WO2006100767A1

WO2006100767A1 - 無線通信システム

Info

Publication number: WO2006100767A1
Application number: PCT/JP2005/005262
Authority: WO
Inventors: Toyohisa Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-28
Also published as: JPWO2006100767A1

Abstract

　複数のアンテナ１１８−１～１１８−Ｍと、各アンテナ間での受信信号のフェージング相関を測定するフェージング相関測定部１１１と、フェージング相関値に基づいて送信側へのフィードバック情報を生成して送信信号に付加するフェージング相関情報付加部１１５と、受信信号からフィードバック情報を抽出すると共に、当該フィードバック情報に基づいて送信信号の通信方式を選択する選択部１１２とを備える。

Description

無線通信システム

技術分野

[0001] この発明は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを用いる多入力多出力

(MIMO : Multiple Input Multiple Output)通信方式の無線通信システムに関するものである。

背景技術

[0002] 従来の MIMO通信方式を用いる無線通信システムとしては、例えば特許文献 1に開示されるものがある。このシステムでは、受信側で得られた情報を送信側にフィードノックして特性を改善する。特に、本システムは、必要な信号品質を満足させるために送信電力を制御し、誤りのない通信を実現しょうとするものである。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 217752号

[0004] 従来の無線通信システムでは、良好な特性の改善を図るのにマルチパスが多く存在する電波伝搬の環境が必要である。このため、反射波のない見通しのみのような伝搬環境では、複数の送信アンテナ間の相関が高い場合、これら送信アンテナから送信される個別のデータを復元するためのチャネル分離を正しく行えな、。これにより、全ての通信が不正となる可能性があるという課題があった。

[0005] この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、 MIMO通信方式で電波伝搬の状況に応じた最適なスループットでの通信を実現できる無線通信システムを得ることを目的とする。

発明の開示

[0006] この発明に係る無線通信システムは、複数のアンテナと、各アンテナ間での受信信号のフージング相関を測定するフージング相関測定部と、フージング相関値に基づいて送信側へのフィードバック情報を生成して送信信号に付加するフェージング相関情報付加部と、受信信号力もフィードバック情報を抽出すると共に、当該フィードバック情報に基づいて送信信号の通信方式を選択する通信方式選択部とを備える。 [0007] このことによって、電波伝搬の環境に応じた制御が可能であるので、通信が不可能となるような状況に陥ることなぐその通信状況に最適な速度で通信することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]この発明の実施の形態 1による無線通信システムの構成を示すブロック図である。

[図 2]入力信号を用いたフェージング相関を測定する回路を示すブロック図である。

[図 3]MIMO方式でのフェージング相関とビット誤り特性との関係の一例を示すダラフである。

[図 4]この発明の実施の形態 2による無線通信システムにおけるチャネル推定値を用いたフェージング相関を測定する回路を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1による無線通信システムの構成を示すブロック図である。実施の形態 1による無線通信システムは、基地局装置 101及び移動端末 11 0から構成される。基地局装置 101は、複数のアンテナ 109— 1— 109-N (Nは、 2以上の自然数)を備える。また、移動端末 110も、複数のアンテナ 118— 1— 118-M ( Mは、 2以上の自然数)を備える。このように、図 1の例では、基地局装置 101及び移動端末 110が共に MIMO通信方式で無線信号を送受信する。なお、基地局装置 1 01からの送信、つまり下りリンクのみを MIMO通信方式での送信処理とすることも可能である。

[0010] また、基地局装置 101は、アンテナ 109—1— 109— Nの他に、チャネルコーディング ZMIMO変調部 102、フージング相関情報付加部 103、チャネルデコーディング ZMIMO復調部 104、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部（通信方式選択部） 105及びチャネル推定 Zフージング相関測定部（フージング相関測定部） 106を備える。チャネルコーディング ZMIMO変調部 102は、コアネットワーク側力も送信されるユーザデータ aを入力し、移動端末 110への送信信号としてチャネルコーデイング及び MIMO変調処理を実行する。フェージング相関情報付加部 103は、コーディングされた送信信号に各受信アンテナ間のフェージング相関に基づ、たフィードバック情報を多重する。

[0011] チャネルデコーディング ZMIMO復調部 104は、入力した受信信号に対して、チヤネル推定 Zフェージング相関測定部 106によるチャネル推定結果を用、て送信ストリームを分離、復調するための MIMO方式でのデコーディングを実行する。さらに、チャネルデコーディング及び復調処理を実行してコアネットワーク側へのユーザデータ bとして出力する。また、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 105は、基地局装置送信のフィードバック情報を抽出して、当該フィードバック情報に基づき適応的に送信信号の変調方式、データレート、 MIMO通信方式でのストリーム数などで規定される送信通信方式を選択する。チャネル推定 Zフェージング相関測定部 106 は、アンテナ 109— 1— 109-Nを介して受信された信号について受信アンテナ毎及び送信ストリーム毎のチャネル推定や各受信アンテナ間のフージング相関を測定する。

[0012] 移動端末 110も、アンテナ 118— 1— 118— Mの他に、チャネル推定 Zフェージング相関測定部（フージング相関測定部） 111、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部（通信方式選択部） 112、チャネルデコーディング ZMIMO復調部 113、チヤネルコーディング ZMIMO変調部 114及びフェージング相関情報付加部 115を備える。チャネル推定 Zフェージング相関測定部 111は、アンテナ 118— 1— 118-Mを介して基地局装置 101からの受信信号について受信アンテナ毎及び送信ストリーム毎のチャネル推定や各受信アンテナ間のフージング相関を測定する。

[0013] フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 112は、移動端末送信のフィードバック情報を抽出し、当該フィードバック情報に基づき適応的に送信信号の変調方式、データレート、 MIMO通信方式でのストリーム数などで規定される送信通信方式を選択する。チャネルデコーディング ZMIMO復調部 113は、入力した受信信号に対してチャネルデコーディング及び MIMO復調処理を実行して受信データ cとして出力する。チャネルコーディング ZMIMO変調部 114では、送信データ dを入力して基地局装置 101への送信信号としてチャネルコーディング及び MIMO変調処理を実行する。フェージング相関情報付加部 115は、コーディングされた送信信号に各受信ァンテナ間のフェージング相関に基づいたフィードバック情報を多重する。

[0014] 先ず、下り送信について説明する。

基地局装置 101のチャネルコーディング ZMIMO変調部 102は、コアネットワーク側から移動端末 110へ送信するユーザデータ aを受信する。チャネルコーディング Z MIMO変調部 102は、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 105により選択された送信ストリーム数及び送信変調方式に従って、受信したユーザデータ aに対して、シリアルパラレル変換、チャネルコーディング、 MIMO変調処理を実行する。フエージング相関情報付加部 103では、チャネルコーディング ZMIMO変調部 102によりコーディングされた送信信号に対してフェージング相関に基づいたフィードバック情報を多重する。多重されたデータは、アンテナ 109— 1— 109-N力も移動端末 11 0に送信される。

[0015] 基地局装置 101から送信された信号は無線伝送路を経て移動端末 110のアンテナ 118— 1— 118-Mで受信される。図 1の例では、送受信の結合や分離を行う構成部、増幅部、周波数変換部などは省略している。移動端末 110で受信された信号は、アンテナ 118— 1— 118-Mを介してチャネル推定/フェージング相関測定部 111 に入力される。チャネル推定 Zフェージング相関測定部 111では、受信アンテナ毎、送信ストリーム毎にチャネル推定される。ここでは並行して、チャネル推定 Zフェージング相関測定部 111が、各受信アンテナ間のフージング相関を求めるための処理を行う。

[0016] 具体的に説明すると、 i番目の受信アンテナと n番目の受信アンテナ間のフェージング相関 p は、下記式（1)で表される。但し、 Xは i番目のアンテナの受信信号、 Xは n i，n l n 番目のアンテナの受信信号である。また E { }はアンサンブル平均を示し、 *は複素共役を示す。

[数 1]

[0017] 本実施の形態 1による無線通信システムでは、このフェージング相関 p を用いて適切な送信ストリーム数を決定し、その情報を送信側にフィードバックすることにより通信システムのスループットを最適化する。なお、フェージング相関を算出処理する構成については後述する。チャネル推定 Zフエージング相関測定部 illは、フェージング相関を測定すると、信号経路 116を介してフェージング相関情報付加部 115に出力する。フェージング相関情報付加部 115では、フェージング相関に基づき移動端末送信における MIMO制御情報としてフィードバック情報を生成して送信データに多重する。

[0018] 次に、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 112は、チャネル推定 Zフージング相関測定部 111のチャネル推定結果を用いて送信ストリームを分離して復調するための MIMO方式デコーディングを実行する。また並行して、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 112は、移動端末送信のためのフィードバック情報の抽出や送信変調方式、 MIMO方式を決定する。ここで、下り送信データにフィードバック情報が多重されていれば、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 105は、信号経路 117を介してチャネルコーデイング ZMIMO変調部 102に対して当該フイードバック情報に基づいた最適な MIMO方式、変調方式、データレートを指示する。一方、チャネルデコーディング ZMIMO復調部 113では、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 112から渡されるデータに対して、 MIMO復調処理、チャネルデコーディング処理を行ヽ、ユーザデータ cが取り出される。

[0019] 次に、移動端末 110からの送信である上り送信について説明する。

移動端末 110のチャネルコーディング ZMIMO変調部 114は、基地局装置 101へ伝送するユーザデータ dを入力すると、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 112で抽出された基地局装置 101からのフィードバック情報に基づき、 MIMO送信方式、変調方式を決定し、チャネルコーディング及び MIMO変調処理を施す。フエ一ジング相関情報付加部 115では、チャネルコーディング ZMIMO変調部 114によりコーディングされたユーザデータ dに対して、チャネル推定 Zフェージング相関測定部 111が測定したフェージング相関に基づ!/、たフィードバック情報を多重する。多重されたデータは、アンテナ 118— 1— 118— Mを介して基地局装置 101に送信される。

[0020] 移動端末 110から送信されたデータは、無線伝送路を経て基地局装置 101のアンテナ 109— 1一 109— Nで受信される。受信信号は、基地局装置 101内で低雑音増幅、周波数変換、アナログ -デジタル変換等の処理が施され、チャネル推定 Zフェージング相関測定部 106によりチャネル推定処理が実行される。ここでも、移動端末 110 と同様に、チャネル推定 Zフージング相関測定部 106が、当該受信信号についての各受信アンテナ間のフエージング相関を測定し、信号経路 108を介してフェージング相関情報付加部 103に上り送信のためのフェージング相関情報を渡す。

[0021] 次に、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部 105は、上りユーザデータに多重されたフィードバック情報を抽出し、信号経路 107を介してチャネルコーディング/ MIMO変調部 102にフィードバック情報に基づいた最適な MIMO方式、変調方式、データレートを指示する。チャネルデコーディング ZMIMO復調部 104は、チャネル推定 Zフェージング相関測定部 106が求めたチャネル推定値を用いて、前述の処理が施された受信信号に対して、 MIMOアルゴリズムによる復調処理を行い、続いてチャネルデコーディング処理を実行する。これにより、受信信号はユーザデータ bとして復元され、コアネットワーク側に送信される。

[0022] 次に、フェージング相関を算出処理する構成について説明する。

図 2は、入力信号を用いたフェージング相関を測定する回路を示すブロック図であり、図 1中の基地局装置 101におけるアンテナ 109— i一 109— nとチャネル推定 Zフエージング相関測定部 106のフェージング相関測定部を含む構成、若しくは、移動端末 110におけるアンテナ 118-i— 118-nとチャネル推定/フェージング相関測定部 111のフェージング相関測定部を含む構成を示している。図 2の例は、受信アンテナ 109-i (若しくは、 118-i)で得られた受信信号 201と受信アンテナ 109-n (若しくは、 118— n)で得られた受信信号 202の相関を求めて、る。 [0023] 演算部 203は、受信信号 201である x_;の信号電力 ^' を算出し、演算部 205では受信信号 202である Xの信号電力 X · χ *を算出する。また、演算部 204は、受信信号 201, 202の内積として信号電力を求める。演算部 206では、演算部 203, 205で求めた各信号電力の振幅値を用いて、演算部 204が求めた内積の値を規格ィ匕してフェージング相関値を算出する。さらに、演算部 207が、演算部 206が求めたフエ一ジング相関値を時間平均する処理を行っている。なお、 *は複素共役を示す。

[0024] 図 3は、演算部 207が算出するフェージング相関値と誤り率特性との関係の一例を示すグラフである。この結果は、送信アンテナ 2本、すなわち 2本の個別データストリームを送信し、 2本のアンテナで受信し、 ZFアルゴリズムにより MIMO方式での復調を行ったものである。このとき、送信アンテナと受信アンテナは正対で角度は固定とし、規格ィ匕ドップラー周波数 f = 2. 41 X 10—⁷、ビットエネルギー対雑音電カスペタトル密度比（EbZNo)を 40dBとしている。このグラフの関係より、フェージング相関が高いほど、誤りが増加していることがわかる。これは、アンテナ間の相関が高い場合、 MIMO方式での復調におけるチャネル分離が困難になることが原因である。

[0025] そこで、本実施の形態 1では、このフェージング相関値を、 MIMO送信と単一ストリーム送信モードである MISO (Multiple Input Single Output)送信とのいずれが適切かを判断するためのパラメータとして用い、その結果を送信側にフィードバックする。これにより、伝搬環境に応じた最適な通信が可能となる。このため、フェージング相関測定部 115では、信号経路 116を経由してチャネル推定 Zフージング相関測定部 111からフェージング相関情報を受け取り、これを基に MIMO制御情報を生成している。

[0026] なお、上記実施の形態では、移動端末 110でフィードバック情報を決定して、るが

、フェージング相関情報自体を基地局装置 101側にフィードバックし、基地局装置 1

01側で送信方法を決定するように構成してもよヽ。

[0027] 次に、本実施の形態のフィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部による最適な

MIMO方式を判断する処理につ!、て説明する。

先ず、フィードバック情報抽出 ZMIMO方式選択部は、受信側において予め上位装置力も与えられた閾値に対して、フェージング相関値が上回った場合、送信ストリ一ム数を変更するように送信側に対して要求する。このとき、フィードバックする情報として、 1ストリーム力複数ストリームかを定義する lbitの情報、あるいは送信ストリーム自体を通知する、若しくはフェージング相関値自体を情報として送信する。

[0028] フィードバック情報の送信タイミングは、常時通知するか、若しくは送信を要求するタイミングで通知する。常にリンクを張っている通信では常時通知する方法を用いることが有効である。一方、 1つのチャネルを共有する通信方式においては、送信要求時にフィードバック情報を通知する。

[0029] また、フェージング相関情報付加部によるフィードバック情報の送信は、時間多重による方法、符号多重による方法、直交周波数多重による方法がある。時間多重による方法では、フィードバックする情報を送信するタイミングが予め決められており、符号多重による場合は、フィードバック情報用に符号を割当て、他の送信データと共に符号拡散処理を施し送信する。直交高周波数多重による場合、予め決められたサブキャリアを用いてフィードバック情報を送信する。

[0030] 以上のように、この実施の形態 1によれば、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナと、各受信アンテナ間での受信信号のフージング相関を測定するフージング相関測定部と、フェージング相関値に基づ、て送信側へのフィードバック情報を生成して送信信号に付加するフージング相関情報付加部と、受信信号力もフィードバック情報を抽出すると共に、当該フィードバック情報に基づいて送信信号の通信方式を選択する選択部とを備える。これにより、電波伝搬の環境に応じた制御が可能となることから、通信が不可能となるような状況に陥ることなぐその通信状況に最適な速度で通信することができる。

[0031] 実施の形態 2.

上記実施の形態 1では、フェージング相関を受信信号をそのまま用いて算出する例を示した。これに対して、本実施の形態 2では、各遅延波及び送信ストリーム毎に求めるチャネル推定値を用いてフェージング相関を求めるものである。

[0032] 本実施の形態 2による無線通信システムの構成は、上記実施の形態 1の図 1で示す構成と基本的に同様であるが、上述したようにチャネル推定 Zフェージング相関測定部が各遅延波及び送信ストリーム毎に求めるチャネル推定値を用いてフェージング相関を求める点で異なる。

[0033] 図 4は、この発明の実施の形態 2による無線通信システムにおけるチャネル推定値を用いたフェージング相関を測定する回路を示すブロック図である。この図も図 2と同様に、図 1中の基地局装置 101におけるアンテナ 109-i— 109-nとチャネル推定 Z フージング相関測定部 106のフージング相関測定部を含む構成、若しくは、移動端末 110におけるアンテナ 118-i— 118-nとチャネル推定/フェージング相関測定部 111のフェージング相関測定部を含む構成を示して、る。

[0034] チャネル推定 Zフェージング相関測定部は、受信側で既知となるパイロットシンポルを送信信号に内挿しておき、送信ストリーム毎、受信アンテナ毎に受信信号 Xと既知の参照信号 rとの相関によりチャネル推定を行う。 i番目の受信アンテナのおける、 k番目の送信ストリームに対するチャネル推定値 h は、下記式（2)で表される。但し、

i,k

X

iは i番目のアンテナの受信信号、 r

kは k番目の送信ストリームに内挿されたパイロットシンボル、 E{ }はアンサンブル平均を、 *は複素共役を示す。

[数 2]

ここで、チャネル推定 Zフージング相関測定部により求められる、送信アンテナ数 K、受信アンテナ数 Νで遅延波数 mを考慮したチャネル推定値 h カゝらなるチャネル

i，k，m

推定行列 Hは、下記式（3)で表される。

[数 3]

[0036] 図 4では、演算部 209が、 i番目の受信アンテナの受信信号 201である乃至 n番目の受信アンテナの受信信号 202である Xから i番目の送信ストリームに対するチヤネル推定ベクトル Hを算出し、演算部 210では、 i番目の受信アンテナの受信信号 201 である X乃至 n番目の受信アンテナの受信信号 202である Xから n番目の送信ストリームに対するチャネル推定ベクトル Hを算出する。また、演算部 211は、演算部 209 が求めたチャネル推定ベクトルの内積を求め、演算部 213は、演算部 210が求めたチャネル推定ベクトルの内積を求める。さらに、演算部 212は、演算部 209, 210が求めたチャネル推定べクトルの内積を求める。

[0037] 演算部 214では、演算部 211, 213で求めた各チャネル推定ベクトルの内積値を用いて、演算部 212が求めた内積の値を規格ィ匕してフェージング相関値を算出する。さらに、演算部 215が、演算部 214が求めたフージング相関値を時間平均する処理を行っている。同様にして他の異なる送信ストリーム間のフェージング相関値を求める。図 4で算出されるフェージング相関は、 H行列の推定結果を用いて下記式 (4) で求められる。但し、 H行列における十字の上付添え字は、エルミート共役演算を示している。

[数 4]

[0038] 以上のように、この実施の形態 2によれば、上記実施の形態 1と同様の効果が得られると共に、遅延波毎にフージング相関が測定できるので、遅延波の影響を考慮する必要のある方式で有効である。

産業上の利用可能性

[0039] 以上のように、この発明に係る無線通信システムは、受信アンテナ間での受信信号のフェージング相関値に基づくフィードバック情報により送信信号の通信方式を選択するので、電波伝搬の状況に応じた最適なスループットで通信することができ、 MIM O通信方式による移動体通信システムなどに好適に利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数のアンテナと、

前記各アンテナ間での受信信号のフージング相関を測定するフージング相関測定部と、

前記フェージング相関値に基づいて送信側へのフィードバック情報を生成して送信信号に付加するフェージング相関情報付加部と、

受信信号力も前記フィードバック情報を抽出すると共に、当該フィードバック情報に基づいて送信信号の通信方式を選択する通信方式選択部とを備えた無線通信システム。

[2] フェージング相関情報付加部は、フェージング相関に応じて送信ストリーム数の変更を要求するフィードバック情報を生成することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[3] フェージング相関情報付加部は、フィードバック情報として 1ストリームか複数ストリーム力を定義する 1ビット情報を生成することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[4] フェージング相関情報付加部は、フィードバック情報としてストリーム数を表す複数ビットの情報を生成することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[5] フェージング相関情報付加部は、フィードバック情報としてフェージング相関値を通知する情報を生成することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[6] フェージング相関情報付加部は、予め設定したタイミングでフィードバック情報を送信信号に付加して送信することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[7] フェージング相関情報付加部は、送信要求時にフィードバック情報を送信信号に付加して送信することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[8] フェージング相関情報付加部は、フィードバック情報を送信信号に時間多重して送信することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[9] フェージング相関情報付加部は、フィードバック情報を送信信号に符号多重して送信することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

[10] フージング相関情報付加部は、フィードバック情報を送信信号に直交周波数多重して送信することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。

フージング相関測定部は、受信信号から求めたチャネル推定値を用いて各アンテナ間での受信信号のフージング相関を測定することを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。