JP5777092B2 - Wireless communication device, wireless transmission system, and wireless transmission method - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信装置、無線伝送システム及び無線伝送制御方法に関するものである。 The present invention relates to a wireless communication device, a wireless transmission system, and a wireless transmission control method.
従来、複数のアンテナでデータの送受信を行なうMIMO(Multi Input Multi Output)無線伝送方式が知られている。このMIMO無線伝送方式は、第3世代(3G)移動体通信システムの標準化プロジェクトである3GPP(Third Generation Partnership Project)で規定されているLTE(Long Term Evolution)の通信規格で採用され、またLTE−Advancedの通信規格でも採用が検討されている。MIMO無線伝送方式を採用した移動体通信システムでは、データ送受信を行う複数の無線通信装置のうち一方の無線通信装置である基地局装置(eNode−B)と他方の無線通信装置である移動局(UE:ユーザ装置)との間で、複数のアンテナを用いた複数の異なる送信レイヤ(ストリーム)によるデータの送受信を行うことにより、MIMO空間多重方式やMIMOダイバーシティ方式による無線伝送を行うことができる。MIMO空間多重方式は、同じ無線リソース(周波数及び時間)を用いて複数のアンテナから異なる信号を並列に送信する方式であり、MIMOダイバーシティ方式は、複数のアンテナから同一の信号を空間−時間(又は、空間−周波数)符号化により送信する方式である。また、LTE/LTE−Advancedでは、MIMO空間多重方式およびMIMOダイバーシティ方式共に、送信側でプリコーディングが適用されるが、受信側からのフィードバック制御を用いない開ループ型(Open-Loop MIMO)と受信側からのフィードバック情報を用いる閉ループ型(Closed-Loop MIMO)がある(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a MIMO (Multi Input Multi Output) wireless transmission system that transmits and receives data with a plurality of antennas is known. This MIMO radio transmission system is adopted in the LTE (Long Term Evolution) communication standard defined by 3GPP (Third Generation Partnership Project), which is a standardization project for third generation (3G) mobile communication systems, and is also LTE- Adoption is also being studied in the Advanced communication standard. In a mobile communication system that employs a MIMO wireless transmission scheme, a base station device (eNode-B) that is one of the plurality of wireless communication devices that perform data transmission and reception and a mobile station that is the other wireless communication device (eNode-B) By performing data transmission / reception with a plurality of different transmission layers (streams) using a plurality of antennas with a UE (user equipment), wireless transmission by a MIMO spatial multiplexing scheme or a MIMO diversity scheme can be performed. The MIMO spatial multiplexing scheme is a scheme in which different signals are transmitted in parallel from a plurality of antennas using the same radio resource (frequency and time), and the MIMO diversity scheme is the same signal transmitted from a plurality of antennas in space-time (or , Space-frequency) transmission. In LTE / LTE-Advanced, precoding is applied on the transmission side for both the MIMO spatial multiplexing method and the MIMO diversity method, but the open-loop type (Open-Loop MIMO) and reception that do not use feedback control from the reception side. There is a closed loop type (Closed-Loop MIMO) using feedback information from the side (see Non-Patent
上記MIMO無線伝送方式では、受信SINR(Signal-to-Interference and Noise power Ratio)及びアンテナ間のフェージング相関などのチャネル状態に応じて送信レイヤ数(「空間多重数」又は「ランク」とも呼ばれる)を適応制御するランクアダプテーション制御が適用される。送信レイヤ数が1の場合は、MIMOダイバーシティ方式に対応し,送信レイヤ数が2以上の場合はMIMO空間多重方式に対応する。従って、ランクアダプテーション制御は、MIMOダイバーシティ方式とMIMO空間多重方式をチャネル状態によって適応的に切替える制御に対応する。このランクアダプテーション制御を適用するために、受信側の移動局(UE)は送信側の基地局(eNode−B)に対して、チャネル品質情報(CQI:Channel Quality Indicator)に加えて、適切な送信レイヤ数に関するランク情報(RI:Rank Indicator)をフィードバックすることにより、基地局が動的な送信レイヤ数の制御を行う(非特許文献4 参照)。 In the above MIMO radio transmission system, the number of transmission layers (also called “spatial multiplexing number” or “rank”) is set according to channel conditions such as reception SINR (Signal-to-Interference and Noise power Ratio) and fading correlation between antennas. Rank adaptation control for adaptive control is applied. When the number of transmission layers is 1, it corresponds to the MIMO diversity scheme, and when the number of transmission layers is two or more, it corresponds to the MIMO spatial multiplexing scheme. Therefore, rank adaptation control corresponds to control for adaptively switching between the MIMO diversity scheme and the MIMO spatial multiplexing scheme depending on the channel state. In order to apply this rank adaptation control, the mobile station (UE) on the reception side transmits appropriate transmission to the base station (eNode-B) on the transmission side in addition to channel quality information (CQI: Channel Quality Indicator). The base station dynamically controls the number of transmission layers by feeding back rank information (RI: Rank Indicator) related to the number of layers (see Non-Patent Document 4).
また、例えば特許文献1には、LTEの下りリンクを対象とし、移動局(UE、受信側)によって決定されたランク情報RIを基地局(eNode−B、送信側)が上りリンクを用いたフィードバックにより取得し、この取得したランク情報RIを移動局に固有のオフセット値を用いて調整し、調整されたランク情報RIに基づいて、移動局への同時送信に使用するストリーム数(送信レイヤ数)を決定する基地局装置が開示されている。
Further, for example, in
上記ランク情報RIは、受信側における受信SINRや送信アンテナ間および受信アンテナ間のフェージング相関といった無線伝送路の状態に応じて生成するのが好ましい。例えば、受信SINRが高くかつ送信アンテナ間および受信アンテナ間のフェージング相関が低い場合には、MIMO無線伝送方式に適しているため送信レイヤ数を増やし、それ以外の場合には送信レイヤ数を減らすように、ランク情報RIを生成する。ところで、MIMO無線伝送方式の無線伝送特性(スループット特性)は、一般に無線伝搬路の状態だけでなく、チャネル推定や複数信号分離等の受信アルゴリズムにも依存し、特にMIMO空間多重においてその影響が顕著であり、一方MIMOダイバーシティではその影響は比較的少ないことが知られている。例えば、MIMO空間多重方式において、最適な複数信号分離法として知られる最尤推定検出(MLD:Maximum Likelihood Detection)は、低受信SINRおよび高いフェージング相関を持つ伝搬環境に対しても良好な信号分離精度が得られるため、MIMOダイバーシティよりも高いスループットが得られる場所が比較的多い。これに対し、複数信号分離として最も一般的な最小平均二乗誤差検出(MMMSE:Minimum Mean Square Error)では、低受信SINRまたは高いフェージング相関を持つ伝搬環境における信号分離精度の劣化が著しい。このような環境では、複数信号分離にMMSEを用いるMIMO空間多重よりも、MIMOダイバーシティの方が高いスループットが得られることが多い。従って、最適な送信レイヤ数は、無線伝搬路の状態だけでなく、チャネル推定や複数信号分離等の受信アルゴリズムに依存する。一般に、送信レイヤ数は、受信側からフィードバックされるランク情報RIに従って決定される。従って、ランクアダプテーション制御を適用するMIMO無線伝送方式において、スループットを最大化するためには最適なRIを生成する必要がある。そのためには、受信アルゴリズムの種類によって無線伝送特性が大きく異なることを考慮してランク情報RIを生成する必要がある。
上記特許文献1で開示された基地局装置では、移動局(UE)における無線伝送路状態の測定誤差に起因するランクアダプテーション制御における所望の無線伝送特性の劣化を低減するため、受信側となる移動局(UE)側において生成されたランク情報RIを送信側となる基地局側で実際の伝送誤り率の測定結果に基づき、ランク情報RIを補正する方法が示されているが、移動局(UE)側における具体的なランク情報RIの最適値の生成法については示されていない。このため、最適なランク情報RIを生成できないため、無線伝送特性(スループット特性)が劣化するおそれがある。
The rank information RI is preferably generated according to the state of the radio transmission path such as reception SINR on the reception side and fading correlation between transmission antennas and reception antennas. For example, if the received SINR is high and the fading correlation between transmitting antennas and receiving antennas is low, the number of transmission layers is increased because it is suitable for the MIMO radio transmission system, and in other cases, the number of transmission layers is decreased. Next, rank information RI is generated. By the way, the radio transmission characteristics (throughput characteristics) of the MIMO radio transmission system generally depend not only on the state of the radio propagation path but also on reception algorithms such as channel estimation and multiple signal separation, and the influence is particularly significant in MIMO spatial multiplexing. On the other hand, it is known that the influence is relatively small in MIMO diversity. For example, in MIMO spatial multiplexing, Maximum Likelihood Detection (MLD), which is known as an optimal multiple signal separation method, has good signal separation accuracy even in a propagation environment having a low reception SINR and a high fading correlation. Therefore, there are relatively many places where throughput higher than MIMO diversity can be obtained. On the other hand, in the most common minimum mean square error (MMMSE) detection as the multiple signal separation, the signal separation accuracy is significantly deteriorated in a propagation environment having a low reception SINR or a high fading correlation. In such an environment, MIMO diversity often provides higher throughput than MIMO spatial multiplexing using MMSE for multiple signal separation. Therefore, the optimal number of transmission layers depends not only on the state of the radio propagation path but also on reception algorithms such as channel estimation and multiple signal separation. In general, the number of transmission layers is determined according to rank information RI fed back from the reception side. Therefore, it is necessary to generate an optimal RI in order to maximize the throughput in the MIMO radio transmission system to which rank adaptation control is applied. For this purpose, it is necessary to generate the rank information RI in consideration of the fact that radio transmission characteristics vary greatly depending on the type of reception algorithm.
In the base station apparatus disclosed in
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、受信アルゴリズムの種類に依存する無線伝送特性の差異を吸収して最適なランク情報を簡易に生成することができる無線通信装置、無線伝送システム及び無線伝送制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus that can easily generate optimal rank information by absorbing differences in wireless transmission characteristics depending on the type of reception algorithm. It is to provide a wireless transmission system and a wireless transmission control method.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信レイヤによるデータの送受信を行う無線伝送システムであって、前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する算出手段と、前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定する干渉雑音レベル推定手段と、前記干渉雑音レベルの推定結果に基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するランク情報生成手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の無線伝送システムにおいて、前記ランク情報生成手段は、前記MIMOチャネルの最大送信レイヤ数が2のとき、前記複数の特異値を二乗した値又は前記複数の固有値について最小値を求め、その最小値が前記閾値以上又は前記閾値よりも大きい場合に前記最適な送信レイヤ数を2にすることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の無線伝送システムにおいて、前記閾値は、前記干渉雑音レベルを予め設定したオフセット量だけオフセットし、前記パイロット信号の総送信電力で正規化したものであることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2又は3の無線伝送システムにおいて、前記複数の無線通信装置の間の送受信は複数のサブキャリアを用いて行われ、前記算出手段は、前記複数の無線通信装置の間で送受信される前記複数のサブキャリアのそれぞれによる既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネル行列の複数の特異値を二乗した値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値のそれぞれについて、前記複数のサブキャリア間の平均値を算出し、前記干渉雑音レベル推定手段は、前記複数のサブキャリアのそれぞれによる既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定し、前記ランク情報生成手段は、前記複数の特異値の二乗平均値又は前記複数の固有値の平均値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルのランク情報を生成することを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3又は4の無線伝送システムにおいて、前記平均値は、前記複数のサブキャリアごとに重み付けを行って平均したものであることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4又は5の無線伝送システムにおいて、前記複数の無線通信装置は、データを送信するデータ送信側の無線通信装置と、前記データを受信するデータ受信側の無線通信装置とを用いて構成され、前記データ受信側の無線通信装置は、前記算出手段と前記干渉雑音レベル推定手段と前記閾値設定手段と前記ランク情報生成手段とを備えるともに、前記ランク情報生成手段で生成された前記ランク情報を前記データ送信側の無線通信装置に送信するランク情報送信手段を更に備え、前記データ送信側の無線通信装置は、前記ランク情報を前記データ受信側の無線通信装置から受信するランク情報受信手段と、前記ランク情報受信手段でランク情報に基づいて、そのランク情報で示される数の送信レイヤによってデータを前記データ受信側の無線通信装置に送信するデータ送信手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信レイヤによるデータの送受信を行う無線伝送システムにおいて前記データを受信するデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する算出手段と、前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定する干渉雑音レベル推定手段と、前記干渉雑音レベル推定手段で推定した干渉雑音レベルを所定のオフセット量だけオフセットし、そのオフセットした後の干渉雑音レベルに基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するランク情報生成手段と、前記ランク情報生成手段で生成された前記ランク情報を前記データ送信側の無線通信装置に送信するランク情報送信手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信レイヤによるデータの送受信を行う無線伝送方法であって、前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出するステップと、前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定するステップと、前記推定した干渉雑音レベルを所定のオフセット量だけオフセットし、そのオフセットした後の干渉雑音レベルに基づいて閾値を設定するステップと、前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するステップと、前記ランク情報で示される数の送信レイヤによって前記複数の無線通信装置の間のデータの送受信を行うステップと、を含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a wireless transmission system that transmits and receives data using a plurality of different transmission layers between a plurality of wireless communication devices, wherein the plurality of wireless communication devices are configured to transmit and receive data. A plurality of singular values of a MIMO channel matrix or a plurality of eigenvalues of a correlation matrix of the MIMO channel matrix indicating transmission characteristics of a MIMO channel between the plurality of wireless communication devices based on reception results of known pilot signals transmitted and received Calculating means for calculating the interference noise level in the MIMO channel based on the reception result of the known pilot signal, and setting the threshold based on the estimation result of the interference noise level Based on a comparison result between the threshold setting means, the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues, and the threshold, And rank information generating means for generating a rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission and reception in the IMO channel and is characterized in that it comprises.
Further, the invention according to
The invention according to claim 3 is the wireless transmission system according to
According to a fourth aspect of the present invention, in the wireless transmission system according to the first, second, or third aspect, transmission / reception between the plurality of wireless communication devices is performed using a plurality of subcarriers, and the calculation means A value obtained by squaring a plurality of singular values of the MIMO channel matrix or a correlation matrix of the MIMO channel matrix based on reception results of known pilot signals by each of the plurality of subcarriers transmitted and received between the wireless communication apparatuses For each of the plurality of eigenvalues, an average value between the plurality of subcarriers is calculated, and the interference noise level estimation means determines the MIMO based on a reception result of a known pilot signal by each of the plurality of subcarriers. An interference noise level in the channel is estimated, and the rank information generating means is a mean square value of the plurality of singular values or the plurality of singular values. The average value of the eigenvalues of, based on a result of comparison between the threshold value, is characterized in that to generate the rank information of the MIMO channel.
According to a fifth aspect of the present invention, in the wireless transmission system according to the first, second, third, or fourth aspect, the average value is an average obtained by weighting the plurality of subcarriers. Is.
The invention according to claim 6 is the wireless transmission system according to
The invention according to claim 7 is a wireless communication apparatus on a data receiving side that receives the data in a wireless transmission system that transmits and receives data by a plurality of different transmission layers between the plurality of wireless communication apparatuses, A plurality of singular values of a MIMO channel matrix indicating transmission characteristics of a MIMO channel between the plurality of wireless communication devices based on reception results of known pilot signals transmitted / received between the plurality of wireless communication devices or the MIMO channel matrix A calculation means for calculating a plurality of eigenvalues of the correlation matrix, an interference noise level estimation means for estimating an interference noise level in the MIMO channel based on a reception result of the known pilot signal, and an interference noise level estimation means After offsetting the estimated interference noise level by a predetermined offset amount, Threshold value setting means for setting a threshold value based on interference noise level, and the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues and the threshold value Rank information generating means for generating rank information; and rank information transmitting means for transmitting the rank information generated by the rank information generating means to the wireless communication device on the data transmitting side. is there.
The invention of
本発明においては、複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する。この算出した複数の固有値又は複数の特異値の個数は、前記MIMOチャネルを互いに独立で並列の関係にあるように分解した仮想的なSISO(Single Input Single Output)チャネルの最大個数、すなわち互いに独立にデータを送信可能な送信レイヤの最大個数に対応する。また、前記算出した複数の固有値又は複数の特異値のそれぞれの大きさは、前記SISOチャネルすなわち送信レイヤに形成される伝送路の伝送利得に対応する。ここで、ある所定の閾値よりも大きな値を有する固有値又は特異値を選択し、その選択した固有値又は特異値に対応する送信レイヤを使用すれば、所定の伝送利得を有する送信レイヤのみでデータを送信することになるので、当該MIMOチャネルで送信可能なデータ容量を理論的な容量限界(シャノン容量)に近づけることができる。したがって、前記複数の固有値又は前記複数の特異値とある所定の閾値との比較結果に基づいて、当該MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成することにより、当該MIMOチャネルで送受信可能なデータ容量を理論的な容量限界(シャノン容量)に近づけることができる最適なランク情報を生成することができる。
しかも、本発明においては、前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける無線伝送路の状態を反映した干渉雑音レベルを推定し、その干渉雑音レベルの推定結果に基づいて、上記複数の固有値又は前記複数の特異値と比較する閾値を設定している。この閾値は、当該MIMOチャネルにおける無線伝送路の状態を反映したものであるとともに、受信アルゴリズムの種類に応じて変更するなどの簡易な処理で任意に調整することができる。そして、このように設定した閾値と、前記複数の固有値又は前記複数の特異値とを比較し、その比較結果に基づいて前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成している。よって、受信SINRやフェージング相関等の無線伝送路の状態の変動に適応できるだけでなく、受信アルゴリズムの種類に依存する無線伝送特性(スループット特性)の差異を吸収してランク情報を生成することができる。
以上のように、本発明によれば、受信アルゴリズムの種類に依存する無線伝送特性の差異を吸収して最適なランク情報を簡易に生成することができるという効果を奏する。
In the present invention, based on reception results of known pilot signals transmitted / received between a plurality of wireless communication apparatuses, a plurality of unique MIMO channel matrices indicating transmission characteristics of a MIMO channel between the plurality of wireless communication apparatuses. Or a plurality of eigenvalues of the correlation matrix of the MIMO channel matrix. The calculated number of eigenvalues or singular values is the maximum number of virtual SISO (Single Input Single Output) channels obtained by decomposing the MIMO channels so that they are independent of each other in parallel, that is, independently of each other. This corresponds to the maximum number of transmission layers that can transmit data. Each of the calculated plurality of eigenvalues or the plurality of singular values corresponds to a transmission gain of a transmission path formed in the SISO channel, that is, a transmission layer. Here, if an eigenvalue or a singular value having a value larger than a predetermined threshold value is selected and a transmission layer corresponding to the selected eigenvalue or singular value is used, data is transmitted only by a transmission layer having a predetermined transmission gain. Since data is transmitted, the data capacity that can be transmitted by the MIMO channel can be brought close to the theoretical capacity limit (Shannon capacity). Therefore, by generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between the plurality of eigenvalues or the plurality of singular values and a predetermined threshold, It is possible to generate optimum rank information that can bring the data capacity that can be transmitted and received close to the theoretical capacity limit (Shannon capacity).
Moreover, in the present invention, based on the reception result of the known pilot signal, the interference noise level reflecting the state of the radio transmission path in the MIMO channel is estimated, and based on the estimation result of the interference noise level, the above-mentioned A threshold value to be compared with a plurality of eigenvalues or the plurality of singular values is set. This threshold value reflects the state of the radio transmission path in the MIMO channel, and can be arbitrarily adjusted by simple processing such as changing according to the type of reception algorithm. Then, the threshold value thus set is compared with the plurality of eigenvalues or the plurality of singular values, and rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel is generated based on the comparison result. Yes. Therefore, not only can it adapt to changes in the state of the wireless transmission path such as reception SINR and fading correlation, but it can also generate rank information by absorbing differences in wireless transmission characteristics (throughput characteristics) that depend on the type of reception algorithm. .
As described above, according to the present invention, it is possible to absorb the difference in radio transmission characteristics depending on the type of reception algorithm and easily generate optimal rank information.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明を適用可能なMIMO無線伝送システムの全体構成について説明する。
図1は、本発明を適用可能な一実施形態に係る閉ループ型のMIMO無線伝送システムの下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。図1に示すMIMO無線伝送システムは、ユーザ装置10からフィードバックされる最適な送信アンテナウェイト行列の候補データテーブル(コードブック)のインデックスである制御情報(PMI:Precoding Matrix Indicator)に基づき、送信レイヤ(ストリーム)ごとに異なる送信アンテナウェイトを送信信号に乗算する、閉ループ型のMIMO無線伝送システムである。
なお、本実施形態の閉ループ型のMIMO無線伝送システム(Closed-Loop MIMO)では、LTEの通信規格に準拠した2−送信レイヤ(ランク数が2)の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of a MIMO wireless transmission system to which the present invention can be applied will be described.
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a radio base station and a user apparatus in a downlink of a closed-loop MIMO radio transmission system according to an embodiment to which the present invention can be applied. The MIMO radio transmission system shown in FIG. 1 is based on control information (PMI: Precoding Matrix Indicator) that is an index of a candidate data table (codebook) of an optimal transmission antenna weight matrix fed back from the
In the closed-loop MIMO wireless transmission system (Closed-Loop MIMO) of the present embodiment, a case of a configuration of a 2-transmission layer (number of ranks 2) conforming to the LTE communication standard will be exemplified. However, the present invention is not limited to this configuration.
図1において、ユーザ装置10は、ユーザが各種通信サービスを利用する際に使用可能な無線通信装置であり、「通信端末」や「端末」と呼ばれたり、移動可能なものであるため「移動局」と呼ばれる場合もあり、また、「無線機」と呼ばれる場合もある。ユーザ装置10は、携帯電話機等の移動通信端末であってもよい。図1に示すように、ユーザ装置10は、複数のアンテナ100と、下りリンクチャネル推定部101と、下りリンク制御信号復調部102と、データ信号分離合成部103と、直列並列変換部(S/P)104と、制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105と、上りリンク送信部106とを備えている。
In FIG. 1, a
なお、図1の例では、ユーザ装置10が複数のアンテナ100を備えた場合を示しているが、ユーザ装置10が有するアンテナ100の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、ユーザ装置10は、1本のアンテナ100を備えるものでもよいし、2本又は4本等の複数本のアンテナ100を備えるものであってもよい。また、ユーザ装置10は、複数のアンテナ100を備える場合、実際のMIMO通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
In the example of FIG. 1, the
また、ユーザ装置10の下りリンクチャネル推定部101において、基地局装置20の各アンテナ200〜ユーザ装置10の各アンテナ間の無線伝搬路応答をそれぞれ推定し、MIMOチャネル応答を取得するため、無線基地局20のマルチプレクサ208において、既定のパイロット信号である参照信号RSが多重されるが、本図では図示していない。ここで、参照信号RSは、セルに固有の信号であるため、セル固有参照信号(CSRS:Cell-Specific Reference Signal)とも呼ばれる。
Also, in the downlink
下りリンクチャネル推定部101は、まず、各アンテナ100からの受信信号を参照信号RS部分、データ信号部分、下り制御信号部分の受信信号にそれぞれ分割する。次に参照信号RS部分の受信信号と既定の参照信号RSの送信系列にもとづきMIMOチャネル応答を推定する。そして、そのMIMOチャネル応答の推定結果であるチャネル推定値をデータ信号部分および下り制御信号部分の受信信号ともに、データ信号分離部103および下り制御信号復調部にそれぞれ出力する。さらに、上記チャネル推定値を制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105に出力する。
The downlink
下りリンク制御信号復調部102は、下りリンクチャネル推定部101から受けた受信信号から制御信号を復調し、ユーザデータを復調および復号するために必要な送信方式の情報であるMCS(Modulation and Coding Scheme)、ランク(Rank)及びT−PMI(Transmit-Precoding Matrix Indicator)の制御情報として取得し、データ信号分離合成部103に出力する。
The downlink
データ信号分離合成部103は、下りリンク制御信号復調部102から受けた制御情報に基づいて、下りリンクチャネル推定部101から受信したユーザデータの受信信号を分離及び/又は合成し、所定数のコードワードからなるデータとして直列並列変換部(S/P)104に出力する。
The data signal demultiplexing / combining
直列並列変換部(S/P)104は、下りリンクのランク数に応じて、データ信号分離合成部103から受けた所定数のコードワードからなるデータを、ユーザが利用可能な受信データ(ユーザデータ)に変換する。
The serial-to-parallel converter (S / P) 104 converts the data consisting of a predetermined number of codewords received from the data signal separation /
制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105は、下りリンクチャネル推定部101から受けたチャネル推定値に基づいて、データレートを最大化するランクを決定し、このランクをランク情報(RI:Rank Indicator)として生成して出力する。また、制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105は、上記チャネル推定値に基づいて、下りリンクのデータ送信に適したプリコーディングマトリクスを決定し、このプリコーディングマトリクスを示すPMI(Precoding Matrix Indicator)を候補データテーブル(コードブック)の中から選択して出力する。さらに、制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105は、上記チャネル推定値に基づいて、チャネル品質情報としてのCQI(Channel Quality Indicator)を測定して出力する。この制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105から出力されたランク情報RI、PMI及びCQIはそれぞれ、制御情報として上りリンク送信部106に出力され、上りリンクの制御チャネル(PUCCHまたはPUSCH)を介して、アンテナ100から無線基地局20に送信される。
Control information (RI / PMI / CQI)
特に、上記下りリンクチャネル推定部101及び制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105は、次の(1)〜(4)の各手段としても機能する。
(1)ユーザ装置10と無線基地局20との間で送受信される既知のパイロット信号である参照信号RSの受信結果に基づいて、ユーザ装置10と無線基地局20との間におけるMIMOチャネルの間の相関を示すMIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する算出手段。
(2)前記既知のパイロット信号である参照信号RSの受信結果に基づいて、MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定する干渉雑音レベル推定手段。
(3)前記干渉雑音レベルの推定結果に基づいて閾値を設定する閾値設定手段。
(4)前記算出した複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するランク情報生成手段。
In particular, the downlink
(1) Based on the reception result of the reference signal RS, which is a known pilot signal transmitted and received between the
(2) Interference noise level estimation means for estimating the interference noise level in the MIMO channel based on the reception result of the reference signal RS which is the known pilot signal.
(3) Threshold setting means for setting a threshold based on the estimation result of the interference noise level.
(4) Rank information generating means for generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in a MIMO channel based on a comparison result between the calculated plurality of eigenvalues and the threshold.
また、上りリンク送信部106は、制御情報(RI/PMI/CQI)生成部105で生成されたランク情報RIを無線基地局20に送信するランク情報送信手段としても機能する。
The
図1の構成のユーザ装置10は、下りリンクの既知のパイロット信号である参照信号RSの受信結果に基づいてMIMOチャネル応答を推定してチャネル推定値を求め、そのチャネル推定値から最適なランク情報RIを決定し、そのランク情報RIの値を最適なPMI/CQIとともに無線基地局20にフィードバックする。
なお、3GPP LTE(Long Term Evolution)の仕様にあるように、ランク情報RIの送信タイミングと、他の制御情報であるPMIやCQIの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報RIの送信が優先される。
The
As in the specification of 3GPP LTE (Long Term Evolution), when the transmission timing of rank information RI overlaps with the transmission timing of PMI or CQI as other control information, transmission of rank information RI is given priority. The
また、図1において、無線基地局20は、通信ネットワーク側とユーザ端末装置10との無線通信を中継する無線通信装置であり、「基地局装置」と呼ばれたり、単に「基地局」と呼ばれたりする場合もある。また、無線基地局20は、3GPP、LTEの仕様では「eNodeB(evolved Node B)」と呼ばれたりする場合がある。
In FIG. 1, the
図1に示すように、無線基地局20は、複数のアンテナ200と、上りリンク受信部201と、下りリンクスケジューラ202と、プリコーディングウェイト生成部203と、下りリンク制御信号生成部204と、直列並列変換・変調部205と、乗算器206と、加算処理部(Σ)207と、マルチプレクサ208とを備えている。
As illustrated in FIG. 1, the
なお、図1の例では、無線基地局20が複数のアンテナ200を備えた場合を示しているが、無線基地局20が有するアンテナ200の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、無線基地局20は、1本のアンテナ200を備えるものでもよいし、2本又は4本等の複数本のアンテナ200を備えるものであってもよい。また、無線基地局20は、複数のアンテナ200を備える場合、実際のMIMO通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
In the example of FIG. 1, the
上りリンク受信部201は、上りリンクの制御チャネル(PUCCH)を介して、ユーザ装置10から制御情報(RI、CQI、PMI)を受信し、下りリンクスケジューラ202に送る。
The
下りリンクスケジューラ202は、上りリンク受信部201から受信した制御情報(RI、CQI、PMI)に基づいて、ユーザ装置10との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、下りリンクスケジューラ202は、空間多重の送信レイヤ数を示すランク数(Rank)と、送信プリコーディング行列を指定するT−PMIと、変調及び符号化の方式を指定するMCSとを決定する。そして、下りリンクスケジューラ202は、上記決定したMCS及びRankの信号を直列並列変換・変調部205に送り、上記Rank及びT−PMIの信号をプリコーディングウェイト生成部203に送り、上記MCS、Rank及びT−PMIの信号を下りリンク制御信号生成部204に送る。
The
プリコーディングウェイト生成部203は、下りリンクスケジューラ202から受けたRank及びT−PMIの信号に基づいて、ユーザ装置10に割り当てたリソースブロックでの上りリンクの受信品質から、複数のアンテナ200ごとに送信信号の位相及び/又は振幅を制御するためのプリコーディングウェイトを生成し、乗算器206に送る。
Based on the Rank and T-PMI signals received from the
下りリンク制御信号生成部204は、下りリンクスケジューラ202から受けたMCS、Rank及びT−PMIの信号に基づいて、下りリンクで用いる参照信号RSと、制御信号とを生成し、マルチプレクサ208に送る。
The downlink control
直列並列変換・変調部205は、下りリンクスケジューラ202から受けたランク数(Rank)に基づいて、送信対象のユーザデータを送信レイヤ数分に分配する。また、乗算器206は、3本のアンテナ200に対応する3系統の乗算器206a、206b、206cで構成されている。ユーザデータが入力されると、直列並列変換・変調部205で下りリンクスケジューラ202から受けたデータを、乗算器206a、206b、206cによって送信データにプリコーディングウェイトが乗算され、位相・振幅がそれぞれ制御(シフト)されることにより、複数のアンテナ200ごとに送信信号が生成される。そして、複数の送信レイヤ(図1の例では2レイヤ)に分配されて生成された送信信号は、その送信レイヤごとに加算器(Σ)207で加算された後、マルチプレクサ208で参照信号RS及び制御信号が更に多重され、3本のアンテナ200それぞれから送信される。
The serial-parallel conversion /
上記図1の構成のMIMO無線伝送システムでは、上記ランク数Rankは、上述したようにユーザ装置10からフィードバックされたランク情報RIに基づいて、無線基地局20側が決定する。例えば、ランク情報RI=1のときにランク数Rank=1、ランク情報RI=2のときにランク数Rank=2のように通常選択される。そして、ランク数Rank=1のとき単一送信ビームフォーミング、ランク数Rank≧2のときマルチビーム送信空間多重となる。
なお、3GPPの仕様にあるように、ランク数Rankの最終決定権は無線基地局20側が持っているので、無線基地局20側でランク数Rankを決定する際に、ユーザ装置10のランク情報RIの値に必ずしも従わなくてもよい。
In the MIMO radio transmission system having the configuration shown in FIG. 1, the rank number Rank is determined by the
As in the 3GPP specifications, since the
図2は、本発明を適用可能な他の実施形態に係る開ループ型のMIMO無線伝送システム(Open-Loop MIMO)の下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
図2のMIMO無線伝送システムは、ランク情報RIとCQIとをユーザ装置10から無線基地局20にフィードバックするがPMIをフィードバックしない開ループ型のMIMO無線伝送システムである。なお、上記図1と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 2 is a functional block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a radio base station and a user apparatus in the downlink of an open-loop MIMO radio transmission system (Open-Loop MIMO) according to another embodiment to which the present invention is applicable. It is.
The MIMO radio transmission system in FIG. 2 is an open-loop MIMO radio transmission system that feeds back rank information RI and CQI from the
図2において、ユーザ装置10の制御情報(RI/CQI)生成部115は、下りリンクチャネル推定部101から受けたチャネル推定値に基づいて、データレートを最大化するランクを決定し、このランクをランク情報RIとして生成して出力する。また、制御情報(RI/CQI)生成部115は、下りリンクチャネル推定部101から受けたチャネル推定値に基づいて、チャネル品質情報としてのCQIを測定して出力する。この制御情報(RI/CQI)生成部115から出力されたランク情報RI及びCQIは、制御情報として上りリンク送信部106に出力され、アンテナ100を介して無線基地局20に送信される。なお、上記図1の構成と異なり、PMIの決定及び送信は行われない。
In FIG. 2, the control information (RI / CQI)
このように、図2の構成のユーザ装置10は、下りリンクの既知のパイロット信号である参照信号RSの受信結果に基づいてMIMOチャネル応答を推定してチャネル推定値を求め、そのチャネル推定値からランク情報RIを決定し、そのランク情報RIの値を最適なCQIとともに、上りリンクの制御チャネル(PUCCHまたはPUSCH)を介して無線基地局20に送信してフィードバックする。
なお、3GPPの仕様にあるように、ランク情報RIの送信タイミングと、他の制御情報であるCQIの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報RIの送信が優先される。
In this way, the
As in the 3GPP specification, when the transmission timing of rank information RI overlaps with the transmission timing of CQI, which is other control information, transmission of rank information RI is given priority.
また、図2において、無線基地局20の下りリンクスケジューラ202は、上りリンク受信部201から受信した制御情報(RI、CQI)に基づいて、ユーザ装置10との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、下りリンクスケジューラ202は、空間多重の送信レイヤ数を示すランク数(Rank)と、変調及び符号化の方式を指定するMCSとを決定する。そして、下りリンクスケジューラ202は、上記決定したMCS及びRankの信号を直列並列変換・変調部205に送り、上記Rankの信号をプリコーディングウェイト生成部203に送り、上記MCS及びRankの信号を下りリンク制御信号生成部204に送信する。
なお、図2の構成の無線基地局20では、ユーザ装置10からのPMIの受信と、そのPMIの受信結果に基づくT−PMIの生成とは行われない。プリコーディングウェイト生成部203及び下りリンク制御信号生成部204では、ユーザ装置10からのPMIを用いないであらかじめ仕様で既定されたプリコーディング方式が用いられる。
In FIG. 2, the
Note that the
上記図2の構成のMIMO無線伝送システムでは、上記ランク数Rankは、上述したようにユーザ装置10からフィードバックされたランク情報RIに基づいて、無線基地局20側が決定する。例えば、情報RI=1のときにランク数Rank=1、ランク情報RI=2のときにランク数Rank=2のように通常選択される。そして、ランク数Rank=1のときSFBC(空間周波数ブロック符号化)を用いた送信ダイバーシティ、ランク数Rank≧2のときCDD(Code Division Duplex)を併用した空間多重となる。
なお、図2の構成のMIMO無線伝送システムにおいても、3GPPの仕様にあるように、ランク数Rankの最終決定権は無線基地局20側が持っているので、無線基地局20側でランク数Rankを決定する際に、ユーザ装置10のランク情報RIの値に従わなくてもよい。
In the MIMO radio transmission system having the configuration shown in FIG. 2, the rank number Rank is determined by the
In the MIMO radio transmission system having the configuration shown in FIG. 2 as well, the final decision on the rank number Rank is held by the
上記図1及び図2のMIMO無線伝送システムでは、無線基地局20からユーザ装置10への下りリンクについて、最適な送信レイヤ数の決定について説明したが、本発明はユーザ装置10から無線基地局20へデータを送信する上りリンクの場合についても適用することができる。
In the MIMO radio transmission system of FIG. 1 and FIG. 2 described above, the determination of the optimum number of transmission layers for the downlink from the
図3は、本発明を適用可能な更に他の実施形態に係る閉ループ型のMIMO無線伝送システムの上りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、本実施形態の閉ループ型のMIMO無線伝送システムでは、LTE−Advancedの通信規格に準拠した2−送信レイヤ(ランク数が2)の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。また、上記図1と同様の構成については詳細な説明を省略する。 FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of a schematic configuration of a radio base station and user equipment in an uplink of a closed-loop MIMO radio transmission system according to still another embodiment to which the present invention is applicable. In the closed-loop type MIMO wireless transmission system of the present embodiment, a case of a configuration of a 2-transmission layer (rank number is 2) conforming to the LTE-Advanced communication standard is illustrated, but the present invention has this configuration. It is not limited. Further, detailed description of the same configuration as in FIG. 1 is omitted.
図3に示すように、ユーザ装置30は、複数のアンテナ300と、下りリンク受信部301と、プリコーディングウェイト生成部302と、直列並列変換・変調部303と、乗算器304と、加算器(Σ)305と、マルチプレクサ306と、上りリンク参照信号生成部307と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
なお、図3の例では、ユーザ装置30が複数のアンテナ300を備えた場合を示しているが、ユーザ装置30が有するアンテナ300の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、ユーザ装置30は、1本のアンテナ300を備えるものでもよいし、2本又は4本等の複数本のアンテナ300を備えるものであってもよい。また、ユーザ装置30は、複数のアンテナ300を備える場合、実際のMIMO通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
In the example of FIG. 3, the
ユーザ装置30では、上りリンク参照信号生成部307で生成された参照信号RSが、マルチプレクサ306で他の制御信号が多重されて、複数のアンテナ300から送信される。
In the
また、ユーザ装置30は、無線基地局40から受信した下りリンクの制御チャネルに含まれる制御情報(RI、MCS、PMI)を下りリンク受信部301で分離し、PMIをプリコーディングウェイト生成部302に出力し、RI及びMCSを直列並列変換・変調部303に出力する。これにより、ユーザ装置30は、受信した下りリンク制御チャネルに含まれるRI、MCS、PMIに従い、上りリンクデータチャネルでユーザデータの送信を行う。
Also, the
また、図3に示すように、無線基地局40は、複数(本例では3本)のアンテナ400と、上りリンクチャネル推定部401と、データ信号分離合成部402と、直列並列変換部(S/P)403と、上りリンクスケジューラ404と、下りリンク送信部405とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
無線基地局40では、複数のアンテナ400で受信された信号が、上りリンクチャネル推定部401に送られる。上りリンクチャネル推定部401は、各アンテナ400からの信号の歪み補正を行い、その歪み補正後の受信信号をデータ信号分離合成部402に出力する。また、上りリンクチャネル推定部401は、ユーザ装置30から受信した既定のパイロット信号としての参照信号RSに基づいてMIMOチャネル応答を推定し、そのMIMOチャネル応答の推定結果であるチャネル推定値を上りリンクスケジューラ404に出力する。
In the
上りリンクスケジューラ404は、上りリンクチャネル推定部401から受けたチャネル推定値に基づいて、ユーザ装置10との間の上りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、上りリンクスケジューラ404は、上りリンクにおけるデータレートを最大化する空間多重の送信レイヤ数を示すランク情報RIを生成して出力する。また、上りリンクスケジューラ404は、上りリンクのデータ送受信に適したプリコーディングマトリクスを決定し、このプリコーディングマトリクスを示すPMIをコードブックの中から選択して出力する。また、上りリンクスケジューラ404は、変調及び符号化の方式を指定するMCSを決定して出力する。そして、上りリンクスケジューラ404は、上記ランク情報RIを直列並列変換部(S/P)403に送り、上記RI情報、MCS及びPMIをデータ信号分離合成部402と下りリンク送信部405に送信する。下りリンク送信部405は、上りリンクスケジューラ404から受けたランク情報RIを、下りリンクの制御チャネル(PDCCH)を介して、ユーザ装置30に送信してフィードバックする。
The
なお、LTE−Advancedでは、下りリンク、上りリンクともにユーザ装置30の送信方法の決定権は無線基地局40側にあるので、無線基地局40の上りリンクスケジューラ404が算出したランク情報RIがそのまま、上りリンクのランク数Rankとなる。
In LTE-Advanced, since the
上記図3の上りリンクの構成において、上りリンクチャネル推定部401及び上りリンクスケジューラ404は、前述の算出手段、干渉雑音レベル推定手段、閾値設定手段及びランク情報生成手段としても機能する。また、下りリンク送信部405は、上りリンクスケジューラ404で生成されたランク情報RIをユーザ装置30に送信するランク情報送信手段としても機能する。
In the uplink configuration of FIG. 3, the uplink
次に、上記図1〜3のMIMO無線伝送システムにおけるランク情報(RI)の生成について説明する。本実施形態におけるユーザ装置10、30や無線基地局40におけるランク情報RIの生成は、以下に示すMIMOチャネル行列を使ったモデルで説明することができる。なお、以下の説明では、ユーザ装置と無線基地局との間のデータ通信は複数のサブキャリアを使って行われる。サブキャリアの数はNsc個であり、kはサブキャリア番号を示す。
Next, generation of rank information (RI) in the MIMO wireless transmission system of FIGS. The generation of the rank information RI in the
図4は、無線基地局とユーザ装置との間の伝送路を等価変換したMIMOチャネル行列の各要素を示す模式図である。また、図4に示すMIMOチャネル行列は、次式のように表される。
また、上記数1の式の行列H(k)は、一般的なSVD(Singular Value Decomposition)の手法を使って、次式のように3つの行列U(k)、Σ(k)、V(k)を用いた積の形に分解できる。
ただし、U(k)は左特異ベクトル行列、Σ(k)は特異値行列、V(k)は右特異ベクトル行列と呼ばれ、それぞれ次の数3〜数5の式で表される。
また、上記数4の式の行列Σ(k)の対角要素は、上記数2の式の行列H(k)の特異値を示している。 Further, the diagonal elements of the matrix Σ (k) in the equation (4) indicate singular values of the matrix H (k) in the equation (2).
図5は、MIMOチャネル行列の等価変換におけるMIMOチャネル行列の等価回路を示す模式図である。ここで、図5のMIMOチャネル行列の等価回路において、実際に信号を伝送できる等価伝送路の数(以下「等価伝送路数」という。)は、次式に示すように最大M=min(Nr,Nt)本までである。
また、行列H(k)の各特異値を二乗した値λ1(k)〜λM(k)は、H(k)HH(k)またはH(k)HH(k)の固有値と一致し、次の数7に示すように全て0以上の実数となる。
また、数2の式の左特異ベクトル行列U(k)及び右特異ベクトル行列V(k)は、それぞれH(k)HH(k)の固有ベクトルから構成される行列及びHH(k)H(k)の固有ベクトルから構成される行列であり、いずれも次の数8及び数9に示すようにユニタリ行列の性質を持つ。ただし、Iは単位行列、上付き文字Hは行列またはベクトルの複素共役転置をそれぞれ表している。
図6は、SVD−MIMO伝送モデルにおけるチャネル行列の表記を示す模式図である。また、図6中の各行列式は次式で表される。
上記数10の式中y(k)は、送信側のプリコーディングとして、V(k)を用い、受信側の空間フィルタリングとして、UH(k)を用いた場合の受信信号を表している。y(k)の式中に含まれるΣの項は、特異値の対角行列となっているため、各サブストリーム(送信レイヤ)間が存在しない。このことは、送信側のプリコーディングとして、V(k)を用い、受信側の空間フィルタリングとして、UH(k)を用いることにより、各サブストリーム(送信レイヤ)間の干渉を除去でき、空間多重伝送を実現することが可能であることを示す。 In the above equation (10), y (k) represents a received signal when V (k) is used as precoding on the transmission side and U H (k) is used as spatial filtering on the reception side. Since the Σ term included in the expression of y (k) is a diagonal matrix of singular values, there is no intersubstream (transmission layer). This is because interference between substreams (transmission layers) can be removed by using V (k) as precoding on the transmission side and U H (k) as spatial filtering on the reception side. It shows that multiplex transmission can be realized.
図7は、SVD−MIMO伝送等価モデルにおけるチャネル行列の表記を示す模式図である。
図7において、送信側で完全なMIMOチャネル行列又は最適送信ウェイトベクトルV(k)を取得できれば、M本の独立なSISO(Single Input Single Output)チャネルに分解可能である。また、m番目のSISOチャネルの伝搬路利得はλm(k)で表される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the notation of the channel matrix in the SVD-MIMO transmission equivalent model.
In FIG. 7, if a complete MIMO channel matrix or optimum transmission weight vector V (k) can be acquired on the transmission side, it can be decomposed into M independent SISO (Single Input Single Output) channels. The propagation path gain of the mth SISO channel is represented by λ m (k).
ここで、平均干渉雑音レベルをσ2、信号の平均強さをPm (s)λm(k)としたときに、通信路容量C(k)は次式で表される。
なお、上記数11の式で示す通信路容量C(k)は、いわゆるシャノン容量であり、通信伝送路で送信可能な理論的なデータ容量(チャネル容量)の限界に相当する。従来のSVD−MIMO伝送方式における「注水定理」と呼ばれる手法では、次の数12の式に示すように、MIMOチャネルで送信される総送信電力Ptotalが一定の下で上記シャノン容量を最大にするように各送信レイヤに対する最適電力配分を行う。ここで、数12の式中のαは、下記の数13の式を満足するための係数である。
しかしながら、以下に示すようにSVD−MIMO伝送方式における注水定理は現実的な変調方式および誤り訂正符号化方式を考慮した場合、最適な手法ではない。SVD−MIMO伝送方式における注水定理は、信号受信レベルが干渉雑音レベルに近いサブチャネルに対し送信電力配分を行わないことにより、チャネル容量の最大化を図っている。また、SVD−MIMO伝送方式は、送信側で完全なチャネル情報が得られる場合、又は、理想的な送信ウェイトベクトルV(k)が送信側に得られる場合にのみ実現できる。 However, as shown below, the water injection theorem in the SVD-MIMO transmission method is not an optimal method when considering a realistic modulation method and error correction coding method. In the water injection theorem in the SVD-MIMO transmission scheme, the channel capacity is maximized by not performing transmission power distribution for subchannels whose signal reception level is close to the interference noise level. Also, the SVD-MIMO transmission scheme can be realized only when complete channel information is obtained on the transmission side or when an ideal transmission weight vector V (k) is obtained on the transmission side.
実際のシステムでは、制御遅延が存在し、さらにFDD(Frequency Division Duplex:周波数分割複信)ではフィードバック情報量の制約がある。例えば、LTEでは平均受信SINRに対応する情報として、数ビット程度で表現される離散的なCQI、PMIまたはMCSが送信側にフィードバックされる。LTE/LTE−Advancedではチャネル情報フィードバック量が制限されている中で効率よくシャノン限界に近づく性能を得るため、品質の悪いサブチャネルに送信電力を割り当てない目的でランク情報RIを用いたランクアダプテーションが導入されたと考えることもできる。 In an actual system, there is a control delay, and FDD (Frequency Division Duplex) has a restriction on the amount of feedback information. For example, in LTE, as information corresponding to the average received SINR, discrete CQI, PMI, or MCS expressed in about several bits is fed back to the transmission side. In LTE / LTE-Advanced, rank adaptation using rank information RI is performed for the purpose of not allocating transmission power to sub-channels with poor quality in order to obtain performance that approaches the Shannon limit efficiently while the amount of channel information feedback is limited. It can be thought that it was introduced.
また、周波数方向に誤り訂正符号化されたOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple:直交波周波数分割多重)においては,サブキャリア単位で送信レイヤ数を制御することはトランスポートブロックサイズの候補数が増大するため現実的ではない。そのため、LTE/LTE−Advancedでは、誤り訂正符号化の単位で送信レイヤ数(ランク)を制御している。このため、サブキャリア間の平均的な特性に基づき送信レイヤ数を制御する必要がある。特に、LTEでは送信側で適用可能なプリコーディングマトリックスが離散的になっていることから、注水定理により送信電力配分することは最適ではない。さらに不完全なチャネル情報に基づきプリコーディングされたMIMOでは、伝送性能が受信アルゴリズムに依存する。
上記の理由により、OFDMを用いるMIMO無線伝送システムにおいて、最適なランク情報RIを理論的に決定することは困難であり、試行錯誤的な決定法とならざるを得ない。
Also, in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple) that is error correction coded in the frequency direction, controlling the number of transmission layers in units of subcarriers increases the number of transport block size candidates. Not realistic. Therefore, in LTE / LTE-Advanced, the number of transmission layers (rank) is controlled in units of error correction coding. For this reason, it is necessary to control the number of transmission layers based on the average characteristic between subcarriers. In particular, in LTE, since the precoding matrix applicable on the transmission side is discrete, it is not optimal to allocate transmission power by the water injection theorem. Further, in MIMO precoded based on incomplete channel information, transmission performance depends on a reception algorithm.
For the above reason, it is difficult to theoretically determine the optimum rank information RI in a MIMO wireless transmission system using OFDM, and it must be a trial and error determination method.
そこで、上記図1〜図3に示した本実施形態に係るMIMO無線伝送システムでは、次の(1)〜(3)の点に留意して最適なランク情報RIの生成を行う。
(1)受信SINRが低くなる、又は、フェージング相関が高くなるにしたがって、低いランクの送信が望ましいので、それに適応したランク情報の生成ができる点。
(2)現実的なスループットは、理論的な容量限界(シャノン容量)と乖離している点。
(3)受信アルゴリズムによって、最適な送信レイヤ数は異なると考えられるので、簡単なパラメータ調整でチューニングできる点。
Therefore, in the MIMO wireless transmission system according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the optimum rank information RI is generated while paying attention to the following points (1) to (3).
(1) Since the lower rank transmission is desirable as the received SINR becomes lower or the fading correlation becomes higher, rank information adapted to it can be generated.
(2) The actual throughput is different from the theoretical capacity limit (Shannon capacity).
(3) Since the optimum number of transmission layers is considered to differ depending on the reception algorithm, it can be tuned by simple parameter adjustment.
上記(1)〜(3)の点に留意し、本実施形態における最適なランク情報RIの生成は、例えば次のように行う。
まず、MIMOチャネルの相関行列H(k)HH(k)またはHH(k)H(k)の固有値のサブキャリア間の平均(以下、適宜「平均固有値」という。)を、次式により求める。なお、次式中のNSCはサブキャリアの総数である。
First, the average of the eigenvalues of the correlation matrix H (k) H H (k) or H H (k) H (k) of the MIMO channel (hereinafter referred to as “average eigenvalue” as appropriate) is expressed by the following equation. Ask. Incidentally, the N SC in the formula is the total number of subcarriers.
MIMOチャネル行列として、参照信号RSの受信信号に基づいて推定したMIMOチャネル応答のチャネル推定結果を利用する。ここで、上記固有値のサブキャリア間の平均化の方法は、全サブキャリアで行う方法でもよいし、参照信号RSを多重するサブキャリア等の一部のサブキャリアで行う方法等であってもよい。 As the MIMO channel matrix, the channel estimation result of the MIMO channel response estimated based on the received signal of the reference signal RS is used. Here, the method of averaging the eigenvalues between subcarriers may be a method performed on all subcarriers, or a method performed on some subcarriers such as a subcarrier on which the reference signal RS is multiplexed. .
次に、参照信号RSの受信信号に基づいて平均干渉雑音レベルσ2を推定する。ここで、干渉雑音レベルの平均化の方法は、全サブキャリアで行う方法でもよいし、参照信号RSを多重するサブキャリア等の一部のサブキャリアで行う方法等であってもよい。 Next, the average interference noise level σ 2 is estimated based on the received signal of the reference signal RS. Here, the method of averaging the interference noise level may be a method performed on all subcarriers, or a method performed on some subcarriers such as a subcarrier on which the reference signal RS is multiplexed.
平均干渉雑音レベルσ2を推定する方法としては、例えば、参照信号RSの受信信号から1次チャネル推定値を求め、この1次チャネル推定値から干渉雑音電力推定値を求める方法を用いることができる(例えば、非特許文献5参照)が、この方法に限定されるものではない。 As a method of estimating the average interference noise level σ 2 , for example, a method of obtaining a primary channel estimated value from the received signal of the reference signal RS and obtaining an interference noise power estimated value from the primary channel estimated value can be used. (For example, refer nonpatent literature 5) However, it is not limited to this method.
次に、上記推定した平均干渉雑音レベルσ2に基づいて、RI生成用のパメータである閾値βを決定する。具体的には、次の数15の式に示すように、上記推定した平均干渉雑音レベルσ2を所定のオフセット量Δ[dB]だけオフセットし、総送信電力Ptotalで正規化した値を、上記閾値βとして決定する。
なお、上記閾値βを決定するときに用いるオフセット量Δは、実際のMIMO送信法(Open Loop-MIMO,Closed-Loop MIMO)におけるチャネル推定および信号分離アルゴリズムを考慮した計算機シミュレーション、実験等により最適な値を決定する。 Note that the offset amount Δ used when determining the threshold value β is optimal by computer simulation, experiment, etc. in consideration of channel estimation and signal separation algorithm in an actual MIMO transmission method (Open Loop-MIMO, Closed-Loop MIMO). Determine the value.
次に、上記閾値βを越える平均固有値の数(MIMOチャネルの実効ランク)を算出し、その算出結果に基づいてランク情報RIを生成する。ここで、上記算出した実効ランクが0のときは、ランク情報RI=1と設定する。それ以外の場合には、実効ランクの値をランク情報RIの値に設定する。 Next, the number of average eigenvalues exceeding the threshold β (effective rank of the MIMO channel) is calculated, and rank information RI is generated based on the calculation result. Here, when the calculated effective rank is 0, rank information RI = 1 is set. In other cases, the effective rank value is set to the rank information RI value.
図8は、上記SVD−MIMO伝送等価モデルにおける等価伝送路数Mが任意の個数の場合における平均固有値と閾値βとに基づくランク情報RIの設定の説明図である。ランク情報RIは、図8及び次式に示すように設定される。
例えば、閾値βを超える平均固有値の数が0個のとき又は最大の平均固有値が閾値βと等しいときは、ランク情報RI=1と設定する。また、閾値βを超える平均固有値の数がm個のときは、ランク情報RI=mと設定する。そして、M個すべての平均固有値が閾値βを超えるとき又は最小の平均固有値が閾値βと等しいときは、ランク情報RI=Mと設定する。つまり、M個の平均固有値と閾値βとを比較するという簡単な比較演算処理でランク情報RIを設定することができる。 For example, when the number of average eigenvalues exceeding the threshold β is 0 or when the maximum average eigenvalue is equal to the threshold β, the rank information RI = 1 is set. When the number of average eigenvalues exceeding the threshold β is m, rank information RI = m is set. When all the M average eigenvalues exceed the threshold value β or when the minimum average eigenvalue is equal to the threshold value β, the rank information RI = M is set. That is, the rank information RI can be set by a simple comparison calculation process in which M average eigenvalues are compared with the threshold value β.
図9は、上記等価伝送路数Mが2個の場合における平均固有値と閾値βとに基づくランク情報RIの設定の説明図である。
図9において、2個の平均固有値λ1、λ2のいずれも閾値βを超えないとき、すなわち、最小の平均固有値λ2が閾値β以下のときは、ランク情報RI=1と設定する。また、最大の平均固有値λ1が閾値βを超え、かつ、最小の平均固有値λ2が閾値β以下のときも、ランク情報RI=1と設定する。そして、2個の平均固有値λ1、λ2がいずれも閾値βを超えたとき、すなわち最小の平均固有値λ2が閾値βを超えたときは、ランク情報RI=2と設定する。つまり、図9の例では、最小の平均固有値λ2と閾値βとを比較するというより簡単な比較演算処理でランク情報RIを設定することができる。
FIG. 9 is an explanatory diagram for setting the rank information RI based on the average eigenvalue and the threshold value β when the number of equivalent transmission lines M is two.
In FIG. 9, when neither of the two average eigenvalues λ 1 and λ 2 exceeds the threshold value β, that is, when the minimum average eigenvalue λ 2 is equal to or less than the threshold value β, the rank information RI = 1 is set. The maximum average eigenvalue lambda 1 exceeds the threshold value beta, and the minimum average eigenvalue lambda 2 even when less than the threshold value beta, sets the rank information RI = 1. When both of the two average eigenvalues λ 1 and λ 2 exceed the threshold value β, that is, when the minimum average eigenvalue λ 2 exceeds the threshold value β, the rank information RI = 2 is set. That is, in the example of FIG. 9, the rank information RI can be set by a simple comparison calculation process of comparing the minimum average eigenvalue λ2 and the threshold value β.
以上、本実施形態によれば、複数の無線通信装置としてのユーザ装置10(30)と無線基地局20(40)との間で複数のアンテナを用いた複数の異なる送信レイヤによるデータの送受信を行う無線伝送システムにおいて、ユーザ装置10(30)と無線基地局20(40)との間で送受信される既知のパイロット信号としての参照信号RSの受信結果に基づいて、ユーザ装置と無線基地局との間におけるMIMOチャネルの無線伝送特性を示すMIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値λを算出する。また、前記既知の参照信号RSの受信結果に基づいて、MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルσ2を推定し、その干渉雑音レベルσ2の推定結果に基づいて閾値βを設定する。そして、前記複数の固有値λと閾値βとの比較結果に基づいて、MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報RIを生成する。上記算出した複数の固有値λの個数は、MIMOチャネルを互いに独立で並列の関係にあるように分解した仮想的なSISO(Single Input Single Output)チャネルの最大個数、すなわち互いに独立にデータを送信可能な送信レイヤの最大個数Mに対応する。また、複数の固有値λそれぞれの大きさは、SISOチャネルすなわち送信レイヤに形成される伝送路の伝送利得に対応する。ここで、ある所定の閾値βよりも大きな値を有する固有値λを選択し、その選択した固有値λに対応する送信レイヤを使用すれば、所定の伝送利得を有する送信レイヤのみでデータを送信することになるので、当該MIMOチャネルで送受信可能なデータ容量を理論的な容量限界(シャノン容量)に近づけることができる。したがって、複数の固有値λとある所定の閾値βとの比較結果に基づいて、当該MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成することにより、当該MIMOチャネルで送受信可能なデータ容量を理論的な容量限界(シャノン容量)に近づけることができる最適なランク情報RIを生成することができる。
しかも、本実施形態においては、前記既知の参照信号RSの受信結果に基づいて推定した干渉雑音レベルσ2は、特に複数の基地局装置を面的に展開するセルラ環境の場合、周辺セルにおける他ユーザの通信状況等によって増減し、MIMOチャネルにおける無線伝送路の状態を反映したものである。このようにMIMOチャネルにおける無線伝送路の状態を反映した干渉雑音レベルσ2を推定し、その干渉雑音レベルσ2の推定結果に基づいて、上記複数の固有値λと比較する閾値βを設定している。この閾値βは、当該MIMOチャネルにおける無線伝送路の状態を反映したものであるとともに、受信アルゴリズムの種類に応じて変更するなどの簡易な処理で任意に調整することができる。そして、このように設定した閾値βと複数の固有値λとを比較し、その比較結果に基づいてMIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報RIを生成することにより、受信SINRやフェージング相関等の無線伝送路の状態の変動に適応できるだけでなく、受信アルゴリズムの種類に依存する無線伝送特性(スループット特性)の差異を吸収してランク情報を生成することができる。
また、本実施形態によれば、前記MIMOチャネルの最大送信レイヤ数Mが2のとき、前記複数の固有値λについて最小値を求め、その最小値が閾値β以上又は閾値βよりも大きい場合に最適なランク情報RI(送信レイヤ数)を2にする。このように最大送信レイヤ数Mが2の場合、複数の固有値λの最小値が閾値β以上又は閾値βよりも大きければ、他の固有値も閾値β以上又は閾値βよりも大きいので、最小値のみ閾値βと比較すればよい。この固有値の最小値が閾値β以上又は閾値βよりも大きい場合にランク情報RIを2とし、それ以外の場合には、ランク情報RIを1とする。よって、ランク情報RIを算出して設定する処理が容易となる。
また、本実施形態によれば、前記閾値βは、干渉雑音レベルσ2を予め設定したオフセット量Δだけオフセットし、参照信号RSの総送信電力で正規化したものである。これにより、干渉雑音レベルσ2を所定のオフセット量Δだけオフセットさせるという簡易な処理で、上記受信アルゴリズムの種類などに依存する無線伝送特性の差異を考慮した閾値βの調整が可能になるだけでなく、しかも、その閾値βに基づいて生成されるランク情報RIに対する送信電力の影響を小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、ユーザ装置10(30)と無線基地局20(40)との間の送受信は複数のサブキャリアを用いて行われ、ユーザ装置と無線基地局との間で送受信される複数のサブキャリアのそれぞれによる既知の参照信号RSの受信結果に基づいて、MIMOチャネル行列の複数の固有値λそれぞれについて複数のサブキャリア間の平均値を算出する。また、複数のサブキャリアのそれぞれによる既知の参照信号RSの受信結果に基づいて、MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルσ2を推定し、前記複数の固有値λの平均値と閾値βとの比較結果に基づいて、MIMOチャネルのランク情報RIを生成する。これにより複数のサブキャリアを用いたデータ送受信においても最適なランク情報RIを生成することが可能となる。
また、本実施形態によれば、前記固有値λの平均値は、複数のサブキャリアごとに重み付けを行って平均したものである。これにより、ランク情報RIの生成に用いる固有値λの平均値の精度を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, data transmission / reception by a plurality of different transmission layers using a plurality of antennas is performed between a user apparatus 10 (30) as a plurality of radio communication apparatuses and a radio base station 20 (40). In the wireless transmission system to perform, based on the reception result of the reference signal RS as a known pilot signal transmitted / received between the user apparatus 10 (30) and the wireless base station 20 (40), the user apparatus and the wireless base station A plurality of eigenvalues λ of the correlation matrix of the MIMO channel matrix indicating the wireless transmission characteristics of the MIMO channel between the two are calculated. Further, the interference noise level σ 2 in the MIMO channel is estimated based on the reception result of the known reference signal RS, and the threshold value β is set based on the estimation result of the interference noise level σ 2 . Then, rank information RI indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel is generated based on the comparison result between the plurality of eigenvalues λ and the threshold value β. The calculated number of eigenvalues λ is the maximum number of virtual SISO (Single Input Single Output) channels obtained by decomposing MIMO channels so as to be independent and in parallel, that is, data can be transmitted independently of each other. This corresponds to the maximum number M of transmission layers. Each of the plurality of eigenvalues λ corresponds to the transmission gain of the transmission path formed in the SISO channel, that is, the transmission layer. Here, if an eigenvalue λ having a value larger than a predetermined threshold β is selected and a transmission layer corresponding to the selected eigenvalue λ is used, data is transmitted only by a transmission layer having a predetermined transmission gain. Therefore, the data capacity that can be transmitted and received by the MIMO channel can be brought close to the theoretical capacity limit (Shannon capacity). Therefore, by generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between a plurality of eigenvalues λ and a predetermined threshold β, the data capacity that can be transmitted / received in the MIMO channel It is possible to generate the optimum rank information RI that can approach the theoretical capacity limit (Shannon capacity).
In addition, in the present embodiment, the interference noise level σ 2 estimated based on the reception result of the known reference signal RS is different from that in the surrounding cell particularly in the case of a cellular environment where a plurality of base station apparatuses are expanded. This is increased or decreased depending on the user's communication status, etc., and reflects the state of the radio transmission path in the MIMO channel. In this way, the interference noise level σ 2 reflecting the state of the radio transmission path in the MIMO channel is estimated, and a threshold value β to be compared with the plurality of eigenvalues λ is set based on the estimation result of the interference noise level σ 2. Yes. This threshold value β reflects the state of the radio transmission path in the MIMO channel, and can be arbitrarily adjusted by simple processing such as changing according to the type of reception algorithm. Then, the threshold value β thus set is compared with a plurality of eigenvalues λ, and rank information RI indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel is generated based on the comparison result, thereby receiving SINR and fading. In addition to adapting to changes in the state of the wireless transmission path such as correlation, rank information can be generated by absorbing differences in wireless transmission characteristics (throughput characteristics) depending on the type of reception algorithm.
Further, according to the present embodiment, when the maximum number of transmission layers M of the MIMO channel is 2, the minimum value is obtained for the plurality of eigenvalues λ, and is optimal when the minimum value is greater than or equal to the threshold β or larger than the threshold β. The rank information RI (number of transmission layers) is set to 2. Thus, when the maximum number of transmission layers M is 2, if the minimum value of the plurality of eigenvalues λ is greater than or equal to the threshold value β or greater than the threshold value β, the other eigenvalues are also greater than or equal to the threshold value β or greater than the threshold value β. What is necessary is just to compare with the threshold value (beta). The rank information RI is set to 2 when the minimum value of the eigenvalue is equal to or larger than the threshold value β or larger than the threshold value β, and the rank information RI is set to 1 otherwise. Therefore, it becomes easy to calculate and set the rank information RI.
Further, according to the present embodiment, the threshold value β is obtained by offsetting the interference noise level σ 2 by a preset offset amount Δ and normalizing with the total transmission power of the reference signal RS. As a result, the simple process of offsetting the interference noise level σ 2 by a predetermined offset amount Δ only allows adjustment of the threshold β taking into account the difference in radio transmission characteristics depending on the type of the reception algorithm. In addition, the influence of the transmission power on the rank information RI generated based on the threshold value β can be reduced.
Further, according to the present embodiment, transmission / reception between the user apparatus 10 (30) and the radio base station 20 (40) is performed using a plurality of subcarriers, and transmission / reception is performed between the user apparatus and the radio base station. Based on the reception result of the known reference signal RS by each of the plurality of subcarriers, an average value between the plurality of subcarriers is calculated for each of the plurality of eigenvalues λ of the MIMO channel matrix. Further, based on the reception result of the known reference signal RS by each of the plurality of subcarriers, the interference noise level σ 2 in the MIMO channel is estimated, and based on the comparison result between the average value of the plurality of eigenvalues λ and the threshold value β. Then, rank information RI of the MIMO channel is generated. This makes it possible to generate optimal rank information RI even in data transmission / reception using a plurality of subcarriers.
Further, according to the present embodiment, the average value of the eigenvalues λ is an average obtained by weighting each subcarrier. Thereby, the accuracy of the average value of the eigenvalues λ used for generating the rank information RI can be improved.
なお、上記各実施形態では、ランク情報RIの生成に、MIMOチャネル行列の相関行列の固有値(λ)を用いているが、MIMOチャネル行列の特異値((λ)1/2)を用いてもよい。この場合は、例えば、複数のユーザ装置10(30)の間で送受信される複数のサブキャリアのそれぞれによる参照信号RSの受信結果に基づいて、MIMOチャネル行列の複数の特異値を二乗した値それぞれについて前記複数のサブキャリア間の平均値を算出し、その複数の特異値の二乗平均値と閾値βとの比較結果に基づいて、MIMOチャネルのランク情報RIを生成する。 In each of the above embodiments, the eigenvalue (λ) of the correlation matrix of the MIMO channel matrix is used to generate the rank information RI, but the singular value ((λ) 1/2 ) of the MIMO channel matrix may be used. Good. In this case, for example, values obtained by squaring a plurality of singular values of the MIMO channel matrix based on the reception result of the reference signal RS by each of the plurality of subcarriers transmitted and received between the plurality of user apparatuses 10 (30). The average value among the plurality of subcarriers is calculated for the sub-carrier, and rank information RI of the MIMO channel is generated based on the comparison result between the mean square value of the plurality of singular values and the threshold value β.
10、30 ユーザ装置
20、40 無線基地局
101 下りリンクチャネル推定部
102 下りリンク制御信号復調部
103 データ信号分離合成部
104 直列並列変換部
105 制御情報(RI/PMI/CQI)生成部
106 上りリンク送信部
201 上りリンク受信部
202 下りリンクスケジューラ
203 プリコーディングウェイト生成部
204 下りリンク制御信号生成部
205 直列並列変換・変調部
206 乗算器
208 マルチプレクサ
301 下りリンク受信部
302 プリコーディングウェイト生成部
303 直列並列変換・変調部
304 乗算器
307 上りリンク参照信号生成部
401 上りリンクチャネル推定部
404 上りリンクスケジューラ
405 下りリンク送信部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する算出手段と、
前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定する干渉雑音レベル推定手段と、
前記複数の無線通信装置の間の通信に用いられる受信アルゴリズムに基づいて予め決定したオフセット量だけ前記干渉雑音レベルの推定結果をオフセットした値を、閾値として設定する閾値設定手段と、
前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するランク情報生成手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送システム。 A wireless transmission system that transmits and receives data by a plurality of different transmission layers between a plurality of wireless communication devices,
A plurality of singular values of a MIMO channel matrix indicating a transmission characteristic of a MIMO channel between the plurality of wireless communication devices based on reception results of known pilot signals transmitted / received between the plurality of wireless communication devices or the MIMO Calculating means for calculating a plurality of eigenvalues of the correlation matrix of the channel matrix;
Interference noise level estimation means for estimating an interference noise level in the MIMO channel based on the reception result of the known pilot signal;
A value obtained by offsetting the previously only determined offset the interference noise level estimation result based on the received algorithm used for communication between the plurality of wireless communication devices, and a threshold setting means for setting a threshold value,
Rank information generating means for generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues and the threshold;
A wireless transmission system comprising:
前記ランク情報生成手段は、前記MIMOチャネルの最大送信レイヤ数が2のとき、前記複数の特異値を二乗した値又は前記複数の固有値について最小値を求め、その最小値が前記閾値以上又は前記閾値よりも大きい場合に、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を2にすることを特徴とする無線伝送システム。 The wireless transmission system of claim 1,
When the maximum number of transmission layers of the MIMO channel is 2, the rank information generation unit obtains a minimum value for a value obtained by squaring the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues, and the minimum value is equal to or greater than the threshold value or the threshold value wireless transmission system, characterized in that the 2 number transmit layer used for data transmission and reception in the large case, the MIMO channel than.
前記閾値は、前記干渉雑音レベルの推定結果を前記オフセット量だけオフセットした値を前記パイロット信号の総送信電力で正規化したものであることを特徴とする無線伝送システム。 The wireless transmission system according to claim 1 or 2,
The threshold value, the wireless transmission system, characterized in that said at the interference noise level estimation result obtained by normalizing the total transmission power of the previous SL pilot signal values offset by said offset amount.
前記複数の無線通信装置の間の送受信は複数のサブキャリアを用いて行われ、
前記算出手段は、前記複数の無線通信装置の間で送受信される前記複数のサブキャリアのそれぞれによる既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネル行列の複数の特異値を二乗した値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値のそれぞれについて、前記複数のサブキャリア間の平均値を算出し、
前記干渉雑音レベル推定手段は、前記複数のサブキャリアのそれぞれによる既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定し、
前記ランク情報生成手段は、前記複数の特異値の二乗平均値又は前記複数の固有値の平均値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルのランク情報を生成することを特徴とする無線伝送システム。 The wireless transmission system according to claim 1, 2 or 3,
Transmission / reception between the plurality of wireless communication devices is performed using a plurality of subcarriers,
The calculation means is a value obtained by squaring a plurality of singular values of the MIMO channel matrix based on reception results of known pilot signals by each of the plurality of subcarriers transmitted and received between the plurality of wireless communication devices, or For each of a plurality of eigenvalues of the correlation matrix of the MIMO channel matrix, an average value between the plurality of subcarriers is calculated,
The interference noise level estimation means estimates an interference noise level in the MIMO channel based on a reception result of a known pilot signal by each of the plurality of subcarriers,
The rank information generating means generates rank information of the MIMO channel based on a comparison result between a mean square value of the plurality of singular values or an average value of the plurality of eigenvalues and the threshold value. Wireless transmission system.
前記複数の無線通信装置は、データを送信するデータ送信側の無線通信装置と、前記データを受信するデータ受信側の無線通信装置とを用いて構成され、
前記データ受信側の無線通信装置は、前記算出手段と前記干渉雑音レベル推定手段と前記閾値設定手段と前記ランク情報生成手段とを備えるともに、前記ランク情報生成手段で生成された前記ランク情報を前記データ送信側の無線通信装置に送信するランク情報送信手段を更に備え、
前記データ送信側の無線通信装置は、前記ランク情報を前記データ受信側の無線通信装置から受信するランク情報受信手段と、前記ランク情報受信手段でランク情報に基づいて、そのランク情報で示される数の送信レイヤによってデータを前記データ受信側の無線通信装置に送信するデータ送信手段と、を備えることを特徴とする無線伝送システム。 The wireless transmission system according to claim 1, 2, 3 or 4 ,
The plurality of wireless communication devices are configured using a data transmission-side wireless communication device that transmits data and a data reception-side wireless communication device that receives the data,
The wireless communication device on the data receiving side includes the calculating means, the interference noise level estimating means, the threshold setting means, and the rank information generating means, and the rank information generated by the rank information generating means is It further comprises rank information transmission means for transmitting to the wireless communication device on the data transmission side,
The data transmission side wireless communication apparatus includes rank information reception means for receiving the rank information from the data reception side wireless communication apparatus, and a number indicated by the rank information based on the rank information by the rank information reception means. And a data transmission means for transmitting data to the data reception-side wireless communication apparatus using a transmission layer of the wireless transmission system.
前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出する算出手段と、
前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定する干渉雑音レベル推定手段と、
前記複数の無線通信装置の間の通信に用いられる受信アルゴリズムに基づいて予め決定したオフセット量だけ前記干渉雑音レベルの推定結果をオフセットした値を、閾値として設定する閾値設定手段と、
前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するランク情報生成手段と、
前記ランク情報生成手段で生成された前記ランク情報を、前記データを送信するデータ送信側の無線通信装置に送信するランク情報送信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device on a data receiving side that receives the data in a wireless transmission system that transmits and receives data by a plurality of different transmission layers between a plurality of wireless communication devices,
A plurality of singular values of a MIMO channel matrix indicating a transmission characteristic of a MIMO channel between the plurality of wireless communication devices based on reception results of known pilot signals transmitted / received between the plurality of wireless communication devices or the MIMO Calculating means for calculating a plurality of eigenvalues of the correlation matrix of the channel matrix;
Interference noise level estimation means for estimating an interference noise level in the MIMO channel based on the reception result of the known pilot signal;
A value obtained by offsetting the previously only determined offset the interference noise level estimation result based on the received algorithm used for communication between the plurality of wireless communication devices, and a threshold setting means for setting a threshold value,
Rank information generating means for generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues and the threshold;
Rank information transmission means for transmitting the rank information generated by the rank information generation means to a wireless communication device on the data transmission side for transmitting the data;
A wireless communication apparatus comprising:
前記複数の無線通信装置の間で送受信される既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数の無線通信装置の間におけるMIMOチャネルの伝送特性を示すMIMOチャネル行列の複数の特異値又は前記MIMOチャネル行列の相関行列の複数の固有値を算出するステップと、
前記既知のパイロット信号の受信結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおける干渉雑音レベルを推定するステップと、
前記複数の無線通信装置の間の通信に用いられる受信アルゴリズムに基づいて予め決定したオフセット量だけ前記干渉雑音レベルの推定結果をオフセットした値を、閾値として設定するステップと、
前記複数の特異値又は前記複数の固有値と、前記閾値との比較結果に基づいて、前記MIMOチャネルにおけるデータ送受信に用いる送信レイヤ数を示すランク情報を生成するステップと、
前記ランク情報で示される数の送信レイヤによって前記複数の無線通信装置の間のデータの送受信を行うステップと、
を含むことを特徴とする無線伝送方法。 A wireless transmission method for transmitting and receiving data by a plurality of different transmission layers between a plurality of wireless communication devices,
A plurality of singular values of a MIMO channel matrix indicating a transmission characteristic of a MIMO channel between the plurality of wireless communication devices based on reception results of known pilot signals transmitted / received between the plurality of wireless communication devices or the MIMO Calculating a plurality of eigenvalues of the correlation matrix of the channel matrix;
Estimating an interference noise level in the MIMO channel based on a reception result of the known pilot signal;
A step of a value obtained by offsetting the previously only determined offset the interference noise level estimation result based on the received algorithm used for communication between the plurality of wireless communication devices, to set a threshold value,
Generating rank information indicating the number of transmission layers used for data transmission / reception in the MIMO channel based on a comparison result between the plurality of singular values or the plurality of eigenvalues and the threshold;
Transmitting and receiving data between the plurality of wireless communication devices by the number of transmission layers indicated by the rank information;
A wireless transmission method comprising:
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