JP5501034B2 - 通信システム、送信装置、受信装置 - Google Patents
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Description
Tomlinson Harashima Precoding (THP)は、干渉が存在する状況下で、送信装置があらかじめ干渉を把握し、送信信号から干渉をあらかじめキャンセルして受信装置に対して信号を送信する技術である。その際、送受信両装置でModulo(モジュロ、剰余)演算を行うことで、干渉をキャンセルすることによる送信電力の増加を抑圧した信号の送受信をする方法である(下記非特許文献1参照)。
(全体のシステム構成)
図25に示すように、基地局(Base Station: BS)が同一時刻・同一周波数で複数の端末(Mobile Terminal: MT)に対して信号を送信すると、通常は、ユーザ間干渉(Multi User Interference: MUI)が発生する。THPを用いてこのMUIを電力効率良く除去して、複数のMTを多重する方法が、ダウンリンク(Downlink: DL)のMU-MIMO(Multi-User Multi Input Multi Output)である。
BSは、各MT宛のCSIを把握しており、同時に2つのMTに同一時刻・同一周波数で信号を送信する。このとき、図25に示したように、2つのMT(MT1、MT2)が互いに干渉を受けないようにするために、MT1宛の信号がMT2に及ぼす干渉と、MT2宛の信号がMT1に及ぼす干渉という相互に及ぼし合う2つの干渉を除去する必要がある。BSは、この2つの干渉のうち一方を、THPを用いて除去し、もう一方を、線形フィルタを乗算して除去する。2つのMTとの通信を実現するための具体的なBSの一構成例を図26に示す。以下、図26に示す構成例に従ってBSの構成について説明する。
まず、符号部101−1、2は、各MT宛の情報ビットを誤り訂正符号化し、各MT宛の符号化ビットを変調部103−1、2に入力する。変調部103−1、2は、入力された各MT宛の符号化ビットを変調し、各MT宛の変調信号を生成する。MT1宛の変調信号を生成した変調部103−1は、干渉算出部113と線形フィルタ乗算部115にMT1宛の変調シンボルを入力する。MT2宛の変調信号を生成した変調部103−2は、干渉減算部107にMT2宛の変調シンボルを入力する。
MT1, MT2は、BSから送信された信号を受信する。各MTは受信信号に対してBSと同じModulo演算を用いて受信処理を行う。図27を参照してMTの詳細な説明を行う。
受信部131は、アンテナATで受信した信号を搬送波周波数からベースバンドにダウンコンバージョンし、アナログ/デジタル変換を行い、ベースバンドデジタル信号を生成する。その後、受信部131は、ベースバンドデジタル信号を伝搬路補償部133に入力する。伝搬路補償部133は、ベースバンドデジタル信号に対して伝搬路補償を行って、伝搬路補償後の信号をModulo演算部135に入力する。Modulo演算部135は、伝搬路補償後の信号に対して式(1)で表されるModulo演算を施して復調部に信号を入力する。復調部137は、Modulo後の信号に対して復調を行って復調結果を復号部141に入力する。
図26及び図27を参照しながら説明したように、DL MU-MIMO THPの仕組みは、MT1宛の信号とMT2宛の信号が相互に及ぼし合う干渉のうち一方を、THPによって除去し、もう一方を線形フィルタの乗算によって除去することである。次は、このDL MU-MIMO THPの仕組みを理論的な側面から詳細に説明する。
いま、BSの持つ2本のアンテナからMT1への伝搬路の複素利得を、h11, h21とする。また同様にMT2への伝搬路の複素利得をh21, h22とする。これらの値を用いて伝搬路行列Hを、
線形フィルタ乗算部115は、線形フィルタを用いてMT2宛の信号をMT1に対してNullを向けることで、MT2宛の信号がMT1に及ぼす干渉を除去する。この線形フィルタは、線形フィルタ乗算部115が、伝搬路行列Hのエルミート共役HHをQR分解することによって求められる。QR分解は任意の行列をユニタリ行列Qと上三角行列Rの積に分解する方法であり、HHをQR分解すると、
線形フィルタにより、MT2宛の信号がMT1に及ぼす干渉を除去できたので、次はMT1宛の信号がMT2に及ぼす干渉を上述のTHPを用いて除去する。
BSは、干渉fとMT2宛の変調信号s2を用いて、干渉減算部107及びModulo演算部111で信号Modt(s2 - f )を算出し、この信号を線形フィルタ乗算部115に入力する。線形フィルタ乗算部115は、信号Modt(s2 - f )とMT1宛の信号s1に対して線形フィルタQを乗算して送信信号を算出する。ここで、図26に示した干渉減算部107、干渉算出部113、及びModulo演算部111を非線形空間多重部105と呼び、変調信号から干渉除去及びModulo演算を施して線形フィルタ乗算部115に入力する信号を計算する処理を非線形空間多重と呼ぶ。
式(6)のs2をModt(s2 - f )に替えて受信信号を求めると、
上記で説明したのは、データストリームを1つずつ別のMTに送信する方法であるが、図28に示すように、複数の受信アンテナを持ち、SU-MIMOによる複数のデータストリーム通信を行うMT同士を、さらに同一時刻・同一周波数でMU-MIMO THPによって空間多重する技術も存在する(非特許文献3参照)。この技術により、複数受信アンテナを持つMTに対しても空間リソースを有効活用することができる。このように、複数ストリーム通信を行っている時も、BSは各MT宛の各データストリームにModulo演算を施して送信している。
DL MU-MIMO THPでは、復調用の各MT宛の固有参照信号 (Dedicated Reference Signals: DRS) を送信するときに、直交した無線リソースに各MT宛のDRSを分割する多重方法(時間分割多重や周波数分割多重やなど)を用いており、空間多重は用いられていない(特許文献1参照)。以下、直交した無線リソースに分割して配置する各MT宛のDRSを「直交DRS」と呼ぶ。直交DRSを用いるのは、もし、BSが、情報ビットを変調した信号等で構成されるデータ信号と同様にDRSをMU-MIMO THPによる空間多重をして送信すると、MTは信号の振幅がわからないためDRSに対してModulo演算ができず、Modulo演算を施されて送信されたDRSに基づいて伝搬路推定ができないからである。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態は、基地局(BS)が各移動局MTに対して直交DRSを送信するとともに、各MT宛のDRSを、データ信号と同様の方法で非線形空間多重して送信する。このDRSを、「非直交DRS」と呼ぶ。MTは直交DRSと非直交DRSの両方を用いて伝搬路推定する。以下、図を参照しながら本実施例の詳細な構成について説明する。
図1は、本実施の形態におけるBSの一構成例を示す機能ブロック図である。図26に示す従来例では、簡潔に説明するためにMT数とBSのアンテナ数とが2つの場合について説明したが、図1に示す構成例では、MT数が任意のN個存在する場合について説明する。
送信部25−1〜Nは、入力された各アンテナに対応する信号に対してデジタル/アナログ変換を行い、アップコンバージョンし、搬送波周波数の無線信号を生成して、アンテナを介してMTに各MT宛の信号を送信する。
本実施の形態におけるMTの構成例について、図4A、図4Bを用いて説明する。MT(B)の受信部51は、BSが送信したCRSを含む信号を、アンテナATを介して受信し、ダウンコンバージョンして、ベースバンドデジタル信号を生成後、信号分離部53に入力する。信号分離部53は、ベースバンドデジタル信号から、BSのアンテナ毎に対応するCRSを分離してCRS用伝搬路推定部57に入力する。CRS用伝搬路推定部57は受信したCRSに基づいて、BSから当該MTへの伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態情報を伝搬路状態情報生成部61に入力する。伝搬路状態情報生成部61は、伝搬路状態情報を用いて伝搬路状態信号を送信部63に入力する。送信部63は、入力された伝搬路状態信号に対してデジタル/アナログ変換を行った後、アップコンバージョンして搬送波周波数の無線信号を生成して、アンテナATを介してBSに伝搬路状態信号を送信する。
次に、MT数が任意のN個になった場合の線形フィルタ算出部33と非線形空間多重部11について詳細に説明する。MT数が任意のN個になったときでも、MT数が2のときと非線形空間多重部11以外の部分は基本的に同じ構成を持っている。
また、ここまでは、シングルキャリアの場合を述べてきたが、第1の実施の形態は、ダウンリンク、アップリンク、又はその両方でOFDMを行うシステムに対しても適用可能である。ダウンリンクでOFDMを行うときは、第1の実施の形態で説明した方法をサブキャリア毎、または、幾つかのサブキャリアがグループ化された単位毎に行う。
また、上記方法のBSに係る機能は図1に示したように、プロセッサ1内で実行されてもよい。当該プロセッサ1は本願発明の方法を実行するDRS生成部、直交多重部、非線形空間多重部、及び送信部以外に、受信部、伝搬路情報取得部、CRS生成部、データ信号生成部を持っているがこれに限定されず、DRS生成部、非線形空間多重部、直交多重部、及び送信部のみからなっていてもよく、これらや他の機能を併せ持つような構成でもよく、限定されない。また、上記方法のMTに係る機能は図4Aに示したようにプロセッサ2内で実行されてもよい。当該プロセッサは本願の方法を実行する受信部及びDRS用伝搬路推定部以外に、信号分離部、伝搬路補償部、CRS用伝搬路推定部、伝搬路状態情報生成部、送信部、Modulo演算部、復調部、復号部を持っているがこれに限定されず、受信部及びDRS用伝搬路推定部のみからなっていてもよく、これらや他の機能を併せ持つような構成でもよく、限定されない。
上記第1の実施の形態では、非直交DRSを1つ用いて伝搬路推定を行う方法について説明した。本実施の形態では、複数の非直交DRSを合成して伝搬路推定を行う方法について説明する。
上記第2の実施の形態では、ここまでは、シングルキャリアの場合を述べてきたが、第1の実施の形態と同様にはダウンリンク、アップリンク、又はその両方でOFDMを行うシステムに対しても適用可能である。ダウンリンクでOFDMを行うときは、実施例1で説明した方法をサブキャリア毎に行う。
第1の実施の形態と第2の実施の形態においては、各MTが1つのデータ信号を同一時刻・同一周波数で受信する単一ストリーム通信の場合について説明した。本発明は、図28に示すような、複数ストリームで通信するMT同士を空間多重する状況にも適用できる。
(i)線形フィルタの算出方法
(ii)Mストリーム毎に逐次的に干渉除去する点
(iii)BSが受信フィルタをMTに通知する点
(iv)MTが受信フィルタを取得して受信信号に対して乗算する点
本実施の形態におけるBSの構成例を図18に示した。図18は、第1の実施の形態における図1と同様に、線形フィルタと干渉係数情報を算出する線形フィルタ算出部33を有している。本実施の形態における線形フィルタ算出部33は、線形フィルタと干渉係数情報に加えて、受信フィルタを算出して受信フィルタ情報生成部32aに入力する。この線形フィルタ算出部33の動作は第1の実施の形態と異なるため、後に詳細に記述する。
第1の実施の形態と第2の実施の形態に示した非線形空間多重部においては、1ストリーム単位で干渉除去していたものを、Mストリーム単位(すなわちMT単位)で干渉除去する。そのため、干渉算出部、干渉減算部、Modulo演算部はそれぞれMストリーム単位で信号を算出する。
また、BSはMストリーム毎に各MT宛に同時に信号を送信するため、MTが受信したM本のストリームを分離できるようにする必要がある。そのため、BSが算出した受信フィルタを、各MTに通知する。MTは、この受信フィルタを、受信した自分宛の信号に対して乗算する。
本実施の形態におけるMTの構成を図19に示した。図19は、M本のアンテナを持つMTの構成について示している。本実施の形態におけるMTは、第1の実施の形態のMTの構成と比較して、アンテナ数、受信部、及び送信部がM個に増えて、受信フィルタ乗算部52aと受信フィルタ取得部52bが新たに設けられている。
MT2の信号に対して乗算する線形フィルタであって、図20に示したように、MT2宛の信号がMT1に届かない状態にするフィルタを、Null Spaceという。BSの各送信アンテナからk番目のMTの受信アンテナまでの伝搬路の複素利得を2×4行列Hkで表す。ここでkはオーダリング後におけるMTの番号である。ここでは、全体の伝搬路行列は、
HPを等価的伝搬路とすると
BSの各アンテナからk番目のMTのアンテナまでの伝搬路の複素利得をM×MN行列Hkで表す。ここでkはオーダリング後におけるMTの番号である。つまりH1に対応するMTがTHP非対応MTであり、残りのMTはTHP対応MTである。全体の伝搬路行列は、
HPを等価的伝搬路とすると、
上記第3の実施の形態では、ここまでは、シングルキャリアの場合を述べてきたが、実施例1と同様にダウンリンク、アップリンク、又はその両方でOFDMを行うシステムに対しても適用可能である。
本実施の形態においては、(iii)に述べたように、BSが受信フィルタを送信し、MTがこの受信フィルタを用いてDRS及びデータ信号を各々のストリームに分離する方法ついて説明した。本第2の変形例は、BSがこの受信フィルタに関する情報を送らずに、MTがデータ信号を各々のストリームに分離する方法について説明する。
<全実施形態における共通の説明>
上記の各実施の形態において示した基地局装置(BS)及び移動局装置(MT)が備えるアンテナの本数は、説明の便宜上、MTが通信するデータストリーム数と一致させているが、示した本数と、物理的には異なった本数のアンテナを持つMTであってもよい。例えば、あるMTが、物理的に2本のアンテナで信号を受信するが、受信した信号を1つの信号に合成する設計である場合、本発明の記載では、便宜的にアンテナが1本として扱っている。
Claims (8)
- 複数の受信装置宛のDRSが空間多重されている非直交DRSと直交DRSとを受信する受信部と、少なくとも前記非直交DRSと直交DRSとに基づいて伝搬路推定を行う伝搬路推定部と、を有し、
前記伝搬路推定部は、前記直交DRSに基づいて第1の伝搬路推定を行う直交DRS推定部と、前記第1の伝搬路推定結果と前記非直交DRSとに基づいて、当該非直交DRSに加算された摂動ベクトルを推定する摂動ベクトル推定部とを有することを特徴とする受信装置。 - 前記伝搬路推定部は、
前記非直交DRS、前記摂動ベクトル、及び、前記直交DRSに基づいて伝搬路推定値を算出する合成DRS推定部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 - 前記受信部は、直交DRS及び複数の非直交DRSを受信し、
前記伝搬路推定部は、
直交DRSに基づいて伝搬路推定値を算出する直交DRS推定部と、
前記伝搬路推定値と複数の前記非直交DRSの一部に基づいて、当該非直交DRSに加算された摂動べクトルをそれぞれ推定する摂動ベクトル推定部と、
前記一部の非直交DRS、前記摂動ベクトル、及び、前記直交DRSに基づいて伝搬路推定値を算出する合成DRS推定部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 - 前記摂動ベクトル推定部は、
前記一部の非直交DRS以外の非直交DRSと、前記伝搬路推定値と、に基づいて、当該前記一部の非直交DRS以外の非直交DRSに加算された摂動べクトルをそれぞれ推定することを特徴とする請求項3に記載の受信装置。 - 複数の受信装置と、前記複数の受信装置に対して、同一チャネル・同一時刻に複数の送信アンテナを用いて信号を送信する送信装置からなる通信システムであって、
前記送信装置は、
前記各受信装置宛のDRS(固有参照信号)を生成するDRS生成部と、
前記DRSの少なくとも一部からなる第1のグループのDRSを用いて非直交DRSを生成する非線形空間多重部と、
前記DRSの少なくとも一部からなる第2のグループのDRSを用いて直交DRSを生成する直交多重部と、
前記非直交DRSと前記直交DRSを少なくとも1つずつ含んだ信号を送信する送信部と、を有し、
前記受信装置は、
複数の受信装置宛のDRSが空間多重されている非直交DRSと直交DRSとを受信する受信部と、少なくとも前記非直交DRSと直交DRSとに基づいて伝搬路推定を行う伝搬路推定部と、を有し、
前記伝搬路推定部は、前記直交DRSに基づいて第1の伝搬路推定を行う直交DRS推定部と、前記第1の伝搬路推定結果と前記非直交DRSとに基づいて、当該非直交DRSに加算された摂動ベクトルを推定する摂動ベクトル推定部とを有することを特徴とする通信システム。 - 複数の受信装置宛のDRSが空間多重されている非直交DRSと直交DRSとを受信するステップと、
少なくとも前記非直交DRSと前記直交DRSとに基づいて伝搬路推定を行うステップと、を有し、
前記伝搬路推定を行うステップは、前記直交DRSに基づいて第1の伝搬路推定を行うステップと、前記第1の伝搬路推定結果と前記非直交DRSとに基づいて、当該非直交DRSに加算された摂動ベクトルを推定するステップとを有することを特徴とする受信方法。 - 請求項6に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 受信装置に用いられるプロセッサであって、
複数の受信装置宛のDRSが空間多重されている非直交DRSと直交DRSとを受信する受信部と、
少なくとも前記非直交DRSと前記直交DRSとに基づいて伝搬路推定を行う伝搬路推定部と、を有し、
前記伝搬路推定部は、前記直交DRSに基づいて第1の伝搬路推定を行う直交DRS推定部と、前記第1の伝搬路推定結果と前記非直交DRSとに基づいて、当該非直交DRSに加算された摂動ベクトルを推定する摂動ベクトル推定部とを有することを特徴とするプロセッサ。
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