(57)【要約】  伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる無線送信装置。この装置は、複数のストリームを無線受信装置へ送信する無線送信装置（１００）であって、時間／空間割当決定部（１０７）は、検出マルチパス数と無線受信装置の受信アンテナポート数と複数のストリームの所望誤り率とに基づいて算出される所望マルチパス数と、受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定し、ストリーム分割処理部（１０９）は、送信データを空間多重ストリーム数の複数のストリームに分割し、送信ウェイト算出部（１０８）は、所望マルチパス数、空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出し、時間プレコーディング処理部（１１０３）および空間プレコーディング処理部（１１１）は、送信ウェイトを用いて複数のストリームにプレコーディングを施す。
2010098078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のストリームを無線受信装置へ送信する無線送信装置であって、
検出マルチパス数と前記無線受信装置の受信アンテナポート数と前記複数のストリームの所望誤り率とに基づいて算出される所望マルチパス数と、前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定する決定手段と、
送信データを前記空間多重ストリーム数の前記複数のストリームに分割する分割手段と、
前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出する算出手段と、
前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すプレコーディング手段と、
を具備する無線送信装置。
【請求項２】
前記決定手段は、ＱＰＳＫ通信における前記所望誤り率に基づいて算出される前記所望マルチパス数に基づいて、前記空間多重ストリーム数を決定する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記複数のストリームが前記所望マルチパス数のマルチパスで前記無線受信装置に受信される前記送信ウェイトを算出する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記算出手段は、時間軸のウェイトと空間軸のウェイトとから構成される行列によって表される前記送信ウェイトを算出する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項５】
検出マルチパス数と受信アンテナポート数と複数のストリームの所望誤り率とに基づいて所望マルチパス数を算出し、
前記所望マルチパス数と前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定し、
送信データを前記空間多重ストリーム数の複数のストリームに分割し、
前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出し、
前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施す、
プレコーディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置およびプレコーディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量データ通信を可能にする技術として、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムが注目されている。ＭＩＭＯシステムでは、無線送信装置は、複数の送信アンテナポートからそれぞれ送信データ（ストリーム）を空間多重して送信し、無線受信装置は、伝搬路上で複数の送信データが混ざり合った受信データを元の送信データに空間分離して受信する（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
ＭＩＭＯシステムにおいて、送信アンテナポート数をＮｔｘとし、受信アンテナポート数をＮｒｘとする場合、多重可能なストリーム数は、次式（１）で得られる。
【数１】
2010098078.tif 000003
【０００４】
ここで、関数ｍｉｎ（ｘ，ｙ）は、ｘおよびｙのうち小さい値を返す関数である。すなわち、多重可能なストリーム数は、送信アンテナポート数Ｎｔｘおよび受信アンテナポート数Ｎｒｘのうち少ない方の数となる。【０００５】
なお、ＭＩＭＯシステムでは、データ伝送レートの向上により送信帯域幅が広がり、マルチパスが発生する場合には、一般に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）等を用いて各ストリームのマルチパス環境をシングルパス環境（つまり、パス数を１）に変換して処理する。【０００６】
また、ＭＩＭＯシステムの拡張方式として、送信アンテナポート数が受信アンテナポート数よりも多い場合に、伝搬路において発生するマルチパスを利用してストリーム数を増加させる方式が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。具体的には、送信アンテナポート数をＮｔｘとし、受信アンテナポート数をＮｒｘとし、パス数をＭとする場合、多重可能なストリーム数は、次式（２）で得られる。
【数２】
2010098078.tif 000004
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment when Using Multiple Antennas”, “Wireless Personal Communications 6:pp.311-335”, “1998”, “G.J.FOSCHINI and M.J.GANS”
【非特許文献２】安達，安達，小島，武田，「周波数選択性チャネルにおけるＭＩＭＯチャネル容量の考察」，２００８年電子情報通信学会総合大会ＢＳ−１−４，２００８（F.Adachi, K.Adachi, Y.Kojima, K.Takeda, "Study on MIMO Channel Capacity in A Frequency-selective Channel", IEICE General Conference , BS-1-4, March 2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ある規定の伝送品質を保証するキャパシティとしてアウテージキャパシティ（Outage Capacity）が定義されている。例えば、ｑ％アウテージキャパシティとは、チャネルの（１００−ｑ）％に対して保証されるデータレートとして定義される。一例として１０％アウテージキャパシティを図１の実線で示す。ただし、図１において、横軸はデータレート（伝送レート）を示し、縦軸は累積分布関数（ＣＤＦ：Cumulative Distribution Function）を示す。図１に示すように、誤り無く通信できる伝送レートが３．９ｂｐｓ／Ｈｚ以下になってしまう確率が１０％になる。換言すると、３．９ｂｐｓ／Ｈｚの伝送レートで通信している場合、誤り無く通信することができなくなってしまう確率が１０％になる。【０００９】
また、受信ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio、または受信電力）とパケット誤り率との関係を図２に示す。図２に示すように、受信ＳＮＲ（受信電力）が高くなるほど、パケットの誤り率は低くなる関係がある。また、所望の誤り率（例えば、図２に示す１０％）を満たす受信ＳＮＲ（受信電力）γは一意に定まる。【００１０】
ここで、式（２）に示すような従来技術では、マルチパスの数または受信電力によっては、アウテージキャパシティを増加できない場合がある。以下、具体的に説明する。【００１１】
まず、マルチパスの数が少なく、パスあたりの受信電力が大きい場合について説明する。ここでは、送信アンテナポートを４本とし、受信アンテナポートを１本とし、所望パケット誤り率を図２に示す１０％とする場合（つまり、ＭＩＳＯ（Multiple-Input Single-Output）チャネルの場合）について説明する。例えば、マルチパスが直接波および遅延波のみの合計２パス（Ｍ＝２）の場合、式（２）に従って、多重可能なストリーム数は２（＝ｍｉｎ（４，（２×１）））となる。すなわち、無線送信装置は、送信アンテナポート数が４本であるにも関わらず、２つのストリームしか空間多重できない。【００１２】
また、無線送信装置における総送信電力は、伝搬路においてマルチパスに分配されるので、パス数が少ないほど１パスあたりの受信電力は大きくなる。よって、パス数Ｍ＝２の場合には１パスあたりの受信電力が大きくなり、図２に示す所望パケット誤り率１０％を満たす受信電力γよりも大きくなる可能性が高くなる。この場合、パケット誤り率が所望パケット誤り率（１０％）よりも低くなる可能性が高い。しかし、アウテージキャパシティの算出においては、パケット誤り率がどれだけ低くてもアウテージキャパシティの増加には寄与しない。そのため、１パスあたりの受信電力が大きくなることでパケット誤り率が所望パケット誤り率より低くなっても、多重可能なストリーム数が２個しかないので、アウテージキャパシティは増加しない。つまり、各パスにおいて、所望の誤り率を満たす受信電力γより大きい電力は無駄になってしまう。【００１３】
次に、マルチパスの数が多く、パスあたりの受信電力が小さい場合について説明する。例えば、受信アンテナポートを１本とし、直接波および遅延波の合計を８パス（Ｍ＝８）とし、所望パケット誤り率を図２に示す１０％とする場合について説明する。無線送信装置における総送信電力は、パス数が多いほど１パスあたりの受信電力は小さくなる。よって、パス数Ｍ＝８の場合には１パスあたりの受信電力は、図２に示す所望パケット誤り率１０％を満たす受信電力γよりも小さくなる可能性が高くなる。よって、式（２）に従って多重可能なストリーム数が８（＝８×１）になるものの、所望パケット誤り率（１０％）を満たす受信電力γが得られず、所望誤り率を満たせないため、アウテージキャパシティを増加させることができない。【００１４】
このように、マルチパスの数および受信電力、つまり、伝搬路の状況によっては、アウテージキャパシティを増加できない場合が発生してしまう。【００１５】
本発明の目的は、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる無線送信装置およびプレコーディング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の無線送信装置は、複数のストリームを無線受信装置へ送信する無線送信装置であって、検出マルチパス数と前記無線受信装置の受信アンテナポート数と前記複数のストリームの所望誤り率とに基づいて算出される所望マルチパス数と、前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定する決定手段と、送信データを前記空間多重ストリーム数の前記複数のストリームに分割する分割手段と、前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出する算出手段と、前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すプレコーディング手段と、を具備する構成を採る。【００１７】
本発明のプレコーディング方法は、検出マルチパス数と受信アンテナポート数と複数のストリームの所望誤り率とに基づいて所望マルチパス数を算出し、前記所望マルチパス数と前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定し、送信データを前記空間多重ストリーム数の複数のストリームに分割し、前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出し、前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すようにした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】アウテージキャパシティとＣＤＦとの関係を示す図
【図２】受信ＳＮＲとパケット誤り率との関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る各変調方式におけるビットあたりの受信ＳＮＲとパケット誤り率との関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係るビットあたりの受信ＳＮＲと伝送レートとの関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る無線受信装置で検出されるマルチパスを示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係るシステムを式で表現したときのブロック図
【図９】本発明の実施の形態１に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１０】本発明の実施の形態２に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るフィードバック情報を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２に係るその他のプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１３】本発明の実施の形態２に係るその他のフィードバック情報を示す図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１６Ａ】本発明のバリエーションに係るストリーム分布を示す図
【図１６Ｂ】本発明のバリエーションに係るその他のストリーム分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る無線送信装置１００の構成を図３に示す。
【００２２】
図３に示す無線送信装置１００において、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘは、多重送信可能なアンテナ数（つまり、送信アンテナポート数）Ｎｔｘに対応して備えられる。また、送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘにそれぞれ対応して備えられる。また、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘは、多重数決定部１０７２で決定されるストリーム多重数（つまり、空間多重ストリーム数）Ｎｍｕｘに対応して備えられる。
【００２３】
図３に示す無線送信装置１００において、受信ＲＦ部１０２は、後述する無線受信装置２００から送信された制御情報をアンテナ１０１−１〜アンテナ１０１−Ｎｔｘをそれぞれ介して受信し、この制御情報に対しダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。受信ＲＦ部１０２は、受信処理した制御情報を制御情報復調部１０３に出力する。なお、この制御情報には、無線受信装置２００で決定された所望マルチパス数（Ｌｒｅｑ）、無線受信装置２００で設定された受信可能なアンテナ数（Ｎｒｘ）、および、無線受信装置２００で生成された、送信アンテナ（アンテナ１０１−１〜アンテナ１０１−Ｎｔｘ）のチャネル情報（チャネル推定値）を含む合成チャネル行列（Ｈ）が含まれる。
【００２４】
制御情報復調部１０３は、受信ＲＦ部１０２から入力される制御情報を復調し、復調後の制御情報を所望マルチパス数抽出部１０４、受信可能アンテナ数抽出部１０５およびチャネル行列抽出部１０６に出力する。
【００２５】
所望マルチパス数抽出部１０４は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを抽出し、抽出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑを時間／空間割当決定部１０７に出力する。
【００２６】
受信可能アンテナ数抽出部１０５は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを抽出し、抽出した受信可能アンテナ数Ｎｒｘを時間／空間割当決定部１０７に出力する。
【００２７】
チャネル行列抽出部１０６は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、合成チャネル行列Ｈを抽出し、抽出した合成チャネル行列Ｈを送信ウェイト算出部１０８に出力する。
【００２８】
時間／空間割当決定部１０７には、送信可能アンテナ数Ｎｔｘおよび送信データ種別（データチャネル、制御チャネル、パケットチャネル、音声チャネル等）を示す情報が上位レイヤから入力される。
【００２９】
時間／空間割当決定部１０７は、入力される送信データ種別に応じて多重送信可能なアンテナ数Ｎｔｘを決定する。また、時間／空間割当決定部１０７のマルチパス数決定部１０７１は、所望マルチパス数抽出部１０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑを、送信ウェイト算出に用いるマルチパス数として決定する。また、時間／空間割当決定部１０７の多重数決定部１０７２は、所望マルチパス数抽出部１０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑと、受信可能アンテナ数抽出部１０５から入力される受信可能アンテナ数Ｎｒｘとに基づいて、次式（３）に従って、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【数３】
2010098078.tif 000005
【００３０】
そして、マルチパス数決定部１０７１は、決定したマルチパス数Ｌｒｅｑを送信ウェイト算出部１０８に出力し、多重数決定部１０７２は、決定したストリーム多重数Ｎｍｕｘを送信ウェイト算出部１０８およびストリーム分割処理部１０９に出力する。なお、時間／空間割当決定部１０７は、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよびマルチパス数（つまり、送信遅延波数）を独自に決定してもよい。
【００３１】
送信ウェイト算出部１０８は、マルチパス数決定部１０７１から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、多重数決定部１０７２から入力されるストリーム多重数Ｎｍｕｘ、および、チャネル行列抽出部１０６から入力される合成チャネル行列Ｈに基づいて、時間領域における送信ウェイト（時間プレコーディング行列）Ｗ（ｔ）および空間領域における送信ウェイト（空間プレコーディング行列）Ｗ（ｓ）を算出する。ここで、送信ウェイト算出部１０８は、複数のストリームデータが所望マルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで無線受信装置２００に受信される送信ウェイト（Ｗ（ｔ））を算出する。そして、送信ウェイト算出部１０８は、時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）をストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの各時間プレコーディング処理部１１０３にそれぞれ出力し、空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を空間プレコーディング処理部１１１に出力する。
【００３２】
ストリーム分割処理部１０９は、入力される送信データを、多重数決定部１０７２から入力されるストリーム多重数Ｎｍｕｘの複数のストリームデータに分割する。そして、ストリーム分割処理部１０９は、複数（Ｎｍｕｘ個）のストリームデータを、対応するストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘのブロック生成部１１０１にそれぞれ出力する。
【００３３】
ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘは、ブロック生成部１１０１、変調部１１０２および時間プレコーディング処理部１１０３をそれぞれ備える。以下、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの内部構成について具体的に説明する。
【００３４】
ブロック生成部１１０１は、ストリーム分割処理部１０９から入力されるストリームデータを、例えば、Ｎサンプル（シンボル）から成るブロックにブロック化する。また、ブロック生成部１１０１は、生成したブロック毎にサイクリックプリフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）を付加する。そして、ブロック生成部１１０１は、ブロック化されたストリームデータを変調部１１０２に出力する。
【００３５】
変調部１１０２は、ブロック生成部１１０１から入力されるストリームデータを変調し、変調後のストリームデータを時間プレコーディング処理部１１０３に出力する。
【００３６】
時間プレコーディング処理部１１０３は、送信ウェイト算出部１０８から入力される時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）を用いて、変調部１１０２から入力されるストリームデータにプレコーディングを施す。具体的には、時間プレコーディング処理部１１０３は、時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）を、ストリームデータに乗算する。そして、時間プレコーディング処理部１１０３は、送信ウェイトＷ（ｔ）が乗算されたストリームデータを空間プレコーディング処理部１１１に出力する。
【００３７】
空間プレコーディング処理部１１１は、送信ウェイト算出部１０８から入力される空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を用いて、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの各時間プレコーディング処理部１１０３からそれぞれ入力される複数のストリームデータにプレコーディングを施す。具体的には、空間プレコーディング処理部１１１は、空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を、複数のストリームデータに乗算する。そして、空間プレコーディング処理部１１１は、送信ウェイトＷ（ｓ）が乗算されたストリームデータ（Ｎｔｘ個のデータ）を、対応する送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘにそれぞれ出力する。
【００３８】
制御チャネル変調部１１２は、送信可能アンテナ数Ｎｔｘを含む制御チャネルを変調し、変調後の制御チャネルを送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘにそれぞれ出力する。
【００３９】
送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘそれぞれから送信されるパイロット（図示せず）、空間プレコーディング処理部１１１から入力されるストリームデータおよび制御チャネル変調部１１２から入力される制御チャネルに対して、Ｄ／Ａ変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行う。そして、送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、送信処理後の信号をアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘから無線受信装置２００へ送信する。これにより、複数のストリームデータが無線受信装置２００へ送信される。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る無線受信装置について説明する。本実施の形態に係る無線受信装置２００の構成を図４に示す。
【００４１】
図４に示す無線受信装置２００において、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘは、受信可能アンテナ数Ｎｒｘに対応して備えられる。また、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘは、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘにそれぞれ対応して備えられる。
【００４２】
受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘは、受信ＲＦ部２０２１、データ復調部２０２２、パイロット復調部２０２３、チャネル推定部２０２４およびマルチパス数検出部２０２５をそれぞれ備える。以下、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの内部構成について具体的に説明する。
【００４３】
受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各受信ＲＦ部２０２１は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘを介してそれぞれ入力される受信信号に対しダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。そして、受信ＲＦ部２０２１は、受信信号に含まれる、データ信号をデータ復調部２０２２に出力し、パイロットをパイロット復調部２０２３に出力し、制御チャネルを制御チャネル復調部２０３に出力する。
【００４４】
データ復調部２０２２は、受信ＲＦ部２０２１から入力されるデータ信号を復調し、復調後のデータ信号をストリーム分離部２０５に出力する。
【００４５】
パイロット復調部２０２３は、受信ＲＦ部２０２１から入力される、無線送信装置１００の送信アンテナポート（アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）毎のパイロットを復調し、復調後のパイロットをチャネル推定部２０２４に出力する。
【００４６】
チャネル推定部２０２４は、パイロット復調部２０２３から入力されるパイロットを用いて、マルチパス毎のチャネル推定を行う。そして、チャネル推定部２０２４は、推定したチャネル推定値をマルチパス数検出部２０２５、ストリーム分離部２０５およびチャネル行列生成部２０７に出力する。
【００４７】
マルチパス数検出部２０２５は、チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値を用いて、マルチパス数Ｍを検出する。ここで、マルチパス数検出部２０２５で検出されるマルチパス数（検出マルチパス数）Ｍは、無線送信装置１００でプレコーディング処理が行われなかった場合のマルチパス数である。そして、マルチパス数検出部２０２５は、検出したマルチパス数Ｍを所望マルチパス数決定部２０４に出力する。
【００４８】
制御チャネル復調部２０３は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各受信ＲＦ部２０２１から入力される制御チャネルを復調し、復調後の制御チャネルに含まれる多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを抽出する。そして、制御チャネル復調部２０３は、抽出した多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを所望マルチパス数決定部２０４およびストリーム分離部２０５に出力する。
【００４９】
所望マルチパス数決定部２０４、ストリーム分離部２０５および制御情報変調部２０８には、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが上位レイヤから入力される。
【００５０】
所望マルチパス数決定部２０４は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各マルチパス数検出部２０２５から入力されるマルチパス数Ｍと、入力される受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、複数のストリームデータの所望誤り率と、制御チャネル復調部２０３から入力される多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘとに基づいて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。例えば、所望マルチパス数決定部２０４は、１ストリームあたりの受信電力が図２に示す所望誤り率を満たすのに必要な受信電力（受信ＳＮＲ）γとなるマルチパス数を算出し、そのマルチパス数を所望マルチパス数Ｌｒｅｑとして決定する。そして、所望マルチパス数決定部２０４は、決定した所望マルチパス数Ｌｒｅｑを、ストリーム分離部２０５および制御情報変調部２０８に出力する。ここで、無線受信装置２００は、Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑのストリームを、空間領域および時間領域の２次元で分離する。よって、Ｌｒｅｑ＝１の場合にはすべてのストリームが空間領域に多重され、Ｌｒｅｑ＝Ｎｔｘの場合にはすべてのストリームが時間領域に多重される。
【００５１】
ストリーム分離部２０５は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値、制御チャネル復調部２０３から入力される多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘおよび所望マルチパス数決定部２０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑを用いて、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各データ復調部２０２２からそれぞれ入力されるデータ信号から、空間領域および時間領域で（Ｎｍｕｘ×Ｌｒｅｑ）個のストリームを分離する。そして、ストリーム分離部２０５は、分離したストリームをストリーム結合処理部２０６に出力する。
【００５２】
ストリーム結合処理部２０６は、ストリーム分離部２０５から入力されるストリームを結合し、結合後のデータを受信データとして出力する。
【００５３】
チャネル行列生成部２０７は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値を用いて、無線送信装置１００の送信アンテナポート（アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）に対応するチャネル情報を含む合成チャネル行列Ｈを生成する。そして、チャネル行列生成部２０７は、生成した合成チャネル行列Ｈを制御情報変調部２０８に出力する。
【００５４】
制御情報変調部２０８は、所望マルチパス数決定部２０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、チャネル行列生成部２０７から入力される合成チャネル行列Ｈ、および、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを含む制御情報を変調し、変調後の制御情報を送信ＲＦ部２０９に出力する。
【００５５】
送信ＲＦ部２０９は、制御情報変調部２０８から入力される制御情報に対して、Ｄ／Ａ変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、送信処理後の制御情報をアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘから無線送信装置１００へ送信する。
【００５６】
次に、本実施の形態におけるプレコーディング処理の詳細に説明する。
【００５７】
まず、図２に示す所望誤り率を満たす受信電力（受信ＳＮＲ）γの設定方法について説明する。
【００５８】
変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの場合の、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対するパケット誤り率を図５に示す。ここで、変調多値数が大きくなるほど、１シンボルで送信できるビット数は多くなるものの、１シンボルで送信されるビット間で誤り率にばらつきが生じる。具体的には、１シンボルで送信されるビットのうち下位ビットは、上位ビットよりも誤りやすくなる。よって、図５に示すように、ビットあたりの受信電力に対するパケット誤り率は、ＱＰＳＫが最も低く、変調多値数が大きくなるほど、パケット誤り率が高くなる。また、変調多値数が大きくなるほど、下位ビットが誤らない受信電力はより大きくなってしまう。具体的には、図５に示すように、同一のパケット誤り率（例えば、図５に示すパケット誤り率１０％）を得るためには、変調多値数が大きくなるほど、１ビットあたりに必要な受信電力がより高くなる。なお、ここでは変調方式としてＱＡＭ方式について説明したが、ＰＳＫ方式等の他の変調方式でも上記特性（図５）は同様に見られる。すなわち、ＰＳＫ方式等の他の変調方式でも、１シンボルで送信するビット数が増加するほど、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対するパケット誤り率は増加するという特性がある。
【００５９】
次いで、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対する伝送レートを図６に示す。図６に示すように、ＱＰＳＫの多重数を変化させる場合には、ビットあたりの受信電力に比例した伝送レートが得られる。これに対し、図６に示すように、適応変調（ＡＭＣ：Adaptive Modulating and Coding）等のように変調多値数を変化させる場合には、ビットあたりの受信電力が高くなるほど（すなわち、適応変調により変調多値数が大きくなるほど）、受信電力に比例した伝送レートが得られなくなる。これは、図５に示したように、変調多値数が大きいほど、パケット誤り率が高くなるためである。つまり、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に比例した伝送レート（キャパシティ）を得るためには、適応変調のように変調多値数を変化させる（すなわち、１シンボルで伝送するビット数を変化させる）よりも、ＱＰＳＫ等のビットあたりの受信ＳＮＲ特性に優れた変調方式で信号を並列に伝送し、その並列数を変化させる方が伝送レート（キャパシティ）を高めることが可能となる。すなわち、無線受信装置２００は、伝搬路の状況、例えば、受信ＳＮＲ（受信電力）に応じて、変調方式を変化させるのではなく、ＱＰＳＫを並列して送信する送信多重数、すなわち、本実施の形態においては空間および時間の２次元に多重しているストリーム多重数Ｎｍｕｘを変化させて通信を行うことで伝送レート（キャパシティ）の増大が見込める。
【００６０】
上記特性に着眼し、無線受信装置２００の所望マルチパス数決定部２０４は、受信信号（複数のストリームデータ）の各ストリームデータの受信電力（受信ＳＮＲ）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす値となるように、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。また、無線送信装置１００の時間／空間割当決定部１０７は、ＱＰＳＫ通信における所定誤り率に基づいて算出される所望マルチパス数Ｌｒｅｑに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。また、無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８は、無線受信装置２００が受信する信号（複数のストリームデータ）の各ストリームデータの受信ＳＮＲ（受信電力）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす値となるように、送信ウェイトを制御する。
【００６１】
例えば、図７に示すように、無線受信装置２００は、Ｎｒｘ＝１の場合（マルチパス数とストリーム多重数とが同一の場合）、各パスの受信電力が所望誤り率を満たす値（γ＝γｑｐｓｋ）となる所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。ここで、γｑｐｓｋはＱＰＳＫ通信を行うときに所望誤り率を満たす受信電力（受信ＳＮＲ）である。そして、無線送信装置１００は、複数のストリームデータが無線受信装置２００からフィードバックされた所望マルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで、無線受信装置２００に受信されるように送信ウェイトを算出する。
【００６２】
すなわち、図７では、無線送信装置１００は、受信電力（受信ＳＮＲ）が大きくなる場合でも、変調多値数を大きくするのではなく、各パスの受信電力がγｑｐｓｋとなるようにマルチパス数を増やすことで、ストリーム多重数を増やしている。換言すると、無線送信装置１００は、時間領域でのストリームの多重数を増やしている。このように、変調方式としてＱＰＳＫを常に使用し、ＱＰＳＫ通信を行うストリームの多重数を変化させることにより、図６に示すように、受信電力に比例した伝送レートを得ることができ、アウテージキャパシティを増加することができる。
【００６３】
次に、無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８における送信ウェイトＷ（ｔ）およびＷ（ｓ）の算出方法について説明する。以下の説明では、多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘとし、ストリーム多重数Ｎｍｕｘとする。また、１ストリームは、Ｎサンプル（シンボル）から成る１ブロック（ＣＰの付加単位）で構成される。また、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを１（すなわち、ＭＩＳＯシステム）とする。
【００６４】
この場合、無線受信装置２００のアンテナにおけるＣＰ除去後の受信ブロック信号は、次式（４）で表される。
【数４】
2010098078.tif 000006
【００６５】
式（４）において、Ｙは（Ｎ×１）の受信ブロック信号ベクトルであり、Ｈは（Ｎ×（Ｎ・Ｎｔｘ））の合成チャネル行列であり、Ｗ（ｓ）は（（Ｎ・Ｎｔｘ）×（Ｎ・Ｎｍｕｘ／Ｌｒｅｑ））の空間プリコーディング行列であり、Ｗ（ｔ）は（（Ｎ・Ｎｍｕｘ／Ｌｒｅｑ）×（Ｎ・Ｎｍｕｘ））の時間プリコーディング行列であり、Ｓは（（Ｎ・Ｎｍｕｘ）×１）の送信シンボルベクトルである。また、Ｉは（Ｎ×Ｎ）の単位行列であり、０は（Ｎ×Ｎ）のゼロベクトルである。また、合成チャネル行列Ｈｎｔｘ（ただし、ｎｔｘ＝０，１，…，Ｎｔｘ−１）は次式（５）で表される。
【数５】
2010098078.tif 000007
【００６６】
上式（４）で表されるシステムのブロック図を図８に示す。図８に示すように、送信シンボルベクトルＳに乗算される送信ウェイトは、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）および空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）に分けて設定される。なお、図８に示す‘＋ＣＰ’はＣＰ付加を示し、‘−ＣＰ’はＣＰ除去を示す。
【００６７】
ここで、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、マルチパス数をＬｒｅｑに設定するウェイトである。また、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、Ｄ／Ａ変換におけるＤ／Ａサンプリングレートよりも高速なサンプリングレート、すなわち、オーバーサンプリングにより、アンテナ毎のＤ／Ａ変換におけるサンプリングタイミングの調整を行うウェイトである。具体的には、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、無線受信装置２００におけるマルチパスの受信タイミングを、ナイキストタイミングに合わせることにより、無線受信装置２００でマルチパス干渉無く確実にストリームを分離させる機能を保持する。
【００６８】
また、空間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、Ｎｔｘ本の無線送信装置１００のアンテナポート（図３に示すアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）にストリームをそれぞれ配分するウェイトである。
【００６９】
ここで、マルチパス数決定部１０７１で決定されたマルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで無線受信装置２００が複数のストリームデータを受信できる伝搬路のチャネル行列を所望チャネル行列Ｈ〜（Ｎ×（Ｎ・Ｎｔｘ）の行列）とし、所望チャネル行列Ｈ〜は次式（６）で表される。また、式（６）における所望チャネル行列Ｈ〜ｎｔｘ（ただし、ｎｔｘ＝０，１，…，Ｎｔｘ−１）は式（７）で表される。
【数６】
2010098078.tif 000008
【数７】
2010098078.tif 000009
【００７０】
式（７）において、マルチパス数Ｌｒｅｑのパス毎の受信電力が、図７に示すように所望誤り率（所望品質）を満たすために必要な受信電力γｑｐｓｋとなるためには、次式（８）を満たせばよい。
【数８】
2010098078.tif 000010
【００７１】
このとき、式（４）に示す受信ブロック信号ベクトルＹは、次式（９）で表される。
【数９】
2010098078.tif 000011
【００７２】
すなわち、空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）の積（時間−空間プレコーディング行列）Ｗ（ｓ）Ｗ（ｔ）は、次式（１０）で表される。
【数１０】
2010098078.tif 000012
【００７３】
つまり、式（１０）に示す時間−空間プレコーディング行列は、無線受信装置２００が受信する受信信号のマルチパス数がＬｒｅｑとなり、無線受信装置２００における受信サンプルタイミングがナイキストタイミング（すなわち、時間領域で干渉しないタイミング）となり、時間空間分離後の各ストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトである。
【００７４】
なお、ここでは、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線送信装置１００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイト（例えば、式（１０）に示す送信ウェイト）を算出する。つまり、無線送信装置１００で算出される送信ウェイトの数は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの分だけ増える。
【００７５】
次に、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順について説明する。図９は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。
【００７６】
ステップ（以下、ＳＴという）１０１では、無線送信装置１００は、多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを無線受信装置２００へ送信する。
【００７７】
ＳＴ１０２では、無線送信装置１００は、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ毎のパイロット（すなわち、Ｎｔｘ個のパイロット）を無線受信装置２００に送信する。
【００７８】
ＳＴ１０３では、無線受信装置２００は、ＳＴ１０２で受信したパイロットを用いてチャネル推定を行い、例えば式（５）に示す合成チャネル行列Ｈを算出する。ＳＴ１０４では、無線受信装置２００は、ＳＴ１０３で推定したチャネル推定値に基づいて、マルチパス数Ｍ（すなわち、無線送信装置１００でウェイト処理が行われない場合に無線受信装置２００で検出されるマルチパス数Ｍ）を検出する。
【００７９】
ＳＴ１０５では、無線受信装置２００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、ＳＴ１０４で検出したマルチパス数Ｍと、所望誤り率とに基づいて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを算出する。すなわち、無線受信装置２００は、１ストリームあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）が、所望誤り率を満たすのに必要な受信ＳＮＲ（γｑｐｓｋ）となるマルチパス数を、所望マルチパス数Ｌｒｅｑとして決定する。
【００８０】
ＳＴ１０６では、無線受信装置２００は、合成チャネル行列Ｈ、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび受信可能アンテナ数Ｎｒｘを無線送信装置１００に送信する。
【００８１】
ＳＴ１０７では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０６で得た所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび受信可能アンテナ数Ｎｒｘに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【００８２】
ＳＴ１０８では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０６で得た合成チャネル行列Ｈ、所望マルチパス数ＬｒｅｑおよびＳＴ１０７で決定したストリーム多重数Ｎｍｕｘに基づいて、送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を決定する。
【００８３】
ＳＴ１０９では、無線送信装置１００は、送信データを、ＳＴ１０７で決定したストリーム多重数の複数のストリームに分割する。ＳＴ１１０では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０８で決定した送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を用いて、ＳＴ１０９で生成した複数のストリームにプリコーディング（時間ウェイト処理および空間ウェイト処理）を施す。
【００８４】
ＳＴ１１１では、無線送信装置１００は、ＳＴ１１０の処理により、空間領域および時間領域に多重された複数のストリームを無線受信装置２００へ送信する。つまり、ＳＴ１１１では、無線受信装置２００は、例えば、図７に示すように、時間領域においてＬｒｅｑ個のマルチパスで複数のストリームを受信する。ＳＴ１１２では、無線受信装置２００は、ＳＴ１１１で受信した受信信号を空間領域および時間領域で複数のストリームに分離する。
【００８５】
このように、本実施の形態によれば、無線受信装置は、実際の伝搬路から検出したマルチパス数Ｍと、受信可能アンテナポート数Ｎｒｘと、複数のストリームの所望誤り率に基づいて、各パスの受信電力が所望誤り率を満たす値γ（またはγｑｐｓｋ）となる所望マルチパス数Ｌｒｅｑを算出する。そして、無線送信装置は、算出された所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよびストリーム多重数に基づいて送信ウェイトを算出し、ストリームにプレコーディングを施す。
【００８６】
これにより、無線受信装置では、所望誤り率（例えば、図２では１０％）を満たす受信電力を有するＬｒｅｑ個のパスが検出される。つまり、無線受信装置では、所望誤り率を満たすのに必要最低限の受信電力を有するパスが検出される。換言すると、所望誤り率を満たす受信電力を有するパスを時間領域で最大限確保することができる。よって、本実施の形態によれば、無線送信装置は、各ストリームの受信電力が所望誤り率を満たす受信電力となるように制御し、かつ、時間領域で最大限の数のストリームを多重できるため、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、無線受信装置は、各ストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす受信電力γｑｐｓｋとなるように、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。これにより、ＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす受信電力を有するストリームが、所望マルチパス数Ｌｒｅｑの分だけ多重されるため、図６（実線）に示すように、受信電力に比例した伝送レートを得ることができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態によれば、無線送信装置は、マルチパスの受信タイミングがナイキストタイミングとなるように時間領域における送信ウェイト（時間プレコーディング行列）を算出する。これにより、無線受信装置は、マルチパスの受信タイミングを、ナイキストタイミングに合わせることができるので、確実にマルチパスを分離させることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、一例として、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合、つまり、ＭＩＳＯシステムの場合について説明した。すなわち、例えば、図７に示す１パスあたりの受信電力が１ストリームあたりの受信電力となるため、無線送信装置１００は、１パスあたりの受信電力がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出した。しかし、本発明は、ＭＩＳＯシステムに限らず、ＭＩＭＯシステム（Ｎｒｘが２以上）に対しても適用することができる。この場合、無線送信装置１００は、時間領域および空間領域に多重されたストリームを分離したときの１ストリームあたりの受信電力がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出すればよい。つまり、Ｎｔｘ（多重送信可能アンテナ数）＞Ｎｒｘ（受信可能アンテナ数）×Ｌ（マルチパス数）の場合には、無線送信装置１００は、（Ｎｒｘ×Ｌ）個のストリームの受信電力がそれぞれγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出すればよい。
【００９０】
ただし、ＭＩＭＯシステムでは、各パスのタイミングによっては空間領域で多重されるストリーム数が異なる場合がある。これは、あるパスのタイミングでは空間領域におけるチャネル相関が高くなり、そのパスのタイミングで空間領域にアンテナポート数分のストリームを多重できない場合があるためである。この場合、多重可能なストリーム数は、Ｎｒｘ×Ｌとはならない。
【００９１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、無線受信装置が送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする。
【００９２】
以下、具体的に説明する。図１０は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１０において、図９と共通する部分には、図９と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９３】
図１０に示すように、ＳＴ２０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、実施の形態１の無線送信装置１００の時間／空間割当決定部１０７の多重数決定部１０７２と同様にして、受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、ＳＴ１０４で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑとに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【００９４】
ＳＴ２０２では、無線受信装置２００は、実施の形態１の無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８と同様にして、ＳＴ１０５で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ＳＴ２０１で決定したストリーム多重数ＮｍｕｘおよびＳＴ１０３で算出した合成チャネル行列Ｈに基づいて、送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を算出する。
【００９５】
ＳＴ２０３では、無線受信装置２００は、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を、本実施の形態に係る無線送信装置１００へフィードバックする。ここで、無線受信装置２００は、図１１に示すようなプリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）を用いて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ））をフィードバックする。すなわち、無線受信装置２００は、ＰＭＩ＃０〜＃１４の中から、算出したＬｒｅｑ、Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ）に応じたＰＭＩを無線送信装置１００へフィードバックする。
【００９６】
よって、本実施の形態に係る無線送信装置１００は、実施の形態１（図９）におけるＳＴ１０７およびＳＴ１０８を行わず、ＳＴ１１０において、ＳＴ２０３でフィードバックされた送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））を用いて、ストリームにプレコーディング（時間ウェイト処理および空間ウェイト処理）を施す。
【００９７】
このようにして、本実施の形態によれば、無線受信装置が送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線受信装置２００は、図１０に示すＳＴ２０２において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））を算出し、ＳＴ２０３において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））をフィードバックする。
【００９９】
また、本実施の形態では、無線受信装置２００が所望マルチパス数Ｌｒｅｑをフィードバックする場合（図１０に示すＳＴ２０３）について説明したが、Ｌｒｅｑの代わりに、ストリーム多重数Ｎｍｕｘをフィードバックしてもよい。具体的には、図１２に示すように、無線受信装置２００は、ＳＴ３０１において、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を、無線送信装置１００へフィードバックする。この場合、無線受信装置２００は、図１３に示すＰＭＩを用いて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘ、送信ウェイト（空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ））をフィードバックしてもよい。
【０１００】
（実施の形態３）
本実施の形態では、無線受信装置は、空間プレコーディング行列および時間プレコーディング行列の双方を合算した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする。
【０１０１】
以下、具体的に説明する。図１４は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１４において、図１０と共通する部分には、図１０と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０２】
図１４に示すように、ＳＴ４０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、ＳＴ１０５で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ＳＴ２０１で決定したストリーム多重数ＮｍｕｘおよびＳＴ１０３で算出した合成チャネル行列Ｈに基づいて、空間領域および時間領域の送信ウェイト（Ｗ（ｔｓ））を算出する。例えば、送信ウェイトＷ（ｔｓ）は、時間領域の送信ウェイトと空間領域の送信ウェイトとから構成される行列によって表される送信ウェイトである。
【０１０３】
ＳＴ４０２では、無線受信装置２００は、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔｓ））を、本実施の形態に係る無線送信装置１００へフィードバックする。
【０１０４】
ＳＴ４０３では、無線送信装置１００は、ＳＴ４０２でフィードバックされた送信ウェイトＷ（ｔｓ）を用いて、ストリームにプレコーディング（時空間ウェイト処理）を施す。
【０１０５】
このようにして、本実施の形態によれば、無線受信装置が、空間プレコーディング行列および時間プレコーディング行列の双方を合算した送信ウェイト（時空間ウェイト）を無線送信装置へフィードバックする場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、無線送信装置から受信した受信信号に対して、無線受信装置が従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行うことで、各ストリームの受信電力（受信品質）を過不足なく一定に保つように送信ウェイトが制御されている。すなわち、無線受信装置は、受信信号に対して、従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行えばよい。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線受信装置２００は、図１４に示すＳＴ４０１において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイトＷ（ｔｓ）を算出し、ＳＴ４０２において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの送信ウェイトＷ（ｔｓ）をフィードバックする。
【０１０８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、移動体通信システムがＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重）方式の通信システムの場合について説明する。
【０１０９】
移動体通信システムが、ＴＤＤ方式の通信システムである場合は、無線受信装置から無線送信装置までの伝搬路特性と、無線送信装置から無線受信装置までの伝搬路特性との相関性が非常に高い。よって、無線送信装置は、無線受信装置からの信号のチャネル情報から、無線受信装置において推定されるチャネル情報を、フィードバック無しで検出することができる。
【０１１０】
以下、本実施の形態について具体的に説明する。図１５は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１５において、図１４と共通する部分には、図１４と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図１５に示すように、ＳＴ５０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを本実施の形態に係る無線送信装置１００へ送信する。
【０１１２】
ＳＴ５０２では、無線受信装置２００は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘ毎のパイロット（すなわち、Ｎｒｘ個のパイロット）を無線送信装置１００に送信する。
【０１１３】
ＳＴ５０３〜５０７では、無線送信装置１００は、ＳＴ５０１で得た受信可能アンテナ数ＮｒｘおよびＳＴ５０２で得たパイロットを用いて、実施の形態３の無線受信装置２００のＳＴ１０３〜１０５，２０１，４０１と同様の処理を行う。つまり、無線送信装置１００は、ＳＴ５０２で得たパイロットに基づいて、自装置から無線受信装置２００までのチャネル情報（チャネル行列Ｈ）を検出し（ＳＴ５０３）、チャネル情報に基づいてマルチパス数Ｍを検出し（ＳＴ５０４）、さらに、所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよび送信ウェイトＷ（ｔｓ）を順次算出する（ＳＴ５０５〜５０７）。
【０１１４】
すなわち、無線送信装置１００では、無線受信装置２００からのフィードバック情報（例えば、図１４に示すＳＴ４０２）が不要となる。
【０１１５】
このようにして、本実施の形態によれば、ＴＤＤ方式の通信システムの場合には、無線受信装置から無線送信装置へのフィードバック無しで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、無線送信装置から受信した受信信号に対して、無線受信装置が従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行うことで、各ストリームの受信電力（受信品質）を過不足なく一定に保つように送信ウェイトが制御されている。すなわち、無線受信装置は、実施の形態３と同様、受信信号に対して、従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行えばよい。
【０１１７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【０１１８】
なお、上記実施の形態では、マルチパス数と受信可能アンテナポート数との積をストリーム多重数とする場合について説明した。しかし、本発明では、ストリーム多重数は、マルチパス数と受信可能アンテナポート数との積に限らない。すなわち、本発明では、例えば、図１６Ａに示すように、空間領域（例えば、受信アンテナポート数Ｎｒｘ＝２）および時間領域（例えば、マルチパス数Ｌｒｅｑ＝４）の２次元で、合計Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑ（＝８）個の空間すべてにストリームがそれぞれ独立に直交して多重される必要はない。本発明では、時間領域および空間領域の２次元で表現される受信信号チャネル空間において、すべてのストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がγ（またはγｑｐｓｋ）に設定される送信ウェイトが算出されればよい。よって、例えば、図１６Ｂに示すように、空間領域（例えば、受信アンテナポート数Ｎｒｘ＝３）および時間領域（例えば、マルチパス数Ｌｒｅｑ＝４）の２次元で、合計Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑ（＝１２）個の空間すべてにストリームが存在しなくてもよい。つまり、図１６Ｂに示すように、図１６Ａと同一の８個のストリームが空間領域および時間領域に疎に分布されている場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
また、上記実施の形態ではアンテナとして説明したが、本発明はアンテナポートでも同様に適用できる。
【０１２０】
アンテナポートとは、１本または複数の物理アンテナから構成される、論理的なアンテナを指す。すなわち、アンテナポートは必ずしも１本の物理アンテナを指すとは限らず、複数のアンテナから構成されるアレイアンテナ等を指すことがある。
【０１２１】
例えば3GPP-LTEにおいては、アンテナポートが何本の物理アンテナから構成されるかは規定されず、基地局が異なる参照信号（Reference signal）を送信できる最小単位として規定されている。
【０１２２】
また、アンテナポートはプリコーディングベクトル（Precoding vector）の重み付けを乗算する最小単位として規定されることもある。
【０１２３】
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１２４】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１２５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１２６】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１２７】
２００９年２月２４日出願の特願２００９−０４１２６６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、移動体通信システム等に適用することができる。
【図１】
2010098078.tif 000013
【図２】
2010098078.tif 000014
【図３】
2010098078.tif 000015
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010098078.tif 000018
【図７】
2010098078.tif 000019
【図８】
2010098078.tif 000020
【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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月19日(2011.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置およびプレコーディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量データ通信を可能にする技術として、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムが注目されている。ＭＩＭＯシステムでは、無線送信装置は、複数の送信アンテナポートからそれぞれ送信データ（ストリーム）を空間多重して送信し、無線受信装置は、伝搬路上で複数の送信データが混ざり合った受信データを元の送信データに空間分離して受信する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムにおいて、送信アンテナポート数をＮｔｘとし、受信アンテナポート数をＮｒｘとする場合、多重可能なストリーム数は、次式（１）で得られる。
【数１】
2010098078.tif 000030
【０００４】
ここで、関数ｍｉｎ（ｘ，ｙ）は、ｘおよびｙのうち小さい値を返す関数である。すなわち、多重可能なストリーム数は、送信アンテナポート数Ｎｔｘおよび受信アンテナポート数Ｎｒｘのうち少ない方の数となる。
【０００５】
なお、ＭＩＭＯシステムでは、データ伝送レートの向上により送信帯域幅が広がり、マルチパスが発生する場合には、一般に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）等を用いて各ストリームのマルチパス環境をシングルパス環境（つまり、パス数を１）に変換して処理する。
【０００６】
また、ＭＩＭＯシステムの拡張方式として、送信アンテナポート数が受信アンテナポート数よりも多い場合に、伝搬路において発生するマルチパスを利用してストリーム数を増加させる方式が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。具体的には、送信アンテナポート数をＮｔｘとし、受信アンテナポート数をＮｒｘとし、パス数をＭとする場合、多重可能なストリーム数は、次式（２）で得られる。
【数２】
2010098078.tif 000031
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment when Using Multiple Antennas”, “Wireless Personal Communications 6:pp.311-335”, “1998”, “G.J.FOSCHINI and M.J.GANS”
【非特許文献２】安達，安達，小島，武田，「周波数選択性チャネルにおけるＭＩＭＯチャネル容量の考察」，２００８年電子情報通信学会総合大会ＢＳ−１−４，２００８（F.Adachi, K.Adachi, Y.Kojima, K.Takeda, "Study on MIMO Channel Capacity in A Frequency-selective Channel", IEICE General Conference , BS-1-4, March 2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ある規定の伝送品質を保証するキャパシティとしてアウテージキャパシティ（Outage C
apacity）が定義されている。例えば、ｑ％アウテージキャパシティとは、チャネルの（１００−ｑ）％に対して保証されるデータレートとして定義される。一例として１０％アウテージキャパシティを図１の実線で示す。ただし、図１において、横軸はデータレート（伝送レート）を示し、縦軸は累積分布関数（ＣＤＦ：Cumulative Distribution Function）を示す。図１に示すように、誤り無く通信できる伝送レートが３．９ｂｐｓ／Ｈｚ以下になってしまう確率が１０％になる。換言すると、３．９ｂｐｓ／Ｈｚの伝送レートで通信している場合、誤り無く通信することができなくなってしまう確率が１０％になる。
【０００９】
また、受信ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio、または受信電力）とパケット誤り率との関係を図２に示す。図２に示すように、受信ＳＮＲ（受信電力）が高くなるほど、パケットの誤り率は低くなる関係がある。また、所望の誤り率（例えば、図２に示す１０％）を満たす受信ＳＮＲ（受信電力）γは一意に定まる。
【００１０】
ここで、式（２）に示すような従来技術では、マルチパスの数または受信電力によっては、アウテージキャパシティを増加できない場合がある。以下、具体的に説明する。
【００１１】
まず、マルチパスの数が少なく、パスあたりの受信電力が大きい場合について説明する。ここでは、送信アンテナポートを４本とし、受信アンテナポートを１本とし、所望パケット誤り率を図２に示す１０％とする場合（つまり、ＭＩＳＯ（Multiple-Input Single-Output）チャネルの場合）について説明する。例えば、マルチパスが直接波および遅延波のみの合計２パス（Ｍ＝２）の場合、式（２）に従って、多重可能なストリーム数は２（＝ｍｉｎ（４，（２×１）））となる。すなわち、無線送信装置は、送信アンテナポート数が４本であるにも関わらず、２つのストリームしか空間多重できない。
【００１２】
また、無線送信装置における総送信電力は、伝搬路においてマルチパスに分配されるので、パス数が少ないほど１パスあたりの受信電力は大きくなる。よって、パス数Ｍ＝２の場合には１パスあたりの受信電力が大きくなり、図２に示す所望パケット誤り率１０％を満たす受信電力γよりも大きくなる可能性が高くなる。この場合、パケット誤り率が所望パケット誤り率（１０％）よりも低くなる可能性が高い。しかし、アウテージキャパシティの算出においては、パケット誤り率がどれだけ低くてもアウテージキャパシティの増加には寄与しない。そのため、１パスあたりの受信電力が大きくなることでパケット誤り率が所望パケット誤り率より低くなっても、多重可能なストリーム数が２個しかないので、アウテージキャパシティは増加しない。つまり、各パスにおいて、所望の誤り率を満たす受信電力γより大きい電力は無駄になってしまう。
【００１３】
次に、マルチパスの数が多く、パスあたりの受信電力が小さい場合について説明する。例えば、受信アンテナポートを１本とし、直接波および遅延波の合計を８パス（Ｍ＝８）とし、所望パケット誤り率を図２に示す１０％とする場合について説明する。無線送信装置における総送信電力は、パス数が多いほど１パスあたりの受信電力は小さくなる。よって、パス数Ｍ＝８の場合には１パスあたりの受信電力は、図２に示す所望パケット誤り率１０％を満たす受信電力γよりも小さくなる可能性が高くなる。よって、式（２）に従って多重可能なストリーム数が８（＝８×１）になるものの、所望パケット誤り率（１０％）を満たす受信電力γが得られず、所望誤り率を満たせないため、アウテージキャパシティを増加させることができない。
【００１４】
このように、マルチパスの数および受信電力、つまり、伝搬路の状況によっては、アウテージキャパシティを増加できない場合が発生してしまう。
【００１５】
本発明の目的は、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる無線送信装置およびプレコーディング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の無線送信装置は、複数のストリームを無線受信装置へ送信する無線送信装置であって、検出マルチパス数と前記無線受信装置の受信アンテナポート数と前記複数のストリームの所望誤り率とに基づいて算出される所望マルチパス数と、前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定する決定手段と、送信データを前記空間多重ストリーム数の前記複数のストリームに分割する分割手段と、前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出する算出手段と、前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すプレコーディング手段と、を具備する構成を採る。
【００１７】
本発明のプレコーディング方法は、検出マルチパス数と受信アンテナポート数と複数のストリームの所望誤り率とに基づいて所望マルチパス数を算出し、前記所望マルチパス数と前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定し、送信データを前記空間多重ストリーム数の複数のストリームに分割し、前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出し、前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すようにした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】アウテージキャパシティとＣＤＦとの関係を示す図
【図２】受信ＳＮＲとパケット誤り率との関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る各変調方式におけるビットあたりの受信ＳＮＲとパケット誤り率との関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係るビットあたりの受信ＳＮＲと伝送レートとの関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る無線受信装置で検出されるマルチパスを示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係るシステムを式で表現したときのブロック図
【図９】本発明の実施の形態１に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１０】本発明の実施の形態２に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るフィードバック情報を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２に係るその他のプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１３】本発明の実施の形態２に係るその他のフィードバック情報を示す図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図
【図１６Ａ】本発明のバリエーションに係るストリーム分布を示す図
【図１６Ｂ】本発明のバリエーションに係るその他のストリーム分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る無線送信装置１００の構成を図３に示す。
【００２２】
図３に示す無線送信装置１００において、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘは、多重送信可能なアンテナ数（つまり、送信アンテナポート数）Ｎｔｘに対応して備えられる。また、送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘにそれぞれ対応して備えられる。また、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘは、多重数決定部１０７２で決定されるストリーム多重数（つまり、空間多重ストリーム数）Ｎｍｕｘに対応して備えられる。
【００２３】
図３に示す無線送信装置１００において、受信ＲＦ部１０２は、後述する無線受信装置２００から送信された制御情報をアンテナ１０１−１〜アンテナ１０１−Ｎｔｘをそれぞれ介して受信し、この制御情報に対しダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。受信ＲＦ部１０２は、受信処理した制御情報を制御情報復調部１０３に出力する。なお、この制御情報には、無線受信装置２００で決定された所望マルチパス数（Ｌｒｅｑ）、無線受信装置２００で設定された受信可能なアンテナ数（Ｎｒｘ）、および、無線受信装置２００で生成された、送信アンテナ（アンテナ１０１−１〜アンテナ１０１−Ｎｔｘ）のチャネル情報（チャネル推定値）を含む合成チャネル行列（Ｈ）が含まれる。
【００２４】
制御情報復調部１０３は、受信ＲＦ部１０２から入力される制御情報を復調し、復調後の制御情報を所望マルチパス数抽出部１０４、受信可能アンテナ数抽出部１０５およびチャネル行列抽出部１０６に出力する。
【００２５】
所望マルチパス数抽出部１０４は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを抽出し、抽出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑを時間／空間割当決定部１０７に出力する。
【００２６】
受信可能アンテナ数抽出部１０５は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを抽出し、抽出した受信可能アンテナ数Ｎｒｘを時間／空間割当決定部１０７に出力する。
【００２７】
チャネル行列抽出部１０６は、制御情報復調部１０３から入力される制御情報から、合成チャネル行列Ｈを抽出し、抽出した合成チャネル行列Ｈを送信ウェイト算出部１０８に出力する。
【００２８】
時間／空間割当決定部１０７には、送信可能アンテナ数Ｎｔｘおよび送信データ種別（データチャネル、制御チャネル、パケットチャネル、音声チャネル等）を示す情報が上位レイヤから入力される。
【００２９】
時間／空間割当決定部１０７は、入力される送信データ種別に応じて多重送信可能なアンテナ数Ｎｔｘを決定する。また、時間／空間割当決定部１０７のマルチパス数決定部１０７１は、所望マルチパス数抽出部１０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑを、送信ウェイト算出に用いるマルチパス数として決定する。また、時間／空間割当決定部１０７の多重数決定部１０７２は、所望マルチパス数抽出部１０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑと、受信可能アンテナ数抽出部１０５から入力される受信可能アンテナ数Ｎｒｘとに基づいて、次式（３）に従って、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【数３】
2010098078.tif 000032
【００３０】
そして、マルチパス数決定部１０７１は、決定したマルチパス数Ｌｒｅｑを送信ウェイト算出部１０８に出力し、多重数決定部１０７２は、決定したストリーム多重数Ｎｍｕｘを送信ウェイト算出部１０８およびストリーム分割処理部１０９に出力する。なお、時間
／空間割当決定部１０７は、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよびマルチパス数（つまり、送信遅延波数）を独自に決定してもよい。
【００３１】
送信ウェイト算出部１０８は、マルチパス数決定部１０７１から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、多重数決定部１０７２から入力されるストリーム多重数Ｎｍｕｘ、および、チャネル行列抽出部１０６から入力される合成チャネル行列Ｈに基づいて、時間領域における送信ウェイト（時間プレコーディング行列）Ｗ（ｔ）および空間領域における送信ウェイト（空間プレコーディング行列）Ｗ（ｓ）を算出する。ここで、送信ウェイト算出部１０８は、複数のストリームデータが所望マルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで無線受信装置２００に受信される送信ウェイト（Ｗ（ｔ））を算出する。そして、送信ウェイト算出部１０８は、時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）をストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの各時間プレコーディング処理部１１０３にそれぞれ出力し、空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を空間プレコーディング処理部１１１に出力する。
【００３２】
ストリーム分割処理部１０９は、入力される送信データを、多重数決定部１０７２から入力されるストリーム多重数Ｎｍｕｘの複数のストリームデータに分割する。そして、ストリーム分割処理部１０９は、複数（Ｎｍｕｘ個）のストリームデータを、対応するストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘのブロック生成部１１０１にそれぞれ出力する。
【００３３】
ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘは、ブロック生成部１１０１、変調部１１０２および時間プレコーディング処理部１１０３をそれぞれ備える。以下、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの内部構成について具体的に説明する。
【００３４】
ブロック生成部１１０１は、ストリーム分割処理部１０９から入力されるストリームデータを、例えば、Ｎサンプル（シンボル）から成るブロックにブロック化する。また、ブロック生成部１１０１は、生成したブロック毎にサイクリックプリフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）を付加する。そして、ブロック生成部１１０１は、ブロック化されたストリームデータを変調部１１０２に出力する。
【００３５】
変調部１１０２は、ブロック生成部１１０１から入力されるストリームデータを変調し、変調後のストリームデータを時間プレコーディング処理部１１０３に出力する。
【００３６】
時間プレコーディング処理部１１０３は、送信ウェイト算出部１０８から入力される時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）を用いて、変調部１１０２から入力されるストリームデータにプレコーディングを施す。具体的には、時間プレコーディング処理部１１０３は、時間領域における送信ウェイトＷ（ｔ）を、ストリームデータに乗算する。そして、時間プレコーディング処理部１１０３は、送信ウェイトＷ（ｔ）が乗算されたストリームデータを空間プレコーディング処理部１１１に出力する。
【００３７】
空間プレコーディング処理部１１１は、送信ウェイト算出部１０８から入力される空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を用いて、ストリームデータ処理部１１０−１〜１１０−Ｎｍｕｘの各時間プレコーディング処理部１１０３からそれぞれ入力される複数のストリームデータにプレコーディングを施す。具体的には、空間プレコーディング処理部１１１は、空間領域における送信ウェイトＷ（ｓ）を、複数のストリームデータに乗算する。そして、空間プレコーディング処理部１１１は、送信ウェイトＷ（ｓ）が乗算されたストリームデータ（Ｎｔｘ個のデータ）を、対応する送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘにそれぞれ出力する。
【００３８】
制御チャネル変調部１１２は、送信可能アンテナ数Ｎｔｘを含む制御チャネルを変調し、変調後の制御チャネルを送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘにそれぞれ出力する。
【００３９】
送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘそれぞれから送信されるパイロット（図示せず）、空間プレコーディング処理部１１１から入力されるストリームデータおよび制御チャネル変調部１１２から入力される制御チャネルに対して、Ｄ／Ａ変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行う。そして、送信ＲＦ部１１３−１〜１１３−Ｎｔｘは、送信処理後の信号をアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘから無線受信装置２００へ送信する。これにより、複数のストリームデータが無線受信装置２００へ送信される。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る無線受信装置について説明する。本実施の形態に係る無線受信装置２００の構成を図４に示す。
【００４１】
図４に示す無線受信装置２００において、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘは、受信可能アンテナ数Ｎｒｘに対応して備えられる。また、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘは、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘにそれぞれ対応して備えられる。
【００４２】
受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘは、受信ＲＦ部２０２１、データ復調部２０２２、パイロット復調部２０２３、チャネル推定部２０２４およびマルチパス数検出部２０２５をそれぞれ備える。以下、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの内部構成について具体的に説明する。
【００４３】
受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各受信ＲＦ部２０２１は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘを介してそれぞれ入力される受信信号に対しダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。そして、受信ＲＦ部２０２１は、受信信号に含まれる、データ信号をデータ復調部２０２２に出力し、パイロットをパイロット復調部２０２３に出力し、制御チャネルを制御チャネル復調部２０３に出力する。
【００４４】
データ復調部２０２２は、受信ＲＦ部２０２１から入力されるデータ信号を復調し、復調後のデータ信号をストリーム分離部２０５に出力する。
【００４５】
パイロット復調部２０２３は、受信ＲＦ部２０２１から入力される、無線送信装置１００の送信アンテナポート（アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）毎のパイロットを復調し、復調後のパイロットをチャネル推定部２０２４に出力する。
【００４６】
チャネル推定部２０２４は、パイロット復調部２０２３から入力されるパイロットを用いて、マルチパス毎のチャネル推定を行う。そして、チャネル推定部２０２４は、推定したチャネル推定値をマルチパス数検出部２０２５、ストリーム分離部２０５およびチャネル行列生成部２０７に出力する。
【００４７】
マルチパス数検出部２０２５は、チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値を用いて、マルチパス数Ｍを検出する。ここで、マルチパス数検出部２０２５で検出されるマルチパス数（検出マルチパス数）Ｍは、無線送信装置１００でプレコーディング処理が行われなかった場合のマルチパス数である。そして、マルチパス数検出部２０２５は、検出したマルチパス数Ｍを所望マルチパス数決定部２０４に出力する。
【００４８】
制御チャネル復調部２０３は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各受信ＲＦ部２０２１から入力される制御チャネルを復調し、復調後の制御チャネルに含まれる多
重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを抽出する。そして、制御チャネル復調部２０３は、抽出した多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを所望マルチパス数決定部２０４およびストリーム分離部２０５に出力する。
【００４９】
所望マルチパス数決定部２０４、ストリーム分離部２０５および制御情報変調部２０８には、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが上位レイヤから入力される。
【００５０】
所望マルチパス数決定部２０４は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各マルチパス数検出部２０２５から入力されるマルチパス数Ｍと、入力される受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、複数のストリームデータの所望誤り率と、制御チャネル復調部２０３から入力される多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘとに基づいて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。例えば、所望マルチパス数決定部２０４は、１ストリームあたりの受信電力が図２に示す所望誤り率を満たすのに必要な受信電力（受信ＳＮＲ）γとなるマルチパス数を算出し、そのマルチパス数を所望マルチパス数Ｌｒｅｑとして決定する。そして、所望マルチパス数決定部２０４は、決定した所望マルチパス数Ｌｒｅｑを、ストリーム分離部２０５および制御情報変調部２０８に出力する。ここで、無線受信装置２００は、Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑのストリームを、空間領域および時間領域の２次元で分離する。よって、Ｌｒｅｑ＝１の場合にはすべてのストリームが空間領域に多重され、Ｌｒｅｑ＝Ｎｔｘの場合にはすべてのストリームが時間領域に多重される。
【００５１】
ストリーム分離部２０５は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値、制御チャネル復調部２０３から入力される多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘおよび所望マルチパス数決定部２０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑを用いて、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各データ復調部２０２２からそれぞれ入力されるデータ信号から、空間領域および時間領域で（Ｎｍｕｘ×Ｌｒｅｑ）個のストリームを分離する。そして、ストリーム分離部２０５は、分離したストリームをストリーム結合処理部２０６に出力する。
【００５２】
ストリーム結合処理部２０６は、ストリーム分離部２０５から入力されるストリームを結合し、結合後のデータを受信データとして出力する。
【００５３】
チャネル行列生成部２０７は、受信信号処理部２０２−１〜２０２−Ｎｒｘの各チャネル推定部２０２４から入力されるチャネル推定値を用いて、無線送信装置１００の送信アンテナポート（アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）に対応するチャネル情報を含む合成チャネル行列Ｈを生成する。そして、チャネル行列生成部２０７は、生成した合成チャネル行列Ｈを制御情報変調部２０８に出力する。
【００５４】
制御情報変調部２０８は、所望マルチパス数決定部２０４から入力される所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、チャネル行列生成部２０７から入力される合成チャネル行列Ｈ、および、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを含む制御情報を変調し、変調後の制御情報を送信ＲＦ部２０９に出力する。
【００５５】
送信ＲＦ部２０９は、制御情報変調部２０８から入力される制御情報に対して、Ｄ／Ａ変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、送信処理後の制御情報をアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘから無線送信装置１００へ送信する。
【００５６】
次に、本実施の形態におけるプレコーディング処理の詳細に説明する。
【００５７】
まず、図２に示す所望誤り率を満たす受信電力（受信ＳＮＲ）γの設定方法について説明する。
【００５８】
変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの場合の、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対するパケット誤り率を図５に示す。ここで、変調多値数が大きくなるほど、１シンボルで送信できるビット数は多くなるものの、１シンボルで送信されるビット間で誤り率にばらつきが生じる。具体的には、１シンボルで送信されるビットのうち下位ビットは、上位ビットよりも誤りやすくなる。よって、図５に示すように、ビットあたりの受信電力に対するパケット誤り率は、ＱＰＳＫが最も低く、変調多値数が大きくなるほど、パケット誤り率が高くなる。また、変調多値数が大きくなるほど、下位ビットが誤らない受信電力はより大きくなってしまう。具体的には、図５に示すように、同一のパケット誤り率（例えば、図５に示すパケット誤り率１０％）を得るためには、変調多値数が大きくなるほど、１ビットあたりに必要な受信電力がより高くなる。なお、ここでは変調方式としてＱＡＭ方式について説明したが、ＰＳＫ方式等の他の変調方式でも上記特性（図５）は同様に見られる。すなわち、ＰＳＫ方式等の他の変調方式でも、１シンボルで送信するビット数が増加するほど、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対するパケット誤り率は増加するという特性がある。
【００５９】
次いで、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に対する伝送レートを図６に示す。図６に示すように、ＱＰＳＫの多重数を変化させる場合には、ビットあたりの受信電力に比例した伝送レートが得られる。これに対し、図６に示すように、適応変調（ＡＭＣ：Adaptive Modulating and Coding）等のように変調多値数を変化させる場合には、ビットあたりの受信電力が高くなるほど（すなわち、適応変調により変調多値数が大きくなるほど）、受信電力に比例した伝送レートが得られなくなる。これは、図５に示したように、変調多値数が大きいほど、パケット誤り率が高くなるためである。つまり、ビットあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）に比例した伝送レート（キャパシティ）を得るためには、適応変調のように変調多値数を変化させる（すなわち、１シンボルで伝送するビット数を変化させる）よりも、ＱＰＳＫ等のビットあたりの受信ＳＮＲ特性に優れた変調方式で信号を並列に伝送し、その並列数を変化させる方が伝送レート（キャパシティ）を高めることが可能となる。すなわち、無線受信装置２００は、伝搬路の状況、例えば、受信ＳＮＲ（受信電力）に応じて、変調方式を変化させるのではなく、ＱＰＳＫを並列して送信する送信多重数、すなわち、本実施の形態においては空間および時間の２次元に多重しているストリーム多重数Ｎｍｕｘを変化させて通信を行うことで伝送レート（キャパシティ）の増大が見込める。
【００６０】
上記特性に着眼し、無線受信装置２００の所望マルチパス数決定部２０４は、受信信号（複数のストリームデータ）の各ストリームデータの受信電力（受信ＳＮＲ）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす値となるように、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。また、無線送信装置１００の時間／空間割当決定部１０７は、ＱＰＳＫ通信における所定誤り率に基づいて算出される所望マルチパス数Ｌｒｅｑに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。また、無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８は、無線受信装置２００が受信する信号（複数のストリームデータ）の各ストリームデータの受信ＳＮＲ（受信電力）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす値となるように、送信ウェイトを制御する。
【００６１】
例えば、図７に示すように、無線受信装置２００は、Ｎｒｘ＝１の場合（マルチパス数とストリーム多重数とが同一の場合）、各パスの受信電力が所望誤り率を満たす値（γ＝γｑｐｓｋ）となる所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。ここで、γｑｐｓｋはＱＰＳＫ通信を行うときに所望誤り率を満たす受信電力（受信ＳＮＲ）である。そして、無線送信装置１００は、複数のストリームデータが無線受信装置２００からフィードバックされた所望マルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで、無線受信装置２００に受信されるように送信ウェイトを算出する。
【００６２】
すなわち、図７では、無線送信装置１００は、受信電力（受信ＳＮＲ）が大きくなる場合でも、変調多値数を大きくするのではなく、各パスの受信電力がγｑｐｓｋとなるようにマルチパス数を増やすことで、ストリーム多重数を増やしている。換言すると、無線送信装置１００は、時間領域でのストリームの多重数を増やしている。このように、変調方式としてＱＰＳＫを常に使用し、ＱＰＳＫ通信を行うストリームの多重数を変化させることにより、図６に示すように、受信電力に比例した伝送レートを得ることができ、アウテージキャパシティを増加することができる。
【００６３】
次に、無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８における送信ウェイトＷ（ｔ）およびＷ（ｓ）の算出方法について説明する。以下の説明では、多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘとし、ストリーム多重数Ｎｍｕｘとする。また、１ストリームは、Ｎサンプル（シンボル）から成る１ブロック（ＣＰの付加単位）で構成される。また、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを１（すなわち、ＭＩＳＯシステム）とする。
【００６４】
この場合、無線受信装置２００のアンテナにおけるＣＰ除去後の受信ブロック信号は、次式（４）で表される。
【数４】
2010098078.tif 000033
【００６５】
式（４）において、Ｙは（Ｎ×１）の受信ブロック信号ベクトルであり、Ｈは（Ｎ×（Ｎ・Ｎｔｘ））の合成チャネル行列であり、Ｗ（ｓ）は（（Ｎ・Ｎｔｘ）×（Ｎ・Ｎｍｕｘ／Ｌｒｅｑ））の空間プリコーディング行列であり、Ｗ（ｔ）は（（Ｎ・Ｎｍｕｘ／Ｌｒｅｑ）×（Ｎ・Ｎｍｕｘ））の時間プリコーディング行列であり、Ｓは（（Ｎ・Ｎｍｕｘ）×１）の送信シンボルベクトルである。また、Ｉは（Ｎ×Ｎ）の単位行列であり、０は（Ｎ×Ｎ）のゼロベクトルである。また、合成チャネル行列Ｈｎｔｘ（ただし、ｎｔｘ＝０，１，…，Ｎｔｘ−１）は次式（５）で表される。
【数５】
2010098078.tif 000034
【００６６】
上式（４）で表されるシステムのブロック図を図８に示す。図８に示すように、送信シ
ンボルベクトルＳに乗算される送信ウェイトは、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）および空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）に分けて設定される。なお、図８に示す‘＋ＣＰ’はＣＰ付加を示し、‘−ＣＰ’はＣＰ除去を示す。
【００６７】
ここで、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、マルチパス数をＬｒｅｑに設定するウェイトである。また、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、Ｄ／Ａ変換におけるＤ／Ａサンプリングレートよりも高速なサンプリングレート、すなわち、オーバーサンプリングにより、アンテナ毎のＤ／Ａ変換におけるサンプリングタイミングの調整を行うウェイトである。具体的には、時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、無線受信装置２００におけるマルチパスの受信タイミングを、ナイキストタイミングに合わせることにより、無線受信装置２００でマルチパス干渉無く確実にストリームを分離させる機能を保持する。
【００６８】
また、空間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）は、Ｎｔｘ本の無線送信装置１００のアンテナポート（図３に示すアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ）にストリームをそれぞれ配分するウェイトである。
【００６９】
ここで、マルチパス数決定部１０７１で決定されたマルチパス数Ｌｒｅｑのマルチパスで無線受信装置２００が複数のストリームデータを受信できる伝搬路のチャネル行列を所望チャネル行列Ｈ〜（Ｎ×（Ｎ・Ｎｔｘ）の行列）とし、所望チャネル行列Ｈ〜は次式（６）で表される。また、式（６）における所望チャネル行列Ｈ〜ｎｔｘ（ただし、ｎｔｘ＝０，１，…，Ｎｔｘ−１）は式（７）で表される。
【数６】
2010098078.tif 000035
【数７】
2010098078.tif 000036
【００７０】
式（７）において、マルチパス数Ｌｒｅｑのパス毎の受信電力が、図７に示すように所望誤り率（所望品質）を満たすために必要な受信電力γｑｐｓｋとなるためには、次式（８）を満たせばよい。
【数８】
2010098078.tif 000037
【００７１】
このとき、式（４）に示す受信ブロック信号ベクトルＹは、次式（９）で表される。
【数９】
2010098078.tif 000038
【００７２】
すなわち、空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ）の積（時間−空間プレコーディング行列）Ｗ（ｓ）Ｗ（ｔ）は、次式（１０）で表される。
【数１０】
2010098078.tif 000039
【００７３】
つまり、式（１０）に示す時間−空間プレコーディング行列は、無線受信装置２００が受信する受信信号のマルチパス数がＬｒｅｑとなり、無線受信装置２００における受信サンプルタイミングがナイキストタイミング（すなわち、時間領域で干渉しないタイミング）となり、時間空間分離後の各ストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトである。
【００７４】
なお、ここでは、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線送信装置１００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイト（例えば、式（１０）に示す送信ウェイト）を算出する。つまり、無線送信装置１００で算出される送信ウェイトの数は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの分だけ増える。
【００７５】
次に、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順について説明する。図９は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。
【００７６】
ステップ（以下、ＳＴという）１０１では、無線送信装置１００は、多重送信可能アンテナ数Ｎｔｘを無線受信装置２００へ送信する。
【００７７】
ＳＴ１０２では、無線送信装置１００は、アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎｔｘ毎のパイロット（すなわち、Ｎｔｘ個のパイロット）を無線受信装置２００に送信する。
【００７８】
ＳＴ１０３では、無線受信装置２００は、ＳＴ１０２で受信したパイロットを用いてチャネル推定を行い、例えば式（５）に示す合成チャネル行列Ｈを算出する。ＳＴ１０４では、無線受信装置２００は、ＳＴ１０３で推定したチャネル推定値に基づいて、マルチパス数Ｍ（すなわち、無線送信装置１００でウェイト処理が行われない場合に無線受信装置２００で検出されるマルチパス数Ｍ）を検出する。
【００７９】
ＳＴ１０５では、無線受信装置２００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、ＳＴ１０４で検出したマルチパス数Ｍと、所望誤り率とに基づいて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを算出する。すなわち、無線受信装置２００は、１ストリームあたりの受信ＳＮＲ（受信電力）が、所望誤り率を満たすのに必要な受信ＳＮＲ（γｑｐｓｋ）となるマルチパス数を、所望マルチパス数Ｌｒｅｑとして決定する。
【００８０】
ＳＴ１０６では、無線受信装置２００は、合成チャネル行列Ｈ、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび受信可能アンテナ数Ｎｒｘを無線送信装置１００に送信する。
【００８１】
ＳＴ１０７では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０６で得た所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび受信可能アンテナ数Ｎｒｘに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【００８２】
ＳＴ１０８では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０６で得た合成チャネル行列Ｈ、所望マルチパス数ＬｒｅｑおよびＳＴ１０７で決定したストリーム多重数Ｎｍｕｘに基づいて、送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を決定する。
【００８３】
ＳＴ１０９では、無線送信装置１００は、送信データを、ＳＴ１０７で決定したストリーム多重数の複数のストリームに分割する。ＳＴ１１０では、無線送信装置１００は、ＳＴ１０８で決定した送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を用いて、ＳＴ１０９で生成した複数のストリームにプリコーディング（時間ウェイト処理および空間ウェイト処理）を施す。
【００８４】
ＳＴ１１１では、無線送信装置１００は、ＳＴ１１０の処理により、空間領域および時間領域に多重された複数のストリームを無線受信装置２００へ送信する。つまり、ＳＴ１１１では、無線受信装置２００は、例えば、図７に示すように、時間領域においてＬｒｅｑ個のマルチパスで複数のストリームを受信する。ＳＴ１１２では、無線受信装置２００は、ＳＴ１１１で受信した受信信号を空間領域および時間領域で複数のストリームに分離する。
【００８５】
このように、本実施の形態によれば、無線受信装置は、実際の伝搬路から検出したマルチパス数Ｍと、受信可能アンテナポート数Ｎｒｘと、複数のストリームの所望誤り率に基づいて、各パスの受信電力が所望誤り率を満たす値γ（またはγｑｐｓｋ）となる所望マルチパス数Ｌｒｅｑを算出する。そして、無線送信装置は、算出された所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよびストリーム多重数に基づいて送信ウェイトを算出し、ストリームにプレコーディングを施す。
【００８６】
これにより、無線受信装置では、所望誤り率（例えば、図２では１０％）を満たす受信電力を有するＬｒｅｑ個のパスが検出される。つまり、無線受信装置では、所望誤り率を満たすのに必要最低限の受信電力を有するパスが検出される。換言すると、所望誤り率を満たす受信電力を有するパスを時間領域で最大限確保することができる。よって、本実施の形態によれば、無線送信装置は、各ストリームの受信電力が所望誤り率を満たす受信電力となるように制御し、かつ、時間領域で最大限の数のストリームを多重できるため、伝搬路の状況に応じて、アウテージキャパシティを確実に増加することができる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、無線受信装置は、各ストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす受信電力γｑｐｓｋとなるように、所望マルチパス数Ｌｒｅｑを決定する。これにより、ＱＰＳＫ通信における所望誤り率を満たす受信電力を有するストリームが、所望マルチパス数Ｌｒｅｑの分だけ多重されるため、図６（実線）に示すように、受信電力に比例した伝送レートを得ることができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態によれば、無線送信装置は、マルチパスの受信タイミングがナイキストタイミングとなるように時間領域における送信ウェイト（時間プレコーディング行列）を算出する。これにより、無線受信装置は、マルチパスの受信タイミングを、ナイキストタイミングに合わせることができるので、確実にマルチパスを分離させることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、一例として、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合、つまり、ＭＩＳＯシステムの場合について説明した。すなわち、例えば、図７に示す１パスあたりの受信電力が１ストリームあたりの受信電力となるため、無線送信装置１００は、１パスあたりの受信電力がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出した。しかし、本発明は、ＭＩＳＯシステムに限らず、ＭＩＭＯシステム（Ｎｒｘが２以上）に対しても適用することができる。この場合、無線送信装置１００は、時間領域および空間領域に多重されたストリームを分離したときの１ストリームあたりの受信電力がγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出すればよい。つまり、Ｎｔｘ（多重送信可能アンテナ数）＞Ｎｒｘ（受信可能アンテナ数）×Ｌ（マルチパス数）の場合には、無線送信装置１００は、（Ｎｒｘ×Ｌ）個の
ストリームの受信電力がそれぞれγｑｐｓｋとなる送信ウェイトを算出すればよい。
【００９０】
ただし、ＭＩＭＯシステムでは、各パスのタイミングによっては空間領域で多重されるストリーム数が異なる場合がある。これは、あるパスのタイミングでは空間領域におけるチャネル相関が高くなり、そのパスのタイミングで空間領域にアンテナポート数分のストリームを多重できない場合があるためである。この場合、多重可能なストリーム数は、Ｎｒｘ×Ｌとはならない。
【００９１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、無線受信装置が送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする。
【００９２】
以下、具体的に説明する。図１０は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１０において、図９と共通する部分には、図９と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９３】
図１０に示すように、ＳＴ２０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、実施の形態１の無線送信装置１００の時間／空間割当決定部１０７の多重数決定部１０７２と同様にして、受信可能アンテナ数Ｎｒｘと、ＳＴ１０４で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑとに基づいて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘを決定する。
【００９４】
ＳＴ２０２では、無線受信装置２００は、実施の形態１の無線送信装置１００の送信ウェイト算出部１０８と同様にして、ＳＴ１０５で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ＳＴ２０１で決定したストリーム多重数ＮｍｕｘおよびＳＴ１０３で算出した合成チャネル行列Ｈに基づいて、送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を算出する。
【００９５】
ＳＴ２０３では、無線受信装置２００は、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を、本実施の形態に係る無線送信装置１００へフィードバックする。ここで、無線受信装置２００は、図１１に示すようなプリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）を用いて、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ））をフィードバックする。すなわち、無線受信装置２００は、ＰＭＩ＃０〜＃１４の中から、算出したＬｒｅｑ、Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ）に応じたＰＭＩを無線送信装置１００へフィードバックする。
【００９６】
よって、本実施の形態に係る無線送信装置１００は、実施の形態１（図９）におけるＳＴ１０７およびＳＴ１０８を行わず、ＳＴ１１０において、ＳＴ２０３でフィードバックされた送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））を用いて、ストリームにプレコーディング（時間ウェイト処理および空間ウェイト処理）を施す。
【００９７】
このようにして、本実施の形態によれば、無線受信装置が送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線受信装置２００は、図１０に示すＳＴ２０２において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））を算出し、ＳＴ２０３において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの送信ウェイト（Ｗ（ｓ）およびＷ（ｔ））をフィ
ードバックする。
【００９９】
また、本実施の形態では、無線受信装置２００が所望マルチパス数Ｌｒｅｑをフィードバックする場合（図１０に示すＳＴ２０３）について説明したが、Ｌｒｅｑの代わりに、ストリーム多重数Ｎｍｕｘをフィードバックしてもよい。具体的には、図１２に示すように、無線受信装置２００は、ＳＴ３０１において、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔ）およびＷ（ｓ））を、無線送信装置１００へフィードバックする。この場合、無線受信装置２００は、図１３に示すＰＭＩを用いて、ストリーム多重数Ｎｍｕｘ、送信ウェイト（空間プレコーディング行列Ｗ（ｓ）および時間プレコーディング行列Ｗ（ｔ））をフィードバックしてもよい。
【０１００】
（実施の形態３）
本実施の形態では、無線受信装置は、空間プレコーディング行列および時間プレコーディング行列の双方を合算した送信ウェイトを無線送信装置へフィードバックする。
【０１０１】
以下、具体的に説明する。図１４は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１４において、図１０と共通する部分には、図１０と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０２】
図１４に示すように、ＳＴ４０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、ＳＴ１０５で算出した所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ＳＴ２０１で決定したストリーム多重数ＮｍｕｘおよびＳＴ１０３で算出した合成チャネル行列Ｈに基づいて、空間領域および時間領域の送信ウェイト（Ｗ（ｔｓ））を算出する。例えば、送信ウェイトＷ（ｔｓ）は、時間領域の送信ウェイトと空間領域の送信ウェイトとから構成される行列によって表される送信ウェイトである。
【０１０３】
ＳＴ４０２では、無線受信装置２００は、所望マルチパス数Ｌｒｅｑおよび送信ウェイト（Ｗ（ｔｓ））を、本実施の形態に係る無線送信装置１００へフィードバックする。
【０１０４】
ＳＴ４０３では、無線送信装置１００は、ＳＴ４０２でフィードバックされた送信ウェイトＷ（ｔｓ）を用いて、ストリームにプレコーディング（時空間ウェイト処理）を施す。
【０１０５】
このようにして、本実施の形態によれば、無線受信装置が、空間プレコーディング行列および時間プレコーディング行列の双方を合算した送信ウェイト（時空間ウェイト）を無線送信装置へフィードバックする場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、無線送信装置から受信した受信信号に対して、無線受信装置が従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行うことで、各ストリームの受信電力（受信品質）を過不足なく一定に保つように送信ウェイトが制御されている。すなわち、無線受信装置は、受信信号に対して、従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行えばよい。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが１の場合（つまり、ＭＩＳＯシステムの場合）について説明したが、本発明は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘが２以上の場合（つまり、ＭＩＭＯシステムの場合）にも適用することができる。この場合、無線受信装置２００は、図１４に示すＳＴ４０１において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの受信アンテナそれぞれに対応する送信ウェイトＷ（ｔｓ）を算出し、ＳＴ４０２において、受信可能アンテナ数Ｎｒｘの送信ウェイトＷ（ｔｓ）をフィードバックする。
【０１０８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、移動体通信システムがＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重）方式の通信システムの場合について説明する。
【０１０９】
移動体通信システムが、ＴＤＤ方式の通信システムである場合は、無線受信装置から無線送信装置までの伝搬路特性と、無線送信装置から無線受信装置までの伝搬路特性との相関性が非常に高い。よって、無線送信装置は、無線受信装置からの信号のチャネル情報から、無線受信装置において推定されるチャネル情報を、フィードバック無しで検出することができる。
【０１１０】
以下、本実施の形態について具体的に説明する。図１５は、本実施の形態におけるプレコーディング処理の手順を示すシーケンス図である。ただし、図１５において、図１４と共通する部分には、図１４と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図１５に示すように、ＳＴ５０１では、本実施の形態に係る無線受信装置２００は、受信可能アンテナ数Ｎｒｘを本実施の形態に係る無線送信装置１００へ送信する。
【０１１２】
ＳＴ５０２では、無線受信装置２００は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎｒｘ毎のパイロット（すなわち、Ｎｒｘ個のパイロット）を無線送信装置１００に送信する。
【０１１３】
ＳＴ５０３〜５０７では、無線送信装置１００は、ＳＴ５０１で得た受信可能アンテナ数ＮｒｘおよびＳＴ５０２で得たパイロットを用いて、実施の形態３の無線受信装置２００のＳＴ１０３〜１０５，２０１，４０１と同様の処理を行う。つまり、無線送信装置１００は、ＳＴ５０２で得たパイロットに基づいて、自装置から無線受信装置２００までのチャネル情報（チャネル行列Ｈ）を検出し（ＳＴ５０３）、チャネル情報に基づいてマルチパス数Ｍを検出し（ＳＴ５０４）、さらに、所望マルチパス数Ｌｒｅｑ、ストリーム多重数Ｎｍｕｘおよび送信ウェイトＷ（ｔｓ）を順次算出する（ＳＴ５０５〜５０７）。
【０１１４】
すなわち、無線送信装置１００では、無線受信装置２００からのフィードバック情報（例えば、図１４に示すＳＴ４０２）が不要となる。
【０１１５】
このようにして、本実施の形態によれば、ＴＤＤ方式の通信システムの場合には、無線受信装置から無線送信装置へのフィードバック無しで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、無線送信装置から受信した受信信号に対して、無線受信装置が従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行うことで、各ストリームの受信電力（受信品質）を過不足なく一定に保つように送信ウェイトが制御されている。すなわち、無線受信装置は、実施の形態３と同様、受信信号に対して、従来のマルチパス分離処理および空間分離処理を行えばよい。
【０１１７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【０１１８】
なお、上記実施の形態では、マルチパス数と受信可能アンテナポート数との積をストリーム多重数とする場合について説明した。しかし、本発明では、ストリーム多重数は、マルチパス数と受信可能アンテナポート数との積に限らない。すなわち、本発明では、例えば、図１６Ａに示すように、空間領域（例えば、受信アンテナポート数Ｎｒｘ＝２）および時間領域（例えば、マルチパス数Ｌｒｅｑ＝４）の２次元で、合計Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑ（＝８）個の空間すべてにストリームがそれぞれ独立に直交して多重される必要はない。本
発明では、時間領域および空間領域の２次元で表現される受信信号チャネル空間において、すべてのストリームの受信電力（受信ＳＮＲ）がγ（またはγｑｐｓｋ）に設定される送信ウェイトが算出されればよい。よって、例えば、図１６Ｂに示すように、空間領域（例えば、受信アンテナポート数Ｎｒｘ＝３）および時間領域（例えば、マルチパス数Ｌｒｅｑ＝４）の２次元で、合計Ｎｒｘ×Ｌｒｅｑ（＝１２）個の空間すべてにストリームが存在しなくてもよい。つまり、図１６Ｂに示すように、図１６Ａと同一の８個のストリームが空間領域および時間領域に疎に分布されている場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
また、上記実施の形態ではアンテナとして説明したが、本発明はアンテナポートでも同様に適用できる。
【０１２０】
アンテナポートとは、１本または複数の物理アンテナから構成される、論理的なアンテナを指す。すなわち、アンテナポートは必ずしも１本の物理アンテナを指すとは限らず、複数のアンテナから構成されるアレイアンテナ等を指すことがある。
【０１２１】
例えば3GPP-LTEにおいては、アンテナポートが何本の物理アンテナから構成されるかは規定されず、基地局が異なる参照信号（Reference signal）を送信できる最小単位として規定されている。
【０１２２】
また、アンテナポートはプリコーディングベクトル（Precoding vector）の重み付けを乗算する最小単位として規定されることもある。
【０１２３】
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１２４】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１２５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１２６】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１２７】
２００９年２月２４日出願の特願２００９−０４１２６６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、移動体通信システム等に適用することができる。
【手続補正２】
【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】
複数のストリームを無線受信装置へ送信する無線送信装置であって、
検出マルチパス数と前記無線受信装置の受信アンテナポート数と前記複数のストリームの所望誤り率とに基づいて算出される所望マルチパス数と、前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定する決定手段と、
送信データを前記空間多重ストリーム数の前記複数のストリームに分割する分割手段と、
前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出する算出手段と、
前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施すプレコーディング手段と、
を具備する無線送信装置。
【請求項２】
前記決定手段は、ＱＰＳＫ通信における前記所望誤り率に基づいて算出される前記所望マルチパス数に基づいて、前記空間多重ストリーム数を決定する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記複数のストリームが前記所望マルチパス数のマルチパスで前記無線受信装置に受信される前記送信ウェイトを算出する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記算出手段は、時間軸のウェイトと空間軸のウェイトとから構成される行列によって表される前記送信ウェイトを算出する、
請求項１記載の無線送信装置。
【請求項５】
検出マルチパス数と受信アンテナポート数と複数のストリームの所望誤り率とに基づいて所望マルチパス数を算出し、
前記所望マルチパス数と前記受信アンテナポート数とに基づいて空間多重ストリーム数を決定し、
送信データを前記空間多重ストリーム数の複数のストリームに分割し、
前記所望マルチパス数、前記空間多重ストリーム数およびチャネル推定値に基づいて送信ウェイトを算出し、
前記送信ウェイトを用いて前記複数のストリームにプレコーディングを施す、
プレコーディング方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2010098078.tif 000041
【図３】
2010098078.tif 000042
【図４】
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【図５】
2010098078.tif 000044
【図６】
2010098078.tif 000045
【図７】
2010098078.tif 000046
【図８】
2010098078.tif 000047
【図９】
2010098078.tif 000048
【図１０】
2010098078.tif 000049
【図１１】
2010098078.tif 000050
【図１２】
2010098078.tif 000051
【図１３】
2010098078.tif 000052
【図１４】
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【図１５】
2010098078.tif 000054
【図１６Ａ】
2010098078.tif 000055
【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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2010098078.tif 000058
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