JP6723424B1 - 送受信方法および送受信システム - Google Patents
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Abstract
Description
課題等について補足説明する。第5世代移動通信の高速化を支える主たる技術として、第3世代の後半に誕生したMIMO技術が挙げられる。
図22は、ビームフォーミングに用いるMIMOシステム、言い換えるとビームフォーミングシステムの概要を示す。図22の例は、4×NのMIMOシステムにおけるビームフォーミング機能による通信概要を示す。ここでは、数Nは、受信側の受信局数を表し、N≧1であり、本例ではN=4である。図22は、加入者が複数人おり、加入者YU1〜YU4で示す。各加入者の持つユーザ端末である受信局を、受信局Y21〜Y24で示す。送信局Y1側の送信データとしてデータD1〜D4を有する。図22の例では、データD1を加入者YU1へ、データD2を加入者YU2へ、データD3を加入者YU3へ、データD4を加入者YU4へ伝送する場合を示す。
図23は、図21のMIMOに対応するMIMOシステムの装置内部や伝搬路等の構成を示す。送信局X1は、無線基地局等の送信装置であり、受信局X2は、ユーザ端末等の受信装置である。送信局X1の送信アンテナ部X50は、送信側MIMOアンテナ部であり、複数の送信アンテナである個別MIMOアンテナとして、本例では送信アンテナX51,X52,X53,X54を有する。受信局X2の受信アンテナ部X60は、受信側MIMOアンテナ部であり、複数の受信アンテナである個別MIMOアンテナとして、本例では受信アンテナX61,X62,X63,X64を有する。
図21および図23のように、従来のMIMOシステムは、送信装置と受信装置との間で、送受アンテナ対で対向する伝搬路を利用している。実際には、図示のように、対角線として多数の伝搬路が存在する。例えば、送信側の第1送信アンテナX51についてみると、第2受信アンテナX62への伝搬路P21、第3受信アンテナX63への伝搬路P31、および第4受信アンテナX64への伝搬路P41がある。また、受信側の第1受信アンテナX61についてみると、第2送信アンテナX52からの伝搬路P12、第3送信アンテナX53からの伝搬路P13、および第4送信アンテナX54からの伝搬路P14がある。他の伝搬路も同様である。
図1〜図6を用いて、本発明の実施の形態1の送受信方法およびシステムについて説明する。実施の形態1の送受信システムは、実施の形態1の送受信方法を実施するシステムの例である。
実施の形態1の送受信方法は、複数(N)の送信アンテナを持ちMIMO送信機能を有する送信装置と、複数(M,N≧M)の受信アンテナを持ちMIMO受信機能を有する受信装置との間で、MIMO通信を行う送受信方法である。この送受信方法は、送信装置または受信装置が、複数(N)の送信アンテナと複数(M)の受信アンテナとの間の複数(N×M)の実伝搬路の特性を測定する測定ステップと、送信装置または受信装置が、複数(N×M)の実伝搬路の特性に基づいて、周波数特性が近似できる程度に類似する特性である複数(N×M)の疑似伝搬路特性を生成する生成ステップと、送信装置が、複数(L)のデータに複数(N×M)の疑似伝搬路特性を反映した複数(N)の送信信号を作成し、複数(N)の送信アンテナから電波として送信する送信ステップと、受信装置が、複数(M)の受信アンテナで電波として受信した複数(M)の受信信号から、複数(最大N×M)の疑似伝搬路特性に基づいて複数(L)のデータを抽出する受信ステップと、を有する。
図1は、実施の形態1の送受信方法を実施する実施の形態1の送受信システムの構成を示す。図1では概要を示し、要所の詳細な構成例を図2に示す。実施の形態1の送受信システムは、送信局である送信装置1と、受信局である受信装置2とを有し、送信装置1から受信装置2へ実伝搬路P100を通じて無線でのデータ送受信を行うシステムである。
図2は、実施の形態1の送受信方法およびシステムの詳細構成例を示す。なお、図2では、送信局1側の受信部や、受信局2側の送信部については省略している。本例は、4×4MIMOシステムの場合を示す。本例における伝送速度向上は、最大では、4×4=42=16倍となる。
式A:
Ψ1r=D100D1×Φ11*h11+D200D1×Φ12*h12+D300D1×Φ13*h13+D400D1×Φ14*h14
Ψ2r=D100D2×Φ21*h21+D200D2×Φ22*h22+D300D2×Φ23*h23+D400D2×Φ24*h24
Ψ3r=D100D3×Φ31*h31+D200D3×Φ32*h32+D300D3×Φ33*h33+D400D3×Φ34*h34
Ψ4r=D100D4×Φ41*h41+D200D4×Φ42*h42+D300D4×Φ43*h43+D400D4×Φ44*h44
式B:
Ψ1r-srs = <Φ11*h11,Φ12*h12,Φ13*h13,Φ14*h14>
Ψ2r-srs = <Φ21*h21,Φ22*h22,Φ23*h23,Φ24*h24>
Ψ3r-srs = <Φ31*h31,Φ32*h32,Φ33*h33,Φ34*h34>
Ψ4r-srs = <Φ41*h41,Φ42*h42,Φ43*h43,Φ44*h44>
式C:
Ψ1r-srs-p = <h11,h12,h13,h14>
Ψ2r-srs-p = <h21,h22,h23,h24>
Ψ3r-srs-p = <h31,h32,h33,h34>
Ψ4r-srs-p = <h41,h42,h43,h44>
式D:
<D100D1×Φ11*h11,D200D1×Φ12*h12,D300D1×Φ13*h13,D400D1×Φ14*h14>
図3および図4は、疑似伝搬路特性である疑似遅延プロファイルモデルの生成方法について示す。図3は、その1として、実伝搬路特性の測定方法、および測定された無線伝搬路特性と、それに基づいて導出される遅延プロファイルに基づく疑似伝搬路モデルとを示す。図4は、その2として、疑似伝搬路特性の生成方法、および生成された疑似遅延プロファイルモデルを示す。実施の形態1および後述の実施の形態2では、複数の疑似伝搬路の特性としては、複数の実伝搬路の特性の測定結果を用いて特徴部分をモデル化しモデル間の相互相関性を低くする変形を施した特性を用いる。
疑似遅延プロファイルモデルは、図23の16本の伝搬路のすべてについて生成される。すなわち、例えば16個の相互相関性が低い疑似遅延プロファイルモデルが使用される。図5は、MIMOにおける対角線上の伝搬路の相互相関性軽減の方法について示す。図5は、図2の4×4MIMOシステムの16本の電波伝搬路に対応する疑似遅延プロファイルモデルを示す。図5の(f1),(g1)は第1モデルを示し、(f2),(g2)は第2モデルを示し、(f3),(g3)は第3モデルを示し、(f4),(g4)は第4モデルを示し、同様に省略するが各モデルがあり、(f16),(g16)は第16モデルを示す。
図6は、上記複数の疑似伝搬路特性(対応する疑似遅延プロファイルモデル)を用いた拡張に関する相互相関性の能力比較を示す。図6のグラフは、横軸が送受間アンテナ数であり、縦軸がチャネル容量Cave[bps/Hz]である。直線600は、現行のN×NのMIMO方式の能力を示す。相関率ρを用いて、ρ={0,0.5,0.8,0.9}の各場合を示す。直線601は、上記拡張として第1方式の場合の改善効果を示す。第1方式は、特願2018−118353号に記載の方式である。曲線602は、実施の形態1に対応する第2方式の場合の改善効果を示す。直線600のMIMO方式の場合と直線601の第1方式の場合とでは、送受間アンテナ数に比例してチャネル容量が増大する。一方、曲線602の第2方式の場合では、送受間アンテナ数の2乗に比例してチャネル容量が増大する。図6のように、上記拡張に関する効果として、実施の形態1の方式の場合、理想的には、現行のMIMO方式よりも格段に高い容量を実現できる。
なお、MIMO方式では前述のSRS信号により伝搬路特性の測定・推定を行うため、そのSRS信号の影響によって、厳密にはユーザデータの伝送速度の低下につながり得る。これについて、2×2MIMOの例と16×16MIMOの例とで比較して補足説明する。SRS信号は送信側のアンテナ別に必要となるため、2×2MIMOでは2回、16×16MIMOでは16回のSRSスロット(SRS信号を伝送するスロット)が必要となる。第2方式は、2×2MIMOの場合では伝送速度が22=4倍になり、16×16MIMOの場合では伝送速度が162=256倍となる。1フレームの時間をTとし、1フレーム内のSRS期間(SRS信号のための期間)をτとすると、それぞれの場合の効率ηは以下のようになる。2×2MIMOの場合、η2×2=4/(T−2τ)となる。16×16MIMOの場合、η16×16=256/(T−16τ)となる。したがって、それらの比は、η16×16/η2×2=256/4×(T−2τ)/(T−16τ)≒256/4=64となる。よって、送受間アンテナ数が多いほど、SRS期間の影響が低いことが分かる。
上記のように、実施の形態1によれば、MIMOに関して、周波数等のリソース利用効率向上等を実現できる。従来のMIMOシステムでは利用していない送受アンテナ間の対角線上の伝搬路について、実施の形態1の送受信システムでは、ベースバンド部の疑似伝搬路特性の生成および反映のための回路を用いて、MIMO伝搬路の特性間の独立性を補強する。これにより、実施の形態1によれば、N×MのMIMOシステムにおいて、最大でN×M倍の情報伝送高速化が実現できる。また、特筆すべきは、従来のMIMOにおいては送受のアンテナ数の間にN≧Mの制限があるが、本発明による疑似伝搬路特性の利用ではこの制限を受けないという新たなMIMO方式の提供が可能であることは明らかである。また、実施の形態1によれば、送受アンテナ数を多数(例えば16×16、256×256等)にすることが難しく送受アンテナ数が少数(例えば2×2)の場合でも、疑似伝搬路を用いた多重化によって、周波数利用効率および情報伝送速度を向上することができる。
図7〜図10を用いて、本発明の実施の形態2の送受信方法およびシステムについて説明する。以下では、実施の形態2等における実施の形態1とは異なる構成部分について説明する。実施の形態2の送受信方法は、実施の形態1の送受信方法の変形例に相当する。
前述の図6に示したMIMOシステムにおける伝送速度等の特性は、周波数利用効率等の観点で改善余地がある。送信信号は、所定の広い周波数帯域を持つ。図3の(b)に示したように、実伝搬路で伝搬された広帯域信号は、周波数選択性フェージングによって、平坦ではない。極端な場合、図2の4×4MIMOの16本の伝搬路は、どれを採っても通信に不十分な周波数部分が存在する。そのため、全周波数帯域を利用することにより得られるMIMOの通信速度の期待値は、このままでは得られない。数値で示せば、周波数帯域幅を20MHzとし、直交変調をQPSKとし、MIMOのレベルを2×2MIMOとした場合に、周波数選択性フェージング作用を無視すれば、伝送速度Rは以下のような式となる。
R=BW×effDSB×eff16QAM-spectrum×nMIMO=20MHz×1/2×4bit/sec・Hz×2=80Mbit/sec.
図7は、実施の形態2の送受信システムとして、MIMOシステムの構成例を示す。図7は、実施の形態1の図2のMIMOシステムのうちの2×2MIMO部分に、実施の形態2に特有の要素を付加したものである。送信局1は、MIMO処理部102と送信アンテナ部103との間に、ダイバーシティ機構110が追加されている。受信局2は、MIMO受信装置107の構成が実施の形態1とは異なっており、また、MIMO受信装置107と疑似伝搬路特性解析抽出装置108との間に、受信側ダイバーシティ処理部120が追加されている。
図8は、5GHz帯の15MHz幅のマルチパスフェージングによる周波数選択性フェージングのシミュレーション例を示す。図8の(A)は、シミュレーションに用いた遅延プロファイルを示す。グラフの横軸は遅延時間[ns]、縦軸は遅延波相対電力[dB]である。図8の(B)は、5GHz帯におけるマルチパスフェージングによる異なる2地点の位置での周波数選択性フェージングのシミュレーション結果を示す。グラフの横軸は周波数[GHz]、縦軸は相対電力[dB]である。スペクトル801は第1地点の場合、スペクトル802は第2地点の場合である。周波数幅は約15MHzであり、フェージングの山谷の間隔は約2MHzである。さらに、強度の減衰は約5MHz毎に現れることが分かる。図8では、図7のような4本の電波伝搬路の周波数選択性フェージングが及ぼす作用のイメージを伝搬路毎に描いており、4系統の伝搬路を通った信号を合成した場合の周波数スペクトルのイメージを示している。
図9は、実施の形態2でのダイバーシティ化を図った、2×2MIMOにおける周波数選択性フェージングの除去効果について示す。図9のグラフの横軸は周波数(f)である。図9で、(s)は、送信側の周波数帯域特性を示す。(a)〜(d)は、上記4本の伝搬路の各特性による周波数選択性フェージングの作用を受けた周波数スペクトルを示す。(a)は伝搬路P11の特性h11によるもの、(b)は伝搬路P12の特性h12によるもの、(c)は伝搬路P21の特性h21によるもの、(d)は伝搬路P22の特性h22によるものを示す。例えば、(a)のスペクトルをみると、周波数領域r1,r4,r5,r8では山となっているが、周波数領域r2,r3,r6,r7では減衰によって谷となっている。
図10を用いて、図7のダイバーシティ機構部110の2つの加算器151,152が行う信号変換について説明する。図10は、MIMOシステムの周波数選択性フェージング軽減のための信号変換を示し、直交性の2系統の信号を合成する方法を示す。ここでは、直交性の2系統を、x軸上とy軸上で考える。図10の(A)は、x軸上のベクトル信号V1とベクトル信号V2が、x/y平面上でπ/4回転位置にある(x+y,−x−y)/(x−y,−x+y)平面からはどのように見えるかを示す。図10の(B)は、y軸上のベクトル信号U1とベクトル信号U2が、同じく、(x+y,−x−y)/(x−y,−x+y)平面からはどのように見えるかを示す。それぞれのベクトル信号は以下のようになる。V1=V1a+V1b,V2=V2a+V2b,U1=U1a+U1b,U2=U2a+U2b。
上記のように、実施の形態2によれば、実施の形態1の効果に加え、以下の効果を有する。従来のMIMOシステムの各伝搬路に内在する周波数選択性フェージングによる伝送効率の低下について、実施の形態2の送受信システムでは、ベースバンド部の疑似伝搬路特性の生成および反映のための回路を用いて、送信信号間の和信号および差信号の生成と伝送を行う。受信局側には、それらの信号を復元する回路を設ける。これにより、実施の形態2によれば、アンテナ数に匹敵する周波数選択性フェージングの補完効果を実現でき、さらなる伝送速度高度化に利する。
図11〜図16を用いて、本発明の実施の形態3の送受信方法およびシステムについて説明する。実施の形態3および後述の実施の形態4では、ビームフォーミングに適用する場合を説明する。これらの形態では、ビームフォーミング機能を用いた送受信の際に、複数の疑似伝搬路の信号を、通信用途別に分配できる構成を示す。本発明の実施の形態3,4では、ビームフォーミングにおける疑似伝搬路特性は、実伝搬路特性の測定を必要としない自由な生成(相互相関性の要件の範囲内での自由な生成)が可能である。
実施の形態3では、第5世代移動通信の主役となるビームフォーミング機能についての課題と解決方法を示す。ビームフォーミング機能は、複数のアンテナを用いて各アンテナからの無線信号の振幅や位相を制御することで所望の地点(受信点)に電波ビームの焦点を生成する機能であるが、入力の条件として全アンテナに同一の信号を配する必要がある。そのため、複数のアンテナを個別に利用できるMIMO動作時には同時に複数のデータを伝送できるのに対し、ビームフォーミング時には同時に単一のデータしか送ることができない。
図11は、実施の形態3の送受信方法およびシステムとして、ビームフォーミングシステムの構成を示す。例えば、送信局1は無線基地局等の送信装置であり、受信局2はユーザ端末等の受信装置である。送信局1は、送信側のベースバンド部(図示を省略)内に、複数の疑似伝搬路特性装置301、ビームフォーミング制御回路302、送信アンテナ部303、1基以上の伝搬路特性管理部304、およびビーム制御部305、等を備える。ビームフォーミング制御機能は、ビームフォーミング制御回路302、送信アンテナ部303、およびビーム制御部305によって構成されている。複数の疑似伝搬路特性装置301は、例えば2つの疑似伝搬路特性装置として、疑似伝搬路特性装置301Aおよび疑似伝搬路特性装置301Bを有する。1基以上の伝搬路特性管理部304は、例えば2つの伝搬路特性管理部として、伝搬路特性管理部304Aおよび伝搬路特性管理部304Bを有する。本例では、1台の送信局1内の送信側のベースバンド部内に2つの疑似伝搬路特性装置を備える構成としたが、これに限らず、3つ以上の疑似伝搬路特性装置、および対応する伝搬路特性管理部を備える構成も可能である。
図12を用いて、実施の形態3の送受信方法およびシステムを用いた具体的な利用例およびその効果等について説明する。図12には、実施の形態3の送受信方法およびシステムにおけるビームフォーミング機能の利用例として、CU分離の実現を示す。図12の上側には、ビームフォーミングによるCU分離を示し、下側には、概念のイメージとして、通信回線状態を示す。図12では、送信局1は基地局であり、受信局2はユーザ端末である。送信局1側は、前述の仕組みで、複数のデータ(例えばx個のData#11〜#1x、y個のデータData#21〜Data#2Y)を複数(x+y)の疑似伝搬路に載せて重畳して1つの出力信号D301に合成し、送信アンテナ部303の複数のアンテナA1〜ANからビームフォーミングによる電波群20を送信する。なお、前述の図11の第1送信データ群DAや第2送信データ群DBにおけるデータ数(I,J)は、複数に限定されず、1にすることも可能であり、例えば制御プレーンデータ310を1個としてもよい。用途によるが、例えばユーザプレーンデータ320の並列のデータ数(x)は、制御プレーンデータ310の並列のデータ数(y)よりも多くなることが想定される。
図13は、実施の形態3での複数の疑似遅延プロファイルモデル(対応する疑似伝搬路特性)の生成方法を示す。実施の形態3や後述の実施の形態4では、送信局1または受信局2は、予め設定された遅延プロファイルモデルに基づいて、複数の疑似伝搬路の特性を、複数の送信アンテナと1個以上の受信アンテナとの間の実伝搬路の特性とは独立に生成する。図13の(a),(b),(c),(d)は、相互相関性が低い4個の各モデルを示し、説明上、第1モデル〜第4モデルとする。横軸は正負を持つ時間(t)であり、縦軸は振幅である。図13に示した関数は、実施の形態3で用いる疑似遅延プロファイルの生成に用いる包絡線の例である。いずれも、振幅が1を基準としており、実線で示した部分が遅延波を構成する。この原則に従う関数は、任意の原点に線対称の関数であって、相互に直交性すなわち独立関数性を有する複数の関数である。これらの複数の関数は、複数の疑似伝搬路特性(対応するモデル)として利用できる。これは、ビームフォーミング機能により、実伝搬空間の伝搬路特性は一義的にほぼ完全な導電体状態にあり、疑似遅延プロファイルに課せられる制約が無に等しくなるためである。
疑似遅延プロファイルモデルの数の上限について説明する。疑似遅延プロファイルモデルの数の上限は、疑似遅延プロファイルの時間長が、OFDMのタイム・インターバル、すなわちサイクリック・プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)に十分に収まるという条件から定まる。他方、遅延波を設定する最小遅延波間隔時間は、FFTの時間分解能で定まる。
上記のように、実施の形態3では、ビームフォーミング機能の動作のために、MIMO機能を発揮できない場合においても、疑似伝搬路特性を用いて、複数のデータをほぼ同時に搬送し、伝送の高速化を図ることができる。実施の形態3によれば、送信局側のベースバンド部に疑似伝搬路特性を用いた情報伝送の複数化手段を設け、すなわち、ビームフォーミング時に疑似的なMIMO機能を実現できる。これにより、MIMOシステムがビームフォーミング機能を実施する際にも、ビームフォーミングのための伝送情報の単一化による伝送速度低下に対し、伝送速度高度化に利する。また、実施の形態3によれば、前述のように、ビームに複数の種類のデータを混在して伝送でき、CU分離等の各種の応用が実現できる。
図17、図18を用いて、本発明の実施の形態4の送受信方法およびシステムについて説明する。実施の形態4は、実施の形態3に対する変形例とも言える。実施の形態4では、1つ送信局から複数の受信局へのビームフォーミングに適用した場合を説明する。
第5世代移動通信の主役となるマルチアンテナシステムは、mMIMO(マッシブMIMO)機能を近距離ユーザに対して用い、ビームフォーミング機能を遠距離ユーザに対して用いるとされる。これは、通信高速化のために利用周波数を高める上で、セル(無線通信エリア)の端での受信電力低下を補う役割があるとされる。しかし、ビームフォーミングを担う電波放射角を狭くしても、その半径方向の距離が増大すれば、ビームが形成する焦点エリアの面積は確実に増大する。
図17は、実施の形態4の送受信方法およびシステムとして、ビームフォーミングシステムの構成を示す。この構成は、実施の形態3の構成(図11)と異なる部分として、ビームの焦点(焦点エリア)3内において受信局2(ユーザ端末)側が複数となること、および、送信局1側の通信路NW41および通信路NW42を独立に機能させる自由度を持たせていること、がある。例えば、送信局1は、無線基地局等の送信装置であり、受信局2A,2Bは、ユーザ端末等の受信装置である。例えば受信局2Aを第1ユーザ端末、受信局2Bを第2ユーザ端末とする。これらの受信装置群は、ビームフォーミングによる焦点(焦点エリア)3の中で共存する。
図18を用いて、実施の形態4の送受信方法およびシステムを用いた具体的な利用例およびその効果等について説明する。図18には、実施の形態4の送受信方法およびシステムにおけるビームフォーミング機能の利用例として、ビームフォーミング時におけるマルチユーザ通信(言い換えるとマルチアクセス方式)の実現を示す。図18は、1つの基地局である送信局1のビームフォーミングの焦点エリア3に、4人のユーザ(加入者)の4台のユーザ端末である受信局2A,2B,2C,2Dが共存する場合を示している。さらに、この4人のユーザは、基幹通信事業者Aのユーザ以外に、複数のMVNO(仮想通信事業者)のユーザを含む場合を示す。そのMVNOは、この基地局(送信局1)を管理する基幹通信事業者Aからネットワークを借り受けてサービスをしているとする。本例では、受信局2Aは、基幹通信事業者AのユーザU1のユーザ端末であり、受信局2Bは、MVNO通信事業者BのユーザU2のユーザ端末であり、受信局2Cは、MVNO通信事業者CのユーザU3のユーザ端末であり、受信局2Dは、MVNO通信事業者DのユーザU4のユーザ端末である。送信局1の送信対象の複数のデータとして、例えばData#Aは基幹事業者Aのネットワーク461のユーザ端末2A宛先のデータであり、Data#BはMVNO事業者Bのネットワーク462からのユーザ端末2B宛先のデータであり、Data#CはMVNO事業者Cのネットワーク463のユーザ端末2C宛先のデータであり、Data#DはMVNO事業者Dのネットワーク464のユーザ端末2D宛先のデータである。
上記のように、実施の形態4によれば、ビームに複数の種類のデータを混在して伝送でき、マルチユーザ通信等の各種の応用が実現できる。実施の形態4によれば、ビームフォーミングの焦点面積の限界および多ユーザ環境への対応が可能となる。従来のビームフォーミングでは、焦点エリア3を小さくすることには限界があり、高密度にユーザが集まった環境で単独の受信局のみに焦点を結ぶことは難しい。それに対し、実施の形態4によれば、焦点エリア3内の複数の受信局2に対し同時にアクセスが可能となる。例えば、送信局1(伝搬路特性管理部404)は、焦点エリア3内に同時に居ると想定される受信局数に応じた複数のモデルを予め用意しておき、受信局2(伝搬路特性管理部409)毎にそれぞれの異なるモデルを設定する。これにより、上記のようなマルチアクセスが可能となる。
実施の形態3や実施の形態4の変形例として以下も可能である。前述の送信対象データは、必要な速度や信頼性等の観点で種類が異なるデータとして、少なくとも2種類のデータとして、第1データ(例えば第1送信データ群)と第2データ(例えば第2送信データ群)とを有する。送信局1および受信局2は、ビームを送受信する際の複数の疑似伝搬路の特性のうち、第1グループの複数の疑似伝搬路を、第1データを伝送するための第1通信回線に使用し、第2グループの別の複数の疑似伝搬路を、第2データを伝送するための第2通信回線に使用するように制御する。前述(図13等)のように、複数のモデルには、モデル間の相互相関性に高低の度合いがあり得る。この変形例では、複数の疑似伝搬路の特性(対応する複数のモデル)は、相互相関性の度合いに応じて、例えば、第1グループと、第1グループよりも相互相関性が高い第2グループとに分類される。送信局1および受信局2は、第1データが第2データよりも高信頼性を要求される種類のデータ(例えば制御プレーンデータ)である場合、第1データに第1グループを割り当て、第2データに第2グループを割り当てるように制御する。これにより、第1データの伝送は、第2データの伝送に比べてより高い信頼性が確保され得る。
実施の形態3および実施の形態4の変形例として、さらに以下も可能である。図19は、変形例の構成を示し、受信局2の図示を省略する。送信局1および受信局2は、上位制御によって、用途(例えば前述のCU分離やマルチアクセス通信等)に応じて、ビームフォーミング時の複数の通信回線を利用するように、切り替えや割り当て等の設定や制御を行うことができる。言い換えると、送信局1内および受信局2内には、各種の用途に利用できるように汎用的な構成の回路(前述の疑似伝搬路特性装置等)を含み、上位からの制御によって、用途に応じて、その回路に、前述の通信回線やモデルを設定することができる。上位制御は、例えば送信局1内の上位層、例えばCPU等のプロセッサ、またはベースバンド部内または外の専用回路による制御としてもよいし、送信局1の外部の他の基地局等の装置からの制御としてもよい。
図20は、各実施の形態に関する補足として、図1の疑似伝搬路特性装置101等における疑似伝搬路の実装例を示す。図20の疑似伝搬路は、FIR(Finite Impulse Response)フィルタで実装した構成例を示す。前述の図13のような疑似遅延プロファイルモデルの情報に基づいて、図20のようなフィルタ回路が構成可能である。図13では主波および遅延波の数は9であるが、ここでは説明のため、主波および遅延波2波の3波の場合で説明する。図20のFIRフィルタ回路において、入力D160は、第1乗算器1611において第1係数入力a1で乗算される。また、入力D160は、第1遅延器1601で所定の遅延が施されて、第1遅延信号D161となる。第1遅延信号D161は、第2乗算器1612で第2係数入力a2で乗算され、また、第2遅延器1602で遅延が施されて、第2遅延信号D162となる。第2遅延信号D162は、第3乗算器1613で第3係数入力a3で乗算される。すべての乗算器の出力は、加算器1620で加算され、出力D163となる。なお、FIRフィルタは、Z変換を用いて、H(z)=1+1/2z+1/4z2で表すことができる。H(z)は伝搬路特性関数である。zは、z=ejωTで表される。Tは単位遅延時間である。ωは角周波数である。上記のように、疑似伝搬路は、電子回路で実装でき、十分に高速な処理が可能である。
以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また以上の記述では、基地局側がSRS信号を送信し、端末側で実伝搬路特性を測定する例としたが、これは主にFDDの場合であって、TDDの場合には上り下りの周波数は同一のため、SRS信号を端末側で送信し基地局側で受信することも可能である。これにより、CSI(Channel State Information)の提供を不要とすることも可能である。また以上の記述では、ビームフォーミング機能のためのマルチアンテナを有する側が送信を行う形態としたが、マルチアンテナを有する側が受信を行う形態も同様に可能であり、前述の送受の形態を入れ替えることも可能である。
Claims (12)
- 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、受信アンテナを持つ受信装置との間でデータを送受信する送受信方法であって、
前記送信装置または前記受信装置が、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の複数の実伝搬路の特性に基づいて、前記複数の実伝搬路の特性に対し周波数特性が近似できる程度に類似する特性である複数の疑似伝搬路の特性を生成する生成ステップと、
前記送信装置が、並列かつ独立の複数のデータに前記複数の疑似伝搬路の特性を反映して1つ以上の送信データを作成し、前記複数の送信アンテナから電波として送信する送信ステップと、
前記受信装置が、前記受信アンテナで電波として受信した1つ以上の受信データから、前記複数の疑似伝搬路の特性に基づいて、前記複数のデータを抽出する受信ステップと、
を有し、
前記送信装置は、MIMO送信機能を有し、
前記受信装置は、前記受信アンテナとして複数の受信アンテナを持ち、MIMO受信機能を有し、
前記生成ステップは、前記送信装置または前記受信装置が、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間の対角線上の伝搬路を含む複数の実伝搬路の特性に基づいて、前記複数の疑似伝搬路の特性を生成するステップであり、
前記対角線上の伝搬路は、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間で一対一で対向する伝搬路以外の伝搬路であり、
前記送信ステップは、前記送信装置が、前記複数のデータに前記複数の疑似伝搬路の特性を反映して並列かつ独立の複数の送信データを作成し、前記MIMO送信機能を用いて前記複数の送信アンテナから電波として送信するステップであり、
前記受信ステップは、前記受信装置が、前記複数の受信アンテナで電波として受信した信号から前記MIMO受信機能を用いて複数の受信データを作成し、前記複数の受信データから前記複数の疑似伝搬路の特性に基づいて前記複数のデータを抽出するステップである、
送受信方法。 - 請求項1記載の送受信方法において、
前記送信ステップは、前記送信装置が、前記MIMO送信機能を用いて作成した複数の送信データにおける2つの送信データから和信号および差信号を作成し、前記複数の送信アンテナにおける2つの送信アンテナから電波として送信するステップを含み、
前記和信号は、前記2つの送信データをSA1、SA2とした場合に、SA1+SA2という和をとった信号であり、前記差信号は、SA1−SA2という差をとった信号であり、
前記受信ステップは、前記受信装置が、前記複数の受信アンテナにおける2つの受信アンテナで電波として受信した信号から、前記MIMO受信機能を用いて複数の受信データにおける2つの受信データにおいて前記和信号および前記差信号を抽出するステップを含む、
送受信方法。 - 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、1個以上の受信アンテナを持つ受信装置との間でデータを送受信する送受信方法であって、
前記送信装置は、前記複数の送信アンテナを含むビームフォーミング送信機能と、前記ビームフォーミング送信機能よりも前に配置された前置装置とを有し、
前記受信装置は、前記受信アンテナを含むビームフォーミング受信機能と、前記ビームフォーミング受信機能よりも後に配置された後置装置とを有し、
前記送信装置または前記受信装置が、前記送信装置と前記受信装置との間で、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の実伝搬路の特性の測定用の信号を送受信することで、前記実伝搬路の特性の測定値を取得し、前記送信装置が、前記実伝搬路の特性の測定値を用いて、前記実伝搬路の特性による周波数選択性フェージングを低減して前記受信装置にビームの焦点を合わせるように前記ビームフォーミング送信機能を設定する設定ステップと、
前記送信装置の前記前置装置または前記受信装置の前記後置装置が、前記設定ステップで得られた前記実伝搬路の特性とは独立に、相互相関性が低い複数の疑似伝搬路の特性を生成し、生成した複数の疑似伝搬路の特性の情報を前記送信装置と前記受信装置との間で共有する生成ステップと、
前記送信装置の前記前置装置が、種類が異なる複数のデータ群として少なくとも第1データ群と第2データ群とを含む、送信対象である並列かつ独立の複数のデータにおける各データを、前記複数の疑似伝搬路の特性における各特性に対応する疑似伝搬路に個別に載せた複数の出力を生成し、前記複数の出力の合成によって1つの送信データを作成する作成ステップと、
前記送信装置が、前記1つの送信データの入力に基づいて前記ビームフォーミング送信機能によって前記複数の送信アンテナからビームを構成する電波群を送信する送信ステップと、
前記受信装置が、前記ビームの状態で到来した電波群から、前記受信アンテナを含む前記ビームフォーミング受信機能によって信号を受信する受信ステップと、
前記受信装置の前記後置装置が、前記受信した信号から、前記複数の疑似伝搬路の特性の情報に基づいて、前記複数の疑似伝搬路の特性に載せられた前記種類が異なる複数のデータ群を含む前記並列かつ独立の複数のデータに対応する複数のデータを抽出する抽出ステップと、
を有し、
前記種類が異なる複数のデータ群は、プロトコルスタック上の異なるプレーン、異なるベアラ、異なるチャネル、異なるスライス、異なる帯域制御サービス種別、または、緊急度の異なる通信におけるデータ群である、あるいは、制御・管理系の信号とアプリケーション系の信号とのデータ群である、
送受信方法。 - 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、1個以上の受信アンテナを持つ複数の受信装置のそれぞれの受信装置との間でデータを送受信する送受信方法であって、
前記送信装置は、前記複数の送信アンテナを含むビームフォーミング送信機能と、前記ビームフォーミング送信機能よりも前に配置された前置装置とを有し、
前記受信装置の各々は、前記受信アンテナを含むビームフォーミング受信機能と、前記ビームフォーミング受信機能よりも後に配置された後置装置とを有し、
前記送信装置からのビームの焦点エリアに前記複数の受信装置が含まれる場合に、
前記送信装置または前記複数の受信装置のうち1つ以上の受信装置が、前記送信装置と前記受信装置との間で、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の実伝搬路の特性の測定用の信号を送受信することで、前記実伝搬路の特性の測定値を取得し、前記送信装置が、前記実伝搬路の特性の測定値を用いて、前記実伝搬路の特性による周波数選択性フェージングを低減して前記受信装置にビームの焦点を合わせるように前記ビームフォーミング送信機能を設定する設定ステップと、
前記送信装置または前記複数の受信装置の各々が、前記設定ステップで得られた前記実伝搬路の特性とは独立に、相互相関性が低い複数の疑似伝搬路の特性を生成し、生成した複数の疑似伝搬路の特性の情報を前記送信装置と前記複数の受信装置との間で共有する生成ステップと、
前記送信装置の前記前置装置が、通信相手である受信装置が異なる複数のデータ群として少なくとも第1データ群と第2データ群とを含む、前記複数の受信装置に対する送信対象である並列かつ独立の複数のデータにおける各データを、前記複数の疑似伝搬路の特性における各特性に対応する疑似伝搬路に個別に載せた複数の出力を生成し、前記複数の出力の合成によって1つの送信データを作成する作成ステップと、
前記送信装置が、前記1つの送信データの入力に基づいて前記ビームフォーミング送信機能によって前記複数の送信アンテナからビームを構成する電波群を送信する送信ステップと、
前記受信装置の各々が、前記ビームの状態で到来した電波群から、前記受信アンテナを含む前記ビームフォーミング受信機能によって信号を受信する受信ステップと、
前記受信装置の各々における前記後置装置が、前記受信した信号から、前記複数の疑似伝搬路の特性のうちの自機に関する複数の疑似伝搬路の特性の情報に基づいて、前記自機に関する複数の疑似伝搬路の特性に載せられた自機宛先のデータ群に対応する複数のデータを抽出する抽出ステップと、
を有する、
送受信方法。 - 請求項1または2に記載の送受信方法において、
前記複数の疑似伝搬路の特性は、前記複数の実伝搬路の特性における相互相関性よりも低い相互相関性を持つ、
送受信方法。 - 請求項1または2に記載の送受信方法において、
前記複数の疑似伝搬路の特性は、前記複数の実伝搬路の特性の測定結果を用いて、特徴部分をモデル化し、モデル間の相互相関性を低くする変形を施した特性である、
送受信方法。 - 請求項3または4に記載の送受信方法において、
前記生成ステップは、前記送信装置または前記受信装置が、相互に直交性を有する任意の複数の関数で構成された、予め設定された遅延プロファイルモデルに基づいて、前記複数の疑似伝搬路の特性を生成するステップである、
送受信方法。 - 請求項7に記載の送受信方法において、
前記生成ステップは、前記送信装置または前記受信装置が、前記予め設定された遅延プロファイルモデルに基づいて、主波を軸に対称に配置し、前記主波と複数個の遅延波を、等しい時間間隔、または前記主波から時間軸上で関数を以て差を設けた時間間隔、または概ねランダムの時間間隔で配置し、前記主波と前記複数個の遅延波の各波の強度を複数の時間軸対称の関数の包絡線で管理した複数のモデルを、前記複数の疑似伝搬路の特性に対応する複数の遅延プロファイルモデルとして生成するステップである、
送受信方法。 - 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、受信アンテナを持つ受信装置との間でデータを送受信する送受信システムであって、
前記送信装置または前記受信装置は、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の複数の実伝搬路の特性に基づいて、前記複数の実伝搬路の特性に対し周波数特性が近似できる程度に類似する特性である複数の疑似伝搬路の特性を生成し、
前記送信装置は、並列かつ独立の複数のデータに前記複数の疑似伝搬路の特性を反映して1つ以上の送信データを作成し、前記複数の送信アンテナから電波として送信し、
前記受信装置は、前記受信アンテナで電波として受信した1つ以上の受信データから、前記複数の疑似伝搬路の特性に基づいて、前記複数のデータを抽出し、
前記送信装置は、MIMO送信機能を有し、
前記受信装置は、前記受信アンテナとして複数の受信アンテナを持ち、MIMO受信機能を有し、
前記送信装置または前記受信装置は、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間の対角線上の伝搬路を含む複数の実伝搬路の特性に基づいて、前記複数の疑似伝搬路の特性を生成し、
前記対角線上の伝搬路は、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間で一対一で対向する伝搬路以外の伝搬路であり、
前記送信装置は、前記複数のデータに前記複数の疑似伝搬路の特性を反映して並列かつ独立の複数の送信データを作成し、前記MIMO送信機能を用いて前記複数の送信アンテナから電波として送信し、
前記受信装置は、前記複数の受信アンテナで電波として受信した信号から前記MIMO受信機能を用いて複数の受信データを作成し、前記複数の受信データから前記複数の疑似伝搬路の特性に基づいて前記複数のデータを抽出する、
送受信システム。 - 請求項9記載の送受信システムにおいて、
前記送信装置は、前記MIMO送信機能を用いて作成した複数の送信データにおける2つの送信データから和信号および差信号を作成し、前記複数の送信アンテナにおける2つの送信アンテナから電波として送信し、
前記和信号は、前記2つの送信データをSA1、SA2とした場合に、SA1+SA2という和をとった信号であり、前記差信号は、SA1−SA2という差をとった信号であり、
前記受信装置は、前記複数の受信アンテナにおける2つの受信アンテナで電波として受信した信号から、前記MIMO受信機能を用いて複数の受信データにおける2つの受信データにおいて前記和信号および前記差信号を抽出する、
送受信システム。 - 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、1個以上の受信アンテナを持つ受信装置との間でデータを送受信する送受信システムであって、
前記送信装置は、前記複数の送信アンテナを含むビームフォーミング送信機能と、前記ビームフォーミング送信機能よりも前に配置された前置装置とを有し、
前記受信装置は、前記受信アンテナを含むビームフォーミング受信機能と、前記ビームフォーミング受信機能よりも後に配置された後置装置とを有し、
前記送信装置または前記受信装置は、前記送信装置と前記受信装置との間で、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の実伝搬路の特性の測定用の信号を送受信することで、前記実伝搬路の特性の測定値を取得し、前記送信装置は、前記実伝搬路の特性の測定値を用いて、前記実伝搬路の特性による周波数選択性フェージングを低減して前記受信装置にビームの焦点を合わせるように前記ビームフォーミング送信機能を設定し、
前記送信装置または前記受信装置は、前記設定で得られた前記実伝搬路の特性とは独立に、相互相関性が低い複数の疑似伝搬路の特性を生成し、生成した複数の疑似伝搬路の特性の情報を前記送信装置と前記受信装置との間で共有し、
前記送信装置の前記前置装置は、種類が異なる複数のデータ群として少なくとも第1データ群と第2データ群とを含む、送信対象である並列かつ独立の複数のデータにおける各データを、前記複数の疑似伝搬路の特性における各特性に対応する疑似伝搬路に個別に載せた複数の出力を生成し、前記複数の出力の合成によって1つの送信データを作成し、
前記送信装置は、前記1つの送信データの入力に基づいて前記ビームフォーミング送信機能によって前記複数の送信アンテナからビームを構成する電波群を送信し、
前記受信装置は、前記ビームの状態で到来した電波群から、前記受信アンテナを含む前記ビームフォーミング受信機能によって信号を受信し、
前記受信装置の前記後置装置は、前記受信した信号から、前記複数の疑似伝搬路の特性の情報に基づいて、前記複数の疑似伝搬路の特性に載せられた前記種類が異なる複数のデータ群を含む前記並列かつ独立の複数のデータに対応する複数のデータを抽出し、
前記種類が異なる複数のデータ群は、プロトコルスタック上の異なるプレーン、異なるベアラ、異なるチャネル、異なるスライス、異なる帯域制御サービス種別、または、緊急度の異なる通信におけるデータ群である、あるいは、制御・管理系の信号とアプリケーション系の信号とのデータ群である、
送受信システム。 - 複数の送信アンテナを持つ送信装置と、1個以上の受信アンテナを持つ複数の受信装置のそれぞれの受信装置との間でデータを送受信する送受信システムであって、
前記送信装置は、前記複数の送信アンテナを含むビームフォーミング送信機能と、前記ビームフォーミング送信機能よりも前に配置された前置装置とを有し、
前記受信装置は、前記受信アンテナを含むビームフォーミング受信機能と、前記ビームフォーミング受信機能よりも後に配置された後置装置とを有し、
前記送信装置からのビームの焦点エリアに前記複数の受信装置が含まれる場合に、
前記送信装置または前記複数の受信装置の1つ以上の受信装置が、前記送信装置と前記受信装置との間で、前記複数の送信アンテナと前記受信アンテナとの間の実伝搬路の特性の測定用の信号を送受信することで、前記実伝搬路の特性の測定値を取得し、前記送信装置が、前記実伝搬路の特性の測定値を用いて、前記実伝搬路の特性による周波数選択性フェージングを低減して前記受信装置に焦点を合わせるように前記ビームフォーミング送信機能を設定し、
前記送信装置または前記複数の受信装置の各々は、前記設定で得られた前記実伝搬路の特性とは独立に、相互相関性が低い複数の疑似伝搬路の特性を生成し、生成した複数の疑似伝搬路の特性の情報を前記送信装置と前記複数の受信装置との間で共有し、
前記送信装置の前記前置装置は、通信相手である受信装置が異なる複数のデータ群として少なくとも第1データ群と第2データ群とを含む、前記複数の受信装置に対する送信対象である並列かつ独立の複数のデータにおける各データを、前記複数の疑似伝搬路の特性における各特性に対応する疑似伝搬路に個別に載せた複数の出力を生成し、前記複数の出力の合成によって1つの送信データを作成し、
前記送信装置は、前記1つの送信データの入力に基づいて前記ビームフォーミング送信機能によって前記複数の送信アンテナからビームを構成する電波群を送信し、
前記受信装置の各々は、前記ビームの状態で到来した電波群から、前記受信アンテナを含む前記ビームフォーミング受信機能によって信号を受信し、
前記受信装置の各々における前記後置装置は、前記受信した信号から、前記複数の疑似伝搬路の特性のうちの自機に関する複数の疑似伝搬路の特性の情報に基づいて、前記自機に関する複数の疑似伝搬路の特性に載せられた自機宛先のデータ群に対応する複数のデータを抽出する、
送受信システム。
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