(57)【要約】【課題】複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いた通信処理を簡易にする。【解決手段】無線通信システムは、複数の送信アンテナ１１−１，…，１１−４と複数の受信アンテナ２１−１，…，２１−４との間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように複数の送信アンテナ１１−１，…，１１−４及び複数の受信アンテナ２１−１，…，２１−４が配置される。【選択図】図３
2015073260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置された、無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナは、第１の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記複数の受信アンテナは、前記第１の円と平行且つ同心の第２の円の円周上に等間隔にて配置される、無線通信システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル応答は、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の距離に基づいて予め決定される、無線通信システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈと対角行列Ψとの関係が数式９７により表わされるように定められた行列Ｆ、又は、当該行列Ｆの列を並べ替えた行列である送信ウェイト行列を処理前信号に乗算した信号を送信信号として前記複数の送信アンテナから送信し、前記送信ウェイト行列の複素共役転置行列である受信ウェイト行列を、前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に乗算した処理後信号を取得し、ここで、行列ＦＨは、行列Ｆの複素共役転置行列である、無線通信システム。
【数９７】
2015073260.tif 000101
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムであって、
予め定められた既知送信信号を前記処理前信号として用いることにより前記複数の送信アンテナから送信された信号に基づいて前記処理後信号として取得された既知受信信号と、前記既知送信信号と、に基づいて、当該既知送信信号と異なる信号が前記処理前信号として用いられることにより前記複数の送信アンテナから送信された信号に基づいて取得された前記処理後信号から当該処理前信号を取得する、無線通信システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に対して逆離散フーリエ変換を実行し、その実行結果に対して第１の対角行列を乗算し、その乗算結果に対して離散フーリエ変換を実行することにより、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号を推定する、無線通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈと第２の対角行列Ψとの関係が数式９８により表わされるように定められた、行列Ｆ、及び、前記行列Ｆの複素共役転置行列ＦＨと、前記受信信号ｙと、前記第１の対角行列Ωと、数式９９と、に基づいて前記送信信号ｘｅを推定する、無線通信システム。
【数９８】
2015073260.tif 000102
【数９９】
2015073260.tif 000103
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信システムであって、
前記第１の対角行列Ωの要素は、前記第２の対角行列Ψの要素に基づく値を有し、
前記複数の送信アンテナのうちの１つの送信アンテナから送信された、予め定められた既知送信信号が、前記複数の受信アンテナによって受信された信号である受信信号に基づいて、前記第２の対角行列Ψの要素を推定する、無線通信システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈの２列の相関を０に近づけるように、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置される、無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナは、第１の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記複数の受信アンテナは、前記第１の円と平行且つ同心の第２の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記第１の円の中心と前記第２の円の中心との間の距離Ｒと、前記第１の円の直径ｄｔと、前記第２の円の直径ｄｒと、の関係が、数式１００により表されるように、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置され、ここで、Ｎは、前記複数の送信アンテナの数であり、λは、前記複数の送信アンテナから送信される信号の搬送波の波長である、無線通信システム。
【数１００】
2015073260.tif 000104
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の無線通信システムであって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号ｙと、前記チャネル行列Ｈの複素共役転置行列ＨＨと、数式１０１と、に基づいて、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号ｘｅを推定する、無線通信システム。
【数１０１】
2015073260.tif 000105
【請求項１２】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置された状態において、
前記複数の送信アンテナから無線により信号を送信し、
前記送信された信号を前記複数の受信アンテナにより受信する、無線通信方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の無線通信方法であって、
前記チャネル行列Ｈと対角行列Ψとの関係が数式１０２により表わされるように定められた行列Ｆ、又は、当該行列Ｆの列を並べ替えた行列である送信ウェイト行列を処理前信号に乗算した信号を送信信号として前記複数の送信アンテナから送信し、ここで、行列ＦＨは、行列Ｆの複素共役転置行列であり、
前記送信ウェイト行列の複素共役転置行列である受信ウェイト行列を、前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に乗算した処理後信号を取得する、無線通信方法。
【数１０２】
2015073260.tif 000106
【請求項１４】
請求項１２に記載の無線通信方法であって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に対して逆離散フーリエ変換を実行し、その実行結果に対して第１の対角行列を乗算し、その乗算結果に対して離散フーリエ変換を実行することにより、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号を推定する、無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、及び、無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）方式を用いる無線通信システムが知られている。ＭＩＭＯ方式では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間で固有モードによる通信が行なわれることがある（例えば、特許文献１乃至８を参照）。
【０００３】
送信アンテナにより送信された無線信号（送信信号）ｘと、受信アンテナにより受信された無線信号（受信信号）ｙと、受信信号ｙに含まれる雑音ｎと、の関係は、数式１により表される。
【数１】
2015073260.tif 000003
【０００４】
ここで、ｘは、Ｎｔ×１のベクトル（送信信号ベクトル）を表す。Ｎｔは、送信アンテナの数を表す。ｎは、Ｎｒ×１のベクトル（雑音ベクトル）を表す。Ｎｒは、受信アンテナの数を表す。ｙは、Ｎｒ×１のベクトル（受信信号ベクトル）を表す。Ｈは、Ｎｒ×Ｎｔの行列（チャネル行列）を表す。チャネル行列は、ｉ番目の受信アンテナとｊ番目の送信アンテナとの間のチャネル（伝送路）応答（伝送路インパルス応答）をｉ行ｊ列の要素とする行列である。ｉは、１からＮｒまでの整数を表す。ｊは、１からＮｔまでの整数を表す。
【０００５】
チャネル行列Ｈは、特異値分解（ＳＶＤ；Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行なうことにより、数式２に示すように、３つの行列の乗算として表される。
【数２】
2015073260.tif 000004
【０００６】
ここで、Ｕは、左特異行列を表す。Ｖは、右特異行列を表す。ＶＨは、Ｖの複素共役転置行列を表す。Ｄは、数式３に示すように、対角行列を表す。
【数３】
2015073260.tif 000005
【０００７】
ここで、λｉは、行列ＨＨＨ、又は、行列ＨＨＨの固有値を表す。ここでは、送信アンテナの数Ｎｔと受信アンテナの数Ｎｒとが等しい場合を想定する。ｍは、送信アンテナの数Ｎｔ（又は、受信アンテナの数Ｎｒ）を表す。ｉは、１からｍまでの整数を表す。λｉは、固有モードにて通信（固有モード通信）が行なわれた場合の利得に比例する。
【０００８】
右特異行列Ｖを処理前信号ｓに乗算した送信信号ｘが送信された場合を想定する。送信信号ｘは、数式４により表される。この場合、受信信号ｙは、数式１に数式４を代入することにより導出される数式５により表わされる。
【数４】
2015073260.tif 000006
【数５】
2015073260.tif 000007
【０００９】
更に、左特異行列Ｕの複素共役転置行列ＵＨを、受信信号ｙに乗算した信号を処理後信号ｚとおくと、処理後信号ｚは、数式６により表される。数式６は、チャネル間で干渉が生じないことを表している。即ち、数式６は、固有モードにて通信を実行可能であることを表している。ここで、ｎ’は、左特異行列Ｕの複素共役転置行列ＵＨを雑音ベクトルｎに乗算したベクトルである。
【数６】
2015073260.tif 000008
【００１０】
無線通信システムは、固有モードにて通信を行なう場合、受信側にて、チャネル状態情報（ＣＳＩ；Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に基づいて、チャネル行列Ｈを推定する。推定されたチャネル行列Ｈに対して特異値分解を行なうことにより、右特異行列Ｖ及び左特異行列Ｕを推定できる。受信側は、推定された右特異行列Ｖを送信側に伝達する。送信側は、右特異行列Ｖを送信ウェイト行列として処理前信号ｓに乗算し、乗算後の信号を送信信号ｘとして送信する。
【００１１】
受信側は、受信された受信信号ｙに、左特異行列Ｕの複素共役転置行列ＵＨを受信ウェイト行列として乗算し、乗算後の信号を処理後信号ｚとして取得する。このようにして、ＭＩＭＯ方式の無線通信システムは、固有モードにて通信を行なうことにより、チャネル間の干渉を低減し、その結果、伝送路容量の拡大化を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１７２３０号
【特許文献２】特表２００７−５１２７６０号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／０６２５８７号
【特許文献４】特表２００９−５３５８７０号公報
【特許文献５】特表２００５−５１０９２８号公報
【特許文献６】特表２００８−５２３６６５号公報
【特許文献７】特表２００６−５０６９０６号公報
【特許文献８】特開２０１０−２２６７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、固有モードによるＭＩＭＯ通信においては、特異値分解を行なうとともに、右特異行列Ｖを受信側から送信側へ伝達するため、通信処理が煩雑であるという課題があった。
【００１４】
本発明の目的の一つは、上述した課題である、通信処理が煩雑であること、を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一つの側面では、無線通信システムは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように上記複数の送信アンテナ及び上記複数の受信アンテナが配置される。
【発明の効果】
【００１６】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いた通信処理を簡易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の一例としての無線通信システムの概略構成を表す図である。
【図２】第１実施形態の一例としてのアンテナの空間的な配置（位置関係）を示す正面図である。
【図３】第１実施形態の一例としてのアンテナの空間的な配置（位置関係）を概念的に示す説明図である。
【図４】第１実施形態の一例としての固有値と送受信アンテナが配置される円の中心間距離との関係を示すグラフである。
【図５】第１実施形態の一例としての信号対干渉雑音比と送受信アンテナが配置される円の中心間距離との関係を示すグラフである。
【図６】第１実施形態の一例としての固有値と送受信アンテナが配置される円の中心間距離との関係を示すグラフである。
【図７】第１実施形態の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図８】第１実施形態の一例としての送信装置（又は、受信装置）の構成を表す図である。
【図９】第１実施形態の第１変形例の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１０】第１実施形態の一例としての空間インタリーブの実行結果を概念的に示す説明図である。
【図１１】第１実施形態の第２変形例の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１２】第１実施形態の第３変形例の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１３】第２実施形態の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１４】第３実施形態の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１５】第４実施形態の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図１６】図１５のＭＩＭＯ検出部の構成の一例を表す図である。
【図１７】第４実施形態の一例としての演算量とアンテナ数との関係を示すグラフである。
【図１８】第４実施形態の一例としての信号対干渉雑音比と送受信アンテナが配置される円の中心間距離との関係を示すグラフである。
【図１９】第４実施形態の一例としての信号対干渉雑音比と送受信アンテナが配置される円の中心間距離との関係を示すグラフである。
【図２０】図１５のＭＩＭＯ検出部の構成の一例を表す図である。
【図２１】第４実施形態の第１変形例の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図２２】第４実施形態の第２変形例の一例としての無線通信システムの構成を表す図である。
【図２３】無線通信システムの適用例の一例を概念的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、無線通信システム、無線通信方法、送信装置、及び、受信装置の実施形態について図１乃至図２３を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（概要）
第１実施形態に係る無線通信システムは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備える。無線通信システムは、複数の送信アンテナから複数の受信アンテナへ無線により信号を送信する。複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナは、送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列が循環行列となるように配置される。
これによれば、通信処理を簡易にすることができる。
【００２０】
以下、第１実施形態に係る無線通信システムについて詳細に説明する。
（構成）
図１に示すように、第１実施形態に係る無線通信システム１は、送信装置１０と受信装置２０とを備える。
送信装置１０は、複数（本例では、Ｎ個）の送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎを備える。ここで、Ｎは、アンテナ数を表し、２以上の整数である。送信装置１０は、複数の送信アンテナ１１から無線により信号を送信する。送信アンテナ１１−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単に送信アンテナ１１と表記され得る。
【００２１】
受信装置２０は、複数（本例では、Ｎ個）の受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを備える。本例では、送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎの数と、受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎの数と、は同じである。受信アンテナ２１−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単に受信アンテナ２１と表記され得る。受信装置２０は、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を、複数の受信アンテナ２１によって受信する。
【００２２】
図２は、複数の送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎ、及び、複数の受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎの空間的な配置（位置関係）を示す正面図である。図３は、図２に示した位置関係を概念的に示す説明図である。なお、図２及び図３は、一例として、アンテナ数Ｎが４である場合について示している。
【００２３】
図２及び図３に示したように、複数の送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎは、第１の円Ｃ１の円周上に等間隔にて配置される。円周上において互いに隣接する送信アンテナ１１間の中心角αは、数式７により表される。即ち、アンテナ数Ｎが４である場合、中心角αは、π／２である。
【数７】
2015073260.tif 000009
【００２４】
同様に、複数の受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎは、第２の円Ｃ２の円周上に等間隔にて配置される。第２の円Ｃ２は、第１の円Ｃ１と平行である。即ち、第１の円Ｃ１が形成される第１の平面と、第２の円Ｃ２が形成される第２の平面と、は平行である。更に、第２の円Ｃ２は、第１の円Ｃ１と同心である。即ち、第２の円Ｃ２の中心ＣＣ２は、第１の円Ｃ１の中心ＣＣ１を通り且つ第１の円Ｃ１（第１の平面）に直交する直線上に位置している。
【００２５】
本例では、第１の円Ｃ１の中心ＣＣ１と、第２の円Ｃ２の中心ＣＣ２と、は、距離（中心間距離）Ｒだけ離れた位置に配置されている。図２及び図３には、第２の円Ｃ２の直径ｄｒが第１の円Ｃ１の直径ｄｔよりも大きい場合を一例として示している。なお、第１の円Ｃ１の直径ｄｔが第２の円Ｃ２の直径ｄｒよりも大きくてもよく、第１の円Ｃ１の直径ｄｔが第２の円Ｃ２の直径ｄｒと等しくてもよい。
【００２６】
また、図２は、第１の円Ｃ１の中心ＣＣ１と第２の円Ｃ２の中心ＣＣ２とを通る直線に沿った方向にて、複数の送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎ、及び、複数の受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを見た図である、と言える。
【００２７】
各受信アンテナ２１−ｉは、対応する送信アンテナ１１−ｉに対して、所定の基準位置２１−ｉ’からオフセット角θだけ相対回転させた位置に配置されている。基準位置２１−ｉ’は、送信アンテナ１１−ｉを通り且つ第１の円Ｃ１（第１の平面）に直交する直線が第２の平面と交わる位置と、第２の円Ｃ２の中心ＣＣ２と、を結ぶ直線が、第２の円Ｃ２の円周と交わる位置である。例えば、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと第２の円Ｃ２の直径ｄｒとが等しい場合、基準位置２１−ｉ’は、送信アンテナ１１−ｉを通り且つ第１の円Ｃ１に直交する直線が第２の平面と交わる位置である。なお、オフセット角θは、正の値でも負の値でもよく、０度であってもよい。
【００２８】
ｍ番目の受信アンテナ２１−ｍと、ｎ番目の送信アンテナ１１−ｎと、の間の相対回転角φｍ，ｎは、数式８により表される。ここで、ｍ及びｎのそれぞれは、１からＮまでの整数である。
【数８】
2015073260.tif 000010
【００２９】
ｍ番目の受信アンテナ２１−ｍと、ｎ番目の送信アンテナ１１−ｎと、の間の距離（アンテナ間距離）ｒｍｎは、数式９により表される。
【数９】
2015073260.tif 000011
【００３０】
ここで、代表直径ｄを、数式１０に示すように定義する。更に、ｘが十分に小さい場合に成立する数式１１に示す関係を用いることにより、数式９から数式１２が導出される。
【数１０】
2015073260.tif 000012
【数１１】
2015073260.tif 000013
【数１２】
2015073260.tif 000014
【００３１】
ところで、数式７及び数式８から、数式１３が導出される。
【数１３】
2015073260.tif 000015
【００３２】
数式１２及び数式１３から、アンテナ間距離ｒｍｎは、値（ｍ−ｎ）に依存して変化することが分かる。従って、アンテナ間距離ｒｍｎは、ｐ及びｑのそれぞれが１からＮ−１までの整数である場合において、数式１５により表される条件が成立するとき、数式１４により表される関係が成立する。また、アンテナ間距離ｒｍｎは、ｐが１からＮ−１までの整数であり且つｑがＮである場合において、数式１６により表される条件が成立するとき、数式１４により表される関係が成立する。従って、アンテナ間距離ｒｍｎをｍ行ｎ列の要素とする行列は、任意のアンテナ数Ｎに対して循環行列となる。
【数１４】
2015073260.tif 000016
【数１５】
2015073260.tif 000017
【数１６】
2015073260.tif 000018
【００３３】
例えば、アンテナ数Ｎが４である場合、アンテナ間距離ｒｍｎは、数式１７により表される。
【数１７】
2015073260.tif 000019
【００３４】
ここで、数式１８により表される関係が成立するので、数式１７から数式１９が導出される。
【数１８】
2015073260.tif 000020
【数１９】
2015073260.tif 000021
【００３５】
見通し線内（ＬＯＳ；Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）における通信である場合を想定する。この場合、ｍ番目の受信アンテナ２１−ｍと、ｎ番目の送信アンテナ１１−ｎと、の間のチャネル応答ｈｍｎは、数式２０により表される。ここで、ｊは、虚数であり、λは、複数の送信アンテナ１１から送信される信号の搬送波の波長（搬送波波長）を表す。
【数２０】
2015073260.tif 000022
【００３６】
数式２０から、チャネル応答ｈｍｎは、アンテナ間距離ｒｍｎに依存して変化することが分かる。従って、チャネル応答ｈｍｎをｍ行ｎ列の要素とするチャネル行列Ｈｃｉｒは、循環行列である。なお、アンテナ数Ｎが４と異なる場合もチャネル行列Ｈｃｉｒは、同様に、循環行列である。
【００３７】
このように、無線通信システム１は、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列となるように複数の送信アンテナ１１、及び、複数の受信アンテナ２１が配置されている、と言える。ここで、チャネル行列Ｈｃｉｒの要素（即ち、チャネル応答）ｈｍｎは、ｍ番目の受信アンテナ２１−ｍと、ｎ番目の送信アンテナ１１−ｎと、の間のアンテナ間距離ｒｍｎに基づいて予め決定される、と言える。換言すると、チャネル応答ｈｍｎは、アンテナ間距離ｒｍｎに基づいて、通信を行なう前に決定される、とも言える。
【００３８】
一例として、アンテナ数Ｎが４であり、且つ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じ場合におけるチャネル行列Ｈｃｉｒは、数式２１により表される。
【数２１】
2015073260.tif 000023
【００３９】
また、他の例として、アンテナ数Ｎが４であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合を想定する。この場合におけるチャネル行列Ｈｃｉｒは、数式２３〜数式２５を用いることによって導出される数式２２により表される。
【数２２】
2015073260.tif 000024
【数２３】
2015073260.tif 000025
【数２４】
2015073260.tif 000026
【数２５】
2015073260.tif 000027
【００４０】
チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列であるから、チャネル行列Ｈｃｉｒに対して、数式２６及び数式２７により示す関係を有する、対角行列Ψ、第１の行列Ｆ、及び、第２の行列ＦＨが存在する。第２の行列ＦＨは、第１の行列Ｆの複素共役転置行列である。
【数２６】
2015073260.tif 000028
【数２７】
2015073260.tif 000029
【００４１】
ここで、対角行列Ψのｐ行ｐ列の要素ψｐは、数式２８により表される。ｐは、１からＮまでの整数である。
【数２８】
2015073260.tif 000030
【００４２】
対角行列Ψの要素ψｐと、行列ＨｃｉｒＨＨｃｉｒ、又は、行列ＨｃｉｒＨｃｉｒＨの固有値λｐと、の関係は、数式２９により表される。
【数２９】
2015073260.tif 000031
【００４３】
第１の行列Ｆのｍ行ｎ列の要素ｆｍｎは、数式３０により表される。数式３０から、第１の行列Ｆは、アンテナ数Ｎにのみ依存して変化することが分かる。即ち、第１の行列Ｆは、チャネル行列Ｈｃｉｒが変化した場合であっても、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列である限りにおいて一定である。
【数３０】
2015073260.tif 000032
【００４４】
送信装置１０は、第１の行列Ｆを送信ウェイト行列として用いる。なお、送信ウェイト行列は、プリコーディング行列と呼ばれてもよい。送信装置１０は、送信ウェイト行列を処理前信号ｓに乗算した信号を送信信号ｘとして複数の送信アンテナ１１から送信する。従って、送信信号ｘは、数式３１により表される。なお、送信装置１０は、第１の行列Ｆの列を並べ替えた行列を送信ウェイト行列として用いてもよい。
【数３１】
2015073260.tif 000033
【００４５】
受信装置２０は、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を、複数の受信アンテナ２１により受信する。複数の受信アンテナ２１により受信される信号である受信信号ｙは、数式３２により表される。ここで、ｎは、雑音信号である。
【数３２】
2015073260.tif 000034
【００４６】
更に、受信装置２０は、送信ウェイト行列の複素共役転置行列（本例では、第２の行列ＦＨ）である受信ウェイト行列を、受信信号ｙに乗算した処理後信号ｚを取得する。処理後信号ｚは、数式３３により表される。ここで、ｎ’は、受信ウェイト行列ＦＨを雑音信号ｎに乗算したベクトルである。
【数３３】
2015073260.tif 000035
【００４７】
数式３３は、チャネル間で干渉が生じないことを表している。即ち、数式３３は、固有モードにて通信を実行可能であることを表している。例えば、無線通信システム１が行なう通信は、ＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）方式に従った通信を並列に行なう通信である、と捉えることもできる。
【００４８】
本例では、送信ウェイト行列は、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列であるため、アンテナ数Ｎが変化しない限りにおいて一定である。従って、チャネル行列に依存することなく、送信ウェイト行列及び受信ウェイト行列を予め用意することができる。即ち、チャネル行列に対する特異値分解を行なうことなく、且つ、受信側から送信側へ右特異行列を伝達することなく、固有モード通信を行なうことができる。即ち、通信処理を簡易にすることができる。
【００４９】
更に、受信装置２０は、予め定められた既知送信信号ｕを保持している。例えば、既知送信信号ｕは、プリアンブル信号、又は、パイロット信号である。送信装置１０は、送信ウェイト行列を、処理前信号としての既知送信信号ｕに乗算した信号を送信信号として、複数の送信アンテナ１１から送信する。
【００５０】
これにより、受信装置２０は、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。受信装置２０は、受信ウェイト行列を受信信号に乗算した処理後信号を既知受信信号ｕ’として取得する。既知受信信号ｕ’と既知送信信号ｕとの関係は、数式３４により表される。
【数３４】
2015073260.tif 000036
【００５１】
受信装置２０は、取得された既知受信信号ｕ’と、予め保持している既知送信信号ｕと、数式３５と、に基づいて、ｐ番目のチャネルの推定値（チャネル推定値）ηｐを取得する。ここで、ｕｐは、ｐ番目のチャネルの既知送信信号であり、ｕｐ’は、ｐ番目のチャネルの既知受信信号である。ｎｐ’は、ｐ番目のチャネルの雑音信号である。ｐは、１からＮまでの整数である。
【数３５】
2015073260.tif 000037
【００５２】
受信装置２０は、取得されたチャネル推定値ηｐと、既知送信信号と異なる処理前信号ｓに対して取得された、ｐ番目のチャネルの処理後信号ｚｐと、数式３６と、に基づいて、ｐ番目のチャネルの処理前信号ｓｐ’を取得する。
【数３６】
2015073260.tif 000038
【００５３】
このように、受信装置２０は、既知送信信号と異なる信号（他の信号）が処理前信号として用いられることにより複数の送信アンテナ１１から送信された信号に基づいて処理後信号を取得する。そして、受信装置２０は、既知送信信号と既知受信信号とに基づいて、取得された処理後信号から処理前信号を取得する。
これによれば、処理前信号を容易に取得することができる。
【００５４】
なお、受信装置２０は、マルチパス等によりデータストリーム間に干渉が存在する場合、通常のＭＩＭＯチャネル推定、及び、ＺＦ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）法、又は、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）法等により、ＭＩＭＯ信号分離検出を行なってもよい。
【００５５】
また、送信装置１０は、既知送信信号に送信ウェイト行列を乗算することなく、既知送信信号を送信してもよい。この場合、送信装置１０は、いずれか１つの送信アンテナ１１から既知送信信号を送信する。これにより、受信装置２０は、送信された既知送信信号を既知受信信号として各受信アンテナ２１により受信する。受信装置２０は、各受信アンテナ２１により受信された既知受信信号と、既知送信信号と、に基づいて各チャネルに対するチャネル推定値を取得する。
【００５６】
次に、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌｕｓ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）について説明する。
送信装置１０が、処理前信号に送信ウェイト行列を乗算し、乗算後の信号を複数の送信アンテナ１１から送信する場合（プリコーディングを行なう場合）、ｐ番目のチャネルの信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、行列ＨｃｉｒＨＨｃｉｒ、又は、行列ＨｃｉｒＨｃｉｒＨのｐ番目の固有値λｐに比例する。行列ＨｃｉｒＨＨｃｉｒの固有値λｐは、数式３７に示す固有方程式を解くことにより求められる。Λは、固有値を表す未知の変数である。Ｉは、単位行列である。
【数３７】
2015073260.tif 000039
【００５７】
送信装置１０が、処理前信号に送信ウェイト行列を乗算することなく、処理前信号を複数の送信アンテナ１１から送信する場合（プリコーディングを行なわない場合）、ｐ番目のチャネルの信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、数式３８により表される。この場合、数式３８から、すべてのチャネルの信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐが同一の値を有することが分かる。
【数３８】
2015073260.tif 000040
【００５８】
一例として、アンテナ数Ｎが３であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合について説明する。この場合、固有値λｐは、数式３７から求められた数式３９により表される。ここで、βは、数式４０により表される。
【数３９】
2015073260.tif 000041
【数４０】
2015073260.tif 000042
【００５９】
固有値λｐは、図４に示すように、中心間距離Ｒに対して変化する。中心間距離Ｒが、後述する最大容量距離Ｒ０であるときに、すべての固有値λｐが同一の値を有する。このとき、固有モードにて通信が行なわれるので、伝送路容量が最大になる。
【００６０】
また、上述の、アンテナ数Ｎが３であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、数式３８から求められた数式４１により表される。
【数４１】
2015073260.tif 000043
【００６１】
各信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、数式４１及び図５に示すように、同一である。信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、図５に示すように、中心間距離Ｒに対して変化する。中心間距離Ｒが、後述する最大容量距離Ｒ０であるときに、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐが最大になる。このとき、伝送路容量が最大になる。
【００６２】
なお、アンテナ数Ｎが３であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが１５度である場合、固有値λｐは、図６に示すように、中心間距離Ｒに対して変化する。
【００６３】
オフセット角θが０度である場合（即ち、図４）においては、固有値λ２、及び、固有値λ３の両方が０となる中心間距離Ｒ（距離Ｒ１）が存在する。従って、中心間距離Ｒが距離Ｒ１であるとき、固有値λ２、及び、固有値λ３に対応するチャネルにおいて、通信を行なうことができない。一方、オフセット角θが１５度である場合（即ち、図６）においては、中心間距離Ｒが上記距離Ｒ１であるとき、固有値λ２、及び、固有値λ３の両方が０よりも大きい値を有する。従って、このとき、固有値λ２、及び、固有値λ３に対応するチャネルにおいて、通信を行なうことができる。
【００６４】
このように、オフセット角θを変更することにより、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び／又は、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、を変更することなく、伝送路容量を調整することができる。
【００６５】
次に、他の例として、アンテナ数Ｎが４であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合について説明する。この場合、固有値λｐは、数式３７から求められた数式４２により表される。
【数４２】
2015073260.tif 000044
【００６６】
また、この場合、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、数式３８から求められた数式４３により表される。
【数４３】
2015073260.tif 000045
【００６７】
次に、他の例として、アンテナ数Ｎが２であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合について説明する。この場合、固有値λｐは、数式４４により表される。
【数４４】
2015073260.tif 000046
【００６８】
また、この場合、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、数式４５により表される。
【数４５】
2015073260.tif 000047
【００６９】
次に、中心間距離Ｒと、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、の関係について説明する。本例では、無線通信システム１は、チャネル行列Ｈｃｉｒを構成する複数の列のうちの２列の相関を０に近づけるように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。
【００７０】
先ず、アンテナ数Ｎが４であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合について説明する。即ち、この場合、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒは、代表直径ｄと等しい。この場合、チャネル行列Ｈｃｉｒは、上述したように、数式２２により表される。数式４０に示すβを用いると、数式２２から数式４６が導出される。
【数４６】
2015073260.tif 000048
【００７１】
２つのチャネルが直交することは、チャネル行列Ｈｃｉｒにおいて、当該２つのチャネルに対応する２列の相関が０になることに対応している。チャネル行列Ｈｃｉｒの、１番目の列と２番目の列との相関は、数式４７により表される。
【数４７】
2015073260.tif 000049
【００７２】
従って、上記相関が０になる場合、βは、数式４８により表される。ここで、ｎは、整数を表す。
【数４８】
2015073260.tif 000050
【００７３】
数式４８と数式４０とから、数式４９が導出される。
【数４９】
2015073260.tif 000051
【００７４】
数式４９から、ｎが１である場合、中心間距離Ｒに対する代表直径ｄの大きさを最も小さくできることが分かる。本例では、送信装置１０及び受信装置２０を小型化するために、ｎを１とおく。これにより、数式４９から数式５０が導出される。
【数５０】
2015073260.tif 000052
【００７５】
更に、アンテナ数Ｎが４以外の場合にも数式５０を拡張して用いることができるように、右辺の分子の４をアンテナ数Ｎとおく。これにより、数式５０を導出した手順と同様の手順により（即ち、数式１９及び数式２０を用いて、数式４７のように相関を算出し、算出された相関を０とおくことにより（θ＝０の場合））、数式５１が導出される。
【数５１】
2015073260.tif 000053
【００７６】
本例では、無線通信システム１は、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が、数式５１により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。なお、上述した最大容量距離Ｒ０は、数式５１により表される関係を満たす中心間距離Ｒである。
【００７７】
次に、アンテナ数Ｎが４と異なる場合について説明する。アンテナ数Ｎが３である場合、又は、アンテナ数が５以上である場合、アンテナ数Ｎが４である場合と同様に、無線通信システム１は、数式５１に基づいて、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。なお、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が異なる場合も同様である。また、オフセット角θが０度と異なる場合も同様である。
【００７８】
ところで、アンテナ数Ｎが３又は４であり、且つ、オフセット角θが０度である場合、数式５１により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１を配置することができる。従って、この場合、伝送路容量が最大である通信（最大容量通信）を行なうことができる。一方、アンテナ数Ｎが５以上である場合、最大容量通信を行なうことができないが、数式５１に基づいて、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１を配置してもよい。
【００７９】
一方、アンテナ数Ｎが２である場合、無線通信システム１は、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が、数式５２により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。なお、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が異なる場合も同様である。また、オフセット角θが０度と異なる場合も同様である。
【数５２】
2015073260.tif 000054
【００８０】
ここで、数式５１及び数式５２により表される関係を満たす、中心間距離Ｒ及び代表直径ｄの一例を示す。表１は、搬送波の周波数が６０ＧＨｚである場合において、アンテナ数Ｎが２，３，４のそれぞれである場合における、中心間距離Ｒ及び代表直径ｄを表す。例えば、アンテナ数Ｎが２であり、中心間距離Ｒが５ｍである場合、代表直径ｄは、１１．１ｃｍである。
【００８１】
同様に、表２は、搬送波の周波数が８３ＧＨｚである場合において、アンテナ数Ｎが２，３，４のそれぞれである場合における、中心間距離Ｒ及び代表直径ｄを表す。例えば、アンテナ数Ｎが２であり、中心間距離Ｒが１０００ｍである場合、代表直径ｄは、１．３４ｍである。
このように、搬送波の周波数がミリ波周波数帯に含まれる場合、代表直径ｄは、送信装置１０及び受信装置２０を十分に小型化できる大きさであると言える。
【表１】
2015073260.tif 000055
【表２】
2015073260.tif 000056
【００８２】
なお、無線通信システム１は、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が、数式５１又は数式５２により表される関係を満たさないように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置されていてもよい。
【００８３】
次に、無線通信システム１のより具体的な構成について説明する。
図７に示すように、送信装置１０は、複数（本例では、Ｎ個）の符号化部１２−１，…，１２−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）の変調部１３−１，…，１３−Ｎと、送信ウェイト処理部１４と、を備える。符号化部１２−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単に符号化部１２と表記され得る。同様に、変調部１３−ｉは、区別する必要がない場合、単に変調部１３と表記され得る。
【００８４】
本例では、符号化部１２、変調部１３、及び、送信ウェイト処理部１４は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）によって機能が実現されている。なお、符号化部１２、変調部１３、及び、送信ウェイト処理部１４は、プログラム可能な論理回路装置（例えば、ＰＬＤ、又は、ＦＰＧＡ）によって機能が実現されていてもよい。ＰＬＤは、Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅの略記である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略記である。
【００８５】
また、送信装置１０は、図８に示すように、処理装置１０１と記憶装置１０２とを備え、処理装置１０１が記憶装置１０２に記憶（格納）されたプログラムを実行することにより、上記機能を実現してもよい。例えば、処理装置１０１は、ＣＰＵ、又は、ＤＳＰである。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔの略記である。ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｏｃｅｓｓｏｒの略記である。
【００８６】
例えば、記憶装置１０２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ、半導体メモリ、及び、有機メモリの少なくとも１つを備える。ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙの略記である。ＲＯＭは、Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙの略記である。ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略記である。ＳＳＤは、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅの略記である。
【００８７】
符号化部１２は、入力された送信データに、誤り訂正（例えば、前方誤り訂正（ＦＥＣ））処理を行なうための誤り訂正符号を付加する。ＦＥＣは、Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｒｒｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎの略記である。例えば、誤り訂正符号は、畳み込み符号、ターボ符号、又は、低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ；Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ  Ｃｏｄｅ）等である。符号化部１２は、誤り訂正符号が付加された送信データを変調部１３へ出力する。
【００８８】
なお、各符号化部１２に入力される送信データは、ストリーム信号の一例である。即ち、複数の符号化部１２は、複数のストリーム信号のそれぞれに誤り訂正符号を付加する、と言える。
【００８９】
変調部１３は、符号化部１２により出力された送信データを、所定の変調方式に従って変調することにより、当該送信データを変調信号に変換する。例えば、変調方式は、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、又は、６４ＱＡＭ等である。ここで、ＱＰＳＫは、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇの略記である。１６ＱＡＭは、１６  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略記である。６４ＱＡＭは、６４  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略記である。変調部１３は、変調信号を送信ウェイト処理部１４へ出力する。本例では、送信データ、及び、変調信号は、処理前信号の一例である。
【００９０】
送信ウェイト処理部１４は、複数の変調部１３により出力された複数の変調信号に、送信ウェイト行列を乗算することにより、複数の送信信号を複数の送信アンテナ１１と対応付けて生成する。送信ウェイト処理部１４は、生成された複数の送信信号を、各送信信号と対応付けられた送信アンテナ１１へ出力する。複数の送信アンテナ１１は、送信ウェイト処理部１４により出力された複数の送信信号を送信する。
【００９１】
受信装置２０は、受信ウェイト処理部２２と、複数（本例では、Ｎ個）の復調部２３−１，…，２３−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）の復号部２４−１，…，２４−Ｎと、を備える。復調部２３−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単に復調部２３と表記され得る。同様に、復号部２４−ｉは、区別する必要がない場合、単に復号部２４と表記され得る。
【００９２】
本例では、受信ウェイト処理部２２、復調部２３、及び、復号部２４は、ＬＳＩによって機能が実現されている。なお、受信ウェイト処理部２２、復調部２３、及び、復号部２４は、プログラム可能な論理回路装置によって機能が実現されていてもよい。
また、受信装置２０は、送信装置１０と同様に、図８に示すように、処理装置１０１と記憶装置１０２とを備えていてもよく、処理装置１０１が記憶装置１０２に記憶（格納）されたプログラムを実行することにより、上記機能を実現してもよい。
【００９３】
受信ウェイト処理部２２は、複数の受信アンテナ２１により受信された複数の受信信号に、受信ウェイト行列を乗算することにより、複数の復調前信号を取得する。受信ウェイト処理部２２は、取得された複数の復調前信号を複数の復調部２３へ出力する。
【００９４】
復調部２３は、受信ウェイト処理部２２により出力された復調前信号を復調することにより、当該復調前信号を受信データに変換する。復調部２３は、受信データを復号部２４へ出力する。
復号部２４は、復調部２３により出力された受信データに対して、誤り訂正処理を実行する。復号部２４は、実行後の受信データを出力する。本例では、受信データ、及び、復調前信号は、処理後信号の一例である。
【００９５】
（動作）
次に、無線通信システム１の動作について説明する。
送信装置１０は、送信ウェイト行列及び既知送信信号を予め保持している。同様に、受信装置２０は、受信ウェイト行列及び既知送信信号を予め保持している。
【００９６】
先ず、送信装置１０は、既知送信信号を変調し、変調後の既知送信信号に、送信ウェイト行列を乗算した信号を送信信号として、複数の送信アンテナ１１から送信する。
【００９７】
これにより、受信装置２０は、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。そして、受信装置２０は、受信ウェイト行列を受信信号に乗算した信号を復調し、復調後の信号を既知受信信号として取得する。受信装置２０は、取得された既知受信信号と、予め保持している既知送信信号と、に基づいて、チャネル推定値ηｐを取得する。
【００９８】
その後、送信装置１０は、送信データに誤り訂正符号を付加し、付加後の送信データを変調し、変調信号に送信ウェイト行列を乗算した信号を送信信号として、複数の送信アンテナ１１から送信する。
【００９９】
これにより、受信装置２０は、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。そして、受信装置２０は、受信ウェイト行列を受信信号に乗算した信号と、取得されたチャネル推定値ηｐと、に基づいて、復調前信号を取得する。そして、受信装置２０は、取得された復調前信号を復調し、復調された受信データに対して誤り訂正処理を実行する。次いで、受信装置２０は、実行後の受信データを、上記送信データとして取得する。
【０１００】
以上、説明したように、第１実施形態に係る無線通信システム１は、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列となるように複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。
これによれば、複数の送信アンテナ１１と複数の受信アンテナ２１とを用いた通信処理を簡易にすることができる。
【０１０１】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１において、複数の送信アンテナ１１は、第１の円Ｃ１の円周上に等間隔にて配置される。更に、複数の受信アンテナ２１は、第１の円Ｃ１と平行且つ同心の第２の円Ｃ２の円周上に等間隔にて配置される。
これによれば、チャネル行列Ｈｃｉｒを確実に循環行列とすることができる。
【０１０２】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１において、チャネル応答ｈｍｎは、ｎ番目の送信アンテナ１１と、ｍ番目の受信アンテナ２１と、の間の距離ｒｍｎに基づいて予め決定される。
【０１０３】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１は、数式２６及び数式２７により示す関係を有する第１の行列Ｆ又は第１の行列Ｆの列を並べ替えた行列である送信ウェイト行列を処理前信号に乗算した信号を送信信号として複数の送信アンテナ１１から送信する。加えて、無線通信システム１は、送信ウェイト行列の複素共役転置行列である受信ウェイト行列を、複数の受信アンテナ２１によって受信された受信信号に乗算した処理後信号を取得する。
【０１０４】
第１の行列Ｆは、チャネル行列Ｈｃｉｒが変化した場合であっても、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列である限りにおいて一定である。従って、チャネル行列Ｈｃｉｒに依存することなく、送信ウェイト行列及び受信ウェイト行列を予め用意することができる。即ち、チャネル行列Ｈｃｉｒに対する特異値分解を行なうことなく、且つ、受信側から送信側へ右特異行列を伝達することなく、固有モード通信を行なうことができる。
【０１０５】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１は、チャネル行列Ｈｃｉｒの２列の相関を０に近づけるように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。
これによれば、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０１０６】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１は、中心間距離Ｒと、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、の関係が、数式５１により表されるように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。
これによれば、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０１０７】
更に、第１実施形態に係る無線通信システム１は、既知受信信号と既知送信信号とに基づいて、他の信号が処理前信号として用いられることにより複数の送信アンテナ１１から送信された信号に基づいて取得された処理後信号から当該処理前信号を取得する。既知送信信号は、予め定められた信号である。既知受信信号は、既知送信信号を処理前信号として用いることにより複数の送信アンテナ１１から送信された信号に基づいて処理後信号として取得された信号である。
これによれば、処理前信号を容易に取得することができる。
【０１０８】
なお、第１実施形態に係る無線通信システム１は、高速フーリエ変換を行なうことにより、送信ウェイト行列を処理前信号に乗算してもよい。
これによれば、送信ウェイト行列を処理前信号に乗算する処理を高速に実行することができる。
また、第１実施形態に係る無線通信システム１は、高速フーリエ変換を行なうことにより、受信ウェイト行列を受信信号に乗算してもよい。
これによれば、受信ウェイト行列を受信信号に乗算する処理を高速に実行することができる。
【０１０９】
また、第１実施形態に係る受信装置２０は、受信信号に基づいて信号対干渉雑音比を算出し、算出された信号対干渉雑音比に基づいて誤り訂正処理を実行してもよい。
【０１１０】
＜第１実施形態の第１変形例＞
次に、第１実施形態の第１変形例に係る無線通信システムについて説明する。第１実施形態の第１変形例に係る無線通信システムは、第１実施形態に係る無線通信システムに対して、空間インタリーブを実行する点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第１実施形態の第１変形例の説明において、第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１１１】
図９に示すように、第１変形例に係る無線通信システム１Ａは、送信装置１０に代えて送信装置１０Ａを備えるとともに、受信装置２０に代えて受信装置２０Ａを備える。
送信装置１０Ａは、送信装置１０の構成に加えて、空間インタリーブ部１５Ａを備える。
受信装置２０Ａは、受信装置２０の構成に加えて、空間デインタリーブ部２５Ａを備える。
【０１１２】
空間インタリーブ部１５Ａは、複数の符号化部１２と複数の変調部１３との間に配置される。なお、空間インタリーブ部１５Ａは、複数の変調部１３と送信ウェイト処理部１４との間に配置されてもよい。
【０１１３】
空間インタリーブ部１５Ａは、複数の符号化部１２により出力された複数の送信データに対して、空間インタリーブを実行する。空間インタリーブは、複数のストリーム信号（即ち、複数の系列）に含まれる複数のデータブロックを、１つのストリーム信号にて連続する複数のデータブロックが、互いに異なる複数のストリーム信号にそれぞれ含まれるように、再配置する処理である。
空間インタリーブ部１５Ａは、実行後の複数の送信データを複数の変調部１３へ出力する。
【０１１４】
図１０は、一例として、３つのストリーム信号＃１〜＃３に含まれる複数のデータブロックＢ＃１１〜Ｂ＃１９，Ｂ＃２１〜Ｂ＃２９，Ｂ＃３１〜Ｂ＃３９に対する空間インタリーブの実行結果を示す。例えば、ストリーム信号＃１にて連続する複数のデータブロックＢ＃１１〜Ｂ＃１３は、ストリーム信号＃１〜＃３にそれぞれ再配置される。同様に、ストリーム信号＃２にて連続する複数のデータブロックＢ＃２１〜Ｂ＃２３も、ストリーム信号＃１〜＃３にそれぞれ再配置される。他のデータブロックも同様である。
【０１１５】
空間デインタリーブ部２５Ａは、復調部２３により出力された複数の受信データに対して、空間デインタリーブを実行する。空間デインタリーブは、空間インタリーブと同様の処理によって、各ストリーム信号に含まれるデータブロックの配置を、空間インタリーブが実行される前の配置に戻す処理である。空間デインタリーブ部２５Ａは、実行後の複数の受信データを複数の復号部２４へ出力する。なお、空間デインタリーブ部２５Ａは、受信ウェイト処理部２２と復調部２３との間に配置されてもよい。
【０１１６】
以上、説明したように、第１変形例に係る無線通信システム１Ａは、第１実施形態に係る無線通信システム１の機能に加えて、複数のストリーム信号のそれぞれに誤り訂正符号を付加し、付加後の複数のストリーム信号に対して空間インタリーブを実行する。更に、無線通信システム１Ａは、実行後の複数のストリーム信号を複数の送信アンテナ１１からそれぞれ送信する。
【０１１７】
これによれば、特定のチャネルにおける受信品質が他のチャネルにおける受信品質よりも低い場合であっても、誤り訂正符号に基づいて復元できない情報が生じる可能性を低減することができる。
例えば、中心間距離Ｒが最大容量距離Ｒ０と異なる場合であっても、通信品質が過度に劣化することを抑制することができる。
【０１１８】
＜第１実施形態の第２変形例＞
次に、第１実施形態の第２変形例に係る無線通信システムについて説明する。第１実施形態の第２変形例に係る無線通信システムは、第１実施形態の第１変形例に係る無線通信システムに対して、マルチキャリア伝送を行なう点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第１実施形態の第２変形例の説明において、第１実施形態の第１変形例にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１１９】
図１１に示すように、第２変形例に係る無線通信システム１Ｂは、送信装置１０Ａに代えて送信装置１０Ｂを備えるとともに、受信装置２０Ａに代えて受信装置２０Ｂを備える。
無線通信システム１Ｂは、複数の異なる周波数を有する複数の搬送波（サブキャリア）により無線信号を伝送するマルチキャリア伝送を行なう。本例では、無線通信システム１Ｂは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に従って、マルチキャリア伝送を行なう。
【０１２０】
送信装置１０Ｂは、送信装置１０Ａの構成に加えて、複数（本例では、Ｎ個）のパンクチュア部１６Ｂ−１，…，１６Ｂ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）の周波数インタリーブ部１７Ｂ−１，…，１７Ｂ−Ｎと、を備える。更に、送信装置１０Ｂは、複数（本例では、Ｎ個）のＩＦＦＴ部１８Ｂ−１，…，１８Ｂ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のＧＩ挿入部１９Ｂ−１，…，１９Ｂ−Ｎと、を備える。ＩＦＦＴは、Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略記である。ＧＩは、Ｇｕａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｖａｌの略記である。
【０１２１】
パンクチュア部１６Ｂ−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単にパンクチュア部１６Ｂと表記され得る。同様に、周波数インタリーブ部１７Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単に周波数インタリーブ部１７Ｂと表記され得る。同様に、ＩＦＦＴ部１８Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単にＩＦＦＴ部１８Ｂと表記され得る。同様に、ＧＩ挿入部１９Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単にＧＩ挿入部１９Ｂと表記され得る。
【０１２２】
パンクチュア部１６Ｂは、符号化部１２により出力された送信データに対して、送信データのビット数を所定の数に一致させるレートマッチング（レート整合）を実行する。例えば、レートマッチングは、ビットを削除する処理（パンクチュアリング）、又は、ビットを反復する処理（レペティション）である。パンクチュア部１６Ｂは、実行後の送信データを周波数インタリーブ部１７Ｂへ出力する。
【０１２３】
周波数インタリーブ部１７Ｂは、パンクチュア部１６Ｂにより出力された送信データに対して、周波数インタリーブを実行する。周波数インタリーブは、複数のサブキャリアに割り当てられた複数のデータブロックを、１つのサブキャリアに割り当てられた、連続する複数のデータブロックが、互いに異なる複数のサブキャリアにそれぞれ割り当てられるように、再配置する処理である。
周波数インタリーブ部１７Ｂは、実行後の送信データを空間インタリーブ部１５Ａへ出力する。
【０１２４】
ＩＦＦＴ部１８Ｂは、送信ウェイト処理部１４により出力された複数の送信信号を、周波数領域から時間領域へ変換する。ＩＦＦＴ部１８Ｂは、変換後の送信信号をＧＩ挿入部１９Ｂへ出力する。
ＧＩ挿入部１９Ｂは、ＩＦＦＴ部１８Ｂにより出力された送信信号にＧＩを挿入する。ＧＩ挿入部１９Ｂは、挿入後の送信信号を送信アンテナ１１へ出力する。
【０１２５】
本例では、空間インタリーブにおいて再配置の対象となるデータブロックのビット数は、予め定められた再配置ビット数である。例えば、再配置ビット数は、１、ＮＢＰＳＣ、又は、ｍａｘ（ＮＢＰＳＣ／２，１）である。ここで、ＮＢＰＳＣは、サブキャリア毎の符号化されたデータのビット数である。
【０１２６】
受信装置２０Ｂは、受信装置２０Ａの構成に加えて、複数（本例では、Ｎ個）のＧＩ削除部２６Ｂ−１，…，２６Ｂ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のＦＦＴ部２７Ｂ−１，…，２７Ｂ−Ｎと、を備える。更に、受信装置２０Ｂは、複数（本例では、Ｎ個）の周波数デインタリーブ部２８Ｂ−１，…，２８Ｂ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のデパンクチュア部２９Ｂ−１，…，２９Ｂ−Ｎと、を備える。ＦＦＴは、Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略記である。
【０１２７】
ＧＩ削除部２６Ｂ−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単にＧＩ削除部２６Ｂと表記され得る。同様に、ＦＦＴ部２７Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単にＦＦＴ部２７Ｂと表記され得る。同様に、周波数デインタリーブ部２８Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単に周波数デインタリーブ部２８Ｂと表記され得る。同様に、デパンクチュア部２９Ｂ−ｉは、区別する必要がない場合、単にデパンクチュア部２９Ｂと表記され得る。
【０１２８】
ＧＩ削除部２６Ｂは、受信アンテナ２１により受信された受信信号からＧＩを削除する。ＧＩ削除部２６Ｂは、削除後の受信信号をＦＦＴ部２７Ｂへ出力する。
ＦＦＴ部２７Ｂは、ＧＩ削除部２６Ｂにより出力された受信信号を、時間領域から周波数領域へ変換する。ＦＦＴ部２７Ｂは、変換後の受信信号を受信ウェイト処理部２２へ出力する。
【０１２９】
周波数デインタリーブ部２８Ｂは、空間デインタリーブ部２５Ａにより出力された受信データに対して、周波数デインタリーブを実行する。周波数デインタリーブは、周波数インタリーブと逆の処理である。周波数デインタリーブ部２８Ｂは、実行後の受信データをデパンクチュア部２９Ｂへ出力する。
【０１３０】
デパンクチュア部２９Ｂは、周波数デインタリーブ部２８Ｂにより出力された受信データに対して、デレートマッチングを実行する。デレートマッチングは、レートマッチングと逆の処理である。デパンクチュア部２９Ｂは、実行後の受信データを復号部２４へ出力する。
【０１３１】
なお、無線通信システム１Ａにおいて実行される処理は、無線通信システム１Ｂにおいて、サブキャリア毎に並列に実行される。従って、本例では、送信ウェイト処理部１４は、サブキャリア毎に、複数の変調部１３により出力された複数の変調信号に送信ウェイト行列を乗算する。本例では、送信ウェイト処理部１４は、すべてのサブキャリアに対して同一の送信ウェイト行列を用いる。
【０１３２】
同様に、本例では、受信ウェイト処理部２２は、サブキャリア毎に、複数のＦＦＴ部２７Ｂにより出力された複数の受信信号に受信ウェイト行列を乗算する。本例では、受信ウェイト処理部２２は、すべてのサブキャリアに対して同一の受信ウェイト行列を用いる。
【０１３３】
以上、説明したように、第２変形例に係る無線通信システム１Ｂは、第１実施形態に係る無線通信システム１の機能に加えて、第１変形例に係る無線通信システム１Ａと同様に、空間インタリーブを実行するから、誤り訂正符号に基づいて復元できない情報が生じる可能性を低減することができる。
【０１３４】
なお、第２変形例に係る無線通信システム１Ｂにおいて、空間インタリーブ部１５Ａは、複数の符号化部１２と複数のパンクチュア部１６Ｂとの間に配置されてもよい。また、空間インタリーブ部１５Ａは、複数のパンクチュア部１６Ｂと複数の周波数インタリーブ部１７Ｂとの間に配置されてもよい。また、空間インタリーブ部１５Ａは、複数の変調部１３と送信ウェイト処理部１４との間に配置されてもよい。
【０１３５】
同様に、空間デインタリーブ部２５Ａは、複数の復号部２４と複数のデパンクチュア部２９Ｂとの間に配置されてもよい。また、空間デインタリーブ部２５Ａは、複数のデパンクチュア部２９Ｂと複数の周波数デインタリーブ部２８Ｂとの間に配置されてもよい。また、空間デインタリーブ部２５Ａは、複数の復調部２３と受信ウェイト処理部２２との間に配置されてもよい。
【０１３６】
＜第１実施形態の第３変形例＞
次に、第１実施形態の第３変形例に係る無線通信システムについて説明する。第１実施形態の第３変形例に係る無線通信システムは、第１実施形態の第２変形例に係る無線通信システムに対して、符号化処理部、パンクチュア部、復号部、及び、デパンクチュア部を１つずつ備える点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第１実施形態の第３変形例の説明において、第１実施形態の第２変形例にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１３７】
図１２に示すように、第３変形例に係る無線通信システム１Ｃは、送信装置１０Ｂに代えて送信装置１０Ｃを備えるとともに、受信装置２０Ｂに代えて受信装置２０Ｃを備える。
送信装置１０Ｃは、送信装置１０Ｂの、複数の符号化部１２及び複数のパンクチュア部１６Ｂに代えて、１つの符号化部１２Ｃ及び１つのパンクチュア部１６Ｃを備える。更に、送信装置１０Ｃが備える空間インタリーブ部１５Ａは、パンクチュア部１６Ｃと複数の周波数インタリーブ部１７Ｂとの間に配置される。
【０１３８】
符号化部１２Ｃは、符号化部１２と同様の処理を実行する。符号化部１２Ｃは、実行後の送信データをパンクチュア部１６Ｃへ出力する。パンクチュア部１６Ｃは、パンクチュア部１６Ｂと同様の処理を実行する。パンクチュア部１６Ｃは、実行後の送信データを空間インタリーブ部１５Ａへ出力する。
【０１３９】
空間インタリーブ部１５Ａは、パンクチュア部１６Ｃにより出力された送信データを、Ｎ個に分割することにより、Ｎ個のストリーム信号を生成する。空間インタリーブ部１５Ａは、生成したＮ個のストリーム信号に対して、空間インタリーブを実行する。空間インタリーブ部１５Ａは、実行後の複数の送信データを複数の周波数インタリーブ部１７Ｂへ出力する。
【０１４０】
受信装置２０Ｃは、受信装置２０Ｂの、複数の復号部２４及び複数のデパンクチュア部２９Ｂに代えて、１つの復号部２４Ｃ及び１つのデパンクチュア部２９Ｃを備える。更に、受信装置２０Ｃが備える空間デインタリーブ部２５Ａは、デパンクチュア部２９Ｃと複数の周波数デインタリーブ部２８Ｂとの間に配置される。
【０１４１】
空間デインタリーブ部２５Ａは、複数の周波数デインタリーブ部２８Ｂにより出力された複数の受信データに対して、空間デインタリーブを実行する。空間デインタリーブ部２５Ａは、実行後の複数の受信データを集約することにより、１つのストリーム信号を生成する。空間デインタリーブ部２５Ａは、生成された１つのストリーム信号としての受信データをデパンクチュア部２９Ｃへ出力する。
【０１４２】
デパンクチュア部２９Ｃは、デパンクチュア部２９Ｂと同様の処理を実行する。デパンクチュア部２９Ｃは、実行後の受信データを復号部２４Ｃへ出力する。復号部２４Ｃは、復号部２４と同様の処理を実行する。復号部２４Ｃは、実行後の受信データを出力する。
【０１４３】
以上、説明したように、第３変形例に係る無線通信システム１Ｃは、第１実施形態に係る無線通信システム１の機能に加えて、第２変形例に係る無線通信システム１Ｂと同様に、空間インタリーブを実行するから、誤り訂正符号に基づいて復元できない情報が生じる可能性を低減することができる。
【０１４４】
加えて、第３変形例に係る無線通信システム１Ｃによれば、符号化処理部、パンクチュア部、復号部、及び、デパンクチュア部を１つずつ備えるだけであるから、第２変形例に係る無線通信システム１Ｂよりも構成を簡易にすることができる。
【０１４５】
なお、第３変形例に係る無線通信システム１Ｃにおいて、空間インタリーブ部１５Ａは、複数の周波数インタリーブ部１７Ｂと複数の変調部１３との間に配置されてもよい。また、空間インタリーブ部１５Ａは、複数の変調部１３と送信ウェイト処理部１４との間に配置されてもよい。
【０１４６】
同様に、空間デインタリーブ部２５Ａは、複数の周波数デインタリーブ部２８Ｂと複数の復調部２３との間に配置されてもよい。また、空間デインタリーブ部２５Ａは、複数の復調部２３と受信ウェイト処理部２２との間に配置されてもよい。
【０１４７】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る無線通信システムについて説明する。第２実施形態に係る無線通信システムは、第１実施形態に係る無線通信システムに対して、伝送路容量に基づいて受信アンテナの位置を調整する点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第２実施形態の説明において、上記第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１４８】
図１３に示すように、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄは、図１の受信装置２０に代えて受信装置２０Ｄを備える。
受信装置２０Ｄは、受信装置２０の構成に加えて、取得部２０１及び調整部２０２を備える。なお、無線通信システム１Ａ〜１Ｃの受信装置２０Ａ〜２０Ｃが、取得部２０１及び調整部２０２を備えていてもよい。
【０１４９】
取得部２０１は、複数の送信アンテナ１１と複数の受信アンテナ２１との間の伝送路容量を表す情報（伝送路情報）を取得する。例えば、取得部２０１は、復号部２４における誤り率に基づいて、単位時間あたりに正しく受信された情報の量を取得することにより伝送路情報を取得する。
【０１５０】
なお、取得部２０１は、通信状態を表す通信状態情報に基づいて伝送路情報を推定することにより伝送路情報を取得してもよい。例えば、通信状態情報は、ＲＳＲＰ、ＳＩＮＲ、パスロス（Ｐａｔｈ  Ｌｏｓｓ）、ＣＱＩ、及び／又は、ＲＳＲＱ等である。ＲＳＲＰは、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｐｏｗｅｒの略記である。ＣＱＩは、Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒの略記である。ＲＳＲＱは、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｑｕａｌｉｔｙの略記である。
【０１５１】
調整部２０２は、取得部２０１により取得された伝送路情報に基づいて、複数の受信アンテナ２１の位置を調整する。本例では、調整部２０２は、伝送路情報が表す伝送路容量を最大にするように、複数の受信アンテナ２１の位置を調整する。
【０１５２】
一例として、調整部２０２は、複数の受信アンテナ２１を複数の送信アンテナ１１に対して相対回転させることにより、オフセット角θを調整する。また、他の例として、調整部２０２は、複数の受信アンテナ２１を、第２の円Ｃ２に直交する方向において移動させることにより、中心間距離Ｒを調整する。また、他の例として、調整部２０２は、複数の受信アンテナ２１を、第２の円Ｃ２の中心ＣＣ２に対する径方向において移動させることにより、第２の円Ｃ２の直径ｄｒを調整する。
【０１５３】
調整部２０２は、オフセット角θ、中心間距離Ｒ、及び、直径ｄｒのいずれか１つ、又は、これらの任意の組み合わせを調整してもよい。
【０１５４】
以上、説明したように、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄによれば、第１実施形態に係る無線通信システム１と同様に、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列となるように複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。
これによれば、通信処理を簡易にすることができる。
【０１５５】
更に、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄによれば、伝送路容量を表す情報に基づいて、複数の受信アンテナ２１の位置が調整される。この結果、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０１５６】
なお、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄは、複数の受信アンテナ２１の一部のみの位置を調整してもよい。また、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄは、複数の受信アンテナ２１の位置及び複数の送信アンテナ１１の位置の両方を調整してもよい。また、第２実施形態に係る無線通信システム１Ｄは、複数の送信アンテナ１１の位置のみを調整してもよい。
【０１５７】
複数の送信アンテナ１１の位置を調整する場合、受信装置２０Ｄは、送信装置１０へ伝送路情報を送信してもよい。この場合、送信装置１０は、受信した伝送路情報に基づいて複数の送信アンテナ１１の位置を調整してもよい。
【０１５８】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る無線通信システムについて説明する。第３実施形態に係る無線通信システムは、第１実施形態に係る無線通信システムに対して、プリコーディングを行なわない点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第３実施形態の説明において、上記第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１５９】
図１４に示すように、第３実施形態に係る無線通信システム１Ｅは、図１の送信装置１０に代えて送信装置１０Ｅを備えるとともに、図１の受信装置２０に代えて受信装置２０Ｅを備える。
送信装置１０Ｅは、送信装置１０の構成から、送信ウェイト処理部１４を削除した構成を有する。
受信装置２０Ｅは、受信装置２０の構成から、受信ウェイト処理部２２を削除した構成を有する。
【０１６０】
従って、送信装置１０Ｅは、処理前信号に送信ウェイト行列を乗算することなく、処理前信号を送信信号として複数の送信アンテナ１１から送信する。
また、受信装置２０Ｅは、複数の受信アンテナ２１により受信された受信信号に、受信ウェイト行列を乗算することなく、当該受信信号を処理後信号として出力する。
【０１６１】
第３実施形態に係る無線通信システム１Ｅは、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が、数式５１又は数式５２により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置されている。従って、無線通信システム１Ｅは、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が上記関係を満たさない場合と比較して、伝送路容量を大きくすることができる。
【０１６２】
＜第４実施形態＞
送信アンテナにより送信された無線信号（送信信号）ｘと、受信アンテナにより受信された無線信号（受信信号）ｙと、受信信号ｙに含まれる雑音ｎと、の関係は、数式５３により表される。
【数５３】
2015073260.tif 000057
【０１６３】
ここで、ｘは、Ｎｔ×１のベクトル（送信信号ベクトル）を表す。Ｎｔは、送信アンテナの数を表す。ｎは、Ｎｒ×１のベクトル（雑音ベクトル）を表す。Ｎｒは、受信アンテナの数を表す。ｙは、Ｎｒ×１のベクトル（受信信号ベクトル）を表す。Ｈは、Ｎｒ×Ｎｔの行列（チャネル行列）を表す。チャネル行列は、ｉ番目の受信アンテナとｊ番目の送信アンテナとの間のチャネル（伝送路）応答（伝送路インパルス応答）をｉ行ｊ列の要素とする行列である。ｉは、１からＮｒまでの整数を表す。ｊは、１からＮｔまでの整数を表す。
【０１６４】
ＭＩＭＯ方式における受信信号処理は、空間多重された受信信号ｙから、データストリーム毎に分離された送信信号ｘを推定する。送信信号ｘの推定は、ＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）法、又は、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ；Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）法等を用いて行なわれる。ＺＦ法、及び、ＭＭＳＥ法は、チャネル行列の逆行列を算出する処理を含む。
【０１６５】
また、送信信号ｘの推定は、ＢＬＡＳＴ（Ｂｅｌｌ  Ｌａｂ．  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ）法、又は、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法等を用いて行なわれ得る。ＢＬＡＳＴ法、及び、ＭＬＤ法は、ＺＦ法、及び、ＭＭＳＥ法よりも演算量が大きい。
【０１６６】
例えば、ＺＦ法を用いる場合、数式５４により表されるように、受信信号ｙにフィルタ行列ＧＺＦを乗算することにより、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出する。ここで、フィルタ行列ＧＺＦは、Ｎｔ×Ｎｒの行列である。
【数５４】
2015073260.tif 000058
【０１６７】
フィルタ行列ＧＺＦは、チャネル行列Ｈを用いて、数式５５のように表される。
【数５５】
2015073260.tif 000059
【０１６８】
送信アンテナの数と受信アンテナの数とが同じである場合、ＧＺＦ＝Ｈ−１が成立するので、送信信号ｘの推定値ｘｅは、数式５６により表される。
【数５６】
2015073260.tif 000060
【０１６９】
ここで、行列Ｈの逆行列Ｈ−１を算出するための演算量は、アンテナ数Ｎの３乗に比例して増加する。アンテナ数Ｎは、送信アンテナの数、又は、受信アンテナの数である。また、行列Ｈ−１と受信信号ｙとを乗算するための演算量は、アンテナ数Ｎの２乗に比例して増加する。従って、数式５６に基づいて、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、数式５７により表される。以下、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、複雑度とも表される。ここで、Ｏ（Ｘ）は、演算量がＸに比例して増加することを表す関数である。
【数５７】
2015073260.tif 000061
【０１７０】
同様に、ＭＭＳＥ法を用いる場合、フィルタ行列ＧＭＭＳＥは、数式５８により表される。ここで、γは、雑音を表すパラメータであり、数式５９により表される。ここで、ρは、すべての受信アンテナに対する、信号対雑音比（ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）の平均値を表す。また、Ｉは、単位行列である。
【数５８】
2015073260.tif 000062
【数５９】
2015073260.tif 000063
【０１７１】
数式５８から、ＭＭＳＥ法を用いる場合、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、数式５７により表される演算量に、パラメータγを算出するための演算量を加えた量である。
このように、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、ＺＦ法及びＭＭＳＥ法のいずれにおいても、逆行列の算出を行なうために大きくなりやすい。
【０１７２】
これに対し、後述するように、第４実施形態に係る無線通信システムは、複数の受信アンテナによって受信された受信信号に対して逆離散フーリエ変換を実行し、その実行結果に対して対角行列を乗算し、その乗算結果に対して離散フーリエ変換を実行する。これにより、無線通信システムは、複数の送信アンテナから送信された送信信号を推定する。この結果、送信信号を推定するための演算量を低減できる。
【０１７３】
第４実施形態に係る無線通信システムは、第１実施形態に係る無線通信システムに対して、プリコーディングを行なわずに、受信装置が送信信号を推定する点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第４実施形態の説明において、第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０１７４】
図１５に示すように、第４実施形態に係る無線通信システム１Ｆは、図７の送信装置１０に代えて送信装置１０Ｆを備えるとともに、図７の受信装置２０に代えて受信装置２０Ｆを備える。
送信装置１０Ｆは、図７の送信装置１０から、送信ウェイト処理部１４を削除した構成を有する。送信装置１０Ｆは、変調部１３により出力された変調信号に送信ウェイト行列を乗算せずに、当該変調信号を送信信号として複数の送信アンテナ１１から送信する。
【０１７５】
受信装置２０Ｆは、図７の受信装置２０の受信ウェイト処理部２２に代えて、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆを備える。ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、複数の受信アンテナ２１により受信された受信信号に対してＭＩＭＯ検出を行なう。ＭＩＭＯ検出は、受信信号に基づいて、送信装置１０Ｆにより送信された送信信号を推定する処理を含む。ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、ＭＩＭＯ検出の実行結果を復調部２３へ出力する。
【０１７６】
本例では、第１実施形態と同様に、送信アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−Ｎの数と、受信アンテナ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎの数と、は同じである。
本例では、第１実施形態と同様に、無線通信システム１Ｆは、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列となるように複数の送信アンテナ１１、及び、複数の受信アンテナ２１が配置されている。従って、第１実施形態と同様に、チャネル行列Ｈｃｉｒに対して、数式６０及び数式６１により示す関係を有する、対角行列Ψ、第１の行列Ｆ、及び、第２の行列ＦＨが存在する。第２の行列ＦＨは、第１の行列Ｆの複素共役転置行列である。対角行列Ψは、第２の対角行列の一例である。
【数６０】
2015073260.tif 000064
【数６１】
2015073260.tif 000065
【０１７７】
ここで、対角行列Ψのｐ行ｐ列の要素である対角要素ψｐは、数式６２により表される。ｐは、１からＮまでの整数である。Ｎは、アンテナ数を表し、２以上の整数である。ｈｍｎは、ｍ番目の受信アンテナ２１−ｍと、ｎ番目の送信アンテナ１１−ｎと、の間のチャネル応答を表す。なお、チャネル応答ｈｍｎは、チャネル行列Ｈｃｉｒのｍ行ｎ列の要素である。
【数６２】
2015073260.tif 000066
【０１７８】
対角行列Ψの対角要素ψｐと、行列ＨｃｉｒＨＨｃｉｒ、又は、行列ＨｃｉｒＨｃｉｒＨの固有値λｐと、の関係は、数式６３により表される。
【数６３】
2015073260.tif 000067
【０１７９】
第１の行列Ｆのｍ行ｎ列の要素ｆｍｎは、数式６４により表される。数式６４から、第１の行列Ｆは、アンテナ数Ｎにのみ依存して変化することが分かる。即ち、第１の行列Ｆは、チャネル行列Ｈｃｉｒが変化した場合であっても、チャネル行列Ｈｃｉｒが循環行列である限りにおいて一定である。
【数６４】
2015073260.tif 000068
【０１８０】
数式６４から、第１の行列Ｆは、ユニタリ行列であることが分かる。このため、数式６５が成立する。Ｉは、単位行列を表す。
【数６５】
2015073260.tif 000069
【０１８１】
また、チャネル行列Ｈｃｉｒの逆行列Ｈｃｉｒ−１は、数式６６により表される。
【数６６】
2015073260.tif 000070
【０１８２】
ＺＦ法を用いる場合、送信信号ｘの推定値ｘｅは、数式６６から導出される数式６７により表される。本例では、ｘｅは、Ｎ×１のベクトルを表す。ベクトルｘｅのｐ番目の要素は、ｐ番目の送信アンテナ１１−ｐにより送信された送信信号の推定値を表す。また、ｙは、Ｎ×１のベクトルを表す。ベクトルｙのｐ番目の要素は、ｐ番目の受信アンテナ２１−ｐにより受信された受信信号を表す。ｐは、１からＮまでの整数を表す。
【数６７】
2015073260.tif 000071
【０１８３】
本例では、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、数式６７に基づいて、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出する。送信信号ｘの推定値ｘｅを算出することは、送信信号ｘを推定することの一例である。
【０１８４】
図１６に示すように、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、一例として、ＩＤＦＴ部３１１と、チャネル推定部３１２と、ＤＦＴ部３１３と、生成部３１４と、乗算部３１５と、ＤＦＴ部３１６と、を備える。ＩＤＦＴは、Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略記である。ＤＦＴは、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍの略記である。
【０１８５】
チャネル推定部３１２は、予め定められた既知送信信号ｕ０を保持している。例えば、既知送信信号ｕ０は、プリアンブル信号、又は、パイロット信号である。
送信装置１０Ｆは、既知送信信号ｕ０を複数の送信アンテナ１１のうちの１つの送信アンテナ１１から送信する。本例では、送信装置１０Ｆは、既知送信信号ｕ０を１番目の送信アンテナ１１−１から送信する。なお、送信装置１０Ｆは、既知送信信号ｕ０を、１番目の送信アンテナ１１−１と異なる１つの送信アンテナ１１から送信してもよい。
【０１８６】
これにより、受信装置２０Ｆは、１つの送信アンテナ１１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。
チャネル推定部３１２は、複数の受信アンテナ２１のそれぞれに対して、受信信号ｕｐ’と、予め保持している既知送信信号ｕ０と、に基づいて、チャネル応答の推定値ηｐを算出する。本例では、ηｐは、１番目の送信アンテナ１１−１と、ｐ番目の受信アンテナ２１−ｐと、の間のチャネル応答の推定値を表す。ｐは、１からＮまでの整数を表す。ｕｐ’は、ｐ番目の受信アンテナ２１−ｐの受信信号を表す。
【０１８７】
本例では、チャネル推定部３１２は、数式６８に示すように、ｐ番目の受信アンテナ２１−ｐの受信信号ｕｐ’を既知送信信号ｕ０により除算した値を、チャネル応答の推定値ηｐとして算出する。ここで、ｎｐは、ｐ番目の受信アンテナ２１−ｐの受信信号ｕｐ’に含まれる雑音を表す。
【数６８】
2015073260.tif 000072
【０１８８】
チャネル推定部３１２は、算出したチャネル応答の推定値ηｐに基づいて、チャネル応答の推定値ベクトルη’を取得する。チャネル応答の推定値ベクトルη’は、複数の受信アンテナ２１のうちの１つの受信アンテナ２１と複数の送信アンテナ１１との間のチャネル応答の推定値を含む。
【０１８９】
本例では、チャネル推定部３１２は、チャネル応答の推定値ηｐと、数式６９と、に基づいて、複数の送信アンテナ１１と、１番目の受信アンテナ２１−１と、の間のチャネル応答の推定値ベクトルη’を取得する。なお、チャネル推定部３１２は、１番目の受信アンテナ２１−１と異なる１つの受信アンテナ２１に対するチャネル応答の推定値ベクトルを取得してもよい。チャネル推定部３１２は、取得したチャネル応答の推定値ベクトルη’をＤＦＴ部３１３へ出力する。
【数６９】
2015073260.tif 000073
【０１９０】
ＤＦＴ部３１３は、数式７０に基づいて、チャネル推定部３１２により出力されたチャネル応答の推定値ベクトルη’に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実行することにより、対角行列Ψの対角要素ベクトルψ’を算出する。対角行列Ψの対角要素ベクトルψ’は、対角行列Ψの対角要素ψｐを含む。ＤＦＴ（Ｘ）は、Ｘに対するＤＦＴを表す。
【数７０】
2015073260.tif 000074
【０１９１】
これによれば、ＤＦＴを行なうことにより、対角行列Ψの対角要素ψｐを算出できる。従って、対角行列Ψの対角要素ψｐを算出するための演算量を低減できる。
ＤＦＴ部３１３は、算出した対角要素ベクトルψ’を生成部３１４へ出力する。本例では、ＤＦＴ部３１３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行なうことにより、ＤＦＴを実行する。これによれば、ＤＦＴを行なうための演算量を低減できる。この結果、ＤＦＴを高速に実行することができる。なお、ＤＦＴ部３１３は、ＦＦＴを行なわずに、ＤＦＴを実行してもよい。
【０１９２】
生成部３１４は、ＤＦＴ部３１３により出力された対角要素ベクトルψ’に基づいて、対角行列Ωを生成する。対角行列Ωのｐ行ｐ列の要素である対角要素ωｐは、数式７１に基づいて算出される。本例では、対角行列Ωは、対角行列Ψの逆行列Ψ−１と一致する。生成部３１４は、生成した対角行列Ωを乗算部３１５へ出力する。対角行列Ωは、第１の対角行列の一例である。
【数７１】
2015073260.tif 000075
【０１９３】
ＩＤＦＴ部３１１は、数式７２に基づいて、受信信号ｙに対して逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を実行することにより、第１の変換後ベクトルｙ１を算出する。ＩＤＦＴ（Ｘ）は、Ｘに対するＩＤＦＴを表す。
【数７２】
2015073260.tif 000076
【０１９４】
ＩＤＦＴ部３１１は、算出した第１の変換後ベクトルｙ１を乗算部３１５へ出力する。本例では、ＩＤＦＴ部３１１は、ＦＦＴを行なうことにより、ＩＤＦＴを実行する。これによれば、ＩＤＦＴを行なうための演算量を低減できる。この結果、ＩＤＦＴを高速に実行することができる。なお、ＩＤＦＴ部３１１は、ＦＦＴを行なわずに、ＩＤＦＴを実行してもよい。
【０１９５】
乗算部３１５は、数式７３に基づいて、生成部３１４により出力された対角行列Ω（本例では、Ω＝Ψ−１）を、ＩＤＦＴ部３１１により出力された第１の変換後ベクトルｙ１に乗算することにより、第２の変換後ベクトルｙ２を算出する。乗算部３１５は、算出した第２の変換後ベクトルｙ２をＤＦＴ部３１６へ出力する。
【数７３】
2015073260.tif 000077
【０１９６】
ＤＦＴ部３１６は、数式７４に基づいて、第２の変換後ベクトルｙ２に対してＤＦＴを実行することにより、第３の変換後ベクトルｙ３を算出する。ＤＦＴ部３１６は、算出した第３の変換後ベクトルｙ３を送信信号ｘの推定値ｘｅとして出力する。本例では、ＤＦＴ部３１６は、ＦＦＴを行なうことにより、ＤＦＴを実行する。これによれば、ＤＦＴを行なうための演算量を低減できる。この結果、ＤＦＴを高速に実行することができる。なお、ＤＦＴ部３１６は、ＦＦＴを行なわずに、ＤＦＴを実行してもよい。
【数７４】
2015073260.tif 000078
【０１９７】
このようにして、本例では、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、数式７５に表されるように、数式６７と等価な演算を行なうことにより、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出する。
【数７５】
2015073260.tif 000079
【０１９８】
ＦＦＴを行なわずに、ＤＦＴ又はＩＤＦＴを実行するための演算量は、アンテナ数Ｎの２乗に比例して増加する。例えば、ＩＤＦＴ部３１１、ＤＦＴ部３１３、及び、ＤＦＴ部３１６のすべてがＦＦＴを行なわずにＤＦＴ又はＩＤＦＴを実行する場合を想定する。この場合、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、数式７６により表される。
【数７６】
2015073260.tif 000080
【０１９９】
また、ＦＦＴを行なうことにより、ＤＦＴ又はＩＤＦＴを実行するための演算量は、Ｎｌｏｇ２Ｎに比例して増加する。例えば、ＩＤＦＴ部３１１、ＤＦＴ部３１３、及び、ＤＦＴ部３１６のすべてがＦＦＴを行なうことによりＤＦＴ又はＩＤＦＴを実行する場合を想定する。この場合、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量は、数式７７により表される。
【数７７】
2015073260.tif 000081
【０２００】
図１７は、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出するための演算量の一例を示す。図１７において、曲線ＣＶ１は、チャネル行列Ｈから、その逆行列Ｈ−１を算出する場合における演算量を表す。図１７において、曲線ＣＶ２は、ＦＦＴを行なわずに、ＤＦＴ及びＩＤＦＴを実行する場合における演算量を表す。図１７において、曲線ＣＶ３は、ＦＦＴを行なうことによりＤＦＴ及びＩＤＦＴを実行する場合における演算量を表す。
【０２０１】
ＦＦＴは、２のべき乗の数のデータに対して適用され得る。従って、ＦＦＴを行なう場合において、アンテナ数Ｎが３である場合の演算量は、アンテナ数Ｎが４である場合の演算量と略等しい。同様に、アンテナ数Ｎが５、６、又は、７である場合の演算量は、アンテナ数Ｎが８である場合の演算量と略等しい。同様に、アンテナ数Ｎが９乃至１５のいずれかである場合の演算量は、アンテナ数Ｎが１６である場合の演算量と略等しい。
【０２０２】
図１７に示されるように、ＤＦＴ及びＩＤＦＴを実行する場合における演算量は、チャネル行列Ｈからその逆行列Ｈ−１を算出する場合における演算量よりも小さい。更に、ＤＦＴ及びＩＤＦＴを実行する場合における演算量と、チャネル行列Ｈからその逆行列Ｈ−１を算出する場合における演算量と、の差は、アンテナ数Ｎが大きくなるほど大きくなる。
【０２０３】
（動作）
次に、無線通信システム１Ｆの動作について説明する。
送信装置１０Ｆは、既知送信信号を予め保持している。同様に、受信装置２０Ｆは、既知送信信号を予め保持している。
【０２０４】
先ず、送信装置１０Ｆは、既知送信信号を変調し、変調後の既知送信信号を１つの送信アンテナ１１−１から送信する。これにより、受信装置２０Ｆは、１つの送信アンテナ１１−１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。
【０２０５】
そして、受信装置２０Ｆは、受信信号と、予め保持している既知送信信号と、に基づいて、チャネル応答の推定値ベクトルη’を取得する。次いで、受信装置２０Ｆは、取得したチャネル応答の推定値ベクトルη’に対してＤＦＴを実行することにより、対角行列Ψの対角要素ベクトルψ’を算出する。その後、受信装置２０Ｆは、算出した対角行列Ψの対角要素ベクトルψ’に基づいて、対角行列Ωを生成する。
【０２０６】
また、送信装置１０Ｆは、送信データに誤り訂正符号を付加し、付加後の送信データを変調し、変調信号を送信信号として、複数の送信アンテナ１１から送信する。これにより、受信装置２０Ｆは、複数の送信アンテナ１１により送信された信号を受信信号として、複数の受信アンテナ２１により受信する。
【０２０７】
そして、受信装置２０Ｆは、受信信号ｙに対してＩＤＦＴを実行することにより、第１の変換後ベクトルｙ１を算出する。次いで、受信装置２０Ｆは、生成した対角行列Ω（本例では、Ω＝Ψ−１）を、算出した第１の変換後ベクトルｙ１に乗算することにより、第２の変換後ベクトルｙ２を算出する。
【０２０８】
更に、受信装置２０Ｆは、算出した第２の変換後ベクトルｙ２に対してＤＦＴを実行することにより、第３の変換後ベクトルｙ３を、送信信号ｘの推定値ｘｅとして算出する。そして、受信装置２０Ｆは、算出した送信信号ｘの推定値ｘｅを復調し、復調されたデータに対して誤り訂正処理を実行する。次いで、受信装置２０Ｆは、誤り訂正処理の実行後のデータを、送信装置１０Ｆにより送信されたデータとして取得する。
【０２０９】
以上、説明したように、第４実施形態に係る無線通信システム１Ｆは、複数の受信アンテナ２１によって受信された受信信号に対してＩＤＦＴを実行し、その実行結果に対して対角行列Ωを乗算する。更に、無線通信システム１Ｆは、その乗算結果に対してＤＦＴを実行することにより、複数の送信アンテナ１１から送信された送信信号ｘを推定する。
これによれば、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２１０】
更に、第４実施形態に係る無線通信システム１Ｆは、上記数式６７に基づいて送信信号ｘｅを推定する。
これによれば、ＩＤＦＴを行なうことにより、第２の行列ＦＨをベクトルに乗算する演算を行なうことができる。更に、ＤＦＴを行なうことにより、第１の行列Ｆをベクトルに乗算する演算を行なうことができる。従って、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２１１】
加えて、第４実施形態に係る無線通信システム１Ｆは、１つの送信アンテナ１１−１から送信された既知送信信号ｕ０が、複数の受信アンテナ２１によって受信された信号である受信信号ｕｐ’に基づいて、対角行列Ψの要素ψｐを推定する。
【０２１２】
これによれば、１つの送信アンテナ１１−１と複数の受信アンテナ２１との間のチャネル応答を推定することにより、送信信号ｘを推定できる。従って、複数の送信アンテナ１１と複数の受信アンテナ２１との間のチャネル応答を推定する場合よりも、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２１３】
なお、受信装置２０Ｆは、マルチパス等によりデータストリーム間に干渉が存在する場合、複数の送信アンテナ１１から送信された既知送信信号に基づいて、複数の送信アンテナ１１と複数の受信アンテナ２１との間のチャネル応答を推定してもよい。この場合、受信装置２０Ｆは、推定したチャネル応答に基づいてチャネル行列を取得し、取得したチャネル行列からその逆行列を算出し、算出した逆行列に基づいて送信信号を推定してよい。
【０２１４】
ところで、上述したように、アンテナ数Ｎが３であり、第１の円Ｃ１の直径ｄｔと、第２の円Ｃ２の直径ｄｒと、が同じであり、且つ、オフセット角θが０度である場合、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、上記数式４１により表される。ここで、ｐは、１から３までの整数を表す。
【０２１５】
各信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、図１８に示すように、同一である。信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、図１８に示すように、中心間距離Ｒが所定の距離Ｒ２であるときに、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐが０になる。この場合、通信を行なうことができない虞がある。
【０２１６】
例えば、オフセット角θが４５度となるように、複数の送信アンテナ１１、及び、複数の受信アンテナ２１が配置された場合を想定する。この場合、図１９に示すように、中心間距離Ｒが上記距離Ｒ２であるときの信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐは、０よりも大きくなる。従って、中心間距離Ｒが上記距離Ｒ２であるときの伝送路容量を増加できる。このように、オフセット角θを変更することにより、中心間距離Ｒが所定の距離Ｒ２であるときの信号対干渉雑音比ＳＩＮＲｐを調整できる。
【０２１７】
また、無線通信システム１Ｆは、信号対干渉雑音比が受信アンテナ２１間で相違する場合、空間インタリーブを実行してもよい。
【０２１８】
また、無線通信システム１Ｆは、ＺＦ法に代えて、ＭＭＳＥ法を用いてもよい。
ＭＭＳＥ法を用いる場合、フィルタ行列ＧＭＭＳＥは、上記数式５８、及び、数式７８乃至数式８０から導出される数式８１により表される。
【数７８】
2015073260.tif 000082
【数７９】
2015073260.tif 000083
【数８０】
2015073260.tif 000084
【数８１】
2015073260.tif 000085
【０２１９】
ここで、ψｐ＊は、対角行列Ψの対角要素ψｐの複素共役数を表す。また、ｄｉａｇ（Ｘｐ）は、Ｘｐをｐ行ｐ列の要素として有する対角行列を表す。
従って、ＭＭＳＥ法を用いる場合、送信信号ｘの推定値ｘｅは、数式８２により表される。
【数８２】
2015073260.tif 000086
【０２２０】
この場合、図２０に示すように、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、一例として、図１６の生成部３１４に代えて、雑音推定部３１７と生成部３１８とを備える。
【０２２１】
雑音推定部３１７は、雑音パラメータγを推定し、推定した雑音パラメータγを生成部３１８へ出力する。本例では、雑音パラメータγは、数式８３に基づいて算出される。ここで、ρは、すべての受信アンテナ２１に対する、ＳＮＲの平均値を表す。
【数８３】
2015073260.tif 000087
【０２２２】
生成部３１８は、ＤＦＴ部３１３により出力された対角要素ベクトルψ’と、雑音推定部３１７により出力された雑音パラメータγと、に基づいて、対角行列Ωを生成する。対角行列Ωのｐ行ｐ列の要素である対角要素ωｐは、数式８４に基づいて算出される。生成部３１８は、生成した対角行列Ωを乗算部３１５へ出力する。対角行列Ωは、第１の対角行列の一例である。
【数８４】
2015073260.tif 000088
【０２２３】
無線通信システム１Ｆは、ＭＭＳＥ法を用いる場合も、ＺＦ法を用いる場合と同様に、受信信号に対してＩＤＦＴを実行し、その実行結果に対して対角行列Ωを乗算する。更に、無線通信システム１Ｆは、その乗算結果に対してＤＦＴを実行することにより、複数の送信アンテナ１１から送信された送信信号ｘを推定する。これによれば、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２２４】
また、無線通信システム１Ｆは、図１３の取得部２０１及び調整部２０２を備えていてもよい。この場合、無線通信システム１Ｆは、伝送路容量を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、複数の受信アンテナ２１及び複数の送信アンテナ１１の少なくとも一部の位置を調整する。この結果、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０２２５】
＜第４実施形態の第１変形例＞
次に、第４実施形態の第１変形例に係る無線通信システムについて説明する。第４実施形態の第１変形例に係る無線通信システムは、第４実施形態に係る無線通信システムに対して、マルチキャリア伝送を行なう点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第４実施形態の第１変形例の説明において、第４実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０２２６】
図２１に示すように、第１変形例に係る無線通信システム１Ｇは、図１５の送信装置１０Ｆに代えて送信装置１０Ｇを備えるとともに、図１５の受信装置２０Ｆに代えて受信装置２０Ｇを備える。
無線通信システム１Ｇは、複数の異なる周波数を有する複数のサブキャリアにより無線信号を伝送するマルチキャリア伝送を行なう。本例では、無線通信システム１Ｇは、ＯＦＤＭ方式に従って、マルチキャリア伝送を行なう。
【０２２７】
送信装置１０Ｇは、図１５の送信装置１０Ｆの構成に加えて、複数（本例では、Ｎ個）のパンクチュア部１６Ｇ−１，…，１６Ｇ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）の周波数インタリーブ部１７Ｇ−１，…，１７Ｇ−Ｎと、を備える。更に、送信装置１０Ｇは、複数（本例では、Ｎ個）のＩＦＦＴ部１８Ｇ−１，…，１８Ｇ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のＧＩ挿入部１９Ｇ−１，…，１９Ｇ−Ｎと、を備える。
【０２２８】
パンクチュア部１６Ｇ−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単にパンクチュア部１６Ｇと表記され得る。同様に、周波数インタリーブ部１７Ｇ−ｉ、ＩＦＦＴ部１８Ｇ−ｉ、及び、ＧＩ挿入部１９Ｇ−ｉも、周波数インタリーブ部１７Ｇ、ＩＦＦＴ部１８Ｇ、及び、ＧＩ挿入部１９Ｇとそれぞれ表記され得る。
【０２２９】
パンクチュア部１６Ｇは、図１１のパンクチュア部１６Ｂと同様に、符号化部１２により出力された送信データに対して、レートマッチングを実行する。パンクチュア部１６Ｇは、実行後の送信データを周波数インタリーブ部１７Ｇへ出力する。
【０２３０】
周波数インタリーブ部１７Ｇは、図１１の周波数インタリーブ部１７Ｂと同様に、パンクチュア部１６Ｇにより出力された送信データに対して、周波数インタリーブを実行する。周波数インタリーブ部１７Ｇは、実行後の送信データを変調部１３へ出力する。
【０２３１】
ＩＦＦＴ部１８Ｇは、図１１のＩＦＦＴ部１８Ｂと同様に、変調部１３により出力された複数の送信信号を、周波数領域から時間領域へ変換する。ＩＦＦＴ部１８Ｇは、変換後の送信信号をＧＩ挿入部１９Ｇへ出力する。
ＧＩ挿入部１９Ｇは、図１１のＧＩ挿入部１９Ｂと同様に、ＩＦＦＴ部１８Ｇにより出力された送信信号にＧＩを挿入する。ＧＩ挿入部１９Ｇは、挿入後の送信信号を送信アンテナ１１へ出力する。
【０２３２】
受信装置２０Ｇは、図１５の受信装置２０Ｆの構成に加えて、複数（本例では、Ｎ個）のＧＩ削除部２６Ｇ−１，…，２６Ｇ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のＦＦＴ部２７Ｇ−１，…，２７Ｇ−Ｎと、を備える。更に、受信装置２０Ｇは、複数（本例では、Ｎ個）の周波数デインタリーブ部２８Ｇ−１，…，２８Ｇ−Ｎと、複数（本例では、Ｎ個）のデパンクチュア部２９Ｇ−１，…，２９Ｇ−Ｎと、を備える。
【０２３３】
ＧＩ削除部２６Ｇ−ｉ（ここで、ｉは、１からＮまでの整数）は、区別する必要がない場合、単にＧＩ削除部２６Ｇと表記され得る。同様に、ＦＦＴ部２７Ｇ−ｉ、周波数デインタリーブ部２８Ｇ−ｉ、及び、デパンクチュア部２９Ｇ−ｉも、ＦＦＴ部２７Ｇ、周波数デインタリーブ部２８Ｇ、及び、デパンクチュア部２９Ｇとそれぞれ表記され得る。
【０２３４】
ＧＩ削除部２６Ｇは、図１１のＧＩ削除部２６Ｂと同様に、受信アンテナ２１により受信された受信信号からＧＩを削除する。ＧＩ削除部２６Ｇは、削除後の受信信号をＦＦＴ部２７Ｇへ出力する。
【０２３５】
ＦＦＴ部２７Ｇは、図１１のＦＦＴ部２７Ｂと同様に、ＧＩ削除部２６Ｇにより出力された受信信号を、時間領域から周波数領域へ変換する。ＦＦＴ部２７Ｇは、変換後の受信信号をＭＩＭＯ検出部３１Ｆへ出力する。
ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、ＦＦＴ部２７Ｇにより出力された受信信号に対してＭＩＭＯ検出を実行し、ＭＩＭＯ検出の実行結果を復調部２３へ出力する。
【０２３６】
周波数デインタリーブ部２８Ｇは、図１１の周波数デインタリーブ部２８Ｂと同様に、復調部２３により出力された受信データに対して、周波数デインタリーブを実行する。周波数デインタリーブ部２８Ｇは、実行後の受信データをデパンクチュア部２９Ｇへ出力する。
【０２３７】
デパンクチュア部２９Ｇは、図１１のデパンクチュア部２９Ｂと同様に、周波数デインタリーブ部２８Ｇにより出力された受信データに対して、デレートマッチングを実行する。デパンクチュア部２９Ｇは、実行後の受信データを復号部２４へ出力する。
【０２３８】
なお、無線通信システム１Ｆにおいて実行される処理は、無線通信システム１Ｇにおいて、サブキャリア毎に並列に実行される。従って、本例では、ＭＩＭＯ検出部３１Ｆは、サブキャリア毎に、ＭＩＭＯ検出を実行する。
【０２３９】
以上、説明したように、第１変形例に係る無線通信システム１Ｇは、サブキャリア毎に、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２４０】
また、無線通信システム１Ｇは、図１３の取得部２０１及び調整部２０２を備えていてもよい。この場合、無線通信システム１Ｇは、伝送路容量を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、複数の受信アンテナ２１及び複数の送信アンテナ１１の少なくとも一部の位置を調整する。この結果、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０２４１】
＜第４実施形態の第２変形例＞
次に、第４実施形態の第２変形例に係る無線通信システムについて説明する。第４実施形態の第２変形例に係る無線通信システムは、第４実施形態に係る無線通信システムに対して、フィルタ行列としてチャネル行列の複素共役転置行列を用いる点において相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、第４実施形態の第２変形例の説明において、第４実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
【０２４２】
図２２に示すように、第２変形例に係る無線通信システム１Ｈは、図１５の送信装置１０Ｆに代えて送信装置１０Ｈを備えるとともに、図１５の受信装置２０Ｆに代えて受信装置２０Ｈを備える。受信装置２０Ｈは、図１５のＭＩＭＯ検出部３１Ｆに代えて、ＭＩＭＯ検出部３１Ｈを備える。
【０２４３】
本例では、無線通信システム１Ｈは、中心間距離Ｒ、第１の円Ｃ１の直径ｄｔ、及び、第２の円Ｃ２の直径ｄｒ、が、上記数式５１により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置される。なお、無線通信システム１Ｈは、アンテナ数Ｎが２である場合、上記数式５２により表される関係を満たすように、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が配置されてもよい。
【０２４４】
この場合、チャネル行列Ｈｃｉｒの２列の相関が十分に０に近くなるので、チャネル行列Ｈｃｉｒは、直交行列に十分に近くなる。従って、この場合、チャネル行列Ｈｃｉｒの逆行列Ｈｃｉｒ−１は、チャネル行列Ｈｃｉｒの複素共役転置行列ＨｃｉｒＨに十分に近くなる。
このため、本例では、ＭＩＭＯ検出部３１Ｈは、数式８５に基づいて、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出する。
【数８５】
2015073260.tif 000089
【０２４５】
ＭＩＭＯ検出部３１Ｈは、図１６のチャネル推定部３１２と同様に、複数の受信アンテナ２１のそれぞれに対して、受信信号ｕｐ’と、予め保持している既知送信信号ｕ０と、に基づいて、チャネル応答の推定値ηｐを算出する。次いで、ＭＩＭＯ検出部３１Ｈは、算出したチャネル応答の推定値ηｐに基づいて、チャネル行列Ｈｃｉｒの複素共役転置行列ＨｃｉｒＨを算出する。そして、ＭＩＭＯ検出部３１Ｈは、算出したチャネル行列Ｈｃｉｒの複素共役転置行列ＨｃｉｒＨを、受信信号ｙに乗算することにより、送信信号ｘの推定値ｘｅを算出する。
【０２４６】
以上、説明したように、第４実施形態の第２変形例に係る無線通信システム１Ｈは、受信信号ｙと、チャネル行列Ｈｃｉｒの複素共役転置行列ＨｃｉｒＨと、上記数式８５と、に基づいて、複数の送信アンテナ１１から送信された送信信号ｘｅを推定する。
これによれば、送信信号ｘを十分に高い精度にて推定できる。更に、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２４７】
加えて、無線通信システム１Ｈは、１つの送信アンテナ１１−１から送信された既知送信信号が、複数の受信アンテナ２１によって受信された信号である受信信号に基づいて、チャネル行列Ｈｃｉｒの複素共役転置行列ＨｃｉｒＨを推定する。
【０２４８】
これによれば、１つの送信アンテナ１１−１と複数の受信アンテナ２１との間のチャネル応答を推定することにより、送信信号ｘを推定できる。従って、複数の送信アンテナ１１と複数の受信アンテナ２１との間のチャネル応答を推定する場合よりも、送信信号ｘを推定するための演算量を低減できる。
【０２４９】
なお、無線通信システム１Ｈは、第４実施形態の第１変形例に係る無線通信システム１Ｇと同様に、マルチキャリア伝送を行なってもよい。
【０２５０】
また、無線通信システム１Ｈは、図１３の取得部２０１及び調整部２０２を備えていてもよい。この場合、無線通信システム１Ｈは、伝送路容量を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、複数の受信アンテナ２１及び複数の送信アンテナ１１の少なくとも一部の位置を調整する。この結果、伝送路容量を確実に大きくすることができる。
【０２５１】
なお、上述した各実施形態に係る無線通信システムは、一方向にて通信を行なっていたが、通信装置間で双方向にて通信を行なってもよい。この場合、通信装置は、送信装置及び受信装置の双方の機能を備えればよい。
また、上述した各実施形態に係る無線通信システムは、適応変調、及び、送信電力の分配を行なってもよい。
【０２５２】
また、上述した各実施形態に係る無線通信システムは、メッシュネットワークにおける通信、基地局間の通信、バックホール回線を介した通信、中継通信、無線アクセスポイント間の通信、又は、動画を中継するための通信等に適用されてもよい。また、上述した各実施形態に係る無線通信システムは、コンピュータに搭載されたボード間の通信に適用されてもよい。
【０２５３】
また、上述した各実施形態に係る無線通信システムは、送信装置及び受信装置の少なくとも一方が移動体に搭載されていてもよい。例えば、図２３に示すように、送信装置の送信アンテナ１１が駅のプラットフォームＰＦに設置されるとともに、受信装置の受信アンテナ２１が電車ＴＲに搭載されていてもよい。
【０２５４】
この場合、電車ＴＲの移動に伴って、複数の送信アンテナ１１及び複数の受信アンテナ２１が、チャネル行列が循環行列に略一致するように配置される期間において、通信が行なわれる。例えば、電車ＴＲが保持している情報が伝達されることにより、プラットフォームＰＦに設置されたディスプレイが当該情報を表示してもよい。なお、受信装置の受信アンテナ２１が駅のプラットフォームＰＦに設置されるとともに、送信装置の送信アンテナ１１が電車ＴＲに搭載されていてもよい。
【０２５５】
また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、上述した各実施形態の他の変形例として、上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが採用されてもよい。
【０２５６】
＜付記＞
上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２５７】
（付記１）
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置された、無線通信システム。
【０２５８】
（付記２）
付記１に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナは、第１の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記複数の受信アンテナは、前記第１の円と平行且つ同心の第２の円の円周上に等間隔にて配置される、無線通信システム。
【０２５９】
（付記３）
付記１又は付記２に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル応答は、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の距離に基づいて予め決定される、無線通信システム。
【０２６０】
（付記４）
付記１乃至付記３のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈと対角行列Ψとの関係が数式８６により表わされるように定められた行列Ｆ、又は、当該行列Ｆの列を並べ替えた行列である送信ウェイト行列を処理前信号に乗算した信号を送信信号として前記複数の送信アンテナから送信し、前記送信ウェイト行列の複素共役転置行列である受信ウェイト行列を、前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に乗算した処理後信号を取得し、ここで、行列ＦＨは、行列Ｆの複素共役転置行列である、無線通信システム。
【数８６】
2015073260.tif 000090
【０２６１】
（付記５）
付記４に記載の無線通信システムであって、
前記行列Ｆのｍ行ｎ列の要素ｆｍｎが数式８７により表され、ここで、Ｎは、前記複数の送信アンテナの数であり、ｊは、虚数である、無線通信システム。
【数８７】
2015073260.tif 000091
【０２６２】
（付記６）
付記５に記載の無線通信システムであって、
高速フーリエ変換を行なうことにより、前記送信ウェイト行列を前記処理前信号に乗算する、無線通信システム。
【０２６３】
（付記７）
付記５又は付記６に記載の無線通信システムであって、
高速フーリエ変換を行なうことにより、前記受信ウェイト行列を前記受信信号に乗算する、無線通信システム。
【０２６４】
（付記８）
付記１乃至付記７のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
複数のストリーム信号のそれぞれに誤り訂正符号を付加し、前記付加後の複数のストリーム信号に対して空間インタリーブを実行し、前記実行後の複数のストリーム信号を前記複数の送信アンテナからそれぞれ送信する、無線通信システム。
【０２６５】
（付記９）
付記４に記載の無線通信システムであって、
予め定められた既知送信信号を前記処理前信号として用いることにより前記複数の送信アンテナから送信された信号に基づいて前記処理後信号として取得された既知受信信号と、前記既知送信信号と、に基づいて、当該既知送信信号と異なる信号が前記処理前信号として用いられることにより前記複数の送信アンテナから送信された信号に基づいて取得された前記処理後信号から当該処理前信号を取得する、無線通信システム。
【０２６６】
（付記１０）
付記１乃至付記３のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に対して逆離散フーリエ変換を実行し、その実行結果に対して第１の対角行列を乗算し、その乗算結果に対して離散フーリエ変換を実行することにより、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号を推定する、無線通信システム。
【０２６７】
（付記１１）
付記１０に記載の無線通信システムであって、
前記離散フーリエ変換は、高速フーリエ変換を行なうことにより実行される、無線通信システム。
【０２６８】
（付記１２）
付記１０又は付記１１に記載の無線通信システムであって、
前記逆離散フーリエ変換は、高速フーリエ変換を行なうことにより実行される、無線通信システム。
【０２６９】
（付記１３）
付記１０乃至付記１２のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈと第２の対角行列Ψとの関係が数式８８により表わされるように定められた、行列Ｆ、及び、前記行列Ｆの複素共役転置行列ＦＨと、前記受信信号ｙと、前記第１の対角行列Ωと、数式８９と、に基づいて前記送信信号ｘｅを推定する、無線通信システム。
【数８８】
2015073260.tif 000092
【数８９】
2015073260.tif 000093
【０２７０】
（付記１４）
付記１３に記載の無線通信システムであって、
前記行列Ｆのｍ行ｎ列の要素ｆｍｎが数式９０により表され、ここで、Ｎは、前記複数の送信アンテナの数であり、ｊは、虚数である、無線通信システム。
【数９０】
2015073260.tif 000094
【０２７１】
（付記１５）
付記１３又は付記１４に記載の無線通信システムであって、
前記第１の対角行列Ωの要素は、前記第２の対角行列Ψの要素に基づく値を有し、
前記複数の送信アンテナのうちの１つの送信アンテナから送信された、予め定められた既知送信信号が、前記複数の受信アンテナによって受信された信号である受信信号に基づいて、前記第２の対角行列Ψの要素を推定する、無線通信システム。
【０２７２】
（付記１６）
付記１５に記載の無線通信システムであって、
前記受信信号を前記既知送信信号により除算した値を、前記１つの送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間のチャネル応答として推定し、
前記１つの送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間の、前記推定したチャネル応答に基づいて、前記複数の受信アンテナのうちの１つの受信アンテナと前記複数の送信アンテナとの間のチャネル応答を推定し、
前記１つの受信アンテナと前記複数の送信アンテナとの間の、前記推定したチャネル応答に対して離散フーリエ変換を実行することにより、前記第２の対角行列Ψの要素を算出する、無線通信システム。
【０２７３】
（付記１７）
付記１３乃至付記１６のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記第１の対角行列Ωのｐ行ｐ列の要素ωｐは、数式９１により表され、ここで、Ψｐは、前記第２の対角行列Ψのｐ行ｐ列の要素である、無線通信システム。
【数９１】
2015073260.tif 000095
【０２７４】
（付記１８）
付記１３乃至付記１６のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記第１の対角行列Ωのｐ行ｐ列の要素ωｐは、数式９２により表され、ここで、Ψｐは、前記第２の対角行列Ψのｐ行ｐ列の要素であり、Ψｐ＊は、要素Ψｐの複素共役数であり、γは、雑音を表す、無線通信システム。
【数９２】
2015073260.tif 000096
【０２７５】
（付記１９）
付記１乃至付記１８のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈのｍ行ｎ列の要素ｈｍｎが数式９３により表され、ここで、ｊは、虚数であり、λは、前記複数の送信アンテナから送信される信号の搬送波の波長であり、ｒｍｎは、ｍ番目の前記受信アンテナとｎ番目の前記送信アンテナとの間の距離である、無線通信システム。
【数９３】
2015073260.tif 000097
【０２７６】
（付記２０）
付記１乃至付記１９のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記チャネル行列Ｈの２列の相関を０に近づけるように、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置される、無線通信システム。
【０２７７】
（付記２１）
付記２０に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナは、第１の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記複数の受信アンテナは、前記第１の円と平行且つ同心の第２の円の円周上に等間隔にて配置され、
前記第１の円の中心と前記第２の円の中心との間の距離Ｒと、前記第１の円の直径ｄｔと、前記第２の円の直径ｄｒと、の関係が、数式９４により表されるように、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置され、ここで、Ｎは、前記複数の送信アンテナの数であり、λは、前記複数の送信アンテナから送信される信号の搬送波の波長である、無線通信システム。
【数９４】
2015073260.tif 000098
【０２７８】
（付記２２）
付記２０又は付記２１に記載の無線通信システムであって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号ｙと、前記チャネル行列Ｈの複素共役転置行列ＨＨと、数式９５と、に基づいて、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号ｘｅを推定する、無線通信システム。
【数９５】
2015073260.tif 000099
【０２７９】
（付記２３）
付記２２に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナのうちの１つの送信アンテナから送信された、予め定められた既知送信信号が、前記複数の受信アンテナによって受信された信号である受信信号に基づいて、前記チャネル行列Ｈの複素共役転置行列ＨＨを推定する、無線通信システム。
【０２８０】
（付記２４）
付記２３に記載の無線通信システムであって、
前記受信信号を前記既知送信信号により除算した値を、前記１つの送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間のチャネル応答として推定し、
前記推定したチャネル応答に基づいて、前記チャネル行列Ｈの複素共役転置行列ＨＨを推定する、無線通信システム。
【０２８１】
（付記２５）
付記１乃至付記２４のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間の伝送路容量を表す情報を取得する取得部と、
前記取得された情報に基づいて、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナの少なくとも１つの位置を調整する調整部と、
を備える、無線通信システム。
【０２８２】
（付記２６）
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナが配置された状態において、
前記複数の送信アンテナから無線により信号を送信し、
前記送信された信号を前記複数の受信アンテナにより受信する、無線通信方法。
【０２８３】
（付記２７）
付記２６に記載の無線通信方法であって、
前記チャネル行列Ｈと対角行列Ψとの関係が数式９６により表わされるように定められた行列Ｆ、又は、当該行列Ｆの列を並べ替えた行列である送信ウェイト行列を処理前信号に乗算した信号を送信信号として前記複数の送信アンテナから送信し、ここで、行列ＦＨは、行列Ｆの複素共役転置行列であり、
前記送信ウェイト行列の複素共役転置行列である受信ウェイト行列を、前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に乗算した処理後信号を取得する、無線通信方法。
【数９６】
2015073260.tif 000100
【０２８４】
（付記２８）
付記２６に記載の無線通信方法であって、
前記複数の受信アンテナによって受信された受信信号に対して逆離散フーリエ変換を実行し、その実行結果に対して第１の対角行列を乗算し、その乗算結果に対して離散フーリエ変換を実行することにより、前記複数の送信アンテナから送信された送信信号を推定する、無線通信方法。
【０２８５】
（付記２９）
複数の送信アンテナと、受信装置の複数の受信アンテナと、の間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の送信アンテナが配置された、送信装置。
【０２８６】
（付記３０）
付記２９に記載の送信装置であって、
前記複数の送信アンテナは、第１の円の円周上に等間隔にて配置された、送信装置。
【０２８７】
（付記３１）
複数の受信アンテナと、送信装置の複数の送信アンテナと、の間のチャネル応答を要素とするチャネル行列Ｈが循環行列となるように前記複数の受信アンテナが配置された、受信装置。
【０２８８】
（付記３２）
付記３１に記載の受信装置であって、
前記複数の受信アンテナは、第２の円の円周上に等間隔にて配置された、受信装置。
【符号の説明】
【０２８９】
１，１Ａ〜１Ｈ      無線通信システム
１０，１０Ａ〜１０Ｃ，１０Ｅ〜１０Ｈ    送信装置
１１    送信アンテナ
１２，１２Ｃ    符号化部
１３    変調部
１４    送信ウェイト処理部
１５Ａ  空間インタリーブ部
１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｇ  パンクチュア部
１７Ｂ，１７Ｇ  周波数インタリーブ部
１８Ｂ，１８Ｇ  ＩＦＦＴ部
１９Ｂ，１９Ｇ  ＧＩ挿入部
１０１  処理装置
１０２  記憶装置
２０，２０Ａ〜２０Ｈ    受信装置
２１    受信アンテナ
２２    受信ウェイト処理部
２３    復調部
２４，２４Ｃ    復号部
２５Ａ  空間デインタリーブ部
２６Ｂ，２６Ｇ  ＧＩ削除部
２７Ｂ，２７Ｇ  ＦＦＴ部
２８Ｂ，２８Ｇ  周波数デインタリーブ部
２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｇ  デパンクチュア部
２０１  取得部
２０２  調整部
３１Ｆ，３１Ｈ  ＭＩＭＯ検出部
３１１  ＩＤＦＴ部
３１２  チャネル推定部
３１３  ＤＦＴ部
３１４  生成部
３１５  乗算部
３１６  ＤＦＴ部
３１７  雑音推定部
３１８  生成部
【図１】
2015073260.tif 000107
【図２】
2015073260.tif 000108
【図３】
2015073260.tif 000109
【図４】
2015073260.tif 000110
【図５】
2015073260.tif 000111
【図６】
2015073260.tif 000112
【図７】
2015073260.tif 000113
【図８】
2015073260.tif 000114
【図９】
2015073260.tif 000115
【図１０】
2015073260.tif 000116
【図１１】
2015073260.tif 000117
【図１２】
2015073260.tif 000118
【図１３】
2015073260.tif 000119
【図１４】
2015073260.tif 000120
【図１５】
2015073260.tif 000121
【図１６】
2015073260.tif 000122
【図１７】
2015073260.tif 000123
【図１８】
2015073260.tif 000124
【図１９】
2015073260.tif 000125
【図２０】
2015073260.tif 000126
【図２１】
2015073260.tif 000127
【図２２】
2015073260.tif 000128
【図２３】
2015073260.tif 000129