(57)【要約】  本発明は、演算量を小さく抑え、プロトコル上のオーバーヘッドを増やすことなしに、理論限界に近い通信速度を達成するものである。本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式では、チャネル行列に基づいて受信ウェイト行列を決定し、受信ウェイト行列とチャネル行列の積によってチャネル行列を更新し、更新されたチャネル行列に基づいてＺＦ−ＤＰＣ法により送信信号を生成して送信し、受信信号に受信ウェイト行列を乗じた後に、ＤＰＣ復号化する。受信ウェイト行列を決定する１つの方法は、チャネル行列を特異値分解した際に得られる左特異行列の共役転置行列を受信ウェイト行列とする方法である。
2010049993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一周波数帯、同一時間幅を用いて第１の無線通信装置から、Ｎ台の第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法であって、
前記第１の無線通信装置から前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置の間のチャネル行列を推定する第１の手順と、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信信号ベクトルに乗ずる受信ウェイト行列を決定する第２の手順と、
前記受信ウェイト行列とチャネル行列の積により、チャネル行列を更新する第３の手順と、
前記更新されたチャネル行列のＬＱ分解によってチャネル行列を下三角行列Ｌとユニタリー行列Ｑに分解する第４の手順と、
前記下三角行列Ｌに基づいて送信信号ベクトルをＤＰＣ符号化する第５の手順と、
前記符号化された送信信号ベクトルに前記ユニタリー行列Ｑの共役転置行列を乗じて得られる送信信号ベクトルを前記第１の無線通信装置から送信する第６の手順と、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信した受信信号ベクトルに、前記決定された受信ウェイト行列を乗ずる第７の手順と、
前記受信ウェイト行列の乗算により得られた受信信号ベクトルをＤＰＣ復号化する第８の手順と
を有して成ることを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の手順にて、前記チャネル行列の特異値展開によって得られる左特異行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法。
【請求項３】
請求項１において，
前記第２の手順にて，前記チャネル行列と前記チャネル行列の共役転置行列の積で得られる行列をＱＲ分解し，前記ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法。
【請求項４】
同一周波数帯、同一時間幅を用いて第１の無線通信装置から、Ｎ台の第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置であって、
前記第１の無線通信装置は、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信信号ベクトルに乗ずる受信ウェイト行列を決定する第１の手順と、
前記受信ウェイト行列とチャネル行列の積により、チャネル行列を更新する第２の手順と、
前記更新されたチャネル行列のＬＱ分解によってチャネル行列を下三角行列Ｌとユニタリー行列Ｑに分解する第３の手順と、
前記下三角行列Ｌに基づいて送信信号ベクトルをＤＰＣ符号化する第４の手順と、
前記符号化された送信信号ベクトルに前記ユニタリー行列Ｑの共役転置行列を乗じて得られる送信信号ベクトルを前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信する第５の手順と
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の無線通信装置は、
前記第１の手順で、前記チャネル行列の特異値展開の左特異行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項６】
請求項４において，
前記第１の無線通信装置は，
前記第１の手順で，前記チャネル行列と前記チャネル行列の共役転置行列の積で得られる行列をＱＲ分解し，前記ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記第１の無線通信装置は、
前記チャネル行列を前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置から受信した情報によって取得する第６の手順
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項８】
請求項４において、
前記第１の無線通信装置は、
前記チャネル行列を前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置から受信したチャネル行列推定用のトレーニング信号から推定する第７の手順
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項９】
同一周波数帯、同一時間幅を用いて第１の無線通信装置から、Ｎ台の第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置であって、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
前記第１の無線通信装置から受信したチャネル行列推定用のトレーニング信号からチャネル行列を推定する第１の手順と、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信信号ベクトルに乗ずる受信ウェイト行列を決定する第２の手順と、
前記第１の無線通信装置から受信した受信信号ベクトルに、前記決定された受信ウェイト行列を乗ずる第３の手順と、
前記受信ウェイト行列の乗算により得られた受信信号ベクトルをＤＰＣ復号化する第４の手順と
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
前記第２の手順で、前記チャネル行列の特異値展開の左特異行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１１】
請求項９において，
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
前記第２の手順で，前記チャネル行列と前記チャネル行列の共役転置行列の積で得られる行列をＱＲ分解し，前記ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の共役転置行列をもって前記受信ウェイト行列とする
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１２】
請求項９において、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
前記第１の手順で得られたチャネル行列情報を前記第１の無線通信装置へ送信する第５の手順
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１３】
請求項９において、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
前記第２の手順で決定された受信ウェイト行列と、前記第１の手順で推定されたチャネル行列の積により、チャネル行列を更新する第６の手順と、
前記第６の手順によって更新されたチャネル行列情報を送信する第７の手順と
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１４】
請求項９において、
前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置は、
チャネル行列推定用のトレーニング信号を前記第１の無線通信装置へ送信する第８の手順
を実施する機能ブロックを備えて構成される
ことを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送信機と複数の受信機の間のマルチユーザＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信方法、およびマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法により通信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチユーザＭＩＭＯについて、達成し得る通信速度の上限値が理論的に導かれている（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
また、従来、マルチユーザＭＩＭＯ方式で理論限界に近い性能を得る技術として、ＤＰＣ（Ｄｉｒｔｙ  Ｐａｐｅｒ  Ｃｏｄｉｎｇ）と呼ばれる技術があった（例えば、非特許文献２参照）。【０００４】
また、従来、チャネル行列をＬＱ分解し、三角行列Ｌに基づいてＤＰＣ符号化することにより、マルチユーザＭＩＭＯ方式を実現するＺＦ−ＤＰＣ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ  ＤＰＣ）法があった（例えば、非特許文献３参照）。【０００５】
また、従来、チャネル行列を特異値展開し、ストリームを選択して送信ウェイト行列と受信ウェイト行列を更新し、チャネル行列を送信ウェイト行列に直交するように更新することを繰り返すことで、マルチユーザＭＩＭＯ方式を実現するＣＺＦ−ＤＰＣ（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ＺＦ−ＤＰＣ）法があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００８−５１９５１０号公報
【非特許文献１】S. Vishwanath、 N. Jindal、 and A. Goldsmith、 "Duality、 achievable rates、 and sum-rate capacity of gaussian MIMO broadcast channels"、 IEEE Trans. Inform. Theory、 vol.49、 no.10、 pp.2658-2668、 Oct. 2003
【非特許文献２】M. H. M. Costa、 "Writing on dirty paper"、 IEEE Trans. Inform. Theory、 vol.29、 no.3、 pp.439-441、 May 1983
【非特許文献３】Z. Tu and R. S. Blum、 "Multiuser diversity for a dirty paper approach"、 IEEE Commun. Lett.、 vol.7、 no.8、 pp.370-372、 Aug. 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸ等の方式ではＭＩＭＯ無線通信方式が用いられている。ＭＩＭＯは送信機と受信機の両方、あるいはどちらか片方に複数のアンテナを配置して無線通信することで、送信機と受信機がともにアンテナ１本の場合よりも通信速度を高めることや通信の安定性を向上させる通信方式である。ＭＩＭＯを用いれば、同じ時間、同じ周波数帯を使って、複数の異なる信号で通信することができる。【０００７】
送信機は複数の異なる信号を単一の受信機へ送信するだけでなく、図２の概念図に示すように、複数の受信機へ送信することもできる。これがマルチユーザＭＩＭＯ方式であり、さらなる通信速度の高速化を達成することができる。非特許文献１ではマルチユーザＭＩＭＯで達成し得る通信速度の上限値が理論的に導かれている。マルチユーザＭＩＭＯ方式で理論限界に近い性能を得るには、非特許文献２に記載されているＤＰＣ（Ｄｉｒｔｙ  Ｐａｐｅｒ  Ｃｏｄｉｎｇ）と呼ばれる技術が必要となる。【０００８】
非特許文献３にはチャネル行列をＬＱ分解し、三角行列Ｌに基づいてＤＰＣ符号化することにより、マルチユーザＭＩＭＯ方式を実現するＺＦ−ＤＰＣ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ  ＤＰＣ）法が記載されている。さらに、ＬＱ分解の際にチャネル行列の行の順番を入れ替えることで、性能の向上を図れることが記載されている。【０００９】
特許文献１にはチャネル行列を特異値展開し、ストリームを選択して送信ウェイト行列と受信ウェイト行列を更新し、チャネル行列を送信ウェイト行列に直交するように更新することを繰り返すことで、マルチユーザＭＩＭＯ方式を実現するＣＺＦ−ＤＰＣ（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ＺＦ−ＤＰＣ）法が記載されている。さらに、ＤＰＣの実装方法として、ＴＨＰ（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｃｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を利用できることが記載されている。【００１０】
ＺＦ−ＤＰＣ法では達成し得る通信速度が低く、理論限界の通信速度に及ばないことが知られている。【００１１】
ＣＺＦ−ＤＰＣ法では必要な演算量が大きくなることが知られている。従って、演算のために必要な回路規模が大きくなる。さらに、演算にかかる時間が増えるために、データ送信の要求が発生してから実際にデータ送信するまでの時間、つまり遅延が大きくなる。さらに、受信ウェイト行列は送信機でのみ決定できるため、決定した受信ウェイト行列を受信機に通知する必要があり、プロトコル上のオーバーヘッドが発生してしまう。【００１２】
本発明は、演算量を小さく抑え、プロトコル上のオーバーヘッドを増やすことなしに、理論限界に近い通信速度を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の代表的なものの一例を示せば、以下の通りである。すなわち、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法は、同一周波数帯、同一時間幅を用いて第１の無線通信装置から、Ｎ台の第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方法であって、前記第１の無線通信装置から前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置の間のチャネル行列を推定する第１の手順と、前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信信号ベクトルに乗ずる受信ウェイト行列を決定する第２の手順と、前記受信ウェイト行列とチャネル行列の積によりチャネル行列を更新する第３の手順と、前記更新されたチャネル行列のＬＱ分解によってチャネル行列を下三角行列Ｌとユニタリー行列Ｑに分解する第４の手順と、前記下三角行列Ｌに基づいて送信信号ベクトルをＤＰＣ符号化する第５の手順と、前記符号化された送信信号ベクトルに前記ユニタリー行列Ｑの共役転置行列を乗じて得られる送信信号ベクトルを前記第１の無線通信装置から送信する第６の手順と、前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信した受信信号ベクトルに、前記決定された受信ウェイト行列を乗ずる第７の手順と、前記受信ウェイト行列の乗算により得られた受信信号ベクトルをＤＰＣ復号化する第８の手順とを有して成ることを特徴とする。【００１４】
また、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置は、同一周波数帯、同一時間幅を用いて第１の無線通信装置から、Ｎ台の第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信装置であって、前記第１の無線通信装置は、前記第２−１から第２−Ｎの無線通信装置で受信信号ベクトルに乗ずる受信ウェイト行列を決定する第１の手順と、前記受信ウェイト行列とチャネル行列の積により、チャネル行列を更新する第２の手順と、前記更新されたチャネル行列のＬＱ分解によってチャネル行列を下三角行列Ｌとユニタリー行列Ｑに分解する第３の手順と、前記下三角行列Ｌに基づいて送信信号ベクトルをＤＰＣ符号化する第４の手順と、前記符号化された送信信号ベクトルに前記ユニタリー行列Ｑの共役転置行列を乗じて得られる送信信号ベクトルを前記第第２−１から第２−Ｎの無線通信装置へ送信する第５の手順とを実施する機能ブロックを備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マルチユーザＭＩＭＯ方式において、少ない演算量で高い通信速度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例の通信手順を示す図である。
【図２】マルチユーザＭＩＭＯ無線通信の概念図である。
【図３】受信ウェイト行列の決定手順の一例を示す図である。
【図４】受信ウェイト行列の決定手順の一例を示す図である。
【図５】ＺＦ−ＤＰＣ法に基づいてデータ送信する手順を示す図である。
【図６】本発明による効果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施例の通信手順を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例の通信手順を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施例の通信手順を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施例の無線通信機構成を示す図である。
【図１１】ＺＦ−ＤＰＣ符号化部の詳細構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例の無線通信機構成を示す図である。
【図１３】従来のＺＦ−ＤＰＣ方式の無線通信機構成を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施例の無線通信機構成を示す図である。
【図１５】本発明の第８の実施例の無線通信機構成を示す図である。
【図１６】本発明の第９の実施例の無線通信機構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０１  チャネル行列推定処理ブロック
１０２  受信ウェイト行列決定処理ブロック
１０３  チャネル行列更新処理ブロック
１０４  ＺＦ−ＤＰＣデータ送信処理ブロック
１０５  受信ウェイト行列乗算処理ブロック
１０６  ＤＰＣ復号化処理ブロック
１０７  ＬＱ分解処理ブロック
１０８  ＤＰＣ符号化処理ブロック
１０９  行列乗算処理ブロック
１１０  送信処理ブロック
１１１  特異値展開処理ブロッック
１１２  受信ウェイト代入処理ブロック
１１３  ＱＲ分解処理ブロッック
１１４  受信ウェイト代入処理ブロック
２０１  トレーニング信号送信処理ブロック
２０２  トレーニング信号受信処理ブロック
２０３  チャネル行列推定処理ブロック
２０４  チャネル行列情報送信処理ブロック
２０５  チャネル行列情報受信処理ブロック
２０６  受信ウェイト行列決定処理ブロック
２０７  チャネル行列更新処理ブロック
２０８  ＺＦ−ＤＰＣデータ送信処理ブロック
２０９  データ受信処理ブロック
２１０  受信ウェイト行列乗算処理ブロック
２１１  ＤＰＣ復号化処理ブロック
３０１  送信信号生成部
３０２  ＺＦ−ＤＰＣ符号化部
３０３  信号多重部
３０４  トレーニング信号付加部
３０５  チャネル行列取得部
３０６  受信ウェイト行列生成部
３０７  チャネル行列更新部
３０８  データ復元部
３０９  アナログフロントエンド
３１０  ＬＱ分解部
３１１  ＤＰＣ符号化部
３１２  送信ウェイト行列演算部
３１３  信号分離部
３１４  受信ウェイト行列乗算部
３１５  ＤＰＣ復号化部
３１６  トレーニング信号抽出部
３１７  チャネル行列推定部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式では、チャネル行列に基づいて受信ウェイト行列を決定し、受信ウェイト行列とチャネル行列の積によってチャネル行列を更新し、更新されたチャネル行列に基づいてＺＦ−ＤＰＣ法により送信信号ベクトルを生成して送信し、受信信号ベクトルに受信ウェイト行列を乗じた後に、ＤＰＣ復号化する。【００１９】
受信ウェイト行列を決定する１つの方法は、チャネル行列を特異値分解した際に得られる左特異行列の共役転置行列を受信ウェイト行列とする方法である。【００２０】
本発明では、図２に示す概念図の通り、１台の送信機からＮ台の受信機（受信機１、受信機２、〜受信機Ｎ）へデータを送信するマルチユーザＭＩＭＯ無線通信を想定する。マルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式によるデータの通信方向に従って、各無線通信装置を便宜上、送信機、受信機と呼ぶ。これらの無線通信装置はいずれも送受信の両方の機能を備えた無線通信装置である。マルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式を達成するためにはデータ以外の情報を、時には受信機から送信機へ送信する。送信機は複数本のアンテナを備える。受信機の備えるアンテナ本数は等しい必要は無く、少なくとも１台の受信機が複数本のアンテナを備える。送信機／受信機は、無線ＬＡＮシステムではそれぞれアクセスポイント／ユーザ端末、セルラー移動通信システムではそれぞれ基地局／移動端末に対応するが、これに限るものではない。【００２１】
行列の演算について、以下のように表記する。【００２２】
複数の行列Ａ１、Ａ２、〜Ａｘを列方向に並べてできる行列（数１）を［Ａ１、Ａ２、〜Ａｘ］のように表記する。【００２３】
【数１】
2010049993.tif 000003
【００２４】
複数の行列Ａ１、Ａ２、〜Ａｘを行方向に並べてできる行列（数２）を［Ａ１；Ａ２；〜Ａｘ］のように表記する。【００２５】
【数２】
2010049993.tif 000004
【００２６】
行列Ａの共役転置行列を数３のように表記する。【００２７】
【数３】
2010049993.tif 000005
【００２８】
以下、本発明にかかる実施形態を説明する。尚、参照符号末尾のｔは送信機、ｒは受信機の処理を表すものとする。
【実施例１】
【００２９】
図１は第１の実施例であり、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式における手順を示している。【００３０】
本手順では、ブロック１０１でチャネル行列を推定し、ブロック１０２でチャネル行列に基づいて受信ウェイト行列を決定し、ブロック１０３で受信ウェイト行列とチャネル行列の積によってチャネル行列を更新し、ブロック１０４で更新済みのチャネル行列に基づいてＺＦ−ＤＰＣ法により送信信号ベクトルを生成して送信し、ブロック１０５で受信信号ベクトルに受信ウェイト行列を乗じて変換した後、ブロック１０６でＤＰＣ復号化する。【００３１】
チャネル行列とは送信機の各アンテナから受信機の各アンテナへ無線信号が伝搬する際の複素利得を表すものである。送信機のアンテナ１、２、〜ｍから送信される信号ｘ１、ｘ２、〜ｘｍを成分とした送信信号ベクトルｘ＝［ｘ１；ｘ２；〜ｘｍ］と、受信機のアンテナ１、２、〜ｎで受信される信号ｙ１、ｙ２、〜ｙｎを成分とした受信信号ベクトルｙ＝［ｙ１；ｙ２；〜ｙｎ］の間の関係をチャネル行列Ｈで数４のように表すことができる。（ノイズは式から省いてある。）【００３２】
【数４】
2010049993.tif 000006
【００３３】
チャネル行列を推定するには、送信機と受信機の間で取り決めた既知信号を送信して信号の振幅と位相の変化を検出すればよい。この既知信号をトレーニング信号と呼ぶ。【００３４】
送信機とＮ台の受信機の間のチャネル行列を推定するため、Ｎ個のチャネル行列Ｈｉ（ｉ＝受信機番号、１〜Ｎ）がブロック１０１で得られる。ブロック１０２では、得られたチャネル行列Ｈｉに基づいて、受信機ｉで受信信号ベクトルに乗じる受信ウェイト行列Ｒｉを決定する。ブロック１０３では受信ウェイト行列Ｒｉとチャネル行列Ｈｉの積Ｒｉ×Ｈｉを演算し、その結果でチャネル行列Ｈｉを更新する。ブロック１０４では得られたチャネル行列Ｈｉを行方向に並べた全受信機へのチャネル行列Ｈ’＝［Ｈ１；Ｈ２；〜ＨＮ］（数５）に基づいてＺＦ−ＤＰＣ法の手法で送信信号ベクトルを処理して送信する。【００３５】
【数５】
2010049993.tif 000007
【００３６】
ブロック１０５では受信機ｉの受信信号ベクトルに受信ウェイト行列Ｒｉを乗じる。受信信号ベクトルは受信アンテナと同数の成分を持つベクトルｙｉ＝［ｙｉ１；ｙｉ２；〜ｙｉｎ］となるので、ブロック１０５で得られる信号はＲｉ×ｙｉとなる。この信号をブロック１０６でＤＰＣ復号化する。【００３７】
ブロック１０４は送信機、ブロック１０５と１０６は受信機で実施する必要があるが、ブロック１０１、１０２、１０３は送信機と受信機のいずれで実施されても構わない。【００３８】
図３はブロック１０２の受信ウェイト行列Ｒｉの決定方法の一例を示す手順である。ブロック１１１でチャネル行列Ｈｉの特異値展開を求めている。特異値展開は、数６に示されるように、行列Ｈから３つの行列Ｕ、Σ、Ｖを求める演算である。【００３９】
【数６】
2010049993.tif 000008
【００４０】
ここでＵとＶはユニタリー行列、Σは対角成分のみが非０となる行列である。本発明ではＵを左特異行列、Ｖを右特異行列と呼ぶ。ブロック１１２で特異値展開によって得られた左特異行列の共役転置行列を、受信ウェイト行列として設定する。【００４１】
図４はブロック１０２の受信ウェイト行列Ｒｉの決定方法のもう一つの例を示す手順である。ブロック１１３でチャネル行列Ｈｉとその共役転置行列の積であるＨｉ×ＨｉＨのＱＲ分解を求めている。ＱＲ分解は，数７に示されるように，行列Ａから２つの行列Ｑ’，Ｒ’を求める演算である。【００４２】
【数７】
2010049993.tif 000009
【００４３】
ここでＱ’はユニタリー行列，Ｒ’は上三角行列である。上三角行列Ｒ’は受信ウェイト行列Ｒとは異なる行列である。ブロック１１４でＱＲ分解によって得られたユニタリー行列Ｑ’の共役転置行列を，受信ウェイト行列として設定する。【００４４】
図５はブロック１０４のＺＦ−ＤＰＣの手順である。これは非特許文献３に記載されている方法である。ブロック１０７で数５に表される全受信機へのチャネル行列Ｈ’＝［Ｈ１；Ｈ２；〜ＨＮ］のＬＱ分解を求める。ＬＱ分解は、数８に示されるように行列Ｈ’から２つの行列Ｌ、Ｑを求める演算である。【００４５】
【数８】
2010049993.tif 000010
【００４６】
ここでＬは下三角行列、Ｑはユニタリー行列である。ブロック１０８で下三角行列Ｌに基づいて送信信号ベクトルをＤＰＣ符号化する。ブロック１０９でユニタリー行列Ｑの共役転置行列ＱＨをＤＰＣ符号化された信号ベクトルに乗じ、得られた信号ベクトルをブロック１１０で送信する。ブロック１０８でＤＰＣ符号化された信号ベクトルは送信アンテナと同数の成分を持つベクトルｘ＝［ｘ１；ｘ２；〜ｘｍ］となるので、ブロック１１０で得られる信号ベクトルはＱＨ×ｘとなる。【００４７】
非特許文献３には、ブロック１０７で実施するＬＱ分解の際に、チャネル行列Ｈの行を入れ替えながら演算して性能向上を図る方法（Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズム）が記載されており、本発明でもＧｒｅｅｄｙアルゴリズムを用いることが有効である。Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムは、ＺＦ−ＤＰＣにおいって全受信機へのチャネル行列の各行成分の絶対値２乗和の大きい順に信号を割り当てる。つまり受信信号の利得の大きい順に割り当てることになる。従って、本発明のように受信ウェイト行列を予め決定してチャネル行列に乗じておくと、信号の実効利得を変化させることができるため、高い通信速度が得られるように調整することができる。前記のようにチャネル行列を特異値展開して左特異行列の共役転置行列を受信ウェイト行列とする方法や，チャネル行列とその共役転置行列のＱＲ分解で得られるユニタリー行列の共役転置行列を受信ウェイト行列とする方法はその例である。この場合、受信信号を受信ウェイト行列で合成することで，実効利得の大きな信号が生成されるため、Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムで信号が割り当てられる際により大きな利得が得られる。【００４８】
特許文献１には、ブロック１０８で実施するＤＰＣ符号化としてＴＨＰを利用できることが記載されており、本発明でもＴＨＰを用いてＤＰＣ符号化することができる。【００４９】
図６は本発明の効果を示すグラフである。アンテナ数４の送信機と、アンテナ数３の受信機３台の間でのマルチユーザＭＩＭＯ無線通信を想定した。受信機での平均ＳＮＲは一律で０ｄＢとし、送受信機間の伝搬路はｉ．ｉ．ｄ．レーリーフェージングチャネルとした。チャネル行列を乱数によって１０００個発生させるモンテカルロ法によって，伝送容量の確率分布を求めている。グラフの横軸は達成可能な伝送容量、縦軸は相補累積確率である。本発明によれば、ＺＦ−ＤＰＣより高く、ＣＺＦ−ＤＰＣに近い伝送容量を達成できる。理論上限の伝送容量はさらに高くなっているが、並列送信信号の送信電力制御を併用すれば、より理論上限に近い伝送容量を達成することが可能である。【００５０】
本発明は演算量の低減にも効果がある。ＭＩＭＯ無線通信を実施するにあたり、特異値展開が最も演算量の大きな処理になる。ＣＺＦ−ＤＰＣでは特異値展開を（受信機数）×（並列伝送数）回実施する必要があるのに対し、本発明方式では，図３の特異値展開による受信ウェイト行列決定法を用いれば（受信機数）回の実施で済み，図４のＱＲ分解による受信ウェイト行列決定法を用いれば特異値展開を実施することが無い。図６の条件では、受信機数は３であり、並列伝送数は送信アンテナ数に等しく４となる。従って、ＣＺＦ−ＤＰＣでは１２回の特異値展開が必要であるが、本発明の特異値展開による受信ウェイト決定では３回の特異値展開で済み，ＱＲ分解による受信ウェイト決定では０回となる。このように、演算量を大きく低減させることができる。【００５１】
図４のＱＲ分解による受信ウェイト行列決定の際には，前記のＧｒｅｅｄｙアルゴリズムと同様に，上三角行列Ｒ’の対角成分が左上から大きい順に並ぶように，行列Ｈｉ×ＨｉＨの列を入れ替えながら演算すると効果が大きい。【００５２】
受信ウェイト行列決定方法を受信機１から受信機Ｎの全てで同じにする必要は無い。例えば，特異値展開により受信ウェイト行列を決定する受信機と，ＱＲ分解により受信ウェイト行列を決定する受信機が混在しても良い。【００５３】
受信ウェイト行列の決定方法は図３，４に示した以外の方法でも良い。例えば，図４でＱＲ分解する際に行列Ｈｉ×ＨｉＨではなくチャネル行列ＨｉそのものをＱＲ分解しても良い。
【実施例２】
【００５４】
図７は第２の実施例であり、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式における送信機と受信機、それぞれでの手順を示している。【００５５】
送信機はブロック２０１ｔでチャネル行列推定用のトレーニング信号を送信する。受信機ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）はブロック２０２ｒでトレーニング信号を受信し、それを基にブロック２０３ｒでチャネル行列Ｈｉを推定し、ブロック２０４ｒでチャネル行列情報を送信機に向けて送信する。受信機ｉから送信されたチャネル行列情報を、送信機はブロック２０５ｔで受信する。チャネル行列情報はＮ台の受信機から送信されてくるため、それに応じてブロック２０５ｔで複数のチャネル行列情報を受信することになる。送信機は得られたチャネル行列Ｈｉに基づいてブロック２０６ｔで受信ウェイト行列Ｒｉを決定する。送信機はブロック２０７ｔで受信ウェイト行列Ｒｉとチャネル行列Ｈｉの積を計算し、その結果でチャネル行列Ｈｉを更新する。送信機は更新されたチャネル行列Ｈｉに基づいてブロック２０８ｔでＺＦ−ＤＰＣの手法でデータを送信する。ブロック２０８ｔではデータにトレーニング信号を付加して送信してもよい。受信機ｉはブロック２０９ｒで受信する。受信機はブロック２０６ｒで受信ウェイト行列Ｒｉを決定し、ブロック２１０ｒで受信信号に受信ウェイト行列Ｒｉを乗じ、ブロック２１１ｒでＤＰＣ復号化する。【００５６】
本実施例は、実施例１においてブロック１０１のチャネル行列の推定を受信機で実施し、ブロック１０２の受信ウェイト行列の決定とブロック１０３のチャネル行列の更新を送信機で実施する場合の手順となっている。【００５７】
ブロック２０３ｒで得たチャネル行列、あるいはブロック２０９ｒで受信した際に新たに推定したチャネル行列Ｈｉを基に、ブロック２０６ｒで受信ウェイト行列Ｒｉを決定することができる。これが可能なのは、受信機ｉの受信ウェイト行列Ｒｉを、当該受信機ｉでのチャネル行列Ｈｉのみで決定できるからである。例えば、ＣＺＦ−ＤＰＣでも受信信号に受信ウェイト行列を乗ずるが、受信機ｉの受信ウェイト行列Ｒｉを決定するために全チャネル行列Ｈ１、Ｈ２、〜ＨＮを知る必要があるため、本発明と同様に受信機で受信ウェイト行列を決定することはできない。そのため、ＣＺＦ−ＤＰＣでは送信機が全受信機に対して受信ウェイト行列の情報を送信する必要があってプロトコル上のオーバーヘッドが大きくなるが、本発明ではその問題が解決されている。本発明において、受信ウェイト行列の決定に当該受信機以外でのチャネル行列も利用する場合には、手順が１つ増えてしまうが、ブロック２０６ｔで決定した受信ウェイト行列の情報を送信機が受信機に予め送信して通知しておけばよい。【００５８】
ブロック２０３ｒで得たチャネル行列Ｈｉを基に受信ウェイト行列Ｒｉを決定する場合には、ブロック２０９ｒよりも前にブロック２０６ｒを配置して、データ受信に先立って受信ウェイト行列Ｒｉを決定することもできる。
【実施例３】
【００５９】
図８は第３の実施例であり、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式における送信機と受信機、それぞれでの手順を示している。【００６０】
送信機はブロック２０１ｔでチャネル行列推定用のトレーニング信号を送信する。受信機ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）はブロック２０２ｒでトレーニング信号を受信し、それを基にブロック２０３ｒでチャネル行列Ｈｉを推定し、得られたチャネル行列Ｈｉに基づいてブロック２０６ｒで受信ウェイト行列Ｒｉを決定する。ブロック２０７ｒで受信ウェイト行列Ｒｉとチャネル行列Ｈｉの積を計算し、その結果でチャネル行列Ｈｉを更新する。ブロック２０４ｒで更新されたチャネル行列情報を送信機に向けて送信する。受信機ｉから送信されたチャネル行列情報を、送信機はブロック２０５ｔで受信する。チャネル行列情報はＮ台の受信機から送信されてくるため、それに応じてブロック２０５ｔで複数のチャネル行列情報を受信することになる。送信機はブロック２０８ｔで更新されたチャネル行列Ｈｉに基づいてＺＦ−ＤＰＣの手法でデータを送信する。ブロック２０８ｔではデータにトレーニング信号を付加して送信してもよい。受信機ｉはブロック２０９ｒで受信する。ブロック２１０ｒで受信信号に受信ウェイト行列Ｒｉを乗じ、ブロック２１１ｒでＤＰＣ復号化する。【００６１】
本実施例は、実施例１においてブロック１０１のチャネル行列の推定、ブロック１０２の受信ウェイト行列の決定とブロック１０３のチャネル行列の更新を受信機で実施する場合の手順となっている。【００６２】
ブロック２１０ｒで乗じる受信ウェイト行列Ｒｉは、ブロック２０６ｒで決定した受信ウェイト行列でもよく、あるいはブロック２０９ｒでデータ受信した際に新たにチャネル行列推定し、そのチャネル行列を基に算出し直した受信ウェイト行列でもよい。受信ウェイト行列を受信機で決定することができるため、プロトコル上のオーバーヘッドが発生させずに済むのは、実施例２の説明に記載した通りである。【００６３】
実施例２と異なるのは、チャネル行列の更新が送信機ではなく受信機のブロック２０７ｒで行われることである。そのため、送信機では受信ウェイト行列についての処理が不要となり、送信機での手順は従来のＺＦ−ＤＰＣ方式と同じになる。従って本実施例によれば、送信機では従来のＺＦ−ＤＰＣ方式の手順を変更することなく、受信機のみを本発明の手順に変更することで本発明の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００６４】
図９は第４の実施例であり、本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式における送信機と受信機、それぞれでの手順を示している。【００６５】
受信機ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）はブロック２０１ｒでチャネル行列推定用のトレーニング信号を送信する。送信機はブロック２０２ｔでトレーニング信号を受信し、それを基にブロック２０３ｔでチャネル行列Ｈｉを推定する。トレーニング信号はＮ台の受信機から送信されてくるため、それに応じてブロック２０２ｔで複数のトレーニング信号を受信することになる。送信機は得られたチャネル行列Ｈｉに基づいてブロック２０６ｔで受信ウェイト行列Ｒｉを決定する。送信機はブロック２０７ｔで受信ウェイト行列Ｒｉとチャネル行列Ｈｉの積を計算し、その結果でチャネル行列Ｈｉを更新する。送信機は更新されたチャネル行列Ｈｉに基づいてブロック２０８ｔでＺＦ−ＤＰＣの手法でデータを送信する。ブロック２０８ｔではデータにトレーニング信号を付加して送信してもよい。受信機ｉはブロック２０９ｒで受信する。通常、データ送信の際にはトレーニング信号も付加されているため、受信機ｉは受信したトレーニング信号に基づいてブロック２０３ｒでチャネル行列Ｈｉを推定できる。チャネル行列Ｈｉを基にブロック２０６ｒで受信ウェイト行列を決定し、ブロック２１０ｒで受信信号に受信ウェイト行列を乗ずる。得られた信号をブロック２１１ｒでＤＰＣ復号化する。【００６６】
本実施例は、実施例１においてブロック１０１のチャネル行列の推定、ブロック１０２の受信ウェイト行列の決定とブロック１０３のチャネル行列の更新を送信機で実施する場合の手順となっている。【００６７】
本実施例では、送信機から受信機への伝搬のチャネル行列と、受信機から送信機への伝搬のチャネル行列の間の双対性を利用して、送信機でチャネル行列を推定する。実施例２、３では、データ送信前に送信機から受信機へのトレーニング信号の送信と、受信機から送信機へのチャネル行列の送信の、２種類の通信が必要となっていた。それに比べ、本実施例では受信機から送信機へのトレーニング信号の送信だけで済ませることができるため、プロトコル上のオーバーヘッドを低減することができる。また、受信ウェイト行列を受信機で決定することができるため、プロトコル上のオーバーヘッドが発生させずに済むのは、実施例３の説明に記載した通りである。
【実施例５】
【００６８】
図１０は第５の実施例であり、実施例２に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する送信機の構成を示している。【００６９】
送信データは送信信号生成部３０１ｔで送信信号に変換された後、ＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔでＺＦ−ＤＰＣ符号化が施される。その後信号多重部３０３ｔで多重化され、トレーニング信号付加部３０４ｔでトレーニング信号が付加され、アナログフロントエンド３０９ｔへ入力されて送信される。受信信号はアナログフロントエンド３０９ｔからデータ復元部３０８ｔとチャネル行列取得部３０５ｔに入力される。データ復元部３０８ｔから受信データが得られる。チャネル行列取得部３０５ｔではトレーニング信号の受信等によりチャネル行列を推定し、受信ウェイト行列生成部３０６ｔで受信ウェイト行列を決定する。その結果からチャネル行列更新部３０７ｔでチャネル行列が更新され、ＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔへ入力される。【００７０】
送信信号生成部３０１ｔには通信方式に応じてスクランブラ、誤り訂正符号化部、ＱＡＭマッパ、送信パワー制御部などが含まれる。また、出力される信号はマルチユーザＭＩＭＯ無線通信における並列送信数の成分を持つ信号ベクトルとなっている。【００７１】
信号多重部３０３ｔは、ＯＦＤＭ方式のような多重通信方式の際に必要である。ＯＦＤＭ方式の場合には信号多重部３０３ｔで逆離散フーリエ変換が実施される。シングルキャリア伝送など信号多重の必要が無い場合には信号多重部３０３ｔも不要である。【００７２】
トレーニング信号付加部３０４ｔはアナログフロントエンド３０９ｔの直前に配置されているが、トレーニング信号付加部３０４ｔの配置場所については特に制限はない。信号多重部３０３ｔの前やＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔの前に配置しても良い。【００７３】
アナログフロントエンド３０９ｔは信号と電波を相互に変換して送受信するものであり、アンテナ、フィルタ、信号増幅器、アップ／ダウンコンバータ、直交変調／復調器、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などを含む。【００７４】
データ復元部３０８ｔは受信機から送信機へ送信されたデータを復元するためのものであり通信方式に応じて、ＯＦＤＭ分離部（離散フーリエ変換）、ＭＩＭＯ受信ウェイト行列乗算部、ＱＡＭデマッパ、誤り訂正復号化部、デスクランブラなどを含む。【００７５】
図１１はＺＦ−ＤＰＣ符号化部の詳細構成を示す図である。チャネル行列がＬＱ分解部３１０ｔに入力され、下三角行列ＬがＤＰＣ符号化部３１１ｔ、ユニタリー行列Ｑが送信ウェイト行列乗算部３１２ｔに入力される。ＤＰＣ符号化部３１１ｔでは下三角行列Ｌに基づいて送信信号がＤＰＣ符号化され、送信ウェイト行列乗算部３１２ｔへ入力される。送信ウェイト行列乗算部３１２ｔはＤＰＣ符号化された信号にユニタリー行列Ｑの共役転置行列を乗じて出力する。ＤＰＣ符号化部３１１ｔではＴＨＰを利用して符号化することができる。【００７６】
以下で、実施例２の送信機の手順と照らし合わせる。トレーニング付加部３０４ｔで付加されたトレーニング信号をアナログフロントエンド３０９ｔから送信することで、ブロック２０１ｔのトレーニング信号送信が実施される。アナログフロントエンド３０９ｔで受信された信号からチャネル行列取得部３０５ｔでチャネル行列を取得することで、ブロック２０５ｔのチャネル行列の受信が実施される。受信ウェイト行列生成部３０６ｔとチャネル行列更新部３０７ｔで、それぞれブロック２０６ｔの受信ウェイト行列の決定とブロック２０７ｔのチャネル行列の更新が実施される。ＺＦ−ＤＰＣ符号化３０２ｔで処理された信号をアナログフロントエンド３０９ｔから送信することで、ブロック２０８ｔのデータ送信が実施される。このように、実施例２に記載の送信手順を実施することができる。
【実施例６】
【００７７】
図１２は第６の実施例であり、実施例２に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する受信機の構成を示している。【００７８】
送信データは送信信号生成部３０１ｒで送信信号に変換された後、アナログフロントエンド３０９ｒで送信される。受信信号はアナログフロントエンド３０９ｒから信号分離部３１３ｒとトレーニング信号抽出部３１６ｒに入力される。信号分離部では多重された信号が分離されて、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒに入力される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒでは受信ウェイト行列生成部３０６ｒから得られる受信ウェイト行列を受信信号に乗じ、その結果がＤＰＣ復号化部３１５ｒで復号化されて、データ復元部３０８ｒから受信データが得られる。トレーニング信号抽出部３１６ｒでは受信信号からトレーニング信号を抽出し、その結果をもとにチャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を取得し、受信ウェイト行列生成部３０６ｒに入力する。受信ウェイト行列生成部３０６ｒではチャネル行列から受信ウェイト行列を算出し、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒへ入力する。チャネル行列推定部３１７ｒで取得されたチャネル行列は送信信号生成部３０１ｒにも入力され、送信機への送信に使われる。【００７９】
送信信号生成部３０１ｒには通信方式に応じてスクランブラ、誤り訂正符号化部、ＱＡＭマッパ、送信パワー制御部、ＭＩＭＯ送信ウェイト乗算部、ＯＦＤＭ多重部（逆離散フーリエ変換）などを含む。【００８０】
信号分離部３１３ｒは、ＯＦＤＭ方式のような多重通信方式の際に必要である。ＯＦＤＭ方式の場合には信号分離部３１３ｒで離散フーリエ変換が実施される。シングルキャリア伝送など信号多重の必要が無い場合には信号分離部３１３ｒも不要である。【００８１】
ＤＰＣ復号化部３１５ｒではＤＰＣ符号化に対応した復号化処理が行われる。特に、ＤＰＣ符号化にＴＨＰを利用した場合には、ＤＰＣ復号化部３１５ｒでは剰余演算が行われる。【００８２】
データ復元部３０８ｒには通信方式に応じてＱＡＭデマッパ、誤り訂正復号化部、デスクランブラなどが含まれる。【００８３】
アナログフロントエンド３０９ｒは信号と電波を相互に変換して送受信するものであり、アンテナ、フィルタ、信号増幅器、アップ／ダウンコンバータ、直交変調／復調器、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などを含む。【００８４】
以下で、実施例２の受信機の手順と照らし合わせる。アナログフロントエンド３０９ｒで受信された信号からトレーニング信号抽出部３１６ｒでトレーニング信号を抽出し、チャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を推定することで、ブロック２０２ｒのトレーニング信号受信とブロック２０３ｒのチャネル行列の推定が実施される。送信信号生成部３０１ｒでチャネル行列情報を信号に変換し、アナログフロントエンド３０９ｒから送信することで、ブロック２０４ｒのチャネル行列の送信が実施される。アナログフロントエンド３０９ｒで信号を受信することでブロック２０９ｒのデータ受信が実施される。受信ウェイト行列３０６ｒでブロック２０６ｒの受信ウェイト行列の決定が実施される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒとＤＰＣ復号化部３１５ｒで、それぞれブロック２１０ｒの受信ウェイト行列の乗算とブロック２１１ｒのＤＰＣ復号化が実施される。このように、実施例２に記載の受信手順を実施することができる。
【実施例７】
【００８５】
図１４は第７の実施例であり、実施例３に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する受信機の構成を示している。【００８６】
送信データは送信信号生成部３０１ｒで送信信号に変換された後、アナログフロントエンド３０９ｒで送信される。受信信号はアナログフロントエンド３０９ｒから信号分離部３１３ｒとトレーニング信号抽出部３１６ｒに入力される。信号分離部３１３ｒでは多重された信号が分離されて、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒに入力される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒでは受信ウェイト行列生成部３０６ｒから得られる受信ウェイト行列を受信信号に乗じ、その結果がＤＰＣ復号化部３１５ｒで復号化されて、データ復元部３０８ｒから受信データが得られる。トレーニング信号抽出部３１６ｒでは受信信号からトレーニング信号を抽出し、その結果をもとにチャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を取得し、受信ウェイト行列生成部３０６ｒに入力する。受信ウェイト行列生成部３０６ｒではチャネル行列から受信ウェイト行列を算出し、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒとチャネル行列更新部３０７ｒへ入力する。チャネル行列更新部３０７ｒでは入力された受信ウェイト行列を使ってチャネル行列を更新し、送信信号生成部３０１ｒに入力して送信機へ送信する。【００８７】
送信信号生成部３０１ｒには通信方式に応じてスクランブラ、誤り訂正符号化部、ＱＡＭマッパ、送信パワー制御部、ＭＩＭＯ送信ウェイト乗算部、ＯＦＤＭ多重部（逆離散フーリエ変換）などを含む。【００８８】
信号分離部３１３ｒは、ＯＦＤＭ方式のような多重通信方式の際に必要である。ＯＦＤＭ方式の場合には信号分離部３１３ｒで離散フーリエ変換が実施される。シングルキャリア伝送など信号多重の必要が無い場合には信号分離部３１３ｒも不要である。【００８９】
ＤＰＣ復号化部３１５ｒではＤＰＣ符号化に対応した復号化処理が行われる。特に、ＤＰＣ符号化にＴＨＰを利用した場合には、ＤＰＣ復号化部３１５ｒでは剰余演算が行われる。【００９０】
データ復元部３０８ｒには通信方式に応じてＱＡＭデマッパ、誤り訂正復号化部、デスクランブラなどが含まれる。【００９１】
アナログフロントエンド３０９ｒは信号と電波を相互に変換して送受信するものであり、アンテナ、フィルタ、信号増幅器、アップ／ダウンコンバータ、直交変調／復調器、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などを含む。【００９２】
以下で、実施例３の受信機の手順と照らし合わせる。アナログフロントエンド３０９ｒで受信された信号からトレーニング信号抽出部３１６ｒでトレーニング信号を抽出し、チャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を推定することで、ブロック２０２ｒのトレーニング信号受信とブロック２０３ｒのチャネル行列の推定が実施される。受信ウェイト行列生成部３０６ｒとチャネル行列更新部３０７ｒで、それぞれブロック２０６ｒの受信ウェイト行列の決定とブロック２０７ｒチャネル行列の更新が実施される。送信信号生成部３０１ｒでチャネル行列情報を信号に変換し、アナログフロントエンド３０９ｒから送信することで、ブロック２０４ｒのチャネル行列の送信が実施される。アナログフロントエンド３０９ｒで信号を受信することでブロック２０９ｒのデータ受信が実施される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒとＤＰＣ復号化部３１５ｒで、それぞれブロック２１０ｒの受信ウェイト行列の乗算とブロック２１１ｒのＤＰＣ復号化が実施される。このように、実施例３に記載の受信手順を実施することができる。【００９３】
図１３は実施例３に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する送信機の構成を示している。この構成は従来のＺＦ−ＤＰＣ方式の送信機と同じ構成となり、受信機だけ本実施例に記載の構成に変更すれば、本発明の効果を得ることができる。
【実施例８】
【００９４】
図１５は第８の実施例であり、実施例４に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する送信機の構成を示している。【００９５】
送信データは送信信号生成部３０１ｔで送信信号に変換された後、ＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔでＺＦ−ＤＰＣ符号化が施される。その後信号多重部３０３ｔで多重化され、トレーニング信号付加部３０４ｔでトレーニング信号が付加され、アナログフロントエンド３０９ｔへ入力されて送信される。受信信号はアナログフロントエンド３０９ｔからデータ復元部３０８ｔとトレーニンフ信号抽出部３１６ｔに入力される。データ復元部３０８ｔから受信データが得られる。トレーニング信号抽出部３１６ｔでは受信信号からトレーニング信号を抽出し、その結果をもとにチャネル行列推定部３１７ｔでチャネル行列を取得し、受信ウェイト行列生成部３０６ｔに入力する。受信ウェイト行列生成部３０６ｔではチャネル行列から受信ウェイト行列を算出し、チャネル行列更新部３０７ｔへ入力し、チャネル行列更新部３０７ｔでチャネル行列が更新され、ＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔへ入力される。【００９６】
送信信号生成部３０１ｔには通信方式に応じてスクランブラ、誤り訂正符号化部、ＱＡＭマッパ、送信パワー制御部などが含まれる。また、出力される信号はマルチユーザＭＩＭＯ無線通信における並列送信数の成分を持つ信号ベクトルとなっている。【００９７】
信号多重部３０３ｔは、ＯＦＤＭ方式のような多重通信方式の際に必要である。ＯＦＤＭ方式の場合には信号多重部３０３ｔで逆離散フーリエ変換が実施される。シングルキャリア伝送など信号多重の必要が無い場合には信号多重部３０３ｔも不要である。【００９８】
トレーニング信号付加部３０４ｔはアナログフロントエンド３０９ｔの直前に配置されているが、トレーニング信号付加部３０４ｔの配置場所については特に制限はない。信号多重部３０３ｔの前やＺＦ−ＤＰＣ符号化部３０２ｔの前に配置しても良い。【００９９】
アナログフロントエンド３０９ｔは信号と電波を相互に変換して送受信するものであり、アンテナ、フィルタ、信号増幅器、アップ／ダウンコンバータ、直交変調／復調器、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などを含む。【０１００】
データ復元部３０８ｔは受信機から送信機へ送信されたデータを復元するためのものであり通信方式に応じて、ＯＦＤＭ分離部（離散フーリエ変換）、ＭＩＭＯ受信ウェイト行列乗算部、ＱＡＭデマッパ、誤り訂正復号化部、デスクランブラなどを含む。【０１０１】
以下で、実施例４の送信機の手順と照らし合わせる。アナログフロントエンド３０９ｔで受信された信号からトレーニング信号抽出部３１６ｔでトレーニング信号を抽出し、チャネル行列推定部３１７ｔでチャネル行列を推定することで、ブロック２０２ｔのトレーニング信号受信とブロック２０３ｔのチャネル行列の推定が実施される。受信ウェイト行列生成部３０６ｔとチャネル行列更新部３０７ｔで、それぞれブロック２０６ｔの受信ウェイト行列の決定とブロック２０７ｔのチャネル行列の更新が実施される。ＺＦ−ＤＰＣ符号化３０２ｔで処理された信号をアナログフロントエンド３０９ｔから送信することで、ブロック２０８ｔのデータ送信が実施される。トレーニング付加部３０４ｔでは、受信機でチャネル行列を推定できるようにデータ送信時にトレーニング信号を付加するものである。このように、実施例４に記載の送信手順を実施することができる。
【実施例９】
【０１０２】
図１６は第９の実施例であり、実施例４に記載の手順で本発明のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信方式により通信する受信機の構成を示している。【０１０３】
送信データは送信信号生成部３０１ｒで送信信号に変換された後、トレーニング信号付加部３０４ｒでトレーニング信号を付加されて、アナログフロントエンド３０９ｒで送信される。受信信号はアナログフロントエンド３０９ｒから信号分離部３１３ｒとトレーニング信号抽出部３１６ｒに入力される。信号分離部では多重された信号が分離されて、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒに入力される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒでは受信ウェイト行列生成部３０６ｒから得られる受信ウェイト行列を受信信号に乗じ、その結果がＤＰＣ復号化部３１５ｒで復号化されて、データ復元部３０８ｒから受信データが得られる。トレーニング信号抽出部３１６ｒでは受信信号からトレーニング信号を抽出し、その結果をもとにチャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を取得し、受信ウェイト行列生成部３０６ｒに入力する。受信ウェイト行列生成部３０６ｒではチャネル行列から受信ウェイト行列を算出し、受信ウェイト行列乗算部３１４ｒへ入力する。【０１０４】
送信信号生成部３０１ｒには通信方式に応じてスクランブラ、誤り訂正符号化部、ＱＡＭマッパ、送信パワー制御部、ＭＩＭＯ送信ウェイト乗算部、ＯＦＤＭ多重部（逆離散フーリエ変換）などを含む。【０１０５】
信号分離部３１３ｒは、ＯＦＤＭ方式のような多重通信方式の際に必要である。ＯＦＤＭ方式の場合には信号分離部３１３ｒで離散フーリエ変換が実施される。シングルキャリア伝送など信号多重の必要が無い場合には信号分離部３１３ｒも不要である。【０１０６】
ＤＰＣ復号化部３１５ｒではＤＰＣ符号化に対応した復号化処理が行われる。特に、ＤＰＣ符号化にＴＨＰを利用した場合には、ＤＰＣ復号化部３１５ｒでは剰余演算が行われる。【０１０７】
データ復元部３０８ｒには通信方式に応じてＱＡＭデマッパ、誤り訂正復号化部、デスクランブラなどが含まれる。【０１０８】
アナログフロントエンド３０９ｒは信号と電波を相互に変換して送受信するものであり、アンテナ、フィルタ、信号増幅器、アップ／ダウンコンバータ、直交変調／復調器、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などを含む。【０１０９】
以下で、実施例４の受信機の手順と照らし合わせる。トレーニング付加部３０４ｒで付加されたトレーニング信号をアナログフロントエンド３０９ｒから送信することで、ブロック２０１ｒのトレーニング信号送信が実施される。アナログフロントエンド３０９ｒで信号を受信することでブロック２０９ｒのデータ受信が実施される。トレーニング信号抽出部３１６ｒでトレーニング信号を抽出し、チャネル行列推定部３１７ｒでチャネル行列を推定することで、ブロック２０３ｒのチャネル行列の推定が実施される。受信ウェイト行列３０６ｒでブロック２０６ｒの受信ウェイト行列の決定が実施される。受信ウェイト行列乗算部３１４ｒとＤＰＣ復号化部３１５ｒで、それぞれブロック２１０ｒの受信ウェイト行列の乗算とブロック２１１ｒのＤＰＣ復号化が実施される。このように、実施例４に記載の受信手順を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明によれば、マルチユーザＭＩＭＯ方式にかかる演算量を少なくすることができる。これによって、回路規模を低減することと、データ送信までの遅延を短くすることができる。【０１１１】
また、理論限界に近い通信速度の達成が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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