無線通信装置及び無線通信方法
【課題】 電力配分されたＭＩＭＯ通信システムで適切な受信処理を行なう。
【解決手段】 空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得し、各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定することによって、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現し、より正確なアンテナ重み行列を求め、空間分離性能を向上させる。電力配分情報がフィードバックされる前の受信信号を受信バッファに保持しておき、フィードバックされた電力配分情報を考慮したチャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて、受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離する。
【解決手段】 空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得し、各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定することによって、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現し、より正確なアンテナ重み行列を求め、空間分離性能を向上させる。電力配分情報がフィードバックされる前の受信信号を受信バッファに保持しておき、フィードバックされた電力配分情報を考慮したチャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて、受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することにより、さらに通信容量を拡大する無線通信装置及び無線通信方法無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なうことでより大きな通信容量を得て伝送効率のよい空間多重伝送動作を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、電力配分された複数の送信ストリームからなる空間多重信号を受信側で性能よく空間分離する無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１などを挙げることができる。
【０００４】
例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格として、マルチキャリア方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。ＯＦＤＭ変調方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【０００５】
ＯＦＤＭ送信機は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各サブキャリアに割り当ててサブキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数サブキャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各サブキャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、ＯＦＤＭ受信機は、この逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各サブキャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。
【０００６】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格では最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。
【０００７】
無線通信の高速化を実現する技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現する通信方式である。送信機側では複数のアンテナに送信データを分配して送出する。一方、受信機側では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出すことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの標準化作業においては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇで採用されているＯＦＤＭと、上述したＭＩＭＯ通信方式とを組み合わせることにより、高速な無線通信を実現する方法を中心に議論が進められている。
【０００８】
ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて通信容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【０００９】
一般的に、ＭＩＭＯチャネルは、送信機周りの電波伝播環境（伝達関数）と、チャネル空間の構造（伝達関数）と、受信機周りの電波伝播環境（伝達関数）とで構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生するが、受信側でチャネル特性に応じた受信処理を行なうことにより、多重化された各信号をクロストークなしに正しく取り出すことができる。
【００１０】
図９には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。ＭＩＭＯ送信機には、２本のアンテナ、すなわち送信アンテナ１、送信アンテナ２を備え、一方のＭＩＭＯ受信機も２本の受信アンテナ１、受信アンテナ２を備えている。ここで、送信アンテナ１と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ａ、送信アンテナ２と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｂ、送信アンテナ１と受信アンテナ２の伝搬路を伝搬路ｃ、送信アンテナ２と受信アンテナ２の伝搬路を伝搬路ｄとする。そして、送信機は、送信アンテナ１に対して送信データ系列Ｘ１を送信アンテナ２に対して送信データ系列Ｘ２を割り当て、受信機は、受信アンテナ１において受信データ系列Ｙ１を受信し、受信アンテナ２において受信データ系列Ｙ２を受信したものとする。この場合の伝搬路状況は、以下の式（１）のように表現することができる。
【００１１】
【数１】
【００１２】
このときのチャネル行列Ｈを次式（２）のように定義すると、次々式（３）のようにチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1をアンテナ受信重み行列Ｗとして求めることができる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
したがって、次式（４）のように受信信号系列Ｙ１及びＹ２にチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を乗算することで、次々式（５）のように受信信号系列Ｘ１及びＸ２が求まる。
【００１５】
【数３】
【００１６】
なお、図９では送受信アンテナがともに２本の場合を示したが、アンテナ本数が２本以上であれば、同様にしてＭＩＭＯ通信システムを構築することができる。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、Ｍ本の送信アンテナに分配してＭＩＭＯチャネルに送信する。これに対し、受信側では、ＭＩＭＯチャネル経由でＮ本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して受信データを得ることができる。理想的には、送受信アンテナのうち少ない方の数（ＭＩＮ［Ｍ，Ｎ］）だけのＭＩＭＯストリームが形成される。
【００１７】
ＭＩＭＯ受信機は、上述したように、空間多重された受信信号ｙから各ストリーム信号ｘを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める必要がある。
【００１８】
例えば、送信機から既知の信号系列からなるトレーニング信号を送信し、受信機側ではこのトレーニング信号を用いてチャネル行列Ｈを取得することができる。
【００１９】
また、チャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）と（例えば、非特許文献１を参照のこと）、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）（例えば、非特許文献２を参照のこと）が知られている。Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅは、完全にクロストークを取り除く論理に基づいた方法であり、一方のＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法である。ＭＭＳＥは、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列Ｗを求める（チャネル行列を逆行列演算する）。両者を比較すると、雑音が大きい環境下では、ＭＭＳＥは優れていることが知られている。
【００２０】
上述したように、ＭＩＭＯ通信システムは、複数の送受信アンテナを並べることにより、周波数帯域を増大させずに通信容量を拡大することができるが、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することにより、さらにＭＩＭＯ伝送の通信容量を拡大することができる。
【００２１】
例えば、注水定理を用いて、送信電力をどのように配分したら全体の通信容量が最大になるかを解くことができる。（例えば、非特許文献３を参照のこと）。注水定理とは、各送信電力をチャネルの減衰に比例する量から引いた値に設定するという定理である。これによれば、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てて、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量は最大になる。
【００２２】
以下では、ＭＩＭＯ通信において、受信側のプロセスにＭＭＳＥを用いた場合について考察してみる。ＭＭＳＥプロセスでは、トレーニング信号から作り出されるチャネル行列に対し、雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なう。雑音が大きい環境下では、ＭＭＳＥは優れている。
【００２３】
ここで、等しい電力に割り当てられたトレーニング信号からチャネル行列を取得し、ＭＭＳＥプロセスで信号を分離することは、ストリーム間に等しい電力が割り当てられていることを前提としている、という点に留意されたい。
【００２４】
他方、送信側で何らかの重み付け送信（ビーム・フォーミング）してＭＩＭＯ通信を行なう際、例えばチャネルの固有値の大きさに比例した電力割り当てを行なうと、通信容量が最大になる（前述）。
【００２５】
ところが、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてＭＭＳＥ受信する際には問題が生じる。何故ならば、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としているからである。言い換えれば、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮しないで、ＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られない、すなわち本来あるべきＭＭＳＥプロセスではないことになり、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００２６】
また、送信側でストリーム毎に割当て得電力配分値を受信側で知る方法として、送信側から電力配分値に関する情報を送信してもらうという方法が考えられる。しかしながら、この方法は情報伝送に寄与しない余分なヘッダ・フィールドを用意することになるので、通信容量の観点からは望ましくない。
【００２７】
【特許文献１】特開２００２−４４０５１号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ ａｎｄ Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ Ｓｐｒｉｎｇ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．１２８７−１２９１，Ｒｈｏｄｅｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，Ｍａｙ ２００１．
【非特許文献２】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ ａｎｄ Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｏｒｄｅｒｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ Ｆａｌｌ，ｖｏｌ．４，ｐｐ．２０５３−２０５７，Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｃｉｔｙ，ＵＳＡ，ｓｅｐｔ．２００１．
【非特許文献３】Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ、Ｍ．Ｊ．Ｇａｎｓ共著“Ｏｎ ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ ｆａｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ”（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．６， ｎｏ．３，ｐｐ．３１１−３３５，Ｍａｒｃｈ １９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の目的は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、送信側で各送信ストリームにビーム・フォーミングが行なわれた空間多重信号を性能よく空間分離することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なわれた空間多重信号を、ＭＭＳＥプロセスに従いながら性能よく空間分離して伝送特性の向上に寄与することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離部と、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定部とを備え、
前記チャネル行列推定部は、前記電力推定部により推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信装置である。
【００３２】
本発明は、ＭＩＭＯ通信方式に関する。ＭＩＭＯ受信機は、チャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求め、空間多重された受信信号ｙにこの受信重み行列Ｗを乗算することによって各ストリーム信号ｘを空間分離することができる。
【００３３】
ＭＩＭＯ受信機は、例えば、ＭＭＳＥプロセスによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求めることができる。このＭＭＳＥアルゴリズムでは、トレーニング信号から作り出されるチャネル行列に対し、雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なうので、雑音が大きい環境に適している。
【００３４】
また、ＭＩＭＯ通信システムでは、送信側では、注水定理に従い、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てるとともに、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることができる。
【００３５】
ところが、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としていることから、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてそのままＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られないという問題がある。この場合、本来あるべきＭＭＳＥプロセスではないことになり、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００３６】
そこで、本発明に係るＭＩＭＯ受信機では、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮してチャネル行列を推定することによって、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現し、より正確なアンテナ受信重み行列を求めるようにした。この結果、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。
【００３７】
例えば、前記電力推定部は、前記空間分離部により空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定部にフィードバックし、前記チャネル行列推定部は、フィードバックされた各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定することができる。
【００３８】
この場合、フィードバックされるまでの間は、正確なアンテナ受信重み行列を用いずに受信信号を空間分離することになり、受信性能がよくないという問題がある。そこで、前記空間分離部により空間分離する前の各アンテナの受信信号を一時的に保持する受信バッファを設け、電力配分情報がフィードバックされる前に推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号をこの受信バッファに保持するようにしてもよい。そして、前記空間分離部は、フィードバックされた電力配分情報を考慮して推定したチャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて、前記受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離するようにすればよい。
【００３９】
例えば、空間多重信号に既知信号系列を含めるという通信方式が採用されている場合、前記チャネル行列推定部は、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出することができる。ここで言う通信方式として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２などを挙げることができる。
【００４０】
また、空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式を適用することができる。このような場合、前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアなどの既知信号系列の受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、送信側で各送信ストリームにビーム・フォーミングが行なわれた空間多重信号を性能よく空間分離することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて適切な受信処理を実現することができる。すなわち、本発明に係る受信機は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なわれた空間多重信号を、ＭＭＳＥプロセスに従いながら性能よく空間分離して伝送特性の向上に寄与することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４４】
本発明を適用したＭＩＭＯ受信機によれば、無駄なヘッダ領域の付加による伝送効率の劣化を抑えつつ、ＭＭＳＥの基準に準じた空間分離を行なうことができる。
【００４５】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４７】
本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうＭＩＭＯ通信に関する。ＭＩＭＯ通信方式では、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出し、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出す。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて通信容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【００４８】
Ａ．システム構成
図１及び図２には、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機及びＭＩＭＯ受信機の構成をそれぞれ示している。図示の送受信機はそれぞれ２本のアンテナを持ち、２系統のＭＩＭＯ送受信ストリームが形成されることになるが、本発明の要旨はストリーム数に限定されない。
【００４９】
また、図示の通信システムは、ＯＦＤＭ変調方式を併用したＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムである。ＯＦＤＭ変調方式は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【００５０】
データ発生器１００から供給される送信データは、スクランブラ１０２においてスクランブルが掛けられる。次いで、符号化器１０４で誤り訂正符号化を施さられ。この際の符号化器の種類としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａであればＲ＝１／２、Ｋ＝７の畳み込み符号器などが採用されている。そして、符号化信号はデータ振り分け器１０６に入力され、ストリーム毎に振り分けられる。
【００５１】
各ＭＩＭＯ送信ストリームでは、ストリーム毎に与えられたデータレートに従って、送信信号をパンクチャ１０８又は１０９によりパンクチャし、インターリーバ１１０又は１１１によりインターリーブし、マッパー１１２又は１１３によりＩＱ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号となる。周波数領域に並んだ各サブキャリアをＩＦＦＴ１１４又は１１５を通過して時間軸信号に変換した後に、ガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ１１８又は１１９にて帯域制限した後、ＤＡコンバータ１２０又は１２１にてアナログ信号に変換し、ＲＦ部１２２又は１２３にて適当な周波数帯にアップコンバートしてから、それぞれの送信アンテナから伝搬路に送出される。
【００５２】
他方、ＭＩＭＯチャネルを通してＭＩＭＯ受信機に届いたデータは、それぞれのＭＩＭＯ受信ストリームにおいて、ＲＦ部２３２又は２３３でアナログ処理し、ＡＤコンバータ２３０又は２３１によりデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ２２８又は２２９に入力される。そして、同期回路２２６にてパケット発見、タイミング検出、周波数オフセット補正などの処理が行なわれた後、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルをガード除去部２２４又は２２５により除去する。そして、ＦＦＴ２２２又は２２３により時間軸信号が周波数軸信号となる。
【００５３】
チャネル推定部２２０は、ＭＩＭＯ受信ストリーム毎に得られた信号から送受信アンテナ毎にチャネル推定し、受信アンテナ数×送信アンテナ数の要素を持つチャネル行列Ｈとして表現する。
【００５４】
アンテナ受信重み行列演算部２１８は、推定されたチャネル行列Ｈから例えばＭＭＳＥアルゴリズムに基づいてアンテナ受信重み行列Ｗを計算する。ＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、チャネル行列に対し雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なう。ＭＭＳＥは、雑音が大きい環境下では特に優れている。
【００５５】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、元々の受信信号とアンテナ受信重み行列Ｗとの行列乗算を行なうことで空間多重信号の空間復号を行ない、ストリーム毎に独立した信号系列を得る。
【００５６】
なお、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムでは、空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得し、チャネル推定部２２０は、この電力配分情報を考慮してより正確なチャネル行列Ｈを得るようにしている。この場合、以前のチャネル行列Ｈを基に算出されるアンテナ受信重み行列Ｗもより正確な値となる（すなわち本来のＭＭＳＥプロセスを実現することができる）ので、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。但し、電力配分情報の取得や、電力配分に基づいた空間分離に関する詳細については後述に譲る。
【００５７】
チャネル等価回路２１４は、ストリーム毎の信号系列に対し、さらに残留周波数オフセット補正、チャネル・トラッキングなどを施す。そして、デマッパー２１２又は２１３はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインターリーバ２１０又は２１１はデインターリーブし、デパンクチャ２０８又は２０９は所定のデータレートでデパンクチャした後、データ合成部２０６によりＭＩＭＯ受信ストリーム毎の受信信号を１本のストリームに合成する。このデータ合成処理は送信側で行なうデータ振り分けと全く逆の動作を行なうものである。そして、復号器２０４にて軟判定により誤り訂正復号した後、デスクランブラ２０２によりデスクランブルし、データ取得部２００は受信データを取得する。
【００５８】
ＭＩＭＯ受信機は、空間多重信号から各受信ストリームを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める必要がある。
【００５９】
Ｂ．チャネル行列の取得方法
上式（２）で示されるチャネル行列Ｈは、一般的には、送信側並びに受信側で既知の系列を送受信することで、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路（式（２）の例で言えば、ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を行列形式に並べたものである。送信側アンテナ本数がＮで受信側アンテナ本数がＭのときは、チャネル行列はＭ×Ｎ（行×列）の行列となる。したがって、Ｍ×Ｎ個の既知系列すなわちトレーニング信号を送信機から受信機へ送信すればよいことになる。
【００６０】
ところが、複数のトレーニング信号を同時に無対策で送信すると、受信側ではどのアンテナから送信されたものかが判別することができなくなる。そこで、本実施形態では、送信機側から送信アンテナ毎のトレーニング信号を時分割（すなわち時間的に直交させて）送信し、受信機側のチャネル推定部２２０では各受信アンテナで受信したトレーニング信号を基にチャネル行列Ｈを取得するという時分割法を適用する（図３を参照のこと）。
【００６１】
また、トレーニング信号を時分割送信する際に、各ＭＩＭＯチャネル用のトレーニング信号を挿入する位置をサブキャリア毎に入れ替えるトーン・インターリーブ操作を行なうようにしてもよい。トーン・インターリーブは、周波数軸上の直交性を利用したチャネル行列の取得方法である。トレーニング系列をトーン・インターリーブする目的は、各アンテナからの電力の不要なピークを避け、劣悪なクロストーク・チャネルを通って受信するＭＩＭＯストリームの受信ゲインをすべての受信ブランチにわたって均一化することにある、と言われている。
【００６２】
Ｃ．ＭＩＭＯ通信システムにおける電力配分
ＭＩＭＯ通信システムは、複数の送受信アンテナを並べることにより、周波数帯域を増大させずに通信容量を拡大することができる。ここで、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することによって、さらにＭＩＭＯ伝送の通信容量を拡大することができる。
【００６３】
例えば、非特許文献１には、複数のストリームを用いて多重伝送を行なう際の通信容量がいくらになるのかが定量的に示されている。各受信アンテナでの平均の雑音電力をＮ、ｎt本のアンテナで電力Ｓの信号を送信し、ｎr本のアンテナで受信したとすると、当該ＭＩＭＯ通信システムの通信容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓｅｃ／Ｈｚ］は、下式のように表される。但し、λiはｉ番目のストリームの固有値である。
【００６４】
【数４】
【００６５】
実際の通信システムでは、ＳＮ比の良いストリーム（固有値の大きいストリーム）からＳＮ比の悪いストリーム（固有値の小さいストリーム）まである。このため、各ストリームへの電力配分方法次第で、上式（５）で示した通信容量よりもさらに大きい通信容量が得られることが知られている。
【００６６】
各ストリームの電力の総和が一定の拘束条件の下で、ラグランジェの未定定数法を用いて上式（５）を展開すると、下式（６）によりＭＩＭＯシステムの最大の通信容量が求まる。
【００６７】
【数５】
【００６８】
注水定理とは、上式（６）のように、各送信電力をチャネルの減衰に比例する量から引いた値に設定する定理である。つまり、注水定理によれば、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てて、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることになる。
【００６９】
例えば、通信品質に基づいて送信ストリーム毎に異なる変調方式を割り当てるときには、ストリーム間で通信品質が均等に近づくように、注水定理を用いて各ストリームの電力配分を決定することができる。注水定理によれば、帯域又は時刻により雑音電力が異なる場合に、測定した雑音電力と信号電力との和（基準電力）とが等しくなるように帯域又は時刻毎に電力を設定して通信を行なうことで、平均送信信号電力当たりの通信容量を大きくすることができる。基準電力は、例えば符号化に用いる符号の誤り訂正能力や、受信機側の受信状態のフィードバックに基づいて決定する。
【００７０】
Ｄ．電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおける最適な空間分離方法
前項Ｃで説明したように、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当て、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることができる。
【００７１】
ところが、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムでは、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを行なえないという問題がある。何故ならば、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としているからである。この場合、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてそのままＭＭＳＥＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られないため、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ＭＩＭＯ処理部３００において、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮してチャネル行列を推定することによって、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいても本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現するようにした。この結果、より正確なアンテナ受信重み行列が求まるので、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。
【００７３】
図５には、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の構成を詳解している。
【００７４】
ＭＭＳＥプロセスを用いてＭＩＭＯ処理を行なう場合、チャネル推定部２２０で得られたチャネル推定情報を行列表記した後、このチャネル行列ＨがＭＭＳＥ処理部４１０に入力される。
【００７５】
ＭＭＳＥ処理部４１０内では、ノイズ加算部２１９がチャネル行列Ｈの対角成分に対してノイズ電力を加算し、アンテナ受信重み行列演算部２１８がノイズ加算後の行列に対してＭＭＳＥ基準でアンテナ受信重み行列Ｗとしてのチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を生成する。
【００７６】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、このようして得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する。
【００７７】
送信側でストリーム毎に電力配分がなされている場合、電力推定部２１７において、ストリーム毎に空間分離した後の信号からパイロット信号成分を取り出し、各ストリームのパイロット信号の電力をそれぞれ検出することで、ストリーム毎の電力比［ｐ1，ｐ2］を算出する。そして、電力推定部２１７は、検出されたストリーム毎の電力比を、電力推定値フィードバック機構２１７−Ａを用いてチャネル推定部２２０にフィードバックする。図示の例では、チャネル追従更新部２２０−Ｂは、チャネル行列更新タイミングにて電力配分値をチャネル推定部２２０に与えるようになっている。
【００７８】
なお、ストリーム毎のデータ信号の仮判定を行なった結果、それらが正しい場合は、データ部の電力も適宜重み付けなどを行ない、参照することも可能である。
【００７９】
チャネル推定部２２０は、フィードバックされた電力比［ｐ1，ｐ2］をチャネル推定値に乗算する。この際、チャネル行列Ｈの行方向にストリーム毎の電力配分値を乗算することになる。すなわち、元のチャネル行列をＨ＝［ｈ1，ｈ2］とおくと、電力配分値を乗算した結果［ｐ1ｈ1，ｐ2ｈ2］がチャネル行列として出力される。
【００８０】
ＭＭＳＥ処理部４１０では、電力配分値を反映させたチャネル推定行列［ｐ1ｈ1，ｐ2ｈ2］に対し、再度ＭＭＳＥプロセスによる逆行列生成を行なう。暗転受信重み行列乗算部２１６は、このようして改めて得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する際に、各ストリームに割り当てられた電力配分をキャンセルすることができる。図示の例では、電力配分を考慮して得られたチャネル行列の逆行列と、先ほど受信信号バッファ２２１においてバッファリングしておいた信号を乗算することで、ストリーム毎の信号に分離処理を行なう。
【００８１】
このようして得られた信号に対し、チャネル等化回路２１４にて、残留周波数オフセット処理、送受信タイミング誤差補正、位相雑音補正などを施し、デマッパー以降のデコード処理することで最適なＭＩＭＯ処理を行なうことができる。なお、ＦＦＴ２２２〜２２３により各アンテナからの受信信号をフーリエ変換してＯＦＤＭ信号を得るまでの処理、並びに、ＭＩＭＯ処理部３００において空間分離した後のチャネル等化回路２１４以降の処理は上述したと同様なので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８２】
このように本実施形態に係るＭＩＭＯ受信機では、ストリーム毎の電力検出のために一旦ＭＭＳＥ処理を行ない、再度、信号分離のためにＭＭＳＥ処理を行なうという構成を採ることで、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて最適なＭＭＳＥ処理を可能にすることができる。
【００８３】
ここで、フィードバックされるまでの間は、正確なアンテナ受信重み行列を用いずに受信信号を空間分離することになり、受信性能がよくないという問題がある。そこで、電力配分情報がフィードバックされる前に推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を一時的に保持しておき、フィードバックされた電力配分情報を考慮して推定したチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求めた後、保持しておいた受信信号を改めて空間分離するようにすればよい。
【００８４】
図６には、この場合のＭＩＭＯ処理部４００の構成を詳解している。
【００８５】
ＭＭＳＥプロセスを用いてＭＩＭＯ処理を行なう場合、チャネル推定部２２０で得られたチャネル推定情報を行列表記した後、このチャネル行列ＨがＭＭＳＥ処理部４１０に入力される。ＭＭＳＥ処理部４１０内では、ノイズ加算部２１９がチャネル行列Ｈの対角成分に対してノイズ電力を加算し、アンテナ受信重み行列演算部２１８がノイズ加算後の行列に対してＭＭＳＥ基準でアンテナ受信重み行列Ｗとしてのチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を生成する。
【００８６】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、このようして得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する。このとき、次のステップで得られるより正確な逆行列で改めて空間分離するために、受信信号を受信信号バッファ２２１にてバッファリングしておく。
【００８７】
送信側でストリーム毎に電力配分がなされている場合、電力推定部２１７において、ストリーム毎に空間分離した後の信号からパイロット信号成分を取り出し、各ストリームのパイロット信号の電力をそれぞれ検出することで、ストリーム毎の電力比を算出し、これを電力推定値フィードバック機構２１７−Ａ経由でチャネル推定部２２０にフィードバックする。
【００８８】
チャネル推定部２２０は、フィードバックされた電力比をチャネル推定値に乗算する。この際、チャネル行列Ｈの行方向にストリーム毎の電力配分値を乗算することになる。ＭＭＳＥ処理部４１０では、電力配分値が乗算されたチャネル推定行列に対し、再度ＭＭＳＥプロセスによる逆行列生成を行なう。アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、電力配分値を反映させて改めて求められた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する際に、各ストリームに割り当てられた電力配分をキャンセルすることができる。
【００８９】
図示の例では、電力配分を考慮して得られたチャネル行列の逆行列と、先ほど受信信号バッファ２２１においてバッファリングしておいた信号を乗算することで、ストリーム毎の信号に対しより正確な空間分離処理を改めて行なう。
【００９０】
このようして得られた信号に対し、チャネル等化回路２１４にて、残留周波数オフセット処理、送受信タイミング誤差補正、位相雑音補正などを施し、デマッパー以降のデコード処理することで最適なＭＩＭＯ処理を行なうことができる。
【００９１】
ＭＩＭＯ処理部４００を図５又は図６のうちいずれの構成にするべきかは任意である。但し、受信信号バッファによる遅延が気になる場合には、受信信号バッファ２２１を持たせることをせず、図５に示したように、チャネル追従更新部２２０−Ｂとの併用を行なうようにしてもよい。この場合、チャネル行列更新タイミングにて電力配分値を考慮したチャネル行列の推定を同時に行ない、逆行列生成，ストリーム毎への信号分離への処理といったプロセスを踏むことになる。こうすることで、信号分離過程における遅延を最小限に抑制しながら、電力配分されたＭＩＭＯ通信方式においてＭＭＳＥプロセスを用いて空間分離する際に、よりよい性能を引き出すことができるようになる。
【００９２】
図７及び図８には、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果について、計算機シミュレーションを用いて検証した結果をそれぞれ示している。ここでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ ＴＧｎで定義されている２つのチャネル・モデルを使用し、送受信アンテナ数ともに２本の場合でシミュレーションしている。各図では、それぞれのチャネル・モデルにおいて、各ＳＮＲ領域で適用された伝送レートでＭＩＭＯ伝送したときのパケット・エラー率をプロットしている。
【００９３】
図７及び図８を見て判るように、特に、低い伝送レートが適用される低めのＳＮＲ領域、すなわち雑音が大きな環境下で本発明の効果が顕著に現れている。ＭＭＳＥは低めのＳＮＲ領域において、雑音と干渉のバランスを好適にとりながらキャンセルしストリーム分離を行なうことができるという特徴があるが、その様子が各図ではっきりと示されている。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００９５】
本明細書では、アンテナ受信重み行列を得るためにＭＭＳＥアルゴリズムを採用したＭＩＭＯ通信システムに本発明を適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。雑音電力を考慮しながらアンテナ重みを求めるその他のアルゴリズムを用いたＭＩＭＯ通信システムに対しても、同様に本発明の効果を奏することができる。
【００９６】
また、本明細書では、ＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムに関する実施形態について説明したが、勿論、その他のＭＩＭＯシステム構成方法であっても同様に本発明を適用することができる。
【００９７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機の構成を示した図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ受信機の構成を示した図である。
【図３】図３は、各送信アンテナからのトレーニング信号を時分割送信する方法を説明するための図である。
【図４】図４は、各送信アンテナからのトレーニング信号をトーン・インターリーブして送信する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の構成例を示した図である。
【図６】図６は、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の他の構成例を示した図である。
【図７】図７は、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果を示した計算機シミュレーションの結果である。
【図８】図８は、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果を示した計算機シミュレーションの結果である。
【図９】図９は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００…データ発生器
１０２…スクランブラ
１０４…符号化器
１０６…データ振り分け部
１０８，１０９…パンクチャ
１１０，１１１…インターリーバ
１１２，１１３…マッパー
１１４，１１５…ＩＦＦＴ
１１６，１１７…ガード挿入部
１１８，１１９…デジタル・フィルタ
１２０，１２１…ＤＡコンバータ
１２２，１２３…ＲＦ部
２００…データ取得部
２０２…デスクランブラ
２０４…復号器
２０６…データ合成部
２０８，２０９…デパンクチャ
２１０，２１１…デインターリーバ
２１２，２１３…デマッパー
２１４…チャネル等化回路
２１６…アンテナ受信重み行乗算部
２１７…電力推定部
２１８…アンテナ受信重み行列演算部
２１９…ノイズ加算部
２２０…チャネル推定部
２２１…受信信号バッファ
２２２，２２３…ＦＦＴ
２２４，２２５…ガード除去部
２２６…同期回路
２２８，２２９…デジタル・フィルタ
２３０，２３１…ＡＤコンバータ
２３２，２３３…ＲＦ部
３００，４００…ＭＩＭＯ処理部
４１０…ＭＭＳＥ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することにより、さらに通信容量を拡大する無線通信装置及び無線通信方法無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なうことでより大きな通信容量を得て伝送効率のよい空間多重伝送動作を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、電力配分された複数の送信ストリームからなる空間多重信号を受信側で性能よく空間分離する無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１などを挙げることができる。
【０００４】
例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格として、マルチキャリア方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。ＯＦＤＭ変調方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【０００５】
ＯＦＤＭ送信機は、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各サブキャリアに割り当ててサブキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数サブキャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各サブキャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、ＯＦＤＭ受信機は、この逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各サブキャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。
【０００６】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格では最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。
【０００７】
無線通信の高速化を実現する技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現する通信方式である。送信機側では複数のアンテナに送信データを分配して送出する。一方、受信機側では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出すことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの標準化作業においては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇで採用されているＯＦＤＭと、上述したＭＩＭＯ通信方式とを組み合わせることにより、高速な無線通信を実現する方法を中心に議論が進められている。
【０００８】
ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて通信容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【０００９】
一般的に、ＭＩＭＯチャネルは、送信機周りの電波伝播環境（伝達関数）と、チャネル空間の構造（伝達関数）と、受信機周りの電波伝播環境（伝達関数）とで構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生するが、受信側でチャネル特性に応じた受信処理を行なうことにより、多重化された各信号をクロストークなしに正しく取り出すことができる。
【００１０】
図９には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。ＭＩＭＯ送信機には、２本のアンテナ、すなわち送信アンテナ１、送信アンテナ２を備え、一方のＭＩＭＯ受信機も２本の受信アンテナ１、受信アンテナ２を備えている。ここで、送信アンテナ１と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ａ、送信アンテナ２と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｂ、送信アンテナ１と受信アンテナ２の伝搬路を伝搬路ｃ、送信アンテナ２と受信アンテナ２の伝搬路を伝搬路ｄとする。そして、送信機は、送信アンテナ１に対して送信データ系列Ｘ１を送信アンテナ２に対して送信データ系列Ｘ２を割り当て、受信機は、受信アンテナ１において受信データ系列Ｙ１を受信し、受信アンテナ２において受信データ系列Ｙ２を受信したものとする。この場合の伝搬路状況は、以下の式（１）のように表現することができる。
【００１１】
【数１】
【００１２】
このときのチャネル行列Ｈを次式（２）のように定義すると、次々式（３）のようにチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1をアンテナ受信重み行列Ｗとして求めることができる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
したがって、次式（４）のように受信信号系列Ｙ１及びＹ２にチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を乗算することで、次々式（５）のように受信信号系列Ｘ１及びＸ２が求まる。
【００１５】
【数３】
【００１６】
なお、図９では送受信アンテナがともに２本の場合を示したが、アンテナ本数が２本以上であれば、同様にしてＭＩＭＯ通信システムを構築することができる。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、Ｍ本の送信アンテナに分配してＭＩＭＯチャネルに送信する。これに対し、受信側では、ＭＩＭＯチャネル経由でＮ本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して受信データを得ることができる。理想的には、送受信アンテナのうち少ない方の数（ＭＩＮ［Ｍ，Ｎ］）だけのＭＩＭＯストリームが形成される。
【００１７】
ＭＩＭＯ受信機は、上述したように、空間多重された受信信号ｙから各ストリーム信号ｘを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める必要がある。
【００１８】
例えば、送信機から既知の信号系列からなるトレーニング信号を送信し、受信機側ではこのトレーニング信号を用いてチャネル行列Ｈを取得することができる。
【００１９】
また、チャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）と（例えば、非特許文献１を参照のこと）、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）（例えば、非特許文献２を参照のこと）が知られている。Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅは、完全にクロストークを取り除く論理に基づいた方法であり、一方のＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法である。ＭＭＳＥは、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列Ｗを求める（チャネル行列を逆行列演算する）。両者を比較すると、雑音が大きい環境下では、ＭＭＳＥは優れていることが知られている。
【００２０】
上述したように、ＭＩＭＯ通信システムは、複数の送受信アンテナを並べることにより、周波数帯域を増大させずに通信容量を拡大することができるが、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することにより、さらにＭＩＭＯ伝送の通信容量を拡大することができる。
【００２１】
例えば、注水定理を用いて、送信電力をどのように配分したら全体の通信容量が最大になるかを解くことができる。（例えば、非特許文献３を参照のこと）。注水定理とは、各送信電力をチャネルの減衰に比例する量から引いた値に設定するという定理である。これによれば、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てて、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量は最大になる。
【００２２】
以下では、ＭＩＭＯ通信において、受信側のプロセスにＭＭＳＥを用いた場合について考察してみる。ＭＭＳＥプロセスでは、トレーニング信号から作り出されるチャネル行列に対し、雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なう。雑音が大きい環境下では、ＭＭＳＥは優れている。
【００２３】
ここで、等しい電力に割り当てられたトレーニング信号からチャネル行列を取得し、ＭＭＳＥプロセスで信号を分離することは、ストリーム間に等しい電力が割り当てられていることを前提としている、という点に留意されたい。
【００２４】
他方、送信側で何らかの重み付け送信（ビーム・フォーミング）してＭＩＭＯ通信を行なう際、例えばチャネルの固有値の大きさに比例した電力割り当てを行なうと、通信容量が最大になる（前述）。
【００２５】
ところが、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてＭＭＳＥ受信する際には問題が生じる。何故ならば、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としているからである。言い換えれば、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮しないで、ＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られない、すなわち本来あるべきＭＭＳＥプロセスではないことになり、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００２６】
また、送信側でストリーム毎に割当て得電力配分値を受信側で知る方法として、送信側から電力配分値に関する情報を送信してもらうという方法が考えられる。しかしながら、この方法は情報伝送に寄与しない余分なヘッダ・フィールドを用意することになるので、通信容量の観点からは望ましくない。
【００２７】
【特許文献１】特開２００２−４４０５１号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ ａｎｄ Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ Ｓｐｒｉｎｇ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．１２８７−１２９１，Ｒｈｏｄｅｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，Ｍａｙ ２００１．
【非特許文献２】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ ａｎｄ Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｏｒｄｅｒｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ Ｆａｌｌ，ｖｏｌ．４，ｐｐ．２０５３−２０５７，Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｃｉｔｙ，ＵＳＡ，ｓｅｐｔ．２００１．
【非特許文献３】Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ、Ｍ．Ｊ．Ｇａｎｓ共著“Ｏｎ ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ ｆａｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ”（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．６， ｎｏ．３，ｐｐ．３１１−３３５，Ｍａｒｃｈ １９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の目的は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、送信側で各送信ストリームにビーム・フォーミングが行なわれた空間多重信号を性能よく空間分離することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なわれた空間多重信号を、ＭＭＳＥプロセスに従いながら性能よく空間分離して伝送特性の向上に寄与することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離部と、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定部とを備え、
前記チャネル行列推定部は、前記電力推定部により推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信装置である。
【００３２】
本発明は、ＭＩＭＯ通信方式に関する。ＭＩＭＯ受信機は、チャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求め、空間多重された受信信号ｙにこの受信重み行列Ｗを乗算することによって各ストリーム信号ｘを空間分離することができる。
【００３３】
ＭＩＭＯ受信機は、例えば、ＭＭＳＥプロセスによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求めることができる。このＭＭＳＥアルゴリズムでは、トレーニング信号から作り出されるチャネル行列に対し、雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なうので、雑音が大きい環境に適している。
【００３４】
また、ＭＩＭＯ通信システムでは、送信側では、注水定理に従い、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てるとともに、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることができる。
【００３５】
ところが、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としていることから、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてそのままＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られないという問題がある。この場合、本来あるべきＭＭＳＥプロセスではないことになり、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００３６】
そこで、本発明に係るＭＩＭＯ受信機では、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮してチャネル行列を推定することによって、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現し、より正確なアンテナ受信重み行列を求めるようにした。この結果、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。
【００３７】
例えば、前記電力推定部は、前記空間分離部により空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定部にフィードバックし、前記チャネル行列推定部は、フィードバックされた各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定することができる。
【００３８】
この場合、フィードバックされるまでの間は、正確なアンテナ受信重み行列を用いずに受信信号を空間分離することになり、受信性能がよくないという問題がある。そこで、前記空間分離部により空間分離する前の各アンテナの受信信号を一時的に保持する受信バッファを設け、電力配分情報がフィードバックされる前に推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号をこの受信バッファに保持するようにしてもよい。そして、前記空間分離部は、フィードバックされた電力配分情報を考慮して推定したチャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて、前記受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離するようにすればよい。
【００３９】
例えば、空間多重信号に既知信号系列を含めるという通信方式が採用されている場合、前記チャネル行列推定部は、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出することができる。ここで言う通信方式として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２などを挙げることができる。
【００４０】
また、空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式を適用することができる。このような場合、前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアなどの既知信号系列の受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、送信側で各送信ストリームにビーム・フォーミングが行なわれた空間多重信号を性能よく空間分離することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて適切な受信処理を実現することができる。すなわち、本発明に係る受信機は、送信側で各送信ストリームに最適な送信電力の配分を行なわれた空間多重信号を、ＭＭＳＥプロセスに従いながら性能よく空間分離して伝送特性の向上に寄与することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４４】
本発明を適用したＭＩＭＯ受信機によれば、無駄なヘッダ領域の付加による伝送効率の劣化を抑えつつ、ＭＭＳＥの基準に準じた空間分離を行なうことができる。
【００４５】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４７】
本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうＭＩＭＯ通信に関する。ＭＩＭＯ通信方式では、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出し、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出す。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて通信容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【００４８】
Ａ．システム構成
図１及び図２には、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機及びＭＩＭＯ受信機の構成をそれぞれ示している。図示の送受信機はそれぞれ２本のアンテナを持ち、２系統のＭＩＭＯ送受信ストリームが形成されることになるが、本発明の要旨はストリーム数に限定されない。
【００４９】
また、図示の通信システムは、ＯＦＤＭ変調方式を併用したＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムである。ＯＦＤＭ変調方式は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【００５０】
データ発生器１００から供給される送信データは、スクランブラ１０２においてスクランブルが掛けられる。次いで、符号化器１０４で誤り訂正符号化を施さられ。この際の符号化器の種類としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａであればＲ＝１／２、Ｋ＝７の畳み込み符号器などが採用されている。そして、符号化信号はデータ振り分け器１０６に入力され、ストリーム毎に振り分けられる。
【００５１】
各ＭＩＭＯ送信ストリームでは、ストリーム毎に与えられたデータレートに従って、送信信号をパンクチャ１０８又は１０９によりパンクチャし、インターリーバ１１０又は１１１によりインターリーブし、マッパー１１２又は１１３によりＩＱ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号となる。周波数領域に並んだ各サブキャリアをＩＦＦＴ１１４又は１１５を通過して時間軸信号に変換した後に、ガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ１１８又は１１９にて帯域制限した後、ＤＡコンバータ１２０又は１２１にてアナログ信号に変換し、ＲＦ部１２２又は１２３にて適当な周波数帯にアップコンバートしてから、それぞれの送信アンテナから伝搬路に送出される。
【００５２】
他方、ＭＩＭＯチャネルを通してＭＩＭＯ受信機に届いたデータは、それぞれのＭＩＭＯ受信ストリームにおいて、ＲＦ部２３２又は２３３でアナログ処理し、ＡＤコンバータ２３０又は２３１によりデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ２２８又は２２９に入力される。そして、同期回路２２６にてパケット発見、タイミング検出、周波数オフセット補正などの処理が行なわれた後、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルをガード除去部２２４又は２２５により除去する。そして、ＦＦＴ２２２又は２２３により時間軸信号が周波数軸信号となる。
【００５３】
チャネル推定部２２０は、ＭＩＭＯ受信ストリーム毎に得られた信号から送受信アンテナ毎にチャネル推定し、受信アンテナ数×送信アンテナ数の要素を持つチャネル行列Ｈとして表現する。
【００５４】
アンテナ受信重み行列演算部２１８は、推定されたチャネル行列Ｈから例えばＭＭＳＥアルゴリズムに基づいてアンテナ受信重み行列Ｗを計算する。ＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、チャネル行列に対し雑音電力をその対角要素に加算することで、干渉と雑音をバランスよくキャンセルし、所望の信号成分を得る動作を行なう。ＭＭＳＥは、雑音が大きい環境下では特に優れている。
【００５５】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、元々の受信信号とアンテナ受信重み行列Ｗとの行列乗算を行なうことで空間多重信号の空間復号を行ない、ストリーム毎に独立した信号系列を得る。
【００５６】
なお、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムでは、空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得し、チャネル推定部２２０は、この電力配分情報を考慮してより正確なチャネル行列Ｈを得るようにしている。この場合、以前のチャネル行列Ｈを基に算出されるアンテナ受信重み行列Ｗもより正確な値となる（すなわち本来のＭＭＳＥプロセスを実現することができる）ので、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。但し、電力配分情報の取得や、電力配分に基づいた空間分離に関する詳細については後述に譲る。
【００５７】
チャネル等価回路２１４は、ストリーム毎の信号系列に対し、さらに残留周波数オフセット補正、チャネル・トラッキングなどを施す。そして、デマッパー２１２又は２１３はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインターリーバ２１０又は２１１はデインターリーブし、デパンクチャ２０８又は２０９は所定のデータレートでデパンクチャした後、データ合成部２０６によりＭＩＭＯ受信ストリーム毎の受信信号を１本のストリームに合成する。このデータ合成処理は送信側で行なうデータ振り分けと全く逆の動作を行なうものである。そして、復号器２０４にて軟判定により誤り訂正復号した後、デスクランブラ２０２によりデスクランブルし、データ取得部２００は受信データを取得する。
【００５８】
ＭＩＭＯ受信機は、空間多重信号から各受信ストリームを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める必要がある。
【００５９】
Ｂ．チャネル行列の取得方法
上式（２）で示されるチャネル行列Ｈは、一般的には、送信側並びに受信側で既知の系列を送受信することで、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路（式（２）の例で言えば、ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を行列形式に並べたものである。送信側アンテナ本数がＮで受信側アンテナ本数がＭのときは、チャネル行列はＭ×Ｎ（行×列）の行列となる。したがって、Ｍ×Ｎ個の既知系列すなわちトレーニング信号を送信機から受信機へ送信すればよいことになる。
【００６０】
ところが、複数のトレーニング信号を同時に無対策で送信すると、受信側ではどのアンテナから送信されたものかが判別することができなくなる。そこで、本実施形態では、送信機側から送信アンテナ毎のトレーニング信号を時分割（すなわち時間的に直交させて）送信し、受信機側のチャネル推定部２２０では各受信アンテナで受信したトレーニング信号を基にチャネル行列Ｈを取得するという時分割法を適用する（図３を参照のこと）。
【００６１】
また、トレーニング信号を時分割送信する際に、各ＭＩＭＯチャネル用のトレーニング信号を挿入する位置をサブキャリア毎に入れ替えるトーン・インターリーブ操作を行なうようにしてもよい。トーン・インターリーブは、周波数軸上の直交性を利用したチャネル行列の取得方法である。トレーニング系列をトーン・インターリーブする目的は、各アンテナからの電力の不要なピークを避け、劣悪なクロストーク・チャネルを通って受信するＭＩＭＯストリームの受信ゲインをすべての受信ブランチにわたって均一化することにある、と言われている。
【００６２】
Ｃ．ＭＩＭＯ通信システムにおける電力配分
ＭＩＭＯ通信システムは、複数の送受信アンテナを並べることにより、周波数帯域を増大させずに通信容量を拡大することができる。ここで、送信側で何らかの重み付け（ビーム・フォーミング）して空間多重送信することによって、さらにＭＩＭＯ伝送の通信容量を拡大することができる。
【００６３】
例えば、非特許文献１には、複数のストリームを用いて多重伝送を行なう際の通信容量がいくらになるのかが定量的に示されている。各受信アンテナでの平均の雑音電力をＮ、ｎt本のアンテナで電力Ｓの信号を送信し、ｎr本のアンテナで受信したとすると、当該ＭＩＭＯ通信システムの通信容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓｅｃ／Ｈｚ］は、下式のように表される。但し、λiはｉ番目のストリームの固有値である。
【００６４】
【数４】
【００６５】
実際の通信システムでは、ＳＮ比の良いストリーム（固有値の大きいストリーム）からＳＮ比の悪いストリーム（固有値の小さいストリーム）まである。このため、各ストリームへの電力配分方法次第で、上式（５）で示した通信容量よりもさらに大きい通信容量が得られることが知られている。
【００６６】
各ストリームの電力の総和が一定の拘束条件の下で、ラグランジェの未定定数法を用いて上式（５）を展開すると、下式（６）によりＭＩＭＯシステムの最大の通信容量が求まる。
【００６７】
【数５】
【００６８】
注水定理とは、上式（６）のように、各送信電力をチャネルの減衰に比例する量から引いた値に設定する定理である。つまり、注水定理によれば、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当てて、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることになる。
【００６９】
例えば、通信品質に基づいて送信ストリーム毎に異なる変調方式を割り当てるときには、ストリーム間で通信品質が均等に近づくように、注水定理を用いて各ストリームの電力配分を決定することができる。注水定理によれば、帯域又は時刻により雑音電力が異なる場合に、測定した雑音電力と信号電力との和（基準電力）とが等しくなるように帯域又は時刻毎に電力を設定して通信を行なうことで、平均送信信号電力当たりの通信容量を大きくすることができる。基準電力は、例えば符号化に用いる符号の誤り訂正能力や、受信機側の受信状態のフィードバックに基づいて決定する。
【００７０】
Ｄ．電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおける最適な空間分離方法
前項Ｃで説明したように、良好なチャネルにより大きい送信電力を割り当て、劣悪なチャネルには小さな電力しか割り当てないという電力配分を行なうことにより、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量を最大にすることができる。
【００７１】
ところが、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムでは、本来あるべきＭＭＳＥプロセスを行なえないという問題がある。何故ならば、ＭＭＳＥプロセスではストリーム間で等しい電力が割り当てられていることを前提としているからである。この場合、送信側で電力分配されたストリームを受信側にてそのままＭＭＳＥＭＭＳＥプロセスにより空間分離を行なおうとすると、正確なアンテナ受信重み行列が得られないため、特性劣化を引き起こし、通信容量を最大化していないことになる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ＭＩＭＯ処理部３００において、送信ストリーム毎の電力配分値を考慮してチャネル行列を推定することによって、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいても本来あるべきＭＭＳＥプロセスを実現するようにした。この結果、より正確なアンテナ受信重み行列が求まるので、空間分離性能を向上させ、ひいては受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。
【００７３】
図５には、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の構成を詳解している。
【００７４】
ＭＭＳＥプロセスを用いてＭＩＭＯ処理を行なう場合、チャネル推定部２２０で得られたチャネル推定情報を行列表記した後、このチャネル行列ＨがＭＭＳＥ処理部４１０に入力される。
【００７５】
ＭＭＳＥ処理部４１０内では、ノイズ加算部２１９がチャネル行列Ｈの対角成分に対してノイズ電力を加算し、アンテナ受信重み行列演算部２１８がノイズ加算後の行列に対してＭＭＳＥ基準でアンテナ受信重み行列Ｗとしてのチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を生成する。
【００７６】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、このようして得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する。
【００７７】
送信側でストリーム毎に電力配分がなされている場合、電力推定部２１７において、ストリーム毎に空間分離した後の信号からパイロット信号成分を取り出し、各ストリームのパイロット信号の電力をそれぞれ検出することで、ストリーム毎の電力比［ｐ1，ｐ2］を算出する。そして、電力推定部２１７は、検出されたストリーム毎の電力比を、電力推定値フィードバック機構２１７−Ａを用いてチャネル推定部２２０にフィードバックする。図示の例では、チャネル追従更新部２２０−Ｂは、チャネル行列更新タイミングにて電力配分値をチャネル推定部２２０に与えるようになっている。
【００７８】
なお、ストリーム毎のデータ信号の仮判定を行なった結果、それらが正しい場合は、データ部の電力も適宜重み付けなどを行ない、参照することも可能である。
【００７９】
チャネル推定部２２０は、フィードバックされた電力比［ｐ1，ｐ2］をチャネル推定値に乗算する。この際、チャネル行列Ｈの行方向にストリーム毎の電力配分値を乗算することになる。すなわち、元のチャネル行列をＨ＝［ｈ1，ｈ2］とおくと、電力配分値を乗算した結果［ｐ1ｈ1，ｐ2ｈ2］がチャネル行列として出力される。
【００８０】
ＭＭＳＥ処理部４１０では、電力配分値を反映させたチャネル推定行列［ｐ1ｈ1，ｐ2ｈ2］に対し、再度ＭＭＳＥプロセスによる逆行列生成を行なう。暗転受信重み行列乗算部２１６は、このようして改めて得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する際に、各ストリームに割り当てられた電力配分をキャンセルすることができる。図示の例では、電力配分を考慮して得られたチャネル行列の逆行列と、先ほど受信信号バッファ２２１においてバッファリングしておいた信号を乗算することで、ストリーム毎の信号に分離処理を行なう。
【００８１】
このようして得られた信号に対し、チャネル等化回路２１４にて、残留周波数オフセット処理、送受信タイミング誤差補正、位相雑音補正などを施し、デマッパー以降のデコード処理することで最適なＭＩＭＯ処理を行なうことができる。なお、ＦＦＴ２２２〜２２３により各アンテナからの受信信号をフーリエ変換してＯＦＤＭ信号を得るまでの処理、並びに、ＭＩＭＯ処理部３００において空間分離した後のチャネル等化回路２１４以降の処理は上述したと同様なので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８２】
このように本実施形態に係るＭＩＭＯ受信機では、ストリーム毎の電力検出のために一旦ＭＭＳＥ処理を行ない、再度、信号分離のためにＭＭＳＥ処理を行なうという構成を採ることで、電力配分されたＭＩＭＯ通信システムにおいて最適なＭＭＳＥ処理を可能にすることができる。
【００８３】
ここで、フィードバックされるまでの間は、正確なアンテナ受信重み行列を用いずに受信信号を空間分離することになり、受信性能がよくないという問題がある。そこで、電力配分情報がフィードバックされる前に推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を一時的に保持しておき、フィードバックされた電力配分情報を考慮して推定したチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求めた後、保持しておいた受信信号を改めて空間分離するようにすればよい。
【００８４】
図６には、この場合のＭＩＭＯ処理部４００の構成を詳解している。
【００８５】
ＭＭＳＥプロセスを用いてＭＩＭＯ処理を行なう場合、チャネル推定部２２０で得られたチャネル推定情報を行列表記した後、このチャネル行列ＨがＭＭＳＥ処理部４１０に入力される。ＭＭＳＥ処理部４１０内では、ノイズ加算部２１９がチャネル行列Ｈの対角成分に対してノイズ電力を加算し、アンテナ受信重み行列演算部２１８がノイズ加算後の行列に対してＭＭＳＥ基準でアンテナ受信重み行列Ｗとしてのチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を生成する。
【００８６】
アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、このようして得られた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する。このとき、次のステップで得られるより正確な逆行列で改めて空間分離するために、受信信号を受信信号バッファ２２１にてバッファリングしておく。
【００８７】
送信側でストリーム毎に電力配分がなされている場合、電力推定部２１７において、ストリーム毎に空間分離した後の信号からパイロット信号成分を取り出し、各ストリームのパイロット信号の電力をそれぞれ検出することで、ストリーム毎の電力比を算出し、これを電力推定値フィードバック機構２１７−Ａ経由でチャネル推定部２２０にフィードバックする。
【００８８】
チャネル推定部２２０は、フィードバックされた電力比をチャネル推定値に乗算する。この際、チャネル行列Ｈの行方向にストリーム毎の電力配分値を乗算することになる。ＭＭＳＥ処理部４１０では、電力配分値が乗算されたチャネル推定行列に対し、再度ＭＭＳＥプロセスによる逆行列生成を行なう。アンテナ受信重み行列乗算部２１６は、電力配分値を反映させて改めて求められた逆行列Ｈ-1を各アンテナからの受信信号に乗算することで、ストリーム毎の信号に空間分離する際に、各ストリームに割り当てられた電力配分をキャンセルすることができる。
【００８９】
図示の例では、電力配分を考慮して得られたチャネル行列の逆行列と、先ほど受信信号バッファ２２１においてバッファリングしておいた信号を乗算することで、ストリーム毎の信号に対しより正確な空間分離処理を改めて行なう。
【００９０】
このようして得られた信号に対し、チャネル等化回路２１４にて、残留周波数オフセット処理、送受信タイミング誤差補正、位相雑音補正などを施し、デマッパー以降のデコード処理することで最適なＭＩＭＯ処理を行なうことができる。
【００９１】
ＭＩＭＯ処理部４００を図５又は図６のうちいずれの構成にするべきかは任意である。但し、受信信号バッファによる遅延が気になる場合には、受信信号バッファ２２１を持たせることをせず、図５に示したように、チャネル追従更新部２２０−Ｂとの併用を行なうようにしてもよい。この場合、チャネル行列更新タイミングにて電力配分値を考慮したチャネル行列の推定を同時に行ない、逆行列生成，ストリーム毎への信号分離への処理といったプロセスを踏むことになる。こうすることで、信号分離過程における遅延を最小限に抑制しながら、電力配分されたＭＩＭＯ通信方式においてＭＭＳＥプロセスを用いて空間分離する際に、よりよい性能を引き出すことができるようになる。
【００９２】
図７及び図８には、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果について、計算機シミュレーションを用いて検証した結果をそれぞれ示している。ここでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ ＴＧｎで定義されている２つのチャネル・モデルを使用し、送受信アンテナ数ともに２本の場合でシミュレーションしている。各図では、それぞれのチャネル・モデルにおいて、各ＳＮＲ領域で適用された伝送レートでＭＩＭＯ伝送したときのパケット・エラー率をプロットしている。
【００９３】
図７及び図８を見て判るように、特に、低い伝送レートが適用される低めのＳＮＲ領域、すなわち雑音が大きな環境下で本発明の効果が顕著に現れている。ＭＭＳＥは低めのＳＮＲ領域において、雑音と干渉のバランスを好適にとりながらキャンセルしストリーム分離を行なうことができるという特徴があるが、その様子が各図ではっきりと示されている。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００９５】
本明細書では、アンテナ受信重み行列を得るためにＭＭＳＥアルゴリズムを採用したＭＩＭＯ通信システムに本発明を適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。雑音電力を考慮しながらアンテナ重みを求めるその他のアルゴリズムを用いたＭＩＭＯ通信システムに対しても、同様に本発明の効果を奏することができる。
【００９６】
また、本明細書では、ＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムに関する実施形態について説明したが、勿論、その他のＭＩＭＯシステム構成方法であっても同様に本発明を適用することができる。
【００９７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機の構成を示した図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ受信機の構成を示した図である。
【図３】図３は、各送信アンテナからのトレーニング信号を時分割送信する方法を説明するための図である。
【図４】図４は、各送信アンテナからのトレーニング信号をトーン・インターリーブして送信する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の構成例を示した図である。
【図６】図６は、各ストリームの電力配分を考慮した空間分離を行なう場合にＭＩＭＯ処理部４００の他の構成例を示した図である。
【図７】図７は、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果を示した計算機シミュレーションの結果である。
【図８】図８は、各ストリームの電力配分を考慮したＭＭＳＥプロセスによりＭＩＭＯ受信処理したときの効果を示した計算機シミュレーションの結果である。
【図９】図９は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００…データ発生器
１０２…スクランブラ
１０４…符号化器
１０６…データ振り分け部
１０８，１０９…パンクチャ
１１０，１１１…インターリーバ
１１２，１１３…マッパー
１１４，１１５…ＩＦＦＴ
１１６，１１７…ガード挿入部
１１８，１１９…デジタル・フィルタ
１２０，１２１…ＤＡコンバータ
１２２，１２３…ＲＦ部
２００…データ取得部
２０２…デスクランブラ
２０４…復号器
２０６…データ合成部
２０８，２０９…デパンクチャ
２１０，２１１…デインターリーバ
２１２，２１３…デマッパー
２１４…チャネル等化回路
２１６…アンテナ受信重み行乗算部
２１７…電力推定部
２１８…アンテナ受信重み行列演算部
２１９…ノイズ加算部
２２０…チャネル推定部
２２１…受信信号バッファ
２２２，２２３…ＦＦＴ
２２４，２２５…ガード除去部
２２６…同期回路
２２８，２２９…デジタル・フィルタ
２３０，２３１…ＡＤコンバータ
２３２，２３３…ＲＦ部
３００，４００…ＭＩＭＯ処理部
４１０…ＭＭＳＥ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号にアンテナ受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離部と、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定部とを備え、
前記チャネル行列推定部は、前記電力推定部により推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記空間分離部は、信号電力と２乗エラーの比を最大化する論理に基づくＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムに従ってアンテナ受信重み行列を算出し、前記受信信号と前記アンテナ受信重み行列を乗算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記電力推定部は、前記空間分離部により空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定部にフィードバックする、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記空間分離部により空間分離する前の各アンテナの受信信号を一時的に保持する受信バッファをさらに備え、
前記電力推定部から電力配分情報がフィードバックされる前に前記チャネル行列推定部が推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を前記受信バッファに保持し、
前記チャネル行列推定部が前記電力推定部からフィードバックされた電力配分情報を考慮してチャネル行列を推定した後に、前記空間分離部は、該チャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて前記受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
空間多重信号には既知信号系列が含まれており、
前記チャネル行列推定部は、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、
前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式が採用されており、
前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアの受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
既知信号系列は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２のうちいずれかの規定に従う、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項８】
複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信方法であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定ステップと、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離ステップと、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定ステップとを備え、
前記チャネル行列推定ステップでは、前記電力推定ステップにおいて推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
前記空間分離ステップでは、信号電力と２乗エラーの比を最大化する論理に基づくＭＭＳＥアルゴリズムに従ってアンテナ受信重み行列を算出し、前記受信信号と前記アンテナ受信重み行列を乗算する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記電力推定ステップでは、前記空間分離ステップにおいて空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定ステップにフィードバックする、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記電力推定ステップにより推定された電力配分情報がフィードバックされる前に前記チャネル行列推定ステップにおいて推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を一時的に保持する受信バッファリング・ステップをさらに備え、
前記チャネル行列推定ステップにおいて前記電力推定ステップからフィードバックされた電力配分情報を考慮してチャネル行列を推定した後に、前記空間分離ステップでは、該チャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて前記の一時的に保持された受信信号を改めて空間分離する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【請求項１２】
空間多重信号には既知信号系列が含まれており、
前記チャネル行列推定ステップでは、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、
前記電力推定ステップでは、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１３】
空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式が採用されており、
前記電力推定ステップでは、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアの受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
既知信号系列は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２のうちいずれかの規定に従う、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１】
複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号にアンテナ受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離部と、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定部とを備え、
前記チャネル行列推定部は、前記電力推定部により推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記空間分離部は、信号電力と２乗エラーの比を最大化する論理に基づくＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムに従ってアンテナ受信重み行列を算出し、前記受信信号と前記アンテナ受信重み行列を乗算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記電力推定部は、前記空間分離部により空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定部にフィードバックする、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記空間分離部により空間分離する前の各アンテナの受信信号を一時的に保持する受信バッファをさらに備え、
前記電力推定部から電力配分情報がフィードバックされる前に前記チャネル行列推定部が推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を前記受信バッファに保持し、
前記チャネル行列推定部が前記電力推定部からフィードバックされた電力配分情報を考慮してチャネル行列を推定した後に、前記空間分離部は、該チャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて前記受信バッファ中の受信信号を改めて空間分離する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
空間多重信号には既知信号系列が含まれており、
前記チャネル行列推定部は、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、
前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式が採用されており、
前記電力推定部は、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアの受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
既知信号系列は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２のうちいずれかの規定に従う、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項８】
複数の電力配分された送信ストリームが空間多重された信号を複数のアンテナで受信する無線通信方法であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定ステップと、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して複数の受信ストリームに分離する空間分離ステップと、
各ストリームの電力配分情報を推定する電力推定ステップとを備え、
前記チャネル行列推定ステップでは、前記電力推定ステップにおいて推定された各ストリームの電力配分を考慮してチャネル行列を推定する、
することを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
前記空間分離ステップでは、信号電力と２乗エラーの比を最大化する論理に基づくＭＭＳＥアルゴリズムに従ってアンテナ受信重み行列を算出し、前記受信信号と前記アンテナ受信重み行列を乗算する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記電力推定ステップでは、前記空間分離ステップにおいて空間分離された各受信ストリームから電力配分情報を取得して、前記チャネル行列推定ステップにフィードバックする、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記電力推定ステップにより推定された電力配分情報がフィードバックされる前に前記チャネル行列推定ステップにおいて推定したチャネル行列を用いて空間分離が行なわれた各受信信号を一時的に保持する受信バッファリング・ステップをさらに備え、
前記チャネル行列推定ステップにおいて前記電力推定ステップからフィードバックされた電力配分情報を考慮してチャネル行列を推定した後に、前記空間分離ステップでは、該チャネル行列から求められたアンテナ受信重み行列を用いて前記の一時的に保持された受信信号を改めて空間分離する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【請求項１２】
空間多重信号には既知信号系列が含まれており、
前記チャネル行列推定ステップでは、既知信号系列を基にチャネル行列を推定し、
前記電力推定ステップでは、空間分離後の各ストリームから取り出される既知信号系列から各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１３】
空間多重通信には、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングするＯＦＤＭ伝送方式が採用されており、
前記電力推定ステップでは、空間分離後の各ストリームのユーザ・データに含まれるパイロット・キャリアの受信電力に基づいて各ストリームの電力配分を算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
既知信号系列は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ／ｔｙｐｅ２のうちいずれかの規定に従う、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２８７６９０（Ｐ２００６−２８７６９０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０６０４０（Ｐ２００５−１０６０４０）
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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