JP4602641B2

JP4602641B2 - Signal transmission system, signal transmission method and transmitter

Info

Publication number: JP4602641B2
Application number: JP2003011637A
Authority: JP
Inventors: 哲士阿部; 慧時; 武史山田; 繁冨里; 博人須田; 達郎正村
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2004194262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信における多入力多出力通信において利用可能な信号伝送システム、信号伝送方法及び送信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の送受信用アンテナを用いて信号伝送を行う多入力多出力（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔａｎｄＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）通信システムが、将来の大容量通信システムとして注目されている。従来、複数の送信用アンテナを用いて信号伝送を行う方式（以下、複数アンテナ送信方式）として、送信ダイバーシチ、送信ビームフォーミング、空間多重送信法が知られている。
【０００３】
図１７に、これらの方式の一つである空間多重送信法の構成を示す。図１７に示すように、空間多重送信法は、第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４において生成されたアンテナ毎の信号を、変調手段５１-１乃至５１-Ｎで変調し、複数の送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎを介して第２の信号伝送装置２０に送信する方式である。
【０００４】
ここで、第１の信号伝送装置１０から送信された信号は、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ及び受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍにより形成される多入力多出力伝搬路（以下、ＭＩＭＯ伝搬路）を経て、第２の信号伝送装置２０で受信され、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６で検出される。
【０００５】
このように、空間多重送信法は、異なる送信用アンテナを介して同時刻及び同周波数上で独立な信号を送信するため、より大きい伝送容量を得ることが可能である。空間多重送信法を用いた信号伝送システムの具体的な構成として、例えば、非特許文献１に開示されたものが提案されている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｖ.Ｔａｒｏｋｈ、Ｈ.Ｊａｆａｒｋｈａｎｉ及びＡ.Ｒ.Ｃａｌｄｅｒｂａｎｋ著、「Ｓｐａｃｅ-ｔｉｍｅｂｌｏｃｋｃｏｄｉｎｇｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｓｕｌｔｓ」、ＩＥＥＥＪ．Ｓｅｌｅｃｔ．ＡｒｅａｓＣｏｍｍｕｎ．ｖｏｌ.１７、４５１乃至４６０頁、１９９９年３月
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２-５０９９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空間多重送信法を用いた信号伝送システムでは、第２の信号伝送装置（受信機）２０が、複数の送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ及び受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍによって構成される多入力多出力伝搬路の独立性（低相関性）を利用して同一チャネル上の複数の信号を分離して検出する。したがって、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間に見通しがある場合など、ＭＩＭＯ伝搬路の相関が高くなる場合は、第２の信号伝送装置（受信機）２０による信号分離特性が劣化するため、従来の空間多重送信法を用いた信号伝送システムによって達成可能な通信容量が大幅に劣化するという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、空間多重送信法を用いた場合であっても、相関の高いＭＩＭＯ伝搬路における大幅な特性劣化を改善することのできる信号伝送システム、信号伝送方法及び送信機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送システムであって、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、利用可能な全ての前記送信用アンテナを用いる伝送モードと、１本の前記送信用アンテナのみを用いる伝送モードとを含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、前記受信用アンテナの本数を指定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに従属な信号を送る伝送モードとを含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、前記送信信号の変調多値数又は前記送信信号の符号化率の少なくとも一つを指定することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段を有し、前記通信容量推定手段が、前記ＳＩＮＲ算出手段によって算出された前記ＳＩＮＲに基づいて前記伝送モード毎の通信容量を推定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段と、前記受信機における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段と、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定する容量決定手段とを有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の第１の特徴において、前記容量決定手段が、複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定し、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、前記ＳＮＲのみを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の第１の特徴において、前記空間相関値算出手段が、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナの全ての組み合わせにおける空間相関値の最大値又は平均値を、前記空間相関値として算出することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モード決定手段により決定された前記伝送モードを、前記送信信号生成手段に通知する通知手段を有することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算し、前記伝送モード決定手段は、推定された前記伝送モード毎の前記通信容量及び前記電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定し、前記送信信号生成手段は、決定された前記伝送モード及び前記電力分配値に応じて前記送信信号を生成することが好ましい。
【００２１】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段と、算出された前記ＳＩＮＲを用いて前記伝送モード毎の通信容量が最大となる前記電力分配値を計算する電力分配値計算手段とを具備することが好ましい。
【００２２】
かかる発明によれば、送信用アンテナ及び受信用アンテナの組み合わせにより形成されるＭＩＭＯ伝搬路における伝送モード毎の伝搬路推定値（相関値、信号電力対干渉電力・雑音電力（以下、ＳＩＮＲ）、信号電力対雑音電力値（以下、ＳＮＲ）等の伝搬路の状態）を推定し、推定した伝搬路推定値を用いて推定した伝送モード毎の通信容量に応じて適切な伝送モードを選択することができる。
【００２３】
したがって、かかる発明によれば、送信機と受信機との間のＭＩＭＯ伝搬路の状態を把握し、当該ＭＩＭＯ伝搬路の状態に適した信号伝送を行うことにより、当該ＭＩＭＯ伝搬路の通信容量の大幅な劣化を回避し、常に高い通信容量を得ることができる。この結果、かかる発明によれば、１本の送信用アンテナを用い、ＭＩＭＯ伝搬路のＳＮＲに応じて符号化率や変調多値数を適応的に設定する既存技術である適応変復調技術と比して、高い通信容量を得ることができる。
【００２４】
また、かかる発明によれば、受信機において伝送モードの決定を行い、決定した伝送モードを送信機に通知するなど、複数の装置を協動させてＭＩＭＯ伝搬路の設定を行うことができるため、システムの多様化を図ることができる。
【００２５】
本発明の第２の特徴は、送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送方法であって、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する工程Ａと、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比を推定する工程Ｂと、
推定された前記信号電力対干渉電力・雑音電力比に基づいて前記伝送モード毎のフレーム誤り率を算出し、算出したフレーム誤り率と変調多値数とを用いて前記伝送モード毎の通信容量を推定する工程Ｃと、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する工程Ｄと、決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する工程Ｅとを有することを要旨とする。
【００２６】
本発明の第３の特徴は、受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、決定された前記伝送モードに応じて、前記送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを要旨とする。
【００２７】
本発明の第４の特徴は、受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、前記受信機が、前記送信信号の送信に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、推定された前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段とを具備し、前記受信機の伝送モード決定手段によって決定された前記伝送モードを取得し、取得した前記伝送モードに応じて前記送信信号を生成する送信信号生成手段を備えることを要旨とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施形態）
図１乃至図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムは、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎを有する第１の信号伝送装置（送信機）１０から受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍを有する第２の信号伝送装置（受信機）２０に信号伝送を行うものである。
【００３０】
本実施形態に係る信号伝送システムは、第２の信号伝送装置２０によって決定された伝送モードに基づいて、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間で形成されるＭＩＭＯ伝搬経路を介して信号伝送を行う。なお、本実施形態では、第１の信号伝送装置１０が送信機となり、第２の信号伝送装置２０が受信機となった場合を例に説明する。
【００３１】
具体的に、本実施形態に係る信号伝送システムは、図１に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、伝送モードに応じた送信信号生成手段４と、各送信用アンテナ毎に設けられた変調手段５と、信号検出手段６とを具備する。
【００３２】
伝搬路状態推定手段１は、信号伝送に使用する送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎと受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍとの間のＭＩＭＯ伝搬路の状態を示す伝搬路推定値（各ＭＩＭＯ伝搬路における信号の位相や振幅、受信用アンテナに付加される雑音電力や干渉電力等）を推定するモジュールである。本実施形態では、伝搬路状態推定手段１は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。
【００３３】
伝搬路状態推定手段１は、ある一定時間に、各送信用アンテナから、第２の信号伝送装置２０において既知なパイロット信号を受信することで、伝搬路推定値を推定する。なお、伝送モードについては、後述する。
【００３４】
通信容量推定手段２は、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値に基づいて、伝送モード毎の通信容量を決定するモジュールである。本実施形態では、通信容量推定手段２は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。
【００３５】
具体的には、通信容量推定手段２は、図２に示すように、ＳＩＮＲ推定手段２１-１乃至２１-Ｗと、容量決定手段２２-１乃至２２-Ｗとにより構成される。
【００３６】
ＳＩＮＲ推定手段２１は、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値を用いて、各伝送モード（１乃至Ｗ）について、第２の信号伝送装置２０における受信処理後の受信信号のＳＩＮＲを推定するモジュールである。
【００３７】
例えば、ＳＩＮＲ推定手段２１は、ＭＭＳＥ（出力誤差最小基準）フィルタで信号の受信を行う場合、入力された伝搬路推定値よりＭＭＳＥフィルタ係数を算出し、算出されたＭＭＳＥフィルタ係数及び入力された伝搬路推定値を用いてＳＩＮＲを算出する。
【００３８】
また、ＳＩＮＲ推定手段２１は、空間多重送信法を用いる伝送モードにおいては、空間多重されている複数の信号を検出するため、検出する信号毎にフィルタを求める。この結果、ＳＩＮＲは、当該複数の信号の分だけ算出される。
【００３９】
容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定されたＳＩＮＲの基づいて伝送モード毎の通信容量を推定するモジュールである。
【００４０】
例えば、容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定されたＳＩＮＲに基づいて伝送モード毎のフレーム誤り率ＦＥＲを算出し、算出したフレーム誤り率ＦＥＲと変調多値数Ｐとを用いて「（１−ＦＥＲ）×Ｐ」を算出することによって伝送モード毎の通信容量を推定することができる。
【００４１】
また、容量決定手段２２は、空間多重送信法を用いる場合は、多重されている信号毎の通信容量を個別に算出し、算出した通信容量を合計することで空間多重送信法における通信容量を推定することができる。
【００４２】
伝送モード決定手段３は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定するモジュールである。本実施形態では、伝送モード決定手段３は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に出力する。
【００４３】
送信信号生成手段４は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成するモジュールである。
【００４４】
図３は、送信信号生成手段４の構成及び動作を示す説明図である。本実施形態では、図３に示すように、送信信号生成手段４は、分配機４１と、符号機４２及び４３とから構成されている。
【００４５】
分配機４１は、伝送モード決定手段３から送信された伝送モードを示す伝送モード情報を取得し、取得した伝送モードに基づいて送信信号（入力）を分配するモジュールである。
【００４６】
伝送モード１の場合、分配機４１は、図３（ａ）に示すように、入力１系列を２系列に分割する直列並列変換器として機能する。一方、伝送モード２乃至５の場合、分配機４１は、図３（ｂ）又は（ｃ）に示すように、送信用アンテナ＃１又は＃２を選択する選択器として機能する。
【００４７】
本実施形態では、符号機４２は、アンテナ＃１を介して送信する送信信号用に設けられており、符号機４３は、アンテナ＃２を介して送信する送信信号用に設けられている。
【００４８】
変調手段５は、伝送モード毎に定められた変調多値数Ｐに基づいて、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎにより送信される送信信号を変調するモジュールである。
【００４９】
信号検出手段６は、第２の信号伝送装置２０で受信された信号から、必要な信号を検出して復調するモジュールである。
【００５０】
表１乃至３を参照して、上述の伝送モードの例を説明する。表１に、伝送モードの第１の例の内容を示し、表２に、伝送モードの第２の例の内容を示し、表３に、伝送モードの第３の例の内容を示す。
【００５１】
【表１】

伝送モードの第１の例では、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２について、５種類の伝送モード１乃至５が設けられている。各伝送モード１乃至５は、第１の信号伝送装置１０が使用する送信用アンテナの番号及び変調多値数を指定する。
【００５２】
表１において、伝送モード１は、送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して空間多重を行い、各送信用アンテナ＃１又は＃２においてＱＰＳＫ変調を用いるモードである。
【００５３】
また、伝送モード２及び３は、送信用アンテナ＃１又は＃２のみを使用して単一アンテナ送信を行うものであり、各送信用アンテナ＃１又は＃２においてＱＰＳＫ変調を用いるモードである。
【００５４】
また、伝送モード４及び５は、送信用アンテナ＃１又は＃２のみを使用して単一アンテナ送信を行うものであり、各送信用アンテナ＃１又は＃２において１６ＱＡＭ変調を用いるモードである。
【００５５】
なお、本実施形態において、各伝送モードの送信電力の総和は、一定に保つものとする。すなわち、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して空間多重を行う場合、送信用アンテナ１本あたりの送信電力は、単一アンテナ送信を行う場合の送信用アンテナ１本あたりの送信電力の半分となる。
【００５６】
なお、送信用アンテナの本数によって、種々の内容の伝送モードを定義することができる。
【００５７】
例えば、３本の送信用アンテナ＃１乃至＃３を用いる信号伝送システムにおいては、全てのアンテナ＃１乃至＃３を使用して空間多重を行う伝送モードや、２本のアンテナ＃１及び＃３を使用して空間多重を行う伝送モードや、２本のアンテナ＃２及び＃３を使用して空間多重を行う伝送モード等を定義することができる。
【００５８】
また、１本のアンテナ＃３のみを使用して単一アンテナ送信を行う伝送モード等を定義することができる。さらに、複数の符号化率や変調多値数を考慮すれば、さらに多くの伝送モードを定義することができる。
【００５９】
なお、第１の例では、伝送モードの要素として送信用アンテナの本数を指定しているが、受信用アンテナの本数を指定することも可能である。すなわち、受信用アンテナの本数を減らしても、受信電力が十分得られるようなＭＩＭＯ伝搬路においては、受信用アンテナの本数を減らして受信機の消費電力を低減することができる。
【００６０】
【表２】

伝送モードの第２の例では、２本の送信アンテナ＃１及び＃２を使用する２つの伝送モードが設けられている。第２の例における伝送モード１と伝送モード２とでは、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の利用の仕方が異なる。
【００６１】
表２において、伝送モード１は、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の各々から、互いに独立な信号を送信する空間多重送信法を用いるものである。
【００６２】
一方、伝送モード２は、時空間ブロック符号化を用いて、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の各々から、互いに従属な信号を送信する送信方法である。時空間ブロック符号化の詳細は、上述の非特許文献１に示されている。
【００６３】
【表３】

伝送モードの第３の例では、２本の送信アンテナ＃１及び＃２を使用する２つの伝送モードが設けられている。第３の例における伝送モード１と伝送モード２とでは、第２の例の場合と同様に、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の利用の仕方が異なる。表３に示すように、第３の例における伝送モード２は、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して、送信ビームフォーミングを用いるものである。
【００６４】
図４を参照して、上述の構成を有する信号伝送システムを用いた信号伝送方法について説明する。図４は、本実施形態に係る信号伝送方法の手順を示すフローチャートである。
【００６５】
ステップＳ１０１において、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間の通信が開始されると、ステップＳ１０２において、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝搬路状態推定手段１が、伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を、通信容量推定手段２に出力する。
【００６６】
通信容量推定手段２が、ステップＳ１０３において、受信処理後の受信信号の伝送モード毎のＳＩＮＲを推定するとともに、ステップＳ１０４において、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値から伝送モード毎の通信容量を推定する。通信容量推定手段２は、伝送モード毎の通信容量を伝送モード決定手段３に出力する。
【００６７】
ステップＳ１０５において、伝送モード決定手段３が、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に送出する。
【００６８】
ステップＳ１０６において、送信信号生成手段４は、送出された伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５からＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に送信信号を送信する。また、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３によって決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【００６９】
（本発明の第１の変更例）
なお、本発明は、上述した第１の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更を加えることができる。
【００７０】
すなわち、上述の第１の実施形態において、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３とは、第２の信号伝送装置（受信機）２０に設置されているが、例えば、通信容量推定手段２、伝送モード決定手段３の両方、若しくはいずれかを第１の信号伝送装置（送信機）１０に設置してもよい。
【００７１】
（本発明の第２の変更例）
また、本発明は、上述の第１の実施形態や第１の変更例に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、通信容量推定手段２の構成を変更してもよい。
【００７２】
図５は、複数のアンテナを用いた信号伝送方式として、空間多重送信法及び単一アンテナ送信法を用いることが可能な通信容量推定手段４を示している。
【００７３】
図５に示すように、本変更例において、通信容量推定手段２は、空間相関推定手段２３−１乃至２３−Ｗと、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段２４−１乃至２４−Ｗと、容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗとから構成される。
【００７４】
本変更例において、空間相関推定手段２３は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値を用いて、ＭＩＭＯ伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段を構成する。
【００７５】
また、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段２４は、第２の信号伝送装置（受信機）２０における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段を構成する。
【００７６】
容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗは、空間相関推定手段２３−１乃至２３−Ｗにより算出された空間相関値と、信号電力対雑音電力比推定手段２４−１乃至２４−Ｗにより算出された信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）とを用いて、各伝送モード（１乃至Ｗ）で達成できる通信容量を決定して出力する。
【００７７】
以下に、空間相関値推定手段２３による空間相関値の算出方法を示す。ここで、Ｎ_ｅ個の送信用アンテナ＃１乃至Ｎ_ｅ及びＭ個の受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍを用いるＭＩＭＯシステムを考える。簡単のため、各送信用アンテナと各受信用アンテナとの間は、周波数フラットである（マルチパスがない１つのパス（伝搬路）である）場合を考える。この場合、ｍ番目の受信用アンテナ＃ｍにおける受信信号ｒ_ｍは、次式で表される。
【００７８】
【数１】

ここで、ｈ_ｎｍは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎとｍ番目の受信用アンテナ＃ｍとの間の伝搬路推定値である。ｓ_ｎは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎから送信された信号（シンボル）であり、ｎ_ｍは、ｍ番目の受信用アンテナ＃ｍに付加された雑音である。１〜Ｍ番目の受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍでの受信信号をベクトル化すると次式となる。
【００７９】
【数２】

ここで、ｈ_ｎ＝［ｈ_１ｎ … ｈ_Ｍｎ］^Ｔは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎから送信される送信信号の空間チャネルであり、ｎ＝［ｎ_１ … ｎ_Ｍ］^Ｔは、雑音ベクトルである。
【００８０】
また、同一チャネル上の２つの信号の空間相関値として、文献『Ｄ.Ｔａｎａｋａ、Ｔ.Ｏｈｇａｎｅ及びＹ.Ｏｇａｗａ著、「ＢｌｏｃｋｉｎｇＲａｔｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＳＤＭＡｗｉｔｈａ３-ｅｌｅｍｅｎｔＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙ」、ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔｏｆＩＥＩＣＥ、９５頁乃至１００頁、ＲＣＳ９７-２５２、ＭＷ９７-１９７（１９９８-０２）』に定義されている空間相関値が用いられるものとする。
【００８１】
この文献に示された定義を用いれば、ｉ番目の送信信号とｊ番目の送信信号の空間相関値ρ_ｉ，ｊは、次式で示される。
【００８２】
【数３】

ここで、空間相関値ρ_ｉ，ｊは、複素数であるため、当該複素数のノルム値を用いることとする。本変更例においては、かかる空間相関値ρ_ｉ，ｊを用いて、Ｎ_ｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρ_Ｎｅを定義する。第１案は、次式である。
【００８３】
【数４】

つまり、Ｎ_ｅ個の全ての送信信号のペアの空間相関値のうち最大値を、Ｎ_ｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρ_Ｎｅとする。
【００８４】
第２案は、次式である。
【００８５】
【数５】

つまり、Ｎ_ｅ個の全ての送信信号のペアの空間相関値の平均値を、Ｎ_ｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρ_Ｎｅとする。
【００８６】
図５に示す空間推定値推定手段２３は、上式のいずれかを用いて空間相関値を算出する。例えば、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４及び４本の受信用アンテナ＃１乃至＃４を用いる信号伝送システムにおいて、送信用アンテナ＃１，＃２，＃４を用いる伝送モードが適用されている場合、空間推定値推定手段２３は、送信用アンテナ＃１，＃２，＃４及び４本の受信用アンテナ＃１乃至＃４で構成されるＮ_ｅ＝３のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρ_Ｎｅ＝３を上式によって算出する。
【００８７】
図５に示す信号電力対雑音電力比推定手段２４は、次式によって信号電力対雑音電力比ＳＮＲを算出する。
【００８８】
【数６】

なお、上式において、σ^２は、雑音電力である。
【００８９】
単一アンテナ送信を使用する伝送モード（Ｎ_ｅ＝１）の場合、空間相関値推定手段２３によって算出される空間相関値ρ_Ｎｅを定義する必要はなく、信号電力対雑音電力比推定手段がＳＮＲを算出するだけでよい。すなわち、単一アンテナ送信を使用する伝送モードの場合、空間相関値算出手段２３からの出力は、容量決定手段２２による通信品質の算出において使用されない。
【００９０】
すなわち、容量決定手段２２は、複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、空間相関値とＳＮＲとを用いて伝送モード毎の通信容量を決定し、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、ＳＮＲのみを用いて伝送モード毎の通信容量を決定する。
【００９１】
送信用アンテナの各々の間にマルチパスが存在する場合は、文献『阿部、藤井、冨里著、「周波数選択性ＭＩＭＯチャネル信号伝送用ターボ受信機の信号分離指標の検討」、信学技法、２００２年３月、３７頁乃至４４頁』で定義されるｉ番目の送信信号とｊ番目の送信信号の時空間相関値を用いて、上述の方法と同様な方法で、Ｎ_ｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値を定義すればよい。
【００９２】
信号検出手段６は、伝送モードに応じて、受信信号の受信処理を行う。信号検出手段６は、空間多重送信法を使用する伝送モードの場合、非特許文献１で示される復調器の構成とすることができる。信号検出手段６は、送信ダイバーシチや送信ビームフォーミングを使用する伝送モード場合も、既存の受信機の構成とすることができる。
【００９３】
図６を参照して、上述の構成を有する本変更例に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法について説明する。図６は、本変更例に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法の手順を示すフローチャートである。
【００９４】
図６（ａ）に示すように、ステップＳ２０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ２０２において、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝搬路状態推定手段１が、伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を、通信容量推定手段２に出力する。
【００９５】
第２の信号伝送装置２０に設けられている通信容量推定手段２は、ステップＳ２０３において、伝送モード毎の空間相関値及びＳＮＲを推定し、ステップＳ２０４において、推定した伝送モード毎の空間相関値及びＳＮＲに基づいて伝送モード毎の通信容量を推定し、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝送モード決定手段３に出力する。
【００９６】
図６（ｂ）を参照して、ステップＳ２０４における通信容量推定手段２の動作を詳述する。通信容量推定手段２は、ステップＳ２０７において、各伝送モードで使用される送信用アンテナの本数を判断する。送信用アンテナを２本以上用いる伝送モードの場合、通信容量推定手段２は、ステップＳ２０９において、空間相関値及びＳＮＲに基づいて当該伝送モードの通信容量の推定を行う。一方、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードの場合、通信容量推定手段２は、ステップＳ２０８において、受信信号対雑音電力比のみに基づいて当該伝送モードの通信容量の推定を行う。
【００９７】
ステップＳ２０５において、伝送モード決定手段３が、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に送出する。
【００９８】
送信信号生成手段４は、受信した伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５及びＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に当該送信信号を送信する。
【００９９】
ステップＳ２０６において、第２の信号伝送装置２０に設けられた信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１００】
（本発明の第２の実施形態）
図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る信号伝送システムは、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと比して、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３とを、第１の信号伝送装置（送信機）１０に設置している点で異なる。
【０１０１】
詳述すると、図７に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムにあっても、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと同様に、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間で形成されるＭＩＭＯ伝搬経路を介して信号の伝送を行う。なお、本実施形態においても、第１の信号伝送装置１０が送信機となり、第２の信号伝送装置２０が受信機となる場合を例に説明する。
【０１０２】
具体的には、本実施形態に係る伝送システムは、図７に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、伝送モードに応じた送信信号生成手段４と、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ毎に設けられた変調手段５１-１乃至５１-Ｎと、信号検出手段６とを具備している。
【０１０３】
本実施形態では、第１の信号伝送装置１０に、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３と送信信号生成手段４と変調手段５とが設けられており、第２の信号伝送装置２０に、信号検出手段６が設けられている。
【０１０４】
第２の実施形態に係る信号伝送システムによれば、ＴＤＤ方式のように、送信機１０と受信機２０で同一の周波数を用いる場合等には、送信用の伝搬路状態と受信用の伝搬路状態がほぼ同一となるため、受信信号から求めた伝搬路のパラメータを用いて、送信信号を送信する際に使用する伝送モードを決めることができる。かかる場合に、本実施形態に係る信号伝送システムのように、伝搬路推定値推定手段を送信機１０に設置することが可能となる。
【０１０５】
（本発明に係る第３の実施形態）
図８及び図９を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【０１０６】
図８に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムの構成は、上述の第１の実施形態に係る信号伝送システムの構成に加えて、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードを送信信号生成手段４に通知する通知手段として、第１の信号伝送装置１０に設けられた受信手段７と第２の信号伝送装置２０に設けられた送信手段８とを具備する。
【０１０７】
すなわち、第２の信号伝送装置２０に設けられた送信手段８は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードを、第１の信号伝送装置１０にフィードバックするために、当該伝送モードを示す伝送モード情報をビット情報にして第１の信号伝送装置１０に送信するモジュールである。また、第１の信号伝送装置１０に設けられた受信手段７は、第２の信号伝送装置２０よりフィードバックされた伝送モード情報を受信するモジュールである。
【０１０８】
上り通信と下り通信で同一周波数を用いるような信号伝送システムであれば、上り通信において推定された伝搬路パラメータ（伝搬路推定値）を下り通信で用いることができる。しかしながら、上り通信と下り通信で異なる周波数を用いるような信号伝送システムであれば、受信機２０で伝搬路パラメータを推定して、当該伝搬路パラメータを送信機１０にフィードバックする必要がある。かかる場合、ＭＩＭＯ伝搬路推定値（送信用アンテナと受信用アンテナとの間の振幅情報や位相情報等）の全てをフィードバックすると、当該フィードバックによる帯域損失が大きくなる。
【０１０９】
したがって、本実施形態では、伝搬路推定値そのものをフィードバックするのではなく、第２の信号伝送装置２０で伝送モードの決定を行い、決定された伝送モードを第１の信号伝送装置１０にフィードバックする。なお、表１のような５つの伝送モードが使用される場合、フィードバックする情報量は、３ビットとなる。
【０１１０】
このように、決定された伝送モードをビット情報にしてフィードバックすれば、伝送路推定値（パスの数だけの振幅情報や位相情報等）をフィードバックする信号伝送システムに比べて、大幅にフィードバックする情報量を削減することができる。
【０１１１】
また、送信手段８は、決定された伝送モードが前回送信されたフレームにおける伝送モードと同一である場合に「変更なし」を意味するビット情報をフィードバックする用に構成されていてもよいし、決定された伝送モードが前回送信されたフレームにおける伝送モードから変更されている場合のみビット情報をフィードバックすることように構成してもよい。このように構成することで、更にフィードバックする情報量の削減が可能となる。
【０１１２】
本実施形態に係る伝送システムは、具体的には、図８に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、送信信号生成手段４と、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ毎に設けられた変調手段５１-１乃至５１-Ｎと、信号検出手段６と、受信手段７と、送信手段８とを有している。
【０１１３】
なお、本実施形態では、第１の信号伝送装置１０に、送信信号生成手段４と変調手段５と受信手段７とが設けられており、第２の信号伝送装置２０に、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３と信号検出手段６と送信手段８とが設けられている。
【０１１４】
図８を参照して、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を説明する。図８は、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を示すフローチャートである。
【０１１５】
ステップＳ３０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ３０２において、伝搬路状態推定手段１が、伝送モード毎の伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を通信容量推定手段２に出力する。
【０１１６】
ステップＳ３０３において、通信容量推定手段２は、伝送モード毎のＳＩＮＲや空間相関値やＳＮＲを推定する。ステップＳ３０４において、通信容量推定手段２は、推定された伝送モード毎のＳＩＮＲや空間相関値やＳＮＲ等に基づいて、伝搬路状態推定手段１により入力された伝搬路推定値から伝送モード毎の通信容量を推定して伝送モード決定手段３に出力する。
【０１１７】
ステップＳ３０４において、伝送モード決定手段３は、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。ステップＳ３０６において、決定された伝送モードは、信号検出手段６に出力されるとともに、送信手段８及び受信手段７を介したフィードバックチャネルによって第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に通知される。
【０１１８】
ステップＳ３０７において、送出された伝送モードは、第１の信号伝送装置１０の受信手段７により受信され、送信信号生成手段４が、受信した伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５及びＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に信号を送信する。
【０１１９】
ステップＳ３０８において、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１２０】
（本発明の効果のシミュレーション結果）
上述の実施形態による効果を、計算機を用いて行ったシミュレーションの結果として示す。なお、本シミュレーションでは、空間相関値として「数４」で定義される式を用い、シミュレーションパラメータとして「表４」に示すものを用いた。
【０１２１】
【表４】

なお、表４において、文献［５］は、『Ｄ.Ｃｈｉｚｈｉｋ等著、「ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｎｔｅｎｎａＳｅｐａｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＣａｐａｃｉｔｙｏｆＢＬＡＳＴｉｎＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＣｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥＣｏｍｍｎ、Ｌｅｔｔｅｒ、ｖｏｌ.４、Ｎｏ.１１、３３７頁、２０００年１１月』を示し、文献〔６〕は、『阿部他著、「周波数選択性ＭＩＭＯチャネルにおける時空ターボ等化器」、信学技法、ＲＣＳ２０００-２５６、７５頁乃至８０頁』を示す。
【０１２２】
また、本シミュレーションで用いられる伝送モードを、表５に示す。
【０１２３】
【表５】

なお、表５に示す伝送モードは、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４を全て用いる伝送モードと、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４のうちのどれか１本を用いる８個の伝送モードとの合計９個の伝送モードを含む。
【０１２４】
また、本シミュレーションで用いた信号伝送システムの構成は、上述した第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムの構成と同様とした。
【０１２５】
図１０及び図１１に、容量決定手段２２のシミュレーションを行った結果を示す。
【０１２６】
図１０は、本シミュレーションにおいて、伝送モード１を用いた場合の空間相関値に対する通信容量の特性を示す。図１０には、上述の「数６」に示す式によって算出されるＭＩＭＯ伝搬路の瞬時のＳＮＲ（ｄＢ）をパラメータとする複数の曲線が表示されている。なお、図１０では、受信フレーム誤り率（ＦＥＲ）と符号化率Ｒと変調多値数Ｐとを用いた計算結果（１−ＦＥＲ）×Ｐ×Ｒを、通信容量（ｂｐｓ/Ｈｚ）としている。
【０１２７】
図１０に示すように、伝送モード１のみを用いた信号伝送システムでは、空間相関値が高い場合、通信容量が大幅に劣化していることが判る。つまり、本実施形態における空間相関値は、空間多重送信法の伝搬路の相関に対する特性劣化を見積もる有効な指標であるといえる。
【０１２８】
また、図１０に示すように、伝搬路の瞬時のＳＮＲ及び空間相関値から通信容量を推定できるため、容量決定手段２２は、図１０のグラフを用いて、通信容量を推定するように構成することが可能である。
【０１２９】
図１１は、本シミュレーションにおいて、単一アンテナ送信（１本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナを用いた送信）を行う伝送モードの場合の瞬時のＳＮＲに対する通信容量の特性を示す。単一アンテナ送信の場合は、空間相関値が不要であるので、図１１には、変調多値数をパラメータとした２本の曲線が表示されている。
【０１３０】
図１１から判るように、瞬時のＳＮＲ及び変調多値数に対応する通信容量は、図１１に示したグラフより推定することができる。
【０１３１】
図１２は、空間相関値とＳＮＲによって適応的に複数の伝送モードを用いる信号伝送システムにおけるシミュレーション結果を示す。具体的には、図１２は、伝搬路の瞬時のＳＮＲが１２ｄＢの場合と１６ｄＢの場合のシミュレーション結果を示している。
【０１３２】
図１２において、右下がりの曲線（太い点線）は、空間多重送信法を使用する伝送モード（伝送モード１）における空間相関値に対する通信容量の特性を示す。一方、ｘ軸にほぼ平行な直線（細い点線）は、単一アンテナ送信を使用する伝送モード（伝送モード２〜９）における空間相関値に対する通信容量の特性を示す。
【０１３３】
また、実線は、本発明の一例のように、伝送モード１乃至９の中から通信容量の一番高い伝送モードを選択した場合の空間相関値に対する通信容量の特性を示す。この場合のＳＮＲは、４本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯ伝搬路のＳＮＲである。
【０１３４】
図１２に示すように、本実施形態に係る信号伝送システム及び信号伝送方法は、空間相関値が低い場合は、空間多重送信法を使用する伝送モード１を用いて、より高い通信容量を達成し、空間相関値が低い場合は、単一アンテナ送信を使用する伝送モード２乃至９のいずれかを用いて、より高い通信容量を達成することによって、伝搬路の相関が高い場合の空間多重送信法（伝送モード１）における大幅な特性劣化を補償していることが判る。
【０１３５】
以上のことから、本発明に係る信号伝送システム及び信号伝送方法を用いることにより、伝搬路の相関が高い場合の空間多重送信法の特性劣化を改善できることが判る。
【０１３６】
（本発明の第４の実施形態）
図１３乃至図１６を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【０１３７】
本実施形態に係る信号伝送システムは、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと比して、第１の信号伝送装置１０に増幅制御手段９を設けている点と、通信容量推定手段２及び伝送モード決定手段３の機能の点で異なる。
【０１３８】
本実施形態における通信容量推定手段２は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値から、伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、当該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算するモジュールである。
【０１３９】
具体的には、通信容量推定手段２は、図１４に示すように、ＳＩＮＲ推定手段２１-１乃至２１-Ｗと、電力分配値計算手段２５-１乃至２５-Ｗと、容量決定手段２２-１乃至２２-Ｗとを具備している。
【０１４０】
ＳＩＮＲ推定手段２１は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値を用いて、第２の信号伝送装置（受信機）２０における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するモジュールである。
【０１４１】
電力分配値計算手段２５は、ＳＩＮＲ推定手段２１により算出されたＳＩＮＲを用いて、伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算するモジュールである。また、電力分配値計算手段２５は、伝送モード決定手段３によって決定された伝送モードの電力分配値を、フィードバックチャネル等を介して、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置（送信機）１０の増幅制御手段９に送信する。
【０１４２】
電力分配値計算手段２５は、伝送モード決定手段３から送信された伝送モード情報に応じて、所定の伝送モードについての電力分配値のみを計算するように構成されていてもよい。
【０１４３】
容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１によって推定されたＳＩＮＲ及び電力分配値計算手段２５によって計算された電力分配値に基づいて、伝送モード毎の通信容量を決定するモジュールである。
【０１４４】
伝送モード決定手段３は、通信容量推定手段２により推定された伝送モード毎の通信容量及び電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす最適な伝送モードを決定するモジュールである。
【０１４５】
増幅制御手段９は、通信容量推定手段２から送信された電力分配値に応じて、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎの送信信号の送信電力を制御（増幅）するモジュールである。
【０１４６】
増幅制御手段９は、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎに対して、独立に送信信号の送信電力を制御するように構成されていてもよい。
【０１４７】
また、増幅制御手段９が、独立した複数の増幅器によって構成されていると、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎの送信電力の不均等性により、非効率に送信信号の増幅がなされる可能性がある。したがって、かかる問題点を回避するために、増幅制御手段９は、マルチポート増幅器によって構成されていてもよい。
【０１４８】
従来の信号伝送システムでは、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎが、等電力で送信信号を送信するため、通信容量の観点からは最適ではないという問題点があった。この点、本実施形態に係る信号伝送システムによれば、増幅制御手段９によって送信信号の送信電力を最適に制御することができ、従来の問題点を解消することができる。
【０１４９】
以下、電力分配値計算手段２５が電力分配値を計算する方法の一例を示す。
【０１５０】
電力分配値として、Ｎ個の係数（λ_１ … λ_Ｎ）を用いる。ここで、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎによる総送信電力Ｐ_ｔが一定であるため、Ｎ＝λ_１＋…＋λ_Ｎの関係が成立する。
【０１５１】
また、伝送モード毎の通信容量Ｃを推定するための式は、以下の通りである。
【０１５２】
【数７】

上述の（１）式に対して、通信容量Ｃが最大になるように、Ｎ個の係数（λ_１… λ_Ｎ）_ｏｐｔｉが決定される。具体的には、式（λ_１ … λ_Ｎ）_ｏｐｔｉ＝ａｒｇｍａｘＣによって、Ｎ個の係数（λ_１ … λ_Ｎ）_ｏｐｔｉが決定される。
【０１５３】
Ｌａｒｇｒａｎｇｅ乗数法によって、最適なＮ個の係数（λ_１ … λ_Ｎ）_ｏｐｔｉは、以下のように求められる。
【０１５４】
【数８】

電力分配値計算手段２５は、このようにして求めた最適なＮ個の係数（λ_１ … λ_Ｎ）_ｏｐｔｉを、電力分配値として、第１の信号伝送装置１０の増幅制御手段９及び信号で信号検出手段６に送信する。
【０１５５】
図１５を参照して、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法の動作を説明する。図１５は、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を示すフローチャートである。
【０１５６】
図１５に示すように、ステップＳ４０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ４０２において、伝搬路状態推定手段１が、伝送モード毎の伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を通信容量推定手段２に出力する。
【０１５７】
通信容量推定手段２は、ステップＳ４０３において、伝送モード毎のＳＩＮＲを推定すると共に、ステップＳ４０４において、推定した伝送モード毎のＳＩＮＲに基づいて、送信用アンテナ毎の電力分配値を計算する。ステップＳ４０５において、通信容量推定手段２は、伝送モード毎のＳＩＮＲ及び送信用アンテナ毎の電力分配値に基づいて、伝送モード毎の推定容量を推定して伝送モード決定手段３に出力する。
【０１５８】
ステップＳ４０６において、伝送モード決定手段３は、推定された伝送モード毎の通信容量及び電力分配値に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。
【０１５９】
ステップＳ４０７において、伝送モード決定手段３が、決定した伝送モードを、信号検出手段６にフィードバックするとともに、通信容量推定手段２が、決定された伝送モードに対応する電力分配値を信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の増幅制御手段９にフィードバックする。
【０１６０】
ステップＳ４０８において、増幅制御手段９が、通信容量推定手段２から送信された電力分配値に基づいて、各送信用アンテナにおける送信信号の送信電力を制御する。
【０１６１】
ステップＳ４０９において、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モード及び通信容量推定手段によって計算された電力分配値に従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１６２】
本実施形態による効果を、計算機を用いて行ったシミュレーションの結果として示す。なお、本シミュレーションは、以下のような条件の下で行われた。
【０１６３】
第１に、本シミュレーションは、単一の搬送波が用いられており、単一の受信機２０が存在している環境を想定している。第２に、本シミュレーションは、伝搬路に、準静的フラットレイリーフェージング（ｑｕａｓｉ-ｓｔａｔｉｃｆｌａｔＲａｙｌｅｉｇｈｆａｄｉｎｇ）が発生する環境を想定している。第３に、フェージングチャネル間の相関の取り方は、３ＧＰＰ標準の条件に従っている。第４に、通信容量は、１００個の送信フレームの時間平均によって算出されている。第５に、４本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナが使用されており、受信方法は、ＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ（ｎｕｌｌｉｎｇ）方式が用いられている。
【０１６４】
図１６に示すように、電力分配値を用いた場合の方が、電力分配値を用いない場合よりも、通信容量が大きいことが分かる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信用アンテナを有する送信機１０から受信用アンテナを有する受信機２０に信号伝送を行う空間多重送信法を用いた信号伝送システムにおいて、ＭＩＭＯ伝搬路の状態を把握し、把握したＭＩＭＯ伝搬路の状態に適した信号伝送を行うことにより、ＭＩＭＯ伝搬路の相関が高い場合に通信容量の大幅な劣化を回避して、常に高い通信容量を得ることができ、相関の高いＭＩＭＯ伝搬路における大幅な特性劣化を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムにおける送信信号生成手段の構成及び動作を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】従来の空間多重送信法を使用する信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…伝搬路状態推定手段
２…通信容量推定手段
３…伝送モード決定手段
４…送信信号生成手段
５、５１…変調手段
６…信号検出手段
７…受信手段
８…送信手段
９…増幅制御手段
１０…第１の信号伝送装置（送信機）
２０…第２の信号伝送装置（受信機）
２１…ＳＩＮＲ推定手段
２２…容量決定手段
２３…空間相関値推定手段
２４…信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段
２５…電力分配値計算手段
４１…分配機
４２、４３…符号機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal transmission system, a signal transmission method, and a transmitter that can be used in multiple-input multiple-output communication in wireless communication.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a multiple input and multiple output (MIMO) communication system that performs signal transmission using a plurality of transmission / reception antennas has attracted attention as a future large-capacity communication system. Conventionally, transmission diversity, transmission beamforming, and spatial multiplexing transmission methods are known as methods for performing signal transmission using a plurality of transmission antennas (hereinafter referred to as a “multiple antenna transmission method”).
[0003]
FIG. 17 shows the configuration of a spatial multiplexing transmission method that is one of these methods. As shown in FIG. 17, in the spatial multiplexing transmission method, a signal for each antenna generated by the transmission signal generation unit 4 of the first signal transmission apparatus 10 is modulated by the modulation units 51-1 to 51-N, and a plurality of signals are transmitted. Is transmitted to the second signal transmission device 20 via the transmitting antennas # 1 to #N.
[0004]
Here, a signal transmitted from the first signal transmission apparatus 10 is a multi-input multi-output propagation path (hereinafter referred to as a MIMO propagation path) formed by transmission antennas # 1 to #N and reception antennas # 1 to #M. ) Is received by the second signal transmission device 20 and detected by the signal detection means 6 of the second signal transmission device 20.
[0005]
Thus, since the spatial multiplexing transmission method transmits independent signals at the same time and the same frequency via different transmission antennas, it is possible to obtain a larger transmission capacity. As a specific configuration of the signal transmission system using the spatial multiplexing transmission method, for example, one disclosed in Non-Patent Document 1 has been proposed.
[0006]
[Non-Patent Document 1]
V. Tarokh, H. Jafarkhani, and AR Calderbank, “Space-time block coding for wireless communications: Performance results”, IEEE J. Select. Areas Commun. vol.17, 451-460, March 1999
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-50990
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional signal transmission system using the spatial multiplexing transmission method, the second signal transmission device (receiver) 20 is configured by a plurality of transmission antennas # 1 to #N and reception antennas # 1 to #M. A plurality of signals on the same channel are separated and detected by utilizing the independence (low correlation) of the multi-input multi-output propagation path. Therefore, when the correlation of the MIMO propagation path is high, such as when there is a line of sight between the first signal transmission device (transmitter) 10 and the second signal transmission device (receiver) 20, the second signal Since the signal separation characteristic by the transmission device (receiver) 20 is deteriorated, there is a problem that the communication capacity achievable by the signal transmission system using the conventional spatial multiplexing transmission method is greatly deteriorated.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and a signal transmission system capable of improving a significant characteristic deterioration in a highly correlated MIMO propagation path even when the spatial multiplexing transmission method is used. An object of the present invention is to provide a signal transmission method and a transmitter.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first feature of the present invention is a signal transmission system for performing signal transmission from a transmitter having a transmitting antenna to a receiver having a receiving antenna, wherein the transmission specifies the transmitting antenna used for the signal transmission. For each mode, propagation path estimation means for estimating a propagation path estimated value indicating the state of the propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna, and communication capacity for each transmission mode from the propagation path estimated value Based on the estimated communication capacity for each transmission mode, transmission mode determining means for determining a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the estimated communication capacity, and transmission according to the determined transmission mode And a transmission signal generating means for generating a transmission signal to be transmitted.
[0011]
In the first aspect of the present invention, it is preferable that the transmission modes include a transmission mode using all the transmitting antennas that can be used and a transmission mode using only one transmitting antenna.
[0012]
In the first feature of the present invention, it is preferable that the transmission mode specifies the number of the receiving antennas.
[0013]
Further, in the first feature of the present invention, the transmission mode is a transmission mode in which signals that are independent from each other from all the transmitting antennas that are available, and a signal that is mutually dependent from all the transmitting antennas that are available. And a transmission mode for sending the
[0014]
In the first feature of the present invention, it is preferable that the transmission mode specifies at least one of a modulation multi-level number of the transmission signal or a coding rate of the transmission signal.
[0015]
Further, in the first feature of the present invention, the communication capacity estimation means calculates a signal power-to-interference power / noise power ratio (SINR) of a received signal in the receiver using the propagation path estimated value. It is preferable that calculation means is included, and the communication capacity estimation means estimates the communication capacity for each transmission mode based on the SINR calculated by the SINR calculation means.
[0016]
Further, in the first feature of the present invention, the communication capacity estimation means uses the propagation path estimation value to calculate a spatial correlation value in the propagation path, and a received signal in the receiver It is preferable to have SNR calculation means for calculating the signal power-to-noise power ratio (SNR) and capacity determination means for determining the communication capacity for each transmission mode using the spatial correlation value and the SNR.
[0017]
Further, in the first feature of the present invention, in the transmission mode using a plurality of transmitting antennas, the capacity determining means determines the communication capacity for each transmission mode using the spatial correlation value and the SNR, In the transmission mode using only one transmission antenna, it is preferable to determine the communication capacity for each transmission mode using only the SNR.
[0018]
Further, in the first feature of the present invention, the spatial correlation value calculating means uses, as the spatial correlation value, a maximum value or an average value of spatial correlation values in all combinations of the transmitting antennas used for the signal transmission. It is preferable to calculate.
[0019]
Moreover, in the first feature of the present invention, it is preferable that the information processing apparatus further includes a notification unit that notifies the transmission signal generation unit of the transmission mode determined by the transmission mode determination unit.
[0020]
Further, in the first feature of the present invention, the communication capacity estimation means estimates the communication capacity for each transmission mode from the propagation path estimated value, and the power distribution value that maximizes the communication capacity for each transmission mode. The transmission mode determining means determines a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity and the power distribution value for each of the estimated transmission modes, and the transmission signal generating means It is preferable that the transmission signal is generated according to the determined transmission mode and the power distribution value.
[0021]
Further, in the first feature of the present invention, the communication capacity estimation means calculates a signal power-to-interference power / noise power ratio (SINR) of a received signal in the receiver using the propagation path estimated value. It is preferable to include a calculation unit and a power distribution value calculation unit that calculates the power distribution value that maximizes the communication capacity for each transmission mode using the calculated SINR.
[0022]
According to this invention, a propagation path estimation value (correlation value, signal power versus interference power / noise power (hereinafter referred to as SINR), signal for each transmission mode in a MIMO propagation path formed by a combination of a transmitting antenna and a receiving antenna, Estimating the power-to-noise power value (hereinafter referred to as SNR) and the like, and selecting an appropriate transmission mode according to the communication capacity of each transmission mode estimated using the estimated propagation path estimation value. it can.
[0023]
Therefore, according to the present invention, by grasping the state of the MIMO propagation path between the transmitter and the receiver and performing signal transmission suitable for the state of the MIMO propagation path, the communication capacity of the MIMO propagation path is reduced. A large deterioration can be avoided and a high communication capacity can always be obtained. As a result, according to this invention, compared with the existing adaptive modulation / demodulation technique that uses one transmission antenna and adaptively sets the coding rate and the modulation multi-level number according to the SNR of the MIMO propagation path. Thus, a high communication capacity can be obtained.
[0024]
Further, according to the invention, it is possible to set the MIMO propagation path by cooperating a plurality of devices, such as determining the transmission mode in the receiver and notifying the transmitter of the determined transmission mode. The system can be diversified.
[0025]
A second feature of the present invention is a signal transmission method for transmitting a signal from a transmitter having a transmitting antenna to a receiver having a receiving antenna, wherein the transmission specifies the transmitting antenna used for the signal transmission. For each mode, a step A for estimating a propagation path estimated value indicating a state of a propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna, and reception at the receiver for each transmission mode from the propagation path estimated value Estimating the signal power to interference power / noise power ratio of the signal; and
A frame error rate for each transmission mode is calculated based on the estimated signal power to interference power / noise power ratio, and the communication capacity for each transmission mode is calculated using the calculated frame error rate and the modulation multi-level number. Step C for estimating, Step D for determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode, and a transmission signal to be transmitted according to the determined transmission mode And a process E for generating the above.
[0026]
A third feature of the present invention is a transmitter that transmits a transmission signal to a receiver having a reception antenna via a transmission antenna, and transmits the transmission signal for each transmission mode that specifies the transmission antenna to be used. Propagation path estimating means for estimating a propagation path value indicating a state of a propagation path between a trusted antenna and the receiving antenna; and communication capacity estimating means for estimating a communication capacity for each transmission mode from the propagation path estimated value And a transmission mode determining means for determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode, and a transmission for generating the transmission signal according to the determined transmission mode The gist of the present invention is to provide signal generation means.
[0027]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a transmitter for transmitting a transmission signal to a receiver having a reception antenna via a transmission antenna, wherein the receiver is used for transmitting the transmission signal. Propagation path estimation means for estimating a propagation path state value indicating a state of a propagation path between the transmission antenna and the reception antenna for each transmission mode designating an antenna, and from the estimated propagation path estimation value, A communication capacity estimating means for estimating a communication capacity for each transmission mode; and a transmission mode determining means for determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode. The gist of the present invention is to provide transmission signal generation means for acquiring the transmission mode determined by the transmission mode determination means of the machine and generating the transmission signal in accordance with the acquired transmission mode.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment of the present invention)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the signal transmission system according to the present embodiment.
[0029]
As shown in FIG. 1, the signal transmission system according to the present embodiment includes a first signal transmission apparatus (transmitter) 10 having receiving antennas # 1 to #M and a first antenna having receiving antennas # 1 to #M. Signal transmission is performed to the second signal transmission device (receiver) 20.
[0030]
The signal transmission system according to the present embodiment is a MIMO formed between the first signal transmission device 10 and the second signal transmission device 20 based on the transmission mode determined by the second signal transmission device 20. Signal transmission is performed via the propagation path. In the present embodiment, a case where the first signal transmission device 10 serves as a transmitter and the second signal transmission device 20 serves as a receiver will be described as an example.
[0031]
Specifically, as shown in FIG. 1, the signal transmission system according to the present embodiment includes a propagation path state estimation unit 1, a communication capacity estimation unit 2, a transmission mode determination unit 3, and a transmission signal corresponding to the transmission mode. A generating unit 4, a modulating unit 5 provided for each transmitting antenna, and a signal detecting unit 6 are provided.
[0032]
The propagation path state estimation means 1 performs the state of the MIMO propagation path between the transmission antennas # 1 to #N and the reception antennas # 1 to #M for each transmission mode that designates a transmission antenna used for signal transmission. This is a module for estimating the propagation path estimation value (the phase and amplitude of the signal in each MIMO propagation path, noise power and interference power added to the receiving antenna, etc.). In the present embodiment, the propagation path state estimation unit 1 is provided in the second signal transmission device 20.
[0033]
The propagation path state estimation means 1 estimates a propagation path estimated value by receiving a known pilot signal in the second signal transmission device 20 from each transmitting antenna at a certain fixed time. The transmission mode will be described later.
[0034]
The communication capacity estimation means 2 is a module that determines the communication capacity for each transmission mode based on the propagation path estimation value input from the propagation path state estimation means 1. In the present embodiment, the communication capacity estimation means 2 is provided in the second signal transmission device 20.
[0035]
Specifically, the communication capacity estimation unit 2 includes SINR estimation units 21-1 to 21-W and capacity determination units 22-1 to 22-W as shown in FIG.
[0036]
The SINR estimation means 21 uses the propagation path estimation value input from the propagation path state estimation means 1 and the SINR of the reception signal after the reception processing in the second signal transmission apparatus 20 for each transmission mode (1 to W). Is a module for estimating
[0037]
For example, the SINR estimation means 21 calculates the MMSE filter coefficient from the input propagation path estimation value, and receives the calculated MMSE filter coefficient and the input propagation when the signal is received by the MMSE (minimum output error reference) filter. SINR is calculated using the estimated path value.
[0038]
In addition, in the transmission mode using the spatial multiplexing transmission method, the SINR estimation means 21 obtains a filter for each signal to be detected in order to detect a plurality of spatially multiplexed signals. As a result, SINR is calculated for the plurality of signals.
[0039]
The capacity determination means 22 is a module that estimates the communication capacity for each transmission mode based on the SINR estimated by the SINR estimation means 21.
[0040]
For example, the capacity determination unit 22 calculates a frame error rate FER for each transmission mode based on the SINR estimated by the SINR estimation unit 21, and uses the calculated frame error rate FER and the modulation multilevel number P to calculate “( By calculating “1-FER) × P”, the communication capacity for each transmission mode can be estimated.
[0041]
In addition, when the spatial multiplexing transmission method is used, the capacity determination means 22 calculates the communication capacity for each multiplexed signal individually, and estimates the communication capacity in the spatial multiplexing transmission method by summing the calculated communication capacities. can do.
[0042]
The transmission mode determination unit 3 is a module that determines a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the communication capacity for each transmission mode estimated by the SINR estimation unit 21. In the present embodiment, the transmission mode determination unit 3 is provided in the second signal transmission device 20. The transmission mode determination unit 3 outputs the determined transmission mode to the transmission signal generation unit 4 of the first signal transmission device 10.
[0043]
The transmission signal generating unit 4 is a module that generates a transmission signal to be transmitted according to the transmission mode determined by the transmission mode determining unit 3.
[0044]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration and operation of the transmission signal generating means 4. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the transmission signal generating means 4 includes a distributor 41 and

encoders

42 and 43.
[0045]
The distributor 41 is a module that acquires transmission mode information indicating the transmission mode transmitted from the transmission mode determination means 3 and distributes a transmission signal (input) based on the acquired transmission mode.
[0046]
In the case of the transmission mode 1, as shown in FIG. 3A, the distributor 41 functions as a serial / parallel converter that divides one input sequence into two sequences. On the other hand, in the case of the transmission modes 2 to 5, the distributor 41 functions as a selector that selects the transmission antenna # 1 or # 2, as shown in FIG.
[0047]
In the present embodiment, the encoder 42 is provided for a transmission signal transmitted via the antenna # 1, and the encoder 43 is provided for a transmission signal transmitted via the antenna # 2.
[0048]
The modulation means 5 is a module that modulates a transmission signal transmitted from each of the transmission antennas # 1 to #N based on the modulation multilevel number P determined for each transmission mode.
[0049]
The signal detection means 6 is a module that detects and demodulates a necessary signal from the signal received by the second signal transmission device 20.
[0050]
An example of the above-described transmission mode will be described with reference to Tables 1 to 3. Table 1 shows the contents of the first example of the transmission mode, Table 2 shows the contents of the second example of the transmission mode, and Table 3 shows the contents of the third example of the transmission mode.
[0051]
[Table 1]

In the first example of the transmission mode, five types of transmission modes 1 to 5 are provided for the two transmitting antennas # 1 and # 2. Each of the transmission modes 1 to 5 designates the number of the transmitting antenna used by the first signal transmission device 10 and the modulation multi-level number.
[0052]
In Table 1, transmission mode 1 is a mode in which spatial multiplexing is performed using transmission antennas # 1 and # 2, and QPSK modulation is used in each transmission antenna # 1 or # 2.
[0053]

Transmission modes

2 and 3 perform single antenna transmission using only the transmission antenna # 1 or # 2, and use QPSK modulation in each transmission antenna # 1 or # 2.
[0054]

Transmission modes

4 and 5 perform single antenna transmission using only the transmission antenna # 1 or # 2, and use 16QAM modulation in each transmission antenna # 1 or # 2.
[0055]
In the present embodiment, the sum of transmission power in each transmission mode is kept constant. That is, when performing spatial multiplexing using two transmitting antennas # 1 and # 2, the transmission power per transmitting antenna is the transmission per transmitting antenna when performing single antenna transmission. Half of the power.
[0056]
Depending on the number of transmitting antennas, various transmission modes can be defined.
[0057]
For example, in a signal transmission system using three transmitting antennas # 1 to # 3, a transmission mode in which spatial multiplexing is performed using all antennas # 1 to # 3, and two antennas # 1 and # 3 are used. A transmission mode in which spatial multiplexing is performed using, and a transmission mode in which spatial multiplexing is performed using two antennas # 2 and # 3 can be defined.
[0058]
In addition, it is possible to define a transmission mode in which single antenna transmission is performed using only one antenna # 3. Further, more transmission modes can be defined in consideration of a plurality of coding rates and modulation multilevel numbers.
[0059]
In the first example, the number of transmitting antennas is specified as an element of the transmission mode, but the number of receiving antennas can also be specified. That is, in a MIMO propagation path where sufficient reception power can be obtained even if the number of reception antennas is reduced, the number of reception antennas can be reduced to reduce the power consumption of the receiver.
[0060]
[Table 2]

In the second example of the transmission mode, two transmission modes using two transmission antennas # 1 and # 2 are provided. The transmission mode 1 and the transmission mode 2 in the second example are different in how to use the two transmission antennas # 1 and # 2.
[0061]
In Table 2, transmission mode 1 uses a spatial multiplexing transmission method in which independent signals are transmitted from each of the two transmission antennas # 1 and # 2.
[0062]
On the other hand, transmission mode 2 is a transmission method in which subordinate signals are transmitted from each of the two transmission antennas # 1 and # 2 using space-time block coding. Details of the space-time block coding are shown in Non-Patent Document 1 described above.
[0063]
[Table 3]

In the third example of the transmission mode, two transmission modes using two transmission antennas # 1 and # 2 are provided. In the transmission mode 1 and the transmission mode 2 in the third example, the usage of the two transmission antennas # 1 and # 2 is different as in the case of the second example. As shown in Table 3, the transmission mode 2 in the third example uses transmission beamforming using two transmission antennas # 1 and # 2.
[0064]
A signal transmission method using the signal transmission system having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the signal transmission method according to the present embodiment.
[0065]
When communication between the first signal transmission device 10 and the second signal transmission device 20 is started in step S101, the propagation path state estimation provided in the second signal transmission device 20 is started in step S102. Means 1 estimates the propagation path estimation value. The propagation path state estimation unit 1 outputs the estimated propagation path estimation value to the communication capacity estimation unit 2.
[0066]
In step S103, the communication capacity estimation means 2 estimates the SINR for each transmission mode of the received signal after reception processing, and in step S104, from the propagation path estimation value input from the propagation path state estimation means 1 for each transmission mode. Estimate the communication capacity. The communication capacity estimation means 2 outputs the communication capacity for each transmission mode to the transmission mode determination means 3.
[0067]
In step S105, the transmission mode determination unit 3 determines a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode. The transmission mode determination unit 3 sends the determined transmission mode to the signal detection unit 6 and the transmission signal generation unit 4 of the first signal transmission apparatus 10.
[0068]
In step S106, the transmission signal generation unit 4 generates a transmission signal based on the transmitted transmission mode, and transmits the transmission signal from the modulation unit 5 to the second signal transmission device 20 via the MIMO propagation path. Further, the signal detection means 6 of the second signal transmission device 20 performs signal detection and demodulation according to the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3.
[0069]
(First modification of the present invention)
In addition, this invention is not limited to 1st Embodiment mentioned above, The following changes can be added.
[0070]
That is, in the first embodiment described above, the propagation path state estimation means 1, the communication capacity estimation means 2, and the transmission mode determination means 3 are installed in the second signal transmission device (receiver) 20, For example, both or either of the communication capacity estimation unit 2 and the transmission mode determination unit 3 may be installed in the first signal transmission device (transmitter) 10.
[0071]
(Second modification of the present invention)
Further, the present invention is not limited to the above-described first embodiment or the first modified example. For example, the configuration of the communication capacity estimating unit 2 may be changed as shown in FIG.
[0072]
FIG. 5 shows communication capacity estimation means 4 that can use a spatial multiplexing transmission method and a single antenna transmission method as a signal transmission method using a plurality of antennas.
[0073]
As shown in FIG. 5, in this modification, the communication capacity estimation unit 2 includes spatial correlation estimation units 23-1 to 23-W and signal power to noise power ratio (SNR) estimation units 24-1 to 24-W. And capacity determination means 22-1 to 22-W.
[0074]
In this modification, the spatial correlation estimation means 23 constitutes a spatial correlation value calculation means for calculating a spatial correlation value in the MIMO propagation path using the propagation path estimation value estimated by the propagation path state estimation means 1.
[0075]
The signal power-to-noise power ratio (SNR) estimating means 24 constitutes an SNR calculating means for calculating the signal power-to-noise power ratio (SNR) of the received signal in the second signal transmission device (receiver) 20.
[0076]
The capacity determination means 22-1 to 22-W are calculated by the spatial correlation values calculated by the spatial correlation estimation means 23-1 to 23-W and the signal power to noise power ratio estimation means 24-1 to 24-W. The communication capacity achievable in each transmission mode (1 to W) is determined and output using the signal power to noise power ratio (SNR).
[0077]
A method for calculating the spatial correlation value by the spatial correlation value estimating means 23 will be described below. Where N _e Transmitting antennas # 1 to N _e And a MIMO system using M receiving antennas # 1 to #M. For simplicity, let us consider a case where the frequency is flat between each transmitting antenna and each receiving antenna (one path (propagation path) without multipath). In this case, the received signal r at the mth receiving antenna #m _m Is expressed by the following equation.
[0078]
[Expression 1]

Where h _nm Is a channel estimation value between the nth transmitting antenna #n and the mth receiving antenna #m. s _n Is a signal (symbol) transmitted from the nth transmitting antenna #n, and n _m Is noise added to the mth receiving antenna #m. When the received signals from the 1st to Mth receiving antennas # 1 to #M are vectorized, the following equation is obtained.
[0079]
[Expression 2]

Where h _n = [H _1n ... h _Mn ] ^T Is a spatial channel of a transmission signal transmitted from the n-th transmitting antenna #n, and n = [n ₁ ... n _M ] ^T Is a noise vector.
[0080]
Further, as a spatial correlation value of two signals on the same channel, documents “D. Tanaka, T. Ohgane, and Y. Ogawa”, “Blocking Rate Performance of SDMA with a3-element Adaptive Array”, Technical 95 It is assumed that the spatial correlation values defined in pages 100 to 100, RCS 97-252, MW 97-197 (1998-02) are used.
[0081]
Using the definition shown in this document, the spatial correlation value ρ between the i-th transmission signal and the j-th transmission signal _{i, j} Is expressed by the following equation.
[0082]
[Equation 3]

Where the spatial correlation value ρ _{i, j} Since is a complex number, the norm value of the complex number is used. In this modified example, the spatial correlation value ρ _{i, j} N _e Spatial correlation value ρ of input MIMO propagation path _Ne Define The first plan is the following formula.
[0083]
[Expression 4]

That is, N _e The maximum value among the spatial correlation values of all the transmission signal pairs is expressed as N. _e Spatial correlation value ρ of input MIMO propagation path _Ne And
[0084]
The second plan is the following formula.
[0085]
[Equation 5]

That is, N _e The average of the spatial correlation values of all the transmission signal pairs is expressed as N _e Spatial correlation value ρ of input MIMO propagation path _Ne And
[0086]
The spatial estimation value estimation means 23 shown in FIG. 5 calculates a spatial correlation value using one of the above equations. For example, in a signal transmission system using four transmitting antennas # 1 to # 4 and four receiving antennas # 1 to # 4, a transmission mode using transmitting antennas # 1, # 2, and # 4 is applied. In this case, the space estimation value estimation means 23 is composed of the transmission antennas # 1, # 2, # 4 and the four reception antennas # 1 to # 4. _e = Spatial correlation value ρ of MIMO propagation path of 3 _{Ne = 3} Is calculated by the above equation.
[0087]
The signal power to noise power ratio estimation means 24 shown in FIG. 5 calculates the signal power to noise power ratio SNR by the following equation.
[0088]
[Formula 6]

In the above equation, σ ² Is the noise power.
[0089]
Transmission mode using single antenna transmission (N _e = 1), the spatial correlation value ρ calculated by the spatial correlation value estimating means 23 _Ne Need not be defined, and the signal power-to-noise power ratio estimation means only needs to calculate the SNR. That is, in the case of the transmission mode using single antenna transmission, the output from the spatial correlation value calculating means 23 is not used in the communication quality calculation by the capacity determining means 22.
[0090]
That is, the capacity determination means 22 determines the communication capacity for each transmission mode using the spatial correlation value and the SNR in the transmission mode using a plurality of transmission antennas, and in the transmission mode using only one transmission antenna. The communication capacity for each transmission mode is determined using only the SNR.
[0091]
If there is a multipath between each of the transmitting antennas, the literature “Abe, Fujii, Yuri,“ Study on signal separation index of frequency selective MIMO channel signal transmission turbo receiver ”, Science Technique, 2002 Using the spatio-temporal correlation value of the i th transmission signal and the j th transmission signal defined in “March, pp. 37 to 44”, N N _e What is necessary is just to define the spatial correlation value of the input MIMO propagation path.
[0092]
The signal detection means 6 performs reception processing on received signals according to the transmission mode. The signal detection means 6 can be configured as a demodulator shown in Non-Patent Document 1 in the case of a transmission mode using the spatial multiplexing transmission method. The signal detection means 6 can be configured as an existing receiver even in a transmission mode using transmission diversity or transmission beamforming.
[0093]
With reference to FIG. 6, a signal transmission method using the signal transmission system according to the present modification having the above-described configuration will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a signal transmission method using the signal transmission system according to this modification.
[0094]
As shown in FIG. 6A, when communication between the first signal transmission device (transmitter) 10 and the second signal transmission device (receiver) 20 is started in step S201, step S202 is performed. Then, the propagation path state estimation means 1 provided in the second signal transmission apparatus 20 estimates the propagation path estimated value. The propagation path state estimation unit 1 outputs the estimated propagation path estimation value to the communication capacity estimation unit 2.
[0095]
The communication capacity estimation means 2 provided in the second signal transmission device 20 estimates the spatial correlation value and SNR for each transmission mode in step S203, and in step S204, the estimated spatial correlation value for each transmission mode and Based on the SNR, the communication capacity for each transmission mode is estimated and output to the transmission mode determination means 3 provided in the second signal transmission device 20.
[0096]
With reference to FIG.6 (b), operation | movement of the communication capacity estimation means 2 in step S204 is explained in full detail. In step S207, the communication capacity estimation unit 2 determines the number of transmission antennas used in each transmission mode. In the case of the transmission mode using two or more transmitting antennas, the communication capacity estimation means 2 estimates the communication capacity of the transmission mode based on the spatial correlation value and SNR in step S209. On the other hand, in the case of the transmission mode using only one transmission antenna, the communication capacity estimation unit 2 estimates the communication capacity of the transmission mode based on only the received signal-to-noise power ratio in step S208.
[0097]
In step S205, the transmission mode determination means 3 determines a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode. The transmission mode determination unit 3 sends the determined transmission mode to the signal detection unit 6 and the transmission signal generation unit 4 of the first signal transmission apparatus 10.
[0098]
The transmission signal generation unit 4 generates a transmission signal based on the received transmission mode, and transmits the transmission signal to the second signal transmission device 20 via the modulation unit 5 and the MIMO propagation path.
[0099]
In step S206, the signal detection means 6 provided in the second signal transmission device 20 performs signal detection and demodulation according to the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3.
[0100]
(Second embodiment of the present invention)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the signal transmission system according to the present embodiment. Compared with the signal transmission system according to the first embodiment described above, the signal transmission system according to the present embodiment includes the propagation path state estimation unit 1, the communication capacity estimation unit 2, and the transmission mode determination unit 3 as the first. The signal transmission device (transmitter) 10 is different in that it is installed.
[0101]
More specifically, as shown in FIG. 7, even in the signal transmission system according to the present embodiment, the first signal transmission device 10 and the second signal transmission system 10 are the same as those in the signal transmission system according to the first embodiment described above. The signal is transmitted through the MIMO propagation path formed with the signal transmission apparatus 20. In the present embodiment, the case where the first signal transmission device 10 is a transmitter and the second signal transmission device 20 is a receiver will be described as an example.
[0102]
Specifically, as shown in FIG. 7, the transmission system according to this embodiment includes a propagation path state estimation unit 1, a communication capacity estimation unit 2, a transmission mode determination unit 3, and a transmission signal corresponding to the transmission mode. A generation unit 4, modulation units 51-1 to 51-N provided for each of transmission antennas # 1 to #N, and a signal detection unit 6 are provided.
[0103]
In the present embodiment, the first signal transmission device 10 is provided with a propagation path state estimation unit 1, a communication capacity estimation unit 2, a transmission mode determination unit 3, a transmission signal generation unit 4, and a modulation unit 5. The signal detection means 6 is provided in the second signal transmission device 20.
[0104]
According to the signal transmission system according to the second embodiment, when the same frequency is used in the transmitter 10 and the receiver 20 as in the TDD scheme, the transmission channel state and the reception channel are used. Since the states are almost the same, the transmission mode used when transmitting the transmission signal can be determined using the propagation path parameter obtained from the reception signal. In such a case, it is possible to install propagation path estimation value estimation means in the transmitter 10 as in the signal transmission system according to the present embodiment.
[0105]
(Third embodiment according to the present invention)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the signal transmission system according to the present embodiment.
[0106]
As shown in FIG. 8, the configuration of the signal transmission system according to the present embodiment transmits the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3 in addition to the configuration of the signal transmission system according to the first embodiment described above. As a notification means for notifying the signal generation means 4, a reception means 7 provided in the first signal transmission device 10 and a transmission means 8 provided in the second signal transmission device 20 are provided.
[0107]
That is, the transmission means 8 provided in the second signal transmission apparatus 20 transmits the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3 to indicate the transmission mode in order to feed back the transmission mode to the first signal transmission apparatus 10. This is a module for transmitting mode information to the first signal transmission device 10 as bit information. The receiving means 7 provided in the first signal transmission device 10 is a module that receives transmission mode information fed back from the second signal transmission device 20.
[0108]
If the signal transmission system uses the same frequency for uplink communication and downlink communication, the propagation path parameter (propagation value) estimated in uplink communication can be used for downlink communication. However, if the signal transmission system uses different frequencies for uplink communication and downlink communication, the receiver 20 needs to estimate the propagation path parameter and feed back the propagation path parameter to the transmitter 10. In this case, if all of the MIMO channel estimation values (such as amplitude information and phase information between the transmitting antenna and the receiving antenna) are fed back, the band loss due to the feedback increases.
[0109]
Therefore, in this embodiment, the propagation path estimation value itself is not fed back, but the transmission mode is determined by the second signal transmission device 20 and the determined transmission mode is fed back to the first signal transmission device 10. . If five transmission modes as shown in Table 1 are used, the amount of information to be fed back is 3 bits.
[0110]
In this way, if the determined transmission mode is fed back as bit information, the feedback information is greatly fed back compared to the signal transmission system that feeds back the estimated channel value (amplitude information and phase information as many as the number of paths). The amount can be reduced.
[0111]
The transmission means 8 may be configured to feed back bit information meaning “no change” when the determined transmission mode is the same as the transmission mode in the previously transmitted frame. The bit information may be fed back only when the transmitted transmission mode is changed from the transmission mode in the previously transmitted frame. With this configuration, the amount of information to be fed back can be further reduced.
[0112]
Specifically, as shown in FIG. 8, the transmission system according to the present embodiment includes a propagation path state estimation unit 1, a communication capacity estimation unit 2, a transmission mode determination unit 3, a transmission signal generation unit 4, Modulation means 51-1 to 51-N provided for each of the transmission antennas # 1 to #N, signal detection means 6, reception means 7, and transmission means 8 are provided.
[0113]
In the present embodiment, the first signal transmission device 10 is provided with transmission signal generation means 4, modulation means 5, and reception means 7, and the second signal transmission device 20 has propagation path state estimation means. 1, a communication capacity estimation unit 2, a transmission mode determination unit 3, a signal detection unit 6, and a transmission unit 8 are provided.
[0114]
A signal transmission method using the signal transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a signal transmission method using the signal transmission system according to the present embodiment.
[0115]
When communication between the first signal transmission device (transmitter) 10 and the second signal transmission device (receiver) 20 is started in step S301, the propagation path state estimation unit 1 in step S302 A channel estimation value for each transmission mode is estimated. The propagation path state estimation unit 1 outputs the estimated propagation path estimation value to the communication capacity estimation unit 2.
[0116]
In step S303, the communication capacity estimation unit 2 estimates SINR, spatial correlation value, and SNR for each transmission mode. In step S304, the communication capacity estimation unit 2 performs communication for each transmission mode from the channel estimation value input by the channel state estimation unit 1 based on the estimated SINR, spatial correlation value, SNR, and the like for each transmission mode. The capacity is estimated and output to the transmission mode determining means 3.
[0117]
In step S304, the transmission mode determination unit 3 determines a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode. In step S306, the determined transmission mode is output to the signal detection unit 6 and is notified to the transmission signal generation unit 4 of the first signal transmission apparatus 10 through the feedback channel via the transmission unit 8 and the reception unit 7. The
[0118]
In step S307, the transmitted transmission mode is received by the reception unit 7 of the first signal transmission apparatus 10, and the transmission signal generation unit 4 generates a transmission signal based on the received transmission mode, and the modulation unit 5 and A signal is transmitted to the second signal transmission device 20 via the MIMO propagation path.
[0119]
In step S308, the signal detection unit 6 of the second signal transmission device 20 performs signal detection and demodulation according to the transmission mode determined by the transmission mode determination unit 3.
[0120]
(Simulation result of the effect of the present invention)
The effect by the above-mentioned embodiment is shown as a result of the simulation performed using the computer. In this simulation, the equation defined by “Equation 4” is used as the spatial correlation value, and the simulation parameter shown in “Table 4” is used.
[0121]
[Table 4]

In Table 4, reference [5] is “D. Chizik et al.,“ Effect of Antenna Separation on the Capacity of BLAST in Correlated Channels ”, IEEE Commn, Letter, vol. "November 2000" and reference [6] shows "Abe et al.," Space-Time Turbo Equalizer in Frequency Selective MIMO Channel ", Shingaku Techniques, RCS 2000-256, pp. 75-80.
[0122]
Table 5 shows the transmission modes used in this simulation.
[0123]
[Table 5]

The transmission modes shown in Table 5 are transmission modes using all four transmission antennas # 1 to # 4 and eight using any one of the four transmission antennas # 1 to # 4. Including a total of nine transmission modes.
[0124]
The configuration of the signal transmission system used in this simulation is the same as the configuration of the signal transmission system according to the second modification of the first embodiment described above.
[0125]
10 and 11 show the results of the simulation of the capacity determining means 22.
[0126]
FIG. 10 shows the characteristics of the communication capacity with respect to the spatial correlation value when the transmission mode 1 is used in this simulation. In FIG. 10, a plurality of curves using the instantaneous SNR (dB) of the MIMO propagation path calculated by the above-described equation (6) as a parameter are displayed. In FIG. 10, the calculation result (1-FER) × P × R using the received frame error rate (FER), the coding rate R, and the modulation multi-value number P is the communication capacity (bps / Hz). .
[0127]
As shown in FIG. 10, in the signal transmission system using only the transmission mode 1, when the spatial correlation value is high, it can be seen that the communication capacity is greatly deteriorated. That is, it can be said that the spatial correlation value in the present embodiment is an effective index for estimating the characteristic degradation with respect to the propagation path correlation in the spatial multiplexing transmission method.
[0128]
Also, as shown in FIG. 10, since the communication capacity can be estimated from the instantaneous SNR and the spatial correlation value of the propagation path, the capacity determination means 22 is configured to estimate the communication capacity using the graph of FIG. It is possible.
[0129]
FIG. 11 shows the characteristics of the communication capacity with respect to the instantaneous SNR in the case of a transmission mode in which single antenna transmission (transmission using one transmitting antenna and four receiving antennas) is performed in this simulation. In the case of single antenna transmission, since a spatial correlation value is not necessary, FIG. 11 shows two curves with the modulation multi-level number as a parameter.
[0130]
As can be seen from FIG. 11, the communication capacity corresponding to the instantaneous SNR and the modulation multi-level number can be estimated from the graph shown in FIG.
[0131]
FIG. 12 shows a simulation result in a signal transmission system that adaptively uses a plurality of transmission modes according to a spatial correlation value and an SNR. Specifically, FIG. 12 shows simulation results when the instantaneous SNR of the propagation path is 12 dB and 16 dB.
[0132]
In FIG. 12, a downward-sloping curve (thick dotted line) indicates a communication capacity characteristic with respect to a spatial correlation value in a transmission mode (transmission mode 1) using the spatial multiplexing transmission method. On the other hand, a straight line (thin dotted line) substantially parallel to the x-axis indicates a communication capacity characteristic with respect to a spatial correlation value in a transmission mode (transmission modes 2 to 9) using single antenna transmission.
[0133]
Further, the solid line indicates the characteristic of the communication capacity with respect to the spatial correlation value when the transmission mode having the highest communication capacity is selected from the transmission modes 1 to 9 as in the example of the present invention. The SNR in this case is the SNR of the MIMO propagation path formed between the four transmitting antennas and the four receiving antennas.
[0134]
As shown in FIG. 12, the signal transmission system and the signal transmission method according to the present embodiment achieve a higher communication capacity by using the transmission mode 1 using the spatial multiplexing method when the spatial correlation value is low. When the spatial correlation value is low, by using any of the transmission modes 2 to 9 using single antenna transmission to achieve a higher communication capacity, the spatial multiplexing transmission method when the correlation of the propagation path is high It can be seen that significant characteristic deterioration in (transmission mode 1) is compensated.
[0135]
From the above, it can be seen that by using the signal transmission system and the signal transmission method according to the present invention, it is possible to improve the characteristic deterioration of the spatial multiplexing transmission method when the correlation of the propagation path is high.
[0136]
(Fourth embodiment of the present invention)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the signal transmission system according to the present embodiment.
[0137]
The signal transmission system according to the present embodiment is different from the signal transmission system according to the first embodiment described above in that the first signal transmission device 10 is provided with the amplification control means 9, and the communication capacity estimation means. 2 and the transmission mode determining means 3 are different in function.
[0138]
The communication capacity estimation means 2 in the present embodiment estimates the communication capacity for each transmission mode from the propagation path estimated value estimated by the propagation path state estimation means 1, and the power that maximizes the communication capacity for each transmission mode. This module calculates the distribution value.
[0139]
Specifically, as shown in FIG. 14, the communication capacity estimation means 2 includes SINR estimation means 21-1 to 21-W, power distribution value calculation means 25-1 to 25-W, and capacity determination means 22-. 1 to 22-W.
[0140]
The SINR estimation means 21 uses the propagation path estimated value estimated by the propagation path state estimation means 1, and the signal power to interference power / noise power ratio (SINR) of the received signal in the second signal transmission device (receiver) 20. ) Is a module for calculating.
[0141]
The power distribution value calculation unit 25 is a module that calculates the power distribution value that maximizes the communication capacity for each transmission mode, using the SINR calculated by the SINR estimation unit 21. Further, the power distribution value calculation means 25 uses the feedback channel and the like to determine the power distribution value of the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3 and the signal detection means 6 and the first signal transmission device (transmitter) 10. To the amplification control means 9.
[0142]
The power distribution value calculation unit 25 may be configured to calculate only the power distribution value for a predetermined transmission mode according to the transmission mode information transmitted from the transmission mode determination unit 3.
[0143]
The capacity determination unit 22 is a module that determines the communication capacity for each transmission mode based on the SINR estimated by the SINR estimation unit 21 and the power distribution value calculated by the power distribution value calculation unit 25.
[0144]
The transmission mode determination unit 3 is a module that determines an optimal transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the communication capacity and the power distribution value for each transmission mode estimated by the communication capacity estimation unit 2.
[0145]
The amplification control unit 9 is a module that controls (amplifies) the transmission power of the transmission signals of the transmission antennas # 1 to #N according to the power distribution value transmitted from the communication capacity estimation unit 2.
[0146]
The amplification control means 9 may be configured to control the transmission power of the transmission signal independently for each of the transmission antennas # 1 to #N.
[0147]
Further, if the amplification control means 9 is constituted by a plurality of independent amplifiers, there is a possibility that the transmission signal is amplified inefficiently due to the nonuniformity of the transmission power of each of the transmission antennas # 1 to #N. There is. Therefore, in order to avoid such a problem, the amplification control means 9 may be constituted by a multiport amplifier.
[0148]
The conventional signal transmission system has a problem that each of the transmission antennas # 1 to #N transmits a transmission signal with equal power, which is not optimal from the viewpoint of communication capacity. In this regard, according to the signal transmission system according to the present embodiment, the transmission power of the transmission signal can be optimally controlled by the amplification control means 9, and the conventional problems can be solved.
[0149]
Hereinafter, an example of a method by which the power distribution value calculation unit 25 calculates the power distribution value will be described.
[0150]
As power distribution values, N coefficients (λ ₁ … Λ _N ) Is used. Here, the total transmission power P by each of the transmission antennas # 1 to #N _t Is constant, N = λ ₁ + ... + λ _N The relationship is established.
[0151]
In addition, an equation for estimating the communication capacity C for each transmission mode is as follows.
[0152]
[Expression 7]

For the above equation (1), N coefficients (λ ₁ … Λ _N ) _opti Is determined. Specifically, the equation (λ ₁ … Λ _N ) _opti = ArgmaxC, N coefficients (λ ₁ … Λ _N ) _opti Is determined.
[0153]
The large number multiplier (λ ₁ … Λ _N ) _opti Is obtained as follows.
[0154]
[Equation 8]

The power distribution value calculation means 25 obtains the optimum N coefficients (λ ₁ … Λ _N ) _opti Is transmitted as a power distribution value to the signal detection means 6 by the amplification control means 9 and the signal of the first signal transmission device 10.
[0155]
The operation of the signal transmission method using the signal transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a flowchart showing a signal transmission method using the signal transmission system according to the present embodiment.
[0156]
As shown in FIG. 15, when communication between the first signal transmission device (transmitter) 10 and the second signal transmission device (receiver) 20 is started in step S401, propagation is performed in step S402. The path state estimation means 1 estimates a propagation path estimated value for each transmission mode. The propagation path state estimation unit 1 outputs the estimated propagation path estimation value to the communication capacity estimation unit 2.
[0157]
The communication capacity estimation means 2 estimates the SINR for each transmission mode in step S403, and calculates the power distribution value for each transmission antenna based on the estimated SINR for each transmission mode in step S404. In step S405, the communication capacity estimation unit 2 estimates the estimated capacity for each transmission mode based on the SINR for each transmission mode and the power distribution value for each transmission antenna, and outputs the estimated capacity to the transmission mode determination unit 3.
[0158]
In step S406, the transmission mode determination unit 3 determines a transmission mode that satisfies a desired communication capacity based on the estimated communication capacity and power distribution value for each transmission mode.
[0159]
In step S407, the transmission mode determination unit 3 feeds back the determined transmission mode to the signal detection unit 6, and the communication capacity estimation unit 2 sets the power distribution value corresponding to the determined transmission mode to the signal detection unit 6 and Feedback is made to the amplification control means 9 of the first signal transmission device 10.
[0160]
In step S408, the amplification control unit 9 controls the transmission power of the transmission signal in each transmission antenna based on the power distribution value transmitted from the communication capacity estimation unit 2.
[0161]
In step S409, the signal detection means 6 of the second signal transmission device 20 performs signal detection and demodulation according to the transmission mode determined by the transmission mode determination means 3 and the power distribution value calculated by the communication capacity estimation means. .
[0162]
The effect by this embodiment is shown as a result of the simulation performed using the computer. This simulation was performed under the following conditions.
[0163]
First, this simulation assumes an environment where a single carrier is used and a single receiver 20 exists. Second, this simulation assumes an environment in which quasi-static flat Rayleigh fading occurs in the propagation path. Thirdly, how to obtain the correlation between fading channels conforms to the conditions of the 3GPP standard. Fourth, the communication capacity is calculated by the time average of 100 transmission frames. Fifth, four transmitting antennas and four receiving antennas are used, and a zero forcing (nulling) method is used as a receiving method.
[0164]
As shown in FIG. 16, it can be seen that the communication capacity is larger when the power distribution value is used than when the power distribution value is not used.
[0165]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the signal transmission system using the spatial multiplexing transmission method for transmitting a signal from the transmitter 10 having the transmitting antenna to the receiver 20 having the receiving antenna, By grasping the state and performing signal transmission suitable for the grasped state of the MIMO propagation path, when the correlation of the MIMO propagation path is high, it is possible to avoid a significant deterioration of the communication capacity and always obtain a high communication capacity. In addition, it is possible to improve significant characteristic deterioration in a highly correlated MIMO propagation path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of communication capacity estimation means in the signal transmission system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration and operation of transmission signal generation means in the signal transmission system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the signal transmission system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of communication capacity estimation means in a signal transmission system according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation of the signal transmission system according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of the signal transmission system according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a simulation result of an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a simulation result of an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing a simulation result of one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of communication capacity estimation means in a signal transmission system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing an operation of the signal transmission system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a graph showing a simulation result of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system using a conventional spatial multiplexing transmission method.
[Explanation of symbols]
1 ... propagation path state estimation means
2 ... Communication capacity estimation means
3 ... Transmission mode determination means
4. Transmission signal generating means
5, 51 ... modulation means
6 ... Signal detection means
7: Receiving means
8 ... Transmission means
9 ... Amplification control means
10: First signal transmission device (transmitter)
20: Second signal transmission device (receiver)
21 ... SINR estimation means
22 ... Capacity determining means
23: Spatial correlation value estimation means
24: Signal power to noise power ratio (SNR) estimation means
25 ... Power distribution value calculation means
41 ... Distributor
42, 43 ... Encoder

Claims

A signal transmission system for performing signal transmission from a transmitter having a plurality of transmitting antennas to a receiver having a plurality of receiving antennas,
A plurality of transmission modes including a combination of the number of transmission antennas used for signal transmission and a modulation multi-level number among at least the plurality of transmission antennas are prepared,
For each of the transmission mode, the channel estimation means for estimating a channel estimation value indicating the state of a propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna,
SINR estimation means for estimating a signal power-to-interference power / noise power ratio of a received signal in the receiver for each transmission mode from the propagation path estimation value;
Based on the estimated signal power to interference power plus noise power ratio to calculate the frame error rate for each of the transmission mode, the communication of each of the transmission mode by using the calculated the frame error rate and the said modulation level Communication capacity estimating means for estimating capacity;
A transmission mode determining means for determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode;
A signal transmission system comprising: a transmission signal generation unit configured to generate a transmission signal to be transmitted according to the determined transmission mode.

2. The signal transmission system according to claim 1, wherein the transmission mode includes a transmission mode using all of the available transmission antennas and a transmission mode using only one of the transmission antennas.

The signal transmission system according to claim 1, wherein the transmission mode specifies the number of the receiving antennas.

The transmission mode includes a transmission mode in which independent signals are transmitted from all available transmitting antennas, and a transmission mode in which dependent signals are transmitted from all available transmitting antennas. The signal transmission system according to any one of claims 1 to 3.

Wherein the transmission mode, the signal transmission system according to any one of claims 1 to 4, wherein the specifying at least one coding rate of the modulation level or the transmission signal.

Signal transmission system according to any one of claims 1 to 5 the transmission mode determined, characterized in that it has a notifying means for notifying the transmitting signal generating unit by the transmission mode decision means.

A signal transmission method for performing signal transmission from a transmitter having a plurality of transmitting antennas to a receiver having a plurality of receiving antennas,
A plurality of transmission modes including a combination of the number of transmission antennas used for signal transmission and a modulation multi-level number among at least the plurality of transmission antennas are prepared,
For each transmission mode, estimating a propagation path estimated value indicating a state of a propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna; and
A step B of estimating a signal power to interference power / noise power ratio of a received signal in the receiver for each transmission mode from the propagation path estimated value;
Based on the estimated signal power to interference power plus noise power ratio to calculate the frame error rate for each of the transmission mode, the communication of each of the transmission mode by using the calculated the frame error rate and the said modulation level Step C for estimating the capacity;
Determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode; and
And a step E of generating a transmission signal to be transmitted according to the determined transmission mode.

The signal transmission method according to claim 7, wherein the transmission mode includes a transmission mode using all of the available transmission antennas and a transmission mode using only one of the transmission antennas.

The signal transmission method according to claim 7 or 8, wherein the transmission mode specifies the number of the receiving antennas.

The transmission mode includes a transmission mode in which independent signals are transmitted from all available transmitting antennas, and a transmission mode in which dependent signals are transmitted from all available transmitting antennas. The signal transmission method according to any one of claims 7 to 9.

Wherein the transmission mode, the signal transmission method according to any of claims 7 to 10, wherein the specifying at least one coding rate of the modulation level or the transmission signal.

In step D, notifying the transmitter of the determined transmission mode;
The signal transmission method according to any one of claims 7 to 11 , wherein, in the step E, the transmission signal is generated according to the notified transmission mode.

A transmitter for transmitting a transmission signal to a receiver having a plurality of receiving antennas via a plurality of transmitting antennas,
A plurality of transmission modes including a combination of the number of transmitting antennas used for transmitting the transmission signal and a modulation multi-level number among at least the plurality of transmitting antennas are prepared,
For each of the transmission mode, the channel estimation means for estimating a channel estimation value indicating the state of a propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna,
SINR estimation means for estimating a signal power-to-interference power / noise power ratio of a received signal in the receiver for each transmission mode from the propagation path estimation value;
Based on the estimated signal power to interference power plus noise power ratio to calculate the frame error rate for each of the transmission mode, the communication of each of the transmission mode by using the calculated the frame error rate and the said modulation level Communication capacity estimating means for estimating capacity;
A transmission mode determining means for determining a transmission mode satisfying a desired communication capacity based on the estimated communication capacity for each transmission mode;
A transmitter comprising: a transmission signal generating unit configured to generate the transmission signal according to the determined transmission mode.

A transmitter for transmitting a transmission signal to a receiver having a plurality of receiving antennas via a plurality of transmitting antennas,
The receiver
A plurality of transmission modes including a combination of the number of transmission antennas used for transmitting the transmission signal and the modulation multi-level number among at least the plurality of transmission antennas are prepared, and for each transmission mode , the transmission mode Propagation path estimating means for estimating a propagation path value indicating a state of a propagation path between the transmitting antenna and the receiving antenna, and reception at the receiver for each transmission mode from the estimated propagation path estimation value and SINR estimation means for estimating a signal power to interference power and noise power ratio of the signal, calculates the frame error rate for each of the transmission mode based on the estimated signal power to interference power plus noise power ratio, calculated above a communication capacity estimation means for estimating a communication capacity of each of the transmission mode using a frame error rate and said modulation level, based on the communication capacity of the estimated the transmission mode for each , Comprising a transmission mode determining means for determining a transmission mode that meets the desired communication capacity,
A transmitter comprising: transmission signal generation means for acquiring the transmission mode determined by the transmission mode determination means of the receiver and generating the transmission signal according to the acquired transmission mode.

The transmitter according to claim 13 or 14, wherein the transmission mode includes a transmission mode using all the transmitting antennas that can be used and a transmission mode using only one of the transmitting antennas.

The transmitter according to any one of claims 13 to 15, wherein the transmission mode specifies the number of the receiving antennas.

The transmission mode includes a transmission mode in which independent signals are transmitted from all available transmitting antennas, and a transmission mode in which dependent signals are transmitted from all available transmitting antennas. The transmitter according to any one of claims 13 to 16.

Wherein the transmission mode, the transmitter according to any one of claims 13 to 17, wherein the specifying at least one coding rate of the modulation level or the transmission signal.

19. The receiver according to claim 13, further comprising a notification unit that notifies the transmission signal generation unit of the transmitter of the transmission mode determined by the transmission mode determination unit. The transmitter described.