JP4720178B2 - 通信システム及びそれに用いる送受信機 - Google Patents

Description

本発明は通信システム及びそれに用いる送受信機に関し、特にＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式における電力制御に関するものである。

パーソナル無線通信システムにおいては、ブロードバンド化に伴って通信速度の高速化が急速に進んでいる。そのための技術の一つとして、ＭＩＭＯと称される方式がある（特許文献１参照）。このＭＩＭＯ通信方式では、図３に示すように、送信機１、受信機２の各々に複数のアンテナを設け、送信側では、送信すべき高速データがＮ分割されてそれぞれのアンテナから送信され、受信側では、Ｍ（Ｍ≧Ｎ）個の複数のアンテナで受信された信号に対して、予め定められた信号処理が行われることにより送信されたデータが復元される。

すなわち、送信機１において、送信データはデータ分割部１１によりＮ個に分割されて、Ｎ個の送信回路１２−１〜１２−Ｎを介してＮ個のアンテナから送信される。受信機２において、Ｍ個のアンテナ及び受信回路２１−１〜２１−Ｍによりこれら送信データがそれぞれ受信されて、テータ合成部２２にてデータが復元されるようになっている。

この方法では、各アンテナから送信される信号の速度に見合った周波数帯域で、Ｎ倍の速度のデータを送信することができる。但し、このように複数のアンテナから送信された異なる信号は、受信側ではそれが足し合わされたものが受信されるので、そのままではそれぞれのアンテナから送信された信号を分離することはできない。そのために、受信側にも複数のアンテナを用意し、異なる伝送路を通って受信される複数の信号列を解析することによって信号を分離する。

このＭＩＭＯ通信方式の応用例として、特許文献２に示されているように、通常時はＭＩＭＯ通信を行わない通信機を、複数台結合して用いることによりＭＩＭＯ通信を実現する方法も考えられている。図４にその構成例を示す。図４において、各送信機１−１〜１−Ｎ及び受信機２−１〜２−Ｍは、通常時はそれぞれ独立した一つ一つ送信機または受信機であるが、ＭＩＭＯ通信を行う場合は、複数の送信機及び受信機を接続することによりＭＩＭＯ通信機となる。

送信機１−１に入力さた送信データは、まずデータ分割部１１で分割され、一方は送信回路１２を介してアンテナから送信され、他方は送信機１−２に出力される。送信機１−２でも同様にデータが分割され、一方はアンテナから送信され、他方は別の送信機１−３に出力される。このようにして、送信データをＮ台の送信機から分割して送信することにより、通常時の送信能力のＮ倍のデータを送信することができる。

受信側では、複数の受信機２−１〜２−Ｍの各受信回路２１で受信したデータがデータ合成部２２でそれぞれ合成され、ＭＩＭＯの受信アルゴリズムに従って復号される。このようにして、受信信号をＭ台の受信機で受信することにより、ＭＩＭＯ通信方式による高速受信を行うことができる。

特開２００３−３４８０５７号公報 特開２００３−３３２９６３号公報

ここで、送信側の送信電力は、上記のようなＭＩＭＯ構成をとらない場合は、図５に示すように、受信側からのフィードバック信号に従って制御されるのが一般的と考えられる。すなわち、受信機２において、受信回路２１による受信信号から、電力制御信号生成部２３で電力制御信号が生成されて、これが送信回路２４を介して送信され、送信機１では受信回路１３及び電力制御信号抽出部１４によりこの電力制御信号が受信され、それに基づいて送信回路１１における送信出力が制御される。

このような一般的な送信電力制御方式を、このままＭＩＭＯ構成に適用すると、それぞれの受信機で独立に自分の受信電力だけをもとに電力制御信号を生成することになり、システム全体として最適な送信電力とすることができないという欠点がある。

本発明の目的は、ＭＩＭＯ通信方式におけるシステムの電力制御を最適に制御することが可能な通信システム及びそれに用いる送受信機を提供することである。

本発明による通信システムは、送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムであって、前記送信機の各々に対して予め定められた対となる受信機の各々において、対となる送信機からの受信信号に基づいて前記対となる送信機の送信電力制御情報を生成する手段と、前記送信電力制御情報を前記対となる送信機へ送信する手段とを含むことを特徴とする。

本発明による受信機は、送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムにおける受信機であって、予め定められた対となる送信機からの受信信号に基づいて前記対となる送信機の送信電力制御情報を生成する手段と、前記送信電力制御情報を前記対となる送信機へ送信する手段とを含むことを特徴とする。

本発明による送信機は、送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムにおける送信機であって、予め定められた対となる受信機において受信信号に基づいて生成された送信電力制御情報を受信する手段と、前記送信電力制御情報に基づいて送信電力の制御をなす手段とを含むことを特徴とする。

本発明の作用を述べる。受信側でＭＩＭＯ通信方式の受信アルゴリズムに従って復号を行う際に、各受信機は、対となる送信機からの受信信号に応じて送信電力制御情報を生成する。例えば、実際の受信信号の受信電力レベルと所定基準値とを比較し、この比較結果において、実際の受信レベルの方が低い場合には、送信電力を増加するよう指示する送信電力制御情報を生成し、逆の場合には、送信電力を低減するよう指示する送信電力制御情報を生成する。生成されたこの送信電力制御情報は対となる送信機に送信され、各送信機は受信したこの送信電力制御情報に従って送信電力の制御を行う。

各受信機において送信電力制御情報を生成する際に、対となる送信機からの受信信号の受信品質を測定してこの測定受信品質と予め定められている基準受信品質とを比較してこの比較結果に応じて当該送信電力制御情報を生成するように構成しても良い。

本発明によれば、通常の用途に用いる送信機または受信機を組み合わせてＭＩＭＯ通信方式による高速通信を行うに際して、各送信機の電力を適正な電力とすることができるという効果がある。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態のシステム構成図を示している。各送信機１−１〜１−Ｎ及び受信機２−１〜２−Ｍ（Ｍ≧Ｎとする）は、通常時はそれぞれ独立した一つ一つの送信機または受信機であるものとする。そして、ＭＩＭＯ通信を行う場合には、複数の送信機及び受信機を接続し、図１のような構成とすることにより、ＭＩＭＯ通信機となるものである。

なお、図１において、図３と同等部分は同一符号にて示しており、送信機１−１〜１−Ｎは全て同一構成であり、また受信機２−１〜２−Ｍも全て同一構成であるものとする。

図１を参照すると、送信機１−１に入力さた送信データは、まずデータ分割部１１で分割され、一方は送信回路１２を介してアンテナから送信され、他方は送信機１−２に出力される。送信機１−２においても、同様にデータが分割され、一方はアンテナから送信され、他方は別の送信機に出力される。このようにして、送信データをＮ台の送信機から分割して送信を行うことにより、通常時の送信能力のＮ倍のデータを送信することができる。

受信側では、複数の受信機２−１〜２−Ｍにおける各受信回路２１で受信したデータを、データ合成部２２でそれぞれ合成し、ＭＩＭＯの受信アルゴリズムに従って復号する。このようにして受信信号をＭ台の受信機で受信することにより、ＭＩＭＯ通信方式による高速受信を行うことができる。以上の構成及び動作は上述した図３の従来方式と同様である。

ここで、Ｎ個の送信機１−２〜１−Ｎの各々に対して、対となる受信機２−１〜２−Ｍを予め決めておく。Ｍ≧Ｎであることから、送信機１−１〜１−Ｎの各々に対しては、必ず１台の受信機を対とすることができる。

各受信機では、データ合成部２２において、ＭＩＭＯのアルゴリズムに従って復号がなされるが、このとき、対になる送信機からの受信信号に基づいて、当該対になる送信機に対する送信電力制御信号が生成されるのである。そして、当該対になる送信機では、この対になる受信機からの送信電力制御信号に従って送信電力の制御が行われることになる。なお、図１においては、Ｍ＝Ｎとしており、送信電力制御信号は点線で示されている。

ここで、受信機のデータ合成部２２の詳細について、図２を参照して説明する。図２は、受信機２−１のデータ合成部２２についてのみ示すが、他の受信機においても同一である。データ合成部２２はデータ分析回路２２１と、データ合成回路２２２と、受信電力算出回路２２３とを有している。データ合成部２２は、受信回路２１からの受信信号を入力とするが、この受信回路２２には、全ての送信機からの信号がアンテナにより受信されて入力される。データ分析回路２２１はこの受信信号を入力とすると共に、他の受信機の受信回路からの各出力信号をも入力とするようになっている（図１では、簡単化のために、他の受信機の受信回路からの各出力信号を入力とする信号線は省略している）。

その理由は、ＭＩＭＯ通信方式では、各受信機において、自身のアンテナからの受信信号に加えて、このように、他の受信機のアンテナを経た受信信号をも用いることにより、受信データの分析や合成をより正確なものとすることができるからである。よって、データ分析回路２２１は、これら入力信号から、対となる送信機１−１の受信信号のみを抽出するよう動作する。

この抽出方法を説明すると、各送信機からの送信信号には、受信機での受信を助けるためのに各送信機固有のパイロット信号が含まれており、よって、受信信号からこのパイロット信号を抽出することにより，送信機１−１からの信号を識別して抽出することができるのである。

そこで、受信機２−１のデータ分析回路２２１では、このパイロット信号により、対となる送信機１−１の受信信号のみが抽出される。こうして抽出された送信機１−１からの全ての受信機による受信信号はデータ合成回路２２２において、他の受信機において同様に抽出された対となる送信機の受信信号と合成されて出力信号となる。データ分析部２２１により得られた対となる送信機１−１の受信信号は送信電力算出部２２３に入力され、対となる送信機の受信電力が算出して求められる。この求められた受信電力が電力制御信号生成部２３へ出力されることになる。

他の各受信機においても同様に、データ合成部２２において、対になる送信機からの実際の受信信号の受信電力レベルがそれぞれ求められて、これが電力制御信号生成部２３に供給される。

この電力制御信号生成部２３では、こうして算出された実際の受信電力レベルと基準となる所定値とが比較される。この比較の結果、実際の受信電力レベルの方が低い場合には、送信電力を増加するよう指示する送信電力制御信号が生成され、逆の場合は電力を低減するよう指示する送信電力制御信号が生成されて、送信回路２４から対になる送信機に送信される。以上の動作が他の受信機１−２〜１−Ｍでも同様に行われるのである。

対になる送信機では、対になる受信機からの送信電力制御信号が、受信回路１３で受信されて電力制御信号抽出部１４で抽出され、その指示に従って送信回路１２の送信電力が制御される。このように、送信機の送信電力を制御することにより、各送信機の送信電力が所定の値に制御されることになり、システム全体として最適な送信電力とすることが可能になる。

送信電力制御信号を生成するための基準となる所定値としては、通信システムに要求される最適値に選定されるが、例えば、受信信号の受信品質を示すＳＩＲ（Signal to Noise Rtio）やＢＬＥＲ（Block Error Rate）などが、予め定められた値またはその近傍の値になるように選定されるのが良い。

上記の実施の形態においては、受信側から送信電力制御信号を送信側へ送信しているが、本発明の他の実施の形態として、受信側において、所定値と実際の受信レベルとの差を求めてこの差の情報を送信側へ送信し、送信側においてその差の情報を抽出して当該差のレベルを送信電力に加えて送信するように構成することもできる。

また、上記実施の形態では、各受信機において、送信電力制御信号を生成するために、対となる送信機からの実際の受信信号の電力レベルを用いているが、本発明の更に他の実施の形態として、受信側において、対となる送信機からの実際の受信信号のＳＩＲやＢＬＲＥなどの受信品質を測定し、この測定受信品質と、予め定められている所定受信品質とを比較してこの比較結果に応じて、対となる送信機の送信電力制御情報を生成するようにしても良い。

すなわち、実際の受信品質が所定受信品質よりも悪ければ、送信電力の増加を指示する送信電力制御情報を生成し、逆の場合には、送信電力の減少を指示する送信電力制御情報を生成するのである。

この場合においても、実際の受信品質と予め定められた所定受信品質との差に応じた送信電力制御情報を対となる送信機に送信し、当該送信機において、この送信電力制御情報に従って送信すべき電力の増減をなすようにする。また、受信側において、所定受信品質と実際の受信品質との差を求めてこの差の情報を送信側へ送信し、送信側においてその差の情報を抽出して当該差のレベルに対応した送信電力を送信電力に加えて送信するように構成することもできる。

なお、送信電力制御信号の送受信は一対一の通信方式を用いれば良く、例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access ）方式やＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ）方式などが使用され得るが、これに限定されないことは明白である。

本発明の実施の形態を示す図である。 図１のデータ合成部２２の詳細を説明する図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の他の例を示す図である。 従来技術の更に他の例を示す図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｎ 送信機
２−１〜２−Ｍ 受信機
１１ データ分割部
１２，２４ 送信回路
１３，２１ 受信回路
１４ 電力制御信号抽出部
２２ データ合成部
２３ 電力制御信号生成部
２２１ データ分析回路
２２２ データ合成回路
２２３ 受信電力算出回路

Claims (17)

1. 送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムであって、前記送信機の各々に対して予め定められた対となる受信機の各々において、対となる送信機からの受信信号に基づいて前記対となる送信機の送信電力制御情報を生成する制御情報生成手段と、前記送信電力制御情報を前記対となる送信機へ送信する送信手段とを含むことを特徴とする通信システム。
2. 前記対となる送信機からの受信信号は、前記複数の受信機によりそれぞれ受信された前記対となる送信機からの信号を合成した信号であることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記送信機の各々において、前記対となる受信機からの前記送信電力制御情報に基づいて送信電力の制御をなす送信電力制御手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の通信システム。
4. 前記制御情報生成手段は、前記受信信号の受信電力レベルに基づいて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の通信システム。
5. 前記制御情報生成手段は、前記受信電力レベルと所定電力レベルとを比較してこの比較結果に応じて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項４記載の通信システム。
6. 前記制御情報生成手段は、前記受信信号の受信品質に基づいて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の通信システム。
7. 前記制御情報生成手段は、前記受信品質と所定受信品質とを比較してこの比較結果に応じて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項６記載の通信システム。
8. 送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムにおける受信機であって、予め定められた対となる送信機からの受信信号に基づいて前記対となる送信機の送信電力制御情報を生成する制御情報生成手段と、前記送信電力制御情報を前記対となる送信機へ送信する送信手段とを含むことを特徴とする受信機。
9. 前記対となる送信機からの受信信号は、前記複数の受信機によりそれぞれ受信された前記対となる送信機からの信号を合成した信号であることを特徴とする請求項８記載の受信機。
10. 前記制御情報生成手段は、前記受信信号の受信電力レベルに基づいて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項８または９記載の受信機。
11. 前記制御情報生成手段は、前記受信電力レベルと所定電力レベルとを比較してこの比較結果に応じて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項１０記載の受信機。
12. 前記制御情報生成手段は、前記受信信号の受信品質に基づいて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項８または９記載の受信機。
13. 前記制御情報生成手段は、前記受信品質と所定受信品質とを比較してこの比較結果に応じて前記送信電力制御情報を生成することを特徴とする請求項１２記載の受信機。
14. 送信すべき信号をＮ個に分割してＮ個の送信機から送信し、前記送信機からの送信信号をＭ個（Ｍ≧Ｎ）の受信機により受信して、各受信機において前記複数の送信機からの信号を合成するようにした通信システムにおける送信機であって、予め定められた対となる受信機において受信信号に基づいて生成された送信電力制御情報を受信する手段と、前記送信電力制御情報に基づいて送信電力の制御をなす手段とを含むことを特徴とする送信機。
15. 前記対となる送信機からの受信信号は、前記複数の受信機によりそれぞれ受信された前記対となる送信機からの信号を合成した信号であることを特徴とする請求項１４記載の送信機。
16. 前記送信電力制御情報は、前記受信信号の受信電力レベルに基づいて生成されたものであること特徴とする請求項１４または１５記載の送信機。
17. 前記送信電力制御情報は、前記受信信号の受信品質に基づいて生成されたものであること特徴とする請求項１４または１５記載の送信機。

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