response matrix, and the eigenvalue ratio calculated by the eigenvalue ratio estimating step, an average SNR of the MIMO system, channel characterized in that it is a computer program for executing a channel capacity calculation step of calculating the volume, to the computer.
これにより、前述のMIMOチャネル容量算出装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。 Thereby, as aforementioned MIMO channel capacity calculation device can be realized using a computer.

本発明によれば、送信アンテナ毎の受信電力差と送信アンテナ間の相関値とを用いて2×2MIMOシステムのチャネル容量を算出することにより、チャネル容量の算出精度の向上を図ることができる。 According to the present invention, by calculating the channel capacity of 2 × 2 MIMO system by using the correlation value between transmit and receive power difference for each transmission antenna antennas, it is possible to improve the calculation accuracy of the channel capacity. 又、固有値演算を行う必要がないので、計算量を削減することができる。 In addition, it is not necessary to perform the eigenvalue calculation, it can reduce the calculation amount.

本発明の一実施形態に係るMIMOチャネル容量算出装置1の構成を示すブロック図である。 Is a block diagram showing the configuration of a MIMO channel capacity calculation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 送信アンテナ間相関値(ρ)と受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係の例である。 It is an example of a relationship between transmission antennas correlation value ([rho) and the reception power difference (ΔG [dB]) and the eigenvalue ratio (k). 各受信電力差(ΔG[dB])における、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)の関係の例である。 At each received power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) and the eigenvalue ratio; an example of the relationship between the (k true value). 本発明に係る効果を説明するための表である。 It is a table for explaining the effect of the present invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described.
図1は、本発明の一実施形態に係るMIMOチャネル容量算出装置1の構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a MIMO channel capacity calculation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. MIMOチャネル容量算出装置1は、2×2MIMOシステムのチャネル容量を算出する装置である。 MIMO channel capacity calculation device 1 is a device for calculating a channel capacity of 2 × 2 MIMO system.

図1において、MIMOチャネル容量算出装置1は、受信電界算出部2と受信電力差算出部3と平均SNR算出部4とアンテナ間相関算出部5と固有値比推定部6とチャネル容量算出部7とを有する。 In Figure 1, MIMO channel capacity calculation device 1 includes a reception electric field calculation portion 2 and the reception power difference calculator 3 and the average SNR calculation section 4 and the inter-antenna correlation calculating unit 5 and the eigenvalue ratio estimation unit 6 and the channel capacity calculation unit 7 having.

受信電界算出部2は、送信アンテナと受信アンテナのペア毎に、送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する。 Reception field calculation portion 2, for each pair of transmit and receive antennas, calculates the reception field to the receiving antenna from the transmitting antenna. この受信電界の算出には公知の方法を利用することができる。 The calculation of the received electric field can be used a known method. 公知の受信電界算出方法としては、例えば、レイトレースシミュレーションが知られている。 Known reception field calculation method, for example, ray trace simulation is known. レイトレースシミュレーションを利用する場合、受信電界算出部2には、レイトレースシミュレーションに必要な入力データとして、2×2MIMOシステム周辺の建物の情報と、送信アンテナ及び受信アンテナの設置位置の情報と、アンテナパターン等のアンテナパラメータと、送信出力の情報と、ノイズレベルとが入力される。 When utilizing ray trace simulation, the received electric field calculation portion 2, as the input data required for the ray trace simulation, and 2 × 2 MIMO near system building information, and information of the installation position of the transmitting and receiving antennas, antenna antenna characteristics such as a pattern, and transmission power information, and the noise level is inputted.

受信電力差算出部3は、受信電界算出部2が算出した受信電界を用いて、式(4)により、受信電力差(ΔG[dB])を算出する。 Received power difference calculating section 3 uses the reception electric field received electric field calculation portion 2 is calculated by the equation (4), calculates the reception power difference (ΔG [dB]).

但し、h 1,1は、第1の送信アンテナから第1の受信アンテナへの受信電界である。 However, h 1, 1 is a reception field from the first transmitting antenna to the first receiving antenna. 1,2は、第2の送信アンテナから第1の受信アンテナへの受信電界である。 h 1,2 is the received electric field from the second transmitting antenna to the first receiving antenna. 2,1は、第1の送信アンテナから第2の受信アンテナへの受信電界である。 h 2,1 is the received electric field from the first transmitting antenna to the second receiving antenna. 2,2は、第2の送信アンテナから第2の受信アンテナへの受信電界である。 h 2, 2 is the received electric field from the second transmitting antenna to the second receiving antenna.

平均SNR算出部4は、受信電界算出部2が算出した受信電界を用いて、式(5)により、平均SNR(γ[dB])を算出する。 The average SNR calculation section 4 uses the received electric field of the received electric field calculation portion 2 is calculated by the equation (5), calculates an average SNR (gamma [dB]).

但し、Nは熱雑音電力である。 However, N represents a thermal noise power.

なお、本実施形態では平均SNR算出部4を備えて2×2MIMOシステムの平均SNRを算出するが、2×2MIMOシステムの平均SNRを別に求めてMIMOチャネル容量算出装置1へ入力するようにしてもよい。 In the present exemplary embodiment calculates the average SNR of the 2 × 2 MIMO system includes an average SNR calculation section 4, be input into the MIMO channel capacity calculation device 1 separately determine the average SNR of the 2 × 2 MIMO system good.

アンテナ間相関算出部5は、受信電界算出部2が算出した受信電界を用いて、式(6)により、送信アンテナ間の相関値(ρ)を算出する。 Antenna correlation calculation unit 5 uses the received electric field of the received electric field calculation portion 2 is calculated by the equation (6), calculates the correlation value between transmit antennas ([rho).

固有値比推定部6は、受信電力差算出部3が算出した受信電力差(ΔG[dB])と、アンテナ間相関算出部5が算出した送信アンテナ間相関値(ρ)とを用いて、固有値比(k)を推定する。 Eigenvalue ratio estimation unit 6, the received power difference is the received power difference calculating unit 3 and the calculated (ΔG [dB]), by using the transmit antenna correlation value between antennas correlation calculating unit 5 is calculated ([rho), the eigenvalues to estimate the ratio (k). この固有値比(k)の推定方法については後述する。 It will be described later estimation method of eigenvalue ratio (k). なお、固有値比(k)は、2×2MIMOシステムのチャネル応答行列Hを特異値分解して得られる2個の固有値(λ 、λ )の比である。 Incidentally, the eigenvalue ratio (k) is two eigenvalues obtained by singular value decomposition of the channel response matrix H of the 2 × 2 MIMO system (lambda 1, lambda 2) is the ratio of the.

チャネル容量算出部7は、固有値比推定部6が算出した固有値比(k)と、平均SNR算出部4が算出した平均SNR(γ[dB])とを用いて、式(7)により、チャネル容量(C[bps/Hz])を算出する。 Channel capacity calculation unit 7 uses the eigenvalue ratio eigenvalue ratio estimation portion 6 is calculated as (k), the average SNR of the average SNR calculation section 4 is calculated (gamma [dB]) and by the equation (7), the channel calculating the capacitance (C [bps / Hz]). 但し、固有値比(k)は、第1の固有値(λ )に対する第2の固有値(λ )の比である(λ ≧λ )。 However, the eigenvalue ratio (k) is the ratio of the second eigenvalue for the first eigenvalue (λ 1) (λ 2) (λ 1 ≧ λ 2).

チャネル容量算出部7は、算出したチャネル容量(C[bps/Hz])を出力する。 Channel capacity calculation unit 7 outputs the calculated channel capacity (C [bps / Hz]).

次に、本実施形態に係る固有値比(k)の推定方法を説明する。 Next, a method of estimating the eigenvalues ​​ratio according to the present embodiment (k). 固有値比推定部6は、送信アンテナ間相関値(ρ)を用いて固有値比(k)を算出するための算出式を有する。 Eigenvalue ratio estimator 6 includes a calculation formula for calculating the eigenvalue ratio (k) using transmit antenna correlation value ([rho). この固有値比算出式は、受信電力差(ΔG[dB])に応じたものがそれぞれ事前に準備される。 The eigenvalue ratio calculation formula are those corresponding to the received power difference (ΔG [dB]) is prepared in advance, respectively.

固有値比推定部6は、受信電界算出部2が算出した受信電力差(ΔG[dB])に応じて、該当する固有値比算出式を選択する。 Eigenvalue ratio estimation unit 6, in response to receiving the received power difference field calculating unit 2 is calculated (ΔG [dB]), selects the relevant eigenvalue ratio calculation formula. 次いで、固有値比推定部6は、選択した固有値比算出式と、アンテナ間相関算出部5が算出した送信アンテナ間相関値(ρ)とを用いて、固有値比(k)を算出する。 Then, the eigenvalue ratio estimation unit 6, by using the eigenvalue ratio calculation formula selected, the inter-antenna correlation calculating unit 5 calculates the transmit antenna correlation value and the ([rho), calculated eigenvalue ratio (k).

次に、固有値比算出式の作成方法を説明する。 Next, a method of creating the eigenvalue ratio calculating equation. まず、2×2MIMOシステムの伝送測定を行って、送信アンテナ間相関値(ρ)と受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係を取得する。 First, 2 × 2 MIMO by performing transmission measurements of the system, transmit antenna correlation value ([rho) and the reception power difference (ΔG [dB]) and acquires the relationship between the eigenvalue ratio (k). 2×2MIMOシステムの伝送測定の方法としては、実験または計算機シミュレーションである。 As a method for transmission measurements of 2 × 2 MIMO system, an experimental or computer simulation. 図2は、実験値から得られた、送信アンテナ間相関値(ρ)と受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係の例である。 Figure 2 was obtained from the experimental value, an example of a relationship between transmission antennas correlation value ([rho) and the reception power difference (ΔG [dB]) and the eigenvalue ratio (k). ここで、固有値比(k[dB])は、2×2MIMOシステムのチャネル応答行列Hから2個の固有値(λ 、λ )を算出し、第1の固有値(λ )に対する第2の固有値(λ )の比である(λ ≧λ )。 Here, the eigenvalue ratio (k [dB]), the two eigenvalues from the channel response matrix H of the 2 × 2 MIMO system (lambda 1, lambda 2) calculating a first characteristic value (lambda 1) to the second is the ratio of eigenvalues (λ 2) (λ 1 ≧ λ 2).

図2において、○印で示される部分は、送信アンテナ間相関値(ρ)が0である場合の、受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係である。 2, portions indicated by ○ marks is the relationship of Tx antennas correlation value ([rho) is zero, the received power difference (ΔG [dB]) and the eigenvalue ratio (k). 他の部分は、それぞれに、送信アンテナ間相関値(ρ)が「0<ρ≦0.3」である場合、送信アンテナ間相関値(ρ)が「0.3<ρ≦0.6」である場合、送信アンテナ間相関値(ρ)が「0.6<ρ≦0.8」である場合、送信アンテナ間相関値(ρ)が「0.8<ρ」である場合、の受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係である。 Other portions are each, when the transmission antenna correlation value ([rho) is "0 <ρ ≦ 0.3", transmission antenna correlation value ([rho) is "0.3 <ρ ≦ 0.6" If it is, when the transmission antenna correlation value ([rho) is "0.6 <ρ ≦ 0.8", if the transmission antenna correlation value ([rho) is "0.8 <[rho", the reception of the relationship of the power difference (ΔG [dB]) and the eigenvalue ratio (k).

図2に示されるように、送信アンテナ間相関値(ρ)が大きくなるにつれて、固有値比(k)は劣化する。 As shown in FIG. 2, as the transmission antenna correlation value ([rho) becomes large, the eigenvalue ratio (k) is degraded.

次いで、2×2MIMOシステムの伝送測定から得られた「送信アンテナ間相関値(ρ)と受信電力差(ΔG[dB])と固有値比(k)の関係」、例えば図2に示される関係から、受信電力差(ΔG[dB])毎に、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)との関係を求める。 Then, 2 × 2 MIMO transmission obtained from measurements of the system "transmit antennas correlation value ([rho) and the reception power difference (ΔG [dB]) and the relationship of the eigenvalue ratio (k)", from the relationship shown in FIG. 2, for example for each received power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) eigenvalue ratio; determining the relationship between the (k true value). 図3は、各受信電力差(ΔG[dB])における、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)の関係の例である。 3, in each received power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) and the eigenvalue ratio; an example of the relationship between the (k true value).

次いで、受信電力差(ΔG[dB])毎に、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)との近似関係を表す近似式を求める。 Then, for each of the reception power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) eigenvalue ratio; determining an approximate expression representing the approximate relationship between the (k true value).

図3の例において、各受信電力差(ΔG[dB])における、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)の近似式の例を以下に示す。 In the example of FIG. 3, at each received power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) and the eigenvalue ratio; shows an example of approximate expression (k true value) below.
受信電力差(ΔG[dB])が0の場合、近似式は、 If the received power difference (ΔG [dB]) is 0, the approximation equation,
k=0.4204ρ −1.2835ρ+0.8658 k = 0.4204ρ 2 -1.2835ρ + 0.8658
である。 It is.
受信電力差(ΔG[dB])が10の場合、近似式は、 If the received power difference (ΔG [dB]) is 10, the approximation equation,
k=−0.0586ρ −0.0668ρ+0.1254 k = -0.0586ρ 2 -0.0668ρ + 0.1254
である。 It is.
受信電力差(ΔG[dB])が15の場合、近似式は、 If the received power difference (ΔG [dB]) is 15, the approximation equation,
k=−0.0338ρ −0.0011ρ+0.0344 k = -0.0338ρ 2 -0.0011ρ + 0.0344
である。 It is.

このようにして事前に得られた「各受信電力差(ΔG[dB])に対応する、送信アンテナ間相関値(ρ)と固有値比(k;真値)の近似式」を、固有値比推定部6に備える。 Thus obtained pre-set to "corresponding to the received power difference (ΔG [dB]), the transmitting antenna correlation value ([rho) and the eigenvalue ratio; approximate expression (k true value)", and the eigenvalues ​​ratio estimation prepare for the part 6. 固有値比推定部6は、その近似式を用いて、固有値比(k)を算出する。 Eigenvalue ratio estimation unit 6, by using the approximate expression is calculated eigenvalue ratio (k).

図4は、本発明に係る効果を説明するための表である。 Figure 4 is a table showing the effect of the present invention. 図4には、2×2MIMOシステムのチャネル容量[bps/Hz]として、固有値演算を用いて算出された理論値、非特許文献3に記載の従来技術を用いて算出された値、及び本実施形態を用いて算出された値が示されている。 4 shows, as a channel capacity of 2 × 2 MIMO system [bps / Hz], the calculated theoretical value with the eigenvalue calculation, the calculated value by using the conventional technique described in Non-Patent Document 3, and present value calculated using the embodiment is shown. 図4には、受信電力差[dB]が9〜10の範囲、及び14〜15の範囲における、各値が示されている。 4 shows a range of the received power difference [dB] is 9-10, and in the range of 14 to 15, each value is shown. 図4から明らかなように、従来技術に比べて本発明はチャネル容量の算出精度が向上している。 As apparent from FIG. 4, the present invention over the prior art is improved calculation accuracy of the channel capacity.

上述したように本実施形態によれば、送信アンテナ毎の受信電力差と送信アンテナ間の相関値とを用いて2×2MIMOシステムのチャネル容量を算出することにより、チャネル容量の算出精度の向上を図ることができる。 According to the present embodiment as described above, by calculating the channel capacity of 2 × 2 MIMO system using the received power difference for each transmission antenna and the correlation value between transmit antennas, to improve the calculation accuracy of channel capacity it is possible to achieve. これにより、電波伝搬路の影響によりチャネル容量の算出精度が劣化することを防ぐことが可能となる。 Thus, the calculation accuracy of the channel capacity becomes possible to prevent the deterioration due to the influence of radio wave propagation path. 又、固有値演算を行う必要がないので、計算量を削減することができる。 In addition, it is not necessary to perform the eigenvalue calculation, it can reduce the calculation amount.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Have been described above in detail with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention, the specific configuration is not limited to this embodiment, design changes without departing from the scope of the present invention are also included.

また、図1に示すMIMOチャネル容量算出装置1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、MIMOチャネル容量算出処理を行ってもよい。 Moreover, by recording the program a computer-readable recording medium for realizing the functions of the MIMO channel capacity calculation apparatus 1 shown in FIG. 1, to read the program recorded in this recording medium into a computer system, performing the may be carried out MIMO channel capacity calculation process. 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ェアを含むものであってもよい。 Here, the term "computer system", may include an OS and hardware such as peripheral devices.
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。 In addition, the "computer system" is, in the case you are using the WWW system, a homepage providing environment (or display environment) is also included.
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、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disk)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。 The "computer-readable recording medium", a flexible disk, a magneto-optical disk, ROM, a writable nonvolatile memory such as a flash memory, DVD (Digital Versatile Disk) a portable medium such as, integrated in the computer system that refers to a storage device such as a hard disk.

さらに「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(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))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。 Furthermore, the "computer-readable recording medium" may be volatile memory (e.g. DRAM (Dynamic in a computer system serving as a server or a client when the program via a communication line such as a network or a telephone line such as the Internet is transmitted as in the Random Access Memory)), and also includes those that holds the program for a certain time.
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。 Further, the program from a computer system storing the program in a storage device or the like via a transmission medium or may be transmitted to another computer system by a transmission wave in the transmission medium. 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。 Here, "transmission medium" for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as the Internet or a network (communication network), a telephone line communication circuit (communication line) such as.
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。 Further, the program may be one for implementing part of the above functions. さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすで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。 Furthermore, what can be achieved in combination with a program already recorded in the above-described functions in the computer system may be a so-called differential file (differential program).

1…MIMOチャネル容量算出装置、2…受信電界算出部、3…受信電力差算出部、4…平均SNR算出部、5…アンテナ間相関算出部、6…固有値比推定部、7…チャネル容量算出部 1 ... MIMO channel capacity calculation unit, 2 ... reception field calculator, 3 ... reception power difference calculation unit, 4 ... average SNR calculating section, the correlation calculating unit between 5 ... antenna, 6 ... eigenvalue ratio estimation unit, 7 ... channel capacity calculation part

Claims (4)

  1. 送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出装置において、 In MIMO channel capacity calculation unit number of the transmission antenna is 2 and is and the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2,
    送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出部と、 A reception electric field calculation unit for calculating a reception field to the receiving antenna from the transmitting to each pair of the transmitting and receiving antennas antennas,
    前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第1の送信アンテナから受信する受信電力と、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第2の送信アンテナから受信する受信電力との差を表す受信電力差を算出する受信電力差算出部と、 Using the received electric field in which the received electric field calculation unit is calculated, the first receiving antenna and the received power received from the first transmission antenna and the second receiving antenna, a first receiving antenna and the second receiving antenna received power difference calculating unit that calculates a reception power difference representing the difference between the received power received from the second transmit antenna and,
    前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出部と、 An antenna correlation calculation unit for calculating a correlation value between transmit antennas by using the received electric field of the received electric field calculation unit is calculated,
    前記受信電力差算出部が算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出部が算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムのチャネル応答行列を特異値分解して得られる2個の固有値の比を推定する固有値比推定部と、 Using a transmitting antenna correlation value, wherein the inter-antenna correlation calculation unit and the reception power difference which the reception power difference calculating unit has calculated is calculated, two obtained by singular value decomposition of the channel response matrix of the MIMO system and eigenvalues ​​ratio estimation unit for estimating a ratio of eigenvalues,
    前記固有値比推定部が算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、を備えたMIMOチャネル容量算出装置であり、 And eigenvalues ratio the eigenvalue ratio estimation unit is calculated using the average SNR of the MIMO system, a MIMO channel capacity calculation device provided with a channel capacity calculation unit for calculating a channel capacity,
    各受信電力差に対応する送信アンテナ間相関値と固有値比の近似式を前記固有値比推定部に備え、 The approximate expression of the transmit antenna correlation value and eigenvalue ratio corresponding to each received power difference provided to the eigenvalue ratio estimation unit,
    前記固有値比推定部は、前記受信電力差算出部が算出した受信電力差に対応する前記近似式を用いて、前記アンテナ間相関算出部が算出した送信アンテナ間相関値に対応する固有値比を算出する、 The eigenvalue ratio estimating unit calculates an eigenvalue ratio the received power difference calculation unit by using the approximate expression corresponding to the received power difference calculated, corresponds to a transmit antenna correlation value, wherein the inter-antenna correlation calculation unit has calculated to,
    ことを特徴とするMIMOチャネル容量算出装置。 MIMO channel capacity calculation apparatus characterized by.
  2. 前記受信電界算出部が算出した受信電界を用いて平均SNRを算出する平均SNR算出部を備えたことを特徴とする請求項1に記載のMIMOチャネル容量算出装置。 MIMO channel capacity calculating apparatus according to claim 1, characterized in that with an average SNR calculation unit for calculating an average SNR by using the received electric field in which the received electric field calculation unit is calculated.
  3. 送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出方法において、 In MIMO channel capacity calculation method the number of transmitting antennas is 2 and is and the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2,
    送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出ステップと、 A reception electric field calculating step of calculating a reception field to the receiving antenna from the transmitting to each pair of the transmitting and receiving antennas antennas,
    前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第1の送信アンテナから受信する受信電力と、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第2の送信アンテナから受信する受信電力との差を表す受信電力差を算出する受信電力差算出ステップと、 Using the received electric field calculated by the received field calculating step, a first reception antenna and a reception power received from a first transmit antenna and the second receiving antenna, a first receiving antenna and the second receiving antenna a reception power difference calculation step of calculating a reception power difference representing the difference between the received power received from the second transmit antenna and,
    前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出ステップと、 A correlation calculation step between antennas of calculating a correlation value between transmit antennas by using the received electric field calculated by the received field calculating step,
    前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムのチャネル応答行列を特異値分解して得られる2個の固有値の比を推定する固有値比推定ステップと、 Using a transmitting antenna correlation value calculated by the inter-antenna correlation calculating step and the received power difference calculated by the received power difference calculation step, the two obtained by singular value decomposition of the channel response matrix of the MIMO system and eigenvalues ​​ratio estimating step of estimating a ratio of eigenvalues,
    前記固有値比推定ステップで算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出ステップと、を含み、 Eigenvalues ratio calculated by the eigenvalue ratio estimating step, by using the average SNR of the MIMO system, seen including a channel capacity calculation step of calculating the channel capacity, and
    前記固有値比推定ステップにおいて、各受信電力差に対応する送信アンテナ間相関値と固有値比の近似式のうち前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差に対応する近似式を用いて、前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値に対応する固有値比を算出する、 In the eigenvalue ratio estimating step, by using an approximation formula corresponding to the received power difference calculated by the received power difference calculation step of approximate expression of the transmitting antenna correlation value and eigenvalue ratio corresponding to each received power difference, the antenna calculating the eigenvalues ratio corresponding to the transmission antenna correlation value calculated between the correlation calculation step,
    ことを特徴とするMIMOチャネル容量算出方法。 MIMO channel capacity calculation method characterized by.
  4. 送信アンテナ数が2であり且つ受信アンテナ数が2であるMIMOシステムにおけるチャネル容量を算出するMIMOチャネル容量算出処理を行うためのコンピュータプログラムであって、 A computer program for performing MIMO channel capacity calculation process number of the transmission antenna is 2 and is and the number of receiving antennas to calculate the channel capacity in a MIMO system is 2,
    送信アンテナと受信アンテナのペア毎に送信アンテナから受信アンテナへの受信電界を算出する受信電界算出ステップと、 A reception electric field calculating step of calculating a reception field to the receiving antenna from the transmitting to each pair of the transmitting and receiving antennas antennas,
    前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第1の送信アンテナから受信する受信電力と、第1の受信アンテナと第2の受信アンテナとで第2の送信アンテナから受信する受信電力との差を表す受信電力差を算出する受信電力差算出ステップと、 Using the received electric field calculated by the received field calculating step, a first reception antenna and a reception power received from a first transmit antenna and the second receiving antenna, a first receiving antenna and the second receiving antenna a reception power difference calculation step of calculating a reception power difference representing the difference between the received power received from the second transmit antenna and,
    前記受信電界算出ステップで算出した受信電界を用いて送信アンテナ間相関値を算出するアンテナ間相関算出ステップと、 A correlation calculation step between antennas of calculating a correlation value between transmit antennas by using the received electric field calculated by the received field calculating step,
    前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差と前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値とを用いて、前記MIMOシステムのチャネル応答行列を特異値分解して得られる2個の固有値の比を推定する固有値比推定ステップと、 Using a transmitting antenna correlation value calculated by the inter-antenna correlation calculating step and the received power difference calculated by the received power difference calculation step, the two obtained by singular value decomposition of the channel response matrix of the MIMO system and eigenvalues ​​ratio estimating step of estimating a ratio of eigenvalues,
    前記固有値比推定ステップで算出した固有値比と、前記MIMOシステムの平均SNRとを用いて、チャネル容量を算出するチャネル容量算出ステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであり、 Eigenvalues ratio calculated by the eigenvalue ratio estimating step, by using the average SNR of the MIMO system, a computer program for executing a channel capacity calculation step of calculating the channel capacity, to a computer,
    前記固有値比推定ステップにおいて、各受信電力差に対応する送信アンテナ間相関値と固有値比の近似式のうち前記受信電力差算出ステップで算出した受信電力差に対応する近似式を用いて、前記アンテナ間相関算出ステップで算出した送信アンテナ間相関値に対応する固有値比を算出する、 In the eigenvalue ratio estimating step, by using an approximation formula corresponding to the received power difference calculated by the received power difference calculation step of approximate expression of the transmitting antenna correlation value and eigenvalue ratio corresponding to each received power difference, the antenna calculating the eigenvalues ratio corresponding to the transmission antenna correlation value calculated between the correlation calculation step,
    コンピュータプログラム。 Computer program.
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