JP5894037B2 - 送信装置、及びチャネル推定方法 - Google Patents
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Description
これらのシステムでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはMAC(Medium Access Control)レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値は30Mbps程度であり、情報を必要とする通信相手が増えればこの特性は更に低下する。一方、有線LANの世界ではEthernet(登録商標)の100Base−Tインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)の普及から、100Mbpsの高速回線の提供が普及しており、無線LANの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。
高速化の技術として、IEEE802.11nにおいて空間多重送信技術としてMIMO(Multiple input multiple output)技術が導入され、オプションで4素子のアンテナ数までサポートされた。さらに、IEEE802.11acでは、マルチユーザMIMO(MU(Multi User)−MIMO)通信方法が検討され、サポートするアンテナ素子数は8素子まで増やされている(例えば、非特許文献1参照)。
基地局装置1aは、端末装置2a−1〜2a−Kの送受信アンテナに対するチャネル情報を取得するため、送信信号生成回路1a−2が、チャネル推定用のトレーニングシンボルを生成する。図7は、トレーニングシンボルの構成例を示した図である。図7の四角いブロックLT(1,1)〜LT(N,N)は、チャネル推定のためのOFDMシンボルを表しており、ガードインターバル(GI:Guard Interval)が付与されたものとなっている。LT(j,k)は、トレーニングシンボルブロックのうち、k番目のタイミングにおいてj番目の送受信アンテナ1a−4−jから送信されるOFDMシンボルに対応する。LT(j,k)の生成は、周波数チャネルにおける既知信号s1〜sFを逆フーリエ変換してGIを付与することによって行われる。LT(1,1)〜LT(N,N)のn番目の周波数チャネルの送信信号xj,k,nからなる送信信号行列Xnは、以下の式(1)として表される。
端末装置2a−iが、基地局装置1aからの信号を受信すると、受信信号復調回路2a−i−3は、受信信号に対し同期を行う。チャネル推定回路2a−i−4は、LT(1,1)〜LT(N,N)に対応する受信信号から、チャネル情報である基地局装置1aと端末装置2a−iの送受信アンテナ間の伝搬係数からなるチャネル行列を推定して送信信号生成回路2a−i−5に出力する。j番目のトレーニングシンボルに対応する受信信号において、送受信アンテナ2a−i−1−1〜2a−i−1−Miで受信されたn番目の周波数チャネルに対応する受信信号y1,j,i,n〜yMi,j,i,n からなる受信信号ベクトルyj,i,nは、以下の式(2)として表される。
基地局装置1aの無線信号送受信回路1a−3は、送受信アンテナ1a−4−1〜1a−4−Nを介して端末装置2a−1〜2a−Kからの信号を受信し、受信信号復調回路1a−5は、受信した信号からそれぞれチャネル情報、もしくはチャネル情報から算出された信号空間情報を読み出してチャネル情報記憶回路1a−6に書き込んで記憶させる。
例えば、端末装置2a−iに対応する信号空間行列Gi,nのエルミート行列Gi,n Hに、行列V(n)+ i,nを乗算してGi,n HV(n)+ i,nを得る。得られたGi,n HV(n)+ i,nの行ベクトルに対して直交化法を用いて得られる基底ベクトルのエルミート行列をV(n)+ i,nに乗算することにより得られる値を送信ウエイトとすることができる。また、得られたGi,n HV(n)+ i,nに特異値分解を行って得られる右特異ベクトルをV(n)+ i,nに乗算することにより得られる値を送信ウエイトとすることもできる。Gi,n HV(n)+ i,nから得られた行列をDi,nとすると、送信ウエイトWi,nは、[V(n)+ i,nDi,n]L’iとして表される。
また、ユーザ数が1(K=1)の場合には、信号空間行列Gi,nを送信ウエイトとして用いることができ、また信号空間行列Gi,nの右特異行列を送信ウエイトとして用いることもできる。
図1に本発明の一実施形態による無線通信システムを表す概略ブロック図を示す。図1において、無線通信システムは、指向性制御によるビームを前提としたシステムであり、基地局装置1と、複数の端末装置2−1〜2−i〜2−Kを備える。ここで、Kは、端末装置の数であり、1≦i≦Kである。基地局装置1は、N本の送受信アンテナ1−4−1〜1−4−N、データ選択出力回路1−1、送信信号生成回路1−2、無線信号送受信回路1−3、受信信号復調回路1−5、ウエイトチャネル情報記憶回路1−6、送信方法選択回路1−7、及びトレーニングウエイト生成回路1−8を備える。各端末装置2−iは、それぞれMi本の送受信アンテナ2−i−1−1〜2−i−1−Mi、無線信号送受信回路2−i−2、受信信号復調回路2−i−3、チャネル推定回路2−i−4、及び送信信号生成回路2−i−5を備える。ここで、Miはi番目の端末装置の送受信アンテナ数である。なお、端末装置2−iと記載した場合は、いずれか1つの端末装置を代表して表す場合と、各々の端末装置を表す場合があり、端末装置が備える各機能ブロックについても同様とする。
トレーニングウエイトは、逐次的に更新されるため、v回目の更新で得られるトレーニングウエイトをW’n (v)と定義する。したがって、式(13)によって生成されたトレーニングウエイトはv=1ととらえることができ、式(15)のように表すことができる。
これに対して、ウエイトチャネル行列としては基地局装置1の送受信アンテナ1−4−1〜1−4−Nが有するN次元の信号空間のうち、LA次元の部分空間しか推定していないため、N個のトレーニング信号をそのまま用いた方式よりも特性が劣化する。この特性劣化を防ぐために、本実施形態の構成ではトレーニングウエイトを逐次的に更新する。
フィードバックを行うベクトル数Liを変化させることにより、端末装置2−iからのフィードバック量を増加または軽減することができる。これに伴って基地局装置1の演算量も増加または軽減することになるため使用する環境に応じた負荷の調整を行うことが可能となる。また、L0を任意に変化させることで、例えば、上述したタイマが前回のチャネル推定から経過した時間を計測することにより、その計測した時間に従ってL0を増加させることで、後述するようにサイクルタイムを一定にすることができ、それにより、伝送特性を維持することが可能となる。
また、ステップS106において、L0個のベクトルが残っているか判定する代わりに、1つ以上のベクトルが残っているか判定することもできる。この場合、一つでもランダムウエイトの選択されていないベクトルが残っていれば、このランダムウエイトを付加トレーニングウエイトとして用いる。このときは、付加トレーニングウエイトの数を一時的にN−ΣL(i)とするか、L0に足りない分は既に選択されているランダムウエイトから重複して選択することができる。このようにして、N個のランダムウエイトのベクトルを使い切り、全ての信号空間に対応する情報を推定することで、チャネル情報の推定精度を高めることもできる。
また、6個のウエイトトレーニングシンボルのみを用いるだけでも、従来のチャネル推定手法を用いた8×2のMIMO方式の伝送特性(図4の点線)を大きく上回る伝送特性が得られているもわかる。これは、例えば、トレーニングシンボルを送信できる数を標準化規格などで変更することなく、送信アンテナ数を増やすことができる効果があることを意味している。
また、上記の実施形態の構成により、トレーニングウエイトを用いたトレーニングシンボルによるチャネル推定を行うことで、システムに対するチャネル推定フレームのオーバヘッド、チャネル関連情報のフィードバック量、チャネル関連情報をフィードバックするまでの時間差、を減らすことができ、高いシステムスループットを有する無線通信システムを実現することができる。
また、上記の実施形態の構成により、基地局装置1は、チャネル推定用に用いるウエイトトレーニングシンボルのタイムスロットの数をLA個に削減することができる。これにより、各端末装置2−iにおけるウエイトチャネル行列の推定の演算量を軽減させることができ、フィードバックするウエイト信号空間行列G’i,nのサイズも、LA×Liに削減することができる。これにより、チャネル推定におけるトラフィック量を減らすことができるとともに、基地局装置1における送信ウエイトの演算量も低減することができる。
また、上記の実施形態の構成により、基地局装置1は、付加トレーニングウエイトを加えてトレーニングウエイトを更新し、また、付加トレーニングウエイトの選択元のランダムウエイトが不足した場合にはランダムウエイトを更新してトレーニングウエイトを逐次的に更新することが可能となる。これにより、基地局装置1の送受信アンテナ1−4−1〜1−4−Nが有するN次元の信号空間のうちLA次元の部分空間しか推定していないために生じる特性劣化を防き、N個のトレーニング信号をそのまま用いた方式と同程度の伝送特性を維持することが可能となる。
なお、本発明に記載の送信装置とは、例えば、本実施形態の基地局装置1である。また、本発明に記載の所定の数のベクトルとは、例えば、本実施形態のLi個のベクトルである。
1−1 データ選択出力回路
1−2 送信信号生成回路
1−3 無線信号送受信回路
1−4−1〜1−4−N 送受信アンテナ
1−5 受信信号復調回路
1−6 ウエイトチャネル情報記憶回路
1−7 送信方法選択回路
1−8 トレーニングウエイト生成回路
2−1〜2−i 端末装置
2−1−1−1〜2−i−1−Mi 送受信アンテナ
2−1−2〜2−i−2 無線信号送受信回路
2−1−3〜2−i−3 受信信号復調回路
2−1−4〜2−i−4 チャネル推定回路
2−1−5〜2−i−5 送信信号生成回路
Claims (8)
- N本(N≧2)アンテナを有し、1つ以上の端末装置と通信を行う送信装置であって、
N行N列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを記憶し、当該ランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成するトレーニングウエイト生成回路と、
前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを生成し、当該ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成する送信信号生成回路と、
前記ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を前記端末装置に送信し、前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信する無線信号送受信回路と、を備え、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成する
ことを特徴とする送信装置。 - 前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記新たなトレーニングウエイトを生成する際に、前記ランダムウエイトの選択されてないベクトルの数が、前記付加トレーニングウエイトが必要とするベクトル数未満または0の場合、前記ウエイトチャネル情報と前記トレーニングウエイトとに基づいて新たにN行N列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを生成して記憶する
ことを特徴とする請求項1に記載の送信装置。 - 前記トレーニングウエイト生成回路は、
計時手段が計時する経過時間に応じて、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトとして選択するベクトル数を増加させる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の送信装置。 - 前記端末装置から受信するウエイトチャネル情報は、前記端末装置側で推定したウエイトチャネル行列のうちフィードバックを要求された所定の数のベクトルで表される情報であり、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記所定の数の変更を前記端末装置に要求する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の送信装置。 - 前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数との和を一定とし、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記所定のベクトル数の変更を前記端末装置に要求した場合、前記所定のベクトル数の変更に応じて前記付加トレーニングウエイトのベクトル数を増減させて前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数の和を一定にする
ことを特徴とする請求項4に記載の送信装置。 - 前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが複数定められ、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
複数の前記端末装置の組み合わせごとにランダムウエイトを記憶し、前記トレーニングウエイトの生成を行う
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の送信装置。 - 前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが定められ、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
更新前のトレーニングウエイトについて記憶し、組み合わせに含まれる前記端末装置のうち一部の前記端末装置からウエイトチャネル情報を取得できなかった場合、当該端末装置からのウエイトチャネル情報を正常に取得した際のトレーニングウエイトを記憶し、ウエイトチャネル情報を正常に取得した端末装置からのウエイトチャネル情報と用いたトレーニングウエイトに加え、ウエイトチャネル情報を取得できなかった端末装置の過去のウエイトチャネル情報と当該ウエイトチャネル情報を推定した際のトレーニングウエイトを用いてトレーニングウエイトを生成して更新する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の送信装置。 - N本(N≧2)アンテナを有し、1つ以上の端末装置と通信を行う送信装置におけるチャネル推定方法であって、
N行N列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成し、
前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成して前記端末装置に送信し、
前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信し、
前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、
前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成する
ことを特徴とするチャネル推定方法。
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