無線通信システム、送信装置、通信方法及び送信方法
【課題】信号を中継する中継装置が復調して中継を行った場合であっても、良好な伝送特性を得る事の出来るMIMO伝送を行う無線通信システム等を提供すること。
【解決手段】送信装置と、中継装置と、受信装置とを含む通信システムであって、送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信し、中継装置は、送信装置からストリームの一部を受信して復調し、復調された無線フレームを再構成して受信装置に送信し、受信装置は、送信装置から送信されたストリームと、中継装置から送信されたが前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする。
【解決手段】送信装置と、中継装置と、受信装置とを含む通信システムであって、送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信し、中継装置は、送信装置からストリームの一部を受信して復調し、復調された無線フレームを再構成して受信装置に送信し、受信装置は、送信装置から送信されたストリームと、中継装置から送信されたが前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMO通信が可能な無線通信システム等に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、無線通信の分野では、高速伝送を実現する技術として、複数の送受信アンテナを用いて、複数の独立した送信信号を、同じ周波数、同一タイミングで無線送信装置から無線受信装置に送信することにより、周波数帯域幅を広げずに伝送レートを増大できるMIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送が注目されている。
【0003】
しかしながら、MIMO伝送で良好な受信特性を得るためには、送信装置と受信装置の間に建物などの散乱体が多く、様々な経路を経て受信する環境のような、空間相関が低い必要がある。空間相関が高い場合は、空間多重されたMIMO信号を分離するのが難しくなるため、伝送特性が大幅に劣化してしまう問題がある。
【0004】
このような課題に対して、例えば特許文献1では、図11に示しているように、複数のアンテナを備える送信装置5001から送信された信号を、複数の中継装置5002−1〜5002−2を経由して、複数のアンテナを備える受信装置5003で受信する技術が開示されている。これは複数の中継装置を散乱体とみなすことで、空間相関の小さいMIMO伝送技術を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−198442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した特許文献1では、中継装置はMIMO信号の分離を行わず、受信した信号を中継しているだけである。一方で、Decode−and−Forward型のリレーのように中継装置で復調や誤り訂正復号した後、無線フレームを再構成して中継する場合、中継装置でMIMO分離をする必要がある。このとき、中継装置が備えるアンテナ数が送信装置で空間多重されたストリーム数よりも少ない場合や、送信装置と中継装置との間の空間相関が高い場合は、中継装置でのMIMO分離が困難になってしまい、伝送特性が劣化してしまうという問題があった。
【0007】
上述した課題に鑑み、本発明が目的とするところは、信号を中継する中継装置が復調して中継を行った場合であっても、良好な伝送特性を得る事の出来るMIMO伝送を行う無線通信システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題に鑑み、本発明の無線通信システムは、
送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMOが通信可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
送信装置が送信したストリームの一部を受信する中継受信部と、
前記受信されたストリームを復調する復調部と、
前記復調されたストリームから無線フレームを再構成する再構成部と、
前記再構成された無線フレームを受信装置に送信する中継送信部と、
を備え、
前記受信装置は、前記送信装置から送信されたストリームと、前記中継装置から送信されたストリームとを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置に送信するストリーム数は1であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、
前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームが送信されるようにプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームを送信することを特徴とする。
【0011】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記中継装置は、中継受信部により受信されたストリームに対してMIMO分離を行うMIMO分離部を更に備えることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、受信時の時間周波数リソースとは異なる時間周波数リソースに受信したストリームを割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、受信したストリームをそれぞれ異なる時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、各再構成部のうち少なくとも2つは、受信したストリームを同じ時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記受信装置は、前記送信装置が受信装置宛に送信したストリーム数よりも少ないストリーム数のMIMO分離を行うことを特徴とする。
【0016】
本発明の送信装置は、少なくとも1つの中継装置と、受信装置とに送信する送信装置であって、前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部を備えることを特徴とする。
【0017】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、前記中継装置の各々と前記受信装置が互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0018】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、線形重みを用いてプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0019】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、予めストリーム間干渉を除去するプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0020】
また、本発明の送信装置は、前記報告情報に基づいて、前記中継装置の各々と前記受信装置に送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を備えることを特徴とする。
【0021】
本発明の通信方法は、送信装置と、中継装置と、受信装置とを用いる通信方法であって、
前記送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置の複数に送信し、
前記中継装置は、受信信号に対して少なくとも復調して無線フレームを再構成して送信し、
前記受信装置は、前記送信装置が前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする。
【0022】
本発明の送信方法は、少なくとも1つの中継装置と受信装置に送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング過程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、中継装置には送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数で送信するようにすることで、中継装置における復調性能を向上させ、伝送特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第1実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図2】第1実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図3】第1実施形態における中継装置の機能構成を説明するための図である。
【図4】第1実施形態における中継装置の機能構成を説明するための図である。
【図5】第1実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図6】第1実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図7】第2実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図8】第2実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図9】第2実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図10】第2実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図11】従来技術における無線通信システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
[1.第1実施形態]
まず、第1実施形態について説明する。
【0026】
[1.1 システム構成]
図1は本実施形態における無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置101、中継装置102−1、102−2、受信装置103を備える。送信装置101、受信装置103はそれぞれ複数のアンテナを備えている。また、中継装置102−1〜102−2は1本以上のアンテナ数を備えている。なお、特に断ることがない限り、中継装置は復調、復号して、無線フレームを再構成して送信する場合を説明するが、本実施形態はこれに限らず、例えば中継装置で受信した信号を増幅して再送信する場合も含まれる。
【0027】
送信装置101は、中継装置102−1に向けて送信するストリームと、中継装置102−2に向けて送信するストリームとを分けて送信する。ここで、ストリームとは、送信装置が空間多重する独立な信号系列を表す。例えば、送信装置101がS=[x1 x2 x3 x4]Tというそれぞれ独立なストリームを送信するとする。ここでTは行列の転置を表す。
【0028】
本実施形態の送信装置101は送信処理を行って中継装置ごとに異なるストリームを送信する。例えば、4つのストリームのうち中継装置102−1にはS1=[x1]T、中継装置102−2にはS2=[x2 x3 x4]Tを送信するものとする。
【0029】
中継装置102−1、102−2はそれぞれS1、S2を中継することになる。このとき、中継装置101では、1つのストリームx1を受信するので、中継装置でMIMO分離の必要がなくなるため、中継装置102−1における受信アンテナ数や送信装置101と中継装置102−1との間の空間相関に関わらず、良好な受信性能が得られる。
【0030】
一方、中継装置102−2では3ストリームを受信するので、復調する場合には3ストリームのMIMO分離が必要となる。送信装置101が送信処理を行わず、Sを送信した場合は、中継装置102−1、102−2では4ストリームの中継をすることになる。4ストリームを分離するよりも、3ストリームを分離する方が、MIMO分離は容易であるため、中継装置102−2のMIMO分離性能は向上する。
【0031】
[1.2 各装置構成]
続いて、無線通信システムに含まれる各装置構成について、図を用いて説明する。
【0032】
[1.2.1 送信装置]
まず、送信装置10の構成について、図2を用いて説明する。図2は本実施形態の送信装置101の構成を示すブロック図である。送信装置101は、符号部201−1〜201−4と、変調部202−1〜202−4と、マッピング部203−1〜203−4と、パイロット生成部204と、プレコーディング部205と、IFFT(逆フーリエ変換:Inverse Fast Fourier Transform)部206−1〜206−4と、GI(ガードインターバル:Guard Interval)挿入部207−1〜207−4と、無線送信部208−1〜208−4と、送信アンテナ209−1〜209−4とを備える。
【0033】
なお、本実施形態では、ストリーム数と送信アンテナ数とを共に4としているが、当然、異なってもよい。
【0034】
送信装置101では、送信ビットは符号部201−1〜201−4で畳込み符号、ターボ符号、LDPC(低密度パリティ検査符号:Low Density Parity Check)符号などの誤り訂正符号を用いて符号化され、符号化ビットは変調部202−1〜202−4でQPSK(4位相偏移変調:Quadrature Phase Shift Keying)やQAM(直交振幅変調:Quadrature Amplitude Modulation)などの変調シンボルにマッピングされる。
【0035】
変調シンボルは、パイロット生成部204で生成されたパイロット信号と共に、割り当て部203−1〜203−4で時間、周波数で定義されたリソースに割り当てられる。プレコーディング部205は、各中継装置にそれぞれ異なるストリームを送信できるように、中継装置又は受信装置からの報告情報に基づいたプレコーディングを行う。プレコーディング後の信号はIFFT部206−1〜206−4で周波数時間変換され、GI挿入部207−1〜207−4でガードインターバルが挿入され、無線送信部208−1〜208−4で波形整形、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ209−1〜209−4から送信される。
【0036】
プレコーディング部205の処理の詳細を説明する。ここでは、中継装置からの報告情報として、送信装置と各中継装置との間のチャネルがフィードバックされたものとして説明する。また、送信装置101が備える送信アンテナ数を4本、中継装置102−1が備える送信用、受信用アンテナ数をそれぞれ1本、中継装置102−2が備える送信用、受信用アンテナ数をそれぞれ3本として説明する。
【0037】
送信装置101と中継装置102−1との間のチャネルをH1、送信装置101と中継装置102−2との間のチャネルをH2とすると、H1は1行4列の行列、H2は3行4列の行列となる。まずH1とH2を特異値分解(Singular Value Decomposition)する。
【数1】
【数2】
【0038】
ただし、U1は1行1列のユニタリ行列、D1は特異値を対角要素に持つ1行4列の対角行列、V1は4行4列のユニタリ行列、U2は3行3列のユニタリ行列、D2は特異値を対角要素に持つ3行4列の対角行列、V2は4行4列のユニタリ行列を表している。プレコーディングで用いる送信重みを次のようにする。
【数3】
【数4】
【数5】
【0039】
ただし,W1は中継装置102−1に対する重み、W2は中継装置102−2に対する重みである。またv2,4はV2の4次元の第4列ベクトル,v1,2、v1,3、v1,4はそれぞれV1の4次元の第2列ベクトル、V1の4次元の第3列ベクトル、V1の4次元の第4列ベクトルを表している。
【0040】
送信重みWを用いた場合、送信装置101と中継装置102−1、102−2との間の等価チャネルは次のようにブロック対角化される。
【数6】
【0041】
なお、H1W1は1行1列の行列、H2W2は3行3列の行列となる。送信装置101よりS=[S1 S2]を送信するとする。なお、S1=[x1]、S2=[x2 x3 x4]である。中継装置102−1、102−2における受信信号をそれぞれY1、Y2とすると、Y1、Y2は次のようになる。
【数7】
【0042】
従って、送信装置101で送信したストリームのうち、S1は中継装置102−1で中継され、S2は中継装置102−2で中継されるようになる。なお、ブロック対角化した後に送信装置101と中継装置102−1、送信装置101と中継装置102−2で固有モード伝送を行うこともできる。
【0043】
[1.2.2 中継装置]
続いて中継装置の処理を説明する。図3は中継装置102−1の構成を示すブロック図である。中継装置102−1は受信アンテナ301と、無線受信部302と、GI除去部303と、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)部304と、伝搬路推定部305と、報告情報生成部306と、復調部307と、復号部308と、再構成部309と、IFFT部310と、GI挿入部311と、無線送信部312と、送信アンテナ313とで構成される。
【0044】
受信アンテナ301で受信した受信信号は、無線受信部302で無線周波数からベースバンドへの変換やA/D変換される。そして、GI除去部303でガードインターバルが除去され、FFT部304で時間周波数変換される。伝搬路推定部305は、パイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を報告情報生成部306及び復調部307に送信する。
【0045】
報告情報生成部306は送信装置への報告情報を生成する。報告情報には、送信装置との間のチャネルを示す情報、プレコーディングで用いる重みを示す情報等がある。
【0046】
復調部307はFFT後の信号と伝搬路推定結果を用いて復調処理を行い、符号化ビットLLR(対数尤度比:Log Likelihood Ratio)を算出する。
【0047】
そして、算出された符号化ビットLLRに対して復号部308で誤り訂正復号が行われる。また、再構成部309は、復号部308復号された送信ビットから、再符号化、再変調、再割り当てを行い、無線フレームを再構成する。再符号化、再変調、再割り当てはそれぞれ送信装置101で行われた符号化、変調、割り当てと同じであっても良いし、異なっていても良い。
【0048】
中継装置102−1で割り当てを変更する場合、どのリソースに割り当てるかを示す制御情報は、送信装置101から送信されても良いし、中継装置102−1で付加してもよい。
【0049】
再構成された無線フレームはIFFT部310で周波数時間変換され、GI挿入部311でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部312でD/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ313から送信される。
【0050】
図4は中継装置102−2の構成を示すブロック図である。中継装置102−2は、受信アンテナ401−1〜401−3と、無線受信部402−1〜402−3と、GI除去部403−1〜403−3と、FFT部404−1〜404−3と、伝搬路推定部405と、報告情報生成部406と、MIMO分離部407と、復号部408−1〜408−3と、再構成部409−1〜409−3と、IFFT部410−1〜410−3と、GI挿入部411−1〜411−3と、無線送信部412−1〜412−3と、送信アンテナ413−1〜413−3とを備えて構成される。
【0051】
受信アンテナ401−1〜401−3で受信された受信信号は、無線受信部402−1〜402−3で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部403−1〜403−3でガードインターバル(GI)の除去が行われ、FFT部404−1〜404−3で時間周波数変換が行われる。
【0052】
伝搬路推定部405はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝送路推定値が報告情報生成部406やMIMO分離部407に入力される。報告情報生成部406は伝搬路推定値から送信装置101へフィードバックされる報告情報を生成する。
【0053】
MIMO分離部407は、FFT後の信号と伝搬路推定値とに基づいてMIMO信号の分離を行って符号化ビットLLRを生成する。MIMO分離には、MMSE(最小平均2乗誤差:Minimum Mean Square Error)検出、MLD(最尤検出:Maximum Likelihood Detection)や干渉キャンセラなどの手法を用いて行うことができる。例えばMMSE検出は、S2を送信した第kサブキャリアのチャネル行列をH(k)としたとき、次式の重みM(k)、
【数8】
又は、
【数9】
を用いてMIMO分離を行った後、復調により符号化ビットLLRを算出する。
【0054】
なお、σn2は雑音電力、Iは単位行列を表す。またMLDは、次のように符号化ビットLLRを算出する。
【数10】
【0055】
ただし、λ(bt,q)は、中継装置102−2に向けて送信したうちの第t送信ストリームの第qビットbt,qのLLRを表している。β+はS(k)を構成し得るビット系列のうちbt,q=0(又は+1)となる系列、β−はS(k)を構成し得るビット系列のうちbt,q=1(又は−1)となる系列を表している。R(k)は、中継装置102−2で受信した信号の第kサブキャリア信号、S(k)はS2の第kサブキャリア信号を表している。
【0056】
MIMO分離によって得られた符号化ビットLLRは復号部408−1〜408−3で誤り訂正復号される。復号の結果として得られた送信ビットは再構成部409−1〜409−3で、再符号化、再変調、再割り当てが行われ無線フレームが再構成される。再割り当ては、受信したリソースと同じでも良いし、異なっても良い。また、複数ストリームで同じリソースに行っても良いし、ストリーム毎に異なっていても良い。
【0057】
そして、IFFT部410−1〜410−3で周波数時間変換され、GI挿入部411−1〜411−3でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部412−1〜412−3で波形整形、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ413−1〜413−3から送信される。
【0058】
中継装置102−1と中継装置102−2が同じリソースに再割り当てを行った場合、中継されたS1とS2は空間多重されて受信装置103に到達する。このとき受信装置は4ストリームの分離を行う。一方、中継装置102−1と中継装置102−2が異なるリソースに最割り当てを行った場合、S1とS2を別々に信号検出する。中継装置102−1と中継装置102−2が同じリソースに割り当てる場合でも、異なるリソースに割り当てる場合でも、どちらでも受信可能である。
【0059】
[1.2.3 受信装置]
図5は受信装置103の構成を示すブロック図である。受信装置103は受信アンテナ501−1〜501−4と、無線受信部502−1〜502−4と、GI除去部503−1〜503−4と、FFT部504−1〜504−4と、伝搬路推定部505と、信号検出部506と、復号部507−1〜507−4とを備えている。
【0060】
受信アンテナ501−1〜501−4で受信した受信信号は、無線受信部502−1〜502−4で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部503−1〜503−4でガードインターバル(GI)が除去され、FFT部504−1〜504−4で時間周波数変換が行われる。
【0061】
伝搬路推定部505はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝送路推定値が信号検出部506に向けて出力される。信号検出部506は、FFT部504−1〜504−4から入力された信号から送信装置101から送信された符号化ビットのLLRを算出する。ストリーム数が1の信号を受信した場合は、復調を行って符号化ビットLLRを算出する。ストリーム数が複数の信号を受信した場合は、MIMO分離を行って符号化ビットLLRを算出する。復号部507−1〜507−4は符号化ビットLLRに対して誤り訂正復号を行う。
【0062】
[1.3 処理の流れ]
図6は本実施形態の送信処理のフローチャートである。まず、ステップs601で送信ビットに対して誤り訂正符号化を行い、ステップs602で符号化ビットに対して変調を行い、ステップs603で変調シンボルは、時間/周波数リソースに割り当てが行われる。
【0063】
ステップs604では、複数の中継装置に向けて所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。プレコーディング後の信号に対して、ステップs605でIFFTを行い、ステップs606でGIを挿入し、ステップs607で各中継装置に対して送信する。
【0064】
なお、本実施形態では、送信装置において、線形重みを用いるプレコーディングで説明したが、本発明はこれに限らず、THP(Tomlinson-Harashima Precoding)などのような非線形のプレコーディングも適用可能である。また、線形のプレコーディングを行った後に、非線形のプレコーディングを行うことも可能である。
【0065】
また、本実施形態では、復調を行う中継装置について説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、受信した信号を増幅して再び送信するような中継装置でもよい。
【0066】
また、本実施形態では、OFDMに適用した例を示したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、他のマルチキャリア伝送やシングルキャリア伝送にも適用可能である。
【0067】
[2.第2実施形態]
続いて、第2実施形態について説明する。第1実施形態では、受信装置は中継装置からの信号のみを受信していたが、本実施形態では、受信装置は中継装置からの信号に加え、送信装置からの信号も受信する。
【0068】
[2.1 システム構成]
図7は本実施形態における無線通信システムの概略図である。本実施形態の無線通信システムは、送信装置701と、中継装置702−1及び702−2と、受信装置703とを備えて構成されている。
【0069】
送信装置701は中継装置702−1、702−2及び受信装置703に向けてそれぞれ所望のストリームを送信し、中継装置702−1、702−2は送信装置701から送られてきたストリームを受信装置703に中継する。受信装置703は、中継装置702−1、702−2、送信装置703から送信された信号に対して受信処理を行う。
【0070】
[2.2 装置構成]
[2.2.1 送信装置]
図8は本実施形態における送信装置701の構成を示すブロック図である。送信装置701は、符号部801−1〜801−4と、変調部802−1〜802−4と、パイロット生成部803と、割り当て部804−1〜804−4と、ストリーム選択部805と、プレコーディング部806と、IFFT部807−1〜807−4と、GI挿入部808−1〜808−4と、無線送信部809−1〜809−4と、送信アンテナ810−1〜810−4とを備えて構成されている。
【0071】
送信ビットは、符号部801−1〜801−4で誤り訂正符号化され、符号化ビットは変調部802−1〜802−4で変調され、変調シンボルは、割り当て部804−1〜804−4で、パイロット生成部803で生成されたパイロット信号と共に時間/周波数リソースに割り当てられる。ストリーム選択部805は、中継装置や受信装置から得られる報告情報に基づいて各中継装置や受信装置に送信するストリーム数の選択を行う。報告情報には、例えば、チャネル行列、受信可能なストリーム数(例えばMIMOのランク数など)示す情報、などがある。
【0072】
報告情報が受信可能なストリーム数であった場合、各中継装置や受信装置に対して、報告された受信可能なストリーム数以下のストリーム数で送信する。例えば、送信装置701が4つのストリームx1、x2、x3、x4を送信するものと仮定した場合に、中継装置702−1、中継装置702−2、受信装置703が受信可能なストリーム数をそれぞれ、1、2、3と送信装置701に報告したとする。
【0073】
このとき送信装置701は、例えば、中継装置702−1に対しては1ストリーム、中継装置702−2に対しては1ストリーム、受信装置703に対しては2ストリームというように、受信可能なストリーム数以下のストリーム数を選択する。
【0074】
このときプレコーディング部806は、例えば、中継装置702−1に対してS1=[x1]、中継装置702−2に対してS2=[x2]、受信装置に対してS3=[x3 x4]というようストリームを送信するようにプレコーディングを行う。
【0075】
また、ストリーム選択部805が選択したストリーム数の合計が、送信装置701が送信するストリーム数よりも大きくてもよい。例えば、ストリーム選択部701が受信可能なストリーム数を選択したとする。このとき送信装置701は、例えば、中継装置702−1に対してS1=[x1]、中継装置702−2に対してS2=[x1 x2]、受信装置703に対してS3=[x2 x3 x4]のように、一部のストリームを複数に対して送信することができる。
【0076】
また、報告情報がチャネル行列であった場合、ストリーム選択部805は、通信路容量(Channel Capacity)やMIMO分離後のSINRに基づいたランク数から、受信可能なストリーム数を算出し、各中継装置や受信装置に送信するストリーム数を決定する。
【0077】
プレコーディング部806は、ストリーム選択部805で選択されたストリーム数に従って、各中継装置や受信装置に所望のストリーム数が送信されるようにプレコーディングを行う。プレコーディングは、例えば、第1実施形態と同様に行うことができる。まず、各中継装置と受信装置を第1の実施形態で説明したようにブロック対角化を行う。その後、各中継装置を同様にブロック対角化すればよい。
【0078】
プレコーディング部806が出力した信号は、IFFT部807−1〜807−4で周波数時間変換され、GI挿入部808−1〜808−4でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部809−1〜809−4で、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ810−1〜810−4から送信される。
【0079】
[2.2.2 受信装置]
図9は受信装置703の構成を示すブロック図である。受信装置703は、受信アンテナ901−1〜901−4と、無線受信部902−1〜902−4と、GI除去部903−1〜903−4と、FFT部904−1〜904−4と、伝搬路推定部905と、報告情報生成部906と、信号検出部907と、復号部908−1〜908−4とを備えて構成されている。
【0080】
受信アンテナ901−1〜901−4で受信した受信信号は、無線受信部902−1〜902−4で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部903−1〜903−4でガードインターバル(GI)が除去され、FFT部904−1〜904−4で時間周波数変換が行われる。
【0081】
伝搬路推定部905はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝搬路推定値を報告情報生成部906、信号検出部907に出力する。報告情報生成部906は、伝搬路推定値から報告情報を生成する。ここで、報告情報とは、例えば、送信装置701と受信装置703との間のチャネルを示す情報、受信装置703で受信可能なストリーム数を示す情報などである。
【0082】
[2.3 処理の流れ]
図10は本実施形態の送信処理を示すフローチャートである。ステップs1001は、中継装置及び受信装置からの報告情報から各中継装置や受信装置に送信するストリーム数を選択する。ステップs1002では、ステップs1001で選択されたストリーム数に基づいて、各中継装置や受信装置に所望のストリームを送信するようにプレコーディングを行い、ステップs1003で送信する。
【0083】
[3.変形例]
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【0084】
また、本発明に関わる送信装置、受信装置、中継装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。
【0085】
プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【0086】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。
【0087】
また、上述した実施形態における移動局装置及び基地局装置の一部、又は全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。送信装置、受信装置及び中継装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、又は全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。
【0088】
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、又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ることも可能である。
【符号の説明】
【0089】
101 送信装置
201−1〜201−4 符号部
202−1〜202−4 変調部
203−1〜203−4 割り当て部
204 パイロット生成部
205 プレコーディング部
206−1〜206−4 IFFT部
207−1〜207−4 GI挿入部
208−1〜208−4 無線送信部
209−1〜209−4 送信アンテナ
102−1 中継装置
301 受信アンテナ
302 無線受信部
303 GI除去部
304 FFT部
305 伝搬路推定部
306 報告情報生成部
307 復調部
308 復号部
309 再構成部
310 IFFT部
311 GI挿入部
312 無線送信部
313 送信アンテナ
102−2 中継装置
401−1〜401−3 受信アンテナ
402−1〜402−3 無線受信部
403−1〜403−3 GI除去部
404−1〜404−3 FFT部
405 伝搬路推定部
406 報告情報生成部
407 MIMO分離部
408−1〜408−3 復号部
409−1〜409−3 再構成部
410−1〜410−3 IFFT部
411−1〜411−3 GI挿入部
412−1〜412−3 無線送信部
413−1〜413−3 送信アンテナ
103 受信装置
501−1〜501−4 受信アンテナ
502−1〜502−4 無線受信部
503−1〜503−4 GI除去部
504−1〜504−4 FFT部
505 伝搬路推定部
506 信号検出部
507−1〜507−4 復号部
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMO通信が可能な無線通信システム等に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、無線通信の分野では、高速伝送を実現する技術として、複数の送受信アンテナを用いて、複数の独立した送信信号を、同じ周波数、同一タイミングで無線送信装置から無線受信装置に送信することにより、周波数帯域幅を広げずに伝送レートを増大できるMIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送が注目されている。
【0003】
しかしながら、MIMO伝送で良好な受信特性を得るためには、送信装置と受信装置の間に建物などの散乱体が多く、様々な経路を経て受信する環境のような、空間相関が低い必要がある。空間相関が高い場合は、空間多重されたMIMO信号を分離するのが難しくなるため、伝送特性が大幅に劣化してしまう問題がある。
【0004】
このような課題に対して、例えば特許文献1では、図11に示しているように、複数のアンテナを備える送信装置5001から送信された信号を、複数の中継装置5002−1〜5002−2を経由して、複数のアンテナを備える受信装置5003で受信する技術が開示されている。これは複数の中継装置を散乱体とみなすことで、空間相関の小さいMIMO伝送技術を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−198442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した特許文献1では、中継装置はMIMO信号の分離を行わず、受信した信号を中継しているだけである。一方で、Decode−and−Forward型のリレーのように中継装置で復調や誤り訂正復号した後、無線フレームを再構成して中継する場合、中継装置でMIMO分離をする必要がある。このとき、中継装置が備えるアンテナ数が送信装置で空間多重されたストリーム数よりも少ない場合や、送信装置と中継装置との間の空間相関が高い場合は、中継装置でのMIMO分離が困難になってしまい、伝送特性が劣化してしまうという問題があった。
【0007】
上述した課題に鑑み、本発明が目的とするところは、信号を中継する中継装置が復調して中継を行った場合であっても、良好な伝送特性を得る事の出来るMIMO伝送を行う無線通信システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題に鑑み、本発明の無線通信システムは、
送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMOが通信可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
送信装置が送信したストリームの一部を受信する中継受信部と、
前記受信されたストリームを復調する復調部と、
前記復調されたストリームから無線フレームを再構成する再構成部と、
前記再構成された無線フレームを受信装置に送信する中継送信部と、
を備え、
前記受信装置は、前記送信装置から送信されたストリームと、前記中継装置から送信されたストリームとを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置に送信するストリーム数は1であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、
前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームが送信されるようにプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームを送信することを特徴とする。
【0011】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記中継装置は、中継受信部により受信されたストリームに対してMIMO分離を行うMIMO分離部を更に備えることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、受信時の時間周波数リソースとは異なる時間周波数リソースに受信したストリームを割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、受信したストリームをそれぞれ異なる時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記再構成部は、各再構成部のうち少なくとも2つは、受信したストリームを同じ時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記受信装置は、前記送信装置が受信装置宛に送信したストリーム数よりも少ないストリーム数のMIMO分離を行うことを特徴とする。
【0016】
本発明の送信装置は、少なくとも1つの中継装置と、受信装置とに送信する送信装置であって、前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部を備えることを特徴とする。
【0017】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、前記中継装置の各々と前記受信装置が互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0018】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、線形重みを用いてプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0019】
また、本発明の送信装置において、前記プレコーディング部は、予めストリーム間干渉を除去するプレコーディングを行うことを特徴とする。
【0020】
また、本発明の送信装置は、前記報告情報に基づいて、前記中継装置の各々と前記受信装置に送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を備えることを特徴とする。
【0021】
本発明の通信方法は、送信装置と、中継装置と、受信装置とを用いる通信方法であって、
前記送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置の複数に送信し、
前記中継装置は、受信信号に対して少なくとも復調して無線フレームを再構成して送信し、
前記受信装置は、前記送信装置が前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする。
【0022】
本発明の送信方法は、少なくとも1つの中継装置と受信装置に送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング過程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、中継装置には送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数で送信するようにすることで、中継装置における復調性能を向上させ、伝送特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第1実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図2】第1実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図3】第1実施形態における中継装置の機能構成を説明するための図である。
【図4】第1実施形態における中継装置の機能構成を説明するための図である。
【図5】第1実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図6】第1実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図7】第2実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図8】第2実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図9】第2実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図10】第2実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図11】従来技術における無線通信システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
[1.第1実施形態]
まず、第1実施形態について説明する。
【0026】
[1.1 システム構成]
図1は本実施形態における無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置101、中継装置102−1、102−2、受信装置103を備える。送信装置101、受信装置103はそれぞれ複数のアンテナを備えている。また、中継装置102−1〜102−2は1本以上のアンテナ数を備えている。なお、特に断ることがない限り、中継装置は復調、復号して、無線フレームを再構成して送信する場合を説明するが、本実施形態はこれに限らず、例えば中継装置で受信した信号を増幅して再送信する場合も含まれる。
【0027】
送信装置101は、中継装置102−1に向けて送信するストリームと、中継装置102−2に向けて送信するストリームとを分けて送信する。ここで、ストリームとは、送信装置が空間多重する独立な信号系列を表す。例えば、送信装置101がS=[x1 x2 x3 x4]Tというそれぞれ独立なストリームを送信するとする。ここでTは行列の転置を表す。
【0028】
本実施形態の送信装置101は送信処理を行って中継装置ごとに異なるストリームを送信する。例えば、4つのストリームのうち中継装置102−1にはS1=[x1]T、中継装置102−2にはS2=[x2 x3 x4]Tを送信するものとする。
【0029】
中継装置102−1、102−2はそれぞれS1、S2を中継することになる。このとき、中継装置101では、1つのストリームx1を受信するので、中継装置でMIMO分離の必要がなくなるため、中継装置102−1における受信アンテナ数や送信装置101と中継装置102−1との間の空間相関に関わらず、良好な受信性能が得られる。
【0030】
一方、中継装置102−2では3ストリームを受信するので、復調する場合には3ストリームのMIMO分離が必要となる。送信装置101が送信処理を行わず、Sを送信した場合は、中継装置102−1、102−2では4ストリームの中継をすることになる。4ストリームを分離するよりも、3ストリームを分離する方が、MIMO分離は容易であるため、中継装置102−2のMIMO分離性能は向上する。
【0031】
[1.2 各装置構成]
続いて、無線通信システムに含まれる各装置構成について、図を用いて説明する。
【0032】
[1.2.1 送信装置]
まず、送信装置10の構成について、図2を用いて説明する。図2は本実施形態の送信装置101の構成を示すブロック図である。送信装置101は、符号部201−1〜201−4と、変調部202−1〜202−4と、マッピング部203−1〜203−4と、パイロット生成部204と、プレコーディング部205と、IFFT(逆フーリエ変換:Inverse Fast Fourier Transform)部206−1〜206−4と、GI(ガードインターバル:Guard Interval)挿入部207−1〜207−4と、無線送信部208−1〜208−4と、送信アンテナ209−1〜209−4とを備える。
【0033】
なお、本実施形態では、ストリーム数と送信アンテナ数とを共に4としているが、当然、異なってもよい。
【0034】
送信装置101では、送信ビットは符号部201−1〜201−4で畳込み符号、ターボ符号、LDPC(低密度パリティ検査符号:Low Density Parity Check)符号などの誤り訂正符号を用いて符号化され、符号化ビットは変調部202−1〜202−4でQPSK(4位相偏移変調:Quadrature Phase Shift Keying)やQAM(直交振幅変調:Quadrature Amplitude Modulation)などの変調シンボルにマッピングされる。
【0035】
変調シンボルは、パイロット生成部204で生成されたパイロット信号と共に、割り当て部203−1〜203−4で時間、周波数で定義されたリソースに割り当てられる。プレコーディング部205は、各中継装置にそれぞれ異なるストリームを送信できるように、中継装置又は受信装置からの報告情報に基づいたプレコーディングを行う。プレコーディング後の信号はIFFT部206−1〜206−4で周波数時間変換され、GI挿入部207−1〜207−4でガードインターバルが挿入され、無線送信部208−1〜208−4で波形整形、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ209−1〜209−4から送信される。
【0036】
プレコーディング部205の処理の詳細を説明する。ここでは、中継装置からの報告情報として、送信装置と各中継装置との間のチャネルがフィードバックされたものとして説明する。また、送信装置101が備える送信アンテナ数を4本、中継装置102−1が備える送信用、受信用アンテナ数をそれぞれ1本、中継装置102−2が備える送信用、受信用アンテナ数をそれぞれ3本として説明する。
【0037】
送信装置101と中継装置102−1との間のチャネルをH1、送信装置101と中継装置102−2との間のチャネルをH2とすると、H1は1行4列の行列、H2は3行4列の行列となる。まずH1とH2を特異値分解(Singular Value Decomposition)する。
【数1】
【数2】
【0038】
ただし、U1は1行1列のユニタリ行列、D1は特異値を対角要素に持つ1行4列の対角行列、V1は4行4列のユニタリ行列、U2は3行3列のユニタリ行列、D2は特異値を対角要素に持つ3行4列の対角行列、V2は4行4列のユニタリ行列を表している。プレコーディングで用いる送信重みを次のようにする。
【数3】
【数4】
【数5】
【0039】
ただし,W1は中継装置102−1に対する重み、W2は中継装置102−2に対する重みである。またv2,4はV2の4次元の第4列ベクトル,v1,2、v1,3、v1,4はそれぞれV1の4次元の第2列ベクトル、V1の4次元の第3列ベクトル、V1の4次元の第4列ベクトルを表している。
【0040】
送信重みWを用いた場合、送信装置101と中継装置102−1、102−2との間の等価チャネルは次のようにブロック対角化される。
【数6】
【0041】
なお、H1W1は1行1列の行列、H2W2は3行3列の行列となる。送信装置101よりS=[S1 S2]を送信するとする。なお、S1=[x1]、S2=[x2 x3 x4]である。中継装置102−1、102−2における受信信号をそれぞれY1、Y2とすると、Y1、Y2は次のようになる。
【数7】
【0042】
従って、送信装置101で送信したストリームのうち、S1は中継装置102−1で中継され、S2は中継装置102−2で中継されるようになる。なお、ブロック対角化した後に送信装置101と中継装置102−1、送信装置101と中継装置102−2で固有モード伝送を行うこともできる。
【0043】
[1.2.2 中継装置]
続いて中継装置の処理を説明する。図3は中継装置102−1の構成を示すブロック図である。中継装置102−1は受信アンテナ301と、無線受信部302と、GI除去部303と、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)部304と、伝搬路推定部305と、報告情報生成部306と、復調部307と、復号部308と、再構成部309と、IFFT部310と、GI挿入部311と、無線送信部312と、送信アンテナ313とで構成される。
【0044】
受信アンテナ301で受信した受信信号は、無線受信部302で無線周波数からベースバンドへの変換やA/D変換される。そして、GI除去部303でガードインターバルが除去され、FFT部304で時間周波数変換される。伝搬路推定部305は、パイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を報告情報生成部306及び復調部307に送信する。
【0045】
報告情報生成部306は送信装置への報告情報を生成する。報告情報には、送信装置との間のチャネルを示す情報、プレコーディングで用いる重みを示す情報等がある。
【0046】
復調部307はFFT後の信号と伝搬路推定結果を用いて復調処理を行い、符号化ビットLLR(対数尤度比:Log Likelihood Ratio)を算出する。
【0047】
そして、算出された符号化ビットLLRに対して復号部308で誤り訂正復号が行われる。また、再構成部309は、復号部308復号された送信ビットから、再符号化、再変調、再割り当てを行い、無線フレームを再構成する。再符号化、再変調、再割り当てはそれぞれ送信装置101で行われた符号化、変調、割り当てと同じであっても良いし、異なっていても良い。
【0048】
中継装置102−1で割り当てを変更する場合、どのリソースに割り当てるかを示す制御情報は、送信装置101から送信されても良いし、中継装置102−1で付加してもよい。
【0049】
再構成された無線フレームはIFFT部310で周波数時間変換され、GI挿入部311でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部312でD/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ313から送信される。
【0050】
図4は中継装置102−2の構成を示すブロック図である。中継装置102−2は、受信アンテナ401−1〜401−3と、無線受信部402−1〜402−3と、GI除去部403−1〜403−3と、FFT部404−1〜404−3と、伝搬路推定部405と、報告情報生成部406と、MIMO分離部407と、復号部408−1〜408−3と、再構成部409−1〜409−3と、IFFT部410−1〜410−3と、GI挿入部411−1〜411−3と、無線送信部412−1〜412−3と、送信アンテナ413−1〜413−3とを備えて構成される。
【0051】
受信アンテナ401−1〜401−3で受信された受信信号は、無線受信部402−1〜402−3で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部403−1〜403−3でガードインターバル(GI)の除去が行われ、FFT部404−1〜404−3で時間周波数変換が行われる。
【0052】
伝搬路推定部405はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝送路推定値が報告情報生成部406やMIMO分離部407に入力される。報告情報生成部406は伝搬路推定値から送信装置101へフィードバックされる報告情報を生成する。
【0053】
MIMO分離部407は、FFT後の信号と伝搬路推定値とに基づいてMIMO信号の分離を行って符号化ビットLLRを生成する。MIMO分離には、MMSE(最小平均2乗誤差:Minimum Mean Square Error)検出、MLD(最尤検出:Maximum Likelihood Detection)や干渉キャンセラなどの手法を用いて行うことができる。例えばMMSE検出は、S2を送信した第kサブキャリアのチャネル行列をH(k)としたとき、次式の重みM(k)、
【数8】
又は、
【数9】
を用いてMIMO分離を行った後、復調により符号化ビットLLRを算出する。
【0054】
なお、σn2は雑音電力、Iは単位行列を表す。またMLDは、次のように符号化ビットLLRを算出する。
【数10】
【0055】
ただし、λ(bt,q)は、中継装置102−2に向けて送信したうちの第t送信ストリームの第qビットbt,qのLLRを表している。β+はS(k)を構成し得るビット系列のうちbt,q=0(又は+1)となる系列、β−はS(k)を構成し得るビット系列のうちbt,q=1(又は−1)となる系列を表している。R(k)は、中継装置102−2で受信した信号の第kサブキャリア信号、S(k)はS2の第kサブキャリア信号を表している。
【0056】
MIMO分離によって得られた符号化ビットLLRは復号部408−1〜408−3で誤り訂正復号される。復号の結果として得られた送信ビットは再構成部409−1〜409−3で、再符号化、再変調、再割り当てが行われ無線フレームが再構成される。再割り当ては、受信したリソースと同じでも良いし、異なっても良い。また、複数ストリームで同じリソースに行っても良いし、ストリーム毎に異なっていても良い。
【0057】
そして、IFFT部410−1〜410−3で周波数時間変換され、GI挿入部411−1〜411−3でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部412−1〜412−3で波形整形、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ413−1〜413−3から送信される。
【0058】
中継装置102−1と中継装置102−2が同じリソースに再割り当てを行った場合、中継されたS1とS2は空間多重されて受信装置103に到達する。このとき受信装置は4ストリームの分離を行う。一方、中継装置102−1と中継装置102−2が異なるリソースに最割り当てを行った場合、S1とS2を別々に信号検出する。中継装置102−1と中継装置102−2が同じリソースに割り当てる場合でも、異なるリソースに割り当てる場合でも、どちらでも受信可能である。
【0059】
[1.2.3 受信装置]
図5は受信装置103の構成を示すブロック図である。受信装置103は受信アンテナ501−1〜501−4と、無線受信部502−1〜502−4と、GI除去部503−1〜503−4と、FFT部504−1〜504−4と、伝搬路推定部505と、信号検出部506と、復号部507−1〜507−4とを備えている。
【0060】
受信アンテナ501−1〜501−4で受信した受信信号は、無線受信部502−1〜502−4で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部503−1〜503−4でガードインターバル(GI)が除去され、FFT部504−1〜504−4で時間周波数変換が行われる。
【0061】
伝搬路推定部505はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝送路推定値が信号検出部506に向けて出力される。信号検出部506は、FFT部504−1〜504−4から入力された信号から送信装置101から送信された符号化ビットのLLRを算出する。ストリーム数が1の信号を受信した場合は、復調を行って符号化ビットLLRを算出する。ストリーム数が複数の信号を受信した場合は、MIMO分離を行って符号化ビットLLRを算出する。復号部507−1〜507−4は符号化ビットLLRに対して誤り訂正復号を行う。
【0062】
[1.3 処理の流れ]
図6は本実施形態の送信処理のフローチャートである。まず、ステップs601で送信ビットに対して誤り訂正符号化を行い、ステップs602で符号化ビットに対して変調を行い、ステップs603で変調シンボルは、時間/周波数リソースに割り当てが行われる。
【0063】
ステップs604では、複数の中継装置に向けて所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。プレコーディング後の信号に対して、ステップs605でIFFTを行い、ステップs606でGIを挿入し、ステップs607で各中継装置に対して送信する。
【0064】
なお、本実施形態では、送信装置において、線形重みを用いるプレコーディングで説明したが、本発明はこれに限らず、THP(Tomlinson-Harashima Precoding)などのような非線形のプレコーディングも適用可能である。また、線形のプレコーディングを行った後に、非線形のプレコーディングを行うことも可能である。
【0065】
また、本実施形態では、復調を行う中継装置について説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、受信した信号を増幅して再び送信するような中継装置でもよい。
【0066】
また、本実施形態では、OFDMに適用した例を示したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、他のマルチキャリア伝送やシングルキャリア伝送にも適用可能である。
【0067】
[2.第2実施形態]
続いて、第2実施形態について説明する。第1実施形態では、受信装置は中継装置からの信号のみを受信していたが、本実施形態では、受信装置は中継装置からの信号に加え、送信装置からの信号も受信する。
【0068】
[2.1 システム構成]
図7は本実施形態における無線通信システムの概略図である。本実施形態の無線通信システムは、送信装置701と、中継装置702−1及び702−2と、受信装置703とを備えて構成されている。
【0069】
送信装置701は中継装置702−1、702−2及び受信装置703に向けてそれぞれ所望のストリームを送信し、中継装置702−1、702−2は送信装置701から送られてきたストリームを受信装置703に中継する。受信装置703は、中継装置702−1、702−2、送信装置703から送信された信号に対して受信処理を行う。
【0070】
[2.2 装置構成]
[2.2.1 送信装置]
図8は本実施形態における送信装置701の構成を示すブロック図である。送信装置701は、符号部801−1〜801−4と、変調部802−1〜802−4と、パイロット生成部803と、割り当て部804−1〜804−4と、ストリーム選択部805と、プレコーディング部806と、IFFT部807−1〜807−4と、GI挿入部808−1〜808−4と、無線送信部809−1〜809−4と、送信アンテナ810−1〜810−4とを備えて構成されている。
【0071】
送信ビットは、符号部801−1〜801−4で誤り訂正符号化され、符号化ビットは変調部802−1〜802−4で変調され、変調シンボルは、割り当て部804−1〜804−4で、パイロット生成部803で生成されたパイロット信号と共に時間/周波数リソースに割り当てられる。ストリーム選択部805は、中継装置や受信装置から得られる報告情報に基づいて各中継装置や受信装置に送信するストリーム数の選択を行う。報告情報には、例えば、チャネル行列、受信可能なストリーム数(例えばMIMOのランク数など)示す情報、などがある。
【0072】
報告情報が受信可能なストリーム数であった場合、各中継装置や受信装置に対して、報告された受信可能なストリーム数以下のストリーム数で送信する。例えば、送信装置701が4つのストリームx1、x2、x3、x4を送信するものと仮定した場合に、中継装置702−1、中継装置702−2、受信装置703が受信可能なストリーム数をそれぞれ、1、2、3と送信装置701に報告したとする。
【0073】
このとき送信装置701は、例えば、中継装置702−1に対しては1ストリーム、中継装置702−2に対しては1ストリーム、受信装置703に対しては2ストリームというように、受信可能なストリーム数以下のストリーム数を選択する。
【0074】
このときプレコーディング部806は、例えば、中継装置702−1に対してS1=[x1]、中継装置702−2に対してS2=[x2]、受信装置に対してS3=[x3 x4]というようストリームを送信するようにプレコーディングを行う。
【0075】
また、ストリーム選択部805が選択したストリーム数の合計が、送信装置701が送信するストリーム数よりも大きくてもよい。例えば、ストリーム選択部701が受信可能なストリーム数を選択したとする。このとき送信装置701は、例えば、中継装置702−1に対してS1=[x1]、中継装置702−2に対してS2=[x1 x2]、受信装置703に対してS3=[x2 x3 x4]のように、一部のストリームを複数に対して送信することができる。
【0076】
また、報告情報がチャネル行列であった場合、ストリーム選択部805は、通信路容量(Channel Capacity)やMIMO分離後のSINRに基づいたランク数から、受信可能なストリーム数を算出し、各中継装置や受信装置に送信するストリーム数を決定する。
【0077】
プレコーディング部806は、ストリーム選択部805で選択されたストリーム数に従って、各中継装置や受信装置に所望のストリーム数が送信されるようにプレコーディングを行う。プレコーディングは、例えば、第1実施形態と同様に行うことができる。まず、各中継装置と受信装置を第1の実施形態で説明したようにブロック対角化を行う。その後、各中継装置を同様にブロック対角化すればよい。
【0078】
プレコーディング部806が出力した信号は、IFFT部807−1〜807−4で周波数時間変換され、GI挿入部808−1〜808−4でガードインターバル(GI)が挿入され、無線送信部809−1〜809−4で、D/A変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ810−1〜810−4から送信される。
【0079】
[2.2.2 受信装置]
図9は受信装置703の構成を示すブロック図である。受信装置703は、受信アンテナ901−1〜901−4と、無線受信部902−1〜902−4と、GI除去部903−1〜903−4と、FFT部904−1〜904−4と、伝搬路推定部905と、報告情報生成部906と、信号検出部907と、復号部908−1〜908−4とを備えて構成されている。
【0080】
受信アンテナ901−1〜901−4で受信した受信信号は、無線受信部902−1〜902−4で無線周波数からベースバンドへの変換、A/D変換が行われ、GI除去部903−1〜903−4でガードインターバル(GI)が除去され、FFT部904−1〜904−4で時間周波数変換が行われる。
【0081】
伝搬路推定部905はパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、推定された伝搬路推定値を報告情報生成部906、信号検出部907に出力する。報告情報生成部906は、伝搬路推定値から報告情報を生成する。ここで、報告情報とは、例えば、送信装置701と受信装置703との間のチャネルを示す情報、受信装置703で受信可能なストリーム数を示す情報などである。
【0082】
[2.3 処理の流れ]
図10は本実施形態の送信処理を示すフローチャートである。ステップs1001は、中継装置及び受信装置からの報告情報から各中継装置や受信装置に送信するストリーム数を選択する。ステップs1002では、ステップs1001で選択されたストリーム数に基づいて、各中継装置や受信装置に所望のストリームを送信するようにプレコーディングを行い、ステップs1003で送信する。
【0083】
[3.変形例]
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【0084】
また、本発明に関わる送信装置、受信装置、中継装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。
【0085】
プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【0086】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。
【0087】
また、上述した実施形態における移動局装置及び基地局装置の一部、又は全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。送信装置、受信装置及び中継装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、又は全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。
【0088】
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、又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ることも可能である。
【符号の説明】
【0089】
101 送信装置
201−1〜201−4 符号部
202−1〜202−4 変調部
203−1〜203−4 割り当て部
204 パイロット生成部
205 プレコーディング部
206−1〜206−4 IFFT部
207−1〜207−4 GI挿入部
208−1〜208−4 無線送信部
209−1〜209−4 送信アンテナ
102−1 中継装置
301 受信アンテナ
302 無線受信部
303 GI除去部
304 FFT部
305 伝搬路推定部
306 報告情報生成部
307 復調部
308 復号部
309 再構成部
310 IFFT部
311 GI挿入部
312 無線送信部
313 送信アンテナ
102−2 中継装置
401−1〜401−3 受信アンテナ
402−1〜402−3 無線受信部
403−1〜403−3 GI除去部
404−1〜404−3 FFT部
405 伝搬路推定部
406 報告情報生成部
407 MIMO分離部
408−1〜408−3 復号部
409−1〜409−3 再構成部
410−1〜410−3 IFFT部
411−1〜411−3 GI挿入部
412−1〜412−3 無線送信部
413−1〜413−3 送信アンテナ
103 受信装置
501−1〜501−4 受信アンテナ
502−1〜502−4 無線受信部
503−1〜503−4 GI除去部
504−1〜504−4 FFT部
505 伝搬路推定部
506 信号検出部
507−1〜507−4 復号部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMOが通信可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
送信装置が送信したストリームの一部を受信する中継受信部と、
前記受信されたストリームを復調する復調部と、
前記復調されたストリームから無線フレームを再構成する再構成部と、
前記再構成された無線フレームを受信装置に送信する中継送信部と、
を備え、
前記受信装置は、前記送信装置から送信されたストリームと、前記中継装置から送信されたストリームとを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項2】
前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置に送信するストリーム数は1であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
【請求項3】
前記送信装置は、
前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームが送信されるようにプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームを送信することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項4】
前記中継装置は、中継受信部により受信されたストリームに対してMIMO分離を行うMIMO分離部を更に備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項5】
前記再構成部は、受信時の時間周波数リソースとは異なる時間周波数リソースに受信したストリームを割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項6】
前記再構成部は、受信したストリームをそれぞれ異なる時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項7】
前記再構成部は、各再構成部のうち少なくとも2つは、受信したストリームを同じ時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項8】
前記受信装置は、前記送信装置が受信装置宛に送信したストリーム数よりも少ないストリーム数のMIMO分離を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項9】
少なくとも1つの中継装置と、受信装置とに送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部を備えること
を特徴とする送信装置。
【請求項10】
前記プレコーディング部は、前記中継装置の各々と前記受信装置が互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項11】
前記プレコーディング部は、線形重みを用いてプレコーディングを行うことを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項12】
前記プレコーディング部は、予めストリーム間干渉を除去するプレコーディングを行うことを特徴とする請求項10又は11のいずれかに記載の送信装置。
【請求項13】
前記報告情報に基づいて、前記中継装置の各々と前記受信装置に送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を備えることを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項14】
送信装置と、中継装置と、受信装置とを用いる通信方法であって、
前記送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置の複数に送信し、
前記中継装置は、受信信号に対して少なくとも復調して無線フレームを再構成して送信し、
前記受信装置は、前記送信装置が前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする通信方法。
【請求項15】
少なくとも1つの中継装置と受信装置に送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング過程を備えること
を特徴とする送信方法。
【請求項1】
送信装置と、中継装置と、受信装置とを含むMIMOが通信可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置に対して送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
送信装置が送信したストリームの一部を受信する中継受信部と、
前記受信されたストリームを復調する復調部と、
前記復調されたストリームから無線フレームを再構成する再構成部と、
前記再構成された無線フレームを受信装置に送信する中継送信部と、
を備え、
前記受信装置は、前記送信装置から送信されたストリームと、前記中継装置から送信されたストリームとを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項2】
前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置に送信するストリーム数は1であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
【請求項3】
前記送信装置は、
前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームが送信されるようにプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に異なるストリームを送信することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項4】
前記中継装置は、中継受信部により受信されたストリームに対してMIMO分離を行うMIMO分離部を更に備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項5】
前記再構成部は、受信時の時間周波数リソースとは異なる時間周波数リソースに受信したストリームを割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項6】
前記再構成部は、受信したストリームをそれぞれ異なる時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項7】
前記再構成部は、各再構成部のうち少なくとも2つは、受信したストリームを同じ時間周波数リソースに割り当てて無線フレームを再構成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項8】
前記受信装置は、前記送信装置が受信装置宛に送信したストリーム数よりも少ないストリーム数のMIMO分離を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項9】
少なくとも1つの中継装置と、受信装置とに送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部を備えること
を特徴とする送信装置。
【請求項10】
前記プレコーディング部は、前記中継装置の各々と前記受信装置が互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項11】
前記プレコーディング部は、線形重みを用いてプレコーディングを行うことを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項12】
前記プレコーディング部は、予めストリーム間干渉を除去するプレコーディングを行うことを特徴とする請求項10又は11のいずれかに記載の送信装置。
【請求項13】
前記報告情報に基づいて、前記中継装置の各々と前記受信装置に送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を備えることを特徴とする請求項9に記載の送信装置。
【請求項14】
送信装置と、中継装置と、受信装置とを用いる通信方法であって、
前記送信装置は、送信ストリームの一部を中継装置又は受信装置の複数に送信し、
前記中継装置は、受信信号に対して少なくとも復調して無線フレームを再構成して送信し、
前記受信装置は、前記送信装置が前記受信装置宛に送信した全ストリームを検出することを特徴とする通信方法。
【請求項15】
少なくとも1つの中継装置と受信装置に送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置から得られる報告情報を用いて、
異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置の各々に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング過程を備えること
を特徴とする送信方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−244061(P2011−244061A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−111979(P2010−111979)
【出願日】平成22年5月14日(2010.5.14)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年5月14日(2010.5.14)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
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