JP4962584B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents
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Description
適応無線リンク制御では、セル端などの通信品質の低いユーザに対しては、データチャネルの通信品質を向上したり、通信品質の悪い環境においても誤りが発生しない伝送方法への切り替えなどの制御が行われる。図23は、セル端などの通信品質の低いユーザに対して、送信電力制御が行われた場合の例である。下りリンクにおいては、図23のように、基本パイロットシンボルの電力は一定に保たれたまま、制御シンボルおよびデータシンボルの送信電力が大きくなるように制御される。このように、図23の例では、制御チャネルやデータチャネルに対しては、送信電力制御によって、通信品質を向上する制御が行われているが、基本パイロットシンボルに対しては、適応的な制御は行われない。したがって、通常、下りリンクでは、基本パイロットシンボルに対して、やや大きめの送信電力が割り当てられる。しかしながら、セル端においては、他セルからの干渉の影響などがあるため、パイロットシンボルによるチャネル推定精度は他セル干渉によって劣化する傾向にある。
このように、従来のパケット伝送方法では、セル端などの通信品質の低いユーザ端末と基地局の間では、適応無線リンク制御によってデータチャネルの通信品質が保証されるが、
復調特性に大きく影響するパイロットシンボルに対しては、適応的な制御を行う仕組みが存在しなかった。したがって、復調に用いるチャネル推定値の推定精度が改善されずに、データチャネルの復調特性が改善しなくなる限界が生じてしまう問題があった。
第2従来技術として、プリアンブル部とペイロード部に分かれている無線LANのフォーマットに対して、プリアンブル部だけでなく、ペイロード部においてもパイロットシンボルを挿入する技術がある(たとえば特許文献2参照)。
しかし、第1従来技術は、追加パイロットシンボルの挿入を適応的に行うものではない。また、第1従来技術は、3GPP標準による特定の性質を利用するもので一般的な無線通信のチャネル推定に適用できない。
また、第2従来技術は、追加パイロットシンボルの挿入を適応的に行う方法ではなく、常に、プリアンブル部とペイロード部にパイロットシンボルを挿入するもので、パイロットシンボル数が多くなって伝送効率が低下する問題がある。
本発明の別の目的は、移動速度が速くフェージング周波数が高い場合にもチャネル推定精度を適応的に向上することである。
本発明の別の目的は、伝搬路状態に基づいて送信方式(データシンボルの変調方式、符号化率、拡散率、送信電力など)を制御する適応制御と関連付けながら、パイロットシンボルの追加制御を行うことである。
本発明の別の目的は、伝搬路状態に基づいてあるいは要求に基づいて、1本の送信アンテナによる送信からMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)や送信ビームフォーミングなどのように複数の送信アンテナによる送信に切り換えることである。
本発明の別の目的は、基本パイロットシンボルの電力やシンボル数をあらかじめ小さく設定できるようにすることである。
本発明の別の目的は、受信側で追加パイロットシンボルの有無やシンボル数、追加される位置を識別して追加パイロットシンボルを用いたチャネル推定を可能にすることである。
受信装置は、受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて受信フレームに追加パイロットシンボルが含まれているか判定する制御シンボル受信部、追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信するデータシンボル受信部、を備えている。
本願発明の第2は、無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信システムにおける送信装置であり、基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎のパイロットシンボルをフレームに追加するか否かを決定するパイロット追加決定部、追加パイロットシンボルに関する情報を含む制御シンボルを生成する制御シンボル生成部、前記受信装置毎のパイロットシンボルの追加決定により、該受信装置毎のパイロットシンボルを追加されたフレームを送信する送信部を備えている。
本願発明の第3は、無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信システムにおける受信装置であり、受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて、受信フレームに、送信装置により前記基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎に追加された追加パイロットシンボルが含まれているか判定する制御シンボル受信部、追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信するデータシンボル受信部を備えている。
本願発明の第4は、無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信方法であり、送信装置は、基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎のパイロットシンボルをフレームに追加するか否かを決定し、追加パイロットシンボルに関する情報を含む制御シンボルを生成し、前記受信装置毎のパイロットシンボルの追加決定により、該受信装置毎のパイロットシンボルを追加されたフレームを送信し、
受信装置は、受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて受信フレームに追加パイロットシンボルが含まれているか判定し、追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信する。
本発明によれば、移動局の移動速度が速くフェージング周波数が高い場合でも、追加パイロットシンボルの位置を分散することによりチャネル推定精度を適応的に向上することができる。
本発明によれば、伝搬路状態に基づいて送信方式を変更する適応制御によっても伝送誤りが改善しないときに、パイロットシンボルを追加するため、適応制御によりデータシンボルのS/N比を向上でき、かつ、パイロット追加によりチャネル推定の精度を同時に向上することができる。
本発明によれば、複数の送信アンテナによる送信に際して追加パイロットシンボルを挿入するため、受信側でデータシンボルの復調に必要なチャネル推定ができる。このため、伝搬路状態に基づいてあるいは受信側の要求に基づいて、1本の送信アンテナによる送信からMIMO多重伝送や送信ビームフォーミングなどのように複数の送信アンテナによる送信に切り換えることができる。すなわち、本発明によれば、送信アンテナ毎の伝搬路やビームフォーミングされた信号の伝搬路を推定するためのパイロットを追加することができるため、マルチアンテナ送信技術を用いた通信方式に柔軟に対応することができる。また、マルチアンテナを用いた送信を行わない場合には、余計なパイロットシンボルを使用しないため、データの伝送効率を上げることができる。
本発明によれば、制御チャネルを用いて、追加パイロットシンボルの有無やシンボル数、追加される位置などの情報を伝達するから、受信側で追加パイロットシンボルの有無やシンボル数、追加される位置を識別して追加パイロットシンボルを用いたチャネル推定が可能になる。
本発明によれば、データチャネルにおける適応無線リンク制御だけでなく、追加パイロットシンボルの追加制御を行うことにより、データチャネルのS/Nだけでなく、チャネル推定の精度も同時に改善することができるため、システムのスループットを向上できる。
本発明によれば、基本パイロットシンボルの電力やシンボル数をあらかじめ小さく設定することができるため、パイロットシンボルの挿入損失を小さく抑えることができる。これにより、セル端でのスループットの向上や、他セルに対する干渉を低減する効果が得られる。
本発明によれば、制御チャネルに含まれる追加パイロット情報の誤りを検出することにより、追加パイロット情報以外の制御チャネルに伝送誤りが生じた場合でも、追加パイロットシンボルを用いたチャネル推定結果を用いて、制御シンボルの復号を再度実行することができるため、制御チャネルの伝送誤りを改善することができる。
・パイロットシンボルの追加
セル端などの通信品質の低いユーザ端末に対して、送信側である基地局は、図1(B)に示すように、データシンボルSDの領域内に基本パイロットシンボルSPと別のパイロットシンボルSNPの追加挿入を行い、その追加パイロットシンボルSNPに関する情報を制御シンボルSCによって受信側であるユーザ端末に通知する。逆向きに、ユーザ端末が送信側となって、データを基地局に伝送する場合においても、基地局とユーザ端末間の通信品質が低い場合、ユーザ端末は、データシンボルSDの領域内にパイロットシンボルSNPの追加挿入を行い、その情報を制御シンボルSCによって受信側である基地局に通知する。
パイロットシンボルSNPの追加挿入は、送信局と受信局間の伝搬路状態に応じて決定される。送信局と受信局間の伝搬路状態は、送信局で測定してもよいし、受信局で測定した結果を送信局にフィードバックしてもよい。伝搬路状態を示すパラメータには、受信電力、受信SIR(Signal to Interference power Ratio)、遅延スプレッド、ドップラ周波数(フェージング周波数)などが考えられる。これらの伝搬路パラメータの測定結果を元にして通信品質の閾値を設けて、通信品質が閾値以下となった場合に、送信局はパイロットの追加挿入を決定する。なお、ドップラ周波数は移動局の移動速度あるいはフェージング周波数を推定するものである。
伝搬路パラメータのうち、ドップラ周波数が高い場合は、時間方向の伝搬路変動が速いため、図2(B)に示すように追加するパイロットシンボルSNPを時間方向に分散して配置し、伝搬路変動に追従したチャネル推定を行うようにする。
・適応無線リンク制御に関連付けたパイロットシンボルの追加制御
送信局は、データチャネルに対して適応無線リンク制御を行い、これ以上データチャネルの通信品質を改善する制御(例えば、変調度を下げる、あるいは符号化率を小さくする、あるいは拡散率を上げること)ができなくなった場合、パイロットシンボルSNPの追加挿入を行う。また、再送制御によって、データチャネルのACK/NACKを返送する場合、データチャネルの適応無線リンク制御によっても誤り率が改善しないとき、パイロットシンボルSNPの追加挿入を決定する。
送信局は、MIMO多重伝送や、送信ダイバーシチ、送信ビームフォーミングなど、複数の送信アンテナを用いてデータチャネルの伝送を行う場合、基本パイロットシンボルとは異なるパイロットシンボルをデータシンボルの領域に追加挿入する。
MIMO多重伝送や送信ダイバーシチ伝送では、送信アンテナ毎に互いに直交したパイロットシンボルを送信する必要がある。そのため、送信アンテナ毎に直交したパイロットシンボルをデータシンボル領域に挿入する。
送信ビームフォーミングでは、データシンボルと同じアンテナウェイトが乗算された追加パイロットシンボルを送信する必要があるため、データシンボルと同じアンテナウェイトでビームフォーミングされた追加パイロットシンボルをデータシンボル領域に追加挿入する。
送信局では、伝搬路状態や、データチャネルの適応無線リンク制御パラメータの変更が可能であるか否か、マルチアンテナを用いた送信方法であるか否かに応じて、追加パイロットシンボルの有無や追加パイロットシンボル数とその位置を決定し、その情報を制御チャネルによって受信局に通知する。
受信局では、まず、基本パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、そのチャネル推定値を元にして制御チャネルを復調する。次に、復調した制御情報から、追加パイロットシンボルの有無、追加パイロットシンボル数、追加パイロットシンボル位置などの情報を得る。そして、追加パイロットシンボルが挿入されている場合には、追加パイロットシンボルを用いて再度チャネル推定を行う。最後に、追加パイロットシンボルを用いて推定したチャネル推定値を用いてデータチャネルの復調を行う。ここで、データチャネルの復調には、追加パイロットシンボルのみのチャネル推定値を用いてもよいし、追加パイロットシンボルと基本パイロットシンボルの平均値をチャネル推定値として用いてもよい。追加パイロットシンボルのみのチャネル推定値を用いる場合とは、フェージング周波数が高い場合である。
制御チャネルが追加パイロットシンボルの情報を含む部分と無線リンクパラメータを含むその他の制御情報部分に分かれており、追加パイロット情報に誤りがなく、制御チャネルのその他の制御情報に誤りが生じた場合、追加パイロットシンボルを用いて推定したチャネル推定値を用いて、再度制御チャネルの復調を行うことにより、制御チャネルの誤りを改善する。
なお、本発明は、図1に示すようなフレーム構成を有する無線通信方法に関するものであり、通信に用いる変調方式を限定するものではない。すなわち、図1に示す1つのシンボルが、シングルキャリアで変調されている場合だけでなく、マルチキャリアで変調されている場合にも、本発明を適用可能である。例えば、マルチキャリア変調の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式に適用した場合には、図1の1つのシンボルが複数のサブキャリアからなるOFDMシンボルで構成されているとみなし、本発明を適用することができる。
(a)送信装置の構成
図3は本発明の送信装置の構成図であり、フレーム生成部11は基本パイロットシンボルを生成する基本パイロット生成部11a、制御シンボルを生成する制御チャネル生成部11b、データシンボルを生成するデータチャネル生成部11c、追加パイロットシンボル生成する追加パイロット生成部11d及びこれらシンボルを多重して出力する多重部11eを有している。フレーム生成部11は、追加パイロットシンボルSNPを追加しない場合には図1(A)、図2(A)に示すフレームを生成し、追加パイロットシンボルSNPを追加する場合には図1(B)あるいは図2(B)に示すフレームを生成して出力する。送信部12はフレーム生成部11で生成されたフレームを直交変調し、得られたべースバンドの送信信号周波数を無線周波数にアップコンバートすると共に増幅してアンテナ13から送出する。
適応無線リンク制御部14は、通信相手(受信局)から受信した伝搬路状態を示す伝搬路情報あるいは自装置内の伝搬路状態測定部22で測定した伝搬路状態を示す伝搬路情報あるいは受信局から受信したACK/NACK情報、あるいは受信局からの要求に従って、データチャネルの変調方式や符号化率、拡散率などのリンクパラメータの決定制御を行うと同時に、その情報を制御チャネル生成部11bとデータチャネル生成部11cに入力する。また、適応無線リンク制御部14は、データチャネルに対して適応無線リンク制御を行い、これ以上データチャネルの通信品質を改善する制御(例えば、変調度を下げる、あるいは符号化率を小さくする、あるいは拡散率を上げること)ができなくなった場合及び再送制御によっても誤り率が改善しない場合、その旨を追加パイロット割当て部15に入力する。
追加パイロット割当て部(パイロット追加決定部)15は、伝搬路情報(伝搬路状態)に基づいて、あるいは適応無線リンク制御部14からこれ以上データチャネルの通信品質を改善する制御ができなくなったことが通知された時、あるいは、適応無線リンク制御部14から再送制御により誤り率が改善しないことが通知された時、データチャネルのシンボル位置を空けて基本パイロットシンボルとは別のパイロットシンボル(追加パイロットシンボル)を追加することを決定する。また、追加パイロット割当て部15は、追加パイロット情報保存部16に記憶されているパイロットシンボルの追加基準テーブルを参照して伝搬路状態(たとえば受信SIR)に基づいて追加パイロットシンボル数、追加パイロットシンボルの位置を決定し、制御チャネル生成部11bとデータチャネル生成部11cと追加パイロット生成部11dに入力する。
図3に戻って、制御チャネル生成部11bはリンクパラメータや追加パイロットシンボルに関する情報(パイロットシンボルの有無、追加数、追加位置)等を含む制御シンボルを作成し、データチャネル生成部11cはリンクパラメータに基づいたデータシンボルを作成すると共に、追加パイロット割り当て部15から通知された追加パイロットシンボル位置にデータシンボルを配置しないようにデータシンボルを生成する。
受信部17は、受信局から送られてくる信号を、アンテナ18を介して受信し、受信した無線信号の周波数をべースバンド周波数にダウンコンバートし、しかる後、直交復調してチャネル推定部19、制御チャネル復調部20、データチャネル復調部21に入力する。チャネル推定部19は受信局(移動端末)からのアップリンクにおける伝搬路(チャネル)を、パイロットシンボルを用いて推定し、制御チャネル復調部20は、チャネル推定値を用いて受信局から送られた制御チャネルを復調し、該制御チャネルによって伝送される伝搬路情報(受信局で測定したダウンリンクの伝搬路状態を示す情報)やACK/NACK情報などを、適応無線リンク制御部14や追加パイロット割当て部15に通知する。ダウンリンクとアップリンクの無線周波数が離れておらず、ダウンリンクとアップリンクの無線状態が同等と想定できる場合には、伝搬路測定部22を設け、ここで伝搬路状態を測定して適応無線リンク制御部14や追加パイロット割当て部15に通知することもでき、かかる場合受信局は伝搬路情報を測定してフィードバックする必要はない。
データチャネル復調部21は、上記のチャネル推定値及び変調方式、符号化率などを特定する制御情報を用いてデータシンボルを復調して出力する。
図6は追加パイロット割当て部15による第1のパイロット追加制御の処理フローである。なお、追加パイロットシンボルの分散制御はしないものとしている。
追加パイロット割当て部15は伝搬路情報たとえば受信SIRを取得し(ステップ101)、該受信SIRが閾値(図4の例では10dB)未満であるか判別し(ステップ102)、閾値以上であれば、パイロットシンボルを追加しない旨をフレーム生成部11に指示する(ステップ103)。一方、受信SIRが閾値未満であれば、該受信SIRに基づいて図4(A)のテーブルを参照してパイロットシンボルの追加数を決定し(ステップ104)、該追加数のパイロットシンボルを含むフレーム作成をフレーム生成部11に指示する(ステップ105)。
フレーム生成部11はパイロットシンボルを追加しない場合には、図1(A)に示すフレームを作成し、パイロットシンボルを追加する場合には図1(B)に示すフレームを作成し、送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ106)。
以上の追加パイロット制御によれば、伝搬路状態に基づいて追加パイロットシンボルの挿入を適応的に行えるようしてチャネル推定精度を向上することができる。
追加パイロット割当て部15は伝搬路情報たとえば受信SIRおよびドプラー周波数を取得し(ステップ201)、該受信SIRが閾値未満であるか判別し(ステップ202)、閾値以上であれば、パイロットシンボルを追加しない旨をフレーム生成部11に指示する(ステップ203)。一方、受信SIRが閾値未満であれば、該受信SIRに基づいてパイロットシンボルの追加数を決定し(ステップ204)、ついで、ドプラー周波数が100Hz未満であるか判定する(ステップ205)。ドプラー周波数が100Hz未満で受信局の移動速度が低速の場合には、追加パイロットシンボルは分散しないものとして追加位置を決定し(ステップ206)、ドプラー周波数が100Hz以上で受信局の移動速度が高速の場合には、追加パイロットシンボルは分散するものとして追加位置を決定し(ステップ207)、該追加パイロットシンボルを含むフレーム作成をフレーム生成部11に指示する(ステップ208)。
フレーム生成部11はパイロットシンボルを追加しない場合には、図2(A)に示すフレームを作成し、パイロットシンボルを追加するが、分散しない場合には図1(B)に示すフレームを作成し、パイロットシンボルを追加し、分散する場合には図2(B)に示すフレームを作成し、送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ209)。
以上のパイロットシンボル追加制御よれば、移動局の移動速度が速くフェージング周波数が高い場合でも、追加パイロットシンボルの位置を分散することによりチャネル推定精度を適応的に向上することができる。
適応無線リンク制御部14は、伝搬路情報を取得し(ステップ301)、該伝搬路情報に基づいて適応制御を行う(ステップ302)。
この適応制御において、適応無線リンク制御部14は、伝搬路情報に基づいてデータチャネルの変調方式や符号化率、拡散率などのリンクパラメータの変更が可能であるかチェックし(ステップ303)、可能であれば、これらリンクパラメータを変更する(ステップ304)。すなわち、適応無線リンク制御部14は、受信品質が悪くなる程、変調度や符号化率を下げ、あるいは拡散率を大きくする。しかる後、該適応制御にしたがってデータを送信する(ステップ308)。
一方、ステップ303において、リンクパラメータの変更が不可能であれば、適応無線リンク制御部14は、追加パイロット割当て部15に適応制御によりこれ以上データチャネルの通信品質を改善することができなくなったことを通知する(ステップ305)。
追加パイロット割当て部15は、適応無線リンク制御部14から適応制御によりこれ以上データチャネルの通信品質を改善することができなくなったことが通知されると、受信SIRに基づいてパイロットシンボルの追加数、追加位置を決定し(ステップ306)、該追加数のパイロットシンボルを追加位置に含むフレーム作成をフレーム生成部11に指示する(ステップ307)。
フレーム生成部11はパイロットシンボルを追加しない場合には、図1(A)に示すフレームを作成し、パイロットシンボルを追加する場合には図1(B)あるいは図2(B)に示すフレームを作成し、送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ308)。
以上のパイロットシンボル追加制御によれば、データチャネルにおける適応無線リンク制御だけでなく、追加パイロットシンボルの追加制御を行うことにより、データチャネルのS/Nだけでなく、チャネル推定の精度も同時に改善することができるため、システムのスループットを向上できる。
適応無線リンク制御部14は、ACK/NACK情報を取得し(ステップ401)、該ACK/NACK情報に基づいて伝送誤りがあるか判断し(ステップ402)、伝送誤りがなければ送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ403)。
一方、伝送誤りがあれば、適応無線リンク制御部14は、リンクパラメータ、例えば拡散率の変更が可能であるかチェックし(ステップ404)、可能であれば、拡散率が大きくなるように変更する(ステップ405)。拡散率の制御は、データシンボルの繰り返し回数を増減することにより行なうことができる。しかる後、送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ403)。
ステップ404において、拡散率の変更が不可能であれば、適応無線リンク制御部14は、適応制御により誤り率が改善しないことを追加パイロット割当て部15に通知する(ステップ406)。
追加パイロット割当て部15は、適応無線リンク制御部14から適応制御により誤り率が改善しないことが通知されると、受信SIRに基づいてパイロットシンボルの追加数、追加位置を決定し(ステップ407)、該追加数のパイロットシンボルを追加位置に含むフレーム作成をフレーム生成部11に指示する(ステップ408)。
フレーム生成部11はパイロットシンボルを追加しない場合には、図1(A)に示すフレームを作成し、パイロットシンボルを追加する場合には図1(B)あるいは図2(B)に示すフレームを作成し、送信部12は作成されたフレームの送信制御を行なう(ステップ403)。
以上のパイロットシンボル追加制御よれば、伝送誤りが改善しないときに、パイロットシンボルを追加するため、適応制御によるデータシンボルのS/N比の向上と共に、パイロット追加によりチャネル推定の精度を向上することができる。
図10は受信装置の第1の構成図である。受信部31は、送信装置(たとえば基地局)から送られてくる信号を、アンテナ30を介して受信し、受信した無線信号の周波数をべースバンド周波数にダウンコンバートし、しかる後、受信フレームを直交復調して復調部32の第1チャネル推定部32a、制御チャネル復調部32b、第2チャネル推定部32c、データチャネル復調部32dに入力する。
第1チャネル推定部32aは、受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、得られた第1チャネル推定値を出力する。制御チャネル復調部32bは第1チャネル推定値を元に制御チャネルを復調し、復調した制御チャネルに含まれる追加パイロット情報を元に、追加パイロットシンボルの有無とその位置を確認し、追加パイロットシンボルが含まれていれば第2チャネル推定部32cに追加パイロットシンボルによるチャネル推定の実行を指示する。また、制御チャネル復調部32bは、データチャネルの適応無線リンクパラメータおよび追加パイロットシンボルの位置情報をデータチャネル復調部32dへ通知する。なお、データシンボル領域から追加パイロットシンボル位置を除いた部分が、実際に送信されたデータシンボル位置となる。
第2チャネル推定部32cは、制御チャネル復調部32bからの該指示により、該追加パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、得られた第2チャネル推定値をデータチャネル復調部32dに入力する。なお、第2チャネル推定部32cは、第1チャネル推定値と第2のチャネル推定値を平均するなどして第3チャネル推定値を計算してチャネル推定精度を高め、該第3チャネル推定値をデータチャネル復調部32dに入力することもできる。一方、制御チャネル復調部32bは、追加パイロットシンボルが含まれていないことが判明すれば、第2チャネル推定部32cに第1のチャネル推定値をデータチャネル復調部32dに入力するよう指示する。
データチャネル復調部32dは、追加パイロットシンボルが含まれていない場合には、第1チャネル推定値および制御シンボル情報(無線リンクパラメータなど)に基づいてデータチャネルの復調を行う。
フレーム生成部35の制御チャネル生成部35aは、ACK/NACKや伝搬路情報を含む制御シンボルを生成し、データチャネル生成部35bはデータシンボルを生成し、基本パイロット生成部35cは基本パイロットシンボルを生成し、多重部35dはこれらシンボルを多重して出力する。なお、受信装置も送信装置と同様に、基本パイロットシンボルと異なるパイロットシンボルの追加制御を行なうことができるが、パイロットの追加制御をしないものとして説明する。送信部37はフレーム生成部35で生成されたフレームにより直交変調し、得られたべースバンドの送信信号周波数を無線周波数にアップコンバートすると共に増幅してアンテナ38から送信装置に向けて送出する。
まず、受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いて伝搬路を推定して第1チャネル推定値を出力する(ステップ502)。ついで、この第1チャネル推定値を用いて受信フレームに含まれる制御チャネルを復調し(ステップ503)、制御シンボル情報に基づいて追加パイロットシンボルが受信フレームに含まれているかチェックし(ステップ504)、追加パイロットシンボルが含まれていなければ、第1チャネル推定値を用いてデータチャネルを復調する(ステップ505)。
一方、ステップ504において、追加パイロットシンボルが受信フレームに含まれていれば、追加パイロットシンボルを用いて伝搬路を推定して第2チャネル推定値を出力する(ステップ506)。ついで、該第2チャネル推定値を用いてデータチャネルを復調する(ステップ507)。なお、第1チャネル推定値と第2チャネル推定値を平均するなどして第3チャネル推定値を計算してチャネル推定精度を高め、該第3チャネル推定値を用いてデータチャネルを復調することもできる。また、フェージング周波数が高い時、分散配置の追加パイロットシンボルで推定した第2チャネル推定値でデータチャネルを復調し、フェージング周波数が低い時、該第3チャネル推定値を用いてデータチャネルを復調するようにしてもよい。
以上、送信装置は制御チャネルを用いて、追加パイロットシンボルの有無やシンボル数、追加される位置などの情報を伝達するから、受信装置は追加パイロットシンボルの有無やシンボル数、追加される位置を識別して追加パイロットシンボルを用いたチャネル推定が可能になる。
制御チャネルが追加パイロットシンボルの情報を含む部分と無線リンクパラメータを含むその他の制御情報部分に分かれている場合は、追加パイロット情報に誤りがなく、追加パイロット情報以外の制御情報に誤りが生じる場合がある。かかる場合、追加パイロットシンボルを用いて推定したチャネル推定値を用いて、再度制御チャネルの復調を行うことにより、制御チャネルの誤りを改善することができる。
図12は上記の制御チャネルの誤りを改善する受信装置の第2の構成図であり、図10の受信装置と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、復調部32の構成であり、復調部32に制御チャネル復調部として第1、第2の制御チャネル復調部32b1,32b2が設けられており、また、誤り検出部32eが設けられている。
この実施例では、図13に示すように、制御チャネルが、追加パイロット情報部分と、追加パイロット情報以外の無線リンクパラメータを含むその他の制御情報部分に分かれており、追加パイロット情報に誤り検出情報(CRC情報)が付加されている。
第1チャネル推定部32aは、基本パイロットシンボルを用いたチャネル推定を行う。第1制御チャネル復調部32b1は、第1チャネル推定値を用いて制御チャネルを復調して復調結果を誤り検出部32eに入力する。誤り検出部32eは復調した制御チャネルに含まれる追加パイロット情報の誤り検出を行なう。
第1制御チャネル復調部32b1は、追加パイロット情報に誤りが検出されず、追加パイロット情報によって追加パイロットシンボルが含まれていることが示された場合、第2チャネル推定部32cに追加パイロットシンボルによるチャネル推定の実行を指示する。第2チャネル推定部32cは、該指示により、該追加パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、得られた第2チャネル推定値をデータチャネル復調部32dと第2制御チャネル復調部32b2に入力する。
なお、第1のチャネル推定値と第2のチャネル推定値を平均することにより第3チャネル推定値を求めることによりチャネル推定精度を向上し、得られた第3チャネル推定値を第2制御チャネル復調部32b2およびデータチャネル復調部32dに通知することもできる。
第2制御チャネル復調部32b2は、第2チャネル推定部32cで求めたチャネル推定値を元にして制御チャネルを再度復調し、適応無線リンクパラメータおよび追加パイロットシンボルの位置情報をデータチャネル復調部32dへ通知する。データチャネル復調部32dは、第2のチャネル推定値あるいは第3チャネル推定値および制御シンボル情報(無線リンクパラメータ及び追加パイロットシンボル位置など)に基づいてデータチャネルの復調を行う。
なお、第1制御チャネル復調部32b1は、追加パイロットシンボルが含まれていないことが判明すれば、第2チャネル推定部32cに対して、第1のチャネル推定値をデータチャネル復調部32dに入力することを指示する。
以上により、基本パイロットシンボルによりチャネル推定し、該第1のチャネル推定値を用いて制御チャネルを復調した時、追加パイロット情報に伝送誤りがなければ、該追加パイロットシンボルを用いてチャネル推定し、該第2のチャンネル推定値を用いて再度制御シンボル部分を復調することによって、該第1のチャネル推定値を用いて復調した追加パイロット情報以外の制御情報に伝送誤りが発生しても、第2のチャネル推定値を用いて制御シンボルを正しく復調できるようになり、送信されたデータシンボルを正しく受信復調できる。
まず、受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いて伝搬路を推定して第1チャネル推定値を出力する(ステップ602)。ついで、この第1チャネル推定値を用いて受信フレームに含まれる制御チャネルを復調し(ステップ603)、制御シンボル情報に基づいて追加パイロット情報に誤りがないかを検出し (ステップ604)、誤りがあれば第1チャネル推定値を用いてデータチャネルを復調する(ステップ605)。
追加パイロット情報に誤りがなければ、追加パイロットシンボルが存在するかチェックし(ステップ606)、存在しなければ、ステップ605の処理を行なう。
一方、ステップ606において、追加パイロットシンボルが存在すれば、追加パイロットシンボルを用いて伝搬路を推定して第2チャネル推定値を出力する(ステップ607)。ついで、第2チャネル推定値を元にして制御チャネルを再度復調し(ステップ608)、適応無線リンクパラメータおよび追加パイロットシンボルの位置情報を取得し、これらに基づいてデータチャネルの復調を行う(ステップ609)。
図15は第2実施例の送信装置の構成図であり、1本の送信アンテナのみによる伝送とMIMO多重伝送が可能な構成を有している。
送信装置は、MIMO多重伝送に際して2本の送信アンテナ51,52を用いて、それぞれの送信アンテナ51,52から独立なデータチャネルを送信し、MIMO多重伝送しない場合には送信アンテナ51のみからデータチャネルを送信する。
第1のフレーム生成部53は1本の送信アンテナ51から送信する追加パイロットシンボルを含まないフレームを組み立て、第2のフレーム生成部54は他の送信アンテナ52から送信するフレームであって、追加パイロットシンボルを含み、基本パイロットシンボル及び制御シンボルを含まないフレームを組み立てる。
すなわち、フレーム生成部53は基本パイロットシンボルを生成する基本パイロット生成部53a、制御シンボルを生成する制御チャネル生成部53b、データシンボルを生成するデータチャネル生成部53c及びこれらシンボルを多重して出力する多重部53dを備えている。フレーム生成部53は、MIMO多重伝送せず1本の送信アンテナ51から送信する場合には、図16(A)に示すフレームを生成して出力する。送信部55はフレーム生成部53で生成したフレームに直交変調、周波数アップコンバート等の無線処理を施してアンテナ51から送出する。
フレーム生成部54はデータシンボルを生成するデータチャネル生成部54a、追加パイロットシンボルを生成する追加パイロット生成部54b、これらシンボルを多重して出力する多重部54cを有している。MIMO多重伝送する場合、フレーム生成部54は、図16(C)に示すフレームを生成して出力する。送信部56はフレーム生成部54で生成したフレームに無線処理を施してアンテナ52から送出する。又、MIMO多重伝送時、フレーム生成部53は、図16(B)に示すようにデータシンボル領域の追加パイロットシンボル部分を空きにしたフレームを生成して出力し、送信部55は該フレームに無線処理を施してアンテナ51から送出する。なお、制御シンボルにMIMO多重伝送しているか否かの情報を含ませる。
適応無線リンク制御部57は、通信相手(受信局)から受信した伝搬路状態を示す伝搬路情報あるいは自装置内の伝搬路状態測定部で測定した伝搬路状態を示す伝搬路情報あるいは受信局から受信したACK/NACK情報に従って、データチャネルの変調方式や符号化率、拡散率などのリンクパラメータの決定制御を行うと同時に、その情報を制御チャネル生成部53bとデータチャネル生成部53c、54aに入力する。また、適応無線リンク制御部57は、受信局から高速伝送要求があったとき、1本の送信アンテナ51による送信から複数の送信アンテナ51,52を使用するMIMO多重伝送に切り替えることを追加パイロット割当て部58に入力する。
追加パイロット割当て部58はMIMO多重伝送することが入力されると、追加パイロット生成部54bに追加パイロットシンボルの生成、追加パイロットシンボル数、追加パイロットシンボル位置を指示すると共に、データチャネル生成部53c,54aに追加パイロットシンボル位置を入力する。この結果、フレーム生成部53は図16(B)に示すフレームを生成し、フレーム生成部54は図16(C)に示すフレームを生成し、送信アンテナ51,52より送信する。
受信部59は、受信装置から送られてくる信号を、アンテナ60を介して受信し、受信した無線信号の周波数をべースバンド周波数にダウンコンバートし、しかる後、直交復調してチャネル推定部61、制御チャネル復調部62、データチャネル復調部63に入力する。チャネル推定部61は受信装置(移動端末)からのアップリンクにおけるチャネルを、パイロットシンボルを用いて推定し、制御チャネル復調部62は、チャネル推定値を用いて受信装置から送られた制御チャネルを復調し、制御チャネルによって伝送される伝搬路情報やACK/NACK情報、高速伝送要求などを適応無線リンク制御部57に通知する。データチャネル復調部63は、チャネル推定値及び変調方式、符号化率などを特定する制御情報を用いてデータシンボルを復調して出力する。
受信装置は、MIMO多重伝送に際して2本の受信アンテナ71、72を用いて、それぞれの送信アンテナ51,52から伝送された独立なデータチャネルを分離して出力し、MIMO多重伝送しない場合には1本の受信アンテナ71、または2本の受信アンテナ71、72を用いて送信アンテナ51から伝送されたデータチャネルを復調して出力する。
受信部73、74は受信アンテナ71、72で受信した無線信号の周波数をべースバンド周波数にダウンコンバートし、しかる後、受信フレームを直交復調する。
MIMO多重伝送でなければ、第1チャネル推定部77は、受信部73、74から出力する各受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いて送信アンテナ51から受信アンテナ71,72までの伝搬路を推定してチャネル推定値h00,h10を得る。制御チャネル復調部78は得られたチャネル推定値h00,h10を用いて受信部73、74から入力する受信フレームの制御チャネルの復調を行い、制御シンボル情報(無線リンクパラメータ及びMIMO多重伝送が行われていないこと等)をMIMO信号分離部75に入力する。
MIMO信号分離部75はMIMO多重伝送でない場合、上記のチャネル推定値h00,h10を用いて、送信アンテナ51から送信されたデータチャネルのデータシンボルを復調して、誤り訂正復号部76に入力する。
MIMO多重伝送であれば、第1チャネル推定部77は、受信部73、74から出力する各受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いて送信アンテナ51から受信アンテナ71,72までの伝搬路を推定してチャネル推定値h00,h10を得る。制御チャネル復調部78は得られたチャネル推定値h00,h10を用いて受信部73、74から入力する受信フレームの制御チャネルの復調を行い、該制御シンボル情報よりMIMO多重伝送が行われていることおよび追加パイロットシンボルの情報を得て、第2チャネル推定部79に追加パイロットシンボルを用いてチャネル推定することを指示する。また、制御チャネル復調部78は制御シンボル情報(無線リンクパラメータ及び追加パイロットシンボル位置、MIMO多重伝送が行われていること等)をMIMO信号分離部75に入力する。
第2チャネル推定部79は、制御チャネル復調部78からの指示により、該追加パイロットシンボルを用いて送信アンテナ52から受信アンテナ71,72までの伝搬路を推定し、得られたチャネル推定値h01,h11をMIMO信号分離部75に入力する。MIMO信号分離部75は、上記のチャネル推定値h00,h10,h01,h11を用いて周知のMIMO信号分離処理を行なって、各送信アンテナ51,52から送信されたデータチャネルのデータシンボルを分離・復調して、誤り訂正復号部76に入力する。
第2実施例によれば、複数の送信アンテナによる送信に際して追加パイロットシンボルを挿入するため、受信側でデータシンボルの復調に必要なチャネル推定ができる。このため、要求に基づいて、1本の送信アンテナによる送信からMIMO多重伝送のように複数の送信アンテナによる送信に切り換えることができる。
また、第2実施例によれば、送信アンテナ毎の伝搬路を推定するためのパイロットを追加することができるため、マルチアンテナ送信技術を用いた通信方式に柔軟に対応することができる。また、マルチアンテナを用いた送信を行わない場合には、余計なパイロットシンボルを使用しないため、データの伝送効率を上げることができる。
図18は第3実施例の送信装置の構成図であり、1本の送信アンテナのみによる送信と送信ビームフォーミングして複数のアンテナを使用する送信の両方が可能になっている。1本のアンテナANT1のビーム指向性は図19のBD1に示すように無指向性であり、移動端末MSがANT1に対してどの方向に存在していても、一定のゲインとなる。一方、アダプティブアレイアンテナによれば、送信ビームを指向性BD2を持たせて所定の方向に向けて送信できるため、1本のアンテナのみの無指向性の場合に比べて大きなゲインが得られる。そこで、移動端末MSがアンテナANT1から遠く離れて受信品質が低下した時、送信ビームフォーミングして複数のアンテナから指向性を持たせて送信することで、受信品質を向上させることができる。
図18の送信装置は、送信ビームフォーミング伝送に際して4本の送信アンテナ81a〜81dを使用し、送信ビームフォーミングしない場合には送信アンテナ81aのみから送信を行う。
第1のフレーム生成部82は1本の送信アンテナ81aから送信する基本パイロットシンボル及び制御シンボルを含むフレームを組み立て、第2のフレーム生成部83は送信アンテナ81a〜81dから送信するフレームであって、基本パイロットシンボル及び制御シンボルを含まないフレームを組み立てる。
すなわち、第1のフレーム生成部82は基本パイロットシンボルを生成する基本パイロット生成部82a、制御シンボルを生成する制御チャネル生成部82b及びこれら基本パイロットシンボル、制御シンボル及び第2のフレーム生成部83から出力するデータシンボルを多重して出力する多重部82cを備えている。
第2のフレーム生成部83はデータシンボルを生成するデータチャネル生成部83a、追加パイロットシンボルを生成する追加パイロット生成部83b、これらシンボルを多重して出力する多重部83cを有している。
送信ビームフォーミング伝送を行わず1本の送信アンテナ81aから送信する場合には、第1のフレーム生成部82は基本パイロットシンボル、制御シンボル及びビームフォーマ85から出力する送信アンテナ81a用のデータシンボルを多重して、図20(A)に示すフレームを生成して出力する。送信部84aは第1のフレーム生成部82および第2のフレーム生成部83で生成したフレームに無線信号処理を施してアンテナ81aから送出する。
ビームフォーミング伝送する場合、第2のフレーム生成部83は、図20(B)に示すフレームを生成して出力する。ビームフォーマ85はビームが受信装置の存在方向に向くように各アンテナに入力するフレームに重み付けする。第1のフレーム生成部82は基本パイロットシンボル、制御シンボル及びビームフォーマ85から出力する送信アンテナ81a用のシンボル(データシンボル、追加パイロットシンボル)を多重して図20(C)に示すフレームを生成して出力する。送信部84aは第1のフレーム生成部82で生成したフレームをアンテナ81aから送出し、送信部84b〜84dはビームフォーマ85から出力する重み付けされたフレームをそれぞれアンテナ81b〜81dから送出する。
適応無線リンク制御部86は、受信装置から送られてくる伝搬路情報あるいは自装置内の伝搬路状態測定部(図示せず)で測定した伝搬路状態を示す伝搬路情報に基づいて、データチャネルの変調方式や符号化率、拡散率などのリンクパラメータの決定制御を行うと同時に、その情報を制御チャネル生成部82bとデータチャネル生成部83aに入力する。また、適応無線リンク制御部86は、リンクパラメータの変更が不可能となれば、1本の送信アンテナによる送信から複数の送信アンテナによるビームフォーミング伝送になったことを追加パイロット割当て部87に通知する。これにより、追加パイロット割当て部87は、追加パイロット生成部83bに追加パイロットシンボルの生成、追加パイロットシンボル数、追加パイロットシンボル位置を指示すると共に、データチャネル生成部83aに追加パイロットシンボル位置を入力し、また制御チャネル生成部82bに追加パイロットシンボルに関する情報及びビームフォーミング送信であることを通知する。この結果、第2のフレーム生成部83は図20(B)に示すフレームを生成し、第1のフレーム生成部82は図20(C)に示すフレームを生成し、送信アンテナ81a〜81dより送信する。
受信部88は、受信装置から送られてくる信号を、アンテナ81eを介して受信し、受信した無線信号の周波数をべースバンド周波数にダウンコンバートし、しかる後、直交復調してチャネル推定部89a、制御チャネル復調部89b、データチャネル復調部89cに入力する。チャネル推定部89aは受信装置(移動端末)からのアップリンクにおけるチャネルを、パイロットシンボルを用いて推定し、制御チャネル復調部89bは、チャネル推定値を用いて受信装置から送られた制御チャネルを復調し、制御チャネルによって伝送される伝搬路情報やACK/NACK情報などを適応無線リンク制御部86に通知する。データチャネル復調部89cは、チャネル推定値及び変調方式、符号化率などを特定する制御情報を用いてデータシンボルを復調して出力する。
第1チャネル推定部32aは、受信フレームに含まれる基本パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、得られた第1チャネル推定値を制御チャネル復調部32bとチャネル推定値切替部32fに入力する。制御チャネル復調部32bは第1チャネル推定値を元に制御チャネルを復調し、ビームフォーミング送信であるか否かを調べ、ビームフォーミング送信であれば追加パイロットシンボルの数と位置を確認し、第2チャネル推定部32cに追加パイロットシンボルによるチャネル推定の実行を指示する。
また、制御チャネル復調部32bは、ビームフォーミング送信であるか否かの情報をチャネル推定値切替部32fに入力すると共に、適応無線リンクパラメータおよび追加パイロットシンボルの位置情報をデータチャネル復調部32dへ通知する。
第2チャネル推定部32cは、制御チャネル復調部32bからの前記指示により、該追加パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、得られた第2チャネル推定値をチャネル推定値切替部32fに入力する。
チャネル推定値切替部32fは、1本の送信アンテナによる送信か、ビームフォーミング送信かにより第1チャネル推定値、第2チャネル推定値の一方を選択してデータチャネル復調部32dに入力する。データチャネル復調部32dは、入力されたチャネル推定値および無線リンクパラメータ、追加パイロットシンボル位置などに基づいてデータチャネルの復調を行う。
以上、第3実施例によれば、ビームフォーミングされた信号の伝搬路を推定するためのパイロットを追加することができるため、ビームフォーミング送信技術を用いた通信方式に柔軟に対応することができる。また、ビームフォーミングを用いた送信を行わない場合には、余計なパイロットシンボルを使用しないため、データの伝送効率を上げることができる。
SC 制御シンボル
SD データシンボル
SNP 追加パイロットシンボル
Claims (4)
- 無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信システムにおいて、
送信装置は、
基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎のパイロットシンボルをフレームに追加するか否かを決定するパイロット追加決定部、
追加パイロットシンボルに関する情報を含む制御シンボルを生成する制御シンボル生成部、
前記受信装置毎のパイロットシンボルの追加決定により、該受信装置毎のパイロットシンボルを追加されたフレームを送信する送信部、
を備え、受信装置は、
受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて受信フレームに追加パイロットシンボルが含まれているか判定する制御シンボル受信部、
追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信するデータシンボル受信部、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。 - 無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信システムにおける送信装置において、
基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎のパイロットシンボルをフレームに追加するか否かを決定するパイロット追加決定部、
追加パイロットシンボルに関する情報を含む制御シンボルを生成する制御シンボル生成部、
前記受信装置毎のパイロットシンボルの追加決定により、該受信装置毎のパイロットシンボルを追加されたフレームを送信する送信部、
を備えたことを特徴とする送信装置。 - 無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信システムにおける受信装置において、
受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて、受信フレームに、送信装置により前記基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎に追加された追加パイロットシンボルが含まれているか判定する制御シンボル受信部、
追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信するデータシンボル受信部、
を備えたことを特徴とする受信装置。 - 無線回線品質測定に用いられ送信装置と通信する一以上の受信装置に共通の基本パイロットシンボルと、受信装置毎に設定される制御シンボルと、情報ビットを伝達するデータシンボルを備えたフレームを送受信する無線通信方法において、
送信装置は、
基本パイロットシンボルとは別に受信装置毎のパイロットシンボルをフレームに追加するか否かを決定し、
追加パイロットシンボルに関する情報を含む制御シンボルを生成し、
前記受信装置毎のパイロットシンボルの追加決定により、該受信装置毎のパイロットシンボルを追加されたフレームを送信し、
受信装置は、
受信フレームに含まれる制御シンボルの情報に基づいて受信フレームに追加パイロットシンボルが含まれているか判定し、
追加パイロットシンボルが含まれている場合には、該追加パイロットシンボルを用いて推定される伝播路推定値に基づいてデータシンボルを復調して受信する、
ことを特徴とする無線通信方法。
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