(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と受信装置との間で、固有モードを介して無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記送信装置と前記受信装置との間のチャネル推定に基づいて、前記送信装置における、送信時のチャネル予測値を算出するチャネル予測部と、
前記チャネル予測部で算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部で算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出する固有モード品質算出部と、
前記固有モード品質算出部で算出された値に基づいて、送信時の所定の処理を制御する制御部と、を備え、
前記固有モード品質算出部は、
前記固有値算出部で算出された複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記固有モード品質算出部は、
前記所定期間における複数の固有値の平均値に基づいて、前記固有モードの品質を示す値を算出し、
前記複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記平均値以下となる値に基づいた前記固有モードの品質を示す値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記固有モード品質算出部は、
前記変動頻度に応じて、前記平均値の下げ値を制御する、
ことを特徴とする、請求項２記載の無線通信システム。
【請求項４】
固有モードを介して無線通信を行う無線通信装置において、
相手側無線通信装置との間のチャネル推定に基づいて、送信時のチャネル予測値を算出するチャネル予測部と、
前記チャネル予測部で算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部で算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出する固有モード品質算出部と、
前記固有モード品質算出部で算出された値に基づいて、送信時の所定の処理を制御する制御部と、を備え、
前記固有モード品質算出部は、
前記固有値算出部で算出された複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御する、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
送信装置と受信装置との間で、固有モードを介して無線通信を行う無線通倍システムにおける通信制御方法において、
前記送信装置と前記受信装置との間のチャネル推定に基づいて、前記送信装置における、送信時のチャネル予測値を算出するステップと、
算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出するステップと、
算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出し、前記算出された複数の固有値の前記所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御するステップと、
制御された前記固有モードの品質を示す値に基づいて、送信時の所定の処理を制御するステップと、を備える、
ことを特徴とする通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ通信を利用した無線通信システム、無線通信装置および通信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信システムにおいて、データの送受信に複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信では、ＳＶＤ（Singular Value Decomposition：特異値分解）という手法によって固有モードとよばれる独立な伝搬路を利用する際、この固有パスの固有値の大きさに応じて、各固有モードの送信電力および変調方式を制御することで飛躍的にシステムの伝送容量を増やすことが行われている。しかし、このような固有モードを用いるＭＩＭＯ通信では、何らかの理由で直交性が崩れると伝送特性が大きく劣化する。
【０００３】
この問題に対し、特許文献１には、ドップラー周波数などを既知の情報とした時、その情報に基づいてＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio：信号対干渉雑音電力比）を計算し、制御を行うことで、直交性が崩れた場合の特性劣化を抑えることが提案されている。特許文献１では、チャネルを推定するスロットと、実際にデータを送信するスロットが異なり、ドップラー変動などによりチャネルが変動することを問題点とし、それを解決する技術として、固有モードのＳＩＮＲの値を、ドップラー変動による、チャネル推定誤差の推定値、固有ビーム利得損失の推定値、固有ビーム間干渉の推定値に基づいて計算し、これにより、ドップラー変動がある実環境を考慮した適応符号化変調機能および簡易で高効率な適応電力制御機能を搭載したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを提供する。
【特許文献１】特開２００５−２５２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、チャネル変動を予測する技術も盛んに研究されている。高精度なチャネル変動予測技術が具備された場合、上述の固有ビーム利得損失の推定値や固有ビーム間干渉の推定値は小さくなり、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送に与える影響も小さくなる。
これに対して、ドップラー変動が更に大きくなると、チャネル推定スロットと、データ送信スロットの間のチャネル変動だけでなく、スロット内でのチャネル変動も大きくなる。そのような環境においても十分効果のある高精度なチャネル予測技術、つまり、データ送信スロット内のチャネル変動まで予測し、さらに、データ送信スロット内で予測されたチャネルにしたがって送信ウェイトを更新できるものであれば、上述の固有ビーム利得喪失の推定値や固有ビーム間干渉の推定値は、小さいままである。
【０００５】
しかしながら、各固有モードの固有値は、チャネル変動にしたがって、スロット内で変動することになる。図４は、チャネル予測値が適切であるときの各固有モードの品質である固有値の累積分布を示す図であり、図５は、各固有モードにおける固有値のスロット内変動の一例を示す図である。図４、図５から、固有値の大きい上位の固有モードほど、固有値の変動が小さく、固有値の小さい下位の固有モードほど、固有値の変動が大きいことが分かる。
このような状況で、例えば各固有モードの固有値のスロット内平均に基づき、固有モードの品質（ＳＩＮＲ）を計算し、それを送信適応制御において使用すると、特に下位の固有モードにおいて想定よりも低い固有値のシンボルが多く発生するようになり、伝送特性が劣化してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、端末が高速移動する等、チャネル変動が激しい場合であっても、ＭＩＭＯ等における適応制御を効率よく実行することができる無線通信システム、無線通信装置および通信制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、送信装置と受信装置との間で、固有モードを介して無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記送信装置と前記受信装置との間のチャネル推定に基づいて、前記送信装置における、送信時のチャネル予測値を算出するチャネル予測部と、前記チャネル予測部で算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出する固有値算出部と、前記固有値算出部で算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出する固有モード品質算出部と、前記固有モード品質算出部で算出された値に基づいて、送信時の所定の処理を制御する制御部とを備え、前記固有モード品質算出部が、前記固有値算出部で算出された複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御することを特徴とする。
【０００８】
前記固有モード品質算出部は、前記所定期間における複数の固有値の平均値に基づいて、前記固有モードの品質を示す値を算出し、前記複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記平均値以下となる値に基づいた前記固有モードの品質を示す値を算出することが好ましい。また、前記固有モード品質算出部は、前記変動頻度に応じて、前記平均値の下げ値を制御することが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、固有モードを介して無線通信を行う無線通信装置において、相手側無線通信装置との間のチャネル推定に基づいて、送信時のチャネル予測値を算出するチャネル予測部と、前記チャネル予測部で算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出する固有値算出部と、前記固有値算出部で算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出する固有モード品質算出部と、前記固有モード品質算出部で算出された値に基づいて、送信時の所定の処理を制御する制御部とを備え、前記固有モード品質算出部が、前記固有値算出部で算出された複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、固有モードを介して無線通信を行う無線通倍システムにおける通信制御方法において、前記送信装置と前記受信装置との間のチャネル推定に基づいて、前記送信装置における、送信時のチャネル予測値を算出するステップと、算出されたチャネル予測値に基づいて、所定期間における複数の固有値を算出するステップと、算出された複数の固有値に基づいて、前記所定期間における前記固有モードの品質を示す値を算出し、前記算出された複数の固有値の前記所定期間における変動頻度に応じて、前記固有モードの品質を示す値を制御するステップと、制御された前記固有モードの品質を示す値に基づいて、送信時の所定の処理を制御するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、送信スロット内での固有値の変動を考慮することで、端末が高速移動する等、チャネル変動が激しい場合であっても、ＭＩＭＯ等における適応制御を効率よく実行することができる。このため、高速移動性能の向上に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。図１において、送信装置１は、Ｓ／Ｐ部１１、適応変調符号化部１２、適応送信電力制御部１３、送信ビームフォーミング部１４を備え、受信装置２は、受信アンテナ処理部１５、復調処理部１６、Ｐ／Ｓ部１７を備えている。チャネル推定部１８、ＳＶＤ部１９、固有値算出部２０、固有モード品質算出部２１、送信適応制御部２２は、送信装置１と受信装置２のいずれに備えるようにしても良い。
【００１３】
Ｓ／Ｐ部１１は、送信データをシリアルパラレル変換し、固有モードごとの送信データを出力する。適応変調符号化部１２は、固有モードごとの送信データを、送信適応制御部２２の出力に従い、それぞれ変調・符号化を行う。適応送信電力制御部１３は、適応変調符号化部１２の出力である固有モードごとの送信信号に対して、送信適応制御部２２の出力に従い、送信電力を制御する。送信ビームフォーミング部１４は、適応送信電力制御部１３の出力である送信信号に、ＳＶＤ部１９の出力である送信ウェイトを乗算することで送信固有ビームを形成し、送信アンテナごとにそれらの信号を多重化する。
【００１４】
複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナの間には、ＭＩＭＯチャネルが形成される。受信アンテナ処理部１５は、チャネル推定予測部１８の出力であるチャネル推定結果に基づき、受信ウェイトを計算することで空間フィルタリングを行う、または、最尤受信処理を行うことにより、各固有モードの信号を取り出す。復調処理部１６は、各固有モードの信号に対して、送信適応制御部２２の出力情報に基づき、誤り訂正復号などの処理を行い、受信データを出力する。Ｐ／Ｓ部１７は、各固有モードの受信データを、パラレルシリアル変換する。
【００１５】
チャネル推定予測部１８は、送信装置１と受信装置２との間のチャネルを推定し、推定されたチャネルに基づいて送信時における複数のチャネル予測値を算出する。ＳＶＤ部１９は、チャネル推定予測部１８で算出された複数のチャネル予測値をそれぞれ特異値分解する。固有値算出部２０は、ＳＶＤ部１９から得られる各固有モードの複数の特異値に基づいて、所定期間（１スロット内）における複数の固有値を算出する。固有モード品質算出部２１は、固有値算出部２０で算出された複数の固有値に基づいて、所定期間における固有モードの品質を示す値を算出し、算出された複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて固有モードの品質を示す値を制御する。送信適応制御部２２は、固有モード品質算出部２１で算出された値に基づいて、送信時の所定の処理（送信電力制御および／または変調符号化制御）を制御する。
【００１６】
また、固有モード品質算出部２１は、所定期間における複数の固有値の平均値に基づいて、固有モードの品質を示す値を算出し、複数の固有値の所定期間における変動頻度に応じて、平均値以下となる値に基づいた固有モードの品質を示す値を算出し、さらに、変動頻度に応じて、平均値の下げ値を制御する。
【００１７】
図２は、本発明の動作を説明するフローチャートである。ここでは、端末の移動などにより、チャネルが変動している場合を想定している。
まず、チャネル推定予測部１８において、チャネルの推定、および、実際にデータを送信するスロットのチャネル予測を行う（ステップ１０１）。チャネル推定予測部１８は、送信側、受信側のどちらにあっても良い。例えば、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）の場合には受信側にあり、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割復信）の場合は送信側、受信側の両方にある。また、推定と予測は、受信側と送信側に分かれていても良い。例えば、受信側で推定されたチャネルが送信側にフィードバックされ、送信側はフィードバックされたチャネル推定値に基づき、実際にデータを送信するスロットのチャネルを予測する。ここで、チャネル予測の数は、１スロットに対して１つではなく、複数である。図３は、チャネル推定スロットのトレーニング信号（Ｔｒ）からチャネル推定を行い、複数のチャネル推定値から送信スロットに対し複数のチャネル予測を行う状態を示している。
【００１８】
次に、ＳＶＤ部１９において、チャネル行列を特異値分解する（ステップ１０２）。チャネル推定予測部１８で予測されるチャネルの数は、１スロットに対して複数なので、ＳＶＤによる結果もスロットに対して複数ある。
今、送信アンテナ数をＮＴ、受信アンテナ数をＮＲとすると、チャネル推定予測部１８で予測されたチャネル行列は、ＮＴ×ＮＲ次の行列
【数１】
0005009826.tif 000002
と表される。ｌは送信スロットにおけるサンプル番号であり、サンプル数は予測されたチャネルの数Ｌである。Ｌは、最大で１スロットのシンボル数である。チャネル行列は、
【数２】
0005009826.tif 000003
のように特異値分解することができる。
【００１９】
【数３】
0005009826.tif 000004
は、Ｍ＝ｍｉｎ［ＮＴ，ＮＲ］個の直交したチャネル（固有モード）の伝達関数を表す特異値を要素とする対角行列であり、次式のように表される。
【数４】
0005009826.tif 000005
λｍ（ｌ）は大きい順にソートされているものとする。
【００２０】
次に、固有値算出部２０において、ＳＶＤ部１９から得られる各固有モードの複数の特異値に基づいて、スロット内における複数の固有値を算出し、固有モード品質算出部２１において、各固有モードに対して、固有値のスロット内における変動頻度（分散、広がり、ばらつき）を考慮した品質（実効ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音電力比））を１つ算出する（ステップ１０３）。ここで算出結果は、スロットごとに、各固有モードに対して基本的には１つである。なぜなら、スロット内で複数回の送信適応制御を適用するには、その制御情報を受信側に通知する必要があり、制御情報の増加はスループットを低下させてしまうからである。ｍ番目の固有モードの固有値に対して、そのＳＮＲは次式で計算される。
【数５】
0005009826.tif 000006
σ２は雑音電力である。
【００２１】
ドップラー変動が小さい場合は、Ｌ個の固有値からＳＮＲの平均値を計算して実効ＳＮＲとしても問題ないが、ドップラー変動が大きくなると、平均値よりも低いＳＮＲのシンボルを多く含むようになる。これは、図４、図５に示しているように、下位の固有モードほど顕著である。送信適応制御部２２が、スロット内での大きな固有値変動を想定していない場合、特に下位の固有モードにおいて特性劣化を生じることになる。
【００２２】
そこで、一例としては、次のようにｍ番目の固有モードの実効ＳＮＲ（Ｅｆｆ．ＳＮＲｍ［ｄＢ］）を計算する。
【数６】
0005009826.tif 000007
Ａｖｅ．ＳＮＲｍ［ｄＢ］は、固有値の平均値であり、ＳＤ．ＳＮＲｍ［ｄＢ］は標準偏差である。αは定数であり、適応送信制御による性能が最大になるよう、予め設計される。
【００２３】
固有モード品質算出部２１は、例えば、上述のように固有値の平均値から標準偏差を減算したものを品質計算結果とすることにより、適応制御された信号において、想定よりも低い品質のシンボルが発生する確率を抑え、下位の固有モードにおいても期待する通信品質を得ることができる。標準偏差ではなく、最大値と最小値の差などでも良い。
即ち、固有モード品質算出部２１は、スロット内における固有値の変動頻度が大きいほど、固有値のスロット内平均から値を下げて、品質計算結果とする。
【００２４】
次に、送信適応制御部２２において、上述の実効ＳＮＲに基づき、使用する固有モード数、各固有モードの符号化変調方式、送信電力を計算する（ステップ１０４）。さらに、適応変調符号化部１２において、固有モードごとの送信データを、送信適応制御部２２の計算結果に従って、それぞれ変調・符号化し、適応送信電力制御部１３において、適応変調符号化部１２の出力である固有モードごとの送信信号に対して、送信適応制御部２２の計算結果に従って送信電力を制御して、固有モード送信信号を生成する（ステップ１０５）。
【００２５】
生成された固有モード送信信号は、送信ビームフォーミング部１４において、ＳＶＤ部１９の出力である送信ウェイトを乗算されることで送信固有ビームとなって、送信アンテナから送信され（ステップ１０６）、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルを伝搬する（ステップ１０７）。
【００２６】
受信側では、固有モードの受信信号処理が行われる（ステップ１０８）。即ち、受信アンテナ処理部１５において、チャネル推定予測部１８の出力であるチャネル推定結果に基づき、受信ウェイトを計算することで空間フィルタリングが行われ、または、最尤受信処理が行われることにより、各固有モードの信号が取り出される。さらに、復調処理部１６において、各固有モードの信号に対して、送信適応制御部２２の計算結果に従って、誤り訂正復号などの処理が行われる。
【００２７】
なお、ＳＶＤ部は、必ずしも特異値分解をする必要はない。例えば、予め決められたコードブックと呼ばれるウェイトの集合から、固有値が最大となるようなウェイトのコード番号を見つけるような処理でも良い。つまりは、送信ウェイトとその時の固有モードの固有値（特異値）を見つける処理であれば良い。
【００２８】
上述のように、本発明は、品質計算において、送信スロット内での固有値の変動を考慮することで、ドップラー変動などによるチャネル変動が激しい環境においても、適切な送信適応制御が行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。
【図２】本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図３】複数のチャネル推定値から送信スロットに対し複数のチャネル予測を行う状態を示す図である。
【図４】各固有モードの品質である固有値の累積分布を示す図である。
【図５】各固有モードにおける固有値のスロット内変動の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  送信装置
２  受信装置
１１  Ｓ／Ｐ部
１２  適応変調符号化部
１３  適応送信電力制御部
１４  送信ビームフォーミング部
１５  受信アンテナ処理部
１６  復調処理部
１７  Ｐ／Ｓ部
１８  チャネル推定予測部
１９  ＳＶＤ部
２０  固有値算出部
２１  固有モード品質算出部
２２  送信適応制御部
【図１】
0005009826.tif 000008
【図２】
0005009826.tif 000009
【図３】
0005009826.tif 000010
【図４】
0005009826.tif 000011
【図５】
0005009826.tif 000012