WO2023026492A1 - 無線通信方法、無線通信システム、及び送信装置 - Google Patents

無線通信方法、無線通信システム、及び送信装置 Download PDF

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圭太 栗山
隼人 福園
正文 吉岡
利文 宮城
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日本電信電話株式会社
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication method, a wireless communication system, and a transmitter.
  • Non-Patent Document 1 when a large peak power occurs, the peak power may be amplified within the nonlinear region of the amplifier, and communication quality may deteriorate due to nonlinear distortion (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the precoding tap length is a fixed value.
  • MOHAMED IBNKAHLA et al., "High-Speed Satellite Mobile Communications: Technologies and Challenges", PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 92, NO. 2, FEBRUARY 2004, p.312-339 Keita Kuriyama, Hayato Fukuzono, Masafumi Yoshioka, Tsutomu Tatsuta, "FIR-based transmit beamforming for broadband single-carrier MIMO transmission", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, IEICE Technical Report, Jan.2019, p.31-36
  • the m-th tap coefficient varies depending on the channel state.
  • the precoding tap length may be excessive with respect to the tap length required to obtain desired BER (bit error rate) characteristics.
  • PAPR Peak to Average Power Ratio
  • the tap length may be insufficient, and inter-stream interference and inter-symbol interference may increase.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a wireless communication method, a wireless communication system, and a transmitting apparatus capable of improving the quality of wireless communication even when channel conditions fluctuate. With the goal.
  • a wireless communication method is a wireless communication method for transmitting a signal from a transmitter to a receiver, including a precoding step of precoding a stream of a transmission signal in the time domain using an FIR filter; and an amplification step of amplifying the precoded stream so as to achieve the controlled transmission power.
  • a tap length control step for changing the tap length in the precoding step so that the tap length is decreased when the difference is small and the tap length is increased when the difference is large.
  • a radio communication system is a radio communication system that transmits a signal from a transmitting device to a receiving device, a precoding unit that precodes a transmission signal stream in the time domain using an FIR filter; a transmission power control unit that controls transmission power of a stream precoded by the precoding unit; an amplification unit that amplifies the stream precoded by the precoding unit according to the control of the transmission power control unit; With respect to a threshold calculated based on received signal quality information fed back from the receiving device that received the stream amplified by the unit, or at least received signal quality information calculated using the characteristics of the amplifying unit and performing control to change the tap length of the precoding unit so that the tap length is decreased when the size of the last tap coefficient of the precoding unit is small, and the tap length is increased when the size of the last tap coefficient of the precoding unit is large. and a tap length control unit.
  • a transmission device includes a precoding unit that precodes a stream of a transmission signal in the time domain using an FIR filter, and a transmission that controls transmission power of the stream precoded by the precoding unit.
  • a power control unit an amplification unit that amplifies the stream precoded by the precoding unit according to the control of the transmission power control unit, and a reception fed back from a receiving device that received the stream amplified by the amplification unit
  • the magnitude of the last tap coefficient of the precoding unit is smaller than the threshold value calculated based on the signal quality information or at least the received signal quality information calculated using the characteristics of the amplifying unit and a tap length control section for controlling the change of the tap length of the precoding section so that the tap length is decreased in the case where the tap length is large, and the tap length is increased in the case where the tap length is long.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system according to an embodiment
  • FIG. FIG. 3 is a functional block diagram illustrating functions of a transmission device of a comparative example
  • (a) is a graph illustrating an amplification characteristic of an amplifier.
  • (b) is a diagram illustrating a constellation of a transmission signal amplified by an amplifier.
  • 5 is a graph illustrating the relationship between amplification characteristics of an amplification unit and the magnitude of PAPR; 7 is a graph showing communication quality with respect to the magnitude of tap coefficients in precoding.
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating functions of a transmission device of a comparative example
  • (a) is a graph illustrating an amplification characteristic of an amplifier.
  • (b) is a diagram illustrating a constellation of a transmission signal amplified by an amplifier.
  • 5 is a graph illustrating the relationship between amplification characteristics of an amplification unit and the magnitude of PAPR
  • 7 is a graph showing communication
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a threshold value ⁇ used by the transmitting device according to one embodiment and a tap length M used for precoding; 3 is a functional block diagram illustrating functions of a transmission device according to one embodiment; FIG. 4 is a flow chart showing an operation example of a transmission device according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless communication system 1 according to one embodiment.
  • the radio communication system 1 is, for example, a MIMO system in which a transmitting device 2 performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission to a receiving device 4 .
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the wireless communication system is not limited to the MIMO system, and any system that performs precoding using an FIR (Finite Impulse Response) filter may be a SISO (Single Input Single Output) system or the like.
  • FIR Finite Impulse Response
  • SISO Single Input Single Output
  • the transmitting device 2 has a plurality of antennas, precodes multistreams of transmission signals in the time domain, and performs MIMO transmission to the receiving device 4 .
  • the transmitting device 2 also transmits a training signal for calculating channel information (for example, CSI: Channel State Information) to the receiving device 4 .
  • CSI Channel State Information
  • the receiving device 4 receives the multistreams transmitted by the transmitting device 2 and feeds back the received signal quality information to the transmitting device 2 .
  • the received signal quality information that the receiving device 4 feeds back to the transmitting device 2 includes, for example, CQI (Channel Quality Indicator) and PMI (Precoding Matrix Indicator). Also, the receiving device 4 calculates communication channel information using the received training signal, and transmits the calculated communication channel information to the transmitting device 2 .
  • the communication channel information may or may not be known to the transmitting device 2 .
  • the transmitting device 2 and the receiving device 4 may have the same function so as to transmit and receive respectively.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions of a transmission device 2a of a comparative example.
  • the transmitting device 2a of the comparative example includes a plurality of information bit generators 20, a plurality of modulators 21, a precoding unit 22, a plurality of D/A converters 23, a plurality of transmission power controllers 24, and , a plurality of amplifiers 25 and a plurality of antennas 26 .
  • the transmitting device 2a can constitute the radio communication system 1 in place of the transmitting device 2 shown in FIG.
  • Each of the information bit generators 20 generates information bits (data signals) that serve as transmission signals and outputs them to the modulator 21 .
  • Each data signal generated by the information bit generation unit 20 becomes a stream.
  • Each modulation unit 21 modulates the data signal input from the information bit generation unit 20 using a predetermined modulation method, and outputs the modulated data signal to the precoding unit 22 .
  • Modulation schemes include, for example, QPSK (Quadrature Phase shift Keying) with 4 values per symbol, 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) with 16 values, and 64QAM with 64 values.
  • the precoding unit 22 precodes multistreams of data signals (transmission signals) in the time domain using an FIR filter, and outputs each stream to a plurality of D/A conversion units 23 . PAPR increases when the precoding unit 22 performs precoding.
  • Each D/A conversion unit 23 D/A converts the stream input from the precoding unit 22 and outputs it to the transmission power control unit 24 .
  • Each transmission power control unit 24 controls the transmission power of the stream input from the D/A conversion unit 23 and outputs the stream to the amplification unit 25 . That is, the plurality of transmission power control units 24 respectively control the transmission power of the multistreams precoded by the precoding unit 22 .
  • a plurality of amplifiers 25 respectively amplify the multistreams precoded by the precoding unit 22 according to the control of the transmission power control unit 24 and radiate them via the antenna 26 .
  • FIG. 3 is a diagram illustrating amplification characteristics of the amplification section 25.
  • FIG. 3A is a graph illustrating amplification characteristics of the amplification section 25.
  • FIG. 3(b) is a diagram illustrating a constellation of the transmission signal amplified by the amplifier 25. As shown in FIG.
  • the amplifier 25 has a linear region in which the input is amplified in proportion to the output and a nonlinear region in which the excessive input is nonlinearly amplified.
  • FIG. 4 is a graph illustrating the relationship between the amplification characteristics of the amplification section 25 and the magnitude of PAPR. Even if the average transmission power input to the amplifier 25 is the same, when the PAPR is large, a larger peak power is generated than when the PAPR is small.
  • a transmission device of a wireless communication system is configured to be able to control the precoding tap length so that the quality of wireless communication can be improved even if the channel state fluctuates. ing.
  • the tap coefficients change.
  • the transfer function between the nt - th transmitting antenna and the nr -th receiving antenna is given by the following equation (1).
  • the tap coefficient shown in the following formula (4) may be small and the tap length may be excessive.
  • the tap coefficient shown in the above formula (4) may be large and the tap length may be insufficient.
  • FIG. 5 is a graph showing communication quality with respect to the magnitude of tap coefficients in precoding.
  • region A shown in FIG. 5 is a region where quality deterioration due to nonlinear distortion caused by small tap coefficients and large PAPR is dominant.
  • Area B has large tap coefficients and is dominated by quality deterioration due to inter-stream interference and inter-symbol interference caused by insufficient tap length.
  • the transmitting apparatus of the wireless communication system is configured to set a threshold value ⁇ for the magnitude of the tap coefficient and control the precoding tap length using the threshold value ⁇ .
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the threshold ⁇ used by the transmission device according to one embodiment and the tap length M used for precoding.
  • the threshold ⁇ may be determined while measuring reception quality before communication, or may be updated during communication. Further, in the wireless communication system 1, the threshold ⁇ may be determined in advance based on system design values (such as characteristics of the amplifier 25 used by the transmission device 2 and desired BER characteristics).
  • the transmission device sets a threshold value ⁇ for the magnitude of the tap coefficients shown in the following equation (6), calculates the maximum m that satisfies the following equation (7), and uses m+1 as the tap length. Used as M.
  • the transmission device may determine the tap length M by calculating the minimum m that satisfies the following equation (8).
  • the transmitting apparatus does not use the magnitude of the tap coefficients shown in the above equation (4), but the values shown in the following equation (9), or the taps converted into other easy-to-handle forms.
  • the coefficient magnitude may be used to determine the tap length.
  • the transmitting apparatus does not use the magnitude of the tap coefficients as they are, but normalizes them with the maximum tap coefficients, for example, as shown in the following equation (10). may be used to determine the threshold.
  • FIG. 7 is a functional block diagram illustrating functions of the transmitting device 2b according to one embodiment.
  • the transmission device 2b includes a plurality of information bit generation units 20, a plurality of modulation units 21, a precoding unit 22, a plurality of D/A conversion units 23, a plurality of transmission power control A unit 24, a plurality of amplifiers 25, a plurality of antennas 26, a switcher 27, a receiver 28, a channel information acquisition unit 29, a weight calculator 30, a quality information acquirer 31, a threshold calculator 32, and a tap length controller 33. , and a threshold storage unit 34 .
  • the same reference numerals are given to the configuration that is substantially the same as the configuration of the transmitting device 2a shown in FIG.
  • the transmitting device 2b can configure the wireless communication system 1 in place of the transmitting device 2 shown in FIG.
  • the switching unit 27 has a function of switching between transmission and reception performed via the antenna 26 , transmits the output signal of the amplification unit 25 from the antenna 26 , and outputs the signal received by the antenna 26 to the reception unit 28 .
  • the receiving section 28 processes the signal received via the antenna 26 and outputs it to the communication channel information obtaining section 29 or the quality information obtaining section 31 .
  • the communication channel information acquisition unit 29 acquires communication channel information based on the training signal for the communication channel between the transmission device 2 and the reception device 4 from the signal processed by the reception unit 28, and performs weight calculation unit 30 and threshold calculation. Output to the unit 32 .
  • the weight calculation unit 30 uses the channel information acquired by the channel information acquisition unit 29 to calculate precoding weights for the precoding unit 22 for each channel, and applies the channel information and weights to the tap length control unit. 33.
  • the quality information acquisition unit 31 acquires quality information from the signal processed by the reception unit 28 and outputs it to the threshold calculation unit 32 .
  • the quality information includes the SNR and BER obtained by the receiving device 4 using the training signal (known signal) transmitted by the transmitting device 2, and includes nonlinear distortion by the amplifying unit 25 of the transmitting device 2 and insufficient Includes inter-stream interference effects due to precoding.
  • the threshold calculation unit 32 calculates the above-described threshold ⁇ based on the quality information acquired by the quality information acquisition unit 31 and outputs it to the tap length control unit 33 .
  • the tap length control unit 33 receives the received signal quality information fed back from the receiving device 4 that received the stream amplified by the amplifying unit 25, or at least the received signal quality information calculated using the characteristics of the amplifying unit 25. With respect to the threshold value ⁇ calculated based on 22 tap length is changed.
  • the tap length control unit 33 may perform control to change the tap length of the precoding unit 22 using a threshold ⁇ stored in the threshold storage unit 34, which will be described later. Also, the tap length control unit 33 performs control to change the tap length of the precoding unit 22 each time the weight calculation unit 30 calculates the precoding weight using the channel information.
  • the threshold storage unit 34 stores the threshold value ⁇ calculated in advance according to the characteristics of the amplification unit 25, etc., and outputs the threshold value to the tap length control unit 33 in response to access from the tap length control unit 33.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an operation example of the transmission device 2b according to one embodiment.
  • the transmission device 2b transmits a training signal to the reception device 4, and the communication channel information acquisition unit 29 acquires the communication channel information from the reception device 4.
  • the weight calculator 30 of the transmission device 2b calculates precoding weights.
  • the tap length control section 33 of the transmission device 2b sets the tap length of the precoding section 22 based on the threshold ⁇ .
  • step 106 the transmission device 2b performs precoding with the tap length set by the precoding unit 22, and returns to the process of S100.
  • the transmission device 2b controls the tap length based on the threshold, so that the quality of wireless communication can be improved even if the channel state fluctuates.
  • the receiving device 4 shown in FIG. 1 may also perform the same processing as the transmitting device 2 to calculate the threshold according to the amplification characteristics of the receiving device 4 and the like.
  • each unit constituting the transmission device 2b in the above-described embodiment may be configured partially or wholly by hardware, or may be configured by causing a processor to execute a program.
  • the program when each unit constituting the transmission device 2b is configured by causing a processor to execute a program partially or entirely, the program may be recorded on a recording medium and supplied, or may be supplied via a network. may be supplied.

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Abstract

一実施形態にかかる無線通信方法は、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング工程と、プリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御工程と、制御された送信電力となるように、プリコーディングしたストリームを増幅させる増幅工程とを含み、増幅させたストリームを受信した受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、プリコーディング工程における最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、プリコーディング工程におけるタップ長を変更する制御を行うタップ長制御工程をさらに含む。

Description

無線通信方法、無線通信システム、及び送信装置
　本発明は、無線通信方法、無線通信システム、及び送信装置に関する。
　例えば、シングルキャリア－多値変調方式の無線通信システムでは、送信装置の増幅器に対して過大な送信電力が入力されると、信号に歪みが生じてしまうため、一般には歪みが生じない線形領域内で増幅させた送信電力で通信が行われる。
　一方、大きなピーク電力が生じる場合には、ピーク電力が増幅器の非線形領域内で増幅されることがあり、非線形歪みによる通信品質の劣化が生じることがある（例えば、非特許文献１参照）。
　また、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域でプリコーディングを行うシングルキャリアシステム（例えば、非特許文献２参照）では、プリコーディングのタップ長は固定値となっている。
MOHAMED IBNKAHLA, et al., "High-Speed Satellite Mobile Communications: Technologies and Challenges", PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 92, NO. 2, FEBRUARY 2004, p.312-339 栗山圭太、福園隼人、吉岡正文、立田努、「広帯域シングルキャリアＭＩＭＯ伝送のためのＦＩＲ型送信ビーム形成」、電子情報通信学会、信学技報、Jan.2019、p.31-36
　例えば、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域でプリコーディングを行うシングルキャリアシステムにおいて、プリコーディングのタップ長をＭに固定する場合、チャネルの状態によってｍ番目のタップ係数に大小の差が生じる。
　そして、ｍ番目のタップ係数が非常に小さい場合、所望のＢＥＲ（bit error rate）特性を得るために必要なタップ長に対し、プリコーディングのタップ長が過剰であることがある。このとき、過剰なウェイト乗算によりＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio：ピーク電力対平均電力比）が必要以上に増大化し、非線形歪みの影響を受ける可能性がある。
　一方、ｍ番目のタップ係数が非常に大きい場合、タップ長が不足している場合があり、ストリーム間干渉とシンボル間干渉が増大化することがある。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、チャネルの状態が変動しても、無線通信の品質を向上させることができる無線通信方法、無線通信システム、及び送信装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様にかかる無線通信方法は、送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信方法において、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング工程と、プリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御工程と、制御された送信電力となるように、プリコーディングしたストリームを増幅させる増幅工程とを含み、増幅させたストリームを受信した前記受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記送信装置の増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング工程における最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング工程におけるタップ長を変更する制御を行うタップ長制御工程をさらに含むことを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信システムにおいて、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング部と、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御部と、前記送信電力制御部の制御に応じて、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームを増幅させる増幅部と、前記増幅部が増幅させたストリームを受信した前記受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング部の最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うタップ長制御部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる送信装置は、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング部と、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御部と、前記送信電力制御部の制御に応じて、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームを増幅させる増幅部と、前記増幅部が増幅させたストリームを受信した受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング部の最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うタップ長制御部とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、チャネルの状態が変動しても、無線通信の品質を向上させることができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 比較例の送信装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。 （ａ）は、増幅部の増幅特性を例示するグラフである。（ｂ）は、増幅部が増幅した送信信号のコンスタレーションを例示する図である。 増幅部の増幅特性と、ＰＡＰＲの大きさとの関係を例示するグラフである。 プリコーディングにおけるタップ係数の大きさに対する通信品質を示すグラフである。 一実施形態にかかる送信装置が用いる閾値αと、プリコーディングに用いるタップ長Ｍとの関係を示す図である。 一実施形態にかかる送信装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。 一実施形態にかかる送信装置の動作例を示すフローチャートである。
　以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、例えば、送信装置２が受信装置４に対してＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送を行うＭＩＭＯシステムである。
　なお、ここではＭＩＭＯシステムを例に説明するが、一実施形態にかかる無線通信システムは、ＭＩＭＯシステムに限定されることなく、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによるプリコーディングを行うシステムであれば、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）システムなどであってもよい。
　送信装置２は、複数のアンテナを備え、時間領域で送信信号のマルチストリームをプリコーディングし、受信装置４に対してＭＩＭＯ伝送を行う。また、送信装置２は、通信路情報（例えばＣＳＩ：Channel State Information）を算出するためのトレーニング信号を受信装置４に対して送信する。
　受信装置４は、送信装置２が送信したマルチストリームを受信し、受信信号の品質情報を送信装置２に対してフィードバックする。受信装置４が送信装置２に対してフィードバックする受信信号の品質情報は、例えばＣＱＩ（Channel Quality Indicator）及びＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）などを含む。また、受信装置４は、受信したトレーニング信号を用いて通信路情報を算出し、算出した通信路情報を送信装置２に対して送信する。
　なお、通信路情報は、送信装置２が既知である場合と未知である場合とがある。また、送信装置２及び受信装置４は、それぞれ送受信を行うように互いに同じ機能を備えていてもよい。
　ここで、一実施形態にかかる送信装置の構成の理解を助けるために、比較例の送信装置２ａの構成例について説明する。図２は、比較例の送信装置２ａが有する機能を例示する機能ブロック図である。
　図２に示すように、比較例の送信装置２ａは、複数の情報ビット生成部２０、複数の変調部２１、プリコーディング部２２、複数のＤ／Ａ変換部２３、複数の送信電力制御部２４、複数の増幅部２５、及び複数のアンテナ２６を有する。なお、送信装置２ａは、図１に示した送信装置２に替えて無線通信システム１を構成可能にされている。
　情報ビット生成部２０それぞれは、送信信号となる情報ビット（データ信号）を生成し、変調部２１に対して出力する。情報ビット生成部２０が生成するデータ信号は、それぞれストリームとなる。
　変調部２１それぞれは、情報ビット生成部２０から入力されたデータ信号を所定の変調方式で変調し、プリコーディング部２２に対して出力する。変調方式には、例えば１シンボルが４値のＱＰＳＫ（Quadrature Phase shift Keying）、１６値の１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、及び６４値の６４ＱＡＭなどがある。
　プリコーディング部２２は、ＦＩＲフィルタを用いて時間領域でデータ信号（送信信号）のマルチストリームをプリコーディングし、複数のＤ／Ａ変換部２３に対してストリームごとに出力する。プリコーディング部２２がプリコーディングを行うとＰＡＰＲは増加する。
　Ｄ／Ａ変換部２３それぞれは、プリコーディング部２２から入力されたストリームをＤ／Ａ変換し、送信電力制御部２４に対して出力する。
　送信電力制御部２４それぞれは、Ｄ／Ａ変換部２３から入力されたストリームの送信電力を制御して増幅部２５へ出力する。つまり、複数の送信電力制御部２４は、プリコーディング部２２がプリコーディングしたマルチストリームの送信電力をそれぞれ制御する。
　複数の増幅部２５は、送信電力制御部２４それぞれの制御に応じて、プリコーディング部２２がプリコーディングしたマルチストリームをそれぞれ増幅させ、アンテナ２６を介して放射する。
　図３は、増幅部２５の増幅特性を例示する図である。図３（ａ）は、増幅部２５の増幅特性を例示するグラフである。図３（ｂ）は、増幅部２５が増幅した送信信号のコンスタレーションを例示する図である。
　図３（ａ）に示すように、増幅部２５は、入力に比例するように増幅させて出力する線形領域と、過大な入力に対して非線形に増幅させる非線形領域とを有する。
　図３（ｂ）に示すように、増幅部２５が線形領域でデータ信号を増幅した場合の送信コンスタレーションには歪みが生じていないが、増幅部２５が非線形領域でデータ信号を増幅した場合の送信コンスタレーションには歪みが生じている。送信コンスタレーションに歪みが生じると、各ストリームが直交しなくなり、ストリーム間干渉が生じる。
　図４は、増幅部２５の増幅特性と、ＰＡＰＲの大きさとの関係を例示するグラフである。増幅部２５に対して入力される平均送信電力が同じであっても、ＰＡＰＲが大きい場合には、ＰＡＰＲが小さい場合に比べて、大きなピーク電力が生じていることになる。
　そして、同じ平均送信電力の送信信号が増幅部２５に入力された場合に、ＰＡＰＲが小さいときには常に線形領域内で送信信号が増幅されたとしても、ＰＡＰＲが大きいときには非線形領域で送信信号が増幅されて送信コンスタレーションに非線形歪みが発生してしまうことがある。
　そこで、後述する一実施形態にかかる無線通信システムの送信装置は、チャネルの状態が変動しても、無線通信の品質を向上させることができるように、プリコーディングのタップ長を制御可能に構成されている。
　チャネル状態が変化すると、タップ係数は変化する。例えば、ＣＩＲ長をＬとした場合の第ｎｔ番目の送信アンテナと、第ｎｒ番目の受信アンテナ間の伝達関数は、下式（１）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、第ｓｔ番目の送信ストリームと第ｎｔ番目の送信アンテナ間のＦＩＲフィルタの伝達関数は、下式（２）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、Ｌ＜Ｍであり、かつ、下式（３）が成り立つ場合には、下式（４）に示したタップ係数の大きさが小さく、タップ長が過剰になる場合がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、Ｌ＞Ｍであり、かつ、下式（５）が成り立つ場合には、上式（４）に示したタップ係数の大きさが大きく、タップ長が不足となる場合がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図５は、プリコーディングにおけるタップ係数の大きさに対する通信品質を示すグラフである。ここで、図５に示した領域Ａは、タップ係数の大きさが小さく、ＰＡＰＲが大きいことから生じる非線形歪みによる品質劣化が支配的な領域である。また、領域Ｂは、タップ係数の大きさが大きく、タップ長が不足していることから生じるストリーム間干渉及びシンボル間干渉による品質劣化が支配的な領域である。
　つまり、タップ係数は、小さすぎても、大きすぎても通信品質を低下させてしまうこととなる。そこで、一実施形態にかかる無線通信システムの送信装置は、タップ係数の大きさに対して閾値αを設け、閾値αを用いてプリコーディングのタップ長を制御するように構成されている。
　図６は、一実施形態にかかる送信装置が用いる閾値αと、プリコーディングに用いるタップ長Ｍとの関係を示す図である。無線通信システム１において、閾値αは、通信前に受信品質を測定しながら決定されてもよいし、通信中に更新されてもよい。また、無線通信システム１は、システム設計値（送信装置２が使用する増幅部２５の特性や所望のＢＥＲ特性など）に基づいて、閾値αが事前に決定されていてもよい。
　例えば、一実施形態にかかる送信装置は、下式（６）に示したタップ係数の大きさに対して閾値αを設け、下式（７）が成り立つ最大のｍを算出し、ｍ＋１をタップ長Ｍとして用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　また、一実施形態にかかる送信装置は、下式（８）が成り立つ最小のｍを算出してタップ長Ｍを決定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　さらに、一実施形態にかかる送信装置は、上式（４）に示したタップ係数の大きさを用いずに、下式（９）に示した値や、その他の扱いやすい形に変換されたタップ係数の大きさを用いてタップ長を決定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　例えば、一実施形態にかかる送信装置は、タップ係数の大きさをそのまま用いるのではなく、下式（１０）に示したように、例えば最大のタップ係数で正規化を行い、相対値などに対して閾値を決定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　次に、一実施形態にかかる送信装置２ｂの具体的な構成例について説明する。図７は、一実施形態にかかる送信装置２ｂが有する機能を例示する機能ブロック図である。
　図７に示すように、一実施形態にかかる送信装置２ｂは、複数の情報ビット生成部２０、複数の変調部２１、プリコーディング部２２、複数のＤ／Ａ変換部２３、複数の送信電力制御部２４、複数の増幅部２５、複数のアンテナ２６、切替部２７、受信部２８、通信路情報取得部２９、ウェイト算出部３０、品質情報取得部３１、閾値算出部３２、タップ長制御部３３、及び閾値記憶部３４を有する。
　なお、図７に示した送信装置２ｂにおいて、図２に示した送信装置２ａの構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。また、送信装置２ｂは、図１に示した送信装置２に替えて無線通信システム１を構成可能にされている。
　切替部２７は、アンテナ２６を介して行う送信と受信とを切替える機能を備え、増幅部２５の出力信号をアンテナ２６から送信させ、アンテナ２６が受信した信号を受信部２８へ出力する。
　受信部２８は、アンテナ２６を介して受信した信号を処理し、通信路情報取得部２９又は品質情報取得部３１に対して出力する。
　通信路情報取得部２９は、受信部２８が処理した信号から送信装置２と受信装置４との間の通信路に対し、トレーニング信号に基づく通信路情報を取得し、ウェイト算出部３０及び閾値算出部３２に対して出力する。
　ウェイト算出部３０は、通信路情報取得部２９が取得した通信路情報を用いて、各通信路に対してプリコーディング部２２に対するプリコーディングウェイトを算出し、通信路情報及びウェイトをタップ長制御部３３に対して出力する。
　品質情報取得部３１は、受信部２８が処理した信号から品質情報を取得し、閾値算出部３２に対して出力する。なお、品質情報には、送信装置２が送信したトレーニング信号（既知信号）を用いて受信装置４が取得したＳＮＲやＢＥＲが含まれ、送信装置２の増幅部２５による非線形歪みや、不十分なプリコーディングによるストリーム間干渉の影響が含まれる。
　閾値算出部３２は、品質情報取得部３１が取得した品質情報に基づいて、上述した閾値αを算出し、タップ長制御部３３に対して出力する。
　タップ長制御部３３は、増幅部２５が増幅させたストリームを受信した受信装置４からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも増幅部２５の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値αに対し、プリコーディング部２２の最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、プリコーディング部２２のタップ長を変更する制御を行う。
　また、タップ長制御部３３は、後述する閾値記憶部３４が記憶している閾値αなどを用いてプリコーディング部２２のタップ長を変更する制御を行ってもよい。また、タップ長制御部３３は、ウェイト算出部３０が通信路情報を用いてプリコーディングウェイトを算出するごとに、プリコーディング部２２のタップ長を変更する制御を行う。
　閾値記憶部３４は、予め増幅部２５の特性などに応じて算出された閾値αなどを記憶し、タップ長制御部３３からのアクセスに応じて閾値をタップ長制御部３３へ出力する。
　次に、一実施形態にかかる送信装置２ｂの動作例について説明する。図８は、一実施形態にかかる送信装置２ｂの動作例を示すフローチャートである。
　図８に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、送信装置２ｂは、受信装置４に対してトレーニング信号を送信し、受信装置４から通信路情報取得部２９が通信路情報を取得する。
　ステップ１０２（Ｓ１０２）において、送信装置２ｂは、ウェイト算出部３０がプリコーディングウェイトを算出する。
　ステップ１０４（Ｓ１０４）において、送信装置２ｂは、タップ長制御部３３が閾値αに基づいて、プリコーディング部２２のタップ長を設定する。
　ステップ１０６（Ｓ１０６）において、送信装置２ｂは、プリコーディング部２２が設定されたタップ長でプリコーディングを行い、Ｓ１００の処理に戻る。
　このように、一実施形態にかかる送信装置２ｂは、閾値に基づいてタップ長を制御するので、チャネルの状態が変動しても、無線通信の品質を向上させることができる。
　また、図１に示した受信装置４も、受信装置４における増幅特性などに応じて、送信装置２と同様に処理を行って閾値を算出してもよい。
　なお、上述した実施形態における送信装置２ｂを構成する各部は、一部又は全部が、ハードウェアによって構成されてもよいし、プログラムをプロセッサに実行させることによって構成されてもよい。
　また、送信装置２ｂを構成する各部は、一部又は全部がプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されている場合、当該プログラムが記録媒体に記録されて供給されてもよいし、ネットワークを介して供給されてもよい。
　１・・・無線通信システム、２，２ａ，２ｂ・・・送信装置、４・・・受信装置、２０・・・情報ビット生成部、２１・・・変調部、２２・・・プリコーディング部、２３・・・Ｄ／Ａ変換部、２４・・・送信電力制御部、２５・・・増幅部、２６・・・アンテナ、２７・・・切替部、２８・・・受信部、２９・・・通信路情報取得部、３０・・・ウェイト算出部、３１・・・品質情報取得部、３２・・・閾値算出部、３３・・・タップ長制御部、３４・・・閾値記憶部

Claims (6)

  1. 　送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信方法において、
    　ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング工程と、
    　プリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御工程と、
    　制御された送信電力となるように、プリコーディングしたストリームを増幅させる増幅工程と
    　を含み、
    　増幅させたストリームを受信した前記受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記送信装置の増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング工程における最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング工程におけるタップ長を変更する制御を行うタップ長制御工程
    　をさらに含むことを特徴とする無線通信方法。
  2. 　前記送信装置と前記受信装置との間の通信路に対し、トレーニング信号に基づく通信路情報を取得する通信路情報取得工程と、
    　前記通信路情報を用いて前記プリコーディング工程におけるプリコーディングウェイトを算出するウェイト算出工程と
    　をさらに含み、
    　前記タップ長制御工程では、
    　前記通信路情報を用いてプリコーディングウェイトを算出するごとに、前記プリコーディング工程におけるタップ長を変更する制御を行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
  3. 　送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信システムにおいて、
    　ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング部と、
    　前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御部と、
    　前記送信電力制御部の制御に応じて、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームを増幅させる増幅部と、
    　前記増幅部が増幅させたストリームを受信した前記受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング部の最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うタップ長制御部と
    　を有することを特徴とする無線通信システム。
  4. 　前記送信装置と前記受信装置との間の通信路に対し、トレーニング信号に基づく通信路情報を取得する通信路情報取得部と、
    　前記通信路情報を用いて前記プリコーディング部に対するプリコーディングウェイトを算出するウェイト算出部と
    　をさらに有し、
    　前記タップ長制御部は、
    　前記ウェイト算出部が前記通信路情報を用いてプリコーディングウェイトを算出するごとに、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うこと
    　を特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
  5. 　ＦＩＲフィルタを用いて時間領域で送信信号のストリームをプリコーディングするプリコーディング部と、
    　前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームの送信電力を制御する送信電力制御部と、
    　前記送信電力制御部の制御に応じて、前記プリコーディング部がプリコーディングしたストリームを増幅させる増幅部と、
    　前記増幅部が増幅させたストリームを受信した受信装置からフィードバックされた受信信号の品質情報、又は、少なくとも前記増幅部の特性を用いて算出された受信信号の品質情報に基づいて算出された閾値に対し、前記プリコーディング部の最後のタップ係数の大きさが、小さい場合にはタップ長を減少させ、大きい場合にはタップ長を増大させるように、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うタップ長制御部と
    　を有することを特徴とする送信装置。
  6. 　前記受信装置との間の通信路に対し、トレーニング信号に基づく通信路情報を取得する通信路情報取得部と、
    　前記通信路情報を用いて前記プリコーディング部に対するプリコーディングウェイトを算出するウェイト算出部と
    　をさらに有し、
    　前記タップ長制御部は、
    　前記ウェイト算出部が前記通信路情報を用いてプリコーディングウェイトを算出するごとに、前記プリコーディング部のタップ長を変更する制御を行うこと
    　を特徴とする請求項５に記載の送信装置。
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