JP2013135271A - 通信装置、通信方法、通信プログラム、プロセッサ、及び通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信信号に対して等化処理を繰り返す繰り返し処理部R1と、前記繰り返し処理部R1で除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するPMI決定部P1と、前記プリコーディング行列を示す情報を送信する制御情報送信部207と、を具備する。
【選択図】図4
Description
例えば非特許文献1には、プリコーディング行列の選択手法の一例について記載されている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、伝送速度を向上できる通信装置、通信方法、通信プログラム、プロセッサ、及び通信システムを提供する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略ブロック図である。無線通信システムは、端末装置1及び基地局装置2を具備する。
基地局装置2は、チャネル推定の結果得られたチャネル推定値を用いて、プリコーディング行列の一覧(コードブックとも称する)の中から、アップリンクのデータ伝送に用いるべきプリコーディング行列を決定する。ここで、基地局装置2は、繰り返し等化処理(例えば、ターボ等化、SIC(Successive Interference Cancellation)等の処理)で除去可能な干渉量に基づいて、プリコーディング行列を決定する。基地局装置2は、決定したプリコーディング行列を示すインデックス(PMI;Precoding Matrix Indicator)を端末装置1に通知する。
端末装置1は、通知されたPMIに基づいて、信号にプリコーディングを適用し、プリコーディングを適用した信号を、基地局装置へ伝送する。
なお、図1には、無線通信システムが、基地局装置2と通信を行う端末装置1がそれぞれ1つを具備する場合を示したが、端末装置1又は基地局装置2を複数具備してもよい。
図2は、本実施形態に係る端末装置1の構成を示す概略ブロック図である。端末装置1は、S/P(Serial to Parallel)変換部101、符号化部102−1〜102−C、レイヤマッピング部103、変調部104−1〜104−L、DFT(Discrete Fourier Transform)部105−1〜105−L、受信アンテナ106、制御情報受信部107、PMI抽出部108、プリコーディング部11、参照信号生成部121、参照信号多重部122−1〜122−Nt、スペクトルマッピング部123−1〜123−Nt、OFDM信号生成部124−1〜124−Nt、及び、送信アンテナ125−1〜125−Ntを含んで構成される。
なお、変調部104−1〜104−Lは、それぞれで同一の変調方式で変調してもよいし、それぞれで異なる変調方式で変調してもよい。例えば、変調部104−1〜104−Lは、レイヤ番号1〜Lの信号の受信品質(例えば、後述するDMRSを用いて推定した受信品質)等に基づいて、それぞれ異なる変調方式で変調してもよい。
変調部104−nは、変換後の変調シンボルをDFT部105−nへ出力する。
PMI抽出部108は、制御信号受信部107から入力された情報から、基地局装置2が決定したPMIを抽出し、抽出したPMIをプリコーディング部11へ出力する。
具体的には、プリコーディング部11は、次の処理を行う。プリコーディング部11は、サブキャリア毎に、周波数領域信号Sn(k)から次式(1)の送信信号ベクトルS(k)を生成する。
プリコーディング部11は、生成した送信信号ベクトルS’(k)の各成分の信号(データ信号とも称する)を、それぞれ対応する参照信号多重部122−1〜122−Ntのいずれかへ出力する。
なお、スペクトルマッピング部123−ntは、予め定められた割当情報(マッピング情報とも称する)に従って信号を配置してもよいし、基地局装置2から通知された割当情報に従って信号を配置してもよいし、他の割当情報に従ってもよい。また、基地局装置2の繰り返し等化処理やその等化処理で除去可能な干渉量に応じた割当情報、例えば、スペクトルマッピング部123−ntは、基地局装置2から通知されたPMIに応じた割当情報に従って信号を配置してもよい。また、スペクトルマッピング部123−ntは、連続するサブキャリアに信号を割り当ててもよいし、非連続なサブキャリアに信号を割り当ててもよい。さらに、スペクトルマッピング部123−1〜123−Ntは、それぞれ同一の割当情報に従って信号を配置してもよいし、アンテナ毎、あるいはレイヤ毎にそれぞれ異なる割当情報に従って信号を配置してもよい。
スペクトルマッピング部123−ntは、配置後の信号をOFDM信号生成部124−ntへ出力する。
CP挿入部1242は、IFFT部1241から入力された時間領域信号に、SC−FDMAシンボル毎にCPを挿入する。CP挿入部1242は、CP挿入後の信号をD/A変換部1243へ出力する。
アナログ処理部1244は、D/A変換部1243から入力された信号に対して、アナログフィルタリング、搬送波周波数へのアップコンバージョン等の処理を行う。アナログ処理部1244は、処理後の信号を送信アンテナ125−ntを介して送信する。
図4は、本実施形態に係る基地局装置2の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置2は、受信アンテナ201−1〜201−Nr、OFDM信号受信部202−1〜202−Nr、参照信号分離部203−1〜203−Nr、チャネル推定部204、スペクトルデマッピング部205−1〜205−Nr、繰り返し処理部R1、P/S変換部206、PMI決定部P1、及び、制御情報送信部207を含んで構成される。
参照信号分離部203−nrは、OFDM信号受信部202−nrから入力された信号から、SRSを含むOFDM信号と、DMRSを含むOFDM信号と、データを含むOFDM信号と、を分離する。
参照信号分離部203−nrは、SRSを含むOFDM信号と、DMRSを含むOFDM信号をチャネル推定部204へ出力し、データを含むOFDM信号をスペクトルデマッピング部205−nrへ出力する。
このように、チャネル推定部204は、プリコーディングなしのチャネル情報(第1チャネル推定値行列)をPMI決定部P1へ出力し、プリコーディングありのチャネル情報(第2チャネル推定値行列)を繰り返し処理部R1へ出力する。
スペクトルデマッピング部205−nrは、抽出した信号を、繰り返し処理部R1へ出力する。
P/S変換部206は、繰り返し処理部R1から入力されたC個のビット系列をパラレル−シリアル変換することで、ビット系列を生成する。P/S変換部206は、生成したデータビット系列を出力する。
制御情報送信部207は、PMI決定部P1から入力されたPMIを符号化して変調する。制御情報送信部207は、変調後の信号を、送信アンテナ208を介して送信する。すなわち、制御情報送信部207は、プリコーディング行列を示す情報を送信する。
A/D変換部2022は、アナログ処理部2021から入力された信号を、アナログデジタル変換し、変換後のデジタル信号をCP挿入部2023へ出力する。
FFT部2024は、CP除去部2023から入力された信号を高速フーリエ変換することで、時間領域信号から周波数領域信号へ変換する。FFT部2024は、変換後の周波数領域信号を参照信号分離部203−nrへ出力する。
なお、図6では、繰り返し処理部R1が行う処理として、繰り返し信号処理を例に説明を行う。しかし本発明はこれに限らず、例えば、繰り返し処理部R1は、線形MMSEと比較して干渉を削減できるような、他の信号処理であってもよい。例えば、繰り返し処理部R1は、SIC(Successive Interference cancellation、逐次干渉キャンセラ)やMLD(Maximum Likelihood Detection、最尤検出)等の処理を行ってもよい。
加算部R105−nは、IDFT部R104−nから入力された時間領域信号に対して、シンボルレプリカ生成部R111−nから入力されたシンボルレプリカを加算する。加算部R105−nは、加算後の信号を復調部R106−nへ出力する。ただし、繰り返し信号処理での繰り返しの初回は、シンボルレプリカ生成部R111−nからの入力は「0」であり、加算部R105−nは、IDFT部R104−nから入力された信号を、復調部R106−nへ出力する。
レイヤデマッピング部R107は、復調部R106−1〜R106−Lから入力されたL個のビット列から、C個のビット列(コードワード)を生成する。ここで、レイヤデマッピング部R107は、端末装置1のレイヤマッピング部103と逆の変換処理を行う。レイヤデマッピング部R107は、生成したC個のビット列を、それぞれ対応する復号部R108−1〜R108−Cのいずれかへ出力する。
復号部R108−cは、算出したLLRをレイヤマッピング部R110へ出力する。ただし、復号部R108−cは、算出したLLRの値が予め定めた値より大きい(尤度が高い場合)場合、又は、繰り返し信号処理の繰り返し回数が予め定められた閾値より大きい場合には、算出したLLRに基づいてビット列を生成し、生成したビット列をP/S変換部206へ出力する。
具体的には、受信信号レプリカ生成部R113は、次の処理を行う。DFT部R112−nは、サブキャリア毎に、周波数領域信号Sn(k)ハットから次式(4)の送信信号ベクトルS(k)ハットを生成する。すなわち、Sn(k)ハットの大きさ(あるいは大きさの2乗)が、繰り返し処理部R1で除去可能な干渉量ということになる。
なお、キャンセル部R101−nrは、次式(6)で表されるベクトルR(k)チルダ(〜)の第nr成分の信号を、MIMO分離部R103へ出力することとなる。
図7は、本実施形態に係るPMI決定部P1の構成を示す概略ブロック図である。PMI決定部P1は、プリコーディング行列設定部P101、乗算部P102、λ通知部P103、重み算出部P104、SINR(Signal to Interference plus Noise power Ratio、信号対干渉プラス雑音電力比)算出部P105、容量算出部P106、容量比較部P107を含んで構成される。
プリコーディング行列設定部P101は、選択したプリコーディング行列Wm、及びそのプリコーディング行列Wmを示すPMIm(m=1、・・・、M)を1つずつ、それぞれ、乗算部P102及び容量比較部P107へ出力する。
λ通知部P103は、繰り返し処理部R1での信号検出精度、つまり、基地局装置1の受信性能に基づいて、シンボルレプリカの期待値λ(0≦λ≦1)を生成する(期待値生成処理とも称する)。すなわち、λ通知部P103は、繰り返し処理部R1で除去可能な干渉量の期待値を生成する。ここで、期待値λは、繰り返し処理部R1での繰り返し信号処理によって得られるシンボルレプリカの期待値を表す。例えば、λ=0は繰り返し信号処理後のシンボルレプリカの期待値が0であることを表し、繰り返し信号処理を行わないことを示す。一方、λ=1は繰り返し信号処理後のシンボルレプリカの期待値が1であることを表し、完全なシンボルレプリカを生成できることを示す。
例えば、λ通知部P103は、繰り返し処理部R1で繰り返し信号処理を行わないと判定した場合、又は繰り返し信号処理を行ってもシンボルレプリカが生成されないと判定した場合には、期待値λとして「0」を生成する。一方、λ通知部P103は、繰り返し信号処理により完全なシンボルレプリカが生成されると判定した場合には、期待値λとして「1」を生成する。
λ通知部P103は、生成した期待値λを重み算出部P104へ出力する。
重み算出部P104は、算出した行列Δと等化チャネル行列H(k)チルダに基づいて、次式(9)を用いて重みw(k)を算出する。
例えば、λ=0のとき、例えば、繰り返し信号処理を行わないときには、重み算出部P104は、重みw(k)としてMMSE重みを算出する。一方、λ=1のとき、例えば、完全なシンボルレプリカを生成できるときには、重み算出部P104は、重みw(k)としてMRC(Maximum Ratio Combing:最大比合成)重みを算出する。このように、重み算出部P104は、基地局装置1の受信性能に基づいた重みw(k)を算出できる。これにより、PMI決定部P1は、基地局装置1の受信性能に基づいたプリコーディング行列を選択でき、無線通信システムは受信品質を向上できる。
重み算出部P104は、算出した重みw(k)及び期待値λをSINR算出部P105へ出力する。
容量算出部P106は、SINR算出部P105から入力されたSINR1〜SINRLに基づいて、次式(13)を用いて容量Cm(m=1、・・・、M)を算出する。
容量比較部P107は、容量算出部P106から入力された容量Cmと、プリコーディング行列設定部P101から入力されたPMImと、を対応付けて記憶する。
PMI決定部P1は、プリコーディング行列設定部P101が選択したプリコーディング行列W1〜WM各々について上記の処理を行う。これにより、容量比較部P107は、PMI1〜PMIMと容量C1〜CMを対応付けて記憶する。
このように、PMI決定部P1は、繰り返し処理部P1に関する期待値λに基づいて、等化重みを算出する。すなわち、PMI決定部P1は、繰り返し処理部P1で除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定する。
容量比較部P107は、決定したPMIを制御情報送信部207へ出力する。
λ通知部P103が行う期待値生成処理の詳細について説明する。
λ通知部P103は、MIMO伝送に用いるコードワード数C、アンテナ数(アンテナポート数でもよい)、レイヤ数L、変調方式、符号化率、送信電力対雑音比Es/N0、及び受信品質を示す情報(例えば、伝搬路推定値やCSI(チャネル状態情報))に基づいて、期待値λをパラメータとした時の誤り率を算出する。λ通知部P103は、算出した誤り率が最小となる場合の期待値λを、期待値λとして生成する。
図8、9は、端末装置1の送信アンテナ数Ntが「4」本、基地局装置2の受信アンテナ数が「1」本、レイヤ数Lが「2」、変調方式がQPSK、符号化率が1/2、送信シンボルエネルギー対雑音スペクトル密度比Es/N0が「16dB」の場合に、λ通知部P103が算出する関係を表す図である。なお、図8、9は、チャネルに「Typical Urban 6pathモデル」を用いた場合の一例を表す図である。
これにより、無線通信システムでは、ブロック誤り率を小さくでき、受信品質を向上できる。また、無線通信システムでは、コードワード数によって、除去可能な干渉量を変更することにより、ブロック誤り率を小さくでき、受信品質を向上できる。
本実施形態では、基地局装置は、EXIT(EXtrinsic Information Transfer)解析を用いて、プリコーディング行列を決定する。無線通信システムは、現在のチャネルの統計的な性質からλを設定するでき、例えばλがチャネル状態やランク数に依存する場合でも、受信品質を向上できる。
なお、本実施形態に係る端末装置(端末装置1という)は、端末装置1と同じ構成であるので、説明は省略する。本実施形態に係る基地局装置2aは、図4の基地局装置2において、PMI決定部P1をPMI決定部P2で置き換えた点で異なる。
MMSE重み算出部P203は、算出した第1の重みw1(k)を相互情報量算出部P204へ出力する。
相互情報量算出部P204は、算出したチャネル利得μ1〜μLに基づいて、次式(15)を用いてLLRの分散ε2を算出する。
MRC重み算出部P205は、算出した第2の重みw2(k)を相互情報量算出部P206へ出力する。
相互情報量算出部P206は、MRC重み算出部P205から入力された第2の重みw2(k)と、乗算部P102から入力された等化チャネル行列H(k)チルダと、に基づいて、式(18)、(19)を用いて、等化後のチャネル利得μ1〜μLを算出する。
相互情報量算出部P206は、算出した分散ε2に基づいて、式(16)を用いて相互情報量MIを算出する。相互情報量算出部P206は、算出した相互情報量MI(MI2で表す)を、EXITチャート生成部P207へ出力する。
この図において、横軸は、等化器への入力相互情報量(復号器からの出力相互情報量)xである。縦軸は、等化器からの出力相互情報量(復号器への入力相互情報量)yである。
EXITチャート生成部P207は、相互情報量MI1と相互情報量MI2に基づいて、等化器曲線情報を生成する。具体的には、EXITチャート生成部P207は、y=(MI2−MI1)x+MI1を、等化器曲線情報として生成する。つまり、図11において、等化器曲線情報は符号L1を付した曲線で表され、符号I1、I2を付した点のyの値が、それぞれ、MI1、MI2である。
EXITチャート生成部P207は、等化器曲線情報及び復号器曲線情報を最小トンネル値計算部P208へ出力する。
なお、EXITチャート(例えば、図11)は、等化器曲線L1と復号器曲線L2が交差しない場合に、ターボ等化の繰り返し数が十分であれば誤りのない伝送が可能であることを表す。したがって、等化器曲線L1と復号器曲線L2の間(この間を“トンネル”とも称する)が開いていればいるほどターボ等化が適切に動作する。つまり、最小トンネル値計算部P208は、等化器曲線L1の値から復号器曲線L2の値を減算して得られるトンネル値Tmを算出し、最もトンネルが狭くなる時のトンネル値Tmをトンネル値比較部P209へ出力する。
PMI決定部P2は、プリコーディング行列設定部P101が選択したプリコーディング行列W1〜WM各々について上記の処理を行う。これにより、容量比較部P107は、PMI1〜PMIMとトンネル値T1〜TMを対応付けて記憶する。
このように、トンネル値比較部P209は、最大となるトンネル値Tmを選択することで、繰り返し処理が最も適切に動作するプリコーディングを選択することができる。
本実施形態では、基地局装置は、複数のコードワードが存在するときに、プリコーディング行列を1つ選択する場合について説明をする。なお、本実施形態は、コードワード数が1の場合に適用してもよい。
なお、本実施形態に係る端末装置(端末装置1という)は、端末装置1と同じ構成であるので、説明は省略する。本実施形態に係る基地局装置2bは、図4の基地局装置2において、PMI決定部P1をPMI決定部P3で置き換えた点で異なる。
利得処理部P31は、重み算出部P311、等価振幅利得算出部P312、等化器出力MI算出部P313、復号器出力MI算出部P314、復号器出力LLR算出部P315、λ算出部P316を含んで構成される。
重み算出部P311は、算出した行列Δと等化チャネル行列H(k)チルダに基づいて、次式(9)を用いて重みw(k)を算出する。重み算出部P104は、算出した重みw(k)を等価振幅利得算出部P312へ出力する。
利得算出回数は、繰り返し信号処理の繰り返し回数に基づいて定められても良い。また、基地局装置2が決定した繰り返し信号処理の繰り返し回数を決定し、等価振幅利得算出部P312は、利得算出回数を決定された繰り返し回数に更新してもよい。
λ算出部P316は、復号器出力LLR算出部P315から入力された分散ε2に基づいて、次式(24)を用いてシンボルレプリカの期待値λを算出する。
また、上述した実施形態における端末装置1及び基地局装置2、2a、2bの一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。端末装置1及び基地局装置2、2a、2bの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
Claims (10)
- 受信信号に対して等化処理を繰り返す繰り返し処理部と、
前記繰り返し処理部で除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するPMI決定部と、
前記プリコーディング行列を示す情報を送信する制御情報送信部と、
を具備する通信装置。 - 前記PMI決定部は、コードワード数に応じて前記プリコーディング行列を決定する請求項1記載の通信装置。
- 前記PMI決定部は、前記繰り返し処理部で除去可能な干渉量の期待値に基づいて、等化重みを算出する請求項1記載の通信装置。
- 前記PMI決定部は、EXIT解析を用いてプリコーディング行列を決定する請求項1記載の通信装置。
- 前記PMI決定部は、相互情報量を少なくとも2つ算出し、算出した少なくとも2つの相互情報量を線形補間して得られる等化器曲線を用いてEXIT解析を行う請求項3記載の通信装置。
- 前記PMI決定部は、EXIT解析を行う請求項3記載の通信装置。
- PMI決定部が、受信信号に対して等化処理を繰り返す繰り返し処理部が除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するPMI決定過程と、
制御情報送信部が、前記プリコーディング行列を示す情報を送信する制御情報送信過程と、
を有する通信方法。 - 通信装置のコンピュータに、
受信信号に対して等化処理を繰り返す繰り返し処理部が除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するPMI決定手段、
前記プリコーディング行列を示す情報を送信する制御情報送信手段、
を実行させるための通信プログラム。 - 受信信号に対する等化処理で除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するプロセッサ。
- 通信装置を備える通信システムにおいて、
第1の通信装置は、
第2の通信装置からの受信信号に対して等化処理を繰り返す繰り返し処理部と、
前記繰り返し処理部で除去可能な干渉量を考慮してプリコーディング行列を決定するPMI決定部と、
前記プリコーディング行列を示す情報を送信する制御情報送信部と、
を具備し、
第2の通信装置は、
前記第1の通信装置が送信した情報が示すプリコーディング行列を用いて、プリコーディングを行うプリコーディング部を具備する通信システム。
Priority Applications (3)
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