(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、
前記第２の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定ステップと、
前記第２の通信装置が、推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割するグルーピングステップと、
前記第２の通信装置が、前記グルーピングステップにおいて分割されたグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をする変換ステップと、
前記第２の通信装置が、前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報のうち、低次側のチャネル情報を抽出する抽出ステップと、
前記第２の通信装置が、前記抽出ステップにおいて抽出されたチャネル情報を正規化する第１正規化ステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を量子化する量子化ステップと、
前記第２の通信装置が、前記量子化ステップにおいて量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する送信ステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、
前記第２の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定ステップと、
前記第２の通信装置が、推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、前記第１の通信装置に備えられている複数のアンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をする変換ステップと、
前記第２の通信装置が、前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報のうち、低次側のチャネル情報を抽出する抽出ステップと、
前記第２の通信装置が、前記抽出ステップにおいて抽出されたチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化する第１正規化ステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を量子化する量子化ステップと、
前記第２の通信装置が、前記量子化ステップにおいて量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する送信ステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
前記第１の通信装置が、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化する第２正規化ステップと、
前記第１の通信装置が、前記第２正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を逆離散コサイン変換して、全周波数成分のチャネル情報を復元する復元ステップと、
前記第１の通信装置が、前記復元ステップにおいて復元されたチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記第１の通信装置が、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化する第２正規化ステップと、
前記第１の通信装置が、前記第２正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記グループ毎のチャネル情報を算出する逆変換ステップと、
前記第１の通信装置が、前記逆変換ステップにおいて算出したグループ毎のチャネル情報を、繋ぎ合わせて全周波数帯域のチャネル情報を復元する復元ステップと、
前記第１の通信装置が、前記復元ステップにおいて復元された全周波数帯域のチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記復元ステップにおいて、
重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記グルーピングステップにおいて、
周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行う
ことを特徴とする請求項１、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記第１正規化ステップおよび前記第２正規化ステップにおいて、
前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報に基づいて、正規化用のパラメータを適応的に変化させる
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記変換ステップにおいて、
前記グルーピングステップにおいてグルーピングチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間の少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項９】
第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信システムであって、
前記第２の通信装置は、
自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部によって推定されたチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、
前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、
前記第２の通信装置は、
自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部によって推定されたチャネル情報のうち、前記第１の通信装置に備えられている複数のアンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、
前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部と
を含むことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
前記第１の通信装置は、
前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、全周波数成分のチャネル情報を復元するチャネル情報復元部と、
前記チャネル情報復元部によって復元されたチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の端末装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と
を備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記チャネル情報復元部は、
前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、グループ毎のチャネル情報を算出し、算出したグループ毎のチャネル情報を繋ぎ合わせて全周波数帯域のチャネル情報を復元し、
前記送信ウエイト算出部は、
前記チャネル情報復元部によって復元された全周波数帯域のチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子による前記第２の端末装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する
ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記チャネル情報復元部は、
重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いる
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記チャネル情報圧縮部は、
周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行う
ことを特徴とする請求項９、請求項１２、請求項１３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記チャネル情報圧縮部は、
グルーピングしたチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行う
ことを特徴とする請求項９、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記第２の通信装置は、
チャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、
各アンテナ素子に、チャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成して送信する
ことを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記第２の通信装置は、
チャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、
各アンテナ素子に、チャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成し、
その先頭に、チャネル情報圧縮部で量子化する際に用いたパラメータのうち少なくとも一つを付加するようにフレームフォーマットを構成して送信する
ことを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
通信する相手である他の通信装置から受信した量子化チャネル情報であって、前記他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定されたチャネル情報に対して、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をし、変換により得られたチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を量子化して得られた量子化チャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記サブキャリアの全周波数成分のチャネル情報を復元するチャネル情報復元部と、
前記チャネル情報復元部によって復元された前記サブキャリアの全周波数のチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子による前記他の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１９】
前記他の通信装置において、前記チャネル情報復元部は、
前記他の通信装置から受信した前記量子化チャネル情報に基づいて、前記量子化チャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記グループ毎のチャネル情報を算出し、算出した前記グループ毎のチャネル情報を繋ぎ合わせて前記サブキャリアの全周波数帯域のチャネル情報を復元する
ことを特徴とする請求項１８に記載の通信装置。
【請求項２０】
前記チャネル情報復元部は、
前記他の通信装置において重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いる
ことを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
【請求項２１】
通信する相手である他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部によって推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換し、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、
前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記他の通信装置に送信する無線部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
通信する相手である他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部によって推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、前記他の通信装置に備えられている前記アンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、
前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部と
を含むことを特徴とする通信装置。
【請求項２３】
前記チャネル情報圧縮部は、
グルーピングする際に、周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行う
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２４】
前記チャネル情報圧縮部は、
グルーピングチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行う
ことを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項２５】
前記第２の通信装置におけるチャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、
各アンテナ素子にチャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成する
ことを特徴とする請求項２４に記載の通信装置。
【請求項２６】
前記第２の通信装置におけるチャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、
各アンテナ素子に、チャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成し、
その先頭に、チャネル情報圧縮部で量子化する際に用いたパラメータのうち少なくとも一つを付加する
ことを特徴とする請求項２４に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の周波数帯域を用い、異なる複数の送信アンテナ素子より独立な信号系列を空間多重し、複数の通信相手への情報伝達を実現する高速な無線通信システムであるマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output；多入力多出力）伝送を行う無線通信方法、無線通信システム、及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚ましい。これらの無線通信システムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。
【０００３】
今後、更なる高速な無線通信システムを用いたサービスが増加すると考えられる。それに伴い、無線通信システムにおける端末数が増大すると考えられる。しかしながら、通信に利用できる周波数帯域は有限であるために、端末数が増加すると、周波数チャネルが逼迫してしまうために、利用できないユーザが増加してしまう問題が生じてしまう。
【０００４】
そこで、最近、伝送速度の高速化、大容量化の技術として、最も注目されているのがマルチユーザＭＩＭＯ送信技術である。図１７は、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術が適用される無線通信システムの構成を示す概略図である。マルチユーザＭＩＭＯ送信技術は、図１７に示すような無線通信システムにおいて、基地局（アクセスポイント（Access Point；ＡＰ））１１側においてＮ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）本の送信アンテナ素子から同一周波数、かつ同一タイミングで異なる独立な信号をそれぞれＭ（ｕ）個（ｕ＝１，…，Ｕ）のアンテナ素子を持つＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の通信相手である端末局（Station；ＳＴＡ））１２−１〜１２−Ｕ側に送信する。このとき、Ｕ個の通信相手の受信アンテナ素子全体を巨大な受信アレーとみなして、下りスループットの向上を実現する技術である。
【０００５】
マルチユーザＭＩＭＯ送信技術としては、ＺＦ（Zero forcing；ゼロフォーシング）法や、ＢＤ（Block Diagonalization；ブロック対角化）法、ＭＭＳＥ（Minimum mean square error；最小２乗誤差）法などがある（非特許文献１、非特許文献２）。これらの送信技術では、送信側において、送受信アンテナ素子間のチャネル情報を得る必要がある。
【０００６】
例えば、送受信に同じ周波数帯域を用いる時分割複信（Time Division Duplex；ＴＤＤ）の場合には、端末局から予め送受信アンテナ素子間で既知の信号を送信側に送信することで、アクセスポイントにおいて全送受信アンテナ素子間のチャネル情報を推定するというような開ループ方式で行うことができる。
【０００７】
しかしながら、周波数分割複信（Frequency Division Duplex；ＦＤＤ）の場合、上記開ループ方式を用いることができないため、端末局から基地局にチャネル情報をフィードバックする必要がある。また、ＴＤＤの場合でも、キャリブレーション機能を基地局、端末局それぞれで具備していない場合には、上り／下りでチャネル情報が非対称になってしまうため、端末局から基地局にチャネル情報をフィードバックする必要がある。
【０００８】
このとき、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術を用いて複数の送信相手に信号を伝送する前に、基地局側でチャネル情報を得るために、予め端末局側でチャネル情報（伝達関数）を推定して基地局側へチャネル情報をフィードバックする。チャネル情報をある基準で量子化（ディジタル化）をしてフィードバックする際に、そのフィードバックする総データ量が増加すると、通信のオーバーヘッドが大きくなり、通信に利用できる帯域が減少してしまう。そして、フィードバックする情報により通信帯域が占有されると、無線通信システム全体のスループットが低下してしまう。
【０００９】
チャネル情報のフィードバックに要する総データ量を削減するために、量子化ビット数を小さくしてフィードバックする総データ量を減らすこともできるが、この場合、量子化誤差が大きくなり、基地局側で送信ビームフォーミングを正しく形成することができなくなってしまう。その結果、端末局における伝送品質が劣化して、通信におけるスループットが低下してしまうという問題がある。
【００１０】
これに対して、従来技術として、ＭＩＭＯにおいて、サブキャリア毎に得られるチャネル情報を個別に量子化・圧縮し、受信側から送信側へフィードバックという構成が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】M. Joham, et al., “Linear transmit processing in MIMO communications systems,” IEEE Trans. Signal Processing, pp. 2700-2712, vol. 53, no. 8, Aug. 2005.
【非特許文献２】Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, “Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels,” IEEE Trans. Sig. Processing, vol. 52, issue 2, Feb. 2004, pp. 461−71.
【非特許文献３】IEEE, “Part 11: Wireless LAN Medium Access Control （MAC) and Physical Layer （PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput,” IEEE 802.11n-2009, Oct. 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に記載の技術は、サブキャリア毎にチャネル情報の量子化、及び圧縮を行うので、サブキャリア数が増加すると、サブキャリア数の増加に比例してフィードバックするチャネル情報が増加して帯域を占有しまい、サブキャリア数の増加に応じたスループットの向上を得ることができないことがある。
すなわち、特許文献３に記載の技術を用いた場合においても、チャネル情報のフィードバックを効率よくフィードバックできないことがあり、上記の問題を十分に解決するに至ってはいない。
【００１３】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、チャネル情報の誤差を増加させずに、チャネル情報を圧縮してフィードバックすることにより、スループットの低下を抑制することができる無線通信方法、無線通信システム、及び通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、前記第２の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定ステップと、前記第２の通信装置が、推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割するグルーピングステップと、前記第２の通信装置が、前記グルーピングステップにおいて分割されたグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をする変換ステップと、前記第２の通信装置が、前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報のうち、低次側のチャネル情報を抽出する抽出ステップと、前記第２の通信装置が、前記抽出ステップにおいて抽出されたチャネル情報を正規化する第１正規化ステップと、前記第２の通信装置が、前記第１正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を量子化する量子化ステップと、前記第２の通信装置が、前記量子化ステップにおいて量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する送信ステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、前記第２の通信装置が、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定ステップと、前記第２の通信装置が、推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、前記第１の通信装置に備えられている複数のアンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をする変換ステップと、前記第２の通信装置が、前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報のうち、低次側のチャネル情報を抽出する抽出ステップと、前記第２の通信装置が、前記抽出ステップにおいて抽出されたチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化する第１正規化ステップと、前記第２の通信装置が、前記第１正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を量子化する量子化ステップと、前記第２の通信装置が、前記量子化ステップにおいて量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する送信ステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
【００１５】
また、本発明は、上記の発明において、前記第１の通信装置が、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化する第２正規化ステップと、前記第１の通信装置が、前記第２正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を逆離散コサイン変換して、全周波数成分のチャネル情報を復元する復元ステップと、前記第１の通信装置が、前記復元ステップにおいて復元されたチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記の発明において、前記第１の通信装置が、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化する第２正規化ステップと、前記第１の通信装置が、前記第２正規化ステップにおいて正規化されたチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記グループ毎のチャネル情報を算出する逆変換ステップと、前記第１の通信装置が、前記逆変換ステップにおいて算出したグループ毎のチャネル情報を、繋ぎ合わせて全周波数帯域のチャネル情報を復元する復元ステップと、前記第１の通信装置が、前記復元ステップにおいて復元された全周波数帯域のチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上記の発明において、前記復元ステップにおいて、重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記グルーピングステップにおいて、周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行うことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の発明において、前記第１正規化ステップおよび前記第２正規化ステップにおいて、前記変換ステップにおいて変換されたチャネル情報に基づいて、正規化用のパラメータを適応的に変化させることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、上記の発明において、前記グルーピングステップにおいて、グルーピングチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間の少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第２の通信装置は、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部によって推定されたチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、第１の通信装置と、該第１の通信装置と通信する第２の通信装置との間における無線通信方法であって、前記第２の通信装置は、自装置に備えられているアンテナ素子と、前記第１の通信装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部によって推定されたチャネル情報のうち、前記第１の通信装置に備えられている複数のアンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部とを含むことを特徴とする無線通信システムである。
【００２３】
また、本発明は、上記の発明において、前記第１の通信装置は、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、全周波数成分のチャネル情報を復元するチャネル情報復元部と、前記チャネル情報復元部によって復元されたチャネル情報に基づいて、自装置に備えられている前記複数のアンテナ素子による前記第２の端末装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部とを備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報復元部は、前記第２の通信装置から受信した前記量子化されたチャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、グループ毎のチャネル情報を算出し、算出したグループ毎のチャネル情報を繋ぎ合わせて全周波数帯域のチャネル情報を復元し、前記送信ウエイト算出部は、前記チャネル情報復元部によって復元された全周波数帯域のチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子による前記第２の端末装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報復元部は、重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報圧縮部は、周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行うことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報圧縮部は、グルーピングチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間の少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行うことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記の発明において、前記第２の通信装置は、チャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、各アンテナ素子に、チャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成して送信することを特徴とする。
【００３０】
前記第２の通信装置は、チャネル情報圧縮部によって量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、各アンテナ素子に、チャネル情報圧縮部によって離散コサイン変換されたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成し、その先頭に、チャネル情報圧縮部で量子化する際に用いたパラメータのうち少なくとも一つを付加するようにフレームフォーマットを構成して送信することを特徴とする。
【００３１】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、通信する相手である他の通信装置から受信した量子化チャネル情報であって、前記他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定されたチャネル情報に対して、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換をし、変換により得られたチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を量子化して得られた量子化チャネル情報に基づいて、前記量子化されたチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記サブキャリアの全周波数帯域のチャネル情報を復元するチャネル情報復元部と、前記チャネル情報復元部によって復元された前記サブキャリアの全周波数帯域のチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子による前記他の通信装置に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部とを備えることを特徴とする通信装置である。
【００３２】
また、本発明は、上記の発明において、前記他の通信装置において、前記チャネル情報復元部は、前記他の通信装置から受信した前記量子化チャネル情報に基づいて、前記量子化チャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を逆離散コサイン変換して、前記グループ毎のチャネル情報を算出し、算出した前記グループ毎のチャネル情報を繋ぎ合わせて前記サブキャリアの全周波数帯域のチャネル情報を復元することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報復元部は、前記他の通信装置において重複してグループ化されたチャネル情報を復元する際に、いずれかのグループにおいて復元されたチャネル情報を用いるか、あるいはそれぞれのグループにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いることを特徴とする。
【００３４】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、通信する相手である他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部によって推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、連続する周波数成分ごとに複数のグループに分割し、分割したグループ毎に、該グループに含まれるチャネル情報に離散コサイン変換し、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記他の通信装置に送信する無線部とを備えることを特徴とする通信装置である。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、通信する相手である他の通信装置に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子との間のチャネル情報をサブキャリア毎に推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部によって推定されたサブキャリア毎のチャネル情報のうち、前記第１の通信装置に備えられている前記複数のアンテナ素子と、前記自装置に備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に離散コサイン変換をし、変換したチャネル情報のうち低次元のチャネル情報を抽出し、抽出したチャネル情報に基づいて、適応的に変化させた正規化用のパラメータを用いて、当該情報を正規化し、正規化したチャネル情報を量子化するチャネル情報圧縮部と、前記チャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信する無線部とを含むことを特徴とする通信装置である。
【００３５】
また、本発明は、上記の発明において、前記チャネル情報圧縮部は、グルーピングする際に、周波数領域において隣接するグループに対して前記チャネル情報が重複するようにグルーピングを行うことを特徴とする。
【００３７】
前記チャネル情報圧縮部は、グルーピングチャネル情報に対して、外挿補間または内挿補間少なくとも一方を行ってから離散コサイン変換を行う
ことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、上記の発明において、前記第２の通信装置におけるチャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、各アンテナ素子ごとに、離散コサイン変換によって得られたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明は、上記の発明において、前記第２の通信装置におけるチャネル情報圧縮部により量子化されたチャネル情報を前記第１の通信装置に送信するとき、各アンテナ素子ごとに、離散コサイン変換によって得られたチャネル情報の要素をひとまとまりとするようにフィードバックデータのフレームフォーマットを構成し、その先頭に、チャネル情報圧縮部で量子化する際に用いたパラメータのうち少なくとも一つを付加する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、ＭＩＭＯ、あるいは、マルチユーザＭＩＭＯの送信側から受信側に送信されるサブキャリア毎に推定されるチャネル情報に関し、同一送信アンテナ素子から同一受信アンテナ素子に送信されるサブキャリアに対応するチャネル情報について、離散コサイン変換を用いた圧縮を行い、フィードバックを行うことで、チャネル情報の誤差を増加させずに、フィードバックするチャネル情報の情報量を削減し、無線通信システム全体のスループットを向上させることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本第１実施形態による無線通信システム１の基地局装置１００及び端末装置２００−１〜２００−Ｕの構成を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態による基地局装置１００と端末装置２００との動作を説明するためのシーケンス図である。
【図３】本第１実施形態によるチャネル情報圧縮回路２０６−ｕにおけるチャネル情報の圧縮方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本第１実施形態によるチャネル情報復元方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】ＤＣＴ後のチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の振幅絶対値のｌ依存性の違いを示すグラフを示す図である。
【図６】本第２実施形態によるフィードバックするチャネル情報のフレームフォーマットの一例を示した図である。
【図７】本第２実施形態によるチャネル情報圧縮方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本第２実施形態において、基地局装置１００の第ｎのアンテナ素子１０４−ｎから、第ｕの端末装置２００−ｕの第ｍのアンテナ素子２０１−ｕ−ｍに送信されるサブキャリアを模式的に表した概念図である。
【図９】本第２実施形態によるチャネル情報復元方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】基地局装置１００の第ｎのアンテナ素子１０４−ｎから第ｕの端末装置２００−ｕの第ｍのアンテナ素子２０１−ｕ−ｍに送信されるサブキャリアを模式的に表した概念図である。
【図１１】本第２実施形態によるフィードバックするチャネル情報のフレームフォーマットの一例を示した図である。
【図１２】本題１、第２実施形態によるサブキャリア群に対して外挿補間を行ったときの一例を示す概念図である。
【図１３】本題１、第２実施形態によるサブキャリア群に対して内挿補間を行ったときの一例を示す概念図である。
【図１４】推定したチャネル情報に対してＤＣＴを適用したときの変換後のチャネル情報の電力の様子を示す図である。
【図１５】計算機シミュレーションによるＲをパラメータとしたときのＭＳＥとＣＤＦとの関係を示すグラフを示す図である。
【図１６】計算機シミュレーションによる本第１、第２実施形態の効果を示すグラフを示す図である。
【図１７】従来技術によるマルチユーザＭＩＭＯ送信技術を用いた無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００４３】
本実施形態の無線通信システムでは、空間多重したデータをマルチユーザＭＩＭＯ伝送により通信する送信側の装置を基地局装置（第１の通信装置）とし、空間多重されたデータを受信する受信側のＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の装置を端末装置（第２の通信装置）とした場合を例にして説明する。なお、実施形態の構成において、端末装置を１台とすれば、ＭＩＭＯの説明に置き換えることができる。また、送信側の装置（第１の通信装置）を端末装置とし、受信側の装置（第２の通信装置）を基地局装置とする構成も可能である。
【００４４】
Ａ．第１実施形態
図１は、本第１実施形態による無線通信システム１の基地局装置１００及び端末装置２００−１〜２００−Ｕの構成を示すブロック図である。なお、端末装置２００−１〜２００−Ｕは、同様の構成を有している。また、全ての端末装置２００−１〜２００−Ｕを代表して示す場合、あるいは、いずれか１つを示す場合、以下、端末装置２００という。
【００４５】
基地局装置１００は、データ発生回路１０１と、送信信号生成回路１０２と、無線部１０３−１〜１０３−Ｎ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）と、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと、チャネル情報復元回路１０５と、送信ウエイト算出回路１０６とを備えている。
データ発生回路１０１は、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子と、自装置に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎとの間のチャネル情報を推定するためのトレーニング信号である送信データ系列を生成する。
【００４６】
送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１により生成された送信データ系列から送信信号を生成する。例えば、ＯＦＤＭ信号を送信する場合、送信データ系列を誤り訂正符号化し、通信に用いる各サブキャリアにマッピングする。また、送信信号生成回路１０２は、各サブキャリアにマッピングした送信信号データ系列を、サブキャリア単位もしくは全サブキャリア共通でシンボル変調を行う。
【００４７】
シンボル変調としては、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying；二位相偏移変調）や、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying；四位相偏移変調）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation；直交振幅変調）などである。また、それ以外の変調方式によりシンボル変調を行ってもよい。シンボル変調した信号に対して、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；逆高速フーリエ変換）によりＯＦＤＭ変調を行い、ガードインターバルを挿入して送信信号の時間系列を生成する。
【００４８】
ここで、トレーニング信号は、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子との間の全てのチャネルを推定できるパターンを含むデータ系列である。このパターンは、公知の技術により生成される。例えば、上述した非特許文献３に記載されている直交パターンを用いてもよい。
【００４９】
無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、送信信号生成回路１０２により生成された送信信号に対してデジタル−アナログ変換するとともに、送信に利用する周波数帯域に周波数変換する。そして、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、送信ウエイト算出回路１０６により算出される送信ウエイトと、周波数変換した送信信号とから、送信ビームフォーミングによるマルチユーザＭＩＭＯの信号を生成して、それぞれに接続されたアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎから生成した信号を送信する。また、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、各端末装置２００から送信されるチャネル情報を含む信号系列をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して受信し、受信した信号をベースバンドのディジタル信号に変換してチャネル情報復元回路１０５に出力する。
【００５０】
チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎから入力されるチャネル情報を含む信号から、チャネル情報を復元して送信ウエイト算出回路１０６に出力する。送信ウエイト算出回路１０６は、チャネル情報復元回路１０５から入力されるチャネル情報に基づいて、マルチユーザＭＩＭＯ伝送における各端末装置２００に向けた送信ビームフォーミングを形成する送信ウエイト情報を算出し、算出した送信ウエイト情報を無線部１０３−１〜１０３−Ｎに出力する。ここで、送信ウエイトの算出には、公知の技術、例えば、上述した非特許文献１、及び非特許文献２に記載されたＺＦ法や、ＢＤ法、ＭＭＳＥ法などを用いる。
【００５１】
図１に示すように、端末装置２００−１は、アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）と、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）と、受信信号復調回路２０３−１と、送信信号生成回路２０４−１と、チャネル情報推定回路２０５−１と、チャネル情報圧縮回路２０６−１とを備えている。ここで、Ｍ（ｕ）は、ｕ（ｕ＝１，…，Ｕ）番目の端末装置２００−ｕに備えられているアンテナ素子の数を示す。Ｍ（ｕ）は、同じ数でもよいし、端末装置２００−１〜２００−Ｕ毎に異なっていてもよい。
【００５２】
無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）は、それぞれに接続されているアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）を介して、基地局装置１００から送信される信号を受信し、アンテナ素子系列毎にベースバンドのディジタル信号系列に変換して、受信信号復調回路２０３−１と、チャネル情報推定回路２０５−１とに出力する。また、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）は、送信信号生成回路２０４−１から入力される送信信号をアナログ信号の無線信号に変換し、変換した無線信号をアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）を介して送信する。
【００５３】
受信信号復調回路２０３−１は、基地局装置１００より送信される信号を復調して出力する。送信信号生成回路２０４−１は、基地局装置１００に備えられている送信信号生成回路１０２と同様に、チャネル情報圧縮回路２０６−１により圧縮されたチャネル情報から送信信号を生成して無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）に出力する。
【００５４】
チャネル情報推定回路２０５−１は、無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）から入力されるディジタル信号系列に含まれるトレーニング信号から、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎとアンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）との間のチャネル情報を推定する。チャネル情報の推定方法は、公知の技術により行う。例えば、ＬＳ（Least Square；最小２乗）法によりチャネル情報を推定する（参考文献１：I. Barhumi, et el., “Optimal training design for MIMO OFDM systems in mobile wireless channels,” IEEE Trans. Sig. Process., vol. 51, no. 6, June 2003.）。
【００５５】
チャネル情報圧縮回路２０６−１は、チャネル情報推定回路２０５−１により推定されるチャネル情報を量子化、及び圧縮して送信信号生成回路２０４−１に出力する。なお、本実施形態において、端末装置２００は、圧縮されたチャネル情報を送信することのみを説明したが、トレーニング信号や、他のデータ信号を送信するようにしてもよい。
【００５６】
次に、本第１実施形態の基地局装置１００と端末装置２００との動作について説明する。ここで、端末装置２００は、前述したように、全ての端末装置２００−１〜２００−Ｕの全て、又はいずれか１つを示す。また、以下、端末装置２００−ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、全ての端末装置２００−１〜２００−Ｕのいずれか１つを示す。
【００５７】
図２は、本第１実施形態による基地局装置１００と端末装置２００との動作を説明するためのシーケンス図である。まず、基地局装置１００において、データ発生回路１０１がトレーニング信号を生成し、送信信号生成回路１０２がデータ発生回路１０１により生成されたトレーニング信号から送信信号を生成し、無線部１０３−１〜１０３−Ｎが生成された送信信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して送信する（ステップＳ１０１）。
【００５８】
各端末装置２００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）がアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置１００から送信された無線信号を受信する（ステップＳ１０２）。そして、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が、受信した無線信号をベースバンドのディジタル信号系列に変換し、チャネル情報推定回路２０５−ｕが変換されたディジタル信号系列に基づいてチャネル情報を推定する（ステップＳ１０３）。
【００５９】
チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、チャネル情報推定回路２０５−ｕにより推定されたチャネル情報を量子化、及び圧縮して送信信号生成回路２０４−ｕに出力する（ステップＳ１０４）。送信信号生成回路２０４−ｕが、チャネル情報圧縮回路２０６−ｕにより圧縮されたチャネル情報を送信信号に変換し、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が送信信号をアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して送信する（ステップＳ１０５）。
【００６０】
基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎが、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して、各端末装置２００−ｕから送信された信号を受信してベースバンドのディジタル信号に変換して、チャネル情報復元回路１０５に出力する（ステップＳ１０６）。チャネル情報復元回路１０５は、入力されたディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報からチャネル情報を復元する（ステップＳ１０７）。送信ウエイト算出回路１０６は、復元されたチャネル情報から送信ウエイトを算出し、該算出した送信ウエイトを用いて、送信信号を送信信号生成回路１０２で生成し、無線部１０３−１〜１０３−Ｎに出力する（ステップＳ１０８）。
【００６１】
無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、入力された送信ウエイトと、データ発生回路１０１から入力されたデータ系列とに基づいて、送信ビームフォーミングによるマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成して、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して送信する（ステップＳ１０９）。
【００６２】
各端末装置２００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置１００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号をベースバンドのディジタル信号に変換して受信信号復調回路２０３−ｕに出力する。受信信号復調回路２０３−ｕは、入力されたディジタル信号からデータ系列を復調、復号して出力する（ステップＳ１１０）。
【００６３】
次に、本第１実施形態の端末装置２００−ｕに備えられているチャネル情報圧縮回路２０６−ｕにおけるチャネル情報の圧縮方法について説明する。以下では、第ｕの端末装置２００−ｕに関しての動作について説明する。
【００６４】
図３は、本第１実施形態によるチャネル情報圧縮回路２０６−ｕにおけるチャネル情報の圧縮方法を説明するためのフローチャートである。ここでは、第ｋ（ｋ＝０，…，Ｋ−１）番目の周波数、もしくはサブキャリアにおける基地局装置１００に備えられている第ｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）番目のアンテナ素子と、第ｕ（ｕ＝１，…，Ｕ）番目の端末装置２００−ｕに備えられている第ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ（ｕ））番目のアンテナ素子との間の推定されたチャネル情報を、Ｈ（ｋ，ｎ，ｍ）と表す。
【００６５】
チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、推定されたチャネル情報Ｈ（ｋ，ｎ，ｍ）に対して、周波数方向に離散コサイン変換（Discrete Cosine Transform；ＤＣＴ）を適用し、Ｋ個の要素を得る（ステップＳ２０１）（参考文献２：K. R. Ra and P. Yip, “Discrete cosine transform−Algorithms, Advantages, Applications-,” Academic Press, 1990.）。ＤＣＴは、次式（１）、（２）のように行われる。なお、式（１）に示しているように、本実施形態におけるＤＣＴは、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子と、端末装置２００−ｕに備えられているアンテナ素子との組み合わせが同じであるチャネル情報毎に行われる。
【００６６】
【数１】
0005530305.tif 000002
【００６７】
【数２】
0005530305.tif 000003
【００６８】
ここで、ＤＣＴにより得られたチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）において、ＤＣＴの性質により、低次の成分（低周波域の成分）に電力が集中する。この性質を利用して、チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、ｌ＝０，…，Ｌ−１のＬ個の低次成分のみをフィードバックするために、変換されたＫ個のチャネル情報からＬ個の低次側のチャネル情報を抽出する（ステップＳ２０２）。
このとき、高次側の（Ｋ−Ｌ）個（ｌ＝Ｌ，…，Ｋ−１）のチャネル情報（成分）は、上述のＤＣＴの性質からチャネル情報の精度に大きく影響を与えることがないと考えることができる。すなわち、チャネル情報をフィードバックする際に、影響が小さい情報をフィードバック対象から除外することにより、チャネル情報をフィードバックする際の総データ量を削減することができる。ここで、Ｌは、任意の整数（１≦Ｌ≦Ｋ）であり、予め設定された値である。また、Ｌは、シミュレーションや実測値などの結果を用いて設定される。
【００６９】
次に、ＤＣＴにより得られたチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）に対して、正規化を行う（ステップＳ２０３）。正規化の方法としては、全チャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）、ｌ＝０，…，Ｌ−１、ｎ＝１，…，Ｎ、ｍ＝１，…，Ｍ（ｕ）のＩ（In-Phase）成分、及びＱ（Quadrature-Phase）成分の絶対値の最大値で除算することで正規化することも可能であるし、上記少なくとも１つの成分に対しての絶対値の最大値で除算することや、任意の設定した定数で除算することで正規化することも可能である。
【００７０】
以下、正規化の一例を示す。まず、チャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）、ｌ＝０，…，Ｌ−１、ｎ＝１，…，Ｎ、ｍ＝１，…，Ｍ（ｕ）のＩ成分、及びＱ成分の中で、最大の振幅絶対値を、次式（３）に従って算出する。
【００７１】
【数３】
0005530305.tif 000004
【００７２】
ここで、次式（４）で表される項は、Ａの要素ａにおける最大値を表す。なお、Ｒｅ（．）は実部、Ｉｍ（．）は虚部を表す。
【００７３】
【数４】
0005530305.tif 000005
【００７４】
得られたｚ（ｌ）を用い、Ｌ個の成分に対して正規化値を次式（５）、（６）に従って算出する。
【００７５】
【数５】
0005530305.tif 000006
【００７６】
【数６】
0005530305.tif 000007
【００７７】
但し、式（５）において、次式（７）で表される項は、ｘより小さいか等しい最大の整数であり、ｂは任意の自然数である。
【００７８】
【数７】
0005530305.tif 000008
【００７９】
得られた数式（６）を用いて、チャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）を次式（８）に従って正規化する。
【００８０】
【数８】
0005530305.tif 000009
【００８１】
次に、正規化したｈ’（ｌ、ｍ、ｎ）に対して、Ｉ成分、及びＱ成分それぞれに対して量子化を行う（ステップＳ２０４）。量子化の方法は、公知の技術により量子化を行う（参考文献３：相良岩尾，”ＡＤ／ＤＡ変換回路入門”，日刊工業新聞社，１９９１）。
【００８２】
チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、量子化チャネル情報を送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。量子化チャネル情報は、送信信号生成回路２０４−ｕと、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）とにより基地局装置１００に送信される。
【００８３】
なお、数式（３）、（５）、（６）、（８）を用いて正規化を行った場合には、数式（９）で示すビット数のＺ（ｌ）も量子化チャネル情報としてフィードバックされる。
【００８４】
【数９】
0005530305.tif 000010
【００８５】
次に、基地局装置１００のチャネル情報復元回路１０５によるチャネル情報の復元処理について説明する。ここで説明する処理は、上述したステップＳ１０５、Ｓ１０６により、各端末装置２００から量子化チャネル情報が、基地局装置１００にフィードバックされた後の処理（ステップＳ１０７）である。
【００８６】
チャネル情報復元回路１０５は、各端末装置２００−ｕから送られてきた圧縮したチャネル情報に対して、逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）を適用し、チャネル情報の復元を行う。
【００８７】
図４は、本第１実施形態によるチャネル情報復元方法の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、第ｕ番目の端末装置２００−ｕと基地局装置１００とのチャネル情報の復元方法を示す。まず、基地局装置１００で得られたチャネル情報（数式（１０）参照）に対して正規化を行う（ステップＳ３０１）。
【００８８】
【数１０】
0005530305.tif 000011
【００８９】
数式（３）、（５）、（６）、（８）を用いて正規化を行った場合には、次式（１１）のように正規化を行う。
【００９０】
【数１１】
0005530305.tif 000012
【００９１】
その後、式（１１）により正規化されたチャネル情報に、次式（１２）によりＩＤＣＴを適用してＫ個の周波数成分（サブキャリア成分）のチャネル情報を算出する（ステップＳ３０２）。
【００９２】
【数１２】
0005530305.tif 000013
【００９３】
チャネル情報復元回路１０５は、上述した演算により復元されたチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６に出力する。
【００９４】
上述したように、本第１実施形態の無線通信システム１では、各端末装置２００−ｕにおいて、ＤＣＴによるチャネル情報（伝達関数）の圧縮を利用し、ＤＣＴ後の低次のＬ個の値のみをフィードバックし、受信側では、圧縮されたＫ個の周波数成分のチャネル情報をＩＤＣＴにより復元する。これにより、チャネル情報の量子化誤差を増加させることなく、各端末装置２００からフィードバックする情報量を削減して、フィードバックするチャネル情報以外の情報の伝送量を増やすことができる。その結果、チャネル情報の伝送による無線通信システム１全体のスループットの低下を抑制することができる。
【００９５】
また、一例で示した数式（３）、（５）、（６）、（８）のように、要素毎に正規化する値を変えることにより、値の大きさ毎に適切な量子化が行うことができる。一例で示した正規化方法では、得られたチャネル情報毎に適切な正規化の値を算出していたが、必ずしも上記のように計算する必要はない。例えば、ＤＣＴ後のチャネル情報は、一般的にｌが小さいほど大きい値を示し、ｌが大きくなるほど小さい値であることから、予めＹ（ｌ）を１０−αｌ（αは任意の整数）などの減衰関数、もしくはｌが大きくなるほど値が小さくなるようにテーブルを設定することで正規化を行うこともできる。この場合、受信側（端末側）でもその情報を予め共有しておくことで、正規化情報（数式（９）で示すビット数）をフィードバックする必要がなくなるため、正規化して特性を向上しつつフィードバック情報量を更に削減できる。
【００９６】
また、数式（５）、（６）、（１１）をそれぞれ次式（１３）、（１４）、（１５）のようにＲ（Ｒ＞０）というパラメータを含む形に変更することで、ＤＣＴ後のチャネル情報に対するスケーリングの尺度を適応的に変更させることができる。
【００９７】
【数１３】
0005530305.tif 000014
【００９８】
【数１４】
0005530305.tif 000015
【００９９】
【数１５】
0005530305.tif 000016
【０１００】
例えば、図５のように、ＤＣＴ後のチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の振幅絶対値が、lにほとんど依存しない場合は、lが大きくなるにつれて大きく減衰する場合に比べてＲの値を大きくする。換言すれば、ＤＣＴ後のチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の振幅絶対値が、lが大きくなるにつれて大きく減衰する場合は、lにほとんど依存しない場合に比べてＲの値を小さくする。そうすることにより、lが大きくなるにつれて大きく減衰する場合でも、ｌの大きな領域において振幅絶対値ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）が小さな場合にも適切に正規化することができ、量子化誤差が小さくなる。例えば、Ｒは、予め定めた２点のｌ（ｌ１、ｌ２（＞ｌ１））において、チャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の振幅絶対値差、Δｈ＝｛|ｈ（ｌ１，ｎ，ｍ）|―|ｈ（ｌ２，ｎ，ｍ）|｝を算出し、算出したΔｈを用いてＲを決定する。ここで、Δｈが小さい場合にはＲは大きな値とし、Δｈが大きな場合にはＲは小さな値とする。また、Ｒは、伝搬路のチャネルインパルス応答によって最適な値が決まることから、チャネル情報とＲとを対応付けるテーブルを予め基地局装置１００側、及び各端末装置２００側の双方に保存しておき、チャネル推定結果から最適なＲを設定し、それを用いてもよい。または、典型的な伝搬路モデルからＲの値を予め決定しておき、その値を常に用いてもよい。
これにより、本実施形態では、基地局装置１００および各端末装置２００は、パラメータＲを用いることによって、Ｒを使わなかった場合に比べて量子化ステップを行う前のチャネル情報ｈ’（ｌ、ｍ、ｎ）の振幅絶対値を大きくすることができる。よって、基地局装置１００及び各端末装置２００は、量子化誤差を低減できるので、基地局側でより正確なチャネル情報の復元が可能となる。したがって、伝播路推定の精度を改善できる。
【０１０１】
なお、上記説明では、Ｌを予め設定された値としたが、ＤＣＴ後のチャネル情報に応じて、適切な値に変えることもできる。例えば、ＤＣＴ後のチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の最大値を算出し、算出された最大値のＱ％（Ｑは予め設定しておく）を閾値として設定し、閾値を超える連続するチャネル情報成分Ｌ個のみフィードバックしてもよい。
【０１０２】
また、ＤＣＴ後のチャネル情報ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）の電力Ｐ（ｌ，ｎ，ｍ）＝｜ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）｜２を、ｌ＝０からｌを１ずつ増やして加算してゆき、次式（１６）で示す総電力和Ｐｔｏｔａｌ（ｕ）のＱ％（Ｑは予め設定）を初めて超えたときのｌをＬ−１としてＬを設定しても良い。
【０１０３】
【数１６】
0005530305.tif 000017
【０１０４】
但し、その場合、Ｌもフィードバック情報として基地局装置１００に送る必要がある。具体的には、次式（１７）を満たすようなＬを設定することになる。
【０１０５】
【数１７】
0005530305.tif 000018
【０１０６】
なお、上記方法において、各端末装置２００から基地局装置１００へチャネル情報をフィードバックする際、様々なフィードバックのフレームフォーマットが考えられる。例えば、図６のように、｛Ｒｅ（ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）），０≦ｌ≦Ｌ−１｝およびＩｍ（ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）），０≦ｌ≦Ｌ−１｝の合計２Ｌ個の要素をひとまとまりとしたフレームフォーマットでフィードバックしてもよい。なお、Ｚ（ｌ）やＬ、Ｒといったパラメータをフィードバックする際には、図６で示したフレームフォーマットの先頭にＺ（ｌ）やＬ、Ｒといったパラメータの情報を付加してフィードバックしてもよい。なお、フレームフォーマットの構造は上記の例に限られるものではなく、例えば、上記２Ｌ個の要素をひとまとまりとしたものでよい。
これにより、基地局装置１００側は復元ステップ（ＩＤＣＴ）を行うデータを、ＩＤＣＴの処理単位ごとにひとまとまりとして受信できるため、受信したひとまとまりのデータごとに逐次的にＩＤＣＴを行うことによりチャネル情報を復元できる。したがって、演算時間を短縮することができる。
【０１０７】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態による無線通信方法、及び無線通信システムについて説明する。なお、基地局装置１００、及び端末装置２００−１〜２００−Ｕの構成は、図１と同様であるので説明を省略する。上述した第１実施形態と異なる点は、チャネル情報圧縮方法、及び復元の動作である。具体的には、本実施形態では、Ｋ個の周波数帯域（サブキャリア）を複数のグループに分けて、グループ毎にＤＣＴを適用する点が、第１実施形態と異なる。
【０１０８】
図７は、本第２実施形態によるチャネル情報圧縮方法の動作を説明するためのフローチャートである。また、図８は、本第２実施形態において、基地局装置１００の第ｎのアンテナ素子１０４−ｎから、第ｕの端末装置２００−ｕの第ｍのアンテナ素子２０１−ｕ−ｍに送信されるサブキャリアを模式的に表した概念図である。チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、推定されたチャネル情報Ｈ（ｋ，ｎ，ｍ）に対して、図８に示すように、連続する複数個の周波数成分を１つのグループとして合計Ｇ（≧２）個のグループに分ける（ステップＳ４０１）。
このとき、同じグループに含まれるチャネル情報は、基地局装置１００のアンテナ素子１０４−ｎと、端末装置２００−ｕのアンテナ素子２０１−ｕ−ｍとの組み合わせが同じチャネル情報である。
【０１０９】
その後、グループ毎にチャネル情報に対して周波数方向にＤＣＴを適用する（ステップＳ４０２）。ＤＣＴは次式（１８）のように行われる（ここで、ｇ番目のグループにおける、最小ならびに最大のインデックスを、それぞれ、ａｇならびにｂｇで表している）。
【０１１０】
【数１８】
0005530305.tif 000019
【０１１１】
【数１９】
0005530305.tif 000020
【０１１２】
次に、グループ毎にＤＣＴ後のチャネル情報の要素のうち、０番目からＬ−１番目までの要素を抽出する（ステップＳ４０３）。但し、Ｌは任意の整数（次式（２０）参照）であり、予め設定された値である。
【０１１３】
【数２０】
0005530305.tif 000021
【０１１４】
次に、ＤＣＴにより得られたチャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）に対して、正規化を行う（ステップＳ４０４）。正規化の方法としては、全チャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）、ｌ＝０，…，Ｌ−１、ｎ＝１，…，Ｎ、ｍ＝１，…，Ｍ（ｕ）、ｇ＝０，…，Ｇ−１のＩ成分、及びＱ成分の絶対値の最大値で除算することで正規化することも可能であるし、上記少なくとも１つの成分に対しての絶対値の最大値で除算することや、任意の設定した定数で除算することで正規化することも可能である。
【０１１５】
以下、正規化の一例を示す。まず、チャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）、ｌ＝０，…，Ｌ−１、ｎ＝１，…，Ｎ、ｍ＝１，…，Ｍ（ｕ）のＩ成分、及びＱ成分の中で、最大の振幅絶対値を次式（２１）に従って算出する。
【０１１６】
【数２１】
0005530305.tif 000022
【０１１７】
得られたｚｇ（ｌ）を用い、次式（２２）、（２３）に従って、Ｌ個の成分に対して正規化値を算出する。
【０１１８】
【数２２】
0005530305.tif 000023
【０１１９】
【数２３】
0005530305.tif 000024
【０１２０】
次に、得られた式（２３）を用いてチャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）を次式（２４）に従って正規化する。
【０１２１】
【数２４】
0005530305.tif 000025
【０１２２】
次に、正規化したｈｇ’（ｌ、ｍ、ｎ）に対して、Ｉ成分、及びＱ成分それぞれに対して各グループで量子化を行う（ステップＳ４０５）。
【０１２３】
そして、チャネル情報圧縮回路２０６−ｕは、量子化チャネル情報を送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。量子化チャネル情報は、送信信号生成回路２０４−ｕと、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）とにより基地局装置１００に送信される。
【０１２４】
なお、数式（２１）〜数式（２４）を用いて正規化を行った場合には、数式（９）で示すビット数のＺｇ（ｌ）も量子化チャネル情報としてフィードバックされる。
【０１２５】
次に、基地局装置１００におけるチャネル情報復元回路１０５によるチャネル情報の復元の処理について説明する。ここで説明する処理は、上述したステップＳ１０５、Ｓ１０６により、各端末装置２００−ｕから量子化チャネル情報が、基地局装置１００にフィードバックされた後の処理（ステップＳ１０７）である。
【０１２６】
図９は、本第２実施形態によるチャネル情報復元方法の動作を説明するためのフローチャートである。まず、基地局装置１００で得られたチャネル情報（数式（２５））に対して正規化を行う（ステップＳ５０１）。
【０１２７】
【数２５】
0005530305.tif 000026
【０１２８】
上記数式（２１）〜（２４）を用いて正規化を行った場合には、次式（２６）のように正規化を行う。
【０１２９】
【数２６】
0005530305.tif 000027
【０１３０】
その後、得られた数式（２６）の左辺について、数式（２８）のようにＩＤＣＴを適用した後（ステップＳ５０２）、グループ毎に得られたチャネル情報を繋ぎ合わせてＫ個の周波数成分（サブキャリア成分）のチャネル情報を復元する（ステップＳ５０３）。
【０１３１】
【数２７】
0005530305.tif 000028
【０１３２】
最後に、チャネル情報復元回路１０５は、上述した演算により復元されたチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６に出力する。
【０１３３】
以上のように、グルーピングを行ってそれぞれのグループでＤＣＴを行うことで、並列に信号処理を行うことができるため、演算の高速化を図ることができ、ＤＣＴ／ＩＤＣＴを共有することで、回路規模を縮小することもできる。
【０１３４】
ここで、図１０は、基地局装置１００の第ｎのアンテナ素子１０４−ｎから第ｕの端末装置２００−ｕの第ｍのアンテナ素子２０１−ｕ−ｍに送信されるサブキャリアを模式的に表した概念図である。上述した説明では、グルーピングする際に、互いの周波数成分（サブキャリア）が重複しないようにグルーピングを行っていたが、図１０に示すように、互いが重複してグルーピングすることもできる。なお、Ｇ−１番目のグループにおける、最小、ならびに最大のインデックスを、それぞれ、ａＧ−１ならびにｂＧ−１で表している。
【０１３５】
図１０に示すように、オーバーラッピングすることで、ＤＣＴのウインドウサイズを変更することができる。例えば、ＤＣＴを高速で演算処理を行うためには、ＤＣＴのウインドウサイズが２のべき乗であることが望まれるため、ウインドウサイズが２のべき乗になるように設定することで、演算処理を高速化することができる。その際、チャネル情報を復元するときに、重複した部分においてチャネル情報が複数個存在することになる。その場合は、どちらか一方のグループにおいて復元されたチャネル情報を用いてもよいし、２つのグループそれぞれにおいて復元されたチャネル情報の平均を用いてもよい。
【０１３６】
なお、上記説明では、Ｌを予め設定された値としたが、第１実施形態同様に、ＤＣＴ後のチャネル情報の状態に応じて、適応的に変えることもできる。例えば、数式（２１）を用いて、ＤＣＴのチャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）の最大値を算出し、算出された最大値のＱ％（Ｑは予め設定）を閾値として設定し、閾値を超える連続するチャネル情報成分Ｌ個のみフィードバックしても良い。また、ＤＣＴ後のチャネル情報ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）の電力Ｐｇ（ｌ，ｎ，ｍ）＝｜ｈｇ（ｌ，ｎ，ｍ）｜２を、ｌ＝０からｌを１ずつ増やして加算してゆき、次式（２８）で示す総電力和Ｐｔｏｔａｌ（ｕ）のＱ％（Ｑは予め設定）を初めて超えたときのｌをＬ−１としてＬを設定してもよい。
【０１３７】
【数２８】
0005530305.tif 000029
【０１３８】
但し、その場合、Ｌもフィードバック情報として基地局装置１００に送る必要がある。具体的には、Ｌは次式（２９）で決定される。
【０１３９】
【数２９】
0005530305.tif 000030
【０１４０】
なお、上記方法において、各端末装置２００から基地局装置１００へチャネル情報をフィードバックする際、様々なフィードバックのフレームフォーマットが考えられる。例えば、図６のように、｛Ｒｅ（ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）），０≦ｌ≦Ｌ−１｝およびＩｍ（ｈ（ｌ，ｎ，ｍ）），０≦ｌ≦Ｌ−１｝の合計２Ｌ個の要素をひとまとまりとしたフレームフォーマットでフィードバックしてもよい。なお、Ｚ（ｌ）やＬ、Ｒといったパラメータをフィードバックする際には、図６で示したフレームフォーマットの先頭にＺ（ｌ）やＬ、Ｒといったパラメータの情報を付加してフィードバックしてもよい。なお、フレームフォーマットの構造は上記の例に限られるものではなく、例えば、上記２Ｌ個の要素をひとまとまりとしたものでよい。
これにより、基地局側は復元ステップ（ＩＤＣＴ）を行うデータを、ＩＤＣＴの処理単位ごとにひとまとまりとして受信できるため、受信したひとまとまりのデータごとに逐次的にＩＤＣＴを行うことによりチャネル情報を復元できる。したがって、演算時間を短縮することができる。
【０１４１】
また、上述した第１、第２実施形態において、ＤＣＴを適用するサブキャリア群（もしくはグループ）におけるサブキャリア数（もしくはＤＣＴポイント数）が２のべき乗とならない場合、演算量が大きくなってしまい効率的でない。サブキャリアの両端、もしくはどちらか一端に、サブキャリア数（もしくはＤＣＴポイント数）が２のべき乗となるまで零を挿入することも可能であるが、両端、もしくはどちらか一端のサブキャリアのチャネル情報が不連続になってしまい、誤差が大きくなってしまう。そこで、図３のＳ２０１もしくは図７のＳ４０２でＤＣＴを適用する前に、外挿補間を行い、サブキャリア群に対して両端、もしくはどちらか一端にチャネル情報を仮想的に増加させる。サブキャリア数（もしくはＤＣＴポイント数）を２のべき乗になるようにすることで演算量を低減することもできる。
【０１４２】
例えば、図１２に示すように、周波数の上側（高周波数側）に対しては上側の端のチャネル情報をコピーして同じ値を追加し、同様に下側（低周波数側）に対しては下側の端のチャネル情報をコピーして同じ値を追加して全体で２のべき乗にすることで、不連続にならずにチャネル情報の数を増やすことができ、ＤＣＴの演算量を減らすことができる。また、ｎ次の外挿補間で両端、もしくはどちらか一端のチャネル情報を増やして２のべき乗にすることもできる。
【０１４３】
さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのように、ＤＣ成分が無信号（ヌルサブキャリア）区間である場合については、上述した方法では上側および下側の連続するサブキャリア群それぞれにおいてＤＣＴを行うことができるが、図１３のように、ＤＣ成分のチャネル情報を内挿補間してから全体的にＤＣＴを行うこともできる。そうすることで、不連続点をなくした状態で全体的にＤＣＴを適用することができ、演算量が低減できるとともに、全体のサブキャリア群に対してＬ個のチャネル情報に圧縮することができる。
さらに、内挿補間および外挿補間の両方を行うこともできる。
これにより、本実施形態では、復元ステップにおいてＩＤＣＴを適用するデータ数を、不連続点を新たに加えることなく２のべき乗とすることができ、変換における誤差を低減すると同時に演算量を低減できる。
【０１４４】
また、上述した第１、第２実施形態において、ＯＦＤＭ信号を送信する場合について説明したが、広帯域シングルキャリア信号やＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access；直交周波数分割多元接続）信号などを送信信号にしてもよい。
【０１４５】
また、上述した第１、第２実施形態において、マルチユーザＭＩＭＯによる送信を例にして説明したが、マルチユーザＭＩＭＯ伝送に限らず、送信側でチャネル情報が必要な場合、受信側からチャネル情報をフィードバックするときに、本第１、第２実施形態における手法を用いることができる。
【０１４６】
また、上述した第１、第２実施形態では、各端末装置２００−ｕから基地局装置１００にチャネル情報を圧縮してフィードバックする例を説明したが、基地局装置１００にチャネル情報圧縮回路を設けるとともに、各端末装置２００−ｕにチャネル情報復元回路を設けて、基地局装置１００において推定したチャネル情報を、各端末装置２００−ｕにフィードバックするようにしてもよい。
【０１４７】
次に、本第１、第２実施形態における効果をシミュレーション結果により説明する。
図１４は、推定したチャネル情報に対してＤＣＴを適用したときの変換後のチャネル情報の電力の様子を示す図である。伝送方式をＯＦＤＭ伝送とし、サブキャリア数を６４とし、チャネルモデルにＩＥＥＥ８０２．１１ｎのチャネルモデルＤを用いている。図１４から分かるように、ＤＣＴ後のチャネル情報は、ｌが大きくなるほどチャネル情報の値が小さくなっていることが分かる。そのため、電力が集中している最初のＬ個だけフィードバックして、残りの要素をフィードバックしなくとも、チャネルの誤差には大きく影響しないことが分かる。
【０１４８】
図１５は、横軸をチャネル情報の平均二乗誤差（ＭＳＥ）、縦軸を累積分布関数（ＣＤＦ）としたときのグラフである。同図は、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子の数を８（Ｎ＝８）とし、各端末装置２００のアンテナ素子の数を１として、ある端末装置に対して評価した。また、伝送方式をＯＦＤＭ伝送とし、サブキャリア数を２２８とし、伝播環境としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのチャネルモデルＥを用いている。また、ＤＣＴはそれぞれの上側および下側における連続するサブキャリアに対して適用した（Ｇ＝2）。結果より、Ｒの値により、チャネル情報のフィードバックの精度が異なっており、最適なＲを設定してフィードバックすることが必要であることが分かる。
【０１４９】
図１６は、計算機シミュレーションによる本第１、第２実施形態の効果を示すグラフを示す図である。同図において、横軸は、各端末装置２００−ｕから基地局装置１００にフィードバックするチャネル情報量（バイト数）を示し、縦軸は、達成可能なビットレートを示す。また、同図は、基地局装置１００に備えられているアンテナ素子の数を８（Ｎ＝８）とし、４（Ｕ＝４）個の端末装置２００−ｕ、それぞれに備えられているアンテナ素子の数を１（Ｍ（ｕ）＝１、ｕ＝１，２，３，４）とし、基地局装置１００における送信ビームフォーミングにＺＦ法を用いた場合の結果である。信号対雑音電力比（ＳＮＲ）は、２０ｄＢとした。また、伝送方式をＯＦＤＭ伝送とし、サブキャリア数を１１４とし、伝播環境としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのチャネルモデルＤを用いている（但し、基地局装置１００と端末装置２００との構成は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎが規定するＭＩＭＯではなく、マルチユーザＭＩＭＯとして評価を行った）。
【０１５０】
また、同図には、手法Ａ、手法Ｂの２つの手法による特性、及び理想的にフィードバックされた場合の特性を示している。手法Ａは、本第１、第２実施形態による特性である。すなわち、端末装置２００では、サブキャリア毎に推定・量子化したチャネル情報について、サブキャリア複数分をまとめて離散コサイン変換にて変換したものの要素を抽出することにより圧縮を行い、これを基地局装置１００に送信してフィードバックを行い、基地局装置１００では、この圧縮された情報を逆離散コサイン変換することにより各サブキャリアのチャネル情報を復元し、しかる後にビームフォーミングを行う。
【０１５１】
一方、手法Ｂは、比較例として、従来技術（ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ）による圧縮・フィードバックを行った場合の特性である。すなわち、端末装置２００では、サブキャリア毎に推定・量子化したチャネル情報について、サブキャリア毎に個別に圧縮を行い、これを基地局装置１００に送信してフィードバックを行い、基地局装置１００では、この圧縮された情報を個別に復元することにより、各サブキャリアのチャネル情報を取得し、しかる後にビームフォーミングを行う。
【０１５２】
なお、手法Ａでは、チャネル情報を２個のグループ（Ｇ＝２）に分け、フィードバックする要素数Ｌは１６、正規化に用いたｂは７としている。
【０１５３】
図１４に示すように、本第１、第２実施形態でチャネル情報を圧縮して送信することにより、従来技術の手法Ｂよりも少ないフィードバック量で済むことが分かる。例えば、所要達成可能なビットレートを９ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ＳＴＡとした場合、手法Ｂに比べて手法Ａでは、２８％程度のフィードバック量により達成できる。これは、離散コサイン変換によりうまくチャネルを圧縮しているためであり、本願の手法を用いることでチャネル情報を失うことなく、大幅にチャネル情報のフィードバック量を削減することができる。
【０１５４】
なお、上述した基地局装置１００、及び各端末装置２００は、内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。この場合、上述したチャネル情報に対する圧縮、復元の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明における通信方法、及び通信装置は、例えば、無線ＬＡＮや、携帯電話などの無線通信システムに用いることができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１００  基地局装置
１０１  データ発生回路
１０２  送信信号生成回路
１０３−１〜１０３−Ｎ  無線部
１０４−１〜１０４−Ｎ  アンテナ
１０５  チャネル情報復元回路
１０６  送信ウエイト算出回路
２００−１〜２００−Ｕ  端末装置
２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）  アンテナ
２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）  無線部
２０３−ｕ  受信信号復調回路
２０４−ｕ  送信信号生成回路
２０５−ｕ  チャネル情報推定回路
２０６−ｕ  チャネル情報圧縮回路
【図１】
0005530305.tif 000031
【図２】
0005530305.tif 000032
【図３】
0005530305.tif 000033
【図４】
0005530305.tif 000034
【図５】
0005530305.tif 000035
【図６】
0005530305.tif 000036
【図７】
0005530305.tif 000037
【図８】
0005530305.tif 000038
【図９】
0005530305.tif 000039
【図１０】
0005530305.tif 000040
【図１１】
0005530305.tif 000041
【図１２】
0005530305.tif 000042
【図１３】
0005530305.tif 000043
【図１４】
0005530305.tif 000044
【図１５】
0005530305.tif 000045
【図１６】
0005530305.tif 000046
【図１７】
0005530305.tif 000047