(57)【要約】【課題】  ＭＩＭＯ技術を用いた無線通信を行う際に、良好な特性を実現しながらも、現実的な回路規模及び演算量にて伝達関数のトラッキング機能を実現可能な無線通信システムを提供する。【解決手段】  本発明の無線通信システムは、ＭＩＭＯ通信における伝達関数のトラッキングにおいて、１シンボルの受信信号列ベクトルＲから送信信号列ベクトルＴの推定し、この推定した送信信号列ベクトルＴに対応する受信信号行列を推定し、この推定した受信信号行列の一部を上記受信信号列ベクトルＲと置換し、受信信号レプリカ行列を生成し、この受信信号レプリカ行列に、上記送信信号列ベクトルからなる送信信号行列の逆行列を乗算し、上記受信信号列ベクトルＲを受信した時点の伝達関数を推定することでトラッキング処理を行う。【選択図】    図１
2006324977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信局により構成されたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信が可能な無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
ユーザデータをＮ系統に分割するユーザデータ分割手段と、
前記Ｎ系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してＮ系統の信号系列を生成する信号系列生成手段と、
Ｎ本の前記送信アンテナを用いて同一周波数にて同時に前記信号系列を重畳して送信する信号送信手段とを備え、
前記受信局は、
Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、
受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得手段と、
該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、
各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定手段と、
Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を記憶する試験行列記憶手段と、
前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成手段と、
該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、
前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算手段と、
前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成手段と、
該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算手段と、
該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成手段と、
それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新手段とを
備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記請求項１記載の無線通信装置において、
前記試験行列Ｕは、該行列を構成する各列ベクトルがお互いにそれぞれ直交していることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記請求項２記載の無線通信装置において、
前記試験行列Ｕは、ユニタリ行列またはユニタリ行列の各成分を定数倍した行列であることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信装置において、
前記新規伝達関数行列生成手段は、忘却係数μ（０＜μ≦１：μは実数）を用い、前記伝達関数Ｈの（１−μ）倍と行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１のμ倍を線形合成することにより新規伝達関数行列を生成する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
前記請求項４に記載の無線通信装置において、
前記忘却係数μは、前記推定送信信号列ベクトルＴ'の絶対値に比例して動的に変更することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信装置であり、
Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、
受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得手段と、
該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、
各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定手段と、
Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を記憶する試験行列記憶手段と、
前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成手段と、
該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、
前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算手段と、
前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成手段と、
該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算手段と、
該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成手段と、
それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新手段とを
備えたことを特徴とする受信装置。
【請求項７】
同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナにより受信する受信方法であり、
Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信過程と、
受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得過程と、
該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、
各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定過程と、
Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を試験行列記憶手段に記憶する試験行列記憶過程と、
前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成過程と、
該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、
前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算過程と、
前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成過程と、
該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算過程と、
該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成過程と、
それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新過程とを
有することを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線回線を介して通信を行う無線システムにおいて、送信するパケット長が長い場合、伝達関数の変動による受信品質の低下を抑制するため、伝達関数の経時変化に対応したチャネルトラッキング（伝達関数のチューニング）を行う技術に関する。
特に、本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立なデータを送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間の伝達関数行列をもとに受信局側でデータの復調を行うことにより無線通信を実現する高速無線アクセスシステムにおいて、回路規模を抑制しながら良好な伝送特性を実現するための受信技術に関する。
また、本発明は、特に、2.4ＧＨz帯または5ＧＨz帯を用いた高速無線アクセスシステムの伝送速度の高速化を行うためにおいて利用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、2.4GHz帯または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しい。
これらのシステムでは、最大で54Ｍbpsの伝送速度を実現しているが、無線ＬＡＮの普及に伴い更なる伝送速度の高速化が求められている。
そのための技術としては、ＭＩＭＯ (Multiple-Input Multiple-Output)技術が有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信局側の各アンテナから送信された独立な信号を推定し、送信された信号におけるデータを再生するものである。
【０００３】
ここで、上記ＭＩＭＯの無線送受信システムにおいて、Ｎ本の送信アンテナを用いてＮ系統の信号を送信し、Ｍ本のアンテナを用いて、送信されたＮ系統の信号を受信する場合を考える。
まず、送信局及び受信局の各アンテナ間にはＮ×Ｍ個の伝送のパスが存在し、第i送信アンテナから送信され第j受信アンテナで受信される場合の伝達関数をhｊ，ｉとし、これを第（j,i）成分とするＭ行Ｎ列の行列をＨと表記する。さらに、第ｉ送信アンテナからの送信信号をtｉとし(ｔ１, ｔ２, ｔ３,・・・,ｔＮ)を成分とする列ベクトルをＴx、第j受信アンテナでの受信信号をrjとし（ｒ１,ｒ２,ｒ３，・・・,ｒＭ)を成分とする列ベクトルをＲx、第j受信アンテナの熱雑音をnjとし(ｎ１,ｎ２,ｎ３,・・・ｎＭ）を成分とする列ベクトルをｎと表記する。
この場合、以下に示す（１）式の関係が成り立つ。
Ｒx＝Ｈ×Ｔx＋ｎ                    …（１）
【０００４】
したがって、受信局側で受信した信号Ｒxをもとに、送信信号Ｔxを推定する技術が求められている．このＭＩＭＯ技術の最も基本的なものとしては、一般にＺＦ (Zero Forcing)法と呼ばれる方法があげられる。（非特許文献１参照）
ここでは、上記の（式１）に対し、伝達関数行列の逆行列Ｈ−１を求め、これを式の両辺の左から掛け合わせる処理を行う。この結果、以下の（２）式が得られる。
Ｈ−１×Ｒx＝Ｔx＋Ｈ−１×ｎ            …（２）
つまり、各受信アンテナで受信した信号を合成し、所望の送信アンテナ以外からの信号による干渉を除去する処理を行う場合、実際の送信信号ベクトルＴxに微小な熱雑音Ｈ−１×ｎが加わった信号点が得られることになる。
ここで、送信信号として、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、16ＱＡＭ、64ＱＡＭ等の多値変調を施した信号を用いる場合は、送信信号として取り得る信号点（デジタル信号を多値変調によりマッピングした信号）は不連続である。
【０００５】
したがって、Ｈ−１×Ｒxに対して、ユークリッド距離が最も近い信号点を、送信コンスタレーション上において検索する硬判定処理を行い、真の送信信号を推定する。
以上のＺＦ法においては、熱雑音項Ｈ−１×ｎが十分に小さく、かつ各送信アンテナ毎の成分が、各送信アンテナ間において均等であると仮定できる場合、良好な信号再生の特性が期待できる。
しかし、一般にはこの仮定は成り立たず、ある伝達関数行列に対して受信アンテナ毎の熱雑音Ｈ−１×ｎの絶対値の期待値は異なる（各送信アンテナ間の送信特性が異なる）。
さらには、もし伝達関数行列Ｈが逆行列をもたない行列（ないしはその行列の行列式が非常に小さい）の場合、送信信号の推定が非常に不安定になる。
上述したような状況において、受信局における受信アンテナによる受信特性が大幅に劣化する可能性がある。
この様な問題点を解決するための方法として、最も特性的に優れた方法がＭＬＤ法と呼ばれる方式である。（非特許文献２参照）
【０００６】
このＭＬＤ法においては、まず、各送信側のアンテナからの送信信号の変調方式が決まると、ひとつのアンテナから送信される信号が取り得る信号点の数（以降、Ｎｍａｘと呼ぶ）が決まる。Ｎ本のアンテナ全体で送信される信号ベクトルのバリエーションはＮｍａｘＮ種類となる。
またＭＬＤ法においては、送信信号として、取りえる全ての候補（全部でＮｍａｘＮ種）に対して、その信号が送信された場合の受信信号の予測を行い、それらの中で最も実際の受信信号に近いものを推定精度の最も高い信号点として選択する。つまり、任意に選択された送信号候補Ｔx、例えば、第ｋ番目の送信信号候補をＴx［ｋ］で表したとすると、以下に示す（３）式で定義されるユークリッド距離Ｅを最小にするｋの値を選択する。
Ｅ＝（Ｒx−Ｈ×Ｔx［ｋ］）Ｈ×（Ｒx−Ｈ×Ｔx［ｋ］）  …（３）
なお、行列Ｍに対してＭＨは、行列Ｍのエルミート共役である行列をさす。以上の処理により、ＭＬＤ法は、如何なる行列Ｈに対しても、安定した受信処理が可能であり、ＺＦ法に対して受信特性が大幅に改善する。
【０００７】
ここで、図２に従来技術におけるＭＩＭＯ技術を適用した送信局の送信部の構成を示す。この図において、送信局の送信部は、データ分割回路１０１、プリアンブル付与回路１０２−１、変調回路１０３−１〜１０３−Ｎ、無線部１０４−１〜１０４−Ｎ、送信アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎから構成されている。
なお、ひとつの例として、送信局がＮ本の送信アンテナを用いてN系統のデータを送信する場合を例にとって説明する。
【０００８】
データ分割回路１０１は、外部回路から送信するデータが入力されると、このデータをN系統に分離し、各々を異なるプリアンブル回路へ出力する。
例えば、データ分割回路１０１は、第１系統のデータをプリアンブル付与回路１０２−１へ出力する。これにより、プリアンブル回路１０２−１は、プリアンブル信号が付与された状態で変調回路１０３−１(Chl) に入力される。
変調回路１０３−１においては、入力されるプリアンブル信号が付与されたデータに対して、所定の変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、16ＱＡＭ、64ＱＡＭ等の多値変調）を実施し、変調された送信信号を無線部１０４−１へ出力する。
【０００９】
そして、無線部１０４−１は、上記送信信号を無線周波数に変換し、送信アンテナ１０５−１を介し、受信局に対して送信される（電波として放射される）。
また、上述した「Ｃｈ１」の系と同様に、データ分割回路１０１の出力する第２系統目のデータを、プリアンブル付与回路１０２−２，変調回路１０３−２（Ｃｈ２），無線部１０４−２，及び無線部１０４−２において処理され、アンテナ１０５−２から送信される。
同様に、上述した「Ｃｈ１」及び「Ｃｈ２」の系と同様に、データ分割回路１０１の出力する第Ｎ系統のデータを、プリアンブル付与回路１０２−Ｎ，変調回路１０３−Ｎ（ＣｈＮ），無線部１０４−Ｎ，及び無線部１０４−Ｎにおいて処理され、アンテナ１０５−Ｎから送信される。
これにより、データ分割回路１０１により分割された送信するデータが、異なるアンテナ（１０５−１〜１０５−Ｎ）からそれぞれ個別に送信される。
【００１０】
次に、図３に従来技術における受信局の受信部の構成を示す。
受信局の受信部は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍ、チャネル推定回路１１３、受信信号管理部１１４、伝達関数行列管理回路１１５、信号検出回路１１６、データ合成回路１１７から構成されている。
また、第１の受信アンテナ１１１−１1から第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍは、それぞれ個別に受信信号を受信する。
【００１１】
チャネル推定回路１１３は、無線部１１２−１〜１１２−Ｍを経由して、上記送信部の送信した信号（パケット）を入力する。
そして、チャネル推定回路１１３は、上記パケットにおける送信側で付与した所定のプリアンブル信号の受信状況から、各送信アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎと、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ間の伝達関数を取得する（予めプリアンブル信号におけるパイロットデータが送受信部双方で決められており、このパイロットデータの受信状況により伝達関数を求める）。
チャネル推定回路１１３は、取得された各伝達関数の情報ｈｊ，ｉが伝達関数行列管理回路１１５に出力するとともに、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、１シンボルづつ受信信号管理回路１１４へ出力する。
ここで、伝達関数行列管理回路１１５は、チャネル推定回路１１３から入力されるｈj，iから構成される行列を伝達関数行列Ｈとして管理する。
【００１２】
そして、受信信号管理回路１１４は、シンボル単位で入力されるデータ信号を、受信アンテナ１１１−１及び１１１−Mの受信信号(ｒ１,ｒ２,・・・,ｒM)を成分とした受信信号ベクトルＲxとして一旦、内部の記憶部により管理する。
【００１３】
信号検出回路１１６では、伝達関数行列管理回路115で管理された伝達関数行列と、受信信号管理回路１１４で管理する受信信号との関係から、最も確からしいと思われる送信信号を推定する。この際に用いる方法は、非特許文献１及び非特許文献２などで規定された方法を含め、その他の方式を用いても構わない。ここでは一般化して、信号検出回路１１６として説明を進める。
信号検出回路１１６から出力された推定送信信号としてのデータは、複数シンボルに渡り連続的に、時系列に処理されるが、一連のデータを受信後、データ合成回路１１７にてシンボルを合成しデータとして再構成し、出力される。
【非特許文献１】S.Kurosaki et. al.,“A SDM-COFDM Scheme Employing a  Simple Feed-Forward Inter-Channel Interference Canceller for MIMO Based Broadband Wireless LANs”,IEICE TRANS. COMMUN・, Vol.E86 B. No.l, January, 2003
【非特許文献２】A.van Zelst et.al.，“Space Division Multiplexing (SDM) for OFDM Systems”, Proc・ VTC2000 Spring, Vol. 2, pp.1070 -1074
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上の受信処理において、入力されるパケットのデータ長が長い場合、一旦、パケットの先頭のプリアンブルにより抽出した伝達関数行列Ｈが経時変化してしまい、パケットの後方に位置するシンボルの精度の高い再生が行えなくなる場合がある。従来技術においては、信号検出に用いる伝達関数に関する情報はパケットの先頭で取得し、その値がパケット内ではほぼ変動しないことを前提としていたが、ＭＡＣレイヤにおける伝送効率の向上のためにパケット長を拡張し、長いパケットを送るような場合には、この仮定が崩れることになる。特に、高速無線アクセスシステムであるIEEE802.11a、802.11g等を拡張し、伝送速度の向上を目指し標準化が進められているIEEE802.11nにおいては、実際にこのような検討がなされており、その様な運用条件下でも安定して長いパケットを受信できるための対応が求められていた。
【００１５】
このための対応策の例としては、「浅井他, “MIMO-OFDMのための簡略化されたブラインド伝搬路トラッキング方式”, 信学技報, RCS2004-290」に記載された方法があげられる。その原理を以下に簡単に示す。伝達関数情報は、既知の送信信号とその信号の実際の受信状態を比較することにより取得される。プリアンブル以外のデータ部分については、真の送信信号は受信側では知る由もないが、受信における信号検出処理の過程で推定することは可能である。
例えば、送受信アンテナ数が３でＭＩＭＯ多重数も同じく３の場合を例にとり説明する。ある時刻（シンボル）で、３つの送信アンテナから送信された信号を各成分とする３行１列の列ベクトルをT1とする。また、この信号に対する３つの受信アンテナでの受信信号を各成分とする列ベクトルをＲ1とする。同様に、別の時刻の送信信号及び受信信号の組み合わせとしてＴ2とＲ2、Ｔ3とＲ3が得られたとする。この時の伝達関数行列（３行３列）がHであったとする。送信信号のベクトルＴ1、Ｔ2、Ｔ3を各列に配置した３行３列の送信信号のレプリカ行列をＴrepと表記し、さらに受信信号のベクトルＲ1、Ｒ2、Ｒ3を各列に配置した３行３列の受信信号の行列をＲrepと表記すると、以下の（４）式が与えられる。
Ｒrep＝Ｈ・Ｔrep＋ Ｎ                          …（４）
ここで最後の項は熱雑音に関する行列である。したがって、この項を無視すれば、以下の（６）式で伝達関数行列を推定可能である。
Ｈ ≒ Ｒrep・Ｔrep-1                                            …（５）
したがって、受信信号をもとに構成した受信信号行列と、送信信号のレプリカ行列の逆行列の乗算から、その瞬間の伝達関数行列を推定することは可能である。
【００１６】
この場合、先の図３においては、伝達関数行列管理回路１１５は、所定の間隔にて、伝達関数のキャリブレーションを行う必要があり、復号された情報信号系列を再符号化及び再変調を行うことにより、送信信号のレプリカ行列を生成する。
また、伝達関数行列管理回路１１５は、このレプリカ行列に対応する時刻の受信信号行列を、受信信号管理回路１４に記憶されている受信信号行列群から読み出す。
そして、伝達関数行列管理回路１１５は、受信信号行列の右からレプリカ行列の逆行列を乗算することにより、伝達関数推定行列を求める。
このように、伝達関数行列管理回路１１５は、所定の時間毎にその時点で記憶されている伝達関数行列Ｈを、求めた上記伝達関数推定行列に置き換えることにより、伝達関数行列（すなわちチャネル）のトラッキングを行うことが可能となる。
【００１７】
上述したチャネルトラッキングの方法は、ＭＩＭＯであるために推定精度を上げる必要があり、複数シンボルの情報に対して送信信号のレプリカ信号を生成して、その逆行列及び受信信号行列を用いて伝達関数推定行列を推定している。
しかしながら、このチャネルトラッキングの方法は、使用するレプリカ行列の特性に推定精度が依存するとともに、レプリカ行列を求めるために複数のシンボルが必要となり、更新周期も複数シンボル周期以上必要となり、リアルタイムでのチャネルトラッキングに対応できないという欠点がある。さらに、ある時刻の送信信号ベクトルが、他の時刻のひとつまたは複数の送信信号ベクトルの線形結合で表わされる場合、送信信号のレプリカ行列は逆行列をもたないことになる。この場合には、伝達関数行列を求めることができず、更新処理は行うことができない。
【００１８】
また、上記チャネルトラッキングの方法は、ＭＩＭＯの多重数が多い場合、例えば、送信アンテナをＮ本、例えば４本使用して４重に多重されていれば、４×４の逆行列演算が必要になり、演算を行わせる演算回路の規模が大きくなるため１つのチップ内への全機能の実装を行う際の障害となっていた。さらには、演算処理に伴う遅延が発生して、よりチャネルトラッキングに時間を要することにもなる。
従って、本発明の目的は、ＭＩＭＯ技術を用いた無線通信を行う際に、従来例に比較して短いシンボル周期にて、高速かつ推定精度の高いチャネルトラッキングを、現実的な回路規模及び演算量にて実現可能な無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信局により構成されたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信が可能な無線通信システムであり、前記送信局は、ユーザデータをＮ系統に分割するユーザデータ分割手段と、
前記Ｎ系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してＮ系統の信号系列を生成する信号系列生成手段と、Ｎ本の前記送信アンテナを用いて同一周波数にて同時に前記信号系列を重畳して送信する信号送信手段とを備え、前記受信局は、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得手段と、該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定手段と、Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を記憶する試験行列記憶手段と、
前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成手段と、該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算手段と、前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成手段と、該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算手段と、該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成手段と、それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、ＭＩＭＯによる通信装置にて、パケット長の長いパケットを受信する際、プリアンブルにて推定した伝達関数の時間経過による変動のトラッキング処理（チェンネルトラッキング）を、１つのシンボルを入力したタイミングで、簡易な行列演算にて行うことが可能となり、従来のトラッキング方式のように、複数シンボルを用いた処理に比較し、短い周期にてチェンネルトラッキングが行えるため、複数シンボル間の伝達関数の変動要因を含むことなく、より精度の高い伝達関数を推定することができる。
【００２０】
また、本発明の無線通信装置は、前記試験行列Ｕが、該行列を構成する各列ベクトルがお互いにそれぞれ直交していることを特徴とする。
【００２１】
ないしは、本発明の無線通信装置は、前記試験行列Ｕは、ユニタリ行列またはユニタリ行列の各成分を定数倍した行列であることも好ましい。
本発明では、試験行列Ｕの逆行列を用いるが、この逆行列には、行列Ｕの行列式の逆数が係数として乗算される。
上記の条件を行列Ｕに適用することにより、この係数を小さな値に抑えることができ、その結果として不要なノイズの増幅を抑えながらチャネル推定が可能となる。
【００２２】
また、本発明の無線通信装置は、前記新規伝達関数行列生成手段が、忘却係数μ（０＜μ≦１：μは実数）を用い、前記伝達関数Ｈの（１−μ）倍と行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１のμ倍を線形合成することにより新規伝達関数行列を生成することを特徴とする。
これにより、本発明の無線通信装置は、伝達関数の急激な変化を抑制、すなわち、新規に推定される伝達関数行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１がノイズ等の影響により、低い推定精度であり実際の伝達関数と大幅に異なる場合に、完全に入れ替えてしまうことによる通信特性の大幅な低下を防止し、誤り訂正が行える程度の通信品質を有する伝達関数の調整、すなわちチャネルトラッキングが行える。
【００２３】
また、本発明の無線通信装置は、前記忘却係数μが、前記推定送信信号列ベクトルＴ'の絶対値に比例して動的に変更することを特徴とする。
これにより、本発明の無線通信装置は、推定される推定送信信号列ベクトルの絶対値が大きい場合、受信される受信信号強度が高いので、推定される伝達関数がより実際の伝達関数に近い、すなわち推定精度が高いことが考えられるため、忘却係数μを大きくし、一方、推定される推定送信信号列ベクトルの絶対値が小さい場合、受信される受信信号強度が低いのでノイズの影響を強く受けることが考えられ、推定される伝達関数が実際の伝達関数と異なる、すなわち推定精度が低いことが考えられるため、忘却係数μを小さくすることにより、チャネルトラッキングの精度を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の受信装置は、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信装置であり、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得手段と、該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定手段と、Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を記憶する試験行列記憶手段と、前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成手段と、該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算手段と、前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成手段と、該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算手段と、該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成手段と、それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の受信方法は、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナにより受信する受信方法であり、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信過程と、受信信号に付与された前期既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第ｉアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈj,iを取得する伝達関数取得過程と、該伝達関数ｈj,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の送信信号列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトルＲと表記した際に、各シンボル毎に該伝達関数行列Ｈ、および該受信信号列ベクトルＲを用いて前記送信局が送信した送信信号列ベクトルＴの推定値である推定送信信号列ベクトルＴ'を取得する送信信号推定過程と、Ｎ行Ｎ列の行列であり且つ該行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）である試験行列Ｕおよび該行列の逆行列Ｕ−１を試験行列記憶手段に記憶する試験行列記憶過程と、前記推定送信信号列ベクトルＴ'のＮ個の各成分を対角成分とし且つ非対角成分が全てゼロであるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する対角行列生成過程と、該正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を求める逆行列取得手段と、前記伝達関数行列Ｈと前記正方対角行列Ｄと前記試験行列Ｕの積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを求める第１の行列乗算過程と、前記受信信号列ベクトルＲの各成分を前記定数Ｃ倍する変換受信信号列ベクトルＲ'を生成し、Ｍ行Ｎ列の該行列のｋ行目を該変換受信信号列ベクトルＲ'で置き換えたレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成するレプリカ行列生成過程と、該レプリカ行列Ｈｒｅｐと前記試験行列の逆行列Ｕ−１と前記正方対角行列Ｄ−１の積すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める第２の行列乗算過程と、該行列と前記伝達関数行列の線形結合として新規伝達関数行列を生成する新規伝達関数行列生成過程と、それまでの受信処理に用いていた伝達関数行列を該新規伝達関数行列に更新する伝達関数更新過程とを有することを特徴とする。
【００２６】
なお、以上の方法を、複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用いた無線通信システムに適用することも好ましい。
特にＭＩＭＯ技術とＯＦＤＭ技術を適用し、受信側でＭＬＤ法ないしはそれに準ずる手法にて受信処理を行う場合、チャネルトラッキング処理を行う際に、非常に多数の行列計算を行う必要が出てくるが、これを簡易かつ回路規模が小さな回路にて近似処理を行うことにより、回路規模の削減、更には消費電力の抑制が可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
以上詳細に説明した様に、本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、チャネルトラッキング処理を１シンボルにて行う構成としたため、従来のチェンネルトラッキング方式に比べて大幅に回路規模及び演算量を削減可能とする効果を得ることができる。
この結果、本発明によれば、回路規模を大幅に削減することができるため、受信回路を１チップのＬＳＩ内に実装することが可能となる。また、上述した回路規模の縮小及び演算量の削減は、直接、消費電力を削減するという副次的な効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の無線通信システムは、ＭＩＭＯ通信における伝達関数のトラッキングにおいて、１シンボルの受信信号列ベクトルＲから送信信号列ベクトルＴを推定し、この推定した送信信号列ベクトルＴに対応する受信信号行列を生成し、この生成した受信信号行列の一部を上記受信信号列ベクトルＲと置換し、受信信号レプリカ行列を生成し、この受信信号レプリカ行列に、上記送信信号列ベクトルからなる送信信号行列の逆行列を乗算して、上記受信信号列ベクトルＲを受信した時点の伝達関数を推定することでトラッキング処理を行う。
【００２９】
以下、本発明の一実施形態による無線通信装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。本発明と従来技術の差分は受信部の構成にあり、本発明の送信側の構成は、すでに説明した従来例と共通である。
したがって、以下には受信局のみに関する説明を行う。なお、従来方式と同様に、送信局がＮ本の送信アンテナを用いてＮ系統のデータを送信する場合をひとつの例として用いる。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態における受信局の受信部の構成を示す図である。図において、本発明の受信部は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍ、チャネル推定回路１１３、受信信号管理回路１１４、伝達関数行列管理回路１１５、信号検出回路１１６、データ合成回路１１７を従来例と同様に有している。
図１に示す本発明と図３に示す従来例との差異は、対角行列生成回路１，対角逆行列生成回路２，第１行列乗算回路３，試験行列記憶回路４，受信信号変換回路５，レプリカ行列生成回路６，第２行列生成回路７，新規伝達関数行列生成回路８及び伝達関数行列更新制御回路９を新たに設けた点にある。以下、新たに設けられた回路についての説明を行う。
【００３１】
第１の受信アンテナ１１１−１，第２の受信アンテナ１１１−２，…，第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍは、それぞれ個別に受信信号を受信する。
無線部１１２−１〜１１２−Ｍは、それぞれ第１の受信アンテナ１１１−１，第２の受信アンテナ１１１−２，…，第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍが個別に受信した受信信号を入力し、増幅及びノイズ除去などの信号処理を行い、チャネル推定回路１１３へ出力する。
チャネル推定回路１１３は、送信側において付与された既知のパターンデータからなるプリアンブル信号を参照信号とし、この参照信号の受信状況から、すでに述べたように、Ｎ本の送信アンテナｉ（１≦ｉ≦Ｎ）と各受信アンテナｊ（１≦ｊ≦Ｍ）との間のＭ×Ｎ組の伝達関数（ｈj,i）を取得し、伝達関数行列管理回路１１５に出力する。
伝達関数行列管理回路１１５は、入力される伝達関数（ｈj,i）を行列の成分とする、Ｍ行Ｎ列の行列である伝達関数行列Ｈとして管理する。
【００３２】
受信信号管理回路１１４は、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、チャネル推定回路１１３から１シンボルずつ入力し、各アンテナの受信信号（ｒ1，ｒ2，…，ｒM）を成分とした受信信号ベクトルＲxとして一旦管理する。
信号検出回路１１６では、伝達関数行列管理回路115で管理された伝達関数行列と、受信信号管理回路１１４で管理する受信信号ベクトルＲxの関係から、最も確からしいと思われる推定送信信号Ｔx（Ｎ本のアンテナで送信されたシンボル単位のＮ行１列の推定送信信号列ベクトル）を求めて、対角行列生成回路１へ出力する。この際の送信信号の推定方法は、従来技術で説明したように非特許文献１及び非特許文献２などで規定された方法を含め、その他の方式を用いても構わない。
【００３３】
試験行列記憶回路４は、Ｎ行Ｎ列かつこの行列の所定の第ｋ（１≦ｋ≦Ｎ：ｋは整数）列目の成分の値が全て定数Ｃ（Ｃは任意の実数または複素数）の試験行列Ｕおよび該試験行列Ｕの逆行列Ｕ−１を記憶している。
対角行列生成回路１は、上記推定送信信号列ベクトルＴxのＮ個の各成分を対角成分とした、非対角成分が全て「０」であるＮ行Ｎ列の正方対角行列Ｄを生成する。
ここで、Ｔx｛ｔ1，ｔ2，…，ｔN｝とした場合、正方対角行列Ｄの対角成分は｛ｄ11，ｄ22，…，ｄNN｝＝｛ｔ1，ｔ2，…，ｔN｝である。
対角逆行列生成回路２は、所定の計算により上記正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１を生成する。なお、この逆行列は各対角成分をその値の逆数に置き換えることにより簡単に求めることが可能である。
【００３４】
第１の行列乗算回路３は、伝達関数行列Ｈと、正方対角行列Ｄと、試験行列Ｕとの積を計算して、すなわちＭ行Ｎ列の行列Ｈ・Ｄ・Ｕを計算する。
ここで、正方対角行列Ｄと試験行列Ｕとを乗算することにより、正方行列Ｄの対角成分｛ｔ1，ｔ2，…，ｔN｝各々に、試験行列Ｕの列成分が乗算されることにより、試験行列Ｕの列成分に対応したＴx1，Ｔx2，Ｔx3，…，ＴxNを列成分とする仮想送信信号行列が求められることとなる。ここで、この試験行列Ｕの１列目は全て定数１となっている。このため、仮想送信信号行列の1列目は、信号検出回路116で推定した送信信号ベクトルとなっている。また、仮想送信信号行列のその他の列ベクトルは、送信信号ベクトルに試験行列の各要素が乗算された信号となっている。
この様に、正方対角行列Ｄと試験行列Ｕとの積が仮想送信信号行列とみなすと、上記行列Ｈ・Ｄ・Ｕは仮想送信信号に対する仮想受信信号行列となる。
【００３５】
受信信号変換回路５は、受信信号列ベクトルＲxの各成分各々に定数Ｃを乗算し、各成分がＣ倍された変換受信信号ベクトルＲx'を生成する。この例においては、試験行列の1列目が全て１であり、定数Ｃは１となる。したがって、Ｃ倍の処理はもとの値を変換する処理とはなっていない。この様な場合には、受信信号変換回路５を省略することも可能である。
レプリカ行列生成回路６は、Ｍ行Ｎ列の上記仮想受信信号行列のｋ行目（１≦ｋ≦Ｍ、ｋは整数）を上記変換受信信号列ベクトルＲx'で置き換える処理を行い、変換受信信号列ベクトルＲx'の各成分が、それぞれの列成分となるレプリカ行列Ｈｒｅｐを生成する。なお、この例では、試験行列の１列目が全て１であり、変換受信信号列ベクトルＲx'で置き換える処理は、仮想受信信号行列の１列目に対して行う。
第２の行列乗算回路７は、試験行列記憶回路４から試験行列Ｕの逆行列Ｕ−１を読み出し、上記レプリカ行列Ｈｒｅｐと、読み出した逆行列Ｕ−１と、正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１とを乗算して、Ｍ行Ｎ列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める。  
すなわち、第２の行列乗算回路７は、受信信号のレプリカ行列Ｈｒｅｐに対して、仮想送信信号行列の逆行列を乗算して、新規の推定伝達関数行列Ｈestを算出する。
【００３６】
新規伝達関数行列生成回路８は、伝達関数行列管理回路１１５に現在記憶されている伝達関数行列Ｈnowを読み出し、所定の忘却係数μ（０＜μ≦１）を用いて、以下の（６）式により、新たに伝達関数行列管理回路１１５に記憶させる伝達関数行列Ｈnewの計算を行う。
Ｈnew  ＝  （１−μ）・Ｈnow  ＋  μ・Ｈest              …（６）
上記（４）式により、所定の忘却係数μを乗算した推定伝達関数行列Ｈestと、「１−μ」を乗算した伝達関数行列Ｈnowとを加算することにより線形結合させ、推定された推定伝達関数行列Ｈestをそのまま用いて置き換えるのではなく、直前の成分を残しつつ緩やかに調整する。
伝達関数行列更新制御回路９は、伝達関数行列管理回路１１５において、得られた伝達関数行列Ｈnewを伝達関数行列Ｈnowに上書きし、これを新たな伝達関数行列Ｈnowとする。なお、得られた伝達関数行列Ｈnewが推定精度として不十分であった場合には伝達関数行列Ｈnowの置き換えを保留するなど、必要に応じて置き換えの実施を制御することも可能である。
【００３７】
次に、図１及び図２を参照して、上述した実施形態における送信部及び受信部を有する無線通信システムの動作を説明する。
ここで、説明を簡略化するため、例えば、送信アンテナを４本及び受信アンテナを４本として、すなわち、送信部は送信アンテナ１０５−１〜１０５−４を有し、受信部は受信アンテナ１１１−１〜１１１−４を有しており、他の構成もこのアンテナ数に対応して構成されている。
送信部が送信アンテナ１０５−１〜１０５−４から個別にデータを発信する。
【００３８】
そして、第１の受信アンテナ１１１−１〜第４の受信アンテナ１１１−４は、それぞれ個別に受信信号を受信する。
これにより、無線部１１２−１〜１１２−４は、それぞれ第１の受信アンテナ１１１−１〜第４の受信アンテナ１１１−４が個別に受信した受信信号Ｒx｛ｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4｝を入力し、増幅及びノイズ除去などの信号処理を行い、チャネル推定回路１１３へ出力する。
次に、チャネル推定回路１１３は、送信側において付与された既知のパターンデータからなるプリアンブル信号を参照信号とし、この参照信号の受信状況から、すでに述べたように、４本の各送信アンテナｉ（１≦ｉ≦４）と４本の各受信アンテナｊ（１≦ｊ≦４）との間の４×４組の伝達関数（ｈj,i）を取得し、伝達関数行列管理回路１１５に出力して管理させる。
【００３９】
そして、受信信号管理回路１１４は、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、チャネル推定回路１１３から１シンボルずつ入力される、各アンテナの受信信号（ｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4）を成分とした受信信号ベクトルＲxを記憶する。
次に、信号検出回路１１６は、受信信号管理回路１１４から受信信号ベクトルＲxを読み出し、また、伝達関数行列管理回路１１５から伝達関数行列Ｈnowを読み出し、送信信号の推定値を求め、４行１列の推定送信信号列ベクトルＴx｛ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4｝を出力する。
【００４０】
次に、対角行列生成回路１は、仮想送信信号列ベクトルＴxの４個の各成分を対角成分とした、非対角成分が全て「０」である４行４列の正方対角行列Ｄ（後に示す（７）式における行列Ｄ）を生成する。
次に、第１の行列乗算回路３は、試験行列記憶回路４から試験行列Ｕを読み出し、下記の（７）式に示すように、正方対角行列Ｄに対して、試験行列Ｕ（（７）式における行列Ｕ）を右側から乗算して、仮想送信信号行列Ｔrを求める。
【００４１】
【数１】
2006324977.tif 000003
【００４２】
ここで、（７）式に示すように、仮想送信信号行列Ｔr｛Ｔx1，Ｔx2，Ｔx3，Ｔx4｝は、第１列目の仮想送信信号ベクトルＴx1＝｛ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4｝、Ｔx2＝｛ｔ1、−ｔ2、−ｔ3、ｔ4｝、Ｔx3＝｛ｔ1、ｔ2、−ｔ3、−ｔ4｝、Ｔx4＝｛ｔ1、−ｔ2、ｔ3、−ｔ4｝から構成されている。
そして、第１の行列乗算回路３は、この仮想送信信号行列Ｔrの左から、伝達関数行列管理回路１１５から読み出したＨnowを乗算して、すなわち４行４列の行列Ｈnow・Ｄ・Ｕ、すなわち仮想受信信号行列Ｒrを計算する。
【００４３】
次に、受信変換回路５は、受信信号管理回路１１４から入力される受信信号列ベクトルＲxの各成分に定数「Ｃ」を乗算して、変換受信信号ベクトルＲx'｛Ｃ・ｒ1，Ｃ・ｒ2，Ｃ・ｒ3，Ｃ・ｒ4｝を求める。ここでは試験行列Ｕの１列目が全て１つであることから、Ｃ＝１とする。つまりこの場合、Ｒ’ｘ＝Ｒｘであり、受信交換回路５の処理は省略可能である。
そして、レプリカ行列生成回路６は、下記に示す（８）式のように、４行４列の上記受信信号行列Ｒrの１列目を上記変換受信信号列ベクトルＲx'で置き換える処理を行い、レプリカ行列Ｈｒｅｐを生成する。
【００４４】
【数２】
2006324977.tif 000004
【００４５】
次に、対角逆行列回路２は、対角行列生成回路１の算出した正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１（後に示す（９）式におけるＤ−１）を算出する。
そして、第２行列算出回路７は、試験行列記憶回路４から試験行列Ｕの逆行列Ｕ−１を読み出し、以下の（９）式に示すように、この逆行列Ｕ−１を正方対角行列Ｄの逆行列Ｄ−１の左側から乗算して、仮想送信信号行列Ｔrの逆行列Ｔr−１（＝Ｕ−１・Ｄ−１）を算出する。
【００４６】
【数３】
2006324977.tif 000005
【００４７】
次に、第２行列乗算回路７は、逆行列Ｔr−１に対して、４行４列の行列Ｈｒｅｐを左から乗算して、推定伝達関数行列Ｈestとして、４行４列の行列Ｈｒｅｐ・Ｕ−１・Ｄ−１を求める。
そして、新規伝達関数行列生成回路８は、伝達関数行列管理回路１１５に現在記憶されている伝達関数行列Ｈnowを読み出し、所定の忘却係数μを用いて、新たに伝達関数行列管理回路１１５に記憶させる伝達関数行列Ｈnewの計算を行う。
次に、伝達関数行列更新制御回路９は、伝達関数行列管理回路１１５において、得られた伝達関数行列Ｈnewを伝達関数行列Ｈnowに上書きし、新たな伝達関数行列Ｈnowとする。
【００４８】
新規伝達関数行列生成回路８の演算において用いられる忘却係数μは、チャネル推定、すなわち伝達関数行列の推定精度に比例して設定することが望ましい。
また、伝達関数行列の推定精度は、仮想送信信号行列（送信信号レプリカ行列）の行列式に依存して変動すると予想されるが、４×４の行列の行列式を直接計算するには多くの乗算回路が必要となり、回路規模とともに演算の負荷が大きくなる。
しかしながら、上述した実施形態の場合、仮想送信信号行列の行列式は、この値が４つの信号点である仮想送信信号列ベクトルＴx｛ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4｝の絶対値（ベクトベルの大きさ）の積に比例することになる。
【００４９】
すなわち、上記絶対値｜ｔ1＊ｔ2＊ｔ3＊ｔ4｜の関数とした忘却係数μ(｜ｔ1＊ｔ2＊ｔ3＊ｔ4｜)を用いることにより、（６）式を下記に示す（１０）式に置き換えることにより、そのときの演算量を抑制することができる。
Ｈnew  ＝  （１−μ(｜ｔ1＊ｔ2＊ｔ3＊ｔ4｜)）・Ｈnow  
＋  μ(｜ｔ1＊ｔ2＊ｔ3＊ｔ4｜)・Ｈest              …（１０）
【００５０】
上述した実施形態においては、ＭＩＭＯの受信信号検出（送信信号の推定処理）は、信号検出回路１１６として示したが、従来例で示したＭＬＤやＺＦ等の既知の方法により推定された送信信号（誤り訂正を施したデータであっても構わない）の出力を用いて、上述したような処理を行い伝達関数行列（チャネル）のトラッキング処理を行う。
また、伝達関数行列更新制御回路９は、単純に生成された伝達関数Ｈnewを用いて伝達関数Ｈestと置き換えても良いし、何らかの条件（例えば、受信信号レベルの強度）を付加して更新してもよい。
【００５１】
さらに、上述した実施形態においては、MIMO伝送における多重数が４の場合を例として、試験行列Ｕに（７）式の右辺に示した行列を用いて説明した。この行列の特徴は、行列を構成する４つの列ベクトル（1,1,1,1）ｔ，（1,-1,-1,1）ｔ，（1,1,-1,-1）ｔ，（1,-1,1,-1）ｔが直交している（任意の２つのベクトルの内積がゼロとなる）という特徴を有する。このような特徴を有する行列は多数存在し、例えば、各列を適時入れ替えたものや、各列に適当な係数を乗算したものであっても、同様の特徴を有する。
特に、全要素に係数として1/2を乗算した行列を例として考えると、この行列は上記の性質以外にも、元の行列とそのエルミート共役な行列（転置して複素共役をとったもの）の積が単位行列となっているという性質を併せて有している。この様な特徴を有する行列はユニタリー行列と呼ばれている。上記のような性質を有する試験行列の候補は多数存在するが、その中の任意の行列を試験行列として利用することができる。
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することが出来る。
したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００５２】
なお、図１における受信部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受信におけるデータの再生を行ってもよい。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。さらに「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。
【００５３】
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。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすで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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態による受信局の受信部の一構成例を示すブロック図である。
【図２】ＭＩＭＯ技術を適用した送信局の送信部の構成を示すブロック図である。
【図３】従来技術における受信局の受信部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・対角行列生成回路
２・・・対角逆行列生成回路
３・・・第１の行列乗算回路
４・・・試験行列記憶回路
５・・・受信信号変換回路
６・・・レプリカ行列生成回路
７・・・第２の行列演算回路
８・・・新規伝達関数行列生成回路
９・・・伝達関数行列更新制御回路
１０１・・・データ分割回路
１０２−１，１０２−２，１０２−Ｎ・・・プリアンブル付与回路
１０３−１，１０３−２，１０３−Ｎ・・・変調回路
１０４−１，１０４−２，１０４−Ｎ・・・無線部
１０５−１，１０５−２，１０５−Ｍ・・・送信アンテナ
１１１−１，１１１−２，１１１−Ｍ・・・受信アンテナ
１１２−１，１１２−２，１１２−Ｍ・・・無線部
１１３・・・チャネル推定回路
１１４・・・受信信号管理回路
１１５・・・伝達関数行列管理回路
１１６・・・信号検出回路
１１７・・・データ合成回路
【図１】
2006324977.tif 000006
【図２】
2006324977.tif 000007
【図３】
2006324977.tif 000008