(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備え、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記情報理論的容量に対する重み係数を用いた補正に加えて、該情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行い、
前記重み係数は、前記送信ストリームにおける伝送損失に対応する損失係数であり、
前記クリッピングにおける上限値は、前記送信ストリームにおいて使用される変調方式及び符号化方式に応じて設定する
ことを特徴とする無線伝送システム。
【請求項２】
請求項１の無線伝送システムにおいて、
前記情報理論的容量として、シャノン容量又は信号点拘束容量を用いることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項３】
請求項１又は２の無線伝送システムにおいて、
前記無線伝送路における信号の送受信は、複数のサブキャリアを介して行われ、
前記情報理論的容量を求める手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて前記無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求め、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めた情報理論的容量を補正し、
前記ランクを決定する手段は、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めて補正した情報理論的容量を、該複数のサブキャリアのすべて又は一部について加算又は平均化し、
前記複数のランクの候補値ごとに求めた前記情報理論的容量の加算値又は平均値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する
ことを特徴とする無線伝送システム。
【請求項４】
複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値に基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、
前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備え、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記情報理論的容量に対する重み係数を用いた補正に加えて、該情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行い、
前記重み係数は、前記送信ストリームにおける伝送損失に対応する損失係数であり、
前記クリッピングにおける上限値は、前記送信ストリームにおいて使用される変調方式及び符号化方式に応じて設定する
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
請求項４の無線通信装置において、
前記情報理論的容量として、シャノン容量又は信号点拘束容量を用いることを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
請求項４又は５の無線通信装置において、
前記無線伝送路における信号の送受信は、複数のサブキャリアを介して行われ、
前記情報理論的容量を求める手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて前記無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求め、
前記情報理論的容量を補正する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めた情報理論的容量を補正し、
前記ランクを決定する手段は、
前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めて補正した情報理論的容量を、該複数のサブキャリアのすべて又は一部について加算又は平均化し、
前記複数のランクの候補値ごとに求めた前記情報理論的容量の加算値又は平均値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する
ことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線伝送路を介して通信可能な無線通信装置及び無線伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナでデータの送受信を行うＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線伝送方式が知られている。このＭＩＭＯ無線伝送方式は、第３世代（３Ｇ）移動体通信システムの標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規定されているＬＴＥ（Long Term Evolution）の通信規格で採用され、またＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの通信規格でも採用されている。ＭＩＭＯ無線伝送方式を採用した移動体通信システムでは、データ送受信を行う複数の無線通信装置のうち一方の無線通信装置である基地局装置（ｅＮｏｄｅ−Ｂ）と他方の無線通信装置である移動局（ＵＥ：ユーザ装置）との間で、複数のアンテナを用いた複数の異なる送信レイヤ（送信ストリーム）によるデータの送受信を行うことにより、ＭＩＭＯ空間多重方式やＭＩＭＯダイバーシティ方式による無線伝送を行うことができる。ＭＩＭＯ空間多重方式は、同じ無線リソース（周波数及び時間）を用いて複数のアンテナから異なる信号を並列に送信する方式であり、ＭＩＭＯダイバーシティ方式は、複数のアンテナから同一の信号を空間−時間（又は、空間−周波数）符号化により送信する方式である。また、ＬＴＥ/ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、ＭＩＭＯ空間多重方式およびＭＩＭＯダイバーシティ方式共に、送信側でプリコーディングが適用されるが、受信側からのフィードバック制御を用いない開ループ型(Open-Loop MIMO)と、受信側からのフィードバック情報を用いる閉ループ型(Closed-Loop MIMO)とがある（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。
【０００３】
上記ＭＩＭＯ無線伝送方式では、受信信号の希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）などのチャネル状態に応じてランク（「送信ストリーム数」、「送信レイヤ数」又は「空間多重数」とも呼ばれる。）を適応制御するランクアダプテーション制御が一般的に適用される（例えば、非特許文献４〜５参照）。ここで、ランクが１の場合は、ＭＩＭＯダイバーシティ方式に対応し、ランクが２以上の場合はＭＩＭＯ空間多重方式に対応する。上記ランクアダプテーション制御を適用するために、受信側の移動局（ＵＥ）は送信側の基地局（ｅＮｏｄｅ−Ｂ）に対して、移動局内で決定したランクに関する情報（ＲＩ：Rank Indicator）をフィードバックすることにより、基地局が動的なランク制御を行う（例えば非特許文献４、５参照）。
【０００４】
非特許文献６には、ＯＦＤＭ伝送と組合せたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを対象とし、受信側において信号分離合成前のＳＩＮＲに基づいて最適な送信ランクを予測し、送信側へフィードバックするＭＩＭＯ無線伝送方式が開示されている。この方式では、信号分離合成処理前における全ての送信アンテナからの送信信号の平均受信電力をサブキャリアおよび受信アンテナ間で平均し、干渉雑音電力との比をとることにより求めた処理前平均受信ＳＩＮＲと、各送信ランクのスループットの関係から各送信ランクを選択する平均受信ＳＩＮＲ閾値を予め決定し、処理前平均受信ＳＩＮＲに基づいて使用する送信ランクを選択する。一方、特許文献１には、受信側において信号分離合成処理後のＳＩＮＲに基づいて最適な送信ランクを予測し、送信側へフィードバックするＭＩＭＯ無線伝送方式が開示されている。ＭＩＭＯの各送信ストリームのサブキャリア毎のＳＩＮＲ（信号分離合成処理後受信ＳＩＮＲ）を計算し、送信ストリーム間で平均した処理後平均受信ＳＩＮＲから、複数のランクそれぞれについて平均チャネル容量（シャノン容量）を計算し、その計算結果に基づいて、使用するランクを選択するＭＩＭＯ無線伝送方式が開示されている。非特許文献６および特許文献１に開示されたＭＩＭＯ無線伝送方式では、例えば、平均受信ＳＩＮＲが低い環境では低い送信ランクに制御され、平均受信ＳＩＮＲが高い環境では高い送信ランクに制御される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献６や特許文献１などに開示されている従来のＭＩＭＯ無線伝送方式では、ＳＩＮＲに応じてランクを切り換える場合、実現可能な誤り訂正符号の符号化利得、アンテナ間のフェージング相関の有無や変調多値数等の影響を受けてランクを精度よく切り換えることができず、無線伝送路におけるスループットが劣化するおそれがある。また、ＭＩＭＯ無線伝送システムにおけるスループット特性に大きな影響を与えるランク制御、変調多値数および符号化方式の組合せ（ＭＣＳ）制御、ハイブリッドＡＲＱ再送制御におけるフィードバック遅延およびフィードバック情報量の制限の影響を含めて最適化が必要であるが、上記非特許文献６や特許文献１では、フィードバック情報量の制限やフィードバック遅延による影響を考慮した最適化手法については開示されていない。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる無線通信装置及び無線伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る無線伝送システムは、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備える。
また、本発明に係る無電通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段と、前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段と、前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、伝搬路推定精度や使用する誤り訂正符号化の影響を考慮し、無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、その無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮して求めた情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する。このように複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量により、実際の伝搬路推定精度、誤り訂正符号化利得、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクの候補値それぞれに対する容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるＳＩＮＲに応じてスループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
【０００８】
前記無線伝送システム及び無線通信装置において、前記情報理論的容量を補正する手段は、前記情報理論的容量に対する重み係数を用いた補正に加えて、該情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行ってもよい。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、情報理論的容量に上限値を設けることにより、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化による無線伝送性能の変動の影響を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化に対し、ロバストなランクの切り換えが可能になる。
【０００９】
また、前記無線伝送システム及び無線通信装置において、前記重み係数は、前記送信ストリームにおける伝送損失に対応する損失係数であり、前記クリッピングにおける上限値は、前記送信ストリームにおいて使用される変調方式及び符号化方式に応じて設定してもよい。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、送信ストリームにおける伝送損失や変調方式及び符号化方式を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度をより高めることができる。
【００１０】
また、前記無線伝送システム及び無線通信装置において、前記情報理論的容量として、シャノン容量又は信号点拘束容量を用いてもよい。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、計算が容易なシャノン容量を用いることにより、容量算出処理の簡略化を図ることができる。また、情報理論的容量として信号点拘束容量を用いることにより、実際の変調方式における信号点配置による制限を考慮した容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
【００１１】
また、前記無線伝送システム及び無線通信装置において、前記無線伝送路における信号の送受信は、複数のサブキャリアを介して行われ、前記情報理論的容量を求める手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて前記無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求め、前記情報理論的容量を補正する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めた情報理論的容量を補正し、前記ランクを決定する手段は、前記複数のランクの候補値ごとに、前記複数のサブキャリアそれぞれについて求めて補正した情報理論的容量を、該複数のサブキャリアのすべて又は一部について加算又は平均化し、前記複数のランクの候補値ごとに求めた前記情報理論的容量の加算値又は平均値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定してもよい。
この無線伝送システム及び無線通信装置では、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
【００１２】
なお、本明細書において、「情報理論的容量」とは、情報理論に基づいて無線伝送路をモデル化して求めた通信路容量である。また、「シャノン容量」とは、通信路容量を最大化できる送信信号源としてガウス分布する送信信号を仮定した場合の通信路容量である。また、「信号点拘束容量」とは、ガウス分布の送信信号の条件ではなく、非特許文献７に説明されているように四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調における信号空間ダイヤグラム上の信号点を拘束した送信信号の条件の下で求めた容量、すなわちConstellation Constrained Capacity またはConstellation Constraint Capacity（ＣＣＣ）である。なお、「信号点拘束容量」では、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の多値変調方式の場合、誤り訂正符号化後の０または１の２値データの複数ビットをまとめて１つの変調シンボルへグレイ符号化等の手段を用いてＩＱマッピングする際に発生する容量の喪失が考慮されてもよい（非特許文献７参照）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用可能な一実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図。
【図２】本発明を適用可能な他の実施形態に係る開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図。
【図３】本発明を適用可能な更に他の実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの上りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図。
【図４】送信側のアンテナ間フェージング空間相関がない場合の開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける計算機シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図５】送信側のアンテナ間フェージング空間相関がある場合の開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける計算機シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図６】ランク（空間多重数）が２以上の場合のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルの一例を示す模式図。
【図７】図６のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルを近似等価パラレルＳＩＳＯチャネル伝送モデルで示した模式図。
【図８】ランク（空間多重数）が１の場合のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルの一例を示す模式図。
【図９】図８のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルを近似等価パラレルＳＩＳＯチャネル伝送モデルで示した模式図。
【図１０】ランクが１及び２それぞれの場合についてシャノン容量から算出したスループットと実際の無線伝送システムで測定したスループットとを比較したグラフ。
【図１１】ランクが１及び２それぞれの場合について信号点拘束容量（ＣＣＣ）から算出したスループットと実際の無線伝送システムで測定したスループットとを比較したグラフ。
【図１２】ランクが１であるＳＦＢＣ送信ダイバーシティ（受信方式：ＭＲＣ）の場合の重み係数α１，１及び上限値β１のパラメータチューニングの一例を示すグラフ。
【図１３】ランクが２であるＣＤＤプリコーディングを併用したＳＤＭ（受信方式：ＭＭＳＥ）の場合の重み係数αＬ，ｌ及び上限値β１のパラメータチューニングの一例を示すグラフ。
【図１４】最大ドップラー周波数シフトｆｄが５［Ｈｚ］の場合のランクアダプテーションにおける情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に用いた補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１）の効果を示すグラフ。
【図１５】最大ドップラー周波数シフトｆｄが７０［Ｈｚ］の場合のランクアダプテーションにおける情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に用いた補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１）の効果を示すグラフ。
【図１６】遅延スプレッドが大きい場合に情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に上限値を設けたクリッピングを行わないランクアダプテーションを適用したときのスループットの一例を示すグラフ。
【図１７】遅延スプレッドが大きい場合に情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に上限値を設けたクリッピングを行うランクアダプテーションを適用したときのスループットの一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明を適用可能な無線通信装置を有するＭＩＭＯ無線伝送システムの全体構成について説明する。
図１は、本発明を適用可能な一実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。図１に示すＭＩＭＯ無線伝送システムは、ユーザ装置１０からフィードバックされる最適な送信アンテナウェイト行列の候補データテーブル（コードブック）のインデックスを示す制御情報（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）に基づき、送信レイヤ（ストリーム）ごとに異なる送信アンテナウェイトを送信信号に乗算する、閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムである。
なお、本実施形態の閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システム(Closed-Loop MIMO)では、ＬＴＥの通信規格に準拠した２−送信レイヤ（ランク数が２）の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
【００１６】
図１において、ユーザ装置１０は、ユーザが各種通信サービスを利用する際に使用可能な無線通信装置であり、「通信端末」や「端末」と呼ばれたり、移動可能なものであるため「移動局」と呼ばれる場合もあり、また、「無線機」と呼ばれる場合もある。ユーザ装置１０は、携帯電話機等の移動通信端末であってもよい。図１に示すように、ユーザ装置１０は、複数のアンテナ１００と、下りリンクチャネル推定部１０１と、下りリンク制御信号復調部１０２と、データ信号分離合成部１０３と、直列並列変換部（Ｓ／Ｐ）１０４と、制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５と、上りリンク送信部１０６とを備えている。
【００１７】
なお、図１の例では、ユーザ装置１０が複数のアンテナ１００を備えた場合を示しているが、ユーザ装置１０が有するアンテナ１００の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、ユーザ装置１０は、１本のアンテナ１００を備えるものでもよいし、２本又は４本等の複数本のアンテナ１００を備えるものであってもよい。また、ユーザ装置１０は、複数のアンテナ１００を備える場合、実際のＭＩＭＯ通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
【００１８】
また、ユーザ装置１０の下りリンクチャネル推定部１０１において、基地局装置２０の各アンテナ２００〜ユーザ装置１０の各アンテナ間の無線伝搬路応答をそれぞれ推定し、ＭＩＭＯチャネル応答を取得するため、無線基地局２０のマルチプレクサ２０８において、既定のパイロット信号である参照信号ＲＳが多重されるが、本図では図示していない。ここで、３ＧＰＰ  ＬＴＥ  Ｒｅｌｅａｓｅ−８／９規格の下りリンクにおいて、データ復調用に通常用いる参照信号ＲＳは、複数送信アンテナ間で互いに周波数軸・時間軸上で直交する信号であり、セルに固有の信号であることから、セル固有参照信号（ＣＳＲＳ：Cell-Specific Reference Signal）とも呼ばれる。３ＧＰＰ  ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｌｅａｓｅ−１０／１１規格の下りリンクにおいて、データ復調用通常用いる参照信号ＲＳは、複数送信レイヤ間で互いに符号軸上で直交する信号が用いられ、移動局毎（ＵＥ）に固有の信号であるため、ＵＥ固有参照信号（UE-Specific Reference Signal）とも呼ばれる。
【００１９】
下りリンクチャネル推定部１０１は、まず、各アンテナ１００からの受信信号を参照信号ＲＳ部分、データ信号部分、下り制御信号部分の受信信号にそれぞれ分割する。次に参照信号ＲＳ部分の受信信号と既定の参照信号ＲＳの送信系列に基づきＭＩＭＯチャネル応答を推定する。そして、そのＭＩＭＯチャネル応答の推定結果であるチャネル推定値をデータ信号部分および下り制御信号部分の受信信号ともに、データ信号分離部１０３および下り制御信号復調部にそれぞれ出力する。さらに、上記チャネル推定値を制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５に出力する。
【００２０】
下りリンク制御信号復調部１０２は、下りリンクチャネル推定部１０１から受けた受信信号から制御信号を復調し、ユーザデータを復調および復号するために必要な送信方式の情報であるＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）、ランク（Ｒａｎｋ）及びＴ−ＰＭＩ（Transmit-Precoding Matrix Indicator）を制御情報として取得し、データ信号分離合成部１０３に出力する。
【００２１】
データ信号分離合成部１０３は、下りリンク制御信号復調部１０２から受けた制御情報に基づいて、下りリンクチャネル推定部１０１から受信したユーザデータの受信信号を分離及び／又は合成し、所定数のコードワードからなるデータとして直列並列変換部（Ｓ／Ｐ）１０４に出力する。
【００２２】
直列並列変換部（Ｓ／Ｐ）１０４は、下りリンクのランク数に応じて、データ信号分離合成部１０３から受けた所定数のコードワードからなるデータを、ユーザが利用可能な受信データ（ユーザデータ）に変換する。
【００２３】
制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５は、下りリンクチャネル推定部１０１から受けたチャネル推定値に基づいて、データレートを最大化するランクを決定し、このランクをランク情報（ＲＩ：Rank Indicator）として生成して出力する。また、制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５は、上記チャネル推定値に基づいて、下りリンクのデータ送信に適したプリコーディングマトリクスを決定し、このプリコーディングマトリクスを示すＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）を候補データテーブル（コードブック）の中から選択して出力する。さらに、制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５は、上記チャネル推定値に基づいて、チャネル品質情報としてのＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を測定して出力する。この制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５から出力されたランク情報ＲＩ、ＰＭＩ及びＣＱＩはそれぞれ、制御情報として上りリンク送信部１０６に出力され、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨ）を介して、アンテナ１００から無線基地局２０に送信される。
【００２４】
特に、上記下りリンクチャネル推定部１０１及び制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５は、次の（１）〜（３）の各手段としても機能する。
（１）ユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値により算出される希望受信信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、当該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段。
（２）前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段。
（３）前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段。
【００２５】
また、上りリンク送信部１０６は、制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５で決定したランク情報ＲＩを無線基地局２０に通知する手段、すなわち制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部１０５で生成したランク情報ＲＩを無線基地局２０に送信するランク情報送信手段としても機能する。
【００２６】
図１の構成のユーザ装置１０は、下りリンクの既知のパイロット信号である参照信号ＲＳの受信結果に基づいてＭＩＭＯチャネル応答を推定してチャネル推定値を求め、そのチャネル推定値から最適なランク情報ＲＩを決定し、そのランク情報ＲＩの値を最適なＰＭＩ／ＣＱＩとともに無線基地局２０にフィードバックする。
なお、３ＧＰＰ  ＬＴＥ（Long Term Evolution）の仕様にあるように、ランク情報ＲＩの送信タイミングと、他の制御情報であるＰＭＩやＣＱＩの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報ＲＩの送信が優先される。
【００２７】
また、図１において、無線基地局２０は、通信ネットワーク側とユーザ端末装置１０との無線通信を中継する無線通信装置であり、「基地局装置」と呼ばれたり、単に「基地局」と呼ばれたりする場合もある。また、無線基地局２０は、３ＧＰＰ、ＬＴＥの仕様では「ｅＮｏｄｅＢ（evolved Node B）」と呼ばれたりする場合がある。
【００２８】
図１に示すように、無線基地局２０は、複数のアンテナ２００と、上りリンク受信部２０１と、下りリンクスケジューラ２０２と、プリコーディングウェイト生成部２０３と、下りリンク制御信号生成部２０４と、直列並列変換・変調部２０５と、乗算器２０６と、加算処理部（Σ）２０７と、マルチプレクサ２０８とを備えている。
【００２９】
なお、図１の例では、無線基地局２０が複数のアンテナ２００を備えた場合を示しているが、無線基地局２０が有するアンテナ２００の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、無線基地局２０は、１本のアンテナ２００を備えるものでもよいし、２本又は４本等の複数本のアンテナ２００を備えるものであってもよい。また、無線基地局２０は、複数のアンテナ２００を備える場合、実際のＭＩＭＯ通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
【００３０】
上りリンク受信部２０１は、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して、ユーザ装置１０から制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）を受信し、下りリンクスケジューラ２０２に送る。
【００３１】
下りリンクスケジューラ２０２は、上りリンク受信部２０１から受信した制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）に基づいて、ユーザ装置１０との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、下りリンクスケジューラ２０２は、空間多重の送信レイヤ数を示すランク数（Ｒａｎｋ）と、送信プリコーディング行列を指定するＴ−ＰＭＩと、変調及び符号化の方式を指定するＭＣＳとを決定する。そして、下りリンクスケジューラ２０２は、上記決定したＭＣＳ及びＲａｎｋの信号を直列並列変換・変調部２０５に送り、上記Ｒａｎｋ及びＴ−ＰＭＩの信号をプリコーディングウェイト生成部２０３に送り、上記ＭＣＳ、Ｒａｎｋ及びＴ−ＰＭＩの信号を下りリンク制御信号生成部２０４に送る。
【００３２】
プリコーディングウェイト生成部２０３は、下りリンクスケジューラ２０２から受けたＲａｎｋ及びＴ−ＰＭＩの信号に基づいて、ユーザ装置１０に割り当てたリソースブロックでの上りリンクの受信品質から、複数のアンテナ２００ごとに送信信号の位相及び／又は振幅を制御するためのプリコーディングウェイトを生成し、乗算器２０６に送る。
【００３３】
下りリンク制御信号生成部２０４は、下りリンクスケジューラ２０２から受けたＭＣＳ、Ｒａｎｋ及びＴ−ＰＭＩの信号に基づいて、下りリンクで用いる参照信号ＲＳと、制御信号とを生成し、マルチプレクサ２０８に送る。
【００３４】
直列並列変換・変調部２０５は、下りリンクスケジューラ２０２から受けたランク数（Ｒａｎｋ）に基づいて、送信対象のユーザデータを送信レイヤ数分に分配する。また、乗算器２０６は、３本のアンテナ２００に対応する３系統の乗算器２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃで構成されている。ユーザデータが入力されると、直列並列変換・変調部２０５で下りリンクスケジューラ２０２から受けたデータを、乗算器２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃによって送信データにプリコーディングウェイトが乗算され、位相・振幅がそれぞれ制御（シフト）されることにより、複数のアンテナ２００ごとに送信信号が生成される。そして、複数の送信レイヤ（図１の例では２レイヤ）に分配されて生成された送信信号は、その送信レイヤごとに加算器（Σ）２０７で加算された後、マルチプレクサ２０８で参照信号ＲＳ及び制御信号が更に多重され、３本のアンテナ２００それぞれから送信される。
【００３５】
上記図１の構成のＭＩＭＯ無線伝送システムでは、上記ランク数Ｒａｎｋは、上述したようにユーザ装置１０からフィードバックされたランク情報ＲＩに基づいて、無線基地局２０側が決定する。例えば、ランク情報ＲＩ＝１のときにランク数Ｒａｎｋ＝１、ランク情報ＲＩ＝２のときにランク数Ｒａｎｋ＝２のように通常選択される。そして、ランク数Ｒａｎｋ＝１のとき単一送信ビームフォーミング、ランク数Ｒａｎｋ≧２のときマルチビーム送信空間多重となる。
なお、３ＧＰＰの仕様にあるように、ランク数Ｒａｎｋの最終決定権は無線基地局２０側が持っているので、無線基地局２０側でランク数Ｒａｎｋを決定する際に、ユーザ装置１０のランク情報ＲＩの値に必ずしも従わなくてもよい。
【００３６】
図２は、本発明を適用可能な他の実施形態に係る開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システム(Open-Loop MIMO)の下りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
図２のＭＩＭＯ無線伝送システムは、ランク情報ＲＩとＣＱＩとをユーザ装置１０から無線基地局２０にフィードバックするがＰＭＩをフィードバックしない開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムである。なお、上記図１と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３７】
図２において、ユーザ装置１０の制御情報（ＲＩ／ＣＱＩ）生成部１１５は、下りリンクチャネル推定部１０１から受けたチャネル推定値に基づいて、データレートを最大化するランクを決定し、このランクをランク情報ＲＩとして生成して出力する。また、制御情報（ＲＩ／ＣＱＩ）生成部１１５は、下りリンクチャネル推定部１０１から受けたチャネル推定値に基づいて、チャネル品質情報としてのＣＱＩを測定して出力する。この制御情報（ＲＩ／ＣＱＩ）生成部１１５から出力されたランク情報ＲＩ及びＣＱＩは、制御情報として上りリンク送信部１０６に出力され、アンテナ１００を介して無線基地局２０に送信される。なお、上記図１の構成と異なり、ＰＭＩの決定及び送信は行われない。
【００３８】
このように、図２の構成のユーザ装置１０は、下りリンクの既知のパイロット信号である参照信号ＲＳの受信結果に基づいてＭＩＭＯチャネル応答を推定してチャネル推定値を求め、そのチャネル推定値からランク情報ＲＩを決定し、そのランク情報ＲＩの値を最適なＣＱＩとともに、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨ）を介して無線基地局２０に送信してフィードバックする。
なお、３ＧＰＰの仕様にあるように、ランク情報ＲＩの送信タイミングと、他の制御情報であるＣＱＩの送信タイミングとが重なった場合、ランク情報ＲＩの送信が優先される。
【００３９】
また、図２において、無線基地局２０の下りリンクスケジューラ２０２は、上りリンク受信部２０１から受信した制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ）に基づいて、ユーザ装置１０との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、下りリンクスケジューラ２０２は、空間多重の送信レイヤ数を示すランク数（Ｒａｎｋ）と、変調及び符号化の方式を指定するＭＣＳとを決定する。そして、下りリンクスケジューラ２０２は、上記決定したＭＣＳ及びＲａｎｋの信号を直列並列変換・変調部２０５に送り、上記Ｒａｎｋの信号をプリコーディングウェイト生成部２０３に送り、上記ＭＣＳ及びＲａｎｋの信号を下りリンク制御信号生成部２０４に送信する。
なお、図２の構成の無線基地局２０では、ユーザ装置１０からのＰＭＩの受信と、そのＰＭＩの受信結果に基づくＴ−ＰＭＩの生成とは行われない。プリコーディングウェイト生成部２０３及び下りリンク制御信号生成部２０４では、ユーザ装置１０からのＰＭＩを用いないで予め仕様でランク数毎に既定されたプリコーディング方式が用いられる。
【００４０】
上記図２の構成のＭＩＭＯ無線伝送システムでは、上記ランク数Ｒａｎｋは、上述したようにユーザ装置１０からフィードバックされたランク情報ＲＩに基づいて、無線基地局２０側が決定する。例えば、情報ＲＩ＝１のときにランク数Ｒａｎｋ＝１、ランク情報ＲＩ＝２のときにランク数Ｒａｎｋ＝２のように通常選択される。そして、ランク数Ｒａｎｋ＝１のときＳＦＢＣ（空間周波数ブロック符号化）を用いた送信ダイバーシティ、ランク数Ｒａｎｋ≧２のときＣＤＤ（循環遅延ダイバーシティ）を併用した空間多重となる。
なお、図２の構成のＭＩＭＯ無線伝送システムにおいても、３ＧＰＰの仕様にあるように、ランク数Ｒａｎｋの最終決定権は無線基地局２０側が持っているので、無線基地局２０側でランク数Ｒａｎｋを決定する際に、ユーザ装置１０のランク情報ＲＩの値に従わなくてもよい。
【００４１】
上記図１及び図２のＭＩＭＯ無線伝送システムでは、無線基地局２０からユーザ装置１０への下りリンクについて、最適な送信レイヤ数の決定について説明したが、本発明はユーザ装置１０から無線基地局２０へデータを送信する上りリンクの場合についても適用することができる。
【００４２】
図３は、本発明を適用可能な更に他の実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの上りリンクにおける無線基地局及びユーザ装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、本実施形態の閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムでは、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの通信規格に準拠した２−送信レイヤ（ランク数が２）の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。また、上記図１と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００４３】
図３に示すように、ユーザ装置３０は、複数のアンテナ３００と、下りリンク受信部３０１と、プリコーディングウェイト生成部３０２と、直列並列変換・変調部３０３と、乗算器３０４と、加算器（Σ）３０５と、マルチプレクサ３０６と、上りリンク参照信号生成部３０７と、を備えている。
【００４４】
なお、図３の例では、ユーザ装置３０が複数のアンテナ３００を備えた場合を示しているが、ユーザ装置３０が有するアンテナ３００の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、ユーザ装置３０は、１本のアンテナ３００を備えるものでもよいし、２本又は４本等の複数本のアンテナ３００を備えるものであってもよい。また、ユーザ装置３０は、複数のアンテナ３００を備える場合、実際のＭＩＭＯ通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
【００４５】
ユーザ装置３０では、上りリンク参照信号生成部３０７で生成された参照信号ＲＳが、マルチプレクサ３０６で他の制御信号が多重されて、複数のアンテナ３００から送信される。
【００４６】
また、ユーザ装置３０は、無線基地局４０から受信した下りリンクの制御チャネルに含まれる制御情報（ＲＩ、ＭＣＳ、ＰＭＩ）を下りリンク受信部３０１で分離し、ＰＭＩをプリコーディングウェイト生成部３０２に出力し、ＲＩ及びＭＣＳを直列並列変換・変調部３０３に出力する。これにより、ユーザ装置３０は、受信した下りリンク制御チャネルに含まれるＲＩ、ＭＣＳ、ＰＭＩに従い、上りリンクデータチャネルでユーザデータの送信を行う。
【００４７】
また、図３に示すように、無線基地局４０は、複数（本例では３本）のアンテナ４００と、上りリンクチャネル推定部４０１と、データ信号分離合成部４０２と、直列並列変換部（Ｓ／Ｐ）４０３と、上りリンクスケジューラ４０４と、下りリンク送信部４０５とを備えている。
【００４８】
無線基地局４０では、複数のアンテナ４００で受信された信号が、上りリンクチャネル推定部４０１に送られる。上りリンクチャネル推定部４０１は、各アンテナ４００からの信号の歪み補正を行い、その歪み補正後の受信信号をデータ信号分離合成部４０２に出力する。また、上りリンクチャネル推定部４０１は、ユーザ装置３０から受信した既定のパイロット信号としての参照信号ＲＳに基づいてＭＩＭＯチャネル応答を推定し、そのＭＩＭＯチャネル応答の推定結果であるチャネル推定値を上りリンクスケジューラ４０４に出力する。
【００４９】
上りリンクスケジューラ４０４は、上りリンクチャネル推定部４０１から受けたチャネル推定値に基づいて、ユーザ装置１０との間の上りリンクで用いる各種制御パラメータを決定する。例えば、上りリンクスケジューラ４０４は、上りリンクにおけるデータレートを最大化する空間多重の送信レイヤ数を示すランク情報ＲＩを生成して出力する。また、上りリンクスケジューラ４０４は、上りリンクのデータ送受信に適したプリコーディングマトリクスを決定し、このプリコーディングマトリクスを示すＰＭＩをコードブックの中から選択して出力する。また、上りリンクスケジューラ４０４は、変調及び符号化の方式を指定するＭＣＳを決定して出力する。そして、上りリンクスケジューラ４０４は、上記ランク情報ＲＩを直列並列変換部（Ｓ／Ｐ）４０３に送り、上記ＲＩ情報、ＭＣＳ及びＰＭＩをデータ信号分離合成部４０２と下りリンク送信部４０５に送信する。下りリンク送信部４０５は、上りリンクスケジューラ４０４から受けたランク情報ＲＩを、下りリンクの制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）を介して、ユーザ装置３０に送信してフィードバックする。
【００５０】
なお、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、下りリンク、上りリンクともにユーザ装置３０の送信方法の決定権は無線基地局４０側にあるので、無線基地局４０の上りリンクスケジューラ４０４が算出したランク情報ＲＩがそのまま、上りリンクのランク数Ｒａｎｋとなる。
【００５１】
上記図３の上りリンクの構成において、上りリンクチャネル推定部４０１及び上りリンクスケジューラ４０４は、次の（１）〜（３）の各手段としても機能する。
（１）ユーザ装置３０と無線基地局４０との間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値により算出される希望受信信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、前記無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、当該無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める手段。
（２）前記複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する手段。
（３）前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち該情報理論的容量が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段。
【００５２】
また、下りリンク送信部４０５は、上りリンクスケジューラ４０４で決定したランク情報ＲＩをユーザ装置３０に通知する手段、すなわち上りリンクスケジューラ４０４で生成されたランク情報ＲＩをユーザ装置３０に送信するランク情報送信手段としても機能する。
【００５３】
次に、上記図１〜３のＭＩＭＯ無線伝送システムにおいてランクを最適化するランクアダプテーションの適用例について説明する。
【００５４】
図４及び図５はそれぞれ、前述の図２に示した３ＧＰＰ  ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの開ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システム(Open-Loop MIMO)の下りリンクにおける計算機シミュレーションの結果を示すグラフである。以降、本明細書において例示する計算機シミュレーションでは、全て表１に示す諸元を仮定し、無線基地局２０からユーザ装置１０への下りリンクにおいてＭＡＣ（Medium Access Control）層でのＰＤＵ（プロトコル・データ・ユニット）レベルのスループットをリンクレベルシミュレーションによりフィードバック制御遅延の影響を考慮して評価した。また、本計算機シミュレーションでは、より現実に近いシステムの動作を模擬するため、ランクアダプテーションの性能に大きな影響を与えると考えられるフィードバック制御関連のパラメータ、具体的にはＣＱＩのフィードバック遅延およびフィードバック間隔、ハイブリッドＡＲＱ再送におけるＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報のフィードバック遅延および再送間隔、ランクアダプテーション適用時ＲＩのフィードバック遅延およびフィードバック間隔等のパラメータに関して、実際のＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムで実現または設定可能なパラメータを用いた。さらに、ランクアダプテーションを適用した場合の計算機シミュレーションについては、実際のＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ仕様と同様、ＲＩの報告タイミングがＣＱＩの報告タイミングと重なる場合、このタイミングについては、ＲＩの送信を優先し、ＣＱＩの送信をドロップするものとし、現実のフィードバック遅延やフィードバック情報量制限の影響を含まれた形で評価している。図４及び図５は送信側のフェージング空間相関が互いに異なる。具体的には、図４が送信側のアンテナ間フェージング空間相関がない場合（フェージング空間相関係数ρｔ＝０の場合）の結果であり、図５が送信側のアンテナ間フェージング空間相関がある場合（フェージング空間相関係数ρｔ＝０．７の場合）の結果である。なお、図４及び図５それぞれにおいて、受信側のアンテナ間フェージング空間相関は発生していないと仮定した。図中の横軸は受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲ（以下「受信レベル」又は「受信ＳＩＮＲ」という。）［ｄＢ］であり、図中の縦軸は平均スループット［Ｍｂｐｓ］である。
【表１】
0005551810.tif 000002
【００５５】
図４及び図５の例では、送信方式として、ＳＦＢＣ（空間周波数ブロック符号化）プリコーディングを用いた「送信ダイバーシティ」方式、及びＣＤＤ（循環遅延ダイバーシティ）プリコーディングを併用した「空間分割多重」（ＳＤＭ）方式のどちらか一方を選択する。これらの送信方式の切替制御を最適化するランクアダプテーションを実行することにより、スループットの最大化を実現することができる。
例えば、図４の送信側のアンテナ間フェージング空間相関がない場合（フェージング空間相関係数ρｔ＝０の場合）、ランクを切り替える受信レベルの閾値は図中の矢印Ａで示す２２［ｄＢ］である。この場合、受信レベルが閾値２２［ｄＢ］以下のときに「送信ダイバーシティ」方式を選択し、受信レベルが閾値２２［ｄＢ］よりも大きいときに「空間分割多重」（ＳＤＭ）方式を選択するように制御する。
一方、図５の送信側のアンテナ間フェージング空間相関がある場合（フェージング空間相関係数ρｔ＝０．７の場合）、ランクを切り替える受信レベルの閾値は図中の矢印Ａで示す２６［ｄＢ］である。この場合、受信レベルが閾値２６［ｄＢ］以下のときに「送信ダイバーシティ」方式を選択し、受信レベルが閾値２６［ｄＢ］よりも大きいときに「空間分割多重」（ＳＤＭ）方式を選択するように制御する。
このように送信方式の切替制御を最適化することによりスループットの最大化を実現することができるが、最適なランク数（空間多重数）は受信レベルだけでなく無線伝搬路のアンテナ間フェージング空間相関に依存し、アンテナ間フェージング空間相関の有無によって最適なランク数（空間多重数）が異なる。例えば、図４及び図５中の受信レベルが２２〜２６［ｄＢ］の範囲では、アンテナ間フェージング空間相関がない場合（ρｔ＝０）にはランク数が２の「空間分割多重」（ＳＤＭ）方式が好適であり、アンテナ間フェージング空間相関がある場合（ρｔ＝０．７）にはランク数が１の「送信ダイバーシティ」方式が好適である。
【００５６】
しかしながら、上記ランクアダプテーションの実際の無線伝送システムへの適用を考慮すると、次の（Ａ）〜（Ｃ）に示す理由により、フェージング空間相関係数ρｔの値毎に異なる受信レベル（ＳＩＮＲ）閾値のテーブルを持つことは非現実的である。
（Ａ）実際の無線伝搬路では、フェージング空間相関は送信側だけでなく受信側にも発生する。
（Ｂ）実際のフェージング相関係数ρｔは実数とは限らず、一般的に複素数となる。
（Ｃ）送受信アンテナ数が増えるほど、これらの送信側及び受信側のフェージング空間相関の組合せの数は膨大となる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、上記ランクアダプテーションの実際の無線伝送システムへの適用を考慮し、受信側の無線通信装置（ユーザ装置又は無線基地局）でのフェージング空間相関の情報を用いることなく、複数のランク（空間多重数）の候補値ごとにスループット(または周波数利用効率)を予測し、その予測スループット(または予測周波数利用効率)が最大となることが見込まれるランク（空間多重数）を、送信側の無線通信装置（無線基地局又はユーザ装置）に通知している。
【００５８】
例えば、本実施形態では、まず、上記ランク（空間多重数）毎に予測するスループット(または周波数利用効率)を示す指標値として、無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める。ここで、「情報理論的容量」は、情報理論に基づいて無線伝送路をモデル化して求めた通信路容量である。この情報理論的容量としては、通信路容量を最大化できる送信信号源としてガウス分布する送信信号を仮定した場合の通信路容量である「シャノン容量」を用いてもよいし、いわゆる「信号点拘束容量」を用いてもよい。ここで「信号点拘束容量」とは、ガウス分布の送信信号の条件ではなく、非特許文献７に説明されているように四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調における信号空間ダイヤグラム上の信号点を拘束した送信信号の条件の下で求めた容量、すなわちConstellation Constrained Capacity またはConstellation Constraint Capacity（ＣＣＣ）である。なお、「信号点拘束容量」では、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の多値変調方式の場合、誤り訂正符号化後の０または１の２値データの複数ビットをまとめて１つの変調シンボルへグレイ符号化等を用いてマッピングする際に発生する容量喪失が考慮されてもよい（非特許文献７参照）。また、上記「信号点拘束容量」としては、受信符号化ビット情報レート（ＲＢＩＲ：Received Bit mutual Information Rate）すなわち変調シンボルあたりの相互情報量に基づく周波数利用効率を用いてもよいし、符号化ビットあたりの平均相互情報量（ＭＭＩＢ：Mean Mutual Information per Coded Bit）に基づく周波数利用効率を用いてもよい。なお、スループットは「周波数利用効率」と「伝送帯域幅」との積から参照信号、制御信号、サイクリックプレフィックス等によるオーバーヘッド分を差し引くことにより求めることができるため、一般的に周波数利用効率はスループットと相対的に等価な指標である。したがって、予測スループットの大小関係をランク間で比較する場合、周波数利用効率の大小関係をランク間で比較することと等価である。
【００５９】
上記ランク（空間多重数）が１及び２以上それぞれの場合における上記情報理論的容量としてのシャノン容量は、例えば次のように求めることができる。
【００６０】
図６は、ランク（空間多重数）が２以上の場合のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルの一例を示す模式図である。このモデルの送信方式は空間分割多重（ＳＤＭ）方式であり、受信方式は線形ＭＭＳＥ方式である。
【００６１】
なお、以下の説明では、ユーザ装置と無線基地局との間のデータ通信は複数のサブキャリアを使って行われる。Ｋは送信サブキャリア数又は送信間隔単位の変調シンボル数、ｋはサブキャリア番号又は変調シンボル番号である。また、Ｎｔは送信アンテナ数、Ｎｒは受信アンテナ数である。また、Ｐｓはアンテナあたりの送信電力、Ｌは送信サブストリーム数（空間多重数）、σ２は雑音分散係数である。
【００６２】
図６のＭＩＭＯ無線伝送路における第ｋ変調シンボルにおける周波数領域の伝送路応答すなわちＭＩＭＯチャネル行列Ｈ（ｋ）は、次の数１の式で表される。
【数１】
0005551810.tif 000003
【００６３】
送信信号ｓ（ｋ）はプリコーダＰ（ｋ）で符号化されて送信アンテナから送信され、ＭＩＭＯ無線伝送路Ｈ（ｋ）を伝送した後、受信アンテナで受信される。この受信信号ｘ（ｋ）は、次の数２の式で表される。ここで、ｎ（ｋ）は受信信号に加えられる雑音信号、Ｐ（ｋ）はプリコーディングおよび送信ストリーム数制御行列（Ｎｔ×Ｌ行列）である。
【数２】
0005551810.tif 000004
【００６４】
ここで、プリコーダＰ（ｋ）で符号化する前後の送信信号ｓ（ｋ）及びｓ’（ｋ）並びに雑音ｎ（ｋ）それぞれの期待値は、次の数３〜数５の式で表される。
【数３】
0005551810.tif 000005
【数４】
0005551810.tif 000006
【数５】
0005551810.tif 000007
【００６５】
そして、受信側の空間フィルタ及びポストコーダＷＨ（ｋ）で処理された後の受信信号ｙ（ｋ）は、次の数６の式で表される。Ｗ（ｋ）は、数７で示す空間フィルタリング重みベクトルＷ（ｋ）であり、Ｇ（ｋ）は、ＭＩＭＯ無線伝送路のチャネル利得である。
【数６】
0005551810.tif 000008
【数７】
0005551810.tif 000009
【００６６】
図７は、上記図６のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルを近似等価パラレルＳＩＳＯチャネル伝送モデルで示した模式図である。図中の等価雑音ｎ’（ｋ）の期待値は次の数８の式で表される。
【数８】
0005551810.tif 000010
【００６７】
また、図７の近似等価パラレルＳＩＳＯ無線伝送路のチャネル利得Ｇ（ｋ）は次の数９及び数１０の式で近似でき、空間フィルタリング重みベクトルＷ（ｋ）は次の数１１の式で近似できる。
【数９】
0005551810.tif 000011
【数１０】
0005551810.tif 000012
【数１１】
0005551810.tif 000013
【００６８】
上記等価雑音ｎ’（ｋ）の期待値、チャネル利得Ｇ（ｋ）及び空間フィルタリング重みベクトルＷ（ｋ）に基づき、空間多重数Ｌにおける第ｋ変調シンボルの第ｌ番目のサブストリームの信号をＭＭＳＥ方式で受信したときの希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値γＬ，ｌ（ｋ）は、次の数１２の式で表される。
【数１２】
0005551810.tif 000014
【００６９】
上記ＳＩＮＲの推定値γＬ，ｌ（ｋ）を用いて、空間多重数Ｌの空間分割多重（ＳＤＭ）におけるシャノン容量（周波数利用効率）ＣＬは、次の数１３の式で求めることができる。
【数１３】
0005551810.tif 000015
【００７０】
図８は、ランク（空間多重数）が１の場合のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルの一例を示す模式図である。このモデルの送信方式はＳＦＢＣ（空間周波数ブロック符号化）による送信ダイバーシティであり、受信方式はＭＲＣである。なお、上記図６及び図７で示したランク（空間多重数）が２以上の空間分割多重（ＳＤＭ）の例と共通する部分については説明を省略する。
【００７１】
図８のＭＩＭＯ無線伝送路において、送信信号ｓ（ｋ）はプリコーダＰ（ｋ）で符号化されて送信アンテナから送信され、ＭＩＭＯ無線伝送路Ｈ（ｋ）を伝送した後、受信アンテナで受信される。この受信信号ｘ（ｋ）は、次の数１４の式で表される。
【数１４】
0005551810.tif 000016
【００７２】
また、受信側の空間フィルタ及びポストコーダＷＨ（ｋ）で処理された後の受信信号ｙ（ｋ）は、次の数１５の式で表される。
【数１５】
0005551810.tif 000017
【００７３】
図９は、上記図８のＭＩＭＯ無線伝送路のシステムモデルを近似等価パラレルＳＩＳＯチャネル伝送モデルで示した模式図である。図中の等価雑音ｎ’（ｋ）の期待値は次の数１６の式で表される。
【数１６】
0005551810.tif 000018
【００７４】
上記等価雑音ｎ’（ｋ）の期待値に基づき、ランク（空間多重数）が１におけるマルチアンテナ送信方式としてＳＦＢＣ送信ダイバーシティを適用した場合、第ｋ変調シンボルの信号をＭＲＣ方式で受信したときの希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値γｌ（ｋ）は、次の数１７の近似式で表される。ここで、ｈｎｒ，ｎｔ（ｋ）は、ＭＩＭＯチャネル行列Ｈ（ｋ）の第（ｎｒ，ｎｔ）要素である。
【数１７】
0005551810.tif 000019
【００７５】
上記ＳＩＮＲの推定値γｌ（ｋ）を用いて、ランク（空間多重数）が１におけるマルチアンテナ送信方式としてＳＦＢＣ送信ダイバーシティを適用した場合のシャノン容量（周波数利用効率）Ｃ１は、次の数１８の近似式で求めることができる。
【数１８】
0005551810.tif 000020
【００７６】
なお、上記図８及び図９並びに数１４〜数１８を用いて示したシャノン容量（周波数利用効率）Ｃ１の算出法は、マルチアンテナ送信方式がＳＴＢＣ（時空間ブロック符号化）による送信ダイバーシティの場合も同様に適用できる。
【００７７】
図１０は、ランクが１及び２それぞれの場合について、上記図６〜９及び数１〜数１８を用いて説明した情報理論的容量としてのシャノン容量から算出したスループット［Ｍｂｐｓ］と、実際の無線伝送システム（符号化変調通信システム）で測定したスループット［Ｍｂｐｓ］とを比較したグラフである。
また、図１１は、ランクが１及び２それぞれの場合について、情報理論的容量としての信号点拘束容量（ＣＣＣ）から算出したスループット［Ｍｂｐｓ］と、実際の無線伝送システム（符号化変調通信システム）で測定したスループット［Ｍｂｐｓ］とを比較したグラフである。信号点拘束容量（ＣＣＣ）は、前述のとおり、ガウス分布の送信信号の条件ではなく、非特許文献７に説明されているように四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調における信号空間ダイヤグラム上の信号点を拘束した送信信号の条件の下で求めた容量である。
【００７８】
なお、図１０及び図１１において、上記情報理論的容量としてのシャノン容量からのスループットの算出にあたっては、制御信号などのオーバーヘッドによる損失分を考慮した。また、ランク１の場合の送信方式はＳＦＢＣによる送信ダイバーシティであり、受信方式はＭＲＣである。また、ランク２の場合の送信方式は空間分割多重（ＳＤＭ）方式であり、受信方式は線形ＭＭＳＥである。
【００７９】
図１０及び図１１に示すように、ランクが１及び２それぞれの場合についてシャノン容量や信号点拘束容量等の情報理論的容量から求めたスループットは、実際の無線伝送システム（符号化変調通信システム）で測定したスループットから大きく乖離している。そのため、各ランクにおけるシャノン容量や信号点拘束容量等の情報理論的容量を単純に比較するだけでは、最適なランクを求めることができない。
【００８０】
そこで、本実施形態におけるランクアダプテーションでは、実際の無線伝送システム（符号化変調通信システム）における容量に近づくように、複数のランクの候補値ごとに、上記シャノン容量や信号点拘束容量等の情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正している。なお、この重み係数を用いた補正に加えて、補正後の情報理論的容量に上限値を設けるクリッピングを行ってもよい。
【００８１】
例えば、前述の数１３の式等で求めた空間多重数Ｌの空間分割多重（ＳＤＭ）における情報理論的容量ＣＬについては、次の数１９の式を用いて補正することができる。また、前述の数１８の式等で求めたＳＦＢＣ送信ダイバーシティにおける情報理論的容量Ｃ１については、次の数２０の式を用いて補正することができる。
ことにより、
【数１９】
0005551810.tif 000021
【数２０】
0005551810.tif 000022
【００８２】
上記数１９の式を用いた補正例では、複数のサブキャリア（ｋ）及び複数のサブストリーム（ｌ）ごとに、情報理論的容量ＣＬ，ｌ（ｋ）に対して重み係数αＬ，ｌを乗算している。そして、重み係数αＬ，ｌを乗算した後の情報理論的容量αＬ，ｌ・ＣＬ，ｌ（ｋ）を、複数のサブキャリア（ｋ）及び複数のサブストリーム（ｌ）について平均化処理している。この平均化処理を行う際に、補正後の情報理論的容量αＬ，ｌ・ＣＬ，ｌ（ｋ）に上限値βｌを設けるクリッピングを行っている。
【００８３】
なお、上記数１９の式中のＣＬ，ｌ（ｋ）は、ランク（空間多重数）Ｌのときの、第ｌサブストリーム中の第ｋ変調シンボルにおける情報理論的容量である。また、上記数１９の式中の重み係数αＬ，ｌは、空間多重数Ｌのときの、第ｌサブストリームにおける情報理論的容量に対する損失係数である。また、上限値βｌは、第ｌサブストリームにおける使用可能ＭＣＳを考慮したクリッピングパラメータである。
【００８４】
また、上記数２０の式を用いた補正例では、複数のサブキャリア（ｋ）ごとに、情報理論的容量Ｃ１，１（ｋ）に対して重み係数α１，１を乗算している。そして、重み係数α１，１を乗算した後の情報理論的容量α１，１・Ｃ１，１（ｋ）を、複数のサブキャリア（ｋ）について平均化処理している。この平均化処理を行う際に、補正後の情報理論的容量α１，１・Ｃ１，１（ｋ）に上限値β１を設けるクリッピングを行っている。この場合の重み係数αＬ，ｌ及び上限値β１は、表１中で例示している適応変調符号化（ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding）で用いられる変調方式と誤り訂正符号化方式の組み合わせ（ＭＣＳ）を考慮して設定される。
【００８５】
また、前述の数１３の式等で求めた空間多重数Ｌの空間分割多重（ＳＤＭ）における情報理論的容量ＣＬについては、次の数２１の式を用いて補正し、前述の数１８の式等で求めたＳＦＢＣ送信ダイバーシティにおける情報理論的容量Ｃ１については、次の数２２の式を用いて補正してもよい。これらの補正例では、空間分割多重（ＳＤＭ）における情報理論的容量ＣＬの補正の前に、複数のサブキャリア（ｋ）及び複数のサブストリーム（ｌ）に関する平均化処理と、複数のサブキャリア（ｋ）に関する平均化処理とを行っている。また、ＳＦＢＣ送信ダイバーシティにおける情報理論的容量Ｃ１の補正の前に、複数のサブキャリア（ｋ）に関する平均化処理を行っている。数２１および数２２で用いた補正法は、数１９および数２０の補正法に比べて重み係数の乗算回数を削減できるため、情報理論的容量を補正するための計算量が削減する効果がある。
【数２１】
0005551810.tif 000023
【数２２】
0005551810.tif 000024
【００８６】
上記複数のランクの候補値ごとに数１９及び数２０の式や数２１及び数２２の式を用いて補正した後、次の数２３の式に示すように、補正後の情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１が最大となるランクを、ＭＩＭＯ無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する。そして、その決定したランクの情報として、当該ランクを識別するためのランク識別子（ＲＩ：をデータ送信側の無線通信装置（無線基地局、ユーザ端末装置）にフィードバックするように通知する。
【数２３】
0005551810.tif 000025
【００８７】
上記情報理論的容量ＣＬ及びＣ１の補正に用いる補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１及び上限値β１，β１）は、例えば次のようなＬＴＥリンクレベルシミュレーションに基づくパラメータチューニングによって決定することができる。
【００８８】
図１２は、ランクが１であるＳＦＢＣ送信ダイバーシティ（受信方式：ＭＲＣ）の場合の重み係数α１，１及び上限値β１のパラメータチューニングの一例を示すグラフである。
図中の「●」、「■」及び「◆」は、非特許文献８で定義される３種類のマルチパス・フェージング・チャネル・モデル（ＥＰＡ：Extended Pedestrian-Aモデル、ＥＶＡ：Extended Vehicular-Aモデル、ＥＴＵ：Extended Typical Urbanモデル）それぞれを用いたＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループット［Ｍｂｐｓ］である。ＥＰＡ、ＥＶＡ、ＥＴＵのＲＭＳ（Root Mean Square）遅延スプレッドの値は、それぞれ約４５［ｎｓ］、３５７［ｎｓ］、９９１［ｎｓ］であり、これらのチャネルモデルのうち遅延スプレッドはＥＰＡが最も小さく、ＥＴＵが最も大きい。各チャネル・モデルにおける最大ドップラー周波数は５［Ｈｚ］とした。また、ランク識別子ＲＩのフィードバック遅延時間及びフェージング空間相関はいずれもないと仮定した。他の条件は前述の表１と同様に設定した。
また、図中の破線は、上記数２２の式を用いて算出した情報理論的容量としてのシャノン容量Ｃ１から求めたスループット［Ｍｂｐｓ］である。スループットの算出には、次の数２４に示す式を用いた。式中のＷは有効伝送帯域幅である。ここで、有効伝送帯域幅とは、参照信号、制御信号、およびＯＦＤＭガードインターバルによるオーバーヘッドを考慮して伝送に用いられる周波数の帯域幅を補正したものである。
【数２４】
0005551810.tif 000026
【００８９】
図１２において、ＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループットの算出結果（「●」、「■」及び「◆」）にフィッティングさせるように、図中の破線に対応する上記数２２の式中の重み係数α１，１及びクリッピングの上限値β１を調整して決定する。図１２中の破線で示すフィッティングの例では、重み係数α１，１として０．６５５を決定し、クリッピングの上限値β１としてランクあたりの最大送信データレートに設定している。
【００９０】
図１３は、ランクが２であるＣＤＤプリコーディングを併用したＳＤＭ（受信方式：ＭＭＳＥ）の場合の重み係数αＬ，ｌ及び上限値β１のパラメータチューニングの一例を示すグラフである。
図中の「●」、「■」及び「◆」は、図１２の場合と同様に、３種類のマルチパス・フェージング・チャネル・モデル（ＥＰＡ、ＥＶＡ、ＥＴＵ）それぞれを用いたＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループット［Ｍｂｐｓ］である。各チャネル・モデルにおける最大ドップラーシフトは５［Ｈｚ］とし、ランク識別子ＲＩのフィードバック遅延時間及びフェージング空間相関はいずれもないと仮定した。他の条件は前述の表１と同様に設定した。
また、図中の破線は、上記数２１の式を用いて算出した情報理論的容量としてのシャノン容量Ｃｌから求めたスループット［Ｍｂｐｓ］である。
【００９１】
図１３において、ＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出されたスループットの算出結果（「●」、「■」及び「◆」）にフィッティングさせるように、図中の破線に対応する上記数２１の式中の重み係数αＬ，ｌ及びクリッピングの上限値β１を調整して決定する。図１３中の破線で示すフィッティングの例では、重み係数α２，1及びα２，２として０．４７５を決定し、クリッピングの上限値β１，β２としてランクあたりの最大送信データレートを決定している。
【００９２】
次に、ランクアダプテーションにおける上記情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に用いた補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１及び上限値β１，β１）の効果について説明する。
【００９３】
図１４及び図１５はそれぞれ、ランクアダプテーションにおける上記情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に用いた補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１）の効果を示すグラフである。
図中の「●」は、上記数２１及び数２２の式における補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１及び上限値β１，β１）で補正した情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１に基づいてランクアダプテーションを実行したときの平均スループット［Ｍｂｐｓ］を示している。
また、図中の「▲」及び「■」はそれぞれ、ランクアダプテーションを実行しないときのランク１及び２の場合の平均スループット［Ｍｂｐｓ］である。図中の横軸は受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲ［ｄＢ］である。
【００９４】
上記平均スループットは、マルチパス・フェージング・チャネル・モデルとしてＥＶＡを用いたＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出した。ここで、ＣＱＩのフィードバック周期を２０［ｍｓ］とし、ランク識別子ＲＩのフィードバック周期を１６０［ｍｓ］とし、フェージング空間相関係数ρｔの値を０．９とした。
【００９５】
また、図１４は、最大ドップラー周波数シフトｆｄが５［Ｈｚ］であり、２ＧＨｚ帯で歩行速度程度の移動速度を想定した場合を示している。これに対し、図１５は、最大ドップラー周波数ｆｄが７０［Ｈｚ］であり、２ＧＨｚ帯で一般道路での車の移動速度を想定した場合を示している。
【００９６】
また、図１４及び図１５の例では、上記ランク１の情報理論的容量Ｃ１を補正する重み係数α１，１として０．６５５を用い、クリッピングの上限値β１を無限大（クリッピングなし）とした。また、上記ランク２の情報理論的容量Ｃ２を補正する重み係数α２，1及びα２，２として０．４７５を用い、クリッピングの上限値β２としてランクあたりの最大送信データレートを用いた。
【００９７】
また、図１４及び図１５の例では、上記補正パラメータ（重み係数α１，１，α２，１,α２，２及び上限値β１，β２）で補正したランク１及び２の情報理論的容量Ｃ１，Ｃ２に基づいて、ランク１及び２の切り換えを行う受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲの閾値として、３０［ｄＢ］を設定している。この閾値に基づき、図中の「●」のランクアダプテーション実行時のデータでは、受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲが３０［ｄＢ］以下の範囲ではランク１で送信し、平均ＳＩＮＲが３０［ｄＢ］よりも大きい範囲ではランク２で送信している。
【００９８】
図１４及び図１５では、送信アンテナ間のフェージング空間相関（フェージング空間相関係数ρｔ）が０．９、ドップラー周波数シフトｆｄ＝７０［Ｈｚ］とした場合の結果であるが、上記補正パラメータ（重み係数α１，１，α２，１，α２，２及び上限値β１，β２）は、図１２及び図１３において送信アンテナ間のフェージング空間相関を０、ドップラー周波数シフトｆｄ＝５［Ｈｚ］において最適化した値を用いている。図１４及び図１５の結果に示すように、最適化の前提と異なるフェージング相関及びドップラー周波数シフトの環境においてもほぼ適切なランク制御ができていることがわかる。このように、補正パラメータ（重み係数α１，１，α２，１，α２，２及び上限値β１，β２）を適切に選んで設定することにより、ＭＩＭＯ無線伝送路における送信アンテナ間のフェージング空間相関（フェージング空間相関係数ρｔ）、や移動速度（ドップラー周波数シフトｆｄ）などの伝搬環境の変化に対してロバストなランクアダプテーション（ランク予測）を実現することができる。また、図１４及び図１５の結果は、表１に示したようにスループット特性に大きな影響を与えるランク制御、ＭＣＳ制御、ハイブリッドＡＲＱ再送制御のためのフィードバック情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）のフィードバック遅延および実現可能なフィードバック間隔の影響が含まれた形での評価結果であるため、上記補正パラメータ（クリッピングの上限値β１，β２）を適切に選んで設定することにより、フィードバック遅延やフィードバック情報量制限の影響を受けにくいランクアダプテーション（ランク予測）も同時に実現していることがわかる。
【００９９】
図１６及び図１７はそれぞれ、マルチパスモデルとしてＥＴＵ（遅延スプレッド：９９１［ｎｓ］）を用い、遅延スプレッドが比較的大きい場合のランクアダプテーションにおける上記情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に用いた補正パラメータ（クリッピングの上限値β１，β１）の効果を示すグラフである。図１６は、情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に上限値を設けたクリッピングを行わないランクアダプテーションを適用したときのスループットの一例を示すグラフである。図１７は、情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１の補正に上限値を設けたクリッピングを行うランクアダプテーションを適用したときのスループットの一例を示すグラフである。
【０１００】
図中の「●」は、上記数２１及び数２２の式における補正パラメータ（重み係数αＬ，ｌ,α１，１及び上限値β１，β１）で補正した情報理論的容量ＣＬ，Ｃ１に基づいてランクアダプテーションを実行したときの平均スループット［Ｍｂｐｓ］を示している。
また、図中の「▲」及び「■」はそれぞれ、ランクアダプテーションを実行しないときのランク１及び２の場合の平均スループット［Ｍｂｐｓ］である。図中の横軸は受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲ［ｄＢ］である。
【０１０１】
上記平均スループットは、マルチパス・フェージング・チャネル・モデルとしてＥＴＵ（拡張標準都市モデル）を用いたＬＴＥリンクレベルシミュレーションによって算出した。フェージング空間相関係数ρｔの値を０．９とした。
【０１０２】
また、図１６及び図１７はいずれも、最大ドップラー周波数シフトｆｄが７０［Ｈｚ］であり、２ＧＨｚ帯で車速程度の移動速度を想定した場合を示している。
【０１０３】
また、図１６及び図１７では、上記ランク１の情報理論的容量Ｃ１を補正する重み係数α１，１として０．６５５を用い、上記ランク２の情報理論的容量Ｃ２を補正する重み係数α２，1及びα２，２として０．４７５を用いた。
【０１０４】
また、図１６では、上記ランク１の情報理論的容量Ｃ１を補正するクリッピングの上限値β１を無限大（クリッピングなし）とし、上記ランク２の情報理論的容量Ｃ２を補正するクリッピングの上限値β１も無限大（クリッピングなし）とした。これに対し、図１７では、上記ランク１の情報理論的容量Ｃ１を補正するクリッピングの上限値β１を６．２０とし、上記ランク２の情報理論的容量Ｃ２を補正するクリッピングの上限値β２を５．５５とした。
【０１０５】
また、図１６及び図１７の例では、上記補正パラメータ（重み係数α１，１，α２，１,α２，２及び上限値β１，β２）で補正したランク１及び２の情報理論的容量Ｃ１，Ｃ２に基づいて、ランク１及び２の切り換えを行う受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲの閾値として、３０［ｄＢ］を設定している。この閾値に基づき、図中の「●」のランクアダプテーション実行時のデータでは、受信アンテナあたりの平均ＳＩＮＲが３０［ｄＢ］以下の範囲ではランク１で送信し、平均ＳＩＮＲが３０［ｄＢ］よりも大きい範囲ではランク２で送信している。
【０１０６】
図１６に対する図１７の結果が示すように、上記補正パラメータ（クリッピングの上限値β１，β２）を適切に選んで設定することにより、低ランク送信における容量を大きく見積もり過ぎることがなくなり、ＭＩＭＯ無線伝送路における遅延スプレッドの変化に対してロバストなランクアダプテーション（ランク予測）を実現することができる。また、図１７の結果は、表１に示したようにスループット特性に大きな影響を与えるランク制御、ＭＣＳ制御、ハイブリッドＡＲＱ再送制御におけるフィードバック情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）のフィードバック遅延および実現可能なフィードバック間隔の影響が含まれた形での評価結果であるため、上記補正パラメータ（クリッピングの上限値β１，β２）を適切に選んで設定することにより、フィードバック遅延やフィードバック情報量制限の影響を受けにくいランクアダプテーション（ランク予測）も同時に実現していることがわかる。
【０１０７】
以上、本実施形態によれば、実際のＭＩＭＯ無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づき、伝搬環境の変化に応じて、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定し、スループットの劣化を抑制することがすることができる。よって、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
特に、本実施形態によれば、情報理論的容量に上限値βを設けることにより、送信ストリームにおけるマルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化による無線伝送性能の変動の影響を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができる。従って、マルチパス遅延の拡がりなどの無線伝送路の環境変化に対し、ロバストなランクの切り換えが可能になる。
更に、送信ストリームにおける伝送損失や変調方式及び符号化方式を考慮して、各ランクの候補値に対する容量を精度よく算出することができるので、ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度をより高めることができる。
また、スループット特性に大きな影響を与えるランク制御、ＭＣＳ制御、ハイブリッドＡＲＱ再送制御におけるフィードバック遅延の影響が含まれた形での評価結果であるため、上記補正パラメータ（クリッピングの上限値β１，β２）を適切に選んで設定することにより、フィードバック遅延の影響を受けにくいランクアダプテーション（ランク予測）も同時に実現していることがわかる。
【０１０８】
本明細書では簡単のため、最大送信ランクが２となる、送信アンテナ数を２、受信アンテナ数を２、送信ランク毎にプリコーディング方式が固定され、ＰＭＩフィードバックを必要としない、３ＧＰＰ  ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ下りリンクの開ループＭＩＭＯ無線伝送システム（Open-Loop MIMO） の場合について詳細に説明した。本明細書で示した、ランク予測手段は、送信ランク毎に複数プリコーディングパターンを適用するため、ＰＭＩフィードバックを用いる閉ループＭＩＭＯ無線伝送システム (Closed-Loop MIMO) や上りリンクの場合でも同様に適用可能であり、ランクアダプテーションが適用される様々なＭＩＭＯ無線伝送方式に適用可能である。
【０１０９】
なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線通信システム及び無線通信装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。
【０１１０】
ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。
【０１１１】
また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。
【０１１２】
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。
【０１１３】
１０、３０  ユーザ装置
２０、４０  無線基地局
１０１    下りリンクチャネル推定部
１０２    下りリンク制御信号復調部
１０３    データ信号分離合成部
１０４    直列並列変換部
１０５    制御情報（ＲＩ／ＰＭＩ／ＣＱＩ）生成部
１０６    上りリンク送信部
２０１    上りリンク受信部
２０２    下りリンクスケジューラ
２０３    プリコーディングウェイト生成部
２０４    下りリンク制御信号生成部
２０５    直列並列変換・変調部
２０６    乗算器
２０８    マルチプレクサ
３０１    下りリンク受信部
３０２    プリコーディングウェイト生成部
３０３    直列並列変換・変調部
３０４    乗算器
３０７    上りリンク参照信号生成部
４０１    上りリンクチャネル推定部
４０４    上りリンクスケジューラ
４０５    下りリンク送信部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１４】
【特許文献１】特開２０１２−１０５２７１号公報
【非特許文献】
【０１１５】
【非特許文献１】3GPP TS36.211 V10.6.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 10),"Dec. 2012.
【非特許文献２】3GPP TS36.212 V10.7.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 10),"Dec. 2012.
【非特許文献３】3GPP TS36.213 V10.8.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 10)," Dec. 2012.
【非特許文献４】H. Taoka, S. Nagata, K Takeda, Y. Kakishima, X. She, and K. Kusume, "MIMO and CoMP in LTE-Advanced," NTT DoCoMo Technical Journal (English Edition), vol.12, no.2, pp.20-28, Sept. 2010.
【非特許文献５】E. Dahlman, S. Parkvall and J. Skold, "4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband,"Academic Press, 2011.
【非特許文献６】X. Yang, Y. Xiong and W. Zhao, "Cross-layer design of MIMO OFDM with mode switching and hybrid ARQ,"in Proceedings of the 5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing 2009 (WiCOM2009), Beijing, China, Sept. 2009.
【非特許文献７】IEEE 802.16 BWA Working Group, "IEEE 802.16m Evaluation Methodorogy Document (EMD),"IEEE 802.16m-08/004r2, July 2008.
【非特許文献８】3GPP TS36.101 V11.3.0, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);User Equipment (UE) radio transmission and reception (Release 11)", Dec. 2012.
【要約】
【課題】ＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる無線通信装置及び無線伝送システムを提供する。
【解決手段】複数の無線通信装置の間の無線伝送路で送受信された信号から取得された伝送路応答の推定値と、雑音電力の推定値より算出される希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）の推定値とに基づいて、無線伝送路における複数のランクの候補値ごとに、無線伝送路における送信方式及び受信方式を考慮した情報理論的容量を求める。また、複数のランクの候補値ごとに、前記情報理論的容量に対して重み係数を用いて補正する。そして、前記複数のランクの候補値ごとに求めて補正した情報理論的容量のうち情報理論的容量が最大となるランクを、無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
0005551810.tif 000034
【図５】
0005551810.tif 000035
【図１０】
0005551810.tif 000036
【図１１】
0005551810.tif 000037
【図１２】
0005551810.tif 000038
【図１３】
0005551810.tif 000039
【図１４】
0005551810.tif 000040
【図１５】
0005551810.tif 000041
【図１６】
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【図１７】
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