WO2007108080A1 - 基地局およびそのmimo-ofdm通信方法 - Google Patents

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WO2007108080A1
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mimo
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Daisuke Jitsukawa
Hiroyuki Seki
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Fujitsu Limited
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices

Definitions

  • the present invention relates to a base station and a MIMO-OFDM communication method thereof, and more particularly, together with data using a multiple input multiple output (MIMO) communication method from a plurality of antennas using a plurality of OFDM transmitters.
  • the present invention relates to a base station that transmits a pilot signal to a mobile station and a MIMO-OFDM communication method thereof.
  • a pilot signal is multiplexed with a data signal and transmitted from a transmission side in order to compensate for distortion of the data signal in a fading channel.
  • the receiving side receives the pilot signal transmitted from the transmitting side, compares the received pilot signal with a known pilot signal, estimates channel distortion (channel estimation), and then adds the channel estimation value to the received data signal. Based on the above, channel compensation is applied.
  • multiplexing methods for data signals and pilot signals There are various types of multiplexing methods for data signals and pilot signals. The case of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) is described below.
  • Fig. 11 is a block diagram of a transmitter in an OFDM communication system.
  • the data modulator 1 modulates transmission data (user data and control data), for example, using QPSK data, and has a complex baseband signal (symbol) having in-phase and quadrature components. Convert to The time division multiplexing unit 2 time-multiplexes pilots of multiple symbols into data symbols. The serial / parallel conversion unit 3 converts the input data into parallel data of M symbols and outputs M subcarrier samples Nos. S to S. IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) 4
  • Subcarrier samples S to S are subjected to IFFT (Inverse Fourier Transform) processing and synthesized.
  • IFFT Inverse Fourier Transform
  • the guard interval insertion unit 5 inserts a guard interval into the M-symbol OFDM signal input from the IFFT unit, and the transmission unit (TX) 6 DA-converts the OFDM signal into which the guard interval is inserted.
  • the frequency of the OFDM signal is converted from baseband to radio band, amplified at high frequency, and transmitted from antenna 7.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of serial-parallel conversion, which is common in front of one frame of transmission data.
  • pilots can be time-multiplexed to all subcarriers and transmitted four times during one frame period, and channel compensation (fading compensation) can be performed by estimating the channel for each subcarrier using the pilot on the receiving side.
  • One OFDM symbol is composed of M symbols.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of guard interval insertion.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of an OFDM receiver.
  • the signal output from the transmitting antenna 7 is received by the receiving antenna 8 of the receiving device through the fading channel (propagation path), and the receiving circuit (Rx) 9 converts the RF signal received by the antenna into a baseband signal.
  • the baseband signal is AD converted to digital and output.
  • the FFT timing synchronization circuit 10 detects the FFT timing from the time domain signal output from the receiving circuit 9, and the symbol cutout unit 1 1 deletes the GI and cuts out the OFDM symbol at the FFT timing and inputs it to the FFT unit 12. To do.
  • the FFT unit 12 performs the FFT processing for each extracted OFDM symbol, and subcarriers in the frequency domain.
  • the channel estimation circuit 13 is a pi
  • the channel compensation circuit 14 By calculating the correlation between the lot symbol and the known pilot pattern, the channel compensation circuit 14 performs channel estimation for each subcarrier, and the channel compensation circuit 14 compensates the channel variation of the data symbol using the channel estimation value.
  • the transmission data allocated to each subcarrier is demodulated. Thereafter, although not shown, the demodulated subcarrier signal is converted into serial data and then decoded.
  • FIG. 15 shows an example of a scattered arrangement in which a pilot signal P is embedded in a data signal DT across adjacent 40 FDM symbols in a specific subcarrier.
  • Channel estimation using a piloted signal with a scattered layout is performed as follows.
  • the receiving apparatus multiplies the received pilot signal obtained after the FFT by the complex conjugate of the known pilot signal to calculate the channel estimated value of the subcarrier in which the received pilot signal is embedded.
  • the channel estimation value is time-averaged between a plurality of adjacent symbols to suppress noise and interference components to some extent.
  • the channel estimation value of the subcarrier in which the pilot signal is embedded is subjected to inner interpolation or outer interpolation in the frequency direction. Ask.
  • linear interpolation is performed assuming that channel distortion varies linearly between subcarriers or OFDM symbols in which pilot signals used for interpolation are embedded.
  • the actual channel distortion does not fluctuate linearly strictly, due to the fast movement of the mobile station in the time direction and due to the delay dispersion of the multipath channel in the frequency direction. Therefore, an error occurs in the channel estimation value after interpolation processing due to complex fluctuations.
  • the wider the pilot signal insertion interval the higher the transmission efficiency of the data signal.
  • Channel estimation becomes difficult to follow sudden channel fluctuations caused by movement, etc., and reception characteristics deteriorate.
  • the narrower the pilot signal insertion interval the lower the transmission efficiency of the data signal.
  • the pilot signal arrangement must be designed in consideration of the geographical environment in which the digital mobile communication system is operated and the assumed mobile station moving speed.
  • Interference signals I and I from the ground stations BS and BS are also received.
  • these interference signals are suppressed as follows.
  • the transmitting device spreads using a spreading code (channelization code) or copies one symbol of data information to a plurality of symbols by repetition, and then a cell-specific scramble code. Multiply and send.
  • the receiving device multiplies the received signal by the same scramble code as that of the transmitting device, and then demodulates the signal by performing despreading by spreading code or in-phase addition to suppress interference signals from adjacent cells to some extent.
  • the pilot signal is transmitted with higher power than the data signal, even if the above processing is performed, the influence on the adjacent cell is still large.
  • the pilot signals of each cell interfere with each other, and the channel estimation accuracy deteriorates.
  • FIG. 19 shows base stations BS, BS, BS in cells A, B, C.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of a multicell environment in which MIMO multiplexing transmission is performed using four antennas 1 to 4 and FIG. 20 is an example of pilot signal arrangement of antennas 1 to 4 in cells A, B, and C.
  • FIG. 20 In this example, pilot signals PA to PA, PB to PB, PC for four transmit antennas in cells A, B, and C
  • Patent Document 1 There is a conventional technique that prevents interference of pilot signals on the propagation path when transmitting OFDM signals from multiple antennas (see Patent Document 1).
  • a pilot signal is transmitted from one antenna on a specific subcarrier, a pilot carrier is not output from the other antenna, and a subcarrier having the same frequency as the pilot carrier of one antenna is a null signal.
  • this conventional technology does not prevent pilot signal interference from other cells or other sectors.
  • the prior art does not enable accurate channel estimation while preventing interference of pilot signals from other cells or sectors.
  • an object of the present invention is to enable highly accurate channel estimation while preventing interference of pilot signals from other cells or other sectors where the mobile station is not communicating.
  • Another object of the present invention is to enable channel estimation capable of sufficiently reducing interference between pilot signals and tracking abrupt channel fluctuations when the mobile station exists at a cell boundary or sector boundary. is there.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-304216
  • the present invention is a MIMO-OFDM communication method for transmitting a pilot signal together with data from a plurality of antennas to a mobile station by a multiple-input multiple-output (Ml MO) communication system using a plurality of OFDM transmitters.
  • Step for transmitting data and pilot signals by MIMO communication system that is multi-data stream transmission or by single-input multiple-output (SIMO) communication system that is one data stream transmission.
  • a pilot used for channel estimation when transmitting one data stream in a cell And arranging the pilot signal so that the pilot signal used for channel estimation at the time of transmission of one data stream in the adjacent cell does not overlap with each other in the frequency direction and / or the time axis direction.
  • the power of a pilot signal used for channel estimation transmitted from a predetermined antenna at the time of transmission of the one data stream is set to the power of a pilot signal transmitted from another antenna.
  • the first MIMO-OFDM communication method according to the present invention further comprising a step of increasing the size is further transmitted from the base station in the mobile station.
  • a pilot signal is received, the communication environment is measured, data for specifying the communication environment is fed back to the base station, and a multi-data stream transmission based on the communication environment specifying data is transmitted at the base station. There is a step to decide whether to do.
  • the mobile station further receives a pilot signal transmitted from the base station, measures the communication environment, and feeds back data specifying the communication environment to the base station. And a step of controlling the number of data streams in the multi-data stream transmission based on the communication environment specifying data in the base station.
  • a cell is sectorized, and a MIMO signal of a base station that transmits a pilot signal together with data to a mobile station by a multiple-input multiple-output (MIMO) communication system from a plurality of antennas using a plurality of OFDM transmitters for each sector.
  • MIMO multiple-input multiple-output
  • This is an OFDM communication method.
  • data and pilots are transmitted by the MIMO communication method, which is multi-data stream transmission, or by the one-input multiple-output (SIMO) communication method, which is one data stream transmission.
  • a signal transmission step in which a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in a predetermined sector and a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in adjacent sectors are mutually in the frequency direction and / or the time axis direction.
  • the pilot signal is arranged so as not to overlap.
  • the power of the pilot signal used for channel estimation transmitted from a predetermined antenna at the time of transmission of the one data stream is set to the power of the pilot signal transmitted from another antenna.
  • the received power from the sector antenna of each sector is measured by the mobile station, and based on the difference of the received power between P-contact sectors. Multiple data stream transmission power, and the step of determining whether to transmit one data stream.
  • the second MIMO-OFDM communication method of the present invention includes a step of controlling the number of data streams in multi-data stream transmission based on the communication environment of a mobile station in the sector when the multi-data stream is transmitted. .
  • the base station of the present invention has a configuration for executing the first and second MIMO-OFDM communication methods. That is, the first base station of the present invention communicates by the MIMO communication system that is multi-data stream transmission according to the communication environment of the mobile station, and communicates by 1-input multiple-output (SIMO) communication system that is 1 data stream transmission.
  • a communication method determination unit for determining whether a pilot signal used for channel estimation in one data stream transmission in a predetermined cell and a pilot signal used for channel estimation in one data stream transmission in a neighboring cell are mutually in the frequency direction and / or time axis
  • a pilot position control unit is provided for controlling the position of the pilot signal so as not to overlap in the direction.
  • the second base station of the present invention has a configuration for executing the second MIMO-OFDM communication method.
  • the second base station is capable of communicating using the MIMO communication system, which is a multi-data stream transmission, and the 1-input multiple-output (SIMO) communication system, which is a data stream transmission, depending on the communication environment of mobile stations in the sector.
  • a communication method determination unit that determines whether to communicate according to the frequency direction and the pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in a predetermined sector and the pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in adjacent sectors.
  • a pilot position control unit that controls the position of the pilot signal so as not to overlap in the time axis direction is provided.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the present invention.
  • FIG. 2 is a correspondence table of the number of reception antennas, the number of data streams, and the antennas used when controlling the number of multi-data streams according to the communication environment of the mobile station, eg, SIR.
  • FIG. 3 is a block diagram of the MIM__FDM communication system of the present invention.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of a base station.
  • FIG. 5 is a detailed block diagram of a mobile station.
  • FIG. 6 This is an example of pilot signal arrangement in which pilot P1 of each cell does not overlap at the same time in the frequency and time directions.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a sector configuration.
  • FIG. 8 is an example of pilot signal arrangement in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram of a base station according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of a mobile station in the second embodiment.
  • FIG. Ll is a block diagram of a transmission device in an OFDM communication system.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of serial / parallel conversion.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of insertion of a guard interval.
  • FIG. 14 is a block diagram of an FDM receiver.
  • FIG. 15 This is an example of a scattered arrangement in which a pit-put signal P is carried in data DT across adjacent 40FDM symbols in a specific subcarrier.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of a multi-cell environment.
  • FIG. 17 is a first conventional pilot signal arrangement example.
  • FIG. 18 is a second conventional pilot signal arrangement example.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of a multi-cell environment in MIMO-OFDM communication.
  • FIG. 20 is a conventional pilot signal arrangement example in MIMO_OFDM communication.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the present invention.
  • base station B in cells A, B, and C S, BS, BS power MIMO-OFDM communication with mobile stations using 1 to 4 antennas.
  • Each base station B in cells A, B, and C S, BS, BS power MIMO-OFDM communication with mobile stations using 1 to 4 antennas.
  • Each base station B in cells A, B, and C S, BS, BS power MIMO-OFDM communication with mobile stations using 1 to 4 antennas.
  • BS power MIMO-OFDM communication with mobile stations using 1 to 4 antennas.
  • the pilot signal arrangement of antennas 1 to 4 of stations A, B, and C is arranged in the nectar direction in the frequency axis direction and in the time direction (for the first 40 FDM symbols) They are placed one on top of the other.
  • the pilot signals of antennas 1 to 4 of each base station are distinguished by patterns.
  • P1 is a pilot signal for antenna 1
  • P2 is a pilot signal for antenna 2
  • P3 is antenna 3 Pilot signal for P4
  • P4 is a pilot for antenna 4.
  • the pilot signal power is set to P1> P2> P3> P4. It should be noted that the pilot PI transmitted from the first antenna 1 of the base station BS 1, BS 2, BS of each cell has a frequency
  • the base station switches from the MIMO communication system, which is multi-data stream transmission, to the 1-input multiple-output (SIMO) communication system, which is 1 data stream transmission, when the communication environment of the mobile station deteriorates.
  • MIMO communication system which is multi-data stream transmission
  • SIMO 1-input multiple-output
  • mobile station MS is moving while communicating with base station BS
  • SIR signal-to-interference power ratio
  • the base station BS receives data and data from the four antennas 1 to 4.
  • a pilot signal is transmitted to the mobile station, and MIMO-OFDM communication is performed (multi-data stream transmission).
  • the base station BS transmits data and pilot signals from one antenna to the mobile station.
  • Switch to power multiple output (SIMO) communication method (1 data stream transmission).
  • the base stations BS, BS, BS of each cell When transmitting one data stream, the base stations BS, BS, BS of each cell
  • Data and pilot signals are transmitted from the mobile station 1 to the mobile station.
  • the pilot P1 transmitted from the antenna 1 when transmitting one data stream in each cell A, B, C are arranged so as not to overlap. That is, in each cell, pilot signal P1 used for channel estimation when transmitting one data stream and pilot signal P1 used for channel estimation when transmitting one data stream in adjacent cells
  • the pilot signals are arranged so that they do not overlap with each other in the frequency direction.
  • the pilot signal P1 for channel estimation of each cell does not interfere with the pilot signal P1 of the adjacent cell during one data stream transmission, the SIR of the pilot signal is improved even at the cell boundary, and good channel estimation is achieved. It becomes possible.
  • the channel estimation pilot signal P1 of each cell overlaps with pilots P2 to P4 of adjacent cells in the frequency direction, but the influence of interference is small.
  • the power of pilot P1 transmitted from antenna 1 during transmission of one data stream is made larger than the power of pilot signals P2 to P4 transmitted from other antennas 2 to 4. Therefore, the pilot signals P2 to P4 other than the pilot P1 arrive at the cell boundary after being sufficiently attenuated, so that the interference of the pilots P2 to P4 in the adjacent cells can be reduced.
  • the number of multi-data streams is controlled according to the communication environment, for example, the SIR value.
  • the communication environment is divided into four stages. In the worst environment (communication environment 1), the number of data streams is 1, and the antenna number to be used is 1. In communication environment 2, the number of data streams is 2, the antenna numbers used are 1 and 2, and communication environment 3 In the number of data streams
  • the antenna number to be used is 1 2
  • the number of data streams is 4 in the best communication environment 4
  • the antenna number to be used is 1 2 3 4.
  • pilots P1 transmitted from antenna 1 of each cell during transmission of one data stream are arranged so that they do not overlap in the frequency direction. They can be arranged so that they do not overlap, or they can be arranged so that they do not overlap in the time axis direction.
  • pilot signals used for channel estimation by a mobile station that performs one data stream transmission can be prevented from overlapping in time and / or frequency directions in adjacent cells.
  • the performing mobile station can receive the desired signal at the cell boundary without being affected by the interference signal of the adjacent cell power.
  • FIG. 3 is a block diagram of the MIMO-OFDM communication system of the present invention, where BS is a base station and MS is a mobile station.
  • the base station BS is, for example, the base station of the cell A among the cells AC shown in FIG.
  • the base station in each cell AC has the same configuration.
  • the same number of data streams D D as the number of transmitting antennas M is obtained.
  • Each of the transmission antennas 12 12 is subjected to a predetermined process in the OFDM transmitter 11 11.
  • OFDM transmitters 11 ⁇ 11 processes include error correction and data
  • Modulation data / control signal / pilot multiplexing, scramble, IFFT conversion, GI insertion, etc. Antennas arranged so as to be uncorrelated with each other.
  • OFDM receiver 32 Frequency down-conversion, AD conversion, FFT timing
  • the received data stream from y to y is generated through processing such as detection, deletion, FFT conversion, descrambling, and data / control signal / pilot separation.
  • Each received data stream is generated through processing such as detection, deletion, FFT conversion, descrambling, and data / control signal / pilot separation.
  • the data processing unit 33 performs signal processing on all received data streams to separate and regenerate the transmission data streams D to D. To do.
  • a signal processing algorithm that separates the transmitted data streams D to D from the received signal.
  • the MLD algorithm estimates a transmission data stream (transmission vector) D by the following equation.
  • the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the data stream number determining unit 13 determines the number of data streams based on the communication environment of the mobile station MS and inputs the number of data streams to the control information mapping unit 14 and the data stream dividing unit 15 as described later.
  • the control information mapping unit 14 maps the number of input data streams as control information to a predetermined position
  • the error correction encoder 16 performs error correction coding processing on the control information
  • the data modulation unit 17 Data modulation of control information.
  • the data stream division unit 15 performs S / P conversion on the data signal according to the number of data streams and inputs the data signal to the OFDM transmitters 11 to 11.
  • D-D force also generates a transmission signal for each transmission antenna 12-: 12, and the transmission antenna 12
  • FIG. 1 shows the number of data streams and the transmit antenna number to be used.
  • the OFDM transmitters 11 to 11 have almost the same configuration, and the OFDM transmitter 11 sends control signals.
  • the other OFDM transmitters 11 to 11 are different in that they do not transmit a control signal.
  • the error correction encoder 21 receives the first data stream that is input.
  • the data D is subjected to error correction coding processing, and the data modulator 22
  • the pilot signal generator 23a generates a pilot signal P1, and the gain adjuster 23b adjusts the amplitude of the pilot signal P1.
  • the pilot signal amplitude adjustment method will be described later.
  • the data / pilot / control signal multiplexing unit 24 multiplexes the data signal, the control signal, and the pilot signal, and outputs the N-carrier signal subcarrier component in parallel.
  • the data / pilot / control signal multiplexing unit 24 maps the pilot signal P1 to a predetermined subcarrier of a predetermined OFDM symbol as shown in FIG. 1 (B).
  • the scramble part 25 is an N-sample subcarrier component.
  • IFFT section 26 performs IFFT conversion processing on the N-sample subcarrier component to convert a frequency-domain signal into a time-domain signal.
  • the GI input unit 27 inputs the guard interval (GI), and the transmission RF unit 28 converts the baseband after D / A conversion. Frequency conversion from node to radio frequency, amplified and transmitted from transmit antenna 12
  • the reception RF unit 18 receives the signal transmitted from the mobile station MS by the reception antenna 19, performs frequency conversion from radio frequency to baseband, and performs AD conversion to control signal demodulation. Enter in part 20.
  • the control signal demodulator 20 performs demodulation processing, demodulates the control signal fed back from the mobile station MS, and extracts downlink reception SIR information included in the control signal.
  • the downlink reception SIR indicates the communication environment of the mobile station MS, and is a reception SIR measured by the mobile station MS receiving a pilot signal transmitted from the base station BS and using the pilot signal.
  • the data stream number determination unit 13 determines the number of data streams to be transmitted according to the table of FIG. 2 based on the downlink reception SIR information, and inputs the number of data streams to the control information mapping unit 14 and the data stream division unit 15.
  • MIMO multiplex transmission a signal transmitted from each transmission antenna is superimposed on a radio channel and reaches the mobile station MS. Therefore, the greater the number of data streams, the shorter the distance between the signal points of the received signal, and the required received SIR for achieving a constant bit error rate BER increases. In other words, as the number of data streams decreases, a constant bit error rate BER can be achieved even if the received SIR is small. In addition, the received SIR generally decreases as the distance between the base station and mobile station increases.
  • the data stream number determination unit 13 controls the number of multi-data streams according to the received SIR value.
  • the received SIR communication environment
  • the worst environment communication environment 1
  • the number of data streams is 1, and the antenna number to be used is 1.
  • the number of data streams is 2, and the antenna numbers to be used are 1 and 2.
  • the number of data streams is 3, and the antenna numbers to be used are 1, 2, and 3.
  • the number of data streams is 4, and the antenna numbers to be used are 1, 2, 3, 4
  • pilot signal mapping position and pilot signal amplitude adjustment in data / pilot / control signal multiplexing section 24 will be described.
  • the data stream number determination unit 13 determines the number of data streams so that one data stream transmission is performed. Therefore, from the standpoint of the mobile station MS existing at the cell boundary, it is sufficient that only a channel estimation value for one data stream transmission is obtained with a certain quality. Therefore, 1 pilot signal transmitted from the transmission antenna 12 used for data stream transmission
  • pilot signal PI To increase the amplitude of pilot signal PI and transmit 12 transmitting antennas.
  • pilot signals P2, P3, and P4 to be transmitted is the power of pilot signal P1.
  • the pilot signal power is set to P1> P2> P3> P4.
  • Fig. 1 (B) is an example of pilot signal arrangement in three cells A, B, and C.
  • pilot signals are arranged for the first 40 FDM symbols and are arranged in the frequency axis direction. .
  • the base station BS, BS, BS of each cell is connected to the first antenna 12
  • Data and pilot signal PI are transmitted from ABC 0 to the mobile station.
  • pilots P1 of cells A, B, and C do not overlap in the frequency direction. That is, the pilot signal P1 used for channel estimation when transmitting one data stream in each cell and the pilot signal P1 used for channel estimation when transmitting one data stream in adjacent cells are not overlapped in the frequency direction. Has been placed. For the mobile station MS at the cell boundary, only the pilot signal P1 from the other cell is dominant as interference because the power is large. Therefore, it is necessary to prevent interference from other cells due to pilot signal P1.
  • pilot signal P1 Since one data stream is transmitted to the mobile station MS at the cell boundary, it is necessary to prevent the pilot signal P1 transmitted by the one data stream transmission from receiving the interference of the pilot signal P1 of another cell. For this purpose, it is only necessary that the positions of the pilot signals P1 of the senoles A, B, and C are different from each other.
  • the pilot signal P1 is transmitted to any one of the transmission antennas 12 to 12 of the other cells P2 to P4. Even if placed in the same position as
  • the channel estimation pilot signal P1 of each cell A, B, and C does not interfere with the pilot signal P1 of the adjacent cell during transmission of one data stream.
  • pilot signal SIR is improved and good channel estimation is possible.
  • Received signals of the respective receiving antennas 31 to 31 are input to the OFDM receivers 32 to 32.
  • Each OFDM receiver 32 to 32 has the same configuration, and the reception RF unit 41 is a received signal.
  • Frequency is converted from radio frequency to baseband, A / D converted, and input to FFT timing detector 42 and GI deletion unit 43.
  • the FFT timing detection unit 42 detects the FFT timing
  • the GI deletion unit 43 deletes the GI according to the FFT timing, and inputs it to the FFT unit 44 as N-sample parallel data.
  • the FFT unit 44 converts the N-sample signal in the time domain into N subcarrier signal components in the frequency domain
  • the descrambling unit 45 converts the N subcarrier signal components into the same code as the scramble code of the base station BS. Multiplied by the base The signal received from the station is extracted and output.
  • the data / pilot / control signal separator 46 separates the data signal, pilot signal, and control signal mapped at a predetermined position, and inputs the data signal to the MIMO demodulator 51 of the data processing device 33, where the pilot signal Is input to the channel estimation unit 52, and the control signal is input to the control signal demodulation unit 53.
  • Channel estimation unit 52 first obtains a channel estimation value for the subcarrier of the OFDM symbol in which the pilot signal is embedded. That is, each receiving antenna 31-31 power
  • the channel estimation unit 52 performs channel estimation values for each of these antennas in the time or frequency direction between inner and outer complements so that the pilot signal is not embedded in the subcarrier of the FDM symbol. Obtain channel estimates. Shi
  • the channel estimation unit 52 inputs the channel estimation value in each subcarrier of each OFDM symbol to the MIMO demodulation unit 51 and the control signal demodulation unit 53 for each antenna.
  • the control signal demodulator 53 is transmitted with 12 transmitting antennas and 12 receiving antennas.
  • Channel compensation is performed on the control signals received at 1 to 31 using the channel estimation value, and reception is performed.
  • Diversity combining is performed between the transmission antennas to demodulate the control information, and information on the number of data streams mapped to a predetermined position of the control signal is extracted and input to the MIMO demodulation unit 51.
  • the MIMO demodulator 51 Based on the number of data streams, the MIMO demodulator 51 performs well-known MIMO channel separation using the reception data signal and channel estimation value of each reception antenna, and each data stream obtained by the MIMO channel separation calculation.
  • the data signal is restored by converting the signal to P / S and outputting.
  • the SIR estimation unit 34 estimates the received SIR using the channel estimation value estimated by the channel estimation unit 52. Specifically, the sum of the squares of the real part and imaginary part of the channel estimation value (complex) between a specific transmitting antenna and receiving antenna is regarded as the desired signal power S, and the dispersion value in multiple symbols is the interference signal power. Assuming I, the ratio of S to I is the estimated value of the received SIR.
  • the control information mapping unit 35 uses the SIR estimated value as control information at a predetermined position. After mapping, the control signal modulation unit 36 generates a control signal by processing such as error correction coding and data modulation, and multiplexes it with data and pilot signals (not shown) and transmits them from the transmission antenna 37 to the base station BS.
  • the pilot signal arrangement example in Fig. 1 (B) is an example in which the pilot P1 of each cell does not overlap in the frequency direction, but the pilot P1 of each cell does not overlap in the frequency direction and time direction at the same time. You can also do so.
  • Fig. 6 shows an example of pilot signal arrangement so that pilot P1 of each cell does not overlap in the frequency and time directions simultaneously.
  • this pilot signal arrangement example every other pilot signal is arranged in the first 40FDM symbol and the next 40FDM symbol, and the subcarriers in which the pilot signal is arranged are different.
  • the pilot signal P1 of each cell A, B, C is not overlapped in the frequency direction, and the pilot signal P1 of cell B is not overlapped with the pilot signal P1 of cells A, C even in the time direction.
  • the number of data streams is controlled to any one of 1 to 4 based on the mobile station communication environment (reception SIR).
  • the multi-data is based on the mobile station communication environment (reception SIR). It is possible to switch to either the MIMO communication method that is stream transmission or the 1-input multiple-output (SIMO) communication method that is one data stream transmission, and transmit data and pilot signals.
  • the method for reducing the influence of the interference signal received from the adjacent cell by the mobile station MS at the cell boundary has been described.
  • a similar method can be used to reduce the effect of interference signals received from neighboring sectors by mobile stations on the sector boundary when one cell is configured with multiple sectors.
  • Figure 7 shows the assumed sector structure. Cell in 3 sub-regions with 120 ° center angle Divided antennas A to A, B with directivity to cover each sub-region
  • Sectors A, B, and C are formed by ⁇ B and C ⁇ C.
  • Mobile station MS is near the center of sector A CA
  • these interference signals are suppressed as follows. That is, in the base station BS, the spreading code
  • the interference signal from the P-contact sector is suppressed to some extent by multiplying the same scramble code as the base station BS and then performing despreading using a spreading code, or a certain in-phase addition.
  • the pilot signal is transmitted with relatively high power, even if the above processing is performed, it still interferes with the adjacent sector, and the influence on the adjacent sector is large. In particular, when the arrangement of pilot signals in each sector is common, the pilot signals in each sector interfere with each other, so that the channel estimation accuracy deteriorates.
  • transmitting antennas A and B used for one stream transmission are used.
  • C pilot signal PI is transmitted with sufficiently high power, and transmit antennas A to A, B to B, C
  • pilot signals P2, P3, and P4 are lower than pilot signals of transmit antennas A, B, and C
  • the transmission power of pilot signals P1, P2, P3, and P4 is set so that P1> P2, P3> P4.
  • FIG. 9 is a block diagram of the base station BS of the second embodiment. The difference from the first embodiment of FIG. The downlink reception SIR information and the sector boundary determination bit are mapped to the control signal fed back from the mobile station MS, and the same parts are denoted by the same reference numerals.
  • the control signal demodulating unit 20 demodulates the control information sent from the mobile station MS, and inputs the downlink received SIR information and the sector boundary determination bit to the data stream number determining unit 13. If the sector boundary judgment bit is “0”, it indicates that the mobile station MS is at the center of the sector, and if “1”, it indicates that the mobile station MS is at the sector boundary. Determines the number of data streams based on the received SIR information and the sector boundary determination bit.Specifically, if the sector boundary determination bit is ": T”, the number of data streams is determined as one. On the other hand, if the sector boundary judgment bit is “0”, the number of data streams is determined by comparing the received SIR information with a prescribed threshold value, as in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of the mobile station of the second embodiment, and the processing after the FFT unit 44 is different from that of the first embodiment. Also, the configurations of the OFDM receivers 32 to 32 and the data processor 33 are different.
  • the OFDM receivers 32 to 32 are the reception RF unit 41, the FFT timing detection unit 42, the GI
  • the data processing device 33 includes a first sector signal processing unit 33a, a second sector signal processing unit 33b, and a third sector signal processing unit 33c.
  • first sector processing unit 33a each desk lamp corresponding to the OFDM receiving unit 32-32
  • the signal unit 45 multiplies the N subcarrier signal components output from each FFT unit 44 by the same code as the scramble code of sector A, and extracts and outputs the signal received from the sector A.
  • each data / pilot / control signal separation unit 46 separates the data signal, pilot signal, and control signal mapped at predetermined positions, and inputs each data signal to the MIMO demodulation unit 51 of the data processing device 33.
  • the pilot signal is input to the channel estimation unit 52 and the control signal is input to the control signal demodulation unit 53.
  • the channel estimation unit 52 estimates the channel in sector A in which the mobile station MS exists, and the control signal demodulation unit 53 demodulates the control signal and sends the number of data streams to the MIMO demodulation unit 51.
  • the MIMO demodulator 51 demodulates and outputs the data signal.
  • the second sector processing unit 33b outputs from the FFT unit 44 of the OFDM receiving units 32-32.
  • the second sector processing unit 33b separates the pilot signal mapped at a predetermined position, and estimates the channel in the sector B as in the first embodiment.
  • the third sector processing unit 33c performs channel estimation for sector C.
  • the SIR estimator 34 estimates the downlink received SIR from the sector A using the channel estimation value estimated by the channel estimator 52 in the same manner as in the first embodiment.
  • the sector boundary determination unit 38 generates sector boundary determination bits using the channel estimation values of the first to third sector signal processing units 33a to 33c. Specifically, the sum of the squares of the real and imaginary parts of the channel estimate (complex) is regarded as the desired signal power, and the desired signal power difference between the first and second sector signal processing units 33a and 33b. Alternatively, when the desired signal power difference between the first and third sector signal processing units 33a and 33c falls below a specified threshold value, it is determined that the mobile station is located in the vicinity of the sector boundary. Set the boundary judgment bit to T '.
  • the sector boundary judgment bit is set to “0”.
  • the control information mapping unit 35 maps the SIR estimation value and the sector boundary determination bit as control information, and the control signal modulation unit 36 generates a control signal by processing such as error correction coding and data modulation, Multiplexed with pilot signal and transmitted from transmit antenna 37.
  • a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in a predetermined cell and a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in adjacent cells overlap each other in the frequency direction and / or the time axis direction.
  • a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in a predetermined cell and a pilot signal used for channel estimation when transmitting one data stream in a neighboring cell are mutually in the frequency direction and / or the time axis direction.
  • the power of the pilot signal used for channel estimation transmitted from the predetermined antenna during transmission of the one data stream is made larger than the power of the pilot signal transmitted from the other antenna.
  • Interference between signals can be made sufficiently small, and channel estimation capable of following rapid channel fluctuations can be performed. Note that the above effect also occurs when the sectorization is performed.
  • the pilot insertion subcarrier interval of a predetermined antenna can be shortened, channel estimation capable of following the fluctuation is realized even when abrupt channel fluctuation occurs in MIMO-OFDM communication. can do.

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Abstract

　基地局はMIMO-OFDM通信により移動局と通信する際、移動局の通信環境がよければマルチデータストリーム伝送である多入力多出力 (MIMO) 通信方式により、又、移動局の通信環境が悪ければ１データストリーム伝送である１入力多出力(SIMO)通信方式により、データ及びパイロット信号を送信する。かかるMIMO-OFDM通信に際して、基地局は、所定セルの１データストリーム伝送時においてチャネル推定に使用するパイロット信号と、隣接セルの１データストリーム伝送時においてチャネル推定に使用するパイロット信号とが周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように制御する。                                                                         

Description

明 細 書
基地局およびその MIMO-OFDM通信方法
技術分野
[0001] 本発明は、基地局およびその MIMO-OFDM通信方法に係わり、特に複数の OFDM 送信装置を用いて複数のアンテナより多入力多出力（Multiple Input Multiple Outpu t: MIMO)通信方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信する基地局お よびその MIMO-OFDM通信方法に関する。
背景技術
[0002] 多くのディジタル移動通信システムでは、フェージングチャネルにおけるデータ信 号の歪みを補償するために送信側よりパイロット信号をデータ信号に多重して送信す る。受信側では送信側より送信されたパイロット信号を受信し、該受信パイロット信号 と既知のパイロット信号とを比較してチャネル歪みの推定 (チャネル推定)を行い、受 信したデータ信号に該チャネル推定値に基づいてチャネル補償を施すようにしてい る。データ信号とパイロット信号の多重方法には様々な種類がある力 以下において OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)方式の場合について説明する。 図 11は OFDM通信システムにおける送信装置の構成図であり、データ変調部 1は 送信データ（ユーザデータや制御データ）を例えば QPSKデータ変調し，同相成分と 直交成分を有する複素ベースバンド信号 (シンボル)に変換する。時分割多重部 2は 複数シンボルのパイロットをデータシンボルに時間多重する。シリアルパラレル変換 部 3は入力データを Mシンボルの並列データに変換し、 M個のサブキャリアサンプノレ S〜S を出力する。 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部 4は並列入力するサ
0 M-1
ブキャリアサンプル S〜S に IFFT (逆フーリエ変換）処理を施して合成し、離散時
0 -1
間信号 (OFDM信号)にして出力する。ガードインターバル揷入部 5は、 IFFT部から入 力する Mシンボル分の OFDM信号にガードインターバルを挿入し、送信部 (TX)6はガ ードインターバルが挿入された OFDM信号を DA変換し、ついで、 OFDM信号の周波 数をベースバンドから無線帯域に変換し、高周波増幅してアンテナ 7より送信する。
[0003] 図 12はシリアルパラレル変換説明図であり、 1フレームの送信データの前方に共通 パイロット Pが時間多重されている例を示している。 1フレーム当たり共通パイロットが たとえば 4 X Mシンボル（=40FDMシンボル）、送信データが 28 X Mシンボル（=280F DMシンボル）であるとすると、シリアルパラレル変換部 3より並列データとして最初の 4 回までパイロットの Mシンボルが出力し、以後、並列データとして 28回送信データの Mシンボルが出力する。この結果、 1フレーム期間においてパイロットを全てのサブキ ャリアに時間多重して 4回伝送でき、受信側で該パイロットを用いてサブキャリア毎に チャネルを推定してチャネル補償（フェージング補償）が可能となる。なお、 Mシンポ ルで 1つの OFDMシンボルが構成される。
図 13はガードインターバル揷入説明図である。ガードインターバル揷入とは、 M個 のサブキャリアサンプル（= 1 OFDMシンボル）に応じた IFFT出力信号を 1単位とする とき、その先頭部に末尾部分をコピーすることである。ガードインターバル GIを揷入す ることによりマルチパスによる符号間干渉の影響を無くすことが可能になる。
[0004] 図 14は OFDM受信装置の構成図である。送信アンテナ 7から出力された信号は、 フェージングチャネル (伝搬路）を経て、受信装置の受信アンテナ 8により受信され、 受信回路 (Rx) 9はアンテナにより受信された RF信号をベースバンド信号に変換し、 該ベースバンド信号をディジタルに AD変換して出力する。 FFTタイミング同期回路 1 0は、受信回路 9から出力する時間領域信号より FFTタイミングを検出し、シンボル切 出し部 1 1は GIを削除すると共に該 FFTタイミングで OFDMシンボルを切り出して FFT 部 12に入力する。 FFT部 12は切り出された OFDMシンボル毎に FFT処理を行なレヽ、 周波数領域のサブキャリア
サンプル S '〜S 'に変換する。チャネル推定回路 13は、一定間隔で受信するパイ
0 M-1
ロットシンボルと既知のパイロットパターンとの相関を計算することで、サブキャリア毎 のチャネル推定を行なレ、、チャネル補償回路 14は、チャネル推定値を用いて、デー タシンボルのチャネル変動を補償する。以上の処理によって、各サブキャリアに配分 された送信データの復調が行われる。以後、図示しないが復調されたサブキャリア信 号はシリアルデータに変換された後、復号される。
[0005] 以上は、パイロット信号を周波数方向に密に配置した場合であるが、データ信号の 伝送効率、チャネル変動への追従性などの観点から、パイロット信号を時間あるいは 周波数方向にまばらに配置するスキヤッタード配置がよく知られている。図 15は特定 のサブキャリアにおいて、隣接した 40FDMシンボルにまたがって、パイロット信号 Pが データ信号 DTに埋め込まれてレ、るスキヤッタード配置例である。スキヤッタード配置 のパイロット信号を用いたチャネル推定は以下のように行なわれる。
受信装置は、 FFT後に得られる受信パイロット信号に既知のパイロット信号の複素 共役を乗ずることにより、該受信パイロット信号が埋め込まれたサブキャリアのチヤネ ル推定値を計算する。ついで、このチャネル推定値を、隣接する複数のシンボル間 で時間平均することにより、雑音や干渉成分をある程度抑圧する。しかる後、該パイロ ット信号が埋め込まれているサブキャリアのチャネル推定値を用いて、パイロット信号 が埋め込まれていないサブキャリアのチャネル推定値を周波数方向で内揷補間ある いは外揷補間して求める。同様にパイロット信号が坦め込まれていない OFDMシンポ ノレにっレ、ては、パイロット信号が坦め込まれた OFDMシンボルにおけるチャネル推定 値を用いて時間方向において補間することにより求める。上記の補間処理において は、例えば、補間に用いるパイロット信号が埋め込まれたサブキャリアあるいは OFDM シンボルの間で、チャネル歪みが直線的に変動してレ、ると想定して、線形補間が行 われる。し力しながら、実際のチャネル歪みは、厳密には直線的に変動せず、時間方 向には移動局の高速移動に起因し、周波数方向にはマルチパスチャネルの遅延分 散に起因して、複雑に変動するため、補間処理後のチャネル推定値に誤差が生じる したがって、スキヤッタード配置例では、パイロット信号の挿入間隔が広いほど、デ ータ信号の伝送効率が向上するが、移動局の高速移動等に起因して生じるチャネル の急激な変動にチャネル推定が追従しにくくなり、受信特性が劣化する。一方、パイ ロット信号の揷入間隔が狭いほど、データ信号の伝送効率は低下するが、チャネル の急激な変動にもチャネル推定が追従しやすいため、受信特性の劣化は生じにくい 。そのため、パイロット信号の配置は、ディジタル移動通信システムが運用される地理 的な環境や、想定される移動局の移動速度を考慮して設計する必要がある。
ここで、図 16に示すようなマルチセル環境において、セル A, B, Cの境界付近に位 置する移動局 MSが、セル Aの基地局 BSと通信を行っている状況を考える。移動局 M Sは、セル Aの基地局 BS力もの下りリンクの信号 Sを受信する際、隣接セル B， Cの基
A A
地局 BS ,BSからの干渉信号 I , Iも受信する。
B C B C
1セル繰り返しシステムの場合、これらの干渉信号は次のように抑圧される。すなわ ち、送信装置は、拡散符号 (チヤネライゼーシヨンコード）を用いて拡散し、あるいはレ ペティシヨンにより 1シンボルのデータ情報を複数のシンボルにコピーし、しかる後、セ ル固有のスクランブルコードを乗算して送信する。受信装置は、送信装置と同じスク ランブルコードを受信信号に乗算した後に、拡散符号による逆拡散、あるいは同相加 算を行なって復調することにより、隣接セルからの干渉信号をある程度抑圧する。 しかしながら、パイロット信号は、データ信号より高電力で送信されるため、上記の 処理を行ったとしても、依然として隣接セルに与える影響は大きい。特に、基地局間 同期システムにおいては、図 17に示すように各セル A, B, Cのパイロット信号 P ,Ρ，Ρ
A B C
の配置が共通である。このため、常に、各セルのパイロット信号が互いに干渉し、チヤ ネル推定精度が劣化する。また、基地局間非同期システムにおいても、時間的にあ る程度の割合で
、各セルのパイロット信号が互いに干渉し、チャネル推定精度が劣化する。
上記の問題の回避策としては、パイロット信号の配置が各セルで重ならないように すればよい。図 18に示す例では、隣接する 3セルのパイロット信号が重ならないよう、 周波数方向にずらして配置している。この場合、特定のセルにおけるパイロット信号 の周波数方向の間隔を nサブキャリア (n =セル数 1)よりも小さくすることはできない 。図 18の例では n= 2である。
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)多重伝送の場合、送信アンテナ毎のチヤ ネル推定値を得る必要があるため送信アンテナ毎に直交パイロット信号を送信する。 これらのパイロット信号の配置は、シングルアンテナ送信の場合と同様に、各セルで 重ならないようにすればよレ、。図 19は各セル A, B, Cにおいて基地局 BS，BS，BS
A B C
力 S4本のアンテナ 1〜4を用レ、て MIMO多重伝送するマルチセル環境説明図であり、 図 20は各セル A, B, Cのアンテナ 1〜4のパイロット信号配置例である。この例では、 各セル A, B, Cにおける 4送信アンテナ用のパイロット信号 PA〜PA、 PB〜PB、 PC
0 3 0 3
〜PCが隣接する 3セル間で互いに重ならないよう、周波数方向にずらして配置して いる。
[0008] し力 ながら、図 20のパイロット配置例では、任意のセルにおける任意のアンテナ におけるパイロット信号の周波数方向の間隔を 11 (= 3セル X 4アンテナ— 1)サブキ ャリアよりも小さくすることはできなレ、。したがって、チャネル変動が大きい状況におい て、補間によるチャネル推定の精度が劣化してしまう。
複数のアンテナから OFDM信号を送信する場合にパイロット信号の伝搬路上での 干渉を阻止する従来技術がある (特許文献 1参照)。この従来技術では、一方のアン テナから特定のサブキャリアでパイロット信号を送信し、他方のアンテナからパイロット キャリアを出力せず、かつ、一方のアンテナのパイロットキャリアと同一周波数のサブ キャリアをヌル信号とするものである。しかし、この従来技術は、他セルあるいは他セ クタからのパイロット信号の干渉を防止するものではなレ、。又、従来技術は、他セルあ るいは他セクタからのパイロット信号の干渉を防止しつつ、精度の高いチャネル推定 を可能にするものではない。
以上から、本発明の目的は、移動局が通信中でない他セルあるいは他セクタから のパイロット信号の干渉を防止しつつ、精度の高いチャネル推定を可能にすることで ある。
本発明の別の目的は、移動局がセル境界あるいはセクタ境界に存在する場合、パ ィロット信号同士の干渉を十分小さくでき、かつ、急激なチャネル変動に追従可能な チヤネノレ推定を可能にすることである。
特許文献 1 :特開 2003— 304216号公報
発明の開示
[0009] ·第 1の MIMO-OFDM通信方法
本発明は、複数の OFDM送信装置を用いて複数のアンテナより多入力多出力（Ml MO)通信方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信する MIMO-OFDM 通信方法であり、移動局の通信環境に基づいて、マルチデータストリーム伝送である MIMO通信方式により、あるいは 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (Single In put Multiple Output: SIMO)通信方式によりデータ及びパイロット信号を送信するステ ップ、所定セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロッ ト信号と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイ ロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイ ロット信号を配置するステップを備えてレ、る。
上記本発明の第 1の MIMO-OFDM通信方法は、更に、前記 1データストリーム伝送 時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使用するパイロット信号の電力を 、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より大きくするステップを備えている 上記本発明の第 1の MIMO-OFDM通信方法は、更に、移動局において基地局から 送信され
るパイロット信号を受信して通信環境を測定し、該通信環境を特定するデータを基地 局にフィードバックするステップ、基地局において該通信環境特定データに基づいて マルチデータストリーム伝送する力 \ 1データストリーム伝送するか決定するステップ を備えている。
上記本発明の第 1の MIMO-OFDM通信方法は、更に、移動局において基地局から 送信されるパイロット信号を受信して通信環境を測定し、該通信環境を特定するデー タを基地局にフィードバックするステップ、基地局において該通信環境特定データに 基づいてマルチデータストリーム伝送におけるデータストリーム数を制御するステップ を備えている。
•第 2の MIMO-OFDM通信方法
本発明は、セルをセクタ化し、セクタ毎に複数の OFDM送信装置を用いて複数のァ ンテナより多入力多出力（MIMO)通信方式によりデータと共にパイロット信号を移動 局に送信する基地局の MIMO-OFDM通信方法であり、セクタ内の移動局の通信環 境に基づいて、マルチデータストリーム伝送である MIMO通信方式により、あるいは 1 データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式によりデータ及びパイロット 信号を送信するステップ、所定セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推 定に使用するパイロット信号と隣接セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチヤネ ル推定に使用するパイロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で 重ならないように該パイロット信号を配置するステップを備えている。 上記本発明の第 2の MIMO-OFDM通信方法は、更に、前記 1データストリーム伝送 時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使用するパイロット信号の電力を 、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より大きくするステップを備えている 上記本発明の第 2の MIMO- OFDM通信方法は、各セクタのセクタアンテナからの 受信電力を移動局により測定し、 P 接セクタ間の該受信電力の差に基づいてマルチ データストリーム伝送する力、、 1データストリーム伝送するか決定するステップを備えて いる。
上記本発明の第 2の MIMO-OFDM通信方法は、前記マルチデータストリーム伝送 する場合、セクタ内の移動局の通信環境に基づいてマルチデータストリーム伝送に おけるデータストリーム数を制御するステップを備えている。
，基地局
本発明の基地局は上記第 1、第 2の MIMO-OFDM通信方法を実行する構成を備え ている。すなわち、本発明の第 1の基地局は、移動局の通信環境によりマルチデータ ストリーム伝送である MIMO通信方式により通信する力、 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式により通信するか決定する通信方式決定部、所定セ ルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信号と隣 接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信号と が互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイロット信号の 位置を制御するパイロット位置制御部を備えている。
本発明の第 2の基地局は、上記第 2の MIMO-OFDM通信方法を実行する構成を 備えている。すなわち、第 2の基地局は、セクタ内の移動局の通信環境により、マル チデータストリーム伝送である MIMO通信方式により通信する力、、 1データストリーム 伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式により通信するか決定する通信方式決定 部、所定セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロッ ト信号と隣接セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイ ロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイ ロット信号の位置を制御するパイロット位置制御部を備えている。 図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の概略説明図である。
[図 2]移動局の通信環境、例えば SIRに応じてマルチデータストリーム数を制御する場 合の受信アンテナ数、データストリーム数、使用アンテナの対応テーブルである。
[図 3]本発明の MIM〇_〇FDM通信システムの構成図である。
[図 4]基地局の詳細構成図である。
[図 5]移動局の詳細構成図である。
[図 6]各セルのパイロット P1が周波数方向及び時間方向に同時に重ならないようにし たパイロット信号配置例である。
[図 7]セクタ構成説明図である。
[図 8]第 2実施例におけるパイロット信号配置例である。
[図 9]第 2実施例の基地局の構成図である。
[図 10]第 2実施例の移動局の構成図である。
[図 ll]OFDM通信システムにおける送信装置の構成図である。
[図 12]シリアルパラレル変換説明図である。
[図 13]ガードインターバル揷入説明図である。
[図 14]〇FDM受信装置の構成図である。
[図 15]特定のサブキャリアにおいて、隣接した 40FDMシンボルにまたがって、パイ口 ット信号 Pがデータ DTに坦め込まれているスキヤッタード配置例である。
[図 16]マルチセル環境説明図である。
[図 17]従来の第 1のパイロット信号配置例である。
[図 18]従来の第 2のパイロット信号配置例である。
[図 19]MIMO-OFDM通信におけるマルチセル環境説明図である。
[図 20]MIMO_OFDM通信における従来のパイロット信号配置例である。
発明を実施するための最良の形態
[0011] (A)本発明の概略
'セル構成及びパイロット配置
図 1は本発明の概略説明図であり、（A)に示すようにセル A, B, Cにおいて基地局 B S ,BS ,BS力 本のアンテナ 1〜4を用いて移動局と MIMO-OFDM通信する。各基地
A B C
局 A, B, Cのアンテナ 1〜4のパイロット信号配置は図 1(B)に示すように、周波数軸 方向において蜜に配置され、かつ、時間方向において (フレーム最初の 40FDMシン ボル分において）重ねて配置されている。各基地局のアンテナ 1〜4のパイロット信号 は模様により区別しており、図 1(C)に示すように、 P1はアンテナ 1用のパイロット信号 、 P2はアンテナ 2用のパイロット信号、 P3はアンテナ 3用のパイロット信号、 P4はアンテ ナ 4用のパイロッ
ト信号であり、パイロット信号電力は P1〉P2>P3>P4に設定されている。注目すべきは、 各セルの基地局 BS ,BS ,BS の第 1のアンテナ 1より送信されるパイロット PIが周波数
A B C
方向にぉレ、て重ならなレ、ように配置されてレ、る点である。
'マルチデータストリーム伝送と 1データストリーム伝送の切替制御
本発明において、基地局は移動局の通信環境が悪くなればマルチデータストリー ム伝送である MIMO通信方式から 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO) 通信方式に切り替える。例えば、移動局 MSが基地局 BSと通信しながら移動している
A
とき、該移動局 MSが基地局 BSに近いエリア AR1に存在し、 SIR (信号対干渉電力比）
A
が大きく通信環境が良好であれば、基地局 BSは 4本のアンテナ 1〜4よりデータ及び
A
パイロット信号を移動局に送信し、 MIMO-OFDM通信する（マルチデータストリーム伝 送)。
ところで、移動局 MSがセル境界エリアに移動し、隣接セルからの干渉を受けて SIR が小さくなれば、 MIMO-OFDM通信を行っても BERが増大する。そこで、かかる場合 、基地局 BSは 1本のアンテナよりデータ及びパイロット信号を移動局に送信する 1入
A
力多出力 (SIMO)通信方式に切り替える（1データストリーム伝送)。
力、かる 1データストリーム伝送に際して各セルの基地局 BS ,BS ,BS は第 1のアンテ
A B C
ナ 1よりデータ及びパイロット信号を移動局に送信するが、図 1(B)より明らかなように、 各セル A,B，Cにおいて 1データストリーム伝送時にアンテナ 1より送信されるパイロット P1は周波数方向において重ならないように配置されている。すなわち、各セルにお いて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信号 P1と隣接セ ルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信号 P1と が互いに周波数方向で重ならないように該パイロット信号が配置される。
この結果、 1データストリーム伝送時に各セルのチャネル推定用パイロット信号 P1が 隣接セルのパイロット信号 P1と干渉することが無いため、セル境界においてもパイロッ ト信号の SIRが向上し、良好なチャネル推定が可能になる。また、図 1(B)の例では所 定アンテナから送信するパイロット信号 Pi(i=l~4)を 3サブキャリア間隔で配置できるた め、 MIMO-OFDM通信時に補間処理に起因して生じるチャネル推定の誤差が小さく なり、良好なチャネル推定が可能になる。
なお、 1データストリーム伝送時に各セルのチャネル推定用パイロット信号 P1は隣接 セルのパイロット P2〜P4と周波数方向において重なるが干渉の影響は小さい。特に、 図 1(B)の配置例では、 1データストリーム伝送時にアンテナ 1より送信されるパイロット P1の電力を、他のアンテナ 2〜4より送信するパイロット信号 P2〜P4の電力より大きく しているため、該パイロット P1以外のパイロット信号 P2〜P4はセル境界において、十 分減衰して到達するため、隣接セルのパイロット P2〜P4の干渉を軽微にできる。
'マルチデータストリーム数の制御
以上では、移動局の通信環境、例えば SIRに基づいてマルチデータストリーム伝送 と 1データストリーム伝送の切替制御を行った場合である。力かる切替制御の場合、 パイロット信号電力 P1の電力のみを他のパイロット信号 P2，P3,P4の電力より大きくする だけでよぐ他のパイロット信号電力に差をつける必要は無い。しかし、通信環境、例 えば SIR値に応じてマルチデータストリーム数を制御する場合には、各パイロット信号 の電力に差をつけて P1>P2>P3>P4とするのがよレ、。
MIMO多重伝送では、各送信アンテナの信号点が無線チャネルで重畳されて受信 機に到達するため、データストリーム数が多いほど受信信号点の信号点間距離が短 くなり、一定のビット誤り率 BERを達成するための所要受信 SNRは増大する。換言す れば、データストリーム数が少ないほど受信 SIRが小さくても一定のビット誤り率を達成 できる。そこで、本発明では、通信環境、例えば SIR値に応じてマルチデータストリー ム数を制御する。たとえば、図 2に示すように通信環境を 4段階に分け、最悪の環境（ 通信環境 1)ではデータストリーム数を 1とし、使用するアンテナ番号を 1とする。通信 環境 2ではデータストリーム数を 2とし、使用するアンテナ番号を 1、 2とし、通信環境 3 ではデータストリーム数を
3とし、使用するアンテナ番号を 1 2 3とし、最良の通信環境 4ではデータストリーム 数を 4とし、使用するアンテナ番号を 1 2 3 4とする。
以上のように通信環境によりマルチデータストリーム数を制御することにより、可能な 限り MIMO-OFDM通信の利点を利用することが可能となる。
[0014] ·他のパイロット配置例
図 1 (B)のパイロット配置例では、 1データストリーム伝送時に各セルのアンテナ 1よ り送信するパイロット P1が周波数方向において重ならないように配置されているが、 同時に時間軸方向にぉレ、て重ならなレ、ように配置したり、時間軸方向にぉレ、てのみ 重ならないように配置したりすることができる。
以上、本発明によれば、 1データストリーム伝送を行う移動局がチャネル推定に用い るパイロット信号は、互いに隣接するセルにおいて、時間及びまたは周波数方向で 重ならないようにでき、該 1データストリーム伝送を行う移動局は、セル境界において も、隣接セル力もの干渉信号の影響を受けずに、希望信号を受信することができる。
[0015] (B)第 1実施例
(a) MIMO OFDM通信システムの構成
図 3は本発明の MIMO— OFDM通信システムの構成図であり、 BSは基地局、 MSは 移動局である。基地局 BSは図 1 (A)に示すセル A Cのうち、例えばセル Aの基地 局である。各セル A Cにおける基地局は同一の構成を備えている。
基地局 BSにおいて、送信アンテナ数 Mと同じ数のデータストリーム D D がそれ
0 M-1 ぞれ OFDM送信装置 11 11 で所定の処理を経て、各送信アンテナ 12 12
0 M-1 0 M-1 力 送信される。 OFDM送信装置 11〜： 11 における処理としては誤り訂正、データ
0 M-1
変調、データ/制御信号/パイロット多重、スクランブル、 IFFT変換、 GI揷入などがある 互いに無相関となるように配置されたアンテナ 12 12 力も送信された信号は、
0 -1
独立のフヱージングチヤネノレ h (m = 0 M- 1 η=0 Ν-1)を通り、空間で多重された 後、 N本の受信アンテナ 31 31 で受信される。各受信アンテナで受信された信
0 N-1
号は、 OFDM受信装置 32 32 で周波数ダウンコンバート、 AD変換、 FFTタイミン グ検出、 削除、 FFT変換、デスクランブル、データ/制御信号/パイロット分離などの 処理を経て、 y〜y の受信データストリームが生成される。各受信データストリーム
0 N-1
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、データ処理部 33 は全ての受信データストリームに対して信号処理を行うことにより、送信データストリー ム D〜D を分離'再生する。
0 -1
受信信号より送信データストリーム D〜D を分離する信号処理のアルゴリズムに
0 -1
は、種々の方法が提案されているが、 MLD (Maximum Likelihood Decoding)アルゴリ ズムについて説明する。今、送信データストリームを M次元の複素行列で、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。
[数 1]
Y = H - D
Figure imgf000014_0001
MLDアルゴリズムは、次式により送信データストリーム (送信ベクトル) Dを推定する。
[数 2] = argmin|y - H -Z)|2 ここで、 M個の各アンテナに入力する変調データの信号点配置数を Qとすると送信 ベクトル Dの組合せは QM個存在する。 QPSKで Q=4である。 MLDアルゴリズムでは QM 個の送信べ外ルの候補 (レプリカ）を発生して上式の演算を行ない、結果が最小とな るレプリカが入力データであると推定する。
(b)基地局 BSの構成 図 4は M=4とした場合における基地局 BSの詳細構成図であり、通信環境によりマル チデータストリーム数を制御する実施例である。なお、図 3と同一部分には同一符号 を付している。
データストリーム数決定部 13は後述するように移動局 MSの通信環境に基づいてデ 一タストリーム数を決定して制御情報マッピング部 14とデータストリーム分割部 15に 入力する。制御情報マッピング部 14は、入力されたデータストリーム数を制御情報と して所定の位置にマッピングし、誤り訂正符号器 16は制御情報に誤り訂正符号化処 理を施し、データ変調部 17は該制御情報をデータ変調する。
データストリーム分割部 15は、データ信号をデータストリーム数に応じて S/P変換し て OFDM送信装置 11〜11に入力する。 OFDM送信装置 11
0〜11は各データストリ
0 3 3
ーム D〜D力も各送信アンテナ 12〜： 12の送信信号を生成し、該送信アンテナ 12
0 3 0 3 0
〜12から送信する。送信アンテナ 12〜12のアンテナ番号を 1〜4とすれば、デー
3 0 3
タストリーム数と使用する送信アンテナ番号は、図 2に示すようになる。 OFDM送信装 置 11〜11はほぼ同一の構成を備えており、 OFDM送信装置 11が制御信号を送
0 3 0
信し、他の OFDM送信装置 11〜： 11が制御信号を送信しない点で相違する。
1 3
OFDM送信装置 11において、誤り訂正符号器 21は入力する第 1データストリーム
0
のデータ Dに誤り訂正符号化処理を施し、データ変調部 22は入力データにデータ
0
変調を施す。パイロット信号発生部 23aはパイロット信号 P1を発生し、ゲイン調整部 2 3bは該パイロット信号 P1の振幅を調整する。パイロット信号の振幅調整法は後述する ついで、データ/パイロット/制御信号多重部 24は、データ信号と制御信号とパイ口 ット信号を多重し、 Nサンプノレのサブキャリア成分を並列出力する。なお、データ/パイ ロット/制御信号多重部 24はパイロット信号 P1を図 1(B)に示すように所定 OFDMシン ボルの所定サブキャリアにマッピングする。スクランブル部 25は Nサンプルのサブキヤ リア成分
にセル固有のスクランブルコードを乗算し、 IFFT部 26は Nサンプルのサブキャリア成 分に IFFT変換処理を施して周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。 GI揷 入部 27はガードインターバル（GI)を揷入し、送信 RF部 28は D/A変換後、ベースバ ンドから無線周波数に周波数変換を行なレ、、増幅して送信アンテナ 12より送信する
0 以上と並行して、受信 RF部 18は受信アンテナ 19により移動局 MSから送信されてく る信号を受信し、無線周波数からベースバンドに周波数変換を行なレ、、 AD変換して 制御信号復調部 20に入力する。制御信号復調部 20は復調処理を行って移動局 MS からフィードバックされた制御信号を復調し、該制御信号に含まれる下りリンク受信 SI Rの情報を抽出する。下りリンク受信 SIRは移動局 MSの通信環境を示すもので、移動 局 MSが基地局 BSから送信されるパイロット信号を受信し，該パイロット信号を用いて 測定した受信 SIRである。データストリーム数決定部 13は、下りリンク受信 SIR情報に 基づいて図 2の表に従って送信するデータストリーム数を決定し、制御情報マツピン グ部 14とデータストリーム分割部 15に入力する。
(c)データストリーム数の決定法
MIMO多重伝送の基本的な性質について考察する。 MIMO多重伝送では、各送信 アンテナから送信される信号が無線チャネルで重畳されて移動局 MSに到達する。こ のため、データストリーム数が多いほど受信信号の信号点間距離が短くなり、一定の ビット誤り率 BERを達成するための所要受信 SIRが増大する。換言すれば、データスト リーム数が少ないほど受信 SIRが小さくても一定のビット誤り率 BERを達成できる。 また、受信 SIRは、一般に基地局、移動局間の距離が長くなるにつれて減少する。 従って、データ信号のスループットを最大にするためには、受信 SIRを測定し、該受信 SIRを規定のしきい値と照合することにより、受信 SIRが高い場合 (移動局が基地局近 傍にいる場合）はデータストリーム数を増し、受信 SIRが低い場合 (移動局がセル境界 近傍にレ、る場合）はデータストリームを減らすように制御するとよレ、。
このため、データストリーム数決定部 13は、受信 SIR値に応じてマルチデータストリ 一ム数を制御する。たとえば、図 2に示すように受信 SIR (通信環境）を 4段階に分け、 最悪の環境 (通信環境 1)ではデータストリーム数を 1とし、使用するアンテナ番号を 1 とする。通信環境 2ではデータストリーム数を 2とし、使用するアンテナ番号を 1、 2とし 、通信環境 3ではデータストリーム数を 3とし、使用するアンテナ番号を 1、 2、 3とし、 最良の通信環境 4ではデータストリーム数を 4とし、使用するアンテナ番号を 1、 2、 3、 4とする。
[0019] (d)パイロット信号振幅
次に、データ/パイロット/制御信号多重部 24におけるパイロット信号のマッピング位 置とパイロット信号の振幅調整について説明する。
移動局がセル境界近傍に存在する場合、データ信号の受信 SIRは比較的低レ、ため 、データストリーム数決定部 13は、 1データストリーム伝送を行うようにデータストリー ム数を決定する。従って、セル境界に存在する移動局 MSの立場からは、 1データスト リーム伝送用のチャネル推定値のみが、ある程度の品質で得られれば十分である。 そこで、 1データストリーム伝送に用いる送信アンテナ 12から送信するパイロット信号
0
P1の電力を十分高くして送信する。つまり、 OFDM送信装置 11のゲイン調整部 23b
0
でパイロット信号 PIの振幅を大きくして送信アンテナ 12力も送信し、他の送信アンテ
0
ナ 12、 12、 12力、ら送信するパイロット信号 P2，P3，P4の電力はパイロット信号 P1の電
1 2 3
力より低くして送信する。図 2に示すようにデータストリーム数を通信環境に基づいて 制御する場合にはパイロット信号電力を P1〉P2>P3>P4に設定する。
このように電力差をつけても、基地局近傍の移動局 MSの立場からは、無線チヤネ ルにおけるパイロット信号の減衰量が比較的小さいため、チャネル推定精度への影 響は小さいと考えられる。
[0020] (e)パイロット配置法
図 1 (B)は 3つのセル A, B, Cにおけるパイロット信号配置例であり、フレーム最初 の 40FDMシンボル分にパイロット信号が配置され、かつ、周波数軸方向において蜜 に配置されている例である。
1データストリーム伝送に際して各セルの基地局 BS，BS ,BSは第 1のアンテナ 12
A B C 0 よりデータ及びパイロット信号 PIを移動局に送信するが、上記パイロット信号配置例 によれば、各セル A,B，Cのパイロット P1は周波数方向において重ならないようになつ ている。すなわち、各セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用 するパイロット信号 P1と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定 に使用するパイロット信号 P1とが互いに周波数方向で重ならないように該パイロット信 号が配置されている。 セル境界の移動局 MSにとつて、他セルからのパイロット信号 P1のみが電力が大き いため干渉として支配的である。従って、パイロット信号 P1による他セルへの干渉が 生じないようにする必要がある。セル境界の移動局 MSへは 1データストリーム伝送す るため、該 1データストリーム伝送で送信するパイロット信号 P1が他セルのパイロット信 号 P1の干渉を受けないようにすればよレ、。このためには、各セノレ A，B,Cのパイロット信 号 P1の位置が互いに異なっていればよぐ該パイロット信号 P1が他セルの送信アンテ ナ 12〜12のいずれかのパイロット信号 P2〜P4と同じ位置に配置されていても支障
1 3
はない。
図 1 (B)のパイロット配置によれば、 1データストリーム伝送時に各セル A，B，Cのチヤ ネル推定用パイロット信号 P1が隣接セルのパイロット信号 P1と干渉することが無いた め、セル境界においてもパイロット信号の SIRが向上し、良好なチャネル推定が可能 になる。また、図 1(B)の例では所定アンテナから送信するパイロット信号 Pi(i=l~4)を 3 サブキャリア間隔で配置できるため、マルチデータストリーム伝送である MIMO-OFD M通信している時に補間処理に起因して生じるチャネル推定の誤差が小さくなり、良 好なチャネル推定が可能になる。すなわち、任意のセルにおける任意のアンテナの パイロット信号のサブキャリア間隔を小さく保つことができるため、補間精度を向上で き、急激なチャネル変動に追従可能なチャネル推定を実現できる。
(f)移動局の構成
図 5は N=4とした場合における移動局 MSの詳細構成図であり、図 3と同一部分には 同一符号を付している。
各受信アンテナ 31〜31の受信信号は OFDM受信装置 32〜32に入力される。
0 3 0 3
各 OFDM受信装置 32〜32は同一の構成を備えており、受信 RF部 41は受信信号
0 3
の周波数を無線周波数からベースバンドに周波数変換し、 A/D変換して FFTタイミン グ検出部 42と GI削除部 43に入力する。 FFTタイミング検出部 42は FFTタイミングを 検出し、 GI削除部 43は該 FFTタイミングに従って GIを削除し、 Nサンプリングの並列 データにして FFT部 44に入力する。 FFT部 44は時間領域の Nサンプル信号を周波 数領域の N個のサブキャリア信号成分に変換し、デスクランブル部 45は該 N個のサブ キャリア信号成分に基地局 BSのスクランブルコードと同一のコードを乗算して該基地 局から受信した信号を抽出して出力する。データ/パイロット/制御信号分離部 46は、 所定の位置にマッピングされたデータ信号、パイロット信号、制御信号を分離し、デ ータ信号をデータ処理装置 33の MIMO復調部 51に入力し、パイロット信号をチヤネ ル推定部 52に入力し、制御信号を制御信号復調部 53に入力する。
チャネル推定部 52は、まず、パイロット信号が埋め込まれた OFDMシンボルのサブ キャリアについてチャネル推定値を得る。すなわち、各受信アンテナ 31〜31力 の
0 3 受信パイロット信号と既知の送信パイロット信号との相関演算を行い、かつ、得られた 相関値を 4シンボル間で同相加算し、これにより隣接セル力 の干渉信号をある程度 抑圧したチャネル推定値を得る。次に、チャネル推定部 52は、これらのアンテナ毎に チャネル推定値を、時間あるいは周波数方向で、内揷あるいは外相補間することによ り、パイロット信号が埋め込まれていない〇FDMシンボルのサブキャリアにおけるチヤ ネル推定値を得る。し
かる後、チャネル推定部 52は、アンテナ毎に、各 OFDMシンボルの各サブキャリアに おけるチャネル推定値を MIMO復調部 51と制御信号復調部 53に入力する。
制御信号復調部 53は、 1本の送信アンテナ 12力 送信され.4本の受信アンテナ 3
0
1〜31で受信された制御信号にチャネル推定値を用いてチャネル補償を施し、受
0 3
信アンテナ間でダイバーシチ合成を行って制御情報を復調し、該制御信号の所定位 置にマッピングされたデータストリーム数の情報を抽出して MIMO復調部 51に入力す る。
MIMO復調部 51は、データストリーム数に基づいて、各受信アンテナの受信データ 信号とチャネル推定値を用いて周知の MIMOチャネル分離を行レ、、該 MIMOチヤネ ル分離演算により得られた各データストリームを P/S変換して出力することにより、デ ータ信号を復元する。
また、 SIR推定部 34は、チャネル推定部 52で推定されたチャネル推定値を用いて 受信 SIRを推定する。具体的には、特定の送信アンテナ、受信アンテナ間のチャネル 推定値 (複素）の実数部と虚数部のそれぞれの二乗の和を希望信号電力 Sとみなし、 複数のシンボルにおける分散値を干渉信号電力 Iとみなし、 Sと Iの比を受信 SIRの推 定値とする。制御情報マッピング部 35は、 SIR推定値を制御情報として所定の位置に マッピングし、制御信号変調部 36は、誤り訂正符号化やデータ変調等の処理により 制御信号を生成し図示しないデータ、パイロット信号と多重して送信アンテナ 37から 基地局 BSへ送信する。
[0022] (g)別のパイロット配置例
図 1 (B)のパイロット信号配置例では、各セルのパイロット P1が周波数方向に重なら ないようにした例であるが、各セルのパイロット P1が周波数方向及び時間方向に同時 に重ならなレ、ようにすることもできる。
図 6は各セルのパイロット P1が周波数方向及び時間方向に同時に重ならないように したパイロット信号配置例である。このパイロット信号配置例では、先頭の 40FDMシ ンボルと次の 40FDMシンボルにおいて 1つ置きにパイロット信号を配置し、かつ、パ ィロット信号を配置するサブキャリアを異ならせている。又、各セル A,B，Cのパイロット 信号 P1を周波数方向において重ならないようにし、かつ、セル Bのパイロット信号 P1 はセル A，Cのパイロット信号 P1と時間方向においても重ならないようにしている。 なお、基地局間同期システムの場合には、各セルのパイロット P1が時間方向におい てのみ重ならないパイロット信号配置を採用することもできる。
[0023] (h)変形例
第 1実施例は、移動局の通信環境 (受信 SIR)に基づいてデータストリーム数を 1〜4 のいずれかに制御するものである力 移動局の通信環境（受信 SIR)に基づいてマル チデータストリーム伝送である MIMO通信方式と 1データストリーム伝送である 1入力 多出力 (SIMO)通信方式のいずれかに切り替えてデータ及びパイロット信号を送信す るように構成することちでさる。
[0024] (C)第 2実施例
第 1実施例では、セル境界の移動局 MSが隣接セルから受ける干渉信号の影響を 小さくするための方法を説明した。同様の方法を用いて、 1個のセルが複数のセクタ 力 構成される場合に、セクタ境界の移動局が隣接セクタから受ける干渉信号の影 響を/ J、さくすることもできる。
(a)セクタ構成及びパイロット信号配置
図 7は前提とするセクタ構成を示す。セルを中心角 120°づつの 3つのサブ領域に 分割し、それぞれのサブ領域をカバーするような指向性を有するアンテナ A〜A、 B
1 4 1
〜B、 C〜Cにより、セクタ A、 B、 Cを形成する。移動局 MSがセクタ Aの中央付近 CA
4 1 4
Rにいる場合は、基地局 BSからはセクタアンテナ A〜Aの信号のみを受信するが、セ
1 4
クタ A、 Bの境界付近に移動した場合は、セクタアンテナ B〜Bからの信号を干渉信
1 4
号として受信する。
通常、これらの干渉信号は次のように抑圧される。すなわち、基地局 BSでは、拡散 符号
による拡散、あるいはレペティシヨンにより、 1シンボルの情報を複数のシンボルにコピ 一した後に、セクタ固有のスクランブルコードを乗算して送信する。移動局 MSでは、 基地局 BSと同じスクランブルコードを乗算した後に、拡散符号による逆拡散、あるレ、 は同相加算を行うことにより、 P 接セクタからの干渉信号をある程度抑圧する。しかし ながら、パイロット信号に関しては、比較的高い電力で送信されるため、上記の処理 を行ったとしても、依然として隣接セクタに対する干渉となり、該隣接セクタに与える 影響は大きい。特に、各セクタのパイロット信号の配置が共通である場合、各セクタの パイロット信号が互いに干渉するため、チャネル推定精度が劣化する。
第 2実施例では、第 1実施例と同様に、 1ストリーム伝送に用いる送信アンテナ A、 B
1
、 Cのパイロット信号 PIは十分高い電力で送信し、送信アンテナ A〜A、 B〜B、 C
1 1 2 4 2 4 2
〜Cのパイロット信号 P2，P3,P4は送信アンテナ A、 B、 Cのパイロット信号よりも低い
4 1 1 1
電力で送信する。すなわち、パイロット信号 P1，P2，P3,P4の送信電力は P1>P2，P3〉P4 となるように設定される。また、パイロット信号配置については、第 1実施例と同様に図 8に示すように、セクタ A、 B,Cにおける送信アンテナ A、 B、 Cのパイロット信号 PIの
1 1 1
位置が互いに異なるように配置する。
このようにすると、セクタ境界の移動局は 1ストリーム伝送を行う限り、チャネル推定 における他セクタのパイロット信号の影響が軽微なため、安定した受信が行える。そこ で、移動局 MSはセクタ境界に位置する場合に、伝送するデータストリーム数を 1に切 り替えるようにすれば、セクタ内の位置に関わらず、常に安定した受信が行える。
(b)基地局の構成
図 9は第 2実施例の基地局 BSの構成図であり、図 4の第 1実施例と異なる点は、移 動局 MSからフィードバックされた制御信号に下りリンク受信 SIR情報とセクタ境界判定 ビットがマッピングされている点であり、同一部分には同一符号を付している。
制御信号復調部 20は移動局 MSより送られてきた制御情報を復調し、下りリンク受 信 SIR情報とセクタ境界判定ビットをデータストリーム数決定部 13に入力する。セクタ 境界判定ビットは "0 "であれば移動局 MSがセクタ中央にいることを表し、〃1"であれば 、移動局 MSがセクタ境界にいることを表している。データストリーム数決定部 13は、 受信 SIR情報とセクタ境界判定ビットに基づいて、データストリーム数を決定する。具 体的には、まず、セクタ境界判定ビットが": Tであれば、データストリーム数を 1と決定 する。一方、セクタ境界判定ビットが "0 "であれば、第 1実施例と同様に、受信 SIR情 報を規定のしきい値と照合することにより、データストリーム数を決定する。
(c)移動局の構成
図 10は第 2実施例の移動局の構成図であり、 FFT部 44以降の処理が第 1実施例と 異なっている。また、 OFDM受信部 32〜32、データ処理部 33の構成が異なってい
0 3
る。すなわち、 OFDM受信部 32〜32は受信 RF部 41、 FFTタイミング検出部 42、 GI
0 3
削除部 43、 FFT部 44で構成されている。データ処理装置 33は、第 1セクタ信号処 理部 33a、第 2セクタ信号処理部 33b、第 3セクタ信号処理部 33cを備えている。 第 1セクタ処理部 33aにおいて、 OFDM受信部 32〜32に対応する各デスクランプ
0 3
ル部 45は各 FFT部 44から出力する N個のサブキャリア信号成分にセクタ Aのスクラン ブルコードと同一のコードを乗算して該セクタ Aから受信した信号を抽出して出力する 。ついで、各データ/パイロット/制御信号分離部 46は、所定の位置にマッピングされ たデータ信号、パイロット信号、制御信号を分離し、それぞれデータ信号をデータ処 理装置 33の MIMO復調部 51に入力し、パイロット信号をチャネル推定部 52に入力し 、制御信号を制御信号復調部 53に入力する。以後、第 1実施例と同様にチャネル推 定部 52は移動局 MSが存在するセクタ Aにおけるチャネルを推定し、制御信号復調 部 53は制御信号を復調してデータストリーム数を MIMO復調部 51に入力し、 MIMO 復調部 51はデータ信号を復調して出力する。
一方、第 2セクタ処理部 33bは、 OFDM受信部 32〜32の FFT部 44から出力す
0 3
る N個のサブキャリア信号成分にセクタ Bのスクランブルコードと同一のコードを乗算し て該セクタ Bから受信した信号を抽出して出力する。ついで、第 2セクタ処理部 33bは 、所定の位置にマッピングされたパイロット信号を分離し、第 1実施例と同様にセクタ Bにおけるチャネルを推定する。同様に、第 3セクタ処理部 33cは、セクタ Cのチヤネ ル推定を行う。
SIR推定部 34は、チャネル推定部 52で推定されたチャネル推定値を用いて第 1実 施例と同様の方法でセクタ Aからの下りリンク受信 SIRを推定する。セクタ境界判定部 38は、第 1〜第 3セクタ信号処理部 33a〜33cのチャネル推定値を用いて、セクタ境 界判定ビットを生成する。具体的にはチャネル推定値 (複素）の実数部と虚数部のそ れぞれの二乗の和を希望信号電力とみなし、第 1、第 2セクタ信号処理部 33a、 33b 間の希望信号電力差、あるいは、第 1、第 3セクタ信号処理部 33a、 33c間の希望信 号電力差が、規定のしきい値を下回った場合に、移動局がセクタ境界近傍に位置す ると判定し、セクタ境界判定ビットを T'とする。その他の場合は、セクタ境界判定ビッ トを" 0"とする。制御情報マッピング部 35は、 SIR推定値とセクタ境界判定ビットを制御 情報としてマッピングし、制御信号変調部 36は、誤り訂正符号化やデータ変調等の 処理により制御信号を生成し、図示しないデータ、パイロット信号と多重して送信アン テナ 37から送信する。
，効果
本発明によれば、所定セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使 用するパイロット信号と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に 使用するパイロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならな レ、ようにしたから、移動局が通信中でない他セルからのパイロット信号の干渉を防止 しつつ、精度の高いチャネル推定ができる。
また、本発明によれば、所定セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推 定に使用するパイロット信号と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル 推定に使用するパイロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重 ならないようにし、かつ、前記 1データストリーム伝送時に所定のアンテナから送信さ れるチャネル推定に使用するパイロット信号の電力を、他のアンテナより送信するパ ィロット信号の電力より大きくしたから、移動局がセル境界に存在する場合、ノ ィロット 信号同士の干渉を十分小さくでき、かつ、急激なチャネル変動に追従可能なチヤネ ル推定ができる。なお、以上の効果がセクタ化した場合にも発生する。
また、本発明によれば、所定アンテナのパイロット挿入サブキャリア間隔を短くでき るため、 MIMO— OFDM通信している場合において急激なチャネル変動が発生して も該変動に追従可能なチャネル推定を実現することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の OFDM送信装置を用いて複数のアンテナより多入力多出力（MIMO)通信 方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信する基地局の MIMO-OFDM 通信方法において、
移動局の通信環境に基づいて、マルチデータストリーム伝送である MIMO通信方式 により、あるいは 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式によりデ ータ及びパイロット信号を送信するステップ、
所定セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信 号と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット 信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイロット 信号を配置するステップ、
を備えたことを特徴とする MIMO-OFDM通信方法。
[2] 前記 1データストリーム伝送時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使 用するパイロット信号の電力を、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より 大きくするステップ、
を備えたことを特徴とする請求項 1記載の MIMO-OFDM通信方法。
[3] 移動局において基地局から送信されるパイロット信号を受信して通信環境を測定し 、該通信環境を特定するデータを基地局にフィードバックするステップ、
基地局において該通信環境特定データに基づいてマルチデータストリーム伝送す る力 \ 1データストリーム伝送するか決定するステップ、
を備えることを特徴とする請求項 1または 2記載の MIMO-OFDM通信方法。
[4] 移動局において基地局から送信されるパイロット信号を受信して通信環境を測定し 、該通信環境を特定するデータを基地局にフィードバックするステップ、
基地局において該通信環境特定データに基づいてマルチデータストリーム伝送に おけるデータストリーム数を制御するステップ、
を備えたことを特徴とする請求項 1または 2記載の MIMO-OFDM通信方法。
[5] 前記通信環境測定データは信号対干渉比（SIR)である、
ことを特徴とする請求項 3または 4記載の MIMO-OFDM通信方法。
[6] セルをセクタ化し、セクタ毎に複数の OFDM送信装置を用いて複数のアンテナより 多入力多出力（MIMO)通信方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信 する基地局の MIMO-OFDM通信方法にぉレ、て、
セクタ内の移動局の通信環境に基づいて、マルチデータストリーム伝送である MIM 〇通信方式により、あるいは 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方 式によりデータ及びパイロット信号を送信するステップ、
所定セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット 信
号と隣接セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロッ ト信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイロッ ト信号を配置するステップ、
を備えたことを特徴とする MIMO-OFDM通信方法。
[7] 前記 1データストリーム伝送時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使 用するパイロット信号の電力を、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より 大きくするステップ、
を備えたことを特徴とする請求項 6記載の MIMO-OFDM通信方法。
[8] 各セクタのセクタアンテナからの受信電力を移動局により測定し、隣接セクタ間の該 受信電力の差に基づいてマルチデータストリーム伝送するカ 1データストリーム伝 送するか決定するステップ、
を備えることを特徴とする請求項 6または 7記載の MIMO-OFDM通信方法。
[9] 前記マルチデータストリーム伝送する場合、セクタ内の移動局の通信環境に基づい てマルチデータストリーム伝送におけるデータストリーム数を制御するステップ、 を備えたことを特徴とする請求項 8記載の MIMO-OFDM通信方法。
[10] 複数の OFDM送信装置を用いて複数のアンテナより多入力多出力（MIMO)通信 方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信する基地局において、 移動局の通信環境に基づいて、マルチデータストリーム伝送である MIMO通信方式 により通信する力、、 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式により 通信するか決定する通信方式決定部、 所定セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット信 号と隣接セルにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット 信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイロット 信号の位置を制御するパイロット位置制御部、
を備えたことを特徴とする基地局。
[11] 前記 1データストリーム伝送時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使 用するパイロット信号の電力を、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より 大きくするパイロット電力制御部、
を備えたことを特徴とする請求項 10記載の基地局。
[12] 前記通信方式決定部は、移動局より該移動局の通信環境を特定するデータを取得 し、該通信環境特定データに基づいてマルチデータストリーム伝送する力、、 1データ ストリーム伝送するか決定する、
ことを特徴とする請求項 10または 11記載の基地局。
[13] 前記通信方式決定部は、移動局より該移動局の通信環境を特定するデータを取得 し、該通信環境特定データに基づいてマルチデータストリーム伝送におけるデータス トリーム数を決定する、
ことを特徴とする請求項 10または 11記載の基地局。
[14] セルをセクタ化し、セクタ毎に複数の OFDM送信装置を用いて複数のアンテナより 多入力多出力（MIMO)通信方式によりデータと共にパイロット信号を移動局に送信 する基地局において、
セクタ内の移動局の通信環境により、マルチデータストリーム伝送である MIMO通信 方式により通信するか、 1データストリーム伝送である 1入力多出力 (SIMO)通信方式 により通
信するか決定する通信方式決定部、
所定セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイロット 信号と隣接セクタにおいて 1データストリーム伝送時にチャネル推定に使用するパイ ロット信号とが互いに周波数方向およびまたは時間軸方向で重ならないように該パイ ロット信号の位置を制御するパイロット位置制御部、 を備えたことを特徴とする基地局。
[15] 前記 1データストリーム伝送時に所定のアンテナから送信されるチャネル推定に使 用するパイロット信号の電力を、他のアンテナより送信するパイロット信号の電力より 大きくするパイロット電力制御部、
を備えたことを特徴とする請求項 14記載の基地局。
[16] 前記通信方式決定部は、移動局が測定した各セクタのセクタアンテナからの受信 電力を取得し、 P 接セクタの該受信電力差に基づいてマルチデータストリーム伝送 する力 \ 1データストリーム伝送するか決定する、
ことを特徴とする請求項 14または 15記載の基地局。
[17] 前記マルチデータストリーム伝送する場合、セクタ内の移動局の通信環境に基づい てマルチデータストリーム伝送におけるデータストリーム数を決定する、
ことを特徴とする請求項 16記載の基地局。
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