JP5552180B2 - 送信装置および送受信方法 - Google Patents
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Description
SDMAでは、基地局装置のアンテナの指向性を利用し、互いに位置の離れた複数の通信端末(移動局装置)に対して、通信端末毎に異なる指向性を持った指向性ビームを割り当てることによって通信範囲内の通信信号を空間的に分離することにより、複数の通信端末が同時に送受信することができる。
マルチユーザMIMO方式の一つとして、非特許文献1で提案されているランダムビームフォーミングでは、まず、基地局装置がユニタリ行列を用いて、通信端末毎に互いに直交する指向性ビームを形成して通信範囲内の各通信端末に送信する。各通信端末は、基地局装置から送信された指向性ビームに基づいて、有効なS/N比(ESNR:Effective Signal to Noise Ratio)を求め、そのESNRを基地局装置にフィードバックする。その後、基地局装置では、ESNRが最も高い通信端末にリソースの割り当てを行うという方法である。
その一例として、図6の概略ブロックに示すような従来のFDD方式の基地局装置500がある。図6に示す基地局装置500による上りリンクの処理では、まず、アンテナ100−1,100−2,・・・,100−Mを介して受信した受信信号を、受信したアンテナ毎にダウンコンバータ101がダウンコンバートする。その後、到来角推定部105が、ダウンコンバートしたそれぞれの受信信号毎、すなわち、通信端末毎に到来角を推定する。また、図6に示す基地局装置500による下りリンクの処理では、まず、直交ウェイト計算部106が、上りリンクの処理において推定した通信端末毎の到来角に基づいて、全ての通信端末への下りビームが直交するように通信に不必要な方向にゼロ(ヌル:null)信号を送信するゼロ・フォーシング(ZF:Zero−Forcing)ウェイトを算出する。その後、通信端末に送信する送信データの変調信号に、直交ウェイト計算部106が算出したZFウェイトを乗算する処理を、それぞれの通信端末毎に行ってから下り信号を送信する。
また、通信チャネルの相関が高い通信端末に対しても、目的外の方向への不要放射や、非直交ウェイトのダイナミックレンジの増大を低く抑えることができる送信装置および送受信方法を提供することを目的としている。
また、干渉を除去することにより、目的外の方向への不要放射や、非直交ウェイトのダイナミックレンジの増大を低く抑えることができる送信装置および送受信方法を提供することができる。
例えば、基地局装置100は、移動端末201とは通信周波数帯h1を使用して送受信を行い、移動端末202とは通信周波数帯h2を使用して送受信を行い、移動端末20Kとは通信周波数帯hKを使用して送受信を行う。
以下、本実施形態の基地局装置において移動端末に送信を行う場合の処理手順について説明する。図3は、本実施形態の基地局装置100における処理手順を示したフローチャートである。
なお、移動端末200は、複数のアンテナを用いて基地局装置100と通信することができるが、本実施形態の説明においては、移動端末200のアンテナ数が1本(N=1)の場合について説明を行う。
なお、上式(1)は、アンテナ100−1を基準としたときの、各アンテナから送信される信号の到来角θkに対する位相差を表しており、各アンテナから送信する信号に上式(1)の非直交ウェイトを乗算することにより、到来角θkで受信された受信信号の位相が一致し、最大電力を得ることができる。
なお、非直交ウェイトは、その長さがアンテナの本数に比例したベクトルである。また、到来角θkは、基地局のアンテナが図1に示すように線形に並んでいるリニアアレーの場合は、0°〜180°までの数値である。
なお、到来角θkと上式(1)のベクトルである行列w(θk)は、一対一関係であり、到来角推定部105によって推定された到来角θkを上式(1)のθkの部分に、0(0°)〜π(180°)の値として代入することにより、ウェイト行列Wを得ることができる。
なお、上式(2)のウェイト行列Wの構成要素である各移動端末200の非直交ウェイトの並び順は、通信範囲内に存在する移動端末200との通信の優先順位を示す。例えば、ウェイト行列W内で、左端の非直交ウェイトが最も優先順位が高く、右に行くに従って優先順位が低くなるように非直交ウェイトを並べる。
このように、下式(11)〜(14)の手順で、移動端末201から順に逐次的に干渉成分を除去した後の移動端末201〜203の送信信号S’1,S’2,S’3を得ることができる。
また、通信を行う全ての移動端末200への下りビームが直交する必要はないので、目的外の方向への不要放射や、非直交ウェイトのダイナミックレンジの増大を低く抑えることができる。
以下、本実施形態の基地局装置において推定した到来角の変化に基づいて移動端末との通信の優先順位をスケジューリングして送信を行う場合の処理手順について説明する。図5は、本実施形態の基地局装置100においてスケジューリングを行う処理手順を示したフローチャートである。
また、非直交ウェイト算出部107が、上式(1)に基づいて全ての移動端末200の非直交ウェイトを算出が完了すると、上式(2)のウェイト行列Wを得る。
なお、移動端末200との通信の優先順位のスケジューリングに際しては、干渉除去部1033による干渉除去の処理が、他の移動端末200との通信に与える影響を考慮して優先順位をスケジューリングする。
まず、基地局装置100は、移動端末200からの送信信号を常に受信して、到来角を推定しているため、推定した到来角の変化によって、移動端末200の移動を認識することができる。すなわち、前回の受信信号から推定した到来角と、今回の受信信号から推定した到来角とに差がある場合は、移動端末200が移動しており、かつ、到来角の差の大きい移動端末200は、速い速度で移動していると認識することができる。また、移動速度が低い、すなわち、到来角の差が小さい移動端末200は、基地局装置100の通信範囲外となる確率が低いため、基地局装置100との通信の頻度が高いということができる。
このことによって、通信の頻度が高い移動端末200との通信は、通信の頻度が低い移動端末200との通信に比べて干渉除去部1033による干渉除去の処理が、他の移動端末200との通信に与える影響が大きいと判断することができる。従って、到来角の変化が少ない移動端末200との通信の優先順位を高くし、到来角の変化が大きくなるに従って優先順位を低くしていく。
例えば、移動端末201〜203の変化量Δが、変化量Δ1=0.3,変化量Δ2=0.3,変化量Δ3=0.3であった場合、変化量Δの小さい順にウェイト行列Wを並び替え、ウェイト行列Wは下式(15)のようになる。
Claims (4)
- 複数のアンテナを具備し、複数の周波数帯域を用いて1つ以上の通信装置との通信を行う無線通信システムの送信装置において、
前記送信装置は、
該送信装置が受信した受信信号を用いて、通信範囲内に存在し、通信相手となる相手通信装置から送信される送信信号の到来方向を示す到来角を推定する到来方向推定手段と、
前記到来方向推定手段が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角に基づいて、1つの相手通信装置に送信する送信ビームと、他の相手通信装置に送信する送信ビームとの干渉量を推定するための変数を算出する干渉量推定手段と、
前記干渉量推定手段が算出した干渉量を推定するための変数に基づいて、前記相手通信装置に送信する送信信号から干渉量を除去する干渉除去手段と、
前記到来方向推定手段が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角に基づいて、前記干渉量除去手段によって干渉量が除去された送信信号から指向性を持った送信ビームを形成するビーム形成手段と、を備え、
前記相手通信装置に送信する送信信号から干渉量を除去する処理の優先順位は、前記到来方向推定手段が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角の変化量に基づくことを特徴とする送信装置。 - 前記相手通信装置に送信する送信信号から干渉量を除去する処理の優先順位は、前記到来角の変化量が少ない前記相手通信装置の前記優先順位が高く、前記到来角の変化量が大きくなるに従って前記相手通信装置の前記優先順位が低くなることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
- 前記干渉量を推定するための変数は、前記送信装置の複数のアンテナのうちの一のアンテナを基準としたときの、各アンテナから送信される信号の前記推定された到来角θkに対する位相差を表すウェイトw(θk)であり、
到来角θkは、前記到来方向推定手段が推定した第kの前記相手通信装置からの送信信号の到来角であり、
kは1からKまでの正の整数であり、
Kは前記相手通信装置の個数であり、
ウェイトw(θk)は、前記送信装置の各アンテナから送信される第kの前記相手通信装置への信号に乗算されるウェイトであり、
第kの前記相手通信装置に送信する送信信号から除去される干渉量は、各前記相手通信装置の前記優先順位で前記ウェイトw(θk)が並べられたウェイト行列をQR分解して得られた下三角行列を用いて算出される第kの前記相手通信装置に対する干渉成分である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の送信装置。 - 複数のアンテナを具備し、複数の周波数帯域を用いて1つ以上の通信装置との通信を行う無線通信システムの送信装置の送受信方法において、
前記送信装置は、
該送信装置が受信した受信信号を用いて、通信範囲内に存在し、通信相手となる相手通信装置から送信される送信信号の到来方向を示す到来角を推定する到来方向推定手順と、
前記到来方向推定手順が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角に基づいて、1つの相手通信装置に送信する送信ビームと、他の相手通信装置に送信する送信ビームとの干渉量を推定するための変数を算出する干渉量推定手順と、
前記干渉量推定手順が算出した干渉量を推定するための変数に基づいて、前記相手通信装置に送信する送信信号から干渉量を除去する干渉除去手順と、
前記到来方向推定手順が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角に基づいて、前記干渉量除去手順によって干渉量が除去された送信信号から指向性を持った送信ビームを形成するビーム形成手順と、を含み、
前記相手通信装置に送信する送信信号から干渉量を除去する処理の優先順位は、前記到来方向推定手順が推定した前記相手通信装置からの送信信号の到来角の変化量に基づくことを特徴とする送受信方法。
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