WO2005004376A1

WO2005004376A1 - 多入力多出力伝送システム

Info

Publication number: WO2005004376A1
Application number: PCT/JP2003/008297
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Seki; Yoshinori Tanaka; Daisuke Jitsukawa
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-13
Also published as: EP2451109A1; US8542575B2; US20060114813A1; JP4128197B2; US7826346B2; US20090175374A1; EP1615365A4; EP1615365A1; JPWO2005004376A1

Abstract

　多入力多出力伝送システム(MIMOシステム)において、受信局は､各データストリームのエラーの有無を検出すると共に各送信アンテナの伝搬路状態を推定し、エラーの有無に基づいて作成されたデータストリーム毎の再送要否情報と各送信アンテナの伝搬路状態を送信側に通知する。送信局は､通知された各送信アンテナの伝搬路状態に基づいて、再送要のデータストリームを送信する送信アンテナを決定し、該決定した送信アンテナより再送要のデータストリームを再送する。

Description

明細書

多入力多出力伝送システム

技術分野

本発明は多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) の構成を備えた伝送システムに係わり、特に、複数の送信アンテナと受信アンテナを備え、高速のデータ転送が可能な多入力多出力伝送システムおよびその送信局および受信局に関する。

背景技術

今日の無線通信システムでは、複数の送信アンテナから異なるデータストリ一ムを並列に送信することにより、送信アンテナ数に比例して伝送容量を増大させる空間多重伝送技術が注目されている。異なる送信アンテナは、お互いに無相関になるように配置され、各アンテナから送信されるデータストリームは、それぞれ独立のフエ一ジング伝搬路を通り、受信アンテナで受信される。

ここで、お互いに無相関になるように配置された、複数の受信アンテナを利用して、多入力多出力 ( Multiple -Input Multiple - Output, MIMO) システムとすることにより、自由度の高いチャネル相関行列が生成でき、空間多重されたデータス卜リームを分離する際の SNRを向上することができる。

図 1 4に MIMOシステムの構成を示し、 TRは送信局、 RVは受信局である。送信アンテナ ATT！〜 ATTM の数 M と词じ数のデータストリーム S I〜SMが、それぞれの送信部 TX i〜TXMでデ^タ変調 · ォ一パーサンプリング · D/A変換 ' 直交変調 · 周波数アップコンバート · 帯域制限フィルタリングなどの処理を経て、各送信アンテナ ΑΤΊ^ ΑΤΤΜカゝら送信される。各アンテナ ΑΤΊ^ ΑΤΤΜから送信された信号は、独立のフェージングチャネル h_mn ( m = 1〜M , n = l〜N ) を通り、空間で多重された後、 N本の受信アンテナ ATR i〜AT R Nで受信される。各受信アンテナで受信された信号は、受信部 RX t〜RX_Nでフィルタリング ·周波数ダウンコンバート · 直交検波 · A/D変換処理を経て、 X I〜XNの受信データストリームが生成される。各受信デ一タス卜リームは、 M個の送信データストリームが多重された形になっているため、全ての受信データストリ一ムに対して信号処理を行うことにより、送信デ一タストリ一ムが分離 · 再生される。図 1 5および図 1 6は、 MIMO システムを含まない、従来のディジタル無線通信システムにおける、受信機および送信機の構成例である。図 1 4に示した送信部 ( TX j ~ T M ) と受信部（RX i RXw ) の範囲を図 15及び図 16において TX,RX として点線で囲んで示しておく。送信部 TX (図 1 5 )の前段において、送信データは所定の符号化方式に従って符号化され、符号化データは変調方式 (QPSK, 16QAM,64QAMなど）に従って 2 つの直交軸 I，Q にマツピングされる。ついで、送信データはパイロットを時間多重され、以後、オーバ一サンプリング ' D/A変換 · 直交変調 · 周波数ァップコンバ一ト · 帯域制限フィルタリングなどの処理を経て、送信アンテナ ATTから送信される。

受信部 RX(図 1 6 )ではフィルタリング ·周波数ダウンコンバート ·直交検波 · A/D変換処理が行われる。その後、チャネル推定、同期検波、データ復調（デマツピング）、デ一夕復号処理が行われる。

受信信号より送信デ一タストリーム Si SM (図 1 4 )を分離するデータ処理装置 DPU の信号処理のアルゴリズムには、チャネル相関行列の逆行列を用いる ZF(Zero-Forcing) や MMSE といった線形アルゴリズムと、 BLAST ( Bell Laboratories Layered Space -Time) に代表される非線形アルゴリズムがある。また、 MLD ( Maximum Likelihood Decoding) などの相関行列の逆行列演算を使用しない方法も知られている。

今、送信データストリームを M次元の複素行列 Sで、受信データストリームを N次元の複素行列で表すと、次式の関係がある。

X = HS +V

E[ W ] = σ_νΙ

ここで、 Εはアンサンブル平均、は N X Mの複素チャネル行列（hu〜！ iMN)であり、は分散 σ _νで平均値 0の複素白色雑音行列である。 *は'、行列の複素共役転置を表す。また、 /は Ν次元の単位行列である。

ZFアルゴリズムでは、次式により送信デ一タストリ一ムを推定する。

5 = (H*Hj^_1H*

ここで、 Η*Ηはチャネル相関行列と呼ばれる。チャネル相関行列の逆行列が存在するためには、 Ν≥Μの関係が必要になる。 MMSEアルゴリズムでは、次式により送信データストリ一ムを推定する。

= \Η*Η + αΐ)~¹Η*Χ

= σ_ν /σ₅ =Μ /ρ

Ε[ 55* ] = σ_ΒΙ

ここで、 ιθは、受信アンテナ当りの SNRに相当する。 MMSEでは SNRを精度よく推定する必要が生じるが、 ZFにおける雑音強調の影響を低減することができるため、一般に ZFより特性が優れている。

MLDアルゴリズムでは、次式により送信デ一タストリームを推定する。

S ^ argminlZ - HS,!² £ 广.^} K = Q^M ここで、は変調データの信号点配置の数で、 QPSKで Q=4, 16QAMで Q=16, 64QAMで Q=64 となる。このように、 MLDでは、多値変調の演算量が膨大となり、かつ演算量は送信アンテナ数に対して指数関数的に増大してしまう。なお、 MLDでは、チャネル相関行列の逆行列演算を必要としないため、 N≥Mの関係は不要である。

BLASTァルゴリズム関しては、後述の非特許文献 1 、 2 に詳しく記述されているので、説明は省略する。

一般に、 MIMOシステムでは、伝搬路状態が他の送信アンテナよりも悪いアンテナから送信されたデ一タストリームに伝送誤りが生じ易い。このような伝搬路状態の悪いアンテナは、フエ一ジング変動により変化するため、伝送誤りを生じるデータストリームも時間と共に変化する。また、 MIMO システムでは、伝搬環境によりアンテナ間の相関が高くなつた場合にも伝送誤りを生じ易くなる。具体的には、マルチパス伝搬路において、直接波や強い反射波などの特に電力の大きいパスが存在する場合、アンテナ間の相関が高くなる。伝搬路の状態は複雑に変化するため、ある特定のアンテナ間の相関が高くなることにより、特定のデータストリームに伝送誤りが生じる場合が発生する。そして、このようなアンテナ相関の状態も、受信局の移動や周辺環境の変化によって、時々刻々と変化する。このように、 MIMOシステムでは、ある特定のデ一夕ストリームに誤りが集中する傾向があり、誤りの集中するデ一タストリームは、時間と共に変化する。と 8297

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ころで、高速無線データ通信においては、 ARQ (Automatic Repeat reQuest) などの無線区間における再送制御の適用が不可欠である。図 1 7は MIMO システムにおいて、再送制御を適用した場合の従来例を示し、図 1 4と同一部分には同一符号を付している。空間で多重されたデ一タストリ一ムは、データ処理装置 DPUの信号処理により分離され、デ一夕復調/復号部 RDUで復調復号処理を施されて誤り検出部 EDTに入力する。誤り検出部 EDTはデータストリーム， ₂,,，, 毎に誤り検出を行い、 ACK/NACK発生部 ANGはデ一タストリーム毎にエラ一検出結果（ACK/NACK) を逆方向の無線リンク（送信部 TX，送信アンテナ ATT、受信アンテナ ATR、受信部 RX)を用いて、送信局 TRに通知する。送信局 TRの再送制御部 RTC は、管理する再送バッファ： RTBi〜： RTBMの中から、 NACK に該当するデ一夕ストリームの再送を行う。この時、送信に使用するアンテナは固定である。すなわち、再送も前回の送信と同一アンテナを用いて行われる。

MIMOシステムにおいて再送制御を行う場合、再送バケツトを同一のアンテナから送信すると、伝送路状態の悪いアンテナを使い続けることになるため、再送による誤り率の改善が小さくなり、再送制御の利得が得られにくくなるといった問題が生じる。特に、フエ一ジングゃマルチパス環境の変化が、再送間隔（Round Trip Time) に比べて遅い場合に、この問題は深刻である。

MIMO システムの第 1 の従来技術として（特許文献 1)がある。この第 1従来技術において、 MIMO システムの受信機は各データストリ—ムのレー 1、及びパワーを検出して送信機にフィードバックし、送信機は該フィードバックされたレート及ぴパヮ一に基づいて対応するデ一タストリームのレートとパワーを制御してスループットを向上する。しかし、この第 1 の従来技術は再送による誤り率を改善するものではない。

MIMO システムの第 2の従来技術として（特許文献 2)がある。この第 2従来技術において、①送信機は情報プロックから少なくとも 2 つのエラ一符号化ストリ —ムを作成して送信し、受信機は各ストリーム毎にエラ一チェックし、エラーが検出されればエラ一が検出されたエラー符号化ストリームのみの再送を要求し、あるいは②送信機は情報ブロックから少なくとも 2つのエラー符号化ストリームを作成して送信し、受信機は各エラー符号化ストリームを合成してエラーチェックし、エラーが検出されれば各エラー符号化ストリームの再送を要求する。第 2の従来技術は再送制御に関するものであるが、再送による誤り率を改善するものではなく、再送効率を向上するものではない。

以上から，本発明の目的は、再送による誤り率を改善し、再送効率を向上することである。

非特許文 1 ： G.d .Fosc ini, "Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multi-Element Antennas," Bell Laboratories Technical Journal, vol.1, no.2, pp .41-59, 1996 非特許文献 2： P.W.Wolniansky, G.J. Foschini, G.D . Golden, R.A.Valenzuela, "V- BLAST: An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-Scattering Wireless Channel," in Proc. ISSSE -98, Italy, Sept. 1998 特許文献 1 特開平 2002-217752号公報

特許文献 2 特開平 2003- 124915号公報発明の開示

本発明は、複数のデータストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信する送信局と、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記デ一タストリームを分離して出力する受信局を備えた多入力多出力伝送システムである。受信局は、各デ一タストリームのエラーの有無を検出する手段、各送信アンテナの伝搬路状態を推定する手段、エラ一の有無に基づいて作成された前記デ— タストリーム毎の再送要否情報と前記各送信アンテナの伝搬路状態とを送信側に通知する手段、を備え、送信局は、前記通知された各送信アンテナの伝搬路状態に基づいて、再送要のデ一タストリームを送信するための送信アンテナを決定する手段、該決定した送信アンテナより再送要のデ一タス卜リームを再送する手段、を備えている。

なお、受信局は、各送信アンテナの伝搬路状態を送信側に通知する代わりに、送信アンテナの伝搬路状態に基づいて再送用の送信アンテナを決定し、この再送用送信アンテナの識別情報を送信局に通知するように構成することもできる。

送信局あるいは受信局の送信アンテナ決定手段は、例えば以下のようにして再 P T/JP2003/008297

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送用の送信アンテナを決定する。すなわち、送信アンテナ決定手段は、伝搬路状態の良い順に送信アンテナのランキングを行い、再送要のサブストリームを再送する際、前回伝搬路状態が最も悪い送信アンテナから送信した再送要のデ一タストリームを伝搬路状態が最も良い送信アンテナから送信するように、ランキングの逆順に送信アンテナの再割当てを行う。これにより、 MIMO システムにおいて再送制御を行う場合、前回伝搬路条件の悪いアンテナから送信されたデータの誤り率を改善し、再送効率を向上することができる。また、 MIMOシステムにおいて再送制御を行う場合、少ない再送回数で伝送を成功させ、再送効率を向上することができる。図面の簡単な説明

図 1は第 1実施例の多入力多出力伝送システムの構成図ある。

図 2は多入力多出力伝送システムにおける送信部の構成図である。

図 3は多入力多出力伝送システムにおける受信部の構成図である。

図 4はアンテナ選択部による再送用の送信アンテナ決定処理フローである。図 5は本発明の第 1実施例の再送制御説明図である。

図 6は第 2実施例の多入力多出力伝送システムの構成図である。

図 7は第 3実施例の受信局の構成図である。

図 8は再生合成部のブロック図である。

m 9は第 4実施例の受信局の構成図である。

図 1 0は MIMOシステムにおける再送制御の効率を向上す？)手段の説明図（同 —の信号を複数のアンテナを用いて再送）である。

図 1 1 は MIMO システムにおける再送制御の効率を向上する手段の説明図 ( STTDを用いた再送）である。

図 1 2は MIMOシステムにおける再送制御の効率を向上する手段の説明図（変調方式を変更して再送）である。

図 1 3は MIMOシステムにおける再送制御の効率を向上する手段の説明図（変調方式や符号化率を変更して再送）である。

図 1 4は MIMOシステムの構成図である。 3 008297

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図 1 5は従来のディジ夕ル無線通信システムにおける受信機の構成図である。図 1 6は従来のディジタル無線通信システムにおける送信機の構成図である。図 1 7は MIMOシステムにおいて、再送制御を適用した場合の従来例の説明図である。発明を実施するための最良の形態

( A ) 第 1実施例

図 1 は第 1実施例の多入力多出力伝送システムの構成図、図 2 は多入力多出力伝送システムにおける送信部の構成図、図 3 は多入力多出力伝送システムにおける受信部の構成図であり、従来例と同一部分には同一符号を付している。

- 第 1実施例の概略

第 1実施例は、受信局 RVにおいて、デ一タストリ一ム毎の ACK/NACKを検出すると同時に、送信アンテナ毎に直交多重されたパイロットシンポルを用いて、アンテナ毎の伝搬路状態を推定する。通常、 ACKとなるデ一タストリームは、伝搬路状態の良いアンテナから送信され、 NACKとなるデータストリームは、伝搬路状態の悪いアンテナから送信される。そこで、 NACKとなったデータストリームを再送する場合、 ACKとなった送信アンテナの伝搬路との比較を行い、伝搬路状態の良い方のアンテナを用いて再送するように選択する。なお、 ACKとなるァンテナの伝搬路は、 NACKとなるアンテナの伝搬路ょり一般に良いことが多いので、伝搬路の比較を行わずに、 ACKとなった送信アンテナを用いて再送するように選択してもよい。

-第 1実施例の動作

受信局 RVにおいて、データ処理装置 DPUはパイロットシンポルを用いてチヤネル hu〜！ iMNを推定すると共に MIMOチャネル分離処理を行う。データ処理装置 DTU はチャネル推定に際して、パイロットシンボルを復調し、該復調したパイロットシンポルの位相、振幅と既知パイロットシンボルの位相、振幅と比較することによりチャネル 1m〜！ iMNの特性 Α · _βχρ (]· Φ )を推定する。各送信アンテナより送信されるパイロットシンポルは直交している為、データ処理装置 DPUはチャネル h l l ~ hMNを推定することができる。 3 008297

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また、データ処理装置 DPUは、 MIMOのチャネル分離に際して、 ZF、 MMSE、 BLAST , MLD などの既述の方法を用いる。誤り検出部 E DT は、 CRC チェックなどの方法により、分離された各データストリ一ム ₂,,,, _Μ毎に誤り検出を行い、 ACK/NACK 発生部 ANG はデ一タストリーム毎にエラー検出結果 ( ACK/NACK) を逆方向の無線リンク（送信部 ΤΧ,送信アンテナ ΑΤΤ、受信アンテナ ATR、受信部 RX)を用いて、送信局に通知する。

伝搬路推定部 ΤΡΕは、チャネル推定結果 hu liMNを用いて、送信アンテナ毎の伝搬路状態（受信電力 Sあるいは SIR) を推定する。例えば、伝搬路推定部 TPE は、送信アンテナ ATTi ( i = 1 〜M ) の受信電力 Siを次式

により推定す。アンテナ選択部 ATS は、伝搬路情報および ACK/NACK情報を基に、再送に用いる送信アンテナを決定する。再送に用いる送信アンテナとしては、電力 Siが大きい、すなわち伝搬路状態が良好なアンテナを選択する。再送に用いる送信アンテナの情報（アンテナ番号）は、 ACK/NACK情報と共に、逆リンク（受信局—送信局）における制御チャネルによって、送信局に通知される。また、再送に用いる送信アンテナ情報（アンテナ番号）は、データ処理部 DPUにも通知され、再送のデ一タストリ一ムの分離のために使用される。

送信局 TRの再送制御部 RTCは、受信局 RVから通知された ACK/NACK情報に基づいて再送バッファ RTB I ~ RTBMの中から、 NACK に該当するデ一タストリームを読み出してアンテナ割当部 AAL に入力する。アンテナ割当部 AAL は、該入力された再送用のデータストリ一ムを、受信局から通知されたアンテナ番号が示す送信アンテナに入力する。以上により、再送は伝搬状態が良好な送信アンテナより行われる。

図 4はアンテナ選択部 ATSによる再送用の送信アンテナ決定処理フローであり、以降のいずれの実施例においても採用することができる。

まず、伝搬路状態の良い順に送信アンテナをランキング付けする（ステツプ 101)。ついで、 NACKとなったデータストリームを、その送信アンテナの伝搬路状態が悪い順に並べる（ステツプ 102)。しかる後、 i = 1 とし（ステップ 103)、第 i番目のデータストリームを第 i ランクの送信アンテナに割り当てる（ステップ 104)。これにより、 i = 1 であれば、最も伝搬路状態の悪い送信アンテナより送信されて NACKとなったデータストリ一ムを最も伝搬路状態が良い送信アンテナに割り当てて再送することができる。

ついで、全部の再送用のデータストリームの割当が完了したかチエツクし（ステップ 105)、完了してなければ i を歩進し（ステツプ 106)、ステップ 104以降の処理を繰り返す。

図 5は本発明の第 1実施例の再送制御説明図である。パケッ卜 1、バケツト 2、パケット 3 をそれぞれ送信アンテナ ΑΤΤι〜ΑΤΤ₃より送信したところ、パケット 1> パケット 2 にェラーが発生して NACK となり、パケット 3 は正しく受信されて ACK となったものとする。又、送信アンテナ ATTi ATTs の伝搬路状態を示す (SIR)は、 SIR3> SIR1> SIR2である。アンテナ選択部 ATS3は図 4のフローに従つて、伝搬路状態の良い順に送信アンテナをランキング付けすると、

ATT3→ATT1→ATT2

となり、 NACKとなったデタストリームを、その送信アンテナの伝搬路状態が悪い順に並べると

パケット 2→パケット 1

となる。従って、パケット 2 を送信アンテナ ATT3で送信するものと決定し、パケット 1 を送信アンテナ ATT1で送信するものと決定するそして、 ACK/NACK情報とアンテナ情報を、制御チャネルを介して送信局に送る。この結果、送信局は図 5 の右側に示すようにバケツト 1 を送信アンテナ ATT1 で再送し、バケツト 2 を送信アンテナ ATT3で再送する。

以上のような方法を用いることにより、 ① NACKのデータストリームが複数ある場合や、 ②全てのデータストリームが NACK の場合、 ③ （ACKアンテナ数） < ( NACKアンテナ数）のような場合に、本発明を適用して再送効率を高めることができる。なお、パケット合成における伝搬路状態を平均化し、再送の効率を高める効果は、 NACKの送信アンテナを再送毎にランダムに割当てる方法によつてもある程度、得ることができる。

以上第 1 実施例によれば、前回伝搬路条件の悪いアンテナから送信されたデ一夕の誤り率を改善し、再送効率を向上することができる。また、 MIMOシステム JP2003/008297

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において再送制御を行う場合、少ない再送回数で伝送を成功させ、再送効率を向上することができる。

(B) 第 2実施例

図 6 は第 2実施例の多入力多出力伝送システムの構成図であり、第 1実施例と同一部分には同一符号を付している。

-第 2実施例の概略

第 1実施例では NACKのデータストリームを再送する送信アンテナを受信局のアンテナ選択部 ATSで決定して送信局に通知したが、第 2実施例では、伝搬路状態を送信局に送り、送信局のアンテナ選択部 ATSL が該伝搬路状態に基づいて再送する送信アンテナを決定する。

すなわち、第 1 の実施例では、再送に使用するアンテナは、受信局が決定する構成になっているが、第 2の実施例では、送信局が決定する構成になっている。受信局は、伝搬路推定部 TPEで推定した伝搬路情報（S,SIR) を逆リンクの制御チャネルを用いて送信局 TR に通知する。送信局のアンテナ選択部 ATSLでは、伝搬路情報と ACK/NACK情報を基に、再送に使用するアンテナの選択および割当ての処理を行う。送信局が決定した送信アンテナの情報は、アンテナ情報多重部 AIMによって、一つまたは複数の送信機を用いた制御チャネルにより、受信局 RV に通知される。受信局では、制御チャネルによって通知されるアンテナ選択情報を、アンテナ情報検出部 AIDT において検出し、データ処理装置 DPU に通知する。

• 第 2実施例の動作

受信局 RV において、データ処理装置 DPU は第 1 実施例と同様にパイロットシンポルを用いてチャネル h i i〜： hMNを推定すると共に MIMOチャネル分離処理 (データストリーム分離処理）を行う。誤り検出部 EDT は、 CRC チェックなどの方法により、分離された各デ一夕ストリーム， f ₂,，,， _Μ毎に誤り検出を行い、 ACK/NACK発生部 ANGはデータストリーム毎にエラー検出結果（ACK/NACK) を逆方向の無線リンク（送信部 ΤΧ，送信アンテナ ΑΤΤ、受信アンテナ ΑΊΈ、受信部 RX)を用いて、制御チャネルにより送信局に通知する。伝搬路推定部 ΤΡΕは、チャネル推定結果 h _U〜！ 1MN を用いて、送信アンテナ毎の伝搬路状態（受信電力 S あるいは SIR)を推定し、 ACK/NACK情報と共に、逆方向の無線リンクを用いて、制御チャネルにより送信局に通知する。

送信局 TRの再送制御部 RTCは、受信局 RVから通知された ACK/NACK情報に基づいて再送バッファ； RTBi〜： RTBMの中から、 NACK に該当するデータストリームを読み出してアンテナ選択部 ATSLに入力する。アンテナ選択部 ATSLは、伝搬路情報および ACK/NACK情報に基づいて、再送に用いる送信アンテナを決定する。再送に用いる送信アンテナとしては、電力 Si あるいは SIRが大きい、すなわち伝搬路状態が良好なアンテナを選択し、該アンテナの情報（アンテナ番号）をアンテナ選択情報多重部 AIM に通知する。しかる後、アンテナ選択部 ATSL は、再送バッファから入力された再送用のデータストリームを、送信部を介して前記決定した送信アンテナに入力する。以上により、再送は伝搬状態が良好な送信アンテナより行われる。又，アンテナ選択情報多重部 AIMは再送用の送信アンテナのアンテナ番号を送信部 TXiに入力して単独であるいは再送デ一タストリームに多重して送信アンテナ ΑΤΤιより送信する。

受信局の各受信部 RXi RXNは受信信号をデータ処理部 DPUに入力する。また、受信部 RXiは受信信号をアンテナ選択情報検出部 AIDT に入力する。アンテナ選択情報検出部 AIDTは入力信号より再送の送信アンテナを識別してデータ処理部 DPU に入力する。データ処理部 DPU はこの情報を用いて再送のデータストリ一ムを分離して出力する。以上により、再送は伝搬状態が良好な送信アンテナより行われる。この結果、第 2実施例によれば、前回伝搬路条件の悪いアンテナから送信されたデータの誤り率を改善し、再送効率を向上することができる。また、 MIMO システムにおいて再送制御を行う場合、少ない再送回数で伝送を成功させ、再送効率を向上することができる。

なお、アンテナ選択部 ATSLは図 4の処理フローに従って再送用のアンテナを決定することができる。このようにすることにより、バケツト合成における伝搬路状態を平均化し、再送の効率を向上することができる。

( C) 第 3実施例

図 7は第 3実施例の受信局の構成図であり、再送合成部 RTCが設けられた点で第 2 実施例と異なるだけである。なお、送信局は図示しないが第 2 実施例と同じ T JP2003/008297

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構成である。

再生合成部 RTC は、再送信号の受信品質を改善するために再送パケットと前回に送信されて NACKとなったパケットを合成する。すなわち、再生合成部： RTC は、受信に失敗し、再送要求（NACK情報）を出した誤りを含むパケットを再送合成バッファに蓄積する。そして、再送されたバケツト（デ一タストリーム）を受信した際に、該再送パケットとバッファ内のパケット（デ一夕ストリーム）とを合成する。このデータ合成により、受信品質（受信デ一夕信号の SIR)が改善され、再送回数が増えるほど、改善の度合いが高くなり、パケット受信の成功率が高まる。

図 8 は再生合成部 RTC のブロック図であり、最初、再送合成バッファ RTBF に何も保存されていない。この為、データストリ一ム（パケット）は合成部 ADD を通過して誤り検出部 EDT と書き込み制御部 WCTに入力する。誤り検出部 EDT における誤り検出処理の結果、誤りが検出されなければ書き込み制御部 WCTは再送合成バッファ RTBF に何も格納しない。又、図示しない ACCK/NACK 発生部 ANG は ACK を送信局に送る。一方、誤り検出処理の結果、誤りが検出されると、書込み制御部 WCT は誤りを含むバケツトをパケット番号を付して再送合成バッファ RTBFに格納する。又、 ACK/NACK発生部 ANGは NACKを送信局に送る。この結果、送信局から NACKのパケッ卜が再送されてくると、該バケツ卜の番号に応じたバケツトを再送合成バッファ RTBFから読み出して合成部 ADD に入力する。合成部 ADDは再送バケツトとバッファから読み出されたバケツトとを合成して出力する。データ合成により、受信品質が改善され、再送回数が増えるほど、改善の度合いが髙くなり、バケツト受信の成功率が高まる。

第 3実施例において、送信局のアンテナ選択部 ATSLは図 4の処理フローに従つて送信アンテナを決定して再送する。このようにすると以下の利点がある。すなわち、伝搬路状態の最も悪いアンテナから送信されたデータストリームが、伝搬路状態の最も良いアンテナから再送されるように、逆順のランキングを用いてァンテナ割当てを行うため、パケット合成の効果を全てのデ一タストリームに対して平均して得ることができ、 NACKとなるデータストリームの発生確率を低減することができる。 2003/008297

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第 3実施例では、送信局において使用するアンテナが再送の度に異なるが、受信局のデータ処理装置 DPU において、再送に使用されたアンテナを判別するため、正しい再送パケット同士を合成することができる。なお、再送合成部を第 1 実施例のデータ復調 Z復号部の後に設けて第 3実施例とすることができる。

(D) 第 4実施例

図 9は第 4実施例の構成図であり、第 2実施例と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、①伝搬路状態推定部 TPE の代わりにデ一タストリーム毎にエラー数をカウントして送信局に送るエラーカウント部 ERCを設けた点、②送信局のアンテナ選択部 ATSLが電力 Sあるいは SIRの代わりにエラ一数に基づいて再送用の送信アンテナを決定する点である。

誤り検出部 E D Tは、 CRC ( Cyclic Redundancy Check) を用いて誤り検出を行っており、各デ一タストリ一ムで発生する誤りの数を判定することができる。そこで、このエラ一数情報を送信局のアンテナ選択部 ATSL に送り、アンテナ選択部 ATSLが該エラ一数に基づいて誤りが最も多く発生したデータストリームを、伝搬路状態の最も良いアンテナ（エラ一数が最も少ないアンテナ）を用いて再送するように割当てる。このようにすれば、パケット合成における伝搬路を平均化し、再送制御の効率を高めることができる。なお、第 1実施例において伝搬路状態推定部 TPEの代わりにエラーカウント部 ERCを設け、エラー数に基づいて再送用の送信アンテナを決定するように構成することもできる。

( E )再送制御の効率を向上するその他の手段

MIMO システムにおける再送制御の効率を向上するその他の手段として、 NACKとなったデ一タストリームを複数のアンテナを用いて再送する方法が考えられる。最も簡単な方法は、同一の信号を複数のアンテナから送信する方法であり、以下の方法は第 1〜第 4実施例のいずれにも適用することができる。

- 同一の信号を複数のアンテナを用いて再送

図 1 0 に示すように、送信アンテナ数が 2、受信アンテナ数が 2の場合、一方の受信アンテナ ATRiにおける新規なデ一タストリームは、以下のよう表される。 (但し、以降の考察では、雑音の影響は省略する。）

1 ~ ^11^1 + ^21^2 08297

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ここで、 siはアンテナ ATTiからの送信データ信号、 S2はアンテナ ATT₂からの送信データ信号、 _{X 1}は受信アンテナの受信信号である。送信データ信号 _{S 1}が NACK：、送信データ信号 S2が ACKとなった場合は、右側に示めすように送信データ信号 _{S l}をアンテナ 1 とアンテナ 2の両方から再送する。この場合、受信アンテナの ATI の受信信号 X Iはとなる。 2つの送信アンテナ ATTi, ATT₂からの伝搬路は独立なので、 2つの信号は空間でランダムに合成され、単純に送信電力が 2倍となったことに相当する。これにより、誤り率を改善できる。

• STTDを用いた再送

STTD ( Space Time Transmit Diversity) を用いることにより、再送時に、送信ダイバーシチゲインを得ることができる。図 1 1 に STTDを用いた再送原理説明図である。 STTD 法では、 NACK となった送信データ信号 si(0),si(l)を STTD エンコーダ 11で符号化し、符号化により択られた二組のデータを 2つのアンテナ ATTi, ATT₂に入力して送信を行う。すなわち、 STTDエンコーダ 11は時間的に連続する信号を

の二組の連続信号を出力する。この結果、受信アンテナ ATR1の受信信号 X (())，^(1)は x₁(0) = h_ns₁(0) + h₂₁s₁(l)

となる。ここで、 _{S 1}(0),_{S 1}(1)は、時間的に連続した送信デ一タシンポルを、 xi(0)，_Xl(l)は、時間的に連続した受信データシンポルを表す。この時、受信局でチャネル推定部 12および STTDデコーダ 13は次式

(0) = ^χι ) + ^h2i^xi' (1) = (|&u|² + ιΓ ι(0)

(l) = - ι (ο) = ( χ + ι|² !(ΐ)

で示すデコード処理を行う。この結果、送信ダイバ一シチゲインが得られ、誤り率を改善できる。なお、 STTD コーダを第 1〜第 4実施例の送信局の適所に、例えばアンテナ選択部 ATSL内に設け、また、 STTDデコーダを受信局 ω適所に、例えばデータ処理装置 DPU内に設けることにより STTD を用いた再送を実現できる。

• 変調方式や符号化率を変更して再送変調方式や符号化率を変えることにより、複数の送信アンテナを用いて再送を行うことができる。図 1 2は変調方式を変更する場合の原理説明図である。例えば、 16QAM(4 ビット）で 2本の送信アンテナ ΑΤΤι, ATT₂から送信した 2つのデ一夕ストリームのうち一方が NACK となり、他方が ACK となった場合、 NACK のデータストリームを再送する際、変調方式を QPSK(2 ビット）に変更する。変調方式を QPSK(2 ビット）に変更することにより、データストリームのシンポル数が 2倍になるから、 2本の送信アンテナ ATTi, ATT₂に振り分けて送信する。これにより、 MIMOの伝送方法はそのままで、ノイズの影響が小さい QPSK変調方式を用いた再送を行うことができる。

また図 1 3に示すように、 64QAMで変調を行い、符号化率 R=2/3で誤り訂正の符号化を行ったデータストリ一ムが NACKとなった場合、変調方式を 16QAM とし、符号化率を R= l/2 に変更する。このようにすれば、デ一タストリームのシンポル数が 2倍になるから、 2本の送信アンテナ ATTi, ATT₂に振り分けて送信すれば、 MIMOの伝送方法はそのままで、ノイズの影響が小さい変調方式および誤り訂正能力の高い符号化率を用いた再送を行うことができる。このような方法は、 MIMOのチャネル分離はうまく機能しているが、変調方式や符号化率の限界により、誤りが残ってしまうような場合に効果的である。

以上本発明によれば、データの誤り率を改善し、再送効率を向上することができる。また、 MIMOシステムにおいて再送制御を行う場合、少ない再送回数で伝送を成功させ、再送効率を向上することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数のデータストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信する送信局と、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記データストリームを分離して出力する受信局を備えた多入力多出力伝送システムにおいて、

前記受信局は、

各データストリームのエラーの有無を検出する手段、

各送信アンテナの伝搬路状態を推定する手段、 .

エラーの有無に基づいて作成された前記データストリーム毎の再送要否情報と前記各送信アンテナの伝搬路状態とを送信側に通知する手段、

を備え、前記送信局は、

前記通知された各送信アンテナの伝搬路状態に基づいて、再送要のデータストリームを送信するための送信アンテナを決定する手段、

該決定した送信アンテナより再送要のデータストリームを再送する手段、を備えたことを特徴とする多入力多出力伝送システム。

2 .前記送信局は更に、前記再送要のデータストリームを送信する送信アンテナの識別情報を受信局に通知する手段、

を備え、前記受信局は、該通知されたアンテナ識別情報に基づいて再送されたデ一タストリームを分離するデータス卜リーム分離手段、

を備えたこと特徴とする請求項 1記載の多入力多出力伝送システム。

3 . 複数のデータストリ一ムのそれぞれを別々の送信アンテナより送信する送信局と、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記デ一タストリ一ムを分離して出力する受信局を備えた多入力多出力伝送システムにおいて、

前記受信局は、

各データストリームのエラーの有無を検出する手段、

各送信アンテナの伝搬路状態を推定する手段、

前記送信アンテナの伝搬路状態に基づいて再送用の送信アンテナを決定する手段、エラーの有無に基づいて作成された前記データストリ一ム毎の再送要否情報と前記決定した再送用送信アンテナの識別情報とを送信局に通知する手段、を備え、前記送信局は、

前記通知された再送用の送信アンテナより再送要のデ一タストリ一ムを再送する手段、

を備えたことを特徴とする多入力多出力伝送システム。

4 .前記送信部は、互いに直交するパイロットシンポルを前記各デ一タストリ一ムに多重して各送信アンテナより送信する手段、

を備え、前記伝搬路状態推定手段は、該パイロットシンポルを用いて推定された各チャネルのチャネル推定値を用いて各アンテナの伝搬路状態を推定する、ことを特徴とする請求項 1又は 3記載の多入力多出力伝送システム。

5 . 受信局は、

復調後のデ一夕ストリームを格納するバッファメモリ、

再送されたデータストリームとバッファメモリに保存されているデータストリ —ムを合成する合成手段、

を備え、前記エラー有無検出手段は、合成されたデータストリームに対してエラ —検出処理を行う、

ことを特徴とする請求項 1又は 3記載の多入力多出力伝送システム。

6 . 前記受信局あるいは送信局の送信アンテナ決定手段は、伝搬路状態の良い順に送信アンテナのランキングを行い、再送要のサブストリームを再送する際、前回伝搬路状態が最も悪い送信アンテナから送信した再送要のデ一タストリ一ムを伝搬路状態が最も良い送信アンテナから送信するように、ランキングの逆順に送信アンテナの再割当てを行う、

,

7 . 前記エラ一検出手段は、再送要のデータストリーム内の誤り発生数をカウントし、前記受信局あるいは送信局の送信アンテナ決定手段は、誤り発生数が最も多いアンテナから送信した再送要のデータストリ一ムを、伝搬路状態が最も良いアンテナから送信するように、再生用の送信アンテナを決定する、

8 . 全てのデータストリーム又は複数のデ一タストリームが再送要の場合、前記受信局あるいは送信局の送信アンテナ決定手段は、各デ一タス卜リームを再送するアンテナをランダムに割当てる、

9 . 前記受信局あるいは送信局の送信アンテナ決定手段は、再送要のデ一タストリ一ムを再送不要となったデータストリームを送信したアンテナから再送するようにアンテナの割当てを行う、

1 0 . 前記受信局あるいは送信局の送信アンテナ決定手段は、再送不要となつたデータストリ一ムを送信したアンテナをも利用して、 1つの再送要のデ一タストリームを複数のアンテナを用いて再送するようにアンテナの割当てを行う、ことを特徴とする請求項 1又は 3記載の多入力多出力伝送システム。

1 1 . 送信局の前記デ一タストリーム再送手段は、送信ダイバーシチ構成を備え、 1つのデータストリームを複数のアンテナを用いて再送する際、該送信ダイバ

—シチを用いて送信する、

ことを特徴とする請求項 1 0記載の多入力多出力伝送システム。

1 2 . 送信局の前記データストリーム再送手段は、変調度あるいは符号化率を変更する手段を備え、 1つのデータストリ一ムを複数のアンテナを用いて再送する際、再送するデ一タストリ一ムの変調度を低くするか又は符号化率を小さくして複数のサブデータストリームに分割し、各サブデ一タストリ一ムを複数のアンテナを用いて送信する、

1 3 . 複数のデ一タストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信し、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記データストリームを分離して出力する多入力多出力伝送システムの受信局において、

複数の送信アンテナより送信された信号を受信する複数の受信アンテナ、該複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重されたデータストリームを分離して復調する手段、

前記復調された各データストリームのエラーの有無を検出する手段、各送信アンテナの伝搬路状態を推定する手段、

を備え、前記デ一タストリーム分離/復調手段は再送されたデータストリ一ムを分離して復調する、

ことを特徴とする受信局。

1 4 . 前記データストリーム分離ノ復調手段は、送信局より送られてくる再送送信アンテナの識別情報に基づいて、前記再送されたデ一タストリームを分離して復調する、

ことを特徴とする請求項 1 3記載の受信局。

1 5 . 複数のデ一タストリ一ムのそれぞれを別々の送信アンテナより送信し、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記データストリームを分離して出力する多入力多出力伝送システムの受信局において、

前記復調された各デ一タストリームのエラーの有無を検出する手段、各送信アンテナの伝搬路状態を推定する手段、

前記送信アンテナの伝搬路状態に基づいて再送用の送信アンテナを決定する手段、

エラ一の有無に基づいて作成された前記データストリーム毎の再送要否情報と前記決定した再送用送信アンテナの識別情報とを送信局に通知する手段、を備え、前記デ一タス卜リーム分離/復調手段は再送されたデ一タストリームを分離して復調する、

ことを特徴とする受信局。

1 6 . 受信局は、

復調後のデータストリームを格納するバッファメモリ、

再送されたデータストリームとバッファメモリに保存されているデータストリームを合成する合成手段、を備え、前記エラ一有無検出手段は、合成されたデータストリームに対してエラ一検出処理を行う、

ことを特徴とする請求項 13又は 1 5記載の受信局。

1 7 . 複数のデータストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信し、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記データストリームを分離して出力する多入力多出力伝送システムの送信局において、

複数のデータストリ一ムのそれぞれを別々の送信アンテナより送信する手段、データストリーム毎の再送要否情報と各送信アンテナの伝搬路状態を受信局より受信する受信部、

前記通知された各送信アンテナの伝搬路状態に基づいて、再送要のデ一タストリームを送信する送信アンテナを決定する手段、

該決定した送信アンテナより再送要のデ一タストリ一ムを再送する手段、を備えたことを特徴とする送信局。

1 8 .前記送信局は更に、前記再送要のデ一タストリームを送信する送信アンテナの識別情報を受信局に通知する手段、

を備えたことを特徴とする請求項 17記載の送信局。

1 9 . 複数のデ一タストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信し、複数の受信アンテナで受信した信号より空間で多重された前記デ一タストリームを分離して出力する多入力多出力伝送システムの送信局において、

複数のデータストリームのそれぞれを別々の送信アンテナより送信する手段、データストリ一ム毎の再送要否情報と再送用の送信アンテナの識別情報を受信局より受信する受信部、

前記通知された再送用の送信アンテナより再送要のデータストリームを再送する手段、

を備えたことを特徴とする送信局。

2 0 .送信局は、各送信アンテナからデ一タストリームに互いに直交するパイ口ッ卜シンポルを多重して送信する手段、

'を備えたことを特徴とする請求項 17又は 19記載の送信局。