无线装置以及训练信号发送方法
【专利摘要】本发明减少信道估计用的OFDM符号数，减少由于导频信号和反馈信号造成的开销，使吞吐量提高。无线装置具备：重复系数设定部，对多个发送端口设定重复系数，所述重复系数表示以多少个发送端口共有用于估计信道信息的训练信号的多个频道；训练信号生成部，以满足所设定的重复系数的方式对所述各发送端口分配频道，基于所分配的频道生成L个训练信号；信道信息取得部，针对分配给所述各发送端口的所述频道，从通信对方取得根据训练信号估计出的信道信息；以及信道信息插值部，根据取得的所述信道信息，对分配给所述各发送端口的所述频道以外的剩余的频道的信道信息进行插值。
【专利说明】无线装置以及训练信号发送方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对利用正交频分复用方式的通信中的多个发送端口与通信对方的接收天线之间的信道信息进行估计的无线装置以及训练信号(training signal)发送方法。
[0002]本申请基于在2012年I月27日向日本申请的特愿2012 - 015917号要求优先权，并将其内容引用于此。
【背景技术】
[0003]近年来，作为使用2.4GHz带或5GHz带的高速无线接入系统(无线LAN (LocalArea Network,局域网))的 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气与电子工程师协会)802.1lg标准、IEEE802.1la标准等的普及非常显著。在这些系统中，使用作为用于使多径衰落环境中的特性稳定的技术的正交频分复用(OFDM =OrthogonalFrequency Divis1n Multiplexing)调制方式，实现最大为 54Mbps (bits per second,位 /秒)的物理层传输速度。
[0004]另一方面，在有线LAN的世界中，由于在各家庭中都使用了光纤的FTTH (Fiber tothe home,光纤到户)的普及，以Ethernet (以太网)(注册商标)的100Base - T接口为代表的100Mbps的高速线路的提供正在普及，在无线LAN的世界中也谋求传输速度的进一步高速化。
[0005]作为为此的技术，在IEEE802.1ln中，作为空间复用发送技术而引入了 MMO(Multiple input multiple output,多输入多输出)技术。进而，在 IEEE802.1lac 中，研究了多用户MMO (MU-ΜΜ0)通信方法(例如，参照非专利文献I)。虽然MU - MMO通信具有将物理层中的吞吐量提高发送天线数的倍数的潜力，但是，为了得到利用许多发送天线的发送分集效果，在发送装置中，需要针对终端的信道信息。可是，存在由于用于估计该信道信息的信号和反馈信息造成的开销(overhead)大的问题。
[0006]图10是用于说明根据现有技术的OFDM通信的信道信息取得动作的序列图。在图10 中示出 了对于 K 个终端 STA -1 ?STA-KCSTA:Stat1n，站)，基站 AP(Access point，接入点)取得信道信息的例子。K是I以上的整数。在图10中，附图标记I表示示出发送信道估计用的信号的通告信号(NDPA:Null Data Packet Announce,空数据分组通告)，附图标记2表示估计用的导频信号(NDP =Null Data Packet，空数据分组)，附图标记3 -1?3 - K表示信道信息的反馈信号(CSIFB:ChanneI State Informat1n Feed Back,信道状态信息反馈)，附图标记4 - 2?4 - K表示指示从特定的通信对方发送响应信号的轮询信号(Polling)。
[0007]此外，关于导频信号2，在图10的上部示出了详细内容。导频信号2包含排头的导频符号2 -1 - 1、最后的导频符号2-1-2以及能进行与N个发送天线对应的信道估计的 N 个 VHT - LTF (Very High Throughput - Long Training Frame,极高吞吐量 _ 长训练帧)2-2-1?2-2-N。为了取得针对8个发送天线的信道信息，需要将该VHT-LTF2 - 2-1?2-2-N发送8个OFDM符号的量。在此，VHT - LTF2 - 2-1?2-2-N的第k个频道的信号Sk能像例如在非专利文献2中记载的数式(19- 11)、(19_ 12)、(19-23)、(19-24)那样决定。
[0008]图11是示出根据现有技术的取得OFDM信号的无线区间的信道信息的基站(AP)1的结构的框图。附图标记10 - 2是长训练帧生成电路，附图标记10 - 3是无线信号收发电路，附图标记10 - 4 -1~10 - 4 - N是收发天线，附图标记10 - 5是接收信号解调电路，附图标记10-6是反馈彳目息提取电路，附图标记10-7是彳目道彳目息取得电路。
[0009]当基站(AP) 10决定欲取得信道信息的终端(STA)时，在长训练帧生成电路10 - 2中生成图10中的通告信号(NDPA) I和导频信号(NDP) 2，通过无线信号收发电路10 - 3进行向模拟信号的变换、向载波频率的变换、放大等，经由收发天线10 - 4 -1~10 - 4 - N进行发送。
[0010]当利用图10所示的信道信息的反馈信号CSIFB3 -1~3 - K从终端STA -1~STA-K发送信道信息时，基站(AP) 10经由收发天线10-4 -1~10-4-N中的至少一个通过无线信号收发电路10 - 3来接收信号，向接收信号解调电路10 - 5输出数字信号。接收信号解调电路10 - 5与所接收的信号取得同步，使用信道信息等来得到从终端STA -1~STA - K中的任一个取得的信息。反馈信息提取电路10 - 6从得到的解调比特中提取利用信道信息的反馈信号CSIFB的信道信息的反馈部分，通过信道信息取得电路10-7来取得各频道中的信道信息。
[0011]在此，所反馈的信道信息可以是相对于时间轴的传播信道信息，也可以是OFDM的各频道中的信道信息，并且，能使用与信道信息类似的信息，例如通过对信道信息应用Gram - Schmidt的正交化法而得到的基向量、信道信息矩阵的右奇异矩阵等。
[0012]关于这些信道信息的反馈，可以利用角度Φ和Ψ来表现V矩阵等而进行压缩，也可以取得OFDM的频道 的一部分信息(例如参照非专利文献3)。在反馈信息被压缩的情况下，信道信息取得电路10 - 7通过对反馈信息进行解压或插值来估计原来的信道信息并进行存储。
[0013]现有技术文献
非专利文献
非专利文献 I:IEEE, “Proposed specificat1n framework for TGac, ” doc.:1EEE802.11 - 09/0992r21, 2011年 I 月；
非专利文献 2:IEEE, “IEEE P802.llREVmb/D8.0，” pp.1597，1606，2011 年 3 月；
非专利文献 3:1EEE, “IEEE P802.1ln/Dll.0，” pp.55-57，2009 年 6 月。
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
然而，在发送天线数多的基站中，需要针对作为通信对方的各终端的许多信道信息。例如，在基站(AP) 10的天线数N多的情况下，存在需要将信道估计用的OFDM符号(例如，VHT - LTF)的数量设定为N个以上而使开销上升的问题和由于信道信息的反馈信号CSIFB造成的反馈信号的比特量变多的问题。这些使考虑到MAC (Medium Access Control,媒体接入控制)层为止的系统吞吐量较大地降低。像这样，因为需要发送与天线数对应的OFDM符号，所以，伴随着天线数的增大，信道估计用的开销变大，反馈信息也变多。因此，存在以下问题:来自终端的反馈信息分组CSIFB的长度也会变长，这也会成为开销。即，在以往的MIMO传输中，为了正确地取得信道信息，需要与发送端口(发送天线、发送波束)的数量对应的训练信号，因此，存在当天线数增加时训练信号也增加、传输效率劣化的问题。
[0015]本发明是考虑了这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种无线装置以及训练信号发送方法，其能够减少信道估计用的OFDM符号数，减少由于导频信号和反馈信号造成的开销，使吞吐量提闻。
[0016]用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，本发明是一种无线装置，对利用正交频分复用方式的通信中的多个发送端口与通信对方的接收天线之间的信道信息进行估计，其中，具备:重复系数设定部，对多个发送端口设定重复系数，所述重复系数表示以多少个发送端口共有用于估计信道信息的训练信号的多个频道；训练信号生成部，以满足由重复系数设定部设定的重复系数的方式对各发送端口分配频道，基于所分配的频道生成L个(L是正整数)训练信号；无线发送部，向发送天线输出由训练信号生成部生成的所述训练信号；信道信息取得部，针对分配给所述各发送端口的所述频道，从所述通信对方取得根据由所述发送天线发送的所述训练信号估计出的信道信息；以及信道信息插值部，根据取得的所述信道信息，对所述多个频道中的分配给所述各发送端口的所述频道以外的剩余的频道的信道信息进行插值。
[0017]此外，在本发明中，重复系数设定部对M个(M是正整数)各发送端口将重复系数设定为β i~β Μ，以所述重复系数P1-Pm的倒数的和为整数L的方式分别设定所述重复系数β !~βΜ也可。
[0018]此外，在本发明中，训练信号生成部以满足重复系数的方式对各发送端口分配频道，对与所述L个训练 信号的相同频道对应的信号乘以LXL的变换矩阵，将得到的L个信号分配给所述L个训练信号，所述无线发送部向所述发送天线输出由所述训练信号生成部生成的所述训练信号也可。
[0019]此外，在本发明中，重复系数设定部对各发送端口设定重复系数，所述重复系数是针对将使用在过去估计出的对于所述通信对方的所述接收天线的信道矩阵的集合矩阵来估计出的信号空间所对应的向量作为发送权重的发送端口而设定的重复系数，所述重复系数设定部将所述重复系数设定得比与所述信号空间所对应的所述向量成为正交条件的零空间所对应的重复系数小也可。
[0020]此外，本发明是一种训练信号发送方法，所述训练信号发送方法是无线装置的训练信号发送方法，所述无线装置对利用正交频分复用方式的通信中的多个发送端口与通信对方的接收天线之间的信道信息进行估计，其中，所述训练信号发送方法具备:重复系数设定步骤，对多个发送端口设定重复系数，所述重复系数表示以多少个发送端口共有用于估计信道信息的训练信号的多个频道；训练信号生成步骤，以满足由重复系数设定步骤设定的重复系数的方式对各发送端口分配频道，基于所分配的频道生成L个(L是正整数)训练信号；无线发送步骤，向发送天线输出由训练信号生成步骤生成的所述训练信号；信道信息取得步骤，针对分配给所述各发送端口的所述频道，从所述通信对方取得根据由所述发送天线发送的所述训练信号估计出的信道信息；以及信道信息插值步骤，根据由所述信道信息取得步骤取得的所述信道信息，对所述多个频道中的分配给所述各发送端口的所述频道以外的剩余的频道的信道信息进行插值。
[0021]发明效果 根据本发明，得到如下效果:能将信道估计用的OFDM符号数设定得比欲估计信道信息的天线数或发送波束数小，能减少信道估计用的开销，使吞吐量提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是示出根据本发明的第一实施方式的取得OFDM信号的无线区间的信道信息的基站(AP:无线装置)10的结构的框图。
[0023]图2A是示出在本发明的第一实施方式中的导频信号NDP的结构的概念图。
[0024]图2B是示出在本发明的第一实施方式中的信道估计用长训练帧LTF的结构的概念图。
[0025]图3是示出在本发明的第一实施方式中的信道估计用长训练帧(作为β对各发送端口设定独立的值的例子)的结构的概念图。
[0026]图4是示出在本发明的第二实施方式中的信道估计用长训练帧(其I)的结构的概念图。
[0027]图5是示出在本发明的第二实施方式中的信道估计用长训练帧(其2)的结构的概念图。
[0028]图6是示出在本发明的第一实施方式和第二实施方式中的相关值P的范围和固定值α的对应关系的概念图。
[0029]图7是示出在本发明的第二实施方式中的信道估计用长训练帧(其3)的结构的概念图。
[0030]图8是用于说明在本发明的第一、第二实施方式中的取得发送天线与通信对方间的信道信息的动作的流程图。
[0031]图9是用于说明在本发明的第一、第二实施方式中的取得发送波束与通信对方间的信道信息的动作的流程图。
[0032]图10是不出根据现有技术的多用户MIMO通信的动作的巾贞序列图。
[0033]图11是示出根据现有技术的利用多用户MMO进行发送的无线装置的结构的框图。
【具体实施方式】
[0034]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0035]Α.第一实施方式
首先，对本发明的第一实施方式进行说明。
[0036]图1是示出根据本第一实施方式的取得OFDM信号的无线区间的信道信息的基站(AP:无线装置)10的结构的框图。针对与图11对应的部分，标注相同的附图标记并省略说明。在图1中，重复系数设定电路10 -8对各发送天线或发送波束即发送端口决定重复系数，并且，决定作为在信道估计中使用的OFDM符号的长训练帧(LTF)数L、发送端口向各LTF的对应和频道的分配。
[0037]重复系数是后述的β。在β = I时，I个发送端口占有I个LTF的全部子载波。在β = 2时，以2个发送端口共享I个LTF的子载波。在β = 0.5时，I个发送端口占有2个LTF的子载波。此外，频道相当于OFDM传输中的子载波。[0038]在图10所示的导频信号NDP中，对各个发送天线分配全部的频道，为了取得针对全部发送天线的信道信息，需要N个VHT - LTF2 - 2-1~2-2-N。即，在现有技术中，因为I个发送端口占有I个LTF的全部子载波，所以在有N个发送端口的情况下，使用N个LTF来估计信道信息。
[0039]与此相对地，在本实施方式的方式中，不是对各发送端口分配全部的频道，而是以2个中的I个或3个中的I个等的方式来限定估计的信道。用重复系数β来表示对该多少个频道中的I个频道插入该发送端口的信道估计用信号，对进行估计的M个发送端口分别决定为β:~β M。在此，I ^ M ^ No
[0040]即，在本实施方式中，特征在于，不是各发送端口使用一个训练信号的全部子载波来发送训练信号，而是设定重复系数，以多个发送端口共享一个训练信号。具体地，在现有技术中，重复系数β = 1，用全部的子载波来发送训练信号。另一方面，在本实施方式中，通过以多个发送端口共享(β > I) 一个训练信号，从而能减少所需的训练信号的数量，传输效率改善。
[0041]像这样，虽然存在通过与其它发送端口共享一个训练信号而被省略的子载波的信道信息，但是，能通过使用以邻接的子载波估计的信道信息的方法或者使用以邻接的多个子载波估计的信道信息的平均的方法来对被省略的子载波的信道信息进行插值。
[0042]图2Α和图2Β是示出在本第一实施方式中的导频信号NDP的结构和信道估计用LTF的结构的概念图。在图2Β中，为了简单起见，将发送数据或控制信号的频道数设为16。可是，如以非专利文献2的数式(19-11)、(19-12)、(19-23)、(19-24)所示那样，对于像频道数为48、52、108、234、468那样的其它的频道数，也能同样地决定信道估计用LTF的结构。在图2Β中，因为β = 2，所以2个发送端口共享I个LTF。在N = 8时，为L = 4，具有LTF数变为以往的一半的效果。
[0043]在图2Α和图2Β中，示出了在发送天线数为“8”的基站(AP) 10发送用于在各终端中进行信道估计的导频信号NDP时其中所包含的信道估计用的导频符号20-1-1、20 -1 - 2、长训练帧P - LTF (Proposed LTF)20 - 2-1~20-2 -L。在此，重复系数设定电路10 - 8估计针对全部(8根)发送天线10- 4-1~10- 4- 8的频道(M = 8)，将重复系数设为P1= β 2 =…=β 8 = 2ο长训练帧生成电路10-2以满足所决定的重复系数的方式对LTF分配发送端口。LTF的数量L能用下式(I)表示。
[0044][数式I]
【权利要求】
1.一种无线装置，对利用正交频分复用方式的通信中的多个发送端口与通信对方的接收天线之间的信道信息进行估计，其中，具备: 重复系数设定部，对所述多个发送端口设定重复系数，所述重复系数表示以多少个发送端口共有用于估计所述信道信息的训练信号的多个频道； 训练信号生成部，以满足由所述重复系数设定部设定的所述重复系数的方式对所述各发送端口分配频道，基于所分配的频道生成L个(L是正整数)训练信号； 无线发送部，向发送天线输出由所述训练信号生成部生成的所述训练信号； 信道信息取得部，针对分配给所述各发送端口的所述频道，从所述通信对方取得根据由所述发送天线发送的所述训练信号估计出的信道信息；以及 信道信息插值部，根据取得的所述信道信息，对所述多个频道中的分配给所述各发送端口的所述频道以外的剩余的频道的信道信息进行插值。
2.根据权利要求1所述的无线装置，其中， 所述重复系数设定部对M个(M是正整数)各发送端口将重复系数设定为βΜ，以所述重复系数β工~β Μ的倒数的和为整数L的方式分别设定所述重复系数β i~β Μ。
3.根据权利要求1或2所述的无线装置，其中， 所述训练信号生成部以满足所述重复系数的方式对所述各发送端口分配频道，对与所述L个训练信号的相 同频道对应的信号乘以LXL的变换矩阵，将得到的L个信号分配给所述L个训练信号， 所述无线发送部向所述发送天线输出由所述训练信号生成部生成的所述训练信号。
4.根据权利要求1或2所述的无线装置，其中， 所述重复系数设定部对所述各发送端口设定重复系数，所述重复系数是针对将使用在过去估计出的对于所述通信对方的所述接收天线的信道矩阵的集合矩阵来估计出的信号空间所对应的向量作为发送权重的发送端口而设定的重复系数，所述重复系数设定部将所述重复系数设定得比与所述信号空间所对应的所述向量成为正交条件的零空间所对应的重复系数小。
5.根据权利要求3所述的无线装置，其中， 所述重复系数设定部对所述各发送端口设定重复系数，所述重复系数是针对将使用在过去估计出的对于所述通信对方的所述接收天线的信道矩阵的集合矩阵来估计出的信号空间所对应的向量作为发送权重的发送端口而设定的重复系数，所述重复系数设定部将所述重复系数设定得比与所述信号空间所对应的所述向量成为正交条件的零空间所对应的重复系数小。
6.一种训练信号发送方法，所述训练信号发送方法是无线装置的训练信号发送方法，所述无线装置对利用正交频分复用方式的通信中的多个发送端口与通信对方的接收天线之间的信道信息进行估计，其中，所述训练信号发送方法具备: 重复系数设定步骤，对所述多个发送端口设定重复系数，所述重复系数表示以多少个发送端口共有用于估计所述信道信息的训练信号的多个频道； 训练信号生成步骤，以满足由所述重复系数设定步骤设定的所述重复系数的方式对所述各发送端口分配频道，基于所分配的频道生成L个(L是正整数)训练信号； 无线发送步骤，向发送天线输出由所述训练信号生成步骤生成的所述训练信号；信道信息取得步骤，针对分配给所述各发送端口的所述频道，从所述通信对方取得根据由所述发送天线发送的所述训练信号估计出的信道信息；以及 信 道信息插值步骤，根据由所述信道信息取得步骤取得的所述信道信息，对所述多个频道中的分配给所述各发送端口的所述频道以外的剩余的频道的信道信息进行插值。
【文档编号】H04J11/00GK104040922SQ201380005627
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】工藤理一, 浅井裕介, 村上友规, 石原浩一, 沟口匡人 申请人:日本电信电话株式会社