WO2017022108A1 - 無線送信装置 - Google Patents

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平　明徳
内田　繁
裕貴 井浦
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless transmission device that performs spatial multiplexing transmission of data using a plurality of antennas.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • Wireless transmitters require a high power amplifier (HPA) to radiate signals from the antenna.
  • HPA high power amplifier
  • Multi-carrier systems such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) are used as radio transmission systems suitable for large-capacity transmission, but this system uses a large PAPR (Peak to Average Power Ratio, peak power vs. average power value). It is known to have.
  • PAPR Peak to Average Power Ratio, peak power vs. average power value
  • Non-Patent Document 1 PAPR is suppressed by applying a time filter to an instantaneous value of a waveform having a large time fluctuation, thereby mitigating the influence on the amplifier.
  • Non-Patent Document 2 assuming a MU (Multi User) -MIMO system, the transmission side is calculated from the back-off of the HPA using the CNR (Carrier and Noise power Ratio) fed back from the reception side.
  • CNR Carrier and Noise power Ratio
  • a method for adaptively controlling backoff by predictive CINR Carrier and Interference Noise power Ratio
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a wireless transmission device capable of controlling input back-off of a high power amplifier.
  • a wireless transmission device includes a plurality of antennas having amplifiers, and a transmission signal generation unit that generates a signal to be transmitted to a terminal via the antennas. Prepare.
  • the wireless transmission device includes a weighting processing unit that performs weighting processing on a signal transmitted to the terminal generated by the transmission signal generating unit based on transmission path information between the terminal and the output limit value of the amplifier. Prepare.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless transmission device according to a first embodiment; A flowchart showing an operation example of the precoder unit according to the first embodiment. Flowchart showing an operation example of the maximum power calculation unit of the first embodiment. A flowchart showing an operation example of the correction value selection unit of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wireless communication system to which the wireless transmission device according to the second embodiment is applied.
  • the figure which shows the structural example of the radio
  • FIG. The flowchart which shows an example of the operation
  • FIG. 1 is a diagram of a configuration example of a wireless transmission device according to the first embodiment of the present invention. 1 configures a base station of a mobile communication system, for example, and forms one or more beams to each of a plurality of users, that is, mobile terminals (hereinafter referred to as terminals). Provides a function to spatially multiplex signals addressed to users and transmit them simultaneously (including multi-user MIMO and single-user MIMO).
  • the wireless transmission device constitutes a base station of a mobile communication system will be described.
  • the radio transmitting apparatus 100 includes a modulation unit 1 1 to 1 Ns , a serial-parallel conversion unit (S / P unit) 2 1 to 2 Ns , an FFT (Fast Fourier Transform). ) Section 3 1 to 3 Ns , precoder section 4, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) section 5 1 to 5 Nt , parallel-serial conversion section (P / S section) 6 1 to 6 Nt , multipliers 7 1 to 7 Nt , A maximum power calculator 8, a correction value selector 9, and antennas 10 1 to 10 Nt .
  • Ns indicates the number of signal streams to be spatially multiplexed.
  • the modulation unit 1 1 ⁇ 1 Ns, the serial - parallel converter 2 1 ⁇ 2 Ns and FFT unit 3 1 ⁇ 3 Ns operates as a transmission signal generating unit.
  • the precoder unit 4, the maximum power calculation unit 8, and the multipliers 7 1 to 7 Nt operate as weighting processing units.
  • the maximum power calculation unit 8 and the multipliers 7 1 to 7 Nt constitute a power correction unit of a weighting processing unit.
  • the precoder unit 4 is composed of a plurality of precoders 41, and the antennas 10 1 to 10 Nt that are array antennas are composed of a plurality of array elements 11.
  • Each array element 11 includes a phase shifter 11A and an HPA (High Power Amplifier) 11B, and can adjust the phase and amplitude of a signal to be transmitted.
  • the HPA 11A is an amplifier included in the antennas 10 1 to 10 Nt .
  • this invention is not limited to the case where a multicarrier signal is transmitted, It can apply also when transmitting a single carrier signal. It is.
  • Modulators 1 1 to 1 Ns modulate input signal streams # 1 to #Ns according to a predetermined modulation scheme such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
  • a predetermined modulation scheme such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
  • the serial-parallel conversion units 2 1 to 2 Ns perform serial-parallel conversion on the input signals from the modulation units 1 1 to 1 Ns and output the signals to the FFT units 3 1 to 3 Ns .
  • FFT unit 3 1 ⁇ 3 Ns is serial - converts the signal input from the parallel converting section 2 1 ⁇ 2 Ns from a signal on a time axis into a signal on a frequency axis, and outputs it to the precoder unit 4.
  • the frequency-axis signals output from the FFT units 3 1 to 3 Ns are input to the corresponding precoder 41 of the precoder unit 4 for each frequency component.
  • the precoder unit 4 performs spatial multiplexing on each precoder 41 based on transmission path information (CSI: Channel State Information) with each terminal for each frequency bin (bin) f1 to fm, that is, for each frequency component.
  • CSI Channel State Information
  • This embodiment assumes a TDD type system that does not require feedback of CSI from a terminal that is a signal receiving side. That is, based on the known signal transmitted from the terminal, the CSI in the uplink direction is obtained on the wireless transmission device 100 side, and this is used as the CSI in the downlink direction to perform the weighting process between the antennas.
  • the CSI is calculated by, for example, a wireless reception device not shown in FIG. 1, that is, a wireless reception device that constitutes a base station together with the wireless transmission device 100, and the calculated CSI is input to the precoder unit 4. To. Since the calculation method of CSI is widely known, description of the calculation method is omitted.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an operation example of the precoder unit 4.
  • the precoder 4 first acquires CSI (step S11), and then calculates the transmission weight of each antenna based on the acquired CSI (step S12).
  • step S12 the precoder 4 calculates the transmission weight of each antenna for each signal stream.
  • the precoder 4 calculates the transmission weight by, for example, a known BD (Block Diagonalization) method.
  • BD Block Diagonalization
  • the transmission weight of each antenna is calculated so that a beam that does not interfere with transmission of a signal stream addressed to a certain terminal is formed.
  • the transmission weight calculation method is not limited to the BD method.
  • the transmission weight may be calculated by other known methods.
  • the precoder 4 uses the calculated transmission weight to weight the transmission signal (step S13). Specifically, each precoder 41 multiplies the transmission weight calculated in step S12 by the transmission signal that is a signal input from the FFT units 3 1 to 3 Ns to perform weighting.
  • the transmission signal after the weighting is performed in the precoder unit 4 is output to IFFT units 5 1 to 5 Nt according to the destination terminal.
  • IFFT section 5 1 ⁇ 5 Nt converts the transmission signal inputted from the precoder unit 4 into a signal in the time axis parallel - output to serial converter 6 1 ⁇ 6 Nt.
  • the parallel-serial conversion units 6 1 to 6 Nt perform parallel-serial conversion on the input signals from the IFFT units 5 1 to 5 Nt .
  • guard interval addition processing and up-conversion processing are performed thereafter, but this is not an essential processing for realizing the present invention. Therefore, in FIG. 1, components for performing these processing are omitted. ing.
  • the transmission weight generated by the precoder unit 4 varies variously according to the CSI between the wireless transmission device 100 that performs spatial multiplexing and the terminal that receives the spatially multiplexed signal. Further, depending on conditions, power may be concentrated on a specific antenna, and the average power value of a signal transmitted from the specific antenna may be high. As already described, HPA for amplifying a signal is mounted on radio transmitting apparatus 100, but the output of HPA has a limit, that is, a saturated power value. For high-power signals, the linearity of the signal at the time of amplification is high. Cannot be maintained.
  • Massive-MIMO with a large number of antenna elements requires a large amount of CSI feedback in an FDD (Frequency Division Duplex) type system. Therefore, in this embodiment, CSI feedback is not required by performing transmission path estimation using propagation path reversibility of the TDD scheme.
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the wireless transmission device 100 sets a correction value according to the average power value of the input signal to the HPA.
  • the correction value selection unit 9 performs a process of selecting a correction value corresponding to the average power value of the input signal from the correction table, and the antennas 10 1 to 10 Nt are selected by the correction value selection unit 9. The correction value is used to correct the phase and amplitude of the transmission signal.
  • the correction table is a table in which a plurality of average power values of an input signal to the HPA and a plurality of phase and amplitude correction values corresponding to each of the plurality of average power values are registered. It is created at the time of design and is held in advance by the correction value selection unit 9.
  • radio transmitting apparatus 100 includes maximum power calculation unit 8 and multipliers 7 1 to 7 Nt , and adjusts the power of the input signal to antennas 10 1 to 10 Nt .
  • the maximum power calculation unit 8 which is a correction value calculation unit determines a power correction value ⁇ for adjusting the power of the transmission signal, and the multipliers 7 1 to 7 Nt multiply the transmission signal by the power correction value ⁇ . Adjust power.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an operation example of the maximum power calculation unit 8.
  • the maximum power calculation unit 8 first acquires the transmission weight of each antenna calculated by the precoder unit 4 from the precoder unit 4 (step S21).
  • the maximum power calculator 8 calculates the power correction value ⁇ based on the acquired transmission weight (step S22).
  • step S22 the maximum power calculation unit 8 first calculates an average power value for each antenna when the signal streams to be transmitted to all users are combined.
  • the precoder unit 4 the stream number k, the transmission weight w k of the frequency bin number is f, f is represented by the following formula (1).
  • Nt represents the number of transmission antennas.
  • Equation (1) the vector element is the transmission weight of each antenna.
  • Ns indicates the number of signal streams to be transmitted
  • Nf indicates the number of frequency bins.
  • the maximum power calculation unit 8 obtains a power correction value ⁇ based on the average power value P m obtained according to the above equation (2).
  • the maximum power calculation unit 8 includes a limit value that can maintain the nonlinear characteristics of the HPA provided in the antennas 10 1 to 10 Nt and the calibration of the antenna element 11 and the high-frequency circuit not shown in FIG. It is assumed that the maximum power threshold Th taking into consideration is set in advance.
  • the maximum power threshold Th is determined by simulation or the like when designing the wireless transmission device 100, for example.
  • ⁇ is calculated.
  • Pmax was calculated according to the equation (2) shows a maximum value of the average power value P m of the signal input to each antenna.
  • the maximum power calculation section 8 calculating the power correction value ⁇ in step S22, and outputs the calculated power correction value ⁇ to the multiplier 7 1 ⁇ 7 Nt (step S23).
  • the multipliers 7 1 to 7 Nt multiply the input signals to the antennas 10 1 to 10 Nt by the power correction value ⁇ calculated by the maximum power calculation unit 8 in the above step S22, thereby breaking the orthogonality between users. Therefore, it is possible to avoid the problem of calibration.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the correction value selection unit 9.
  • the correction value selection unit 9 first acquires the transmission weight of each antenna calculated by the precoder unit 4 from the precoder unit 4 (step S31).
  • Average power value P m for each antenna is the same as the average power value P m the maximum power calculation unit 8 calculates the time for obtaining the power correction value beta, like the maximum power calculation unit 8, the above equation (2 ).
  • the correction value selection unit 9 may obtain the average power value P m for each antenna from the maximum power calculation unit 8 instead of calculating the average power value P m for each antenna based on the transmission weight of each antenna. That is, the correction value selecting unit 9, instead of the steps S31 and S32, the average power value P m for each antenna may be executed the steps of obtaining the maximum power calculation unit 8.
  • the correction value selection unit 9 After calculating the average power value P m for each antenna, the correction value selection unit 9 next uses the correction value used in the correction process in each of the antennas 10 1 to 10 Nt based on the average power value P m for each antenna. Is selected from the correction table (step S33). That is, the correction value selecting unit 9 selects the correction values corresponding to the average power value P 1 ⁇ P Nt in each of the antenna 10 1 ⁇ 10 Nt for each antenna 10 1 ⁇ 10 Nt.
  • the correction value selection unit 9 selects a correction value to be used in the correction process in each of the antennas 10 1 to 10 Nt , next, the correction value selection unit 9 outputs the selected correction value to the corresponding antennas 10 1 to 10 Nt and a multiplier. 7 1 instructs to correct the amplitude and phase of the input signal from ⁇ 7 Nt (step S34).
  • the antennas 10 1 to 10 Nt correct the amplitude and phase using the correction value received from the correction value selection unit 9 and radiate it to the space.
  • the phase shifter 11A corrects the phase of the signal
  • the HPA 11B corrects the signal amplitude, that is, amplifies it.
  • multipliers 7 1 to 7 Nt are provided between the parallel-serial converters 6 1 to 6 Nt and the antennas 10 1 to 10 Nt, and input signals to the antennas 10 1 to 10 Nt are provided.
  • the power adjustment is performed by multiplying the power correction value ⁇
  • the position where the multipliers 7 1 to 7 Nt are provided may be anywhere between the precoder unit 4 and the antennas 10 1 to 10 Nt .
  • radio transmitting apparatus 100 corrects the power of the input signal to each antenna to be equal to or less than a predetermined threshold based on the transmission weight of each antenna, and transmits from each antenna.
  • the amplitude and phase of the signal are corrected for each antenna using a correction value corresponding to the average power value of the input signal to the antenna.
  • the input back-off of the high power amplifier can be controlled.
  • the input back-off of the high power amplifier can be controlled, it is possible to solve the calibration between the transmission side and the reception side and the calibration between the antennas, which are problems in the TDD type system. Therefore, it is possible to obtain a radio transmission apparatus capable of realizing highly accurate user multiplexing without requiring CSI feedback from the receiving side of the spatial multiplexing signal.
  • the TDD type system includes the maximum power calculation unit 8 and the correction value selection unit 9
  • the FDD type system that is, the base station to the terminal direction fed back from the terminal.
  • a system that calculates a transmission weight based on (downlink) CSI may include a maximum power calculation unit 8 and a correction value selection unit 9. The operations of maximum power calculation unit 8 and correction value selection unit 9 in this case are the same as in the present embodiment.
  • the modulation units 1 1 to 1 Ns can be realized by a modulator, a modem, or the like.
  • the serial-parallel conversion units 2 1 to 2 Ns , the FFT units 3 1 to 3 Ns , the IFFT units 5 1 to 5 Nt , the parallel-serial conversion units 6 1 to 6 Nt and the multipliers 7 1 to 7 Nt are various logic circuits. It is realized by an electronic circuit configured to include Antennas 10 1 ⁇ 10 Nt is phase shifter is realized by an electronic circuit which is configured to include a like HPA.
  • the precoder 4, the maximum power calculator 8, and the correction value selector 9 are realized, for example, when the processor 101 illustrated in FIG. 5 executes a program stored in the memory 102. That is, the precoder unit 4, the maximum power calculation unit 8, and the correction value selection unit 9 read out from the memory 102 a program for the processor 101 to operate the precoder unit 4, the maximum power calculation unit 8, and the correction value selection unit 9. It is realized by executing.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memory 102 is a nonvolatile or volatile semiconductor such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), etc. Memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc) or the like.
  • the memory 102 selects the storage area of the maximum power threshold Th used when the maximum power calculation unit 8 obtains the power correction value ⁇ , and the correction value used by the correction value selection unit 9 in the correction processing in the antennas 10 1 to 10 Nt . It is also used as a storage area for a correction table to be referred to when doing so.
  • the precoder unit 4, the maximum power calculation unit 8, and the correction value selection unit 9 may be realized by dedicated hardware, some of which are realized by dedicated hardware, and the rest are software, firmware, or software. And a combination of firmware and firmware.
  • a hardware configuration in the case where these units are realized by dedicated hardware is, for example, as shown in FIG. That is, the precoder unit 4, the maximum power calculation unit 8, and the correction value selection unit 9 are realized by the processing circuit 110.
  • the processing circuit 110 corrects the correction value for correcting the input signal to the antenna, processing for weighting the signal transmitted to the terminal, calculating the power correction value for adjusting the power of the transmission signal It is the electronic circuit which performs the process selected from a table.
  • the processing circuit 110 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. .
  • Embodiment 2 The radio transmission apparatus according to Embodiment 1 obtains a power correction value ⁇ for adjusting the power of an input signal to each antenna to be equal to or lower than the maximum power threshold Th based on the transmission weight of each antenna, and corrects the power.
  • the value ⁇ was used to adjust the input signal to each antenna.
  • the power of the input signal to each antenna is suppressed below the maximum power threshold Th by adjusting the transmission weight of each antenna.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a wireless communication system to which the wireless transmission device of the second embodiment is applied.
  • FIG. 7 shows a configuration example of MU-MIMO in which four users, that is, terminals # 1 to # 4 and a base station equipped with the radio transmission apparatus of the present embodiment communicate simultaneously.
  • the base station only the antenna is shown.
  • the base station has 16 antennas, and the terminals # 1 to # 4 each have 4 antennas.
  • a total of 16 streams are spatially multiplexed from the base station and transmitted to the terminals # 1 to # 4.
  • the base station allocates four streams to one terminal and transmits signals. In this case, in the base station, it is not necessary to perform nulling (Nulling) for four streams addressed to a specific terminal, and it is only necessary to achieve nulling for 12 antennas possessed by other terminals.
  • Nulling nulling
  • a base station calculates a transmission weight so as to perform eigenmode transmission with four antennas of each user (terminal), and weights and transmits a signal to each user.
  • the weighting of the signal by the transmission weight is performed for each frequency bin, but the description of the frequency bin number is omitted here.
  • the degree of spatial freedom that is, the number of basis vectors increases accordingly.
  • the spatial multiplexing number here corresponds to the number of signal streams addressed to each user, that is, the number of signal streams to be spatially multiplexed.
  • the power of the input signal to each antenna is limited to the maximum power threshold Th or less.
  • FIG. 8 is a diagram of a configuration example of the wireless transmission device according to the second embodiment.
  • Radio transmitting apparatus 100a according to the present embodiment deletes multipliers 7 1 to 7 Nt from radio transmitting apparatus 100 according to the first embodiment, and precoder unit 4 and maximum power calculating unit 8 are replaced by precoder unit 4a and maximum power calculating unit. This is replaced with 8a. Since the components other than the precoder unit 4a and the maximum power calculation unit 8a are the same as those of the wireless transmission device 100 of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the maximum power calculation unit 8a of the wireless transmission device 100a calculates the above-described power correction value ⁇ according to the same procedure as the maximum power calculation unit 8 described in the first embodiment. Further, when the maximum power calculation unit 8a calculates the power correction value ⁇ , it outputs this to the precoder unit 4a.
  • the precoder unit 4a calculates the transmission weight of each antenna for each signal stream, similarly to the precoder unit 4 of the wireless transmission device 100 of the first embodiment. At this time, the wireless transmission device 100a cooperates with the maximum power calculation unit 8a to obtain a transmission weight such that the power of the input signal to each antenna is equal to or less than the maximum power threshold Th.
  • the maximum power threshold Th is the same as the maximum power threshold Th described in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of an operation in which the precoder unit 4a and the maximum power calculation unit 8a cooperate to calculate a transmission weight.
  • the precoder unit 4a uses the BD method or the like, like the precoder unit 4 of the wireless transmission device 100 of the first embodiment.
  • the transmission weight of each antenna is calculated (step S41). This is called a temporary transmission weight which is the first transmission weight. Note that, even when the transmission weight is calculated by a method other than the BD method, the transmission weight is calculated so that eigenmode transmission is performed.
  • the maximum power calculation unit 8a calculates a power correction value ⁇ based on the temporary transmission weight and the maximum power threshold Th and outputs it to the precoder unit 4a (step S42).
  • the signal average power value for each antenna is calculated based on the temporary transmission weights input from the FFT unit 3 1 ⁇ 3 Ns the precoder portion 4a when the maximum power calculation unit 8a calculates the power correction value ⁇
  • the precoder 4a uses this to calculate the final transmission weight that is the second transmission weight, that is, the transmission weight used in the transmission signal weighting process ( Step S43).
  • step S43 the precoder unit 4a calculates the final transmission weight of each antenna so as to satisfy the condition expressed by the following equation (4).
  • Equation (4) bold wk, f with “ ⁇ ” added is the final transmission weight.
  • f represents a frequency bin number
  • m represents an antenna number
  • k represents a user number.
  • Q f, m is the average power value before correction of the signal of the frequency bin f input to the antenna m
  • M max is the number of the antenna having the largest average power value of the input signal.
  • Q f to which “ ⁇ ” is added is an average power value after the signal of the frequency bin f is corrected by the power correction value ⁇ .
  • the average power value before correction is an average power value of a signal after weighting when weighting is performed using a temporary transmission weight.
  • u j is the weighting coefficient of the j-th basis vector of the temporary transmission weight calculated in step S41, Nr is the number of multiple streams per user.
  • Nr is the number of multiple streams per user.
  • the precoder 41 when the final transmission weight of each antenna is calculated, the precoder 41 multiplies this by the signal of each frequency bin, and weights the transmission signal.
  • the maximum power calculation unit 8a calculates the power correction value ⁇ .
  • the precoder unit 4a may calculate the power correction value ⁇ .
  • correction value selection unit 9 that calculates the average power value P m for each antenna based on the transmission weight calculated by the precoder unit 4a uses the above-described final transmission weight calculated by the precoder unit 4a to perform an average. calculating a power value P m.
  • the radio transmission apparatus 100a determines the transmission weight of each antenna in consideration that the power of the input signal to each antenna is equal to or less than a specified threshold. Specifically, first, a transmission weight for eigenmode transmission is calculated as a temporary transmission weight, and an average power value of an input signal to each antenna that can be calculated from the temporary transmission weight and a predetermined threshold value are obtained. Based on this, the power correction value is calculated, and the final transmission weight is calculated in consideration of the power correction value. As a result, the maximum power value can be limited without destroying the orthogonality between users, and the influence on the transmission signal, that is, the influence of the HPA that is a nonlinear amplifier and the calibration error can be suppressed.
  • the hardware configuration for realizing the wireless transmission device 100a is the same as that of the wireless transmission device 100 of the first embodiment.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 1 1 to 1 Ns modulation unit 2 1 to 2 Ns serial-parallel conversion unit (S / P unit), 3 1 to 3 Ns FFT unit, 4, 4a precoder unit, 5 1 to 5 Nt IFFT unit, 6 1 to 6 Nt parallel-serial conversion unit (P / S unit), 7 1 to 7 Nt multiplier, 8, 8a maximum power calculation unit, 9 correction value selection unit, 10 1 to 10 Nt antenna, 11 array element, 11A phase shift 11B HPA (High Power Amplifier), 41 Precoder, 100, 100a Wireless transmission device, 101 processor, 102 memory, 110 processing circuit.

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Abstract

無線送信装置は、増幅器１１Ｂを有する複数のアンテナ１０1～１０Ntと、アンテナを介して端末へ送信する信号を生成する送信信号生成部（変調部１1～１Ns、Ｓ／Ｐ部２1～２Ns、ＦＦＴ部３1～３Ns、）と、端末との間の伝送路情報および増幅器１１Ｂの出力限界値に基づいて、送信信号生成部で生成された端末へ送信する信号に対して重み付け処理を実行する重み付け処理部（プリコーダ部４、最大電力算出部８、乗算器７1～７Nt）と、を備える。

Description

無線送信装置
　本発明は、複数のアンテナを用いてデータを空間多重伝送する無線送信装置に関する。
　限られた周波数で大容量のデータを伝送するため、複数の送受信アンテナを用いて、空間多重伝送を行うＭＩＭＯ（Multiple　Input　Multiple　Output）システムの開発が進められている。近年、さらなる周波数利用効率改善に向けて、高い周波数の活用、アンテナ素子の多素子化が進められており、今後も空間多重数の増大が予想されている。
　無線送信装置では、アンテナから信号を放射するための大電力増幅器（ＨＰＡ：High　Power　Amplifier）が必要である。大容量伝送に適した無線伝送方式として、ＯＦＤＭ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing）などのマルチキャリア方式が用いられているが、同方式は大きなＰＡＰＲ（Peak　to　Average　Power　Ratio、ピーク電力対平均電力値）を持つことが知られている。ＰＡＰＲの大きな信号を正確に伝送するためには、ＨＰＡに精密な線形性を求める必要があり、コスト増大が懸念される。マルチキャリア方式とＭＩＭＯシステムを組み合わせると、さらに大きなＰＡＰＲを想定する必要があるため、上記線形性の問題はより深刻なものとなる。
　大きなＰＡＰＲに対応する手法として、例えば非特許文献１では時間変動の激しい波形の瞬時値に対して時間フィルタをかけることによりＰＡＰＲを抑圧し、増幅器に対する影響を緩和している。また、非特許文献２においては、ＭＵ（Multi　User）－ＭＩＭＯシステムを想定し、送信側は、受信側からフィードバックされたＣＮＲ（Carrier　and　Noise　power　Ratio）を用い、ＨＰＡのバックオフから算出される予測ＣＩＮＲ（Carrier　and　Interference　Noise　power　Ratio）によって、バックオフを適応的に制御する手法が開示されている。
景山，牟田，HarisGACANIN，古川，"ＯＦＤＭ－ＳＤＭＡシステムにおける帯域外輻射電力と帯域内歪みを考慮した適応ピークキャンセラの特性評価"，電子情報通信学会　技術研究報告　RCS2015-1 竹渕，丸小，長田，前原，"送信電力制御を用いたＯＦＤＭクリッピング＆フィルタリングのＭＵ－ＭＩＭＯ方式への適用に関する検討"，電子情報通信学会　技術研究報告　RCS2013-311
　アンテナ素子数が増加し、空間多重数が増大すると前述のＰＡＰＲの問題はより深刻となる。また、アンテナ素子数の増大に伴って、素子毎にＡＤＣ（Analog　to　Digital　Converter）およびＤＡＣ（Digital　to　Analog　Converter）を実装することは、コスト的にもサイズ的にも困難となる。これに対してアナログ回路でアレーアンテナを構成しコスト低減を実現する手法が採られている。しかしながら、この手法においてはアンテナから正確にビームを放射するために、素子間のキャリブレーションをとることが必要となる。さらに、伝送路の対称性を利用してビームを形成するＴＤＤ（Time　Division　Duplex）型のシステムでは、信号受信側における受信回路と信号送信側における増幅器を含む送信回路とのキャリブレーションをとる必要もあり、回路の調整が困難となる。特に、安価な構成ではアンテナ素子に周波数特性のばらつきが存在し、空間多重のための送信ウェイトを周波数毎に変更する必要があるが、非特許文献２の手法では周波数特性を加味したＣＩＮＲの予測が困難である。すなわち、アンテナ素子に周波数特性のばらつきが存在する場合には非特許文献２の手法を適用することが難しい。
　加えて、多重ユーザ数の増大に伴って、各ユーザからの迅速なフィードバックが困難となる上、高周波数帯では同一区間における伝送路のフェージング変動が激しくなるため、正確な受信ＣＮＲの取得には、頻繁なフィードバックが必要となり、アップリンクの帯域を圧迫する要因となる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大電力増幅器の入力バックオフを制御することが可能な無線送信装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線送信装置は、増幅器を有する複数のアンテナと、アンテナを介して端末へ送信する信号を生成する送信信号生成部と、を備える。また、無線送信装置は、端末との間の伝送路情報および増幅器の出力限界値に基づいて、送信信号生成部で生成された端末へ送信する信号に対して重み付け処理を実行する重み付け処理部を備える。
　本発明によれば、大電力増幅器の入力バックオフを制御することが可能な無線送信装置を得ることができる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態１のプリコーダ部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１の最大電力算出部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１の補正値選択部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１のプリコーダ部、最大電力算出部および補正値選択部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態１のプリコーダ部、最大電力算出部および補正値選択部を実現するハードウェア構成の他の例を示す図 実施の形態２の無線送信装置を適用する無線通信システムの一例を示す図 実施の形態２にかかる無線送信装置の構成例を示す図 実施の形態２のプリコーダ部および最大電力算出部が連携して送信ウェイトを算出する動作の一例を示すフローチャート
　以下に、本発明の実施の形態にかかる無線送信装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線送信装置の構成例を示す図である。図１に示した無線送信装置１００は、例えば、移動体通信システムの基地局を構成し、１つ以上のビームを形成して複数のユーザ、すなわち移動端末（以下、端末）に対して、各ユーザ宛信号を空間多重して同時に伝送する機能を提供する（マルチユーザＭＩＭＯ、シングルユーザＭＩＭＯを含む）。以下、無線送信装置が移動体通信システムの基地局を構成している場合の例について説明する。
　図１に示したように、本実施の形態にかかる無線送信装置１００は、変調部１1～１Ns、シリアル－パラレル変換部（Ｓ／Ｐ部）２1～２Ns、ＦＦＴ（Fast　Fourier　Transform）部３1～３Ns、プリコーダ部４、ＩＦＦＴ（Inverse　Fast　Fourier　Transform）部５1～５Nt、パラレル－シリアル変換部（Ｐ／Ｓ部）６1～６Nt、乗算器７1～７Nt、最大電力算出部８、補正値選択部９およびアンテナ１０1～１０Ntを備えている。Ｎｓは空間多重伝送される信号ストリームの数を示す。なお、変調部１1～１Ns、シリアル－パラレル変換部２1～２NsおよびＦＦＴ部３1～３Nsは送信信号生成部として動作する。また、プリコーダ部４、最大電力算出部８および乗算器７1～７Ntは、重み付け処理部として動作する。最大電力算出部８および乗算器７1～７Ntは重み付け処理部の電力補正部を構成する。
　また、プリコーダ部４は複数のプリコーダ４１により構成され、アレーアンテナであるアンテナ１０1～１０Ntは、複数のアレー素子１１により構成されている。また、各アレー素子１１は移相器１１ＡおよびＨＰＡ（High　Power　Amplifier）１１Ｂを含み、送信する信号の位相および振幅を調整可能である。ＨＰＡ１１Ａは、アンテナ１０1～１０Ntが有する増幅器である。
　なお、図１では、マルチキャリア信号の無線通信装置の構成例を示したが、本発明はマルチキャリア信号を送信する場合に限定されるものではなく、シングルキャリア信号を送信する場合にも適用可能である。
　以下、本実施の形態の無線送信装置１００の各部の動作を説明する。
　変調部１1～１Nsは、各ユーザへ送信する信号である信号ストリーム＃１～＃Ｎｓが入力されると、これを変調してシリアル－パラレル変換部２1～２Nsに出力する。変調部１1～１Nsは、ＱＰＳＫ（Quadrature　Phase　Shift　Keying）、ＱＡＭ（Quadrature　Amplitude　Modulation）など、決められた変調方式に従い、入力された信号ストリーム＃１～＃Ｎｓを変調する。
　シリアル－パラレル変換部２1～２Nsは、変調部１1～１Nsからの入力信号に対してシリアル－パラレル変換を行い、ＦＦＴ部３1～３Nsへ出力する。
　ＦＦＴ部３1～３Nsは、シリアル－パラレル変換部２1～２Nsから入力された信号を時間軸の信号から周波数軸の信号に変換し、プリコーダ部４へ出力する。ＦＦＴ部３1～３Nsから出力された周波数軸の信号は、周波数成分ごとに、プリコーダ部４の対応するプリコーダ４１へ入力される。
　プリコーダ部４は、周波数ビン（ｂｉｎ）ｆ１～ｆｍごとに、すなわち、周波数成分ごとに、各端末との間の伝送路情報（ＣＳＩ：Chanel　State　Information）に基づいて、各プリコーダ４１が空間多重のためのアンテナ間の重みづけ処理を行う。本実施の形態では、信号の受信側である端末からのＣＳＩのフィードバックが不要なＴＤＤ型のシステムを想定する。すなわち、端末から送信される既知信号に基づいて、無線送信装置１００側で上り方向のＣＳＩを求め、これを下り方向のＣＳＩとして使用してアンテナ間の重みづけ処理を行う。ＣＳＩは、例えば、図１では図示を省略している無線受信装置、すなわち、無線送信装置１００とともに基地局を構成している無線受信装置が算出し、算出したＣＳＩをプリコーダ部４へ入力させるようにする。ＣＳＩの算出方法は広く知られているため、算出方法の説明は省略する。
　図２は、プリコーダ部４の動作例を示すフローチャートである。プリコーダ部４は、まず、ＣＳＩを取得し（ステップＳ１１）、次に、取得したＣＳＩに基づいて各アンテナの送信ウェイトを算出する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２において、プリコーダ部４は、信号ストリーム毎に各アンテナの送信ウェイトを算出する。プリコーダ部４は、例えば、公知のＢＤ（Block　Diagonalization）法により送信ウェイトを算出する。このＢＤ法では、ある端末宛ての信号ストリームの送信が他の端末の干渉とならないビームが形成されるよう、各アンテナの送信ウェイトを算出する。なお、送信ウェイトの算出方法はＢＤ法に限定されない。その他の公知の方法により送信ウェイトを算出しても構わない。プリコーダ部４は、次に、算出した送信ウェイトを使用して送信信号を重み付けする（ステップＳ１３）。具体的には、各プリコーダ４１が、ステップＳ１２で算出された送信ウェイトをＦＦＴ部３1～３Nsから入力された信号である送信信号に対して乗算し、重み付けを行う。
　プリコーダ部４において重み付けが行われた後の送信信号は、送信先の端末に応じてＩＦＦＴ部５1～５Ntに出力される。ＩＦＦＴ部５1～５Ntは、プリコーダ部４から入力された送信信号を時間軸の信号に変換してパラレル－シリアル変換部６1～６Ntへ出力する。
　パラレル－シリアル変換部６1～６Ntは、ＩＦＦＴ部５1～５Ntからの入力信号に対してパラレル－シリアル変換を行う。なお、一般的には、この後ガードインターバルの付加処理およびアップコンバート処理が行われるが、本発明を実現するために必須の処理ではないため、図１ではこれらの処理を行う構成要素を省略している。
　ここで、プリコーダ部４で生成された送信ウェイトは空間多重する無線送信装置１００と空間多重された信号を受信する端末との間のＣＳＩに応じてさまざまに変化する。また、条件によっては特定のアンテナに電力が集中し、特定のアンテナから送信される信号の平均電力値が高くなる場合がある。すでに説明したように、無線送信装置１００には信号を増幅するＨＰＡが実装されるが、ＨＰＡの出力には限界、すなわち飽和電力値があり、高電力の信号については増幅時の信号の線形性が維持できなくなる。加えて、アンテナ素子数の多いＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯでは、ＦＤＤ（Frequency　Division　Duplex）型のシステムとすると大量のＣＳＩフィードバックが必要となる。そのため、本実施の形態では、ＴＤＤ方式の伝搬路可逆性を利用した伝送路推定を行うようにして、ＣＳＩのフィードバックを不要としている。
　一方、ＴＤＤの伝搬路可逆性を利用するには送受信ブロック間のキャリブレーションが必須であり、本実施の形態の無線送信装置１００では、ＨＰＡへの入力信号の平均電力値に応じた補正値を補正テーブルから選択して、ＨＰＡへの入力信号の位相および振幅の補正を行う。具体的には、補正値選択部９が、入力信号の平均電力値に応じた補正値を補正テーブルから選択する処理を行い、アンテナ１０1～１０Ntが、補正値選択部９で選択された補正値を使用して送信信号の位相および振幅を補正する。補正テーブルは、ＨＰＡへの入力信号の複数の平均電力値と、複数の平均電力値の各々に対応する複数の位相および振幅の補正値とが登録されているテーブルであり、無線送信装置１００の設計時に作成され、補正値選択部９で予め保持されている。
　また、補正値選択部９およびアンテナ１０1～１０Ntによる補正機能においても、一定電力以上の信号に対しては補正が困難となる。すなわち、空間多重を実現するために許容できる最大電力値が存在するため、プリコーダ部４が生成する送信ウェイトの大きさを一定以下に制限するなどして、アンテナ１０1～１０Ntへの入力信号の電力を調整する必要がある。そのため、本実施の形態の無線送信装置１００は、最大電力算出部８および乗算器７1～７Ntを備え、アンテナ１０1～１０Ntへの入力信号の電力を調整するようにしている。補正値算出部である最大電力算出部８は、送信信号の電力を調整するための電力補正値βを決定し、乗算器７1～７Ntは、電力補正値βを送信信号に乗算して電力調整を行う。
　図３は、最大電力算出部８の動作例を示すフローチャートである。最大電力算出部８は、まず、プリコーダ部４が算出した各アンテナの送信ウェイトをプリコーダ部４から取得する（ステップＳ２１）。最大電力算出部８は、次に、取得した送信ウェイトに基づいて電力補正値βを算出する（ステップＳ２２）。
　最大電力算出部８がステップＳ２２で電力補正値βを算出する動作を詳しく説明する。ステップＳ２２において、最大電力算出部８は、まず、全ユーザの各々に送信する各信号ストリームを合成した場合のアンテナ毎の平均電力値を算出する。プリコーダ部４における、ストリーム番号がｋ、周波数ビン番号がｆの送信ウェイトｗk,fは次式（１）で示される。なお、次式（１）において、Ｎｔは送信アンテナ数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、ベクトルの要素は各アンテナの送信ウェイトとなる。全ユーザの各々に送信する各信号ストリームを合成した場合のアンテナ毎の平均電力値Ｐm（ｍ＝１，２，…，Ｎｔ）は次式（２）に従って求めることができる。なお、式（２）において、Ｎｓは送信する信号ストリーム数を示し、Ｎｆは周波数ビンの数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　最大電力算出部８は、次に、上記の式（２）に従って求めた平均電力値Ｐmに基づいて電力補正値βを求める。ここで、最大電力算出部８には、アンテナ１０1～１０Ntが備えているＨＰＡの非線形特性と、アンテナ素子１１および図１では記載を省略している高周波回路のキャリブレーションが維持できる限界値とを考慮した最大電力閾値Ｔｈが予め設定されているものとする。この最大電力閾値Ｔｈは、例えば、無線送信装置１００の設計時にシミュレーションなどにより決定される。最大電力算出部８は、アンテナ１０ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｎｔ）に入力される信号の平均電力値Ｐmおよび最大電力閾値Ｔｈを使用し、次式（３）に従って電力補正値βを計算する。次式（３）において、Ｐmaxは、上式（２）に従って求めた、各アンテナに入力される信号の平均電力値Ｐmの中の最大値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図３の説明に戻り、最大電力算出部８は、ステップＳ２２で電力補正値βを算出すると、算出した電力補正値βを乗算器７1～７Ntへ出力する（ステップＳ２３）。
　上記のステップＳ２２で最大電力算出部８が算出した電力補正値βを乗算器７1～７Ntがアンテナ１０1～１０Ntへの入力信号に乗算することにより、ユーザ間の直交性を崩すことなく、キャリブレーションの問題を回避することが可能となる。
　図４は、補正値選択部９の動作例を示すフローチャートである。補正値選択部９は、まず、プリコーダ部４が算出した各アンテナの送信ウェイトをプリコーダ部４から取得する（ステップＳ３１）。補正値選択部９は、次に、取得した送信ウェイトに基づいて、各アンテナに対応する各信号の平均電力値を算出する（ステップＳ３２）。すなわち、補正値選択部９は、全ユーザの各々に送信する各信号ストリームを合成した場合のアンテナ毎の平均電力値Ｐm（ｍ＝１，２，…，Ｎｔ）を算出する。アンテナ毎の平均電力値Ｐmは、最大電力算出部８が電力補正値βを求める際に算出する平均電力値Ｐmと同じであり、最大電力算出部８と同様に、上記の式（２）に従って算出する。なお、補正値選択部９は、アンテナ毎の平均電力値Ｐmを各アンテナの送信ウェイトに基づいて計算するのではなく、最大電力算出部８から取得するようにしてもよい。すなわち、補正値選択部９は、ステップＳ３１およびＳ３２に代えて、アンテナ毎の平均電力値Ｐmを最大電力算出部８から取得するステップを実行するようにしてもよい。
　補正値選択部９は、アンテナ毎の平均電力値Ｐmを算出すると、次に、アンテナ毎の平均電力値Ｐmに基づいて、アンテナ１０1～１０Ntの各々における補正処理で使用する補正値を補正テーブルから選択する（ステップＳ３３）。すなわち、補正値選択部９は、アンテナ１０1～１０Ntの各々における平均電力値Ｐ1～ＰNtにそれぞれ対応する補正値をアンテナ１０1～１０Ntごとに選択する。
　補正値選択部９は、アンテナ１０1～１０Ntの各々における補正処理で使用する補正値を選択すると、次に、選択した補正値を、対応するアンテナ１０1～１０Ntへ出力し、乗算器７1～７Ntから入力された信号の振幅および位相を補正するように指示する（ステップＳ３４）。
　アンテナ１０1～１０Ntは、乗算器７1～７Ntから信号が入力されると、補正値選択部９から受け取った補正値を使用して振幅および位相を補正し、空間に放射する。アンテナ１０1～１０Ntの各アレー素子１１では、移相器１１Ａが信号の位相の補正を行い、ＨＰＡ１１Ｂが信号の振幅の補正、すなわち増幅を行う。
　なお、本実施の形態では、パラレル－シリアル変換部６1～６Ntとアンテナ１０1～１０Ntとの間に乗算器７1～７Ntを設け、アンテナ１０1～１０Ntへの入力信号に電力補正値βを乗算して電力調整を行うこととしたが、乗算器７1～７Ntを設ける位置は、プリコーダ部４とアンテナ１０1～１０Ntとの間であればどこでも構わない。
　このように、本実施の形態の無線送信装置１００は、各アンテナの送信ウェイトに基づいて、各アンテナへの入力信号の電力が規定の閾値以下となるように補正するとともに、各アンテナから送信する信号の振幅および位相を、アンテナへの入力信号の平均電力値に応じた補正値を使用してアンテナ毎に補正することとした。これにより、大電力増幅器の入力バックオフを制御することができる。また、大電力増幅器の入力バックオフを制御できることから、ＴＤＤ型のシステムで問題となる、送信側と受信側との間のキャリブレーション、アンテナ間のキャリブレーションを解決することができる。よって、空間多重信号の受信側からのＣＳＩのフィードバックを必要とせずに高精度なユーザ多重を実現可能な無線送信装置を得ることができる。
　なお、本実施の形態では、ＴＤＤ型のシステムが最大電力算出部８および補正値選択部９を備える場合について説明したが、ＦＤＤ型のシステム、すなわち、端末からフィードバックされた、基地局から端末方向（下り方向）のＣＳＩに基づいて送信ウェイトを算出するシステムが最大電力算出部８および補正値選択部９を備えるようにしてもよい。この場合の最大電力算出部８および補正値選択部９の動作は、本実施の形態と同様である。
　本実施の形態の無線送信装置１００を実現するハードウェア構成について説明する。無線送信装置１００の各構成要素のうち、変調部１1～１Nsは、モジュレータ、モデムなどにより実現することができる。シリアル－パラレル変換部２1～２Ns、ＦＦＴ部３1～３Ns、ＩＦＦＴ部５1～５Nt、パラレル－シリアル変換部６1～６Ntおよび乗算器７1～７Ntは、各種論理回路を含んで構成された電子回路により実現される。アンテナ１０1～１０Ntは、移相器、ＨＰＡなどを含んで構成された電子回路により実現される。
　プリコーダ部４、最大電力算出部８および補正値選択部９は、例えば、図５に示したプロセッサ１０１がメモリ１０２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。すなわち、プリコーダ部４、最大電力算出部８および補正値選択部９は、プロセッサ１０１が、プリコーダ部４、最大電力算出部８および補正値選択部９の動作を行うためのプログラムをメモリ１０２から読み出して実行することにより実現される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）等である。メモリ１０２は、最大電力算出部８が電力補正値βを求める際に使用する最大電力閾値Ｔｈの記憶領域、補正値選択部９がアンテナ１０1～１０Ntにおける補正処理で使用させる補正値を選択する際に参照する補正テーブルの記憶領域としても使用される。
　なお、プリコーダ部４、最大電力算出部８および補正値選択部９を専用のハードウェアで実現してもよく、これらの一部を専用のハードウェアで実現し、残りをソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現してもよい。これらの各部を専用のハードウェアで実現する場合のハードウェア構成は、例えば図６に示したものとなる。すなわち、プリコーダ部４、最大電力算出部８および補正値選択部９は、処理回路１１０により実現される。処理回路１１０は、端末へ送信する信号に対して重み付けを行う処理、送信信号の電力を調整するための電力補正値を算出する処理、およびアンテナへの入力信号を補正するための補正値を補正テーブルから選択する処理を実行する電子回路である。処理回路１１０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。
実施の形態２．
　実施の形態１の無線送信装置は、各アンテナの送信ウェイトに基づいて、各アンテナへの入力信号の電力が最大電力閾値Ｔｈ以下となるように調整するための電力補正値βを求め、電力補正値βを使用して各アンテナへの入力信号を調整することとしていた。これに対して、本実施の形態の無線送信装置では、各アンテナの送信ウェイトを調整することにより、各アンテナへの入力信号の電力を最大電力閾値Ｔｈ以下に抑える。
　図７は、実施の形態２の無線送信装置を適用する無線通信システムの一例を示す図である。図７は、４ユーザすなわち端末＃１～＃４と本実施の形態の無線送信装置を備えた基地局とが同時通信するＭＵ－ＭＩＭＯの構成例を示している。なお、基地局についてはアンテナのみを示している。図示したように、基地局は１６アンテナを備え、端末＃１～＃４は、それぞれ４アンテナを備えており、基地局からは合計１６ストリームが空間多重されて端末＃１～＃４へ伝送される。基地局は、１台の端末に４つのストリームを割り当てて信号を送信する。この場合、基地局においては、特定の端末宛の４ストリームについてヌリング（Nulling）を実施する必要はなく、他の端末が有する１２アンテナについてヌリングが達成できればよい。
　図７に示した構成の場合、例えば、端末＃ｋであるユーザ＃ｋ（１≦ｋ≦４）のストリーム＃ｍ（１≦ｍ≦４）の送信ウェイトをｖ(太字)k mとすると、送信ウェイトｖ(太字)1 mで重み付けが行われてユーザ＃１へ送信された信号は、ユーザ＃２，＃３，＃４に対してヌリングされている。すなわちユーザ＃１宛の送信ウェイトは、ｖ(太字)1 1～ｖ(太字)1 4の４つを基底ベクトルとする部分空間内で任意に選択することができる。言い換えれば、この４つのベクトルの線形結合で生成されるベクトル（送信ウェイト）は、ユーザ＃２，＃３，＃４に対して干渉を与えない。一般的に、基地局は、各ユーザ（端末）の４アンテナとの間で固有モード伝送となるよう、送信ウェイトを算出し、各ユーザへの信号を重み付けして送信する。送信ウェイトによる信号の重み付けは周波数ビン毎に行われるが、ここでは周波数ビン番号の表記は省略した。なお、基地局が備えている送信アンテナが空間多重数より多い場合にはその分空間自由度、すなわち基底ベクトルの数が増加する。ここでの空間多重数とは、各ユーザ宛の信号ストリームの数、すなわち、空間多重伝送される信号ストリームの数に相当する。
　本実施の形態では、図７に示したような、基地局が備えているアンテナの数が各端末へ送信する信号ストリームの空間多重数以上の場合を想定し、無線送信装置は、各アンテナの送信ウェイトを調整することにより、各アンテナへの入力信号の電力を最大電力閾値Ｔｈ以下に制限する。
　各アンテナへの入力信号の電力を最大電力閾値Ｔｈ以下に制限する送信ウェイトの計算方法としては様々な方法が考えられるが、その中の一例を以下に示す。
　図８は、実施の形態２にかかる無線送信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の無線送信装置１００ａは、実施の形態１の無線送信装置１００から乗算器７1～７Ntを削除し、プリコーダ部４および最大電力算出部８をプリコーダ部４ａおよび最大電力算出部８ａに置き換えたものである。プリコーダ部４ａおよび最大電力算出部８ａ以外の構成要素については実施の形態１の無線送信装置１００と同様であるため、説明を省略する。
　無線送信装置１００ａの最大電力算出部８ａは、実施の形態１で説明した最大電力算出部８と同様の手順により、上述した電力補正値βを計算する。また、最大電力算出部８ａは、電力補正値βを計算すると、これをプリコーダ部４ａに出力する。
　プリコーダ部４ａは、実施の形態１の無線送信装置１００のプリコーダ部４と同様に、信号ストリーム毎に各アンテナの送信ウェイトを算出する。このとき、無線送信装置１００ａは、最大電力算出部８ａと連携し、各アンテナへの入力信号の電力が最大電力閾値Ｔｈ以下となるような送信ウェイトを求める。なお、最大電力閾値Ｔｈは、実施の形態１で説明した最大電力閾値Ｔｈと同じものである。
　図９は、プリコーダ部４ａおよび最大電力算出部８ａが連携して送信ウェイトを算出する動作の一例を示すフローチャートである。プリコーダ部４ａおよび最大電力算出部８ａが連携して行う送信ウェイトの算出では、まず、プリコーダ部４ａが、実施の形態１の無線送信装置１００のプリコーダ部４と同様に、ＢＤ法などを使用して各アンテナの送信ウェイトを算出する（ステップＳ４１）。これを第１の送信ウェイトである仮送信ウェイトと呼ぶ。なお、ＢＤ法以外の方法で送信ウェイトを算出する場合にも、固有モード伝送となるように送信ウェイトを算出する。次に、最大電力算出部８ａが、仮送信ウェイトおよび最大電力閾値Ｔｈに基づいて電力補正値βを計算し、プリコーダ部４ａに出力する（ステップＳ４２）。なお、最大電力算出部８ａが電力補正値βを計算する際に仮送信ウェイトに基づいて算出するアンテナ毎の平均電力値は、ＦＦＴ部３1～３Nsからプリコーダ部４ａに入力された信号を仮送信ウェイトで重み付けした場合に得られる重みづけ後の信号の平均電力値（アンテナ毎の平均電力値）である。
　プリコーダ部４ａは、電力補正値βが入力されると、これを使用して第２の送信ウェイトである最終的な送信ウェイト、すなわち、送信信号の重みづけ処理で使用する送信ウェイトを算出する（ステップＳ４３）。
　プリコーダ部４ａは、ステップＳ４３では、次式（４）に示された条件を満たすよう、各アンテナの最終的な送信ウェイトを算出する。なお、式（４）において、'～'が付加された太字のｗk,fが最終的な送信ウェイトである。また、式（４）において、ｆは周波数ビンの番号、ｍはアンテナの番号、ｋはユーザの番号を示す。Ｑf,mはアンテナｍへ入力する周波数ビンｆの信号の補正前の平均電力値、Ｍmaxは入力信号の平均電力値が最も大きいアンテナの番号である。'～'が付加されたＱfは、周波数ビンｆの信号を電力補正値βで補正した後の平均電力値である。補正前の平均電力値とは、仮送信ウェイトで重みづけを行った場合の重みづけ後の信号の平均電力値である。ｕjはステップＳ４１で算出した仮送信ウェイトのｊ番目の基底ベクトルの重みづけ係数、Ｎｒは１ユーザあたりの多重ストリーム数である。なお、送信アンテナ数が空間多重数より多い場合には、基底ベクトルの数がＮｒよりも大きくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　プリコーダ部４ａでは、各アンテナの最終的な送信ウェイトを算出すると、これを各周波数ビンの信号に対してプリコーダ４１が乗算し、送信信号を重み付けする。
　なお、本実施の形態では、最大電力算出部８ａが電力補正値βを算出することとしたが、プリコーダ部４ａで電力補正値βを算出するようにしても構わない。
　また、プリコーダ部４ａで算出された送信ウェイトに基づいてアンテナ毎の平均電力値Ｐmを算出する補正値選択部９は、プリコーダ部４ａが算出した上記の最終的な送信ウェイトを使用して平均電力値Ｐmを算出する。
　以上のように、本実施の形態の無線送信装置１００ａは、各アンテナへの入力信号の電力が規定の閾値以下となるように考慮し、各アンテナの送信ウェイトを決定することとした。具体的には、まず、固有モード伝送となる送信ウェイトを算出して仮送信ウェイトとし、仮送信ウェイトから算出可能な各アンテナへの入力信号の平均電力値と、予め決められている閾値とに基づいて電力補正値を算出し、電力補正値を考慮して最終的な送信ウェイトを算出することとした。これにより、ユーザ間の直交性を崩すことなく最大電力値を制限することができ、送信信号への影響、すなわち、非線形増幅器であるＨＰＡの影響およびキャリブレーション誤差を抑圧できる。
　なお、無線送信装置１００ａを実現するハードウェア構成は、実施の形態１の無線送信装置１００と同様である。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１1～１Ns　変調部、２1～２Ns　シリアル－パラレル変換部（Ｓ／Ｐ部）、３1～３Ns　ＦＦＴ部、４，４ａ　プリコーダ部、５1～５Nt　ＩＦＦＴ部、６1～６Nt　パラレル－シリアル変換部（Ｐ／Ｓ部）、７1～７Nt　乗算器、８，８ａ　最大電力算出部、９　補正値選択部、１０1～１０Nt　アンテナ、１１　アレー素子、１１Ａ　移相器、１１Ｂ　ＨＰＡ（High　Power　Amplifier）、４１　プリコーダ、１００，１００ａ　無線送信装置、１０１　プロセッサ、１０２　メモリ、１１０　処理回路。

Claims (9)

  1. 　増幅器を有する複数のアンテナと、
    　前記アンテナを介して端末へ送信する信号を生成する送信信号生成部と、
    　前記端末との間の伝送路情報および前記増幅器の出力限界値に基づいて、前記送信信号生成部で生成された前記端末へ送信する信号に対して重み付け処理を実行する重み付け処理部と、
    　を備えることを特徴とする無線送信装置。
  2. 　前記重み付け処理部は、
    　前記端末へ送信する信号を重み付けするための送信ウェイトを前記伝送路情報に基づいて生成するとともに、生成した送信ウェイトを前記端末へ送信する信号に乗算して重み付けを行うプリコーダ部と、
    　前記プリコーダ部で生成された送信ウェイトと、前記増幅器の出力限界値に基づいて予め決められている閾値とに基づいて、前記プリコーダ部で重み付けされた信号の電力を補正する電力補正部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
  3. 　前記電力補正部は、
    　前記プリコーダ部から出力された信号の平均電力値を前記送信ウェイトに基づいて算出し、算出した平均電力値および前記閾値に基づいて、前記プリコーダ部で重み付けされた信号の電力を補正するための電力補正値を算出する補正値算出部と、
    　前記電力補正値を前記プリコーダ部で重み付けされた信号に乗算する乗算器と
    　を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線送信装置。
  4. 　前記送信ウェイトに基づいて、前記複数のアンテナに入力された信号の振幅および位相を補正するための補正値を予め決められた複数の補正値の中から前記複数のアンテナごとに選択する補正値選択部、
    　を備え、
    　前記複数のアンテナは、入力された信号の振幅および位相を前記補正値選択部で選択された前記補正値を使用して補正する、
    　ことを特徴とする請求項２または３に記載の無線送信装置。
  5. 　前記補正値選択部は、前記送信ウェイトに基づいて、前記プリコーダ部から出力された信号の平均電力値を当該信号が入力される前記アンテナごとに算出し、算出した平均電力値に基づいて前記補正値を前記複数のアンテナごとに選択する、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の無線送信装置。
  6. 　前記重み付け処理部は、
    　前記端末へ送信する信号を重み付けするための送信ウェイトを前記伝送路情報に基づいて生成するとともに、生成した送信ウェイトを前記端末へ送信する信号に乗算するプリコーダ部と、
    　前記プリコーダ部が前記送信ウェイトを生成する際に使用する電力補正値を算出する補正値算出部と、
    　を備え、
    　前記複数のアンテナの数は空間多重伝送する信号ストリームの数以上であり、
    　前記プリコーダ部は、固有モード伝送を実現する第１の送信ウェイトを算出し、当該第１の送信ウェイトおよび前記補正値算出部で算出された電力補正値に基づいて、前記端末へ送信する信号に乗算する第２の送信ウェイトを算出し、
    　前記補正値算出部は、前記第１の送信ウェイトに基づいて、前記第１の送信ウェイトで前記端末へ送信する信号を重み付けした場合の重みづけ後の信号の平均電力値を算出し、算出した平均電力値と、前記増幅器の出力限界値に基づいて予め決められている閾値とに基づいて、前記電力補正値を算出する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
  7. 　前記プリコーダ部は、前記端末へ送信する信号を前記第１の送信ウェイトで重み付けした場合の重み付け後の信号の平均電力値を、前記端末へ送信する信号が入力されるアンテナ毎に算出し、算出した平均電力値の最大値を前記電力補正値で補正して電力上限値を生成し、前記端末へ送信する信号を前記第２の送信ウェイトで重み付けした場合の重みづけ後の信号の平均電力値が前記電力上限値以下となるよう、前記第１の送信ウェイトの各基底ベクトルを線形結合して前記第２の送信ウェイトを生成する、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の無線送信装置。
  8. 　前記第２の送信ウェイトに基づいて、前記複数のアンテナに入力された信号の振幅および位相を補正するための補正値を予め決められた補正値の中から前記複数のアンテナごとに選択する補正値選択部、
    　を備え、
    　前記複数のアンテナは、入力された信号の振幅および位相を前記補正値選択部で選択された前記補正値を使用して補正する、
    　ことを特徴とする請求項６または７に記載の無線送信装置。
  9. 　前記補正値選択部は、前記第２の送信ウェイトに基づいて、前記プリコーダ部から出力された信号の平均電力値を当該信号が入力される前記アンテナごとに算出し、算出した平均電力値に基づいて前記補正値を前記複数のアンテナごとに選択する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の無線送信装置。
     
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