(57)【要約】  複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機。前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定する。前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報に基づいて、更新された送信ウエイトを算出する。
2014073522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機であって、  前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集部と、  前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記チャネル情報に対して算出された更新前の前記送信ウエイトとに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新部と、  を備えることを特徴とする送信機。
【請求項２】
前記送信ウエイト更新部は、    更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新部と、    前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記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１に記載の送信機。
【請求項３】
前記チャネル行列更新部は、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関の逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および/または、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列を算出し、これにより更新されたチャネル行列を算出する  ことを特徴とする請求項２に記載の送信機。
【請求項４】
前記チャネル行列更新部は、更新前の前記チャネル行列の自己相関の逆行列を、【数２７】
2014073522.tif 000029
により算出し、ここで、
【数２８】
2014073522.tif 000030
【数２９】
2014073522.tif 000031
であり、上付きＨはエルミート転置を表し、ベクトルｈｑ（ｋ）は、チャネル情報更新前の前記受信機への下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、下記式：
【数３０】
2014073522.tif 000032
により得られ、ここで、Ｈｑ，ｎ（ｋ）は、前記複数のアンテナ素子のうちの第ｎアンテナ素子から前記受信機への下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分であり、  前記チャネル行列更新部は、下記式：
【数３１】
2014073522.tif 000033
により、更新された前記逆行列を算出し、ここで、
【数３２】
2014073522.tif 000034
【数３３】
2014073522.tif 000035
であり、ベクトルｈ’ｑ（ｋ）は、前記チャネル情報の更新後の前記下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、下記式：
【数３４】
2014073522.tif 000036
により得られ、ここで、Ｈ’ｑ，ｎ（ｋ）は、更新後の前記下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分であることを特徴とする請求項３に記載の送信機。
【請求項５】
前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む信号を前記受信機に送る送信部を有し、前記チャネル情報収集部は、前記送信部が送った信号に対して前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合にのみ返信する信号から、更新後の前記チャネル情報を取得する  ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項６】
前記チャネル情報収集部は、前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合に送出する信号を元に更新後の前記チャネル情報を推定し、当該信号は、前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む  ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項７】
前記送信ウエイトの更新について、所定の条件を満たすか否かを判定する更新可否判定部を有し、前記送信ウエイト更新部は、上記所定の条件が満たされる場合にのみ、更新された前記送信ウエイトを算出する  ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項８】
更新前の前記チャネル情報と更新後の前記チャネル情報の相互相関を取り、その相関値が予め設定した閾値を下回る場合に、前記更新可否判定部は前記所定の条件を満たすと判定する  ことを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項９】
前記受信機が通信可能なコヒーレンスタイムを設定し、前記チャネル情報収集部が前記チャネル情報を取得または推定した時刻から、前記伝搬特性の変動が許容値以下の状態で前記コヒーレンスタイムを超える時間経過した場合に、前記更新可否判定部は前記所定の条件を満たすと判定する  ことを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項１０】
複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機が行う無線通信方法であって、  前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集ステップと、  前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記チャネル情報に対して算出された更新前の前記送信ウエイトとに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新ステップと、  を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
前記送信ウエイト更新ステップは、    更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新ステップと、    前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、  を備えることを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【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）伝送を行う送信機及び無線通信方法に関する。  本願は、２０１２年１１月７日に出願された特願２０１２−２４５３２０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【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装置の数が大幅に増大することが予想される。  しかし、通信に利用できる周波数帯域は有限であるために、端末装置数が増大すると、周波数チャネルが逼迫して、周波数チャネルの割り当てを受けられない端末装置が生じ、端末装置を通信に利用できないユーザが生じてしまう。【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１０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図である。  マルチユーザＭＩＭＯ送信技術は、図１０に示すような無線通信システムにおいて、基地局装置（アクセスポイント（Access Point；ＡＰ））１１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装置（Station；ＳＴＡ））１２−１〜１２−Ｕ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、ＭＭＳＥ（Minimum mean square error；最小２乗誤差）法などがある（非特許文献１）。  これらの通信技術では、送信側の基地局装置において、自装置に備えられているアンテナ素子と、各端末装置に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を得て、得られたチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。【０００６】  一般的には、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装置１１でチャネル情報を得るために、予め端末装置１２でチャネル情報（伝達関数）を推定して基地局装置１１にチャネル情報をフィードバックする。その情報を元に基地局装置１１でウエイトを演算してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う。  もしくは、基地局装置１１と端末装置１２との間でＴＤＤ（Time Division Duplex；時分割複信）を用いている場合、各端末装置１２から送信された既知信号を用いて、基地局装置１１で上りリンクのチャネル情報を推定し、これを予め測定しておいたキャリブレーションの値を用いて補正したチャネル情報を用い、基地局装置１１で送信ウエイトを演算してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【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】IEEE, "Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput," IEEE802.11n-2009, Oct. 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、基地局装置と各端末装置との間のチャネル情報を取得した後に、送信ウエイトを算出するためにチャネル情報の逆行列演算を行う必要があり、送信側である基地局装置の回路規模が大きくなってしまうという問題がある。  更に、送信ウエイトの算出に時間が掛かってしまうと、伝搬特性の時間変動により、チャネル情報を取得した際の伝搬特性と、送信ウエイトを用いて送信を行う際の伝搬特性とに差が生じ、算出した送信ウエイトが最適なものでなくなってしまうことがある。この場合、算出した送信ウエイトを用いて送信を行うと、伝送特性が劣化してしまうという問題がある。  すなわち、伝搬特性の時変動に対して、高速に送信ウエイトを算出する演算ができない場合、マルチユーザＭＩＭＯ伝送による伝送速度の高速化、及び大容量化を達成できないことがあるという問題がある。  また、非特許文献２に記載されている技術においても、非特許文献１と同様の問題がある。【０００９】  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、装置間のチャネル情報の更新情報に基づいた送信ウエイトの更新に要する時間を短縮することができる送信機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】
【００１０】  本発明は、複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機であって、  前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集部と、  前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記チャネル情報に対して算出された更新前の前記送信ウエイトとに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新部と、  を備えることを特徴とする送信機を提供する。【００１１】  典型例として、前記送信ウエイト更新部は、    更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新部と、    前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記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。  この場合、前記チャネル行列更新部は、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関の逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および/または、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列を算出し、これにより更新されたチャネル行列を算出するようにしても良い。【００１２】好適例として、前記送信機は、前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む信号を前記受信機に送る送信部を有し、前記チャネル情報収集部は、前記送信部が送った信号に対して前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合にのみ返信する信号から、更新後の前記チャネル情報を取得する。【００１３】  別の好適例として、前記チャネル情報収集部は、前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合に送出する信号を元に更新後の前記チャネル情報を推定し、当該信号は、前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む。【００１４】  別の好適例として、前記送信機は、前記送信ウエイトの更新について、所定の条件を満たすか否かを判定する更新可否判定部を有し、  前記送信ウエイト更新部は、上記所定の条件が満たされる場合にのみ、更新された前記送信ウエイトを算出する。【００１５】  本発明はまた、複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機が行う無線通信方法であって、  前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集ステップと、  前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記チャネル情報に対して算出された更新前の前記送信ウエイトとに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新ステップと、  を備えることを特徴とする無線通信方法も提供する。【００１６】  典型例として、前記送信ウエイト更新ステップは、    更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新ステップと、    前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および/または更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、  を備える。
【発明の効果】
【００１７】  この発明によれば、取得した更新後のチャネル情報を用いて送信ウエイトを算出するようにしたため、一部のチャネル情報のみが更新された場合においても、はじめから送信ウエイト演算を行わずとも送信ウエイトの更新ができ、送信ウエイトの算出に要する時間を短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における無線通信システムが具備する基地局装置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】本実施形態における基地局装置１００と端末装置２００との間の動作を示すフレームシーケンス図である。
【図３】本実施形態における送信ウエイト更新回路１０７の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態における無線通信システムが具備する基地局装置４００及び端末装置５００−１〜５００−Ｕの構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態における基地局装置４００と端末装置５００との間の動作を示すフレームシーケンス図である。
【図６】第１実施形態における、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に追加する場合のフレームシーケンス図である。
【図７】第２実施形態における、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に追加する場合のフレームシーケンス図である。
【図８】第１実施形態における、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から削除する場合のフレームシーケンス図である。
【図９】第２実施形態における、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から除外する場合のフレームシーケンス図である。
【図１０】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図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  図面を参照して、本発明の送信機の実施形態としての基地局装置を有する無線通信システム、及び当該基地局装置が行う無線通信方法を説明する。  以下説明する各実施形態における無線通信システムでは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて空間多重したデータを送信する基地局装置と、空間多重されたデータを受信するＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の端末装置とを具備する場合を例にして説明する。  なお、本実施形態の構成において、端末装置を１台とすればシングルユーザＭＩＭＯ（単に、ＭＩＭＯ）となる。また、無線通信システムにおいて、端末装置が空間多重されたデータを送信し、基地局装置が空間多重されたデータを受信する構成も可能である。この場合、当該端末装置が、本発明の送信機として機能する。  なお、本実施形態では、非特許文献１などに記載されている送信ウエイトとして、ＺＦ（Zero forcing）もしくはＭＭＳＥ（Minimum mean square error）により生成された送信ウエイトを用いるものとする。
【００２０】＜第１実施形態＞  図１は、第１実施形態における無線通信システムが具備する基地局装置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。  無線通信システムが具備する各端末装置２００−１〜２００−Ｕは、いずれも同じ構成を有している。以下、すべての端末装置２００−１〜２００−Ｕを示す場合、あるいはいずれか１つを示す場合、端末装置２００という。
【００２１】  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、送信ウエイト更新回路１０７を備えている。
【００２２】  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との間の伝搬特性を推定するためのトレーニング信号系列を生成する。またデータ発生回路１０１は、各端末装置２００に送信する送信データ系列を生成する。  データ発生回路１０１が生成するトレーニング信号系列は、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すべての伝搬特性を推定できるパターンを含むデータ系列である。  データ発生回路１０１は、公知の技術を用いて、このパターンを生成する。例えば、非特許文献２に記載されている直交パターンをトレーニング信号系列として用いてもよい。
【００２３】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１が生成したトレーニング信号系列又は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、送信信号生成回路１０２は、トレーニング信号系列、又は、誤り訂正符号化された送信データ系列を、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トレーニング信号系列又は送信データ系列を、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。  ここで、シンボル変調として、例えば、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）などを用いる。あるいは、他の変調方式を用いてシンボル変調を行ってもよい。  また、送信信号生成回路１０２は、シンボル変調した信号に対して、送信ウエイト算出回路１０６が算出する送信ウエイトに基づいて、送信ビームフォーミングによるマルチユーザＭＩＭＯの信号を生成する。  ただし送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（無線伝搬路推定用のサウンディング（トレーニング）フレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミング処理を行わない。  また、送信信号生成回路１０２は、シンボル変調した信号もしくは送信ビームフォーミング処理後の信号に対して、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（遅延波の干渉を防ぐため、ＯＦＤＭシンボル間に設けられた時間間隙）を挿入して送信信号の時間系列を生成する。
【００２４】  無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、送信信号生成回路１０２がトレーニング信号系列又は送信データ系列から生成した送信信号をディジタル−アナログ変換し、更に、送信に利用する周波数帯域の無線信号にするために周波数変換を行う。  また、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、それぞれに１つずつ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、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、受信した信号系列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。  ここで、チャネル情報は、各端末装置２００と自装置（基地局装置１００）との間の下りリンク、つまり基地局装置１００から各端末装置２００へ送信した場合の伝搬特性を示す情報である。
【００２５】  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎから入力される信号系列からチャネル情報を復元し、復元したチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６に出力する。  ここで、チャネル情報復元回路１０５によるチャネル情報の復元には、端末装置２００においてチャネル情報を圧縮する際に用いた圧縮方法に対応する復元方法を用いる。例えば、圧縮方法及び復元方法として、非特許文献２に記載された方法を用いる。なお、非特許文献２に記載された方法以外の公知の方法を用いてもよい。
【００２６】  送信ウエイト算出回路１０６は、チャネル情報復元回路１０５から入力されたチャネル情報を用いて送信ウエイトを算出し、送信信号生成回路１０２に出力する。  ここで、送信ウエイトの算出方法としては、例えば文献「K. Ishihara, Y. Asai, R. Kudo, T. Ichikawa, and M. Mizoguchi, "Indoor experiments on real-time multiuser MIMO transmission inwireless LAN systems," in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking (WCNC), Apr. 2012.」に示す方法を用いることができるし、その他の公知の方法を用いてもよい。
【００２７】  次に、端末装置２００の構成について説明する。各端末装置２００は、前述したように同じ構成を有しているので、ここでは端末装置２００−１について説明する。  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、端末装置２００−１〜２００−Ｕにおいて同じ数でもよいし、端末装置２００−１〜２００−Ｕごとに異なっていてもよい。
【００２８】  アンテナ素子２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）は、それぞれが無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）に１対１に接続されている。  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２０１−１−１〜２０１−１−Ｍ（１）で受信した信号ごと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。
【００２９】  受信信号復調回路２０３−１は、各無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（１）が出力するディジタル信号系列を復調、復号し、得られたデータ系列を出力する。  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、送信信号の生成を行なう。ここでは、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。
【００３０】  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系列から、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：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.）。
【００３１】  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２０４−１に出力する。  ここで、チャネル情報の圧縮方法としては、前述した復元方法と同様に公知の技術、例えば非特許文献２に記載された方法などを用いるようにしてもよい。  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、トレーニング信号系列や、他のデータ信号を送信するようにしてもよい。
【００３２】  次に、本実施形態の基地局装置１００と端末装置２００との間の動作について説明する。  図２は、本実施形態における基地局装置１００と端末装置２００との間の動作を示すフレームシーケンス図である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置１００及び各端末装置２００から送信されるフレームの流れが示されている。  以下、基地局１００と端末装置２００−ｑ（１≦ｑ≦Ｕ）の間のチャネル情報に変動があり、チャネル情報の更新を行う場合について説明する。  なお、端末装置２００−１、２００−ｑ、２００−Ｕについては、図２(及び、後述の同様のフレームシーケンス図）では便宜上、端末局＃１、端末局＃ｑ、端末局＃Ｕと記載している。
【００３３】  以下の説明において、端末装置２００−ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、端末装置２００−１〜２００−Ｕのいずれか１つを示す。  また、端末装置２００から基地局装置１００への上りリンク伝送では、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access；時分割多元接続）を用いた通信を行う。  また、各端末装置２００が基地局装置１００にチャネル情報をフィードバックする際には、予め定められた順番（例えば、端末装置２００−１から順に端末装置２００−Ｕまでの順）でフィードバックを行う。なお、各端末装置２００がチャネル情報をフィードバックする順序は、フィードバックを行う都度、基地局装置１００から各端末装置２００に通知するようにしてもよい。  また、チャネル情報フィードバックフレームは、ＴＤＭＡ以外に、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access；周波数分割多元接続）やＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access；空間分割多元接続）などを用いて送信してもよい。
【００３４】  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系列を生成し、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系列から送信信号を生成する。そして、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を介してサウンディングフレーム（既知信号系列）として各端末装置２００に送信する（時刻ｔ１）。  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から送信されたサウンディングフレームを受信する。  そして、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が、受信したサウンディングフレーム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。
【００３５】  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。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、その送信信号をアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介してチャネル情報フィードバックフレームとして基地局装置１００に送信する。  このとき、端末装置２００−１、端末装置２００−２、…、端末装置２００−Ｕの順に異なるタイミングで、チャネル情報フィードバックフレームを送信する（時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４）。
【００３６】  基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、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すると、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、チャネル情報復元回路１０５に順次出力する。  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報を、チャネル情報フィードバックフレームの順（上述の、所定の順番）に復元する。  送信ウエイト算出回路１０６は、復元されたチャネル情報をもとに送信ウエイトを算出する。
【００３７】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ５）。  なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（サウンディングフレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングを行わない。
【００３８】  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。
【００３９】  続いて、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系列を生成し、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系列から送信信号を生成する。そして、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、サウンディングフレームとして各端末装置２００に再度送信する（時刻ｔ６）。
【００４０】  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から送信されたサウンディングフレームを受信する。そして、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が受信したサウンディングフレーム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再度推定する。
【００４１】  ここで、端末局２００−ｑのチャネルの更新を行うため、端末２００−ｑのみから再度チャネル情報フィードバックフレームを介してチャネル情報（即ち、更新されたチャネル情報）を基地局１００へ送信する（時刻ｔ７）。
【００４２】  基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して端末装置２００−ｑから送信された信号を受信すると、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、チャネル情報復元回路１０５に順次出力する。  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報をチャネル情報フィードバックフレームから復元する。そして、送信ウエイト更新回路１０７は、送信ウエイト算出回路１０６で算出した前回の送信ウエイト及びその際に用いたチャネル情報、そしてチャネル情報復元回路１０５で復元された更新されたチャネル情報をもとに、送信ウエイトを更新する。
【００４３】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト更新回路１０７が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ８）。
【００４４】  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。
【００４５】  次に、本実施形態の基地局装置１００に備えられている送信ウエイト更新回路１０７における送信ウエイトの生成処理について説明する。  ここで説明する処理は、上述の端末局２００−ｑの更新されたチャネル情報がチャネル情報フィードバックフレームを介して受信された後に行う処理であり、前述したように、復元された更新されたチャネル情報を用いて演算を行い、送信ウエイトを更新する。  なお、以下では、説明を簡単にするために、各端末装置２００に備えられているアンテナ素子数が１本、つまりＭ（ｕ）＝１（ｕ＝１，２，．．．，Ｕ）である場合について説明する。
【００４６】  図３は、本実施形態における送信ウエイト更新回路１０７の構成を示すブロック図である。送信ウエイト更新回路１０７は、逆行列更新回路３０１、及びチャネル行列乗算回路３０２を有している。
【００４７】  逆行列更新回路３０１は、送信ウエイト算出回路１０６で送信ウエイトを算出した際に計算したチャネル行列の自己相関の逆行列Ｒ（ｋ）−１及びその計算の際に用いた端末局２００−ｑのチャネル情報、そしてチャネル情報復元回路１０５で復元された端末局２００−ｑの更新されたチャネル情報を用いて、逆行列の更新を行う（ｋはサブキャリア番号）。
【００４８】  まず、チャネル行列の自己相関の逆行列Ｒ（ｋ）−１から更新前のチャネル情報の成分を減算する。【数１】
2014073522.tif 000003
ただし、
【数２】
2014073522.tif 000004
【数３】
2014073522.tif 000005
であり、上付きＨはエルミート転置を表す。また、ベクトルｈｑ（ｋ）は、チャネル情報更新前の基地局装置１００から端末装置２００−ｑへの下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、次式（４）で与えられる。
【数４】
2014073522.tif 000006
ここで、Ｈｑ，ｎ（ｋ）は、更新前の基地局装置１００の第ｎアンテナ素子から端末装置２００−ｑへの下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分である。
【００４９】  続いて、上記式（１）で算出した逆行列Ｒ’（ｋ）−１に更新後のチャネル情報の成分を加える。【数５】
2014073522.tif 000007
ただし、
【数６】
2014073522.tif 000008
【数７】
2014073522.tif 000009
【００５０】  ベクトルｈ’ｑ（ｋ）は、チャネル情報更新後の基地局装置１００から端末装置２００−ｑへの下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、式（８）で与えられる。【数８】
2014073522.tif 000010
ここで、Ｈ’ｑ，ｎ（ｋ）は、更新後の基地局装置１００の第ｎアンテナ素子から端末装置２００−ｑへの下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分である。
【００５１】  上記の式（１）及び式（５）による演算を行い、逆行列更新回路３０１において更新された逆行列Ｒ”（ｋ）−１をチャネル行列乗算回路３０２に出力する。  なお、上記の式（１）及び式（５）の例において、見かけ上「減算」「加算」と逆の符号が付されている。これは、式（１）の元となる漸化式においてチャネル情報の成分が負の符号となっているため、当該成分を減算する（キャンセルする）ために、式（１）での符号が正となっている。同様に、元となる漸化式でチャネル情報の成分が負の符号であるため、式（５）の「加算」において同様に負の符号となっている。
【００５２】  チャネル行列乗算回路３０２は、逆行列更新回路３０１が算出した逆行列Ｒ”（ｋ）−１と、更新前の全端末局のチャネル情報と、更新後の基地局装置１００から端末装置２００−ｑへの下りリンクのチャネル情報とを入力値として、送信ビームフォーミングウエイト（送信ウエイト）を更新する。  第ｋサブキャリアにおける送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）は、次式（９）を用いて算出される。【数９】
2014073522.tif 000011
【００５３】  チャネル行列乗算回路３０２は、算出した送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）を新たな送信ウエイトとして送信信号生成回路１０２に出力する。
【００５４】  前述のように、基地局装置１００において、チャネル情報を更新する各端末装置２００のみからフィードバックされるチャネル情報を用いて、基地局装置１００と各端末装置２００との間の伝搬特性を示すチャネル情報（行列）に対する逆行列を更新する。従って、全端末局のチャネル情報を用いて逆行列の再計算を行わずに済むため、逆行列の算出に要する時間を短縮することができる。  すなわち、送信ウエイト更新回路１０７は、チャネル情報復元回路１０５が更新されたチャネル情報を取得する都度、当該更新されたチャネル情報に基づいて、基地局装置１００とすべての端末装置２００との間の伝搬逆特性を示す逆行列Ｒｕ（ｋ）−１を更新する。  このとき、送信ウエイト更新回路１０７は、全端末局のチャネル情報を用いなくとも逆行列の更新を行うことができる。式（１）から式（３）及び式（５）から式（７）の演算により、基地局装置１００と全端末装置２００との間の伝搬特性を示すチャネル情報行列の逆行列の算出を行うよりも、送信ウエイトＷ（ｋ）の算出に要する時間を削減することができる。  その結果、送信ウエイトＷ（ｋ）の更新に要する時間（オーバーヘッド）を削減することができ、また、伝搬特性の時間変動の影響を低減することができ、無線通信システムのスループットを向上させることができる。
【００５５】  なお、前述した第１実施形態は、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex；周波数分割複信）及びＴＤＤいずれの場合でも利用することが可能である。ＦＤＤの場合は、上りリンクと下りリンクが使用する周波数帯域を異なるものにすればよい。
【００５６】  なお、前述の説明では、１個の端末装置２００−ｑのみのチャネル情報の更新の説明となっているが、複数の端末装置のチャネル情報の更新も同様に扱うことができる。
【００５７】  また、前述の説明では、チャネル情報の更新が必要な端末局のみチャネル情報フィードバックフレームを送信したが、全端末局がチャネル情報フィードバックフレームを送信し、基地局１００でチャネル情報の更新が必要な端末局を判断し、その端末に対応するチャネル情報のみを用いて送信ウエイトを更新してもよい。
【００５８】  また、前述の説明では、チャネル情報の更新のために、再度サウンディングフレームを送信していたが、データフレームに含まれる既知信号系列を用いて、更新されたチャネル情報を推定してもよい。  また、上記フレームシーケンス(図２）の後半部分（更新されたチャネル情報の推定のためのサウンディングフレーム、チャネル情報フィードバックフレーム、データフレームの送信）を複数回繰り返してもよい。
【００５９】（理論的な導出）  式（１）及び式（５）の理論的な導出を以下に示す。一般的に送信ビームフォーミングにおけるＺＦ重みは、非特許文献１から次式のように与えられる。【数１０】
2014073522.tif 000012
ただし、
【数１１】
2014073522.tif 000013
【００６０】  ここで、ＩＵはＵ×Ｕの単位行列、δは正の実数であり、δＩＵは雑音強調を低減するために用いる項である。  Ｈ（ｋ）Ｈ（ｋ）Ｈ＋δＩＵが正則行列であるとすると、式（１０）は次式のようになる。
【００６１】
【数１２】
2014073522.tif 000014
ここで、Ｒ（ｋ）及びＲｍ（ｋ）を次式のように定義する。
【００６２】
【数１３】
2014073522.tif 000015
【数１４】
2014073522.tif 000016
ただし、Ｒ０（ｋ）＝δＩＮ及び、ＲＵ（ｋ）＝Ｒ（ｋ）である。  Ｒｍ（ｋ）は次式のように再帰形式で表せる。
【００６３】
【数１５】
2014073522.tif 000017
【００６４】  多項式で表される行列に対する逆行列演算公式により、Ｒｍ（ｋ）の逆行列は、式（１５）から次式のようになる。【数１６】
2014073522.tif 000018
【００６５】  よって、式（６）及び式（７）より、式（５）が得られる。
【００６６】  同様に、式（１５）を式変形すると、次式のようになる。【数１７】
2014073522.tif 000019
【００６７】  多項式で表される行列に対する逆行列演算公式により、Ｒｍ-1（ｋ）の逆行列は式（１６）から次式のようになる。【数１８】
2014073522.tif 000020
よって、式（２）及び式（３）より、式（１）が得られる。
【００６８】＜第２実施形態＞  図４は、第２実施形態における無線通信システムが具備する基地局装置４００及び端末装置５００−１〜５００−Ｕの構成を示すブロック図である。  本実施形態における無線通信システムは、ＴＤＤを前提としたシステムである点が第１実施形態の無線通信システムと異なる。  また、無線通信システムが具備する各端末装置５００−１〜５００−Ｕは、いずれも同じ構成を有している。以下、すべての端末装置５００−１〜５００−Ｕを示す場合、あるいはいずれか１つを示す場合、端末装置５００という。  また、無線通信システムにおいて、第１実施形態の無線通信システムと同じ機能部に対しては同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】  基地局装置４００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、チャネル情報推定回路４０５と、送信ウエイト算出回路１０６と、送信ウエイト更新回路１０７とを備えている。  基地局装置４００は、チャネル情報復元回路１０５に替えてチャネル情報推定回路４０５を備えている点が基地局装置１００（図１）と異なる。
【００７０】  チャネル情報推定回路４０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎから入力される信号系列に含まれるトレーニング信号系列を検出し、検出したトレーニング信号系列に基づいて、基地局装置４００に備えられているアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎと各端末装置５００に備えられている各アンテナ素子との間の上りリンクのチャネル情報を推定する。  更に、チャネル情報推定回路４０５は、推定した上りリンクのチャネル情報と、予め測定しておいた補正用のキャリブレーションの値とを用いて、下りリンクのチャネル情報を算出する。チャネル情報推定回路４０５は、キャリブレーションを行う際、公知の技術、例えば非特許文献２に記載されている方法を用いる。  また、チャネル情報推定回路４０５は、算出した下りリンクのチャネル情報を送信ウエイト算出回路１０６及び送信ウエイト更新回路１０７に出力する。
【００７１】  端末装置５００−１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、データ発生回路５０６−１とを備えている。  端末装置５００−１は、チャネル情報推定回路２０５−１及びチャネル情報圧縮回路２０６−１に替えてデータ発生回路５０６−１を備えている点が端末装置２００−１（図１）と異なる。本実施形態においては、基地局装置４００がチャネル情報を推定するので、端末装置５００から基地局装置４００にチャネル情報をフィードバックする必要がないためである。
【００７２】  データ発生回路５０６−１は、各端末装置５００（ここでは５００−１）に備えられているアンテナ素子と、基地局装置４００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系列と、端末装置５００−１から基地局装置４００へ送信する送信データ系列とを生成する。データ発生回路５０６−１は、生成したトレーニング信号系列と、生成した送信データ系列とを送信信号生成回路２０４−１に出力する。
【００７３】  次に、本実施形態の基地局装置４００と端末装置５００との間の動作について説明する。  図５は、本実施形態における基地局装置４００と端末装置５００との間の動作を示すフレームシーケンス図である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置４００及び各端末装置５００から送信されるフレームの流れが示されている。  以下の説明において、端末装置５００−ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、端末装置５００−１〜５００−Ｕのいずれか１つを示す。  また、基地局装置４００と端末装置５００とはＴＤＭＡを用いた通信を行う。  また、以下では、各端末装置５００が基地局装置４００にトレーニング信号系列を送信する際には、予め定められた順番（例えば、端末装置５００−１から順に端末装置５００−Ｕまでの順）でトレーニング信号系列を送信する場合について説明する。
【００７４】  端末装置５００−ｕにおいて、データ生成回路５０６−ｕは上りリンクチャネル情報を推定するためのトレーニング信号系列を生成して、送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。  送信信号生成回路２０４−ｕは、データ生成回路５０６−ｕにより生成されたトレーニング信号系列から送信信号を生成する。  無線部２０２−１−１〜２０２−１−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、送信信号生成回路２０４−ｕが生成した送信信号をサウンディングフレームとして基地局装置４００に送信する（時刻ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３）。  ここで、サウンディングフレームは、ＴＤＭＡにより順番に送信される。また、各端末装置５００が送信する順番は、予め定めておいてもよし、基地局装置４００が各端末装置５００に、送信する順番を事前に通知するようにしてもよい。
【００７５】  基地局装置４００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して、端末装置５００から送信された順にサウンディングフレームを受信し、受信したサウンディングフレームに含まれる信号をベースバンドのディジタル信号に変換する。  チャネル情報推定回路４０５は、各無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたディジタル信号に含まれるトレーニング信号系列を検出し、該トレーニング信号系列を送信した端末装置５００との間の上りリンクのチャネル情報を推定し、推定した上りリンクのチャネル情報と予め測定された補正用のキャリブレーションの値とから下りリンクのチャネル情報を推定する。  このとき、チャネル情報推定回路４０５は、サウンディングフレームを受信した順に下りリンクのチャネル情報を推定する。
【００７６】  送信ウエイト算出回路１０６は、チャネル情報推定回路４０５が推定したチャネル情報を用いて演算を行い、送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトを送信信号生成回路１０２に出力する。  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置５００に送信する（時刻ｔ１４）。
【００７７】  各端末装置５００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置４００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。
【００７８】  続いて、チャネル情報の更新を行う端末装置５００−ｑにおいて、データ生成回路５０６−ｑは、上りリンクチャネル情報を推定するためのトレーニング信号系列を生成して送信信号生成回路２０４−ｑに出力する。  送信信号生成回路２０４−ｑは、データ生成回路５０６−ｑにより生成されたトレーニング信号系列から送信信号を生成する。  無線部２０２−ｑ−１〜２０２−ｑ−Ｍ（ｑ）は、アンテナ素子２０１−ｑ−１〜２０１−ｑ−Ｍ（ｑ）を介して、送信信号生成回路２０４−ｑが生成した送信信号をサウンディングフレームとして基地局装置４００に送信する（時刻ｔ１５）。
【００７９】  基地局装置４００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して上記サウンディングフレームを受信し、受信したサウンディングフレームに含まれる信号をベースバンドのディジタル信号に変換する。  チャネル情報推定回路４０５は、各無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたディジタル信号に含まれるトレーニング信号系列を検出し、該トレーニング信号系列を送信した端末装置５００（ここでは５００−ｑ）との間の上りリンクのチャネル情報を推定し、推定した上りリンクの更新されたチャネル情報と上述のキャリブレーションの値とから、下りリンクの更新されたチャネル情報を推定する。
【００８０】  送信ウエイト更新回路１０７は、チャネル情報推定回路４０５が推定した更新されたチャネル情報、送信ウエイト算出回路１０６で算出した更新前の送信ウエイト及びその算出の際に用いた更新前のチャネル情報を用いて送信ウエイトの更新を行い、更新した送信ウエイトを送信信号生成回路１０２に出力する。
【００８１】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト更新回路１０７が更新した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置５００に送信する（時刻ｔ１６）。  なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングを行わない。
【００８２】  各端末装置５００−ｕにおいて、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、基地局装置４００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。
【００８３】  前述のように、本実施形態の無線通信システムにおいても、第１実施形態と同様に、更新されたチャネル情報が得られてからチャネル情報に対する逆行列の算出に要する時間を短縮することができる。これにより、送信ウエイトＷ（ｋ）の算出に要する時間（オーバーヘッド）を削減することができ、また、伝搬特性の時間変動の影響を低減することができ、無線通信システムのスループットを向上させることができる。
【００８４】  なお、前述の各実施形態では、各端末装置２００、５００が備えているアンテナ素子が１本の場合について説明したが、アンテナ素子が複数であってよい。  この場合、端末装置２００、５００に対するチャネル情報として複数のチャネル情報ベクトルが得られるが、得られた個々のベクトルを異なる端末装置のチャネル情報ベクトルと見立てることにより、前述の説明と同様に演算可能である。
【００８５】  また、前述の実施形態１、２では、無線通信システムにおいて、基地局装置１００、４００がＯＦＤＭ信号を送信する場合について説明したが、シングルキャリア信号などを送信するようにしてもよい。
【００８６】  また、前述の各実施形態において、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、ビームフォーミングを行う送信を行う無線通信システムに適用することができる。
【００８７】  なお、前述の各実施形態において、送信ウエイトの更新を行うか否かの判断は、例えば、更新前のチャネル情報と更新後のチャネル情報の相互相関を取り、相関値が予め設定した閾値を下回る場合においては送信ウエイトの更新を行い、そうでない場合は更新を行わないことにしてもよい。あるいは、各端末局に対してコヒーレンスタイム（同期可能な（通信可能な）時間）を設定し、チャネル情報を取得または推定した時刻から、端末の移動や周辺の環境変動による伝搬特性の変動が起こらずに（もしくは許容される変動量以下である状態で）同コヒーレンスタイムを超える時間経過した場合にのみ送信ウエイトを更新するものとしてもよい。  無線伝搬環境では、端末の移動や周辺環境が変化することによりフェージングが生じ、特性劣化の一要因となる。特にマルチユーザＭＩＭＯ伝送では送信側でビームフォーミングを行うことから、ビームフォーミングを算出したときに用いたチャネル情報と実際送信するときのチャネル情報の間に変化があると、ビームフォーミングがうまく形成できずに特性が劣化するおそれがある。そのため設定された環境でどの程度のチャネル変動があるかをあらかじめ測定することで、上記コヒーレンスタイムを決定する。
【００８８】  なお、上記説明では、同一端末局がチャネル情報の更新を行って引き続きマルチユーザＭＩＭＯ伝送に加わる際の送信ウエイトの更新方法を述べたが、必ずしもそうである必要はなく、例えば、ある端末局をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から除外する場合や、新たに端末局をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に追加する場合にも適用することができる。
【００８９】  また、逆行列更新回路３０１は、送信ウエイト算出回路１０６で送信ウエイトを算出した際に計算したチャネル行列の自己相関の逆行列Ｒ（ｋ）−１及びその計算の際に用いた端末局２００−ｑのチャネル情報、そしてチャネル情報復元回路１０５で復元された端末局２００−ｑの更新されたチャネル情報を用いて、逆行列の更新を行う（ｋはサブキャリア番号）。
【００９０】  例えば、第１実施形態の場合において、マルチユーザＭＩＭＯ伝送から端末局ｑ’を除外する場合、チャネル行列の自己相関の逆行列Ｒ（ｋ）−１から端末局ｑ’のチャネル情報の成分を次式のように減算する。【数１９】
2014073522.tif 000021
ただし、
【数２０】
2014073522.tif 000022
【数２１】
2014073522.tif 000023
【００９１】  上記の式（１９）による演算を行い、逆行列更新回路３０１において更新された逆行列〜Ｒ’（ｋ）−１（「〜」はＲの上に付く、以下同様）をチャネル行列乗算回路３０２に出力する。
【００９２】  チャネル行列乗算回路３０２は、逆行列更新回路３０１が算出した逆行列〜Ｒ’（ｋ）−１と、端末局ｑ’以外の全端末局のチャネル情報とを入力値として、送信ビームフォーミングウエイト（送信ウエイト）を更新する。  第ｋサブキャリアにおける送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）は、次式（２２）を用いて算出される。【数２２】
2014073522.tif 000024
【００９３】  チャネル行列乗算回路３０２は、算出した送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）を新たな送信ウエイトとして送信信号生成回路１０２に出力する。
【００９４】  続いて、第１実施形態の場合において、マルチユーザＭＩＭＯ伝送に端末局ｑ’を新たに追加する場合について説明する。  チャネル行列の自己相関の逆行列Ｒ（ｋ）−１に対し、端末局ｑ’のチャネル情報の成分を次式のように加える。【数２３】
2014073522.tif 000025
ただし、
【数２４】
2014073522.tif 000026
【数２５】
2014073522.tif 000027
【００９５】  上記の式（２３）による演算を行い、逆行列更新回路３０１において更新された逆行列〜Ｒ”（ｋ）−１（「〜」はＲの上に付く、以下同様）をチャネル行列乗算回路３０２に出力する。
【００９６】  チャネル行列乗算回路３０２は、逆行列更新回路３０１が算出した逆行列〜Ｒ”（ｋ）−１と、更新前の全端末局のチャネル情報と、新たに追加する端末局ｑ’の基地局装置１００から端末装置２００−ｑ’への下りリンクのチャネル情報とを入力値として、送信ビームフォーミングウエイト（送信ウエイト）を更新する。  第ｋサブキャリアにおける送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）は、次式（２６）を用いて算出される。【数２６】
2014073522.tif 000028
【００９７】  チャネル行列乗算回路３０２は、算出した送信ビームフォーミングウエイトＷ（ｋ）を新たな送信ウエイトとして送信信号生成回路１０２に出力する。なお、同様の方法で、上記端末局ｑ’の除去、追加は第２実施形態にも適用可能である。
【００９８】  前述したように、マルチユーザＭＩＭＯ伝送の端末局を適宜追加・削除できることで、マルチユーザＭＩＭＯ伝送における端末局のスケジューリング（組み合わせ）による送信ウエイト更新が容易になる。  例えば、ある組み合わせでマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行った場合に、誤り率が大きく、正しく伝送ができなかった場合、端末数を減らして再度マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なってもよいし、逆に正しく伝送できて多重数に余裕がある場合には、端末数を増やしてマルチユーザＭＩＭＯ伝送することもできる。  また、ある端末局のみマルチユーザＭＩＭＯ伝送で正しく伝送できない場合には、その端末局のみ除外して送信することで、スループットを向上させることもできる。
【００９９】  図６は、第１実施形態において、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に追加する場合のフレームシーケンス図である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置１００及び各端末装置２００から送信されるフレームの流れが示されている。
【０１００】  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系列を生成し、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系列から送信信号を生成する。そして、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、サウンディングフレームとして各端末装置２００に送信する（時刻ｔ２１）。
【０１０１】  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から送信されたサウンディングフレームを受信する。  そして、無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）が、受信したサウンディングフレーム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。
【０１０２】  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。  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、この送信信号をアンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介してチャネル情報フィードバックフレームとして基地局装置１００に送信する（時刻ｔ２２、ｔ２３）。
【０１０３】  基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、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すると、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、チャネル情報復元回路１０５に順次出力する。  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報を、チャネル情報フィードバックフレームの順に復元する。  送信ウエイト算出回路１０６は、復元されたチャネル情報をもとに送信ウエイトを算出する。
【０１０４】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ２４）。  なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（サウンディングフレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングは行わない。
【０１０５】  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。
【０１０６】  続いて、新たに端末局ｑ’を追加してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う場合、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系列を生成し、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系列から送信信号を生成する。そして、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、サウンディングフレームとして端末装置２００−ｑ’に送信する（時刻ｔ２５）。
【０１０７】  各端末装置２００−ｑ’において、無線部２０２−ｑ’−１〜２０２−ｑ’−Ｍ（ｑ’）がアンテナ素子２０１−ｑ’−１〜２０１−ｑ’−Ｍ（ｑ’）を介して、基地局装置１００から送信されたサウンディングフレームを受信する。  そして、無線部２０２−ｑ’−１〜２０２−ｑ’−Ｍ（ｑ’）が受信したサウンディングフレーム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−ｑ’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。
【０１０８】  その後、端末２００−ｑ’のみからチャネル情報フィードバックフレームを介して、チャネル情報を基地局１００へ送信する（時刻ｔ２６）。
【０１０９】  基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、アンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介して端末装置２００−ｑ’から送信された信号を受信すると、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、チャネル情報復元回路１０５に出力する。  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報をチャネル情報フィードバックフレームから復元する。  送信ウエイト更新回路１０７は、送信ウエイト算出回路１０６で算出した前回の送信ウエイトウエイト及びその際に用いたチャネル情報、そしてチャネル情報復元回路１０５で復元された端末局ｑ’のチャネル情報をもとに、送信ウエイトを更新する。
【０１１０】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト更新回路１０７が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ２７）。
【０１１１】  各端末装置２００−１〜２００−Ｕ及び２００−ｑ’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。
【０１１２】  図７は、第２実施形態において、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に追加する場合のフレームシーケンス図である。  本実施形態における無線通信システムは、ＴＤＤを前提としたシステムである点が第１実施形態の無線通信システムと異なる。
【０１１３】  基地局装置４００が端末装置２００−１〜２００−ＵとマルチユーザＭＩＭＯを行っていたときに、新たに端末装置２００−ｑ’を追加してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行おうとした場合を、図７に示す。  サウンディングフレームを送信（時刻ｔ３１、ｔ３２）後に、基地局装置４００がデータフレームを送信（時刻ｔ３３）し、その後に、端末装置２００−ｑ’からサウンディングフレームを送信する（時刻ｔ３４）。そして、基地局装置４００で端末装置２００−ｑ’のチャネル情報をチャネル情報推定回路４０５で新たに推定し、送信ウエイト更新回路１０７で送信ウエイトを更新することで、端末装置２００−１〜２００−Ｕに加えて端末装置２００−ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送に参加させて、データフレームの送信を行う（時刻ｔ３５）。
【０１１４】  図８は、第１実施形態において、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から削除する場合のフレームシーケンス図である。同図において、横軸は時間を示し、基地局装置１００及び各端末装置２００から送信されるフレームの流れが示されている。  図６と異なる点は、基地局装置１００が端末装置２００−１〜２００−Ｕ及び２００−ｑ’とマルチユーザＭＩＭＯ伝送している状況で、端末装置２００−ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から除外する点である。
【０１１５】  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系列を生成し、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系列から送信信号を生成する。そして、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、サウンディングフレームとして各端末装置２００に送信する（時刻ｔ４１）。
【０１１６】  各端末装置２００−ｕ”（ｕ”は１〜Ｕ及びｑ’）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から送信されたサウンディングフレームを受信する。  そして、無線部２０２−ｕ”−１〜２０２−ｕ”−Ｍ（ｕ”）が、受信したサウンディングフレーム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。
【０１１７】  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。  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、この送信信号をアンテナ素子２０１−ｕ”−１〜２０１−ｕ”−Ｍ（ｕ”）を介してチャネル情報フィードバックフレームとして基地局装置１００に送信する（時刻ｔ４２、ｔ４３、ｔ４４）。
【０１１８】  基地局装置１００において、無線部１０３−１〜１０３−Ｎは、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すると、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、チャネル情報復元回路１０５に順次出力する。  チャネル情報復元回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−Ｎにより変換されたベースバンドのディジタル信号に含まれる圧縮されたチャネル情報を、チャネル情報フィードバックフレームの順に復元する。  送信ウエイト算出回路１０６は、復元されたチャネル情報をもとに送信ウエイトを算出する。
【０１１９】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト算出回路１０６が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成する。そして、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ４５）。  なお、送信ビームフォーミングを行わないで信号を送信する場合（サウンディングフレームを送信する場合も含む）、送信信号生成回路１０２は送信ビームフォーミングを行わない。
【０１２０】  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。
【０１２１】  ここで、端末装置２００−１〜２００−Ｕには、正しくデータフレームが伝送され、端末装置２００−ｑ’には正しくデータフレームが伝送されなかった（データに誤りがあった）とする。  そのとき、端末装置２００−１〜２００−ＵからはＡＣＫフレームが送信され（時刻ｔ４６、ｔ４７）るが、端末装置２００−ｑ’からはＡＣＫフレームは送信されない。ここで、ＡＣＫフレームは、データフレームが正しく受信された場合に返信されるフレームであり、例えば、非特許文献２に記載のフレームフォーマットを用いることができる。  基地局１００では、端末装置２００−１〜２００−Ｕから送信されたＡＣＫフレームを受信する。この結果から、端末装置２００−ｑ’はマルチユーザＭＩＭＯ伝送に加えても正しく伝送できないと判断し、端末局ｑ’を除外してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う。従って、基地局装置１００において、送信ウエイト更新回路１０７において、端末局ｑ’のチャネル情報を削除し、送信ウエイトを更新する。
【０１２２】  送信信号生成回路１０２は、データ発生回路１０１から入力された送信信号に対して前述した信号処理を行い、更に、送信ウエイト更新回路１０７が算出した送信ウエイトを用いてマルチユーザＭＩＭＯの無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０４−１〜１０４−Ｎを介してデータフレームとして端末装置２００に送信する（時刻ｔ４８）。
【０１２３】  各端末装置２００−１〜２００−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。
【０１２４】  図９は、第２実施形態において、端末局ｑ’をマルチユーザＭＩＭＯ伝送から除外する場合のフレームシーケンス図である。  本実施形態における無線通信システムは、ＴＤＤを前提としたシステムである点が第１実施形態の無線通信システムと異なる。
【０１２５】  基地局装置４００が端末装置２００−１〜２００−Ｕ、及び端末装置２００−ｑ’とマルチユーザＭＩＭＯを行っていたときに、端末装置２００−ｑ’には正しくマルチユーザＭＩＭＯ伝送が行えないと基地局装置４００で判断した場合、端末装置２００−ｑ’を除外してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う。  具体的には、図９に示すように、端末装置２００−ｑ’を含む端末装置２００からサウンディングフレームを送信（時刻ｔ５１、ｔ５２、ｔ５３）後に、基地局装置４００はデータフレームを送信（時刻ｔ５４）する。  その後、端末装置２００−１〜２００−ＵからはＡＣＫフレームが受信され（時刻ｔ５５、ｔ５６）、端末装置２００−ｑ’からはＡＣＫフレームが受信されなかった場合、基地局装置４００で端末装置２００−ｑ’のチャネル情報を送信ウエイト更新回路１０７で削除して送信ウエイトを更新することで、端末装置２００−１〜２００−ＵのみをマルチユーザＭＩＭＯ伝送に参加させて、データフレーム送信を行う（時刻ｔ５７）。
【０１２６】  なお、前述の説明では、ＡＣＫフレームによって、正しくデータ伝送できなかった端末装置を除外していたが、ＡＣＫフレームを必ずしも用いる必要はない。  例えば、基地局から端末装置ｑ’に対して送信するデータがなくなった場合や、端末装置のＱｏＳ（Quality of service）を満たす上で、端末装置ｑ’を除外しなければならなくなった場合などにも上記手法は適用可能であり、その場合、ＡＣＫフレームは不要である。  その際、どの端末へマルチユーザＭＩＭＯ伝送しているか、もしくはしようとするかの情報（通信相手先の情報）は、例えば、サウンディングフレームやデータフレームのヘッダ部に挿入することもできる。
【０１２７】  なお、本発明における送信ウエイト更新回路１０７の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより逆行列更新回路３０１、及びチャネル行列乗算回路３０２による処理を行わせ、送信ウエイトを算出させるようにしてもよい。  なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。  また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０１２８】  また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。  また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。  更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】  本発明は、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】
【０１３０】  １００、４００…基地局装置  １０１…データ発生回路  １０２…送信信号生成回路  １０３−１、１０３−２、１０３−Ｎ…無線部  １０４−１、１０４−２、１０４−Ｎ…アンテナ素子  １０５…チャネル情報復元回路  １０６…送信ウエイト算出回路  １０７…送信ウエイト更新回路  ２００、２００−１、２００−ｕ、２００−Ｕ、５００、５００−１、５００−ｕ、５００−Ｕ…端末装置  ２０１−１−１、２０１−１−２、２０１−１−Ｍ（ｕ）、２０１−Ｕ−１、２０１−Ｕ−Ｍ（Ｕ）…アンテナ素子  ２０２−１−１、２０２−１−２、２０２−１−Ｍ（１）…無線部  ２０３−１…受信信号復調回路  ２０４−１…送信信号生成回路  ２０５−１…チャネル情報推定回路  ２０６−１…チャネル情報圧縮回路  ３０１…逆行列更新回路  ３０２…チャネル行列乗算回路  ４０５…チャネル情報推定回路  ５０６−１…データ発生回路
【図１】
2014073522.tif 000037
【図２】
2014073522.tif 000038
【図３】
2014073522.tif 000039
【図４】
2014073522.tif 000040
【図５】
2014073522.tif 000041
【図６】
2014073522.tif 000042
【図７】
2014073522.tif 000043
【図８】
2014073522.tif 000044
【図９】
2014073522.tif 000045
【図１０】
2014073522.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月2日(2015.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機であって、
前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集部と、
前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関に逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新部と、
を備えることを特徴とする送信機。
【請求項２】
前記送信ウエイト更新部は、
更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新部と、
前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記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１に記載の送信機。
【請求項３】
前記チャネル行列更新部は、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関の逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列を算出し、これにより更新されたチャネル行列を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の送信機。
【請求項４】
前記チャネル行列更新部は、更新前の前記チャネル行列の自己相関の逆行列を、
【数２７】
2014073522.tif 000047
により算出し、ここで、ｑはチャネル情報の更新を行う対象の受信機のインデックスであり、
【数２８】
2014073522.tif 000048
【数２９】
2014073522.tif 000049
であり、上付きＨはエルミート転置を表し、ベクトルｈｑ（ｋ）は、チャネル情報更新前の前記受信機への下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、下記式：
【数３０】
2014073522.tif 000050
により得られ、ここで、Ｈｑ，ｎ（ｋ）は、前記複数のアンテナ素子のうちの第ｎアンテナ素子から前記受信機への下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分であり、  前記チャネル行列更新部は、下記式：
【数３１】
2014073522.tif 000051
により、更新された前記逆行列を算出し、ここで、
【数３２】
2014073522.tif 000052
【数３３】
2014073522.tif 000053
であり、ベクトルｈ’ｑ（ｋ）は、前記チャネル情報の更新後の前記下りリンクのチャネル情報ベクトルの第ｋ周波数成分であり、下記式：
【数３４】
2014073522.tif 000054
により得られ、ここで、Ｈ’ｑ，ｎ（ｋ）は、更新後の前記下りリンクのチャネル情報の推定値の第ｋ周波数成分である
ことを特徴とする請求項３に記載の送信機。
【請求項５】
前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む信号を前記受信機に送る送信部を有し、
前記チャネル情報収集部は、前記送信部が送った信号に対して前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合にのみ返信する信号から、更新後の前記チャネル情報を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項６】
前記チャネル情報収集部は、前記受信機が前記チャネル情報の更新を行う場合に送出する信号を元に更新後の前記チャネル情報を推定し、当該信号は、前記伝搬特性を推定するためのデータ系列を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項７】
前記送信ウエイトの更新について、所定の条件を満たすか否かを判定する更新可否判定部を有し、
前記送信ウエイト更新部は、上記所定の条件が満たされる場合にのみ、更新された前記送信ウエイトを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
【請求項８】
更新前の前記チャネル情報と更新後の前記チャネル情報の相互相関を取り、その相関値が予め設定した閾値を下回る場合に、前記更新可否判定部は前記所定の条件を満たすと判定する
ことを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項９】
前記受信機が通信可能なコヒーレンスタイムを設定し、前記チャネル情報収集部が前記チャネル情報を取得または推定した時刻から、前記伝搬特性の変動が許容値以下の状態で前記コヒーレンスタイムを超える時間経過した場合に、前記更新可否判定部は前記所定の条件を満たすと判定する
ことを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項１０】
複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機が行う無線通信方法であって、
前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集ステップと、
前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関に逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新ステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
前記送信ウエイト更新ステップは、
更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新ステップと、
前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機であって、前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集部と、前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関に逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新部とを備えることを特徴とする送信機を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
典型例として、前記送信ウエイト更新部は、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新部と、前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記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。
この場合、前記チャネル行列更新部は、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関の逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列を算出し、これにより更新されたチャネル行列を算出するようにしても良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明はまた、複数のアンテナ素子を備え、送信ウエイトを用いて重み付けしたデータを、複数のアンテナ素子を用いて、受信機に対して空間多重送信する送信機が行う無線通信方法であって、前記複数のアンテナ素子と、前記受信機に備えられているアンテナ素子との間の伝搬特性を示すチャネル情報を取得または推定するチャネル情報収集ステップと、前記チャネル情報が更新された場合、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列の自己相関に逆行列に対して、更新前の前記チャネル情報を減算、および、更新後の前記チャネル情報を加算することで更新された逆行列とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト更新ステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法も提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
典型例として、前記送信ウエイト更新ステップは、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報と、更新前の前記送信ウエイトの算出に用いられたチャネル行列とに基づいて、更新されたチャネル行列を算出するチャネル行列更新ステップと、前記更新されたチャネル行列と、更新前の前記チャネル情報および更新後の前記チャネル情報とに基づいて、更新された前記送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、を備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
多項式で表される行列に対する逆行列演算公式により、Ｒｍ-1（ｋ）の逆行列は式（１７）から次式のようになる。
【数１８】
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【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
端末装置５００−ｕにおいて、データ生成回路５０６−ｕは上りリンクチャネル情報を推定するためのトレーニング信号系列を生成して、送信信号生成回路２０４−ｕに出力する。
送信信号生成回路２０４−ｕは、データ生成回路５０６−ｕにより生成されたトレーニング信号系列から送信信号を生成する。
無線部２０２−ｕ−１〜２０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、アンテナ素子２０１−ｕ−１〜２０１−ｕ−Ｍ（ｕ）を介して、送信信号生成回路２０４−ｕが生成した送信信号をサウンディングフレームとして基地局装置４００に送信する（時刻ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３）。
ここで、サウンディングフレームは、ＴＤＭＡにより順番に送信される。また、各端末装置５００が送信する順番は、予め定めておいてもよし、基地局装置４００が各端末装置５００に、送信する順番を事前に通知するようにしてもよい。
【国際調査報告】
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