JP2009021820A - 通信相手選択方法、及び通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャネル情報取得回路105は、通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得する。また、信号空間ベクトル演算回路106は、取得したチャネル情報に基づいて、複数の通信相手通信装置の中で通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルを算出し、通信相手として選択されている通信相手通信装置に基づく信号空間ベクトルを算出する。内積値演算回路107は、これらの信号空間ベクトルに基づく内積値を算出する。通信相手選択回路108は、内積値に基づいて、新たに通信相手となる通信相手通信装置を選択する。
【選択図】図1
Description
ここで、同一時間に、単一通信相手に送信するようにTDMA(Time Division Multiplexing access)方式を利用して、Ma個の通信相手に送信を行う場合の固有ベクトル送信の達成可能な周波数利用効率は、以下の式(3)にて表すことができる。
最初に、Ma(l)の通信相手のうちΦ(l,i)番目の通信相手に達成可能な伝送容量の評価方法を示す。まず、行列H+ Φ(l,i)を、Φ(l,i)番目の通信相手以外のl番目のタイミングで、同一周波数帯を利用して同時に送信する通信相手のチャネル応答行列の集合行列とした場合、H+ Φ(l,i)は、次式(4)にて表される。
ここで、サービスエリア内に多くのアクティブな通信相手が存在した場合、空間的に分離しやすい通信相手ごとに同時送信する組み合わせを決定する必要があり、この組み合わせにより特性が変わることになる。
Q.H.Spencer, A.L. Swindlehurst, and M.Haardt,"Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels,", IEEE Trans. Sig. Processing, vol.52, issue2, Feb. 2004, pp.461-71.
これにより、複数の通信相手に対して、同一時刻に、同一周波数帯で、空間多重によって異なる信号を送信する場合、より高い伝送容量を得るための通信相手の組み合わせを、信号空間ベクトル間の内積を利用した少ない演算量の演算で容易に選択することが可能となる。
図1は、本実施形態における通信装置の送信部に係る構成を示したブロック図である。通信装置は、データ出力回路101、送信信号変換回路102、無線部103−1〜103−MT、アンテナ104−1〜104−MT、通信相手決定ブロック110を備える。また、通信相手決定ブロック110は、チャネル情報取得回路105、信号空間ベクトル演算回路106、内積値演算回路107、通信相手選択回路108を備える。
ここで、p番目の通信相手とq番目の通信相手が既に選択されており、3番目の通信相手を選択する場合について説明する。まず、p番目の通信相手に対する信号空間ベクトルEp(Mt×Mr(p)行列)と、q番目の通信相手に対する信号空間ベクトルEq(Mt×Mr(q))行列とからなる行列に対してQR分解を適用してp番目とq番目の通信相手に対する信号空間ベクトルEp,qを、次式(11)のように算出することができる。
よって、シングルユーザMIMOから周波数利用効率の増加量が高い通信相手を選択するのであれば、次式(24)の値が増加する通信相手の組み合わせΦ(l)を選択することができる。
式(29)と(23)とを用いて、通信相手の組み合わせをΦ(l)とした場合のBD法におけるマルチユーザMIMOの周波数効率は、次式(30)により示すことができる。
また、Ma−1の通信相手が選択されていた際の周波数利用効率から、Maを選択した際の周波数利用効率が増大したかを判定値として用いることもできる。Ma−1の通信相手が選択されていた際の周波数利用効率は、次式(35)と表すことができる。
図2に、本実施形態における第1の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路105が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する(ステップS110)。第1通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路106に入力しておく(ステップS111)。次に、信号空間ベクトル演算回路106は、第1通信相手の信号空間ベクトルとともに同一時刻に送信する通信相手の候補の信号空間ベクトルを全て演算する(ステップS112)。信号空間ベクトル演算回路106は、選択されている通信相手の信号空間ベクトルを演算する。最初の処理では、前述した第1通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる(ステップS113)。そして、内積値演算回路107は、選択された通信相手の信号空間ベクトルと通信相手候補の信号空間ベクトルとで内積値を演算する(ステップS114)。通信相手選択回路108は、前述した式(9)、(10)、(13)、(14)、(17)、(18)、(32)、(33)、(34)、(36)から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する(ステップS115)。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップS111において、残っている通信相手から第1通信相手を選択して設定し、ステップS112以下の処理が行われることになる。
図3に、本実施形態における第2の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路105が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する(ステップS210)。第1通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路106に入力しておく(ステップS211)。次に、信号空間ベクトル演算回路106は、第1通信相手の信号空間ベクトルとともに同一時刻に送信する通信相手の候補の信号空間ベクトルを全て演算する(ステップS212)。信号空間ベクトル演算回路106は、選択されている通信相手の信号空間ベクトルを演算する。最初の処理では、前述した第1通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる(ステップS213)。そして、内積値演算回路107は、選択された通信相手の信号空間ベクトルと通信相手候補の信号空間ベクトルとで内積値を演算する(ステップS214)。通信相手選択回路108は、前述した式(17)、(18)、(32)、(33)、(34)、(36)から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する(ステップS215)。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップS211において、残っている通信相手から第1通信相手を選択して設定し、ステップS212以下の処理が行われることになる。
図4に、本実施形態における第3の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路105が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する(ステップS310)。第1通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路106に入力しておく(ステップS311)。次に、信号空間ベクトル演算回路106は、全ての通信相手の信号空間ベクトルを演算する(ステップS312)。信号空間ベクトル演算回路106は、選択されている通信相手と仮の追加通信相手からなる仮の選択された通信相手を決定し、仮の選択された通信相手の中の1つの通信相手以外の仮の選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを仮の選択された全ての通信相手に対して演算する。最初の処理では、前述した第1通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる(ステップS313)。そして、内積値演算回路107は、仮に選択された通信相手のうち1つの通信相手の信号空間ベクトルと、当該通信相手以外の仮の選択された通信相手に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する(ステップS314)。通信相手選択回路108は、前述した式(9)、(10)、(13)、(14)、(17)、(18)、(32)、(33)、(34)、(36)から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する(ステップS315)。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップS311において、残っている通信相手から第1通信相手を選択して設定し、ステップS312以下の処理が行われることになる。
図5に、本実施形態における第4の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路105が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する(ステップS410)。第1通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路106に入力しておく(ステップS411)。次に、信号空間ベクトル演算回路106は、全ての通信相手の信号空間ベクトルを演算する(ステップS412)。信号空間ベクトル演算回路106は、選択されている通信相手と仮の追加通信相手からなる仮の選択された通信相手を決定し、仮の選択された通信相手の中の1つの通信相手以外の仮の選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを仮の選択された全ての通信相手に対して演算する。最初の処理では、前述した第1通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる(ステップS413)。そして、内積値演算回路107は、仮に選択された通信相手のうち1つの通信相手の信号空間ベクトルと、当該通信相手以外の仮の選択された通信相手に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する(ステップS414)。通信相手選択回路108は、仮の選択された通信相手に対応する内積値から、式(31)、(36)の判定式を満たす仮の追加通信相手のみを通信相手の候補とする(ステップS415)。候補となる仮の追加通信相手が存在しない場合には、これまでに選択している通信相手を同一タイミング同一周波数で送信する通信相手として決定する。通信相手選択回路108は、前述した式(17)、(18)、(32)、(33)、(34)、(36)から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する(ステップS416)。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップS411において、残っている通信相手から第1通信相手を選択して設定し、ステップS412以下の処理が行われることになる。
上述した実施形態による構成の効果を示すため、送信アンテナ素子数を6、各通信相手の受信アンテナ数を2、通信相手数を9とした際のNLOS(Nonline of sight)レイリーフェージングチャネルを用いた計算機シミュレーション結果を示す。このモデルにおいて、受信側では無相関、送信側のフェージングは有相関を仮定し、通信相手毎に50波の到来波を仮定し、通信装置からみた角度拡がりを75°で与えている。このとき、k番目の通信相手に対するチャネル応答行列は次式(37)で与えられる。
102 送信信号変換回路
103−1〜103−MT 無線部
104−1〜104−MT アンテナ
105 チャネル情報取得回路
106 信号空間ベクトル演算回路
107 内積値演算回路
108 通信相手選択回路
Claims (9)
- 複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、
前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、
取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第1のステップと、
前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、前記選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第2のステップと、
算出した内積値に基づく評価値に従って、最大あるいは最小となる評価値に対応する前記通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に通信を行う通信相手通信装置として追加する第3のステップと、
前記第1から第3のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、
を含むことを特徴とする通信相手選択方法。 - 複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、
前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、
取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置と、仮に選択された追加通信相手通信装置とで、仮の選択された通信相手通信装置を決定し、ある一つの仮の選択された通信相手通信装置以外の、仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第1のステップと、
前記仮の選択された通信相手通信装置の中の一つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第2のステップと、
算出した内積値に基づく評価値に従って、最大あるいは最小となる評価値に対応する前記仮の選択された追加通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置として追加する第3のステップと、
前記第1から第3のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、
を含むことを特徴とする通信相手選択方法。 - 前記第1のステップは、
通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、チャネル情報から待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、1つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定するか、もしくは2つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルの内積値を演算し、演算された内積値に基づく評価値に従って、前記評価値が最大あるいは最小となる2つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として選択する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の通信相手選択方法。 - 前記第3のステップは、
前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大もしくは最小の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置として選択し、
予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の通信相手選択方法。 - 前記第3のステップは、
前記内積値のノルム、もしくは前記内積値で構成される行列の固有値を前記評価値として算出し、算出した評価値が最小となる前記内積値に対応する前記通信相手の候補となる通信相手通信装置を通信相手に追加する通信相手通信装置として選択するステップ、
あるいは前記内積値で構成される行列の相関行列を算出し、算出した相関行列に基づいて前記評価値を算出し、算出した評価値が最大となる前記内積値に対応する前記通信相手の候補となる通信相手通信装置を通信相手に追加する通信相手通信装置として選択するステップ
を更に含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の通信相手選択方法。 - 複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、
前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、
前記内積値演算回路が算出する内積値に基づく評価値を用いて、最大あるいは最小となる前記評価値に対応する通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、
前記信号空間ベクトル演算回路は、
通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、1つ又は2つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、
前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する
ことを特徴とする通信装置。 - 複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出し、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に、選択されていない通信相手通信装置から仮の追加通信相手通信装置を加えた、仮の選択された通信相手通信装置を構成し、仮の選択された通信相手通信装置の中で、一つの仮の選択された通信相手通信装置を除くそれ以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、
前記仮の選択された通信相手通信装置の中で1つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、
前記内積値演算回路が算出する内積値に基づく評価値を用いて、最大あるいは最小となる前記評価値に対応する通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、
前記信号空間ベクトル演算回路は、
通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、1つ又は2つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、
前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する
ことを特徴とする通信装置。 - 前記通信相手選択回路は、
前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大もしくは最小の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置を選択し、
予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の通信装置。 - 前記通信相手選択回路は、
前記内積値演算回路により算出された内積値のノルム、もしくは前記内積値で構成される行列の固有値を前記評価値とし、前記評価値が最小となる前記内積値に対応する前記通信相手の候補となる通信相手通信装置を通信相手に追加する通信相手通信装置として選択するか、
あるいは
前記内積値演算回路により算出された内積値で構成される行列の相関行列を算出し、算出した相関行列に基づいて評価値を算出し、算出した評価値が最大となる前記内積値に対応する前記通信相手の候補となる通信相手通信装置を通信相手に追加する通信相手通信装置として選択する
ことを特徴とする請求項6から8のいずれか1つに記載の通信装置。
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