(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と複数の端末との間でＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信する無線通信システムであって、
前記基地局は、
複数の第１のアンテナと、
前記複数の端末において推定された伝送路のチャネル応答行列に対応するチャネル状態情報に基づいて、重み付け係数を算出するための制御部と、
前記複数の第１のアンテナから前記複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、変調された送信シンボル系列に、前記重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するための重み付け処理部と、
前記重み付け処理部の出力を前記複数の第１のアンテナから送信するための第１の送信処理部と、
前記複数の端末から受信した前記チャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、前記基地局および前記端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知する不能アンテナ検知部と、
前記不能アンテナ検知部の検知結果に応じて、前記チャネル状態情報のうち、前記不能状態にある伝送路に対応するチャネル応答行列の要素を修復して、前記制御部に与えるチャネル情報修復処理部とを備え、
各前記複数の端末は、
複数の第２のアンテナと、
前記複数の送信信号のうち、対応する送信信号を受信するための受信処理部と、
前記受信処理部で受信した受信信号に基づいて、対応する伝送路の前記チャネル応答行列を推定し、前記チャネル状態情報として、前記第２のアンテナから前記基地局に送信するための第２の送信処理部とを備える、無線通信システム。
【請求項２】
前記チャネル情報修復処理部は、
前記端末から受信した前記チャネル状態情報を統合して得られる前記基地局および前記複数の端末についてのチャネル応答行列に基づいて、前記不能状態の伝送路に対応する前記チャネル応答行列の行または列の要素のうち非対角成分を０に設定するとともに、対角成分を所定の値に設定することで、前記チャネル応答行列の修復を実行する、請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記不能アンテナ検知部は、前記端末から受信した前記端末から受信した前記チャネル状態情報を統合して得られる前記基地局および前記複数の端末についてのチャネル応答行列において、列または行の要素の大きさの和に相当する値が、所定値以下であることに応じて、前記不能状態にある伝送路を検知する、請求項１または２記載の無線通信システム。
【請求項４】
複数の端末とＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信する無線送信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数の端末において推定された伝送路のチャネル応答行列に対応するチャネル状態情報に基づいて、重み付け係数を算出するための制御部と、
前記複数のアンテナから前記複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、変調された送信シンボル系列に、前記重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するための重み付け処理部と、
前記重み付け処理部の出力を前記複数のアンテナから送信するための送信処理部と、
前記複数の端末から受信した前記チャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、前記無線送信装置および前記端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知する不能アンテナ検知部と、
前記不能アンテナ検知部の検知結果に応じて、前記チャネル状態情報のうち、前記不能状態にあるアンテナに対応するチャネル応答行列の要素を修復して、前記制御部に与えるチャネル情報修復処理部とを備える、無線送信装置。
【請求項５】
前記チャネル情報修復処理部は、
前記端末から受信した前記チャネル状態情報を統合して得られる前記無線送信装置および前記複数の端末についてのチャネル応答行列に基づいて、前記不能状態の伝送路に対応する前記チャネル応答行列の行または列の要素のうち非対角成分を０に設定するとともに、対角成分を所定の値に設定することで、前記チャネル応答行列の修復を実行する、請求項４記載の無線送信装置。
【請求項６】
前記不能アンテナ検知部は、前記端末から受信した前記端末から受信した前記チャネル状態情報を統合して得られる前記無線送信装置および前記複数の端末についてのチャネル応答行列において、列または行の要素の大きさの和に相当する値が、所定値以下であることに応じて、前記不能状態にある伝送路を検知する、請求項４または５記載の無線通信システム。
【請求項７】
複数のアンテナを有する基地局と複数の端末との間でＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信するための無線通信方法であって、
各前記複数の端末が、前記基地局からの送信信号を受信するステップと、
各前記複数の端末が、前記受信した受信信号に基づいて、対応する伝送路のチャネル応答行列を推定し、チャネル状態情報として、前記基地局に送信するステップと、
前記基地局が、前記複数の端末から受信した前記チャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、前記基地局および前記端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知するステップと、
前記基地局が、前記チャネル状態情報のうち、前記不能状態にある伝送路に対応するチャネル応答行列の要素を修復するステップと、
前記基地局が、修復された前記チャネル状態情報に基づいて、前記複数のアンテナから前記複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、重み付け係数を算出するステップと、
前記基地局が、変調された送信シンボル系列に、前記重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するステップと、
前記複数の送信信号を前記複数のアンテナから送信するステップとを備える、無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のアンテナを有する基地局と、端末装置の存在する無線通信システムに関し、より特定的には、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信の無線通信システムにおける送信ビームフォーミング技術に関連する、無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マルチユーザＭＩＭＯ技術が提案されている（特許文献１，特許文献２、特許文献３）。マルチユーザＭＩＭＯは、基地局（またはアクセスポイント）側に多数のアンテナ素子をもたせるとともに、端末側は比較的少数のアンテナ素子をもたせ、基地局と複数の端末とで同時に仮想的なＭＩＭＯチャネルを形成するものである。
【０００３】
つまり、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一周波数同一タイミングで異なる独立な信号を複数の通信相手装置に送信し、複数の通信相手装置の受信アンテナ全体を巨大な受信アレーとみなして下りスループットの向上を図る技術である。
【０００４】
図１４は、このようなマルチユーザＭＩＭＯ通信システムの構成を示す概念図である。
【０００５】
図１４に示されるように、基地局ＢＳは、アンテナ１〜Ｍから、それぞれ送信信号ｘ1〜ｘMを送信する。端末ＵＥ1〜ＵＥkは、たとえば、それぞれ２本のアンテナを備えているものとする。端末ＵＥ1は、基地局からの送信信号ｘ1〜ｘMを、その２本のアンテナにより受けて、それぞれ信号ｙ1およびｙ2を受信する。同様にして、他の端末ＵＥ2〜ＵＥkも、それぞれ２本のアンテナにより、基地局からの送信信号ｘ1〜ｘMを受けて、信号ｙ3およびｙ4，…，ｙM-1およびｙMを受信する。
【０００６】
すなわち、図１４の例では、（基地局の送信アンテナの本数）＝（１つの端末側の受信アンテナの本数）×（端末数）が成り立っている場合を例示している。
【０００７】
このとき、受信側の端末ＵＥ1〜ＵＥkでの各アンテナでの受信信号ｙ1〜ｙMをまとめた受信信号ベクトルＹは、以下の式により表される。
【０００８】
【数１】
0005761798.tif 000002
ここで、行列Ｈの各要素は、送信側の各アンテナから受信側の各アンテナへの伝送路のインパルス応答に相当し、行列Ｈは「チャネル応答マトリックス」（または「伝送路行列」）と呼ばれる。ベクトルｘは、送信機側での各アンテナへの送信信号を並べたベクトルである。また、ベクトルＮは、受信側の各アンテナで受信される信号に含まれるノイズ成分を並べたものである。
【０００９】
従来のマルチユーザＭＩＭＯダウンリンクにおける送信ビーム形成(BF:Beam Forming)法としては、自端末以外の全ての端末の全受信アンテナに対してヌルを形成するＺＦ(Zero Forcing:ゼロフォーシング)法や、ＭＭＳＥ（Maximum Mean Square Error:最小二乗法）法に基づいた種々のビーム形成法が考案されている。ＭＭＳＥ法に基づくビーム形成法では、自端末以外の全ての端末の全受信アンテナに対してヌルを形成するのではなく、一定量の漏洩を許容する。
【００１０】
ここで、シングルキャリアの場合について、ＭＭＳＥ法により、各アンテナに与える送信信号を合成するための「重み付け係数」（ビームフォーミングウェイト行列）を推定する方法については、特許文献２（特開２００７−１１０６６４号公報）に開示されている。
【００１１】
さらに、特許文献３にも記載のとおり、ＭＩＭＯダウンリンクにおける送信ビーム形成法の他の例としては、ＢＤ（Block Diagonalization:ブロック対角化）法がある。
【００１２】
また、非特許文献１には、このＢＤ法をさらに改良したＢＤ−ＶＰ（Vector Perturbation with Block Diagonalization）法について開示がある。
【００１３】
以下、この非特許文献１の開示にしたがって、まず、マルチユーザＭＩＭＯ（以下、ＭＵ−ＭＩＭＯと称す）に適用されるＢＤ法について簡単に説明する。
【００１４】
すなわち、ＢＤ法では、以下に説明するように、チャネル応答マトリックスから、プリコーディング行列（重み付け係数を表現する送信ビームフォーミングのための行列、以下、上述した「ビームフォーミングウェイト行列」とを合わせた総称として「プリコーディング行列」と呼ぶ）を算出する。
【００１５】
ＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて、下りリンクを想定することとする。送信アンテナは、ｎT本であり、ｎUユーザについて、各ユーザ（各端末）ごとにｎR本の受信アンテナが設けられているものとする。そして、ｎT＝ｎR×ｎUが成り立っているものとする。
【００１６】
このとき、チャネル応答マトリックスＨが以下のように表されるものとする。
【００１７】
【数２】
0005761798.tif 000003
ここで、チャネル応答マトリックスの部分行列Ｈiは、ｉ番目のユーザについて、送信側のｎT本の送信アンテナと受信側のｎR本の受信アンテナとの間の伝送路の応答を示す。また、記号右肩の添え字Ｔは、転置行列を示す。
【００１８】
以下に説明するようなブロック対角化アルゴリズム（ＢＤアルゴリズム）によれば、ユーザ間の干渉についてはキャンセルすることが可能である。
【００１９】
すなわち、ＢＤアルゴリズムは、ＭＵ−ＭＩＭＯをシングルユーザＭＩＭＯ（以下、ＳＵ−ＭＩＭＯと称す）のチャネルに変換するものである。ユーザ側の受信機での処理の複雑さを低減するために、プリコーディング処理により、送信側でチャネルについての等価処理が実行される。
【００２０】
ＢＤアルゴリズムとは、以下の式（２）で表されるような行列Ｂを見出すことを目的とするものである。
【００２１】
【数３】
0005761798.tif 000004
ここで、０nRとは、ｎR×ｎRのゼロマトリックスであり、Ｈeff,i＝ＨiＢiとは、ユーザｉについての有効チャネル応答マトリックスである。
【００２２】
さて、さらに、式（１）のシステム全体のチャネル応答マトリックスから、ユーザｉの部分チャネル応答マトリックスを除くことで、以下の式（３）で表されるマトリックスを定義する。
【００２３】
【数４】
0005761798.tif 000005
式（３）のマトリックスの特異値分解は、以下の式（４）のように表現される。
【００２４】
【数５】
0005761798.tif 000006
そこで、ユーザｉに対するチャネル応答マトリックスＨiに対して、上記式（４）中のヌル空間ウェイト行列を乗算して得られる行列について、以下の式（５）で示されるように特異値分解を実行すると、プリコーディング行列Ｂiも以下の式（６）のように表現される。
【００２５】
【数６】
0005761798.tif 000007
特許文献３には、さらに、このようなＢＤアルゴリズムを用いて、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術を、マルチキャリアの伝送技術である直交周波数分割多重 （ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式に適用した例について開示がある。
【００２６】
図１５は、このようなＢＤアルゴリズムを用いて、送信ビームフォーミングを実行する無線送信装置９の構成を説明するための図である。図１５を参照して、以下、簡単に、このような送信装置９の構成について説明する。
【００２７】
図１５は、伝搬環境に最適となるように送信し、空間多重により伝送速度を向上させる従来技術におけるＢＤ指向性制御法を用いた構成例である。
【００２８】
通信装置９のアンテナ素子数をＭｔ、通信相手装置の数をＭａ、ｉ番目の通信相手装置の受信アンテナ素子数をＭｒ（ｉ）、ｉ番目の通信相手装置に同時間、同 周波数帯において送信する通信系列数をＬ（ｉ）、サブキャリア数をＭｆ、Ｍｔ≧Ｍｒ（ｉ）として通信相手装置を決定する方法の一例を示す。
【００２９】
通信装置９は、データ出力回路９０１、送信信号変換回路９０２、ＩＦＦＴ回路９０３−１〜９０３−Ｍｔ、無線部９０４−１〜９０４−Ｍｔ、アンテナ素子９０５−１〜９０５−Ｍｔ、通信相手指定回路９０６、チャネル情報取得回路９０７、送信符号化決定回路９０８を備えている。
【００３０】
アンテナ素子９０５−１〜９０５−Ｍｔ及び無線部９０４−１〜９０４−Ｍｔは、無線信号の送受信を行う。チャネル情報取得回路９０７は、各アンテナ素子９０５−１〜９０５−Ｍｔと通信相手装置の各アンテナ素子との間の複数の周波数のチャネル情報を推定する。このチャネル情報の取得方法は、例えば、アンテナ素子９０５−１〜９０５−Ｍｔを介して得られる既知信号の受信を行った際に得られる情報に対してＦＦＴを行い周波数領域の情報に変換して、周波数帯域ごとのチャネル情報を推定する方法がある。また、受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報により、チャネル情報を取得する方法もある。
【００３１】
通信相手指定回路９０６が通信を行う複数の通信相手装置を決定すると、通信相手指定回路９０６は、チャネル情報取得回路９０７を通じて、当該通信相手装置 の全周波数帯域のチャネル情報を送信符号化決定回路９０８に出力する。送信符号化決定回路９０８は、入力されたチャネル情報を用いて、通信相手装置を同時 送信が行われる組に分けるスケジューリングを行い、各通信相手装置の組合せに対する信号系列それぞれの送信ウエイトと通信品質を算出し、通信ストリーム 数、通信ストリームに対応する変調方式及び符号化率を含む送信モードを決定する。また、送信符号化決定回路９０８は、決定した送信モードをデータ出力回路 ９０１及び送信信号変換回路９０２へ出力する。
【００３２】
データ出力回路９０１は、通信相手装置へ送信するデータを生成し、生成したデータを送信信号変換回路９０２へ出力する。送信信号変換回路９０２は、入力されたデータをシリアル−パラレル変換、既知信号の付与、誤り検出や誤り訂正のための符号化を行いＩＦＦＴ回路９０３−１〜９０３−Ｍｔへ出力する。ＩＦＦＴ回路９０３−１〜９０３−Ｍｔは、入力された周波数領域の送信情報を時間領域への送信情報へ変換し、無線部９０４−１〜９０４−Ｍｔへ出力する。無線部９０４−１〜９０４−Ｍｔは、入力された時間領域のデータを、アンテナ９０５−１〜９０５−Ｍｔを通じて、無線信号として送信する。
【００３３】
なお、このようなＯＦＤＭ変調へのＢＤアルゴリズムの適用については、上述したシングルキャリアの場合と、本質的には同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。
【００３４】
さらに、非特許文献１においては、送信ビームフォーミングのための非線形な重み付け処理として、上述したＢＤ−ＶＰ法について開示がある。
【００３５】
非特許文献１に開示されるＢＤ−ＶＰ法は、簡単に説明すると、ＢＤ法により、ＭＵ−ＭＩＭＯチャネルを、ユーザ間の干渉のない並行的なＳＵ−ＭＩＭＯチャネルに変換するとともに、非線形プリコーディング法であるＶＰ（Vector Perturbation）アルゴリズムにより、送信電力を減少させる技術である。さらに、ＶＰ法のアルゴリズムを適切に設計することで、演算負荷を抑制することも可能となる。
【００３６】
ＶＰ法のような非線形プリコーディング法においては、受信装置間干渉を受ける受信装置宛の送信信号に対し、プリコーディング処理が行われ、事前に干渉成分が間引かれる。しかし、このプリコーディング処理後の信号は伝搬路に起因する成分を持つため、送信電力が規定値を超える可能性がある。
【００３７】
そのため、プリコーディング処理前の信号に対し、モジュロ演算処理が実行される。「モジュロ演算処理」とは、入力された信号の実数部および虚数部に対し、既定の値の剰余演算を行うことである。これは、入力された信号に対し、実数部および虚数部に規定の値の整数倍の値を持つ摂動信号を加えることと等価である。 モジュロ演算により送信電力が規定値内に抑えられた信号はビームフォーミングにより伝送される。
【００３８】
一方、受信処理では、所望の信号（データを含む情報信号）に上述した摂動信号が加わっている受信信号に対し、再びモジュロ演算処理が行われ、上記摂動信号成分が除去されて、情報信号が取り出される。
【００３９】
このような「非線形プリコーディング法」については、たとえば、特許文献４にも開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開２００５−３２８３１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１１０６６４号公報
【特許文献３】特開２００９−１７７６１６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１５４３２０号公報
【非特許文献】
【００４１】
【非特許文献１】Manar Mohaisen, Bing Hui, KyungHi Chang, Seunghwan Ji, and Jinsoup Joung, ”Fixed-complexity vector perturbation with block diagonalization for MU-MIMO systems,”Proc. 2009 IEEE MICC, pp.238-243,15-17, Dec.2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
上述したような方法にしたがって、ＭＵ−ＭＩＭＯを実現するためのプリコーディング行列の算出にあたっては、演算量の抑制のための様々な手法が提案されている。
【００４３】
ただし、一般には、このようなプリコーディング行列の算出には、専用のソフトウェア演算モジュール、あるいは、専用の演算ハードウェア等を用いることになる。
【００４４】
しかし、以下のような様々な要因により、プリコーディング行列の算出処理には、理想的な状態から外れた状態が生じる可能性があり、このような状態が生じた場合は、一部のユーザについてのプリコーディング行列の算出処理が破たんし、算出処理が正常に復帰するまで、ＭＵ−ＭＩＭＯの全ユーザについての送信処理に障害が生じる場合がありうる。
【００４５】
ｉ）ハードウェアの故障
たとえば、送信機側の一部のアンテナ、または、受信機側の一部のアンテナに障害が発生した場合、このような障害が発生したアンテナに対応するチャネルについては、受信機側からの伝送路についての推定情報（チャネル状態情報）が正常な値ではなくなるため、プリコーディング行列の算出処理を、破たんせずに実行できなくなる。
【００４６】
ｉｉ）設計またはテスト
ＭＵ−ＭＩＭＯの設計段階やテスト段階では、一部の端末のみについてのテストを実行したり、あるいは、試行的なテスト条件等により一部のハードウェアの故障等が発生したりすることが、実際の運用時より、高い頻度で発生することになる。このような場合にも、ｉ）のハードウェアの故障と等価な状態となりうる。このような場合には、「プリコーディング行列の算出処理」を実行する本質的な処理部分（演算アルゴリズム）については、特に、修正を加えなくとも、プリコーディング行列の算出処理に破たんが生じないようにできる構成が望ましい。
【００４７】
以下では、このような送信側または受信側の一部（１つの送信機または１つの受信機の複数のアンテナのうちの一部の場合と複数の受信機のうちの一部の受信機のアンテナの場合の双方を意味する）が、通信できない状態となることを「故障アンテナ効果（Broken antennas effect）」とよび、このような「故障アンテナ効果」により通信不能となっている伝送路のことを「不能状態の伝送路」と呼ぶことにする。
【００４８】
それゆえに本発明の目的は、マルチユーザＭＩＭＯ通信において、不能状態の伝送路が発生した場合でも、正常状態にある伝送路についてのプリコーディング行列の算出アルゴリズムの演算処理の破たんを回避して安定なＭＩＭＯ通信を実現することが可能な無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法を提供することである。
【００４９】
また、この発明の他の目的は、マルチユーザＭＩＭＯ通信において、不能状態の伝送路が発生した場合でも、アルゴリズム修正やハードウェア調整を加えなくとも、プリコーディング行列の算出処理に破たんが生じることを防ぐことが可能な無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００５０】
この発明のある局面に従うと、基地局と複数の端末との間でＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信する無線通信システムであって、基地局は、複数の第１のアンテナと、複数の端末において推定された伝送路のチャネル応答行列に対応するチャネル状態情報に基づいて、重み付け係数を算出するための制御部と、複数の第１のアンテナから複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、変調された送信シンボル系列に、重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するための重み付け処理部と、重み付け処理部の出力を複数の第１のアンテナから送信するための第１の送信処理部と、複数の端末から受信したチャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、基地局および端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知する不能アンテナ検知部と、不能アンテナ検知部の検知結果に応じて、チャネル状態情報のうち、不能状態にある伝送路に対応するチャネル応答行列の要素を修復して、制御部に与えるチャネル情報修復処理部とを備え、各複数の端末は、複数の第２のアンテナと、複数の送信信号のうち、対応する送信信号を受信するための受信処理部と、受信処理部で受信した受信信号に基づいて、対応する伝送路のチャネル応答行列を推定し、チャネル状態情報として、第２のアンテナから基地局に送信するための第２の送信処理部とを備える。
【００５１】
好ましくは、チャネル情報修復処理部は、端末から受信したチャネル状態情報を統合して得られる基地局および複数の端末についてのチャネル応答行列に基づいて、不能状態の伝送路に対応するチャネル応答行列の行または列の要素のうち非対角成分を０に設定するとともに、対角成分を所定の値に設定することで、チャネル応答行列の修復を実行する。
【００５２】
好ましくは、不能アンテナ検知部は、端末から受信した端末から受信したチャネル状態情報を統合して得られる基地局および複数の端末についてのチャネル応答行列において、列または行の要素の大きさの和に相当する値が、所定値以下であることに応じて、不能状態にある伝送路を検知する。
【００５３】
この発明の他の局面に従うと、複数の端末とＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信する無線送信装置であって、複数のアンテナと、複数の端末において推定された伝送路のチャネル応答行列に対応するチャネル状態情報に基づいて、重み付け係数を算出するための制御部と、複数のアンテナから複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、変調された送信シンボル系列に、重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するための重み付け処理部と、重み付け処理部の出力を複数のアンテナから送信するための送信処理部と、複数の端末から受信したチャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、無線送信装置および端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知する不能アンテナ検知部と、不能アンテナ検知部の検知結果に応じて、チャネル状態情報のうち、不能状態にあるアンテナに対応するチャネル応答行列の要素を修復して、制御部に与えるチャネル情報修復処理部とを備える。
【００５４】
好ましくは、チャネル情報修復処理部は、端末から受信したチャネル状態情報を統合して得られる無線送信装置および複数の端末についてのチャネル応答行列に基づいて、不能状態の伝送路に対応するチャネル応答行列の行または列の要素のうち非対角成分を０に設定するとともに、対角成分を所定の値に設定することで、チャネル応答行列の修復を実行する。
【００５５】
好ましくは、不能アンテナ検知部は、端末から受信した端末から受信したチャネル状態情報を統合して得られる無線送信装置および複数の端末についてのチャネル応答行列において、列または行の要素の大きさの和に相当する値が、所定値以下であることに応じて、不能状態にある伝送路を検知する。
【００５６】
この発明のさらに他の局面に従うと、複数のアンテナを有する基地局と複数の端末との間でＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）により無線通信するための無線通信方法であって、各複数の端末が、基地局からの送信信号を受信するステップと、各複数の端末が、受信した受信信号に基づいて、対応する伝送路のチャネル応答行列を推定し、チャネル状態情報として、基地局に送信するステップと、基地局が、複数の端末から受信したチャネル状態情報に基づいて、ＭＩＭＯによる無線通信において、基地局および端末間のチャネルのうち通信が不能状態にある伝送路を検知するステップと、基地局が、チャネル状態情報のうち、不能状態にある伝送路に対応するチャネル応答行列の要素を修復するステップと、基地局が、修復されたチャネル状態情報に基づいて、複数のアンテナから複数の端末へＭＩＭＯにより無線伝送するために、重み付け係数を算出するステップと、基地局が、変調された送信シンボル系列に、重み付け係数を乗算し合成して、複数の送信信号を生成するステップと、複数の送信信号を複数のアンテナから送信するステップとを備える。
【発明の効果】
【００５７】
本発明の無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法によれば、マルチユーザＭＩＭＯ通信において、不能状態の伝送路が発生した場合でも、正常状態にある伝送路についてのプリコーディング行列の算出アルゴリズムの演算処理の破たんを回避することが可能である。
【００５８】
また、本発明の無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法によれば、マルチユーザＭＩＭＯ通信において、プリコーディング行列の算出処理のための専用処理部分には変更を加えることなく、不能状態の伝送路が発生した場合でも、プリコーディング行列の算出処理の破たんを回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態１の無線通信システムにおける無線送信装置１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の無線通信システムにおける端末装置１１００の構成を示すブロック図である。
【図３】通常状態のＭＩＭＯ通信システムにおいて、チャネル応答行列とフィードバックされるチャネル状態情報との関係を示す概念図である。
【図４】受信機側において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【図５】送信機において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【図６】送信機および受信機において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【図７】実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第１の概念図である。
【図８】実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第２の概念図である。
【図９】実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第３の概念図である。
【図１０】無線送信装置１０００におけるプリコーディング行列の演算処理についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】、実施の形態２の無線通信システムにおける無線送信装置２０００の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態２の無線通信システムにおける端末装置２１００の構成を示すブロック図である。
【図１３】無線送信装置２０００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】マルチユーザＭＩＭＯ通信システムの構成を示す概念図である。
【図１５】ＢＤアルゴリズムを用いて、送信ビームフォーミングを実行する無線送信装置９の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態の無線通信システムについて、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。
【００６１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の無線通信システムにおける無線送信装置１０００の構成を示すブロック図である。
【００６２】
なお、図１では、説明の簡単のために、無線送信装置１０００は、８本のアンテナ１００−１〜１００−８を有するものとして説明するが、ＭＵ−ＭＩＭＯの送信機の構成としては、より一般的には、このようなアンテナ本数に限定されるものではない。
【００６３】
図１を参照して、無線送信装置１０００は、入力ノード１０から与えられる送信シンボルをシリアルパラレル変換するためのシリアルパラレル変換部２０と、パラレル変換された各信号を、所定の変調方式で変調するための変調部３０−１〜３０−８とを含む。
【００６４】
なお、送信シンボルは、同相成分と直行成分とを含みうるが、図１では、両者は、１つの信号線で表現されている。
【００６５】
無線送信装置１０００は、後に説明するチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）に基づいて、プリコーディング行列を算出するための制御部５０と、制御部５０からのプリコーディング行列中の係数を、変調部３０−１〜３０−８からの信号に乗算するための重み付け処理部４０−１〜４０−８とを含む。
【００６６】
重み付け処理部４０−１は、変調部３０−１からの信号に対して、プリコーディング行列中の係数を乗算して、アンテナ１００−１〜１００−８からそれぞれ送信するための信号を生成する乗算器４２−１１〜４２−８１を含む。ここで、他の変調部３０−２〜３０−８からの信号について重み付け処理を実行する重み付け処理部４０−２〜４０−８についても、重み付け処理部４０−１と同様な構成を有する。
【００６７】
なお、プリコーディング処理として上述したような非線形プリコーディングを実施する場合には、変調部３０−１〜３０−８の出力に対しては、モジュロ演算処理が実行される。このようなモジュロ演算処理についても、制御部５０の制御の下に実行されることになる。
【００６８】
また、このようなモジュロ演算とともに、干渉キャンセルのための符号化技術としてＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を用いることも可能である。
【００６９】
重み付け処理部４０−１〜４０−８の出力は、それぞれ、アンテナ１００−１〜１００−８に対応する加算器４４−１〜４４−８に入力され、合成される。たとえば、加算器４４−１は、重み付け処理部４０−１〜４０−８のそれぞれからのアンテナ１００−１向けの信号を合成する。他の加算器４４−２〜４４−８についても、同様に、対応するアンテナ１００−２〜１００−８向けの信号を合成する。
【００７０】
さらに、無線送信装置１０００は、加算器４４−１〜４４−８からの信号をそれぞれ受けて、無線送信する信号に変換するためのアップコンバータ６０−１〜６０−８を含む。
【００７１】
アップコンバータ６０−１は、加算器４４−１の出力を受けて、デジタルアナログ変換するためのＤＡ変換部６４と、ＤＡ変換部６４の信号を局部発信部７０からの信号に基づいて周波数変換するための周波数変換部６６と、周波数変換部６６の出力を増幅して、アンテナ１００−１に供給するための電力増幅部６８とを含む。他のアップコンバータ６０−２〜６０−８も同様の構成を有する。
【００７２】
無線送信装置１０００は、さらに、アンテナ１００−１〜１００−８により受信機側からのチャネル状態情報を受信するためのフィードバック情報受信部８０と、後に説明するように、受信したチャネル状態情報に基づいて、故障アンテナ（すなわち、不能状態にある伝送路）を検知するための故障アンテナ検知部８２と、故障アンテナ検知部８２の検知結果に応じて、チャネル状態情報を修復して制御部５０に与えるチェネル情報修復処理部８４とを含む。ここで、「チャネル状態情報を修復」とは、後に説明するように、仮に、不能状態となる伝送路が発生した場合でも、制御部５０は、プリコーディング行列の算出処理のアルゴリズムを変更することなく実行することが可能な状態に、チャネル状態情報を変換することを意味する。
【００７３】
なお、図１において、点線で示した部分は、特に限定されないが、たとえば、所定のプリコーディング行列の算出処理のアルゴリズムに基づいて動作する専用のハードウェアであり、フィードバック情報受信部８０、故障アンテナ検知部８２およびチェネル情報修復処理部８４は、このような専用のハードウェアに、後付けで設ける構成としてもよい。
【００７４】
図２は、実施の形態１の無線通信システムにおける端末装置１１００の構成を示すブロック図である。
【００７５】
図２を参照して、端末装置１１００は、アンテナ２００−１と２００−２とを含む。そして、無線通信システムとしては、図１の無線送信装置１０００の例示的構成に対応して、４つの端末を含んで、（送信アンテナの総本数）＝（端末１台当たりのアンテナ数）×（端末数）の関係が成り立っているものとして、以下、説明をする。
【００７６】
端末装置１１００は、アンテナ２００−１および２００−２からの受信信号をダウンコンバートするためのダウンコンバータ２２０−１および２２０−２を含む。ダウンコンバータ２２０−１は、アンテナ２００−１からの受信信号を増幅するための低雑音増幅部２３２と、低雑音増幅部２２２の出力に対して、局部発信部２３０からの局部発信信号により周波数変換を行うための周波数変換部２２４と、周波数変換部２２４の出力に対して、アナログデジタル変換を実行するためのＡＤ変換部２２６とを含む。ダウンコンバータ２２０−２についても、同様の構成を有する。
【００７７】
端末装置１１００は、さらに、ダウンコンバータ２２０−１と２２０−２とからの信号を受けて、制御部２５０からの制御の下に、重み付け処理を実行するための重み付け処理部２４０を含む。重み付け処理部２４０は、制御部２５０からの重み付け係数をそれぞれ乗算するための乗算器２４２−１および２４２−２と、乗算器２４２−１および２４２−２からの信号を加算して合成し、端末装置１１００に対応するチャネルからの受信信号を選択的に分離するための加算器２４４とを含む。
【００７８】
なお、端末装置１１００側でも、送信側でプリコーディング処理として上述したような非線形プリコーディングを実施する場合には、ダウンコンバータ２２０−１および２２０−２の出力に対して、モジュロ演算処理が実行される。このようなモジュロ演算処理についても、制御部２５０の制御の下に実行されることになる。また、このようなモジュロ演算とともに、干渉キャンセルのための符号化技術としてＤＰＣ（Dirty Paper Coding）が用いられている場合は、これに対する復号処理も実行される。
【００７９】
重み付け処理部２４０の出力は、復調部２７０により、復調処理が実行された後に、パラレルシリアル変換部２８０において、パラレルシリアル変換されて、ノード２９０から受信信号として出力される。
【００８０】
制御部２５０における重み付け係数の演算処理には、チャネル応答推定部２６０における端末装置１１００についてのチャネル応答行列（伝送路行列）の推定結果が使用される。なお、このようなチャネル応答行列の推定処理は、上述した先行技術において開示されているのと同様の処理を使用することが可能である。
【００８１】
また、チャネル応答推定部２６０において推定された端末装置１１００についてのチャネル応答行列は、チャネル状態情報送信処理部２６２により、アンテナ２００−１、２００−２から、無線送信装置１０００に対して、フィードバック情報として送信される。
【００８２】
図３は、通常状態のＭＩＭＯ通信システムにおいて、チャネル応答行列とフィードバックされるチャネル状態情報との関係を示す概念図である。
【００８３】
図３に示されるように、送信部が８本のアンテナから送信信号ｘ1〜ｘ8を送信し、４つの端末ＵＥ１〜ＵＥ４が、それぞれ、受信するものとする。端末ＵＥ１は、２つのアンテナにより信号ｙ1およびｙ2を受信する。同様にして、他の端末ＵＥ２〜ＵＥ４も、それぞれ２本のアンテナにより、基地局からの送信信号ｘ1〜ｘ8を受けて、信号ｙ3およびｙ4，…，ｙ7およびｙ8を受信する。
【００８４】
送信信号ｘ1〜ｘ8を１つのベクトルとして統合し、受信信号ｙ1〜ｙ8も１つのベクトルとして統合すると、受信機側において推定されたチャネル応答行列に基づいて、送信機側にフィードバックされるチャネル状態情報ＣＳＩは、Ｍ＝８として、以下のような１つの行列にまとめられる。
【００８５】
【数７】
0005761798.tif 000008
図４は、受信機側において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【００８６】
端末ＵＥ１の第２アンテナ（端末全体として２番目のアンテナ）が故障し、かつ、端末ＵＥ３の第２アンテナ（端末全体として６番目のアンテナ）が故障しているものとする。
【００８７】
この場合、送信機にフィードバックされるチャネル状態情報ＣＳＩの行列は、これらのアンテナが故障していることに伴い、第２行および第６行の成分は、図４に示されるように雑音成分のみとなる。
【００８８】
ここで、無線通信システムにおいて、信号対雑音比ＳＮＲが高い場合を想定すると、チャネル状態情報ＣＳＩの行列の逆行列のノルムは、送信アンテナと受信アンテナ間で正常に信号の伝送が行われている場合に比べて極端に大きな値となる。これは、ＭＭＳＥ法やＢＤ−ＶＰ法などのビームフォーミング法では、送信信号への重み係数の絶対値が極端に小さな値となることを意味し、単純に、フィードバックされたチャネル状態情報を用いるとＭＩＭＯ伝送が破たんすることを意味する。
【００８９】
図５は、送信機において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【００９０】
図５においては、送信機の２番目のアンテナと８番目のアンテナが故障しているものとしている。
【００９１】
この場合は、送信機にフィードバックされるチャネル状態情報ＣＳＩの行列は、これらのアンテナが故障していることに伴い、第２列および第８列の成分は、図５に示されるように雑音成分のみとなる。
【００９２】
ここでも、無線通信システムにおいて、信号対雑音比ＳＮＲが高い場合を想定すると、チャネル状態情報ＣＳＩの行列の逆行列のノルムは、極端に大きな値となり、単純に、フィードバックされたチャネル状態情報を用いるとＭＩＭＯ伝送が破たんする。
【００９３】
図６は、送信機および受信機において故障したアンテナがある場合に、フィードバックされるチャネル状態情報を示す概念図である。
【００９４】
すなわち、図６では、図４に示した受信機側でのアンテナ故障と、図５で示した送信機側でのアンテナ故障とが同時に発生した場合を示している。
【００９５】
これに伴って、送信機にフィードバックされるチャネル状態情報ＣＳＩの行列は、これらのアンテナが故障していることに伴い、第２行および第６行ならびに第２列および第８列の成分は、図６に示されるように雑音成分のみとなる。
【００９６】
ここでも、同様にして、信号対雑音比ＳＮＲが高い場合を想定すると、単純に、フィードバックされたチャネル状態情報を用いるとＭＩＭＯ伝送が破たんする。
【００９７】
図７は、実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第１の概念図である。
【００９８】
図７においては、図４に示したように、受信機側の端末ＵＥ１の第２アンテナが故障し、かつ、端末ＵＥ３の第２アンテナが故障しているものとする。
【００９９】
したがって、受信機側からフィードバックされるチャネル状態情報の行列においては、第２行および第６行の成分は、図７に示されるように雑音成分のみとなる。
【０１００】
これを、無線送信機１０００における故障アンテナ検知部８２では、後に説明する演算により、フィードバックされるチャネル状態情報の行列の行において、故障しているアンテナがあることを検知すると、故障が検知されたチャネル状態情報の行列の行の要素をすべて０に設定する。
【０１０１】
次に、チャネル情報修復処理部８４では、故障アンテナ検知部８２で、故障アンテナに相当する行であって、値が０に設定された行の要素のうち、後に説明するように、対角要素を所定の値ａに設定する。
【０１０２】
チャネル情報修復処理部８４により、以上のようにして、修復されたチャネル状態情報の行列に基づいて、制御部５０は、所定のビームフォーミングのためのアルゴリズムで、重み付け係数を算出する。この場合、対角要素が０ではないので、ＭＩＭＯ通信のためのプリコーディング行列の算出が破たんすることがない。
【０１０３】
図８は、実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第２の概念図である。
【０１０４】
図８においては、図５に示したように、送信機側の第２アンテナおよび第８アンテナが故障しているものとする。
【０１０５】
したがって、受信機側からフィードバックされるチャネル状態情報の行列においては、第２列および第８列の成分は、図８に示されるように雑音成分のみとなる。
【０１０６】
これを、無線送信機１０００における故障アンテナ検知部８２では、後に説明する演算により、フィードバックされるチャネル状態情報の行列の列において、故障しているアンテナがあることを検知すると、故障が検知されたチャネル状態情報の行列の列の要素をすべて０に設定する。
【０１０７】
次に、チャネル情報修復処理部８４では、故障アンテナ検知部８２で、故障アンテナに相当する列であって、値が０に設定された列の要素のうち、後に説明するように、対角要素を所定の値ａに設定する。
【０１０８】
チャネル情報修復処理部８４により、以上のようにして、修復されたチャネル状態情報の行列に基づいて、制御部５０は、所定のビームフォーミングのためのアルゴリズムで、重み付け係数を算出する。この場合も、ＭＩＭＯ通信のためのプリコーディング行列の算出が破たんすることがない。
【０１０９】
図９は、実施の形態１の無線送信装置１０００において実行されるチャネル情報の修復処理を説明するための第３の概念図である。
【０１１０】
図９においては、図６に示したように、図４に示した受信機側でのアンテナ故障と、図５で示した送信機側でのアンテナ故障とが同時に発生しているものとする。
【０１１１】
したがって、受信機側からフィードバックされるチャネル状態情報の行列においては、第２行および第６行ならびに第２列および第８列の成分は、図９に示されるように雑音成分のみとなる。
【０１１２】
これを、無線送信機１０００における故障アンテナ検知部８２では、後に説明する演算により、フィードバックされるチャネル状態情報の行列の行または列において、故障しているアンテナがあることを検知すると、故障が検知されたチャネル状態情報の行列の行および列の要素をすべて０に設定する。
【０１１３】
次に、チャネル情報修復処理部８４では、故障アンテナ検知部８２で、故障アンテナに相当する列または行であって、値が０に設定された行または列の要素のうち、後に説明するように、対角要素を所定の値ａに設定する。
【０１１４】
チャネル情報修復処理部８４により、以上のようにして、修復されたチャネル状態情報の行列に基づいて、制御部５０は、所定のビームフォーミングのためのアルゴリズムで、重み付け係数を算出する。この場合も、ＭＩＭＯ通信のためのプリコーディング行列の算出が破たんすることがない。
【０１１５】
以上のとおり、図９の場合は、送信機側において故障アンテナが発生している場合も、受信機側において、故障アンテナが発生している場合も、両者を包含しているので、以下では、図９を参照して、故障アンテナ検知部８２の処理およびチャネル情報修復処理部８４の処理について、さらに詳しく説明する。
【０１１６】
（故障アンテナの検知）
まず、故障アンテナ検知部８２が、故障アンテナを検知する処理について説明する。
【０１１７】
故障アンテナ検知部８２は、以下のようにして、フィードバックされるチャネル状態情報の行列Ｈfbの各列の要素の絶対値の自乗和Ｓｃｏｌ（ｉ）（ｉ＝１，２，…，Ｍ）または各行の要素の自乗和Ｓｒｏｗ（ｊ）（ｊ＝１，２，…，Ｍ）を計算する。ここで、このような「チャネル状態情報の行列の各行（各列）の要素の絶対値の自乗和」は、対応するアンテナでの送受信時の信号電力に対応する。
【０１１８】
【数８】
0005761798.tif 000009
故障アンテナ検知部８２は、Ｓｃｏｌ（ｉ）の値が、所定の値（たとえば、β）よりも小さい列を故障アンテナに対応すると判断し、あるいは、Ｓｒｏｗ（ｊ）の値が、所定の値（たとえば、β）よりも小さい行を故障アンテナに対応すると判断する。
【０１１９】
（チャネル状態情報の修復）
続いて、故障アンテナ検知部８２は、故障アンテナに対応すると判断された行および列について、行列Ｈfbの要素をすべて０に設定する。
【０１２０】
続いて、チャネル情報修復処理部８４は、行列Ｈfbの行または列のうち、要素が０に設定されている行または列の対角成分を、以下のようにして計算される値ａに設定する。ここでは、図９に示すように、送信側および受信側とのアンテナは総数として８本ずつであり、フィードバックされるチャネル状態情報の行列においては、第２行および第６行ならびに第２列および第８列の成分は、故障アンテナ検知部８２により０に設定されている場合について例示する。
【０１２１】
すなわち、チャネル情報修復処理部８４は、行列Ｈfbの行または列の要素のうち、故障アンテナ検知部８２により、要素の値が０に設定されていない要素の絶対値の自乗和の平均を、値ａとすることで、修復されたチャネル状態情報の行列を生成する。
【０１２２】
この場合、要素の値が０に設定されていないものは、全部で３６個ある。
【０１２３】
【数９】
0005761798.tif 000010
無線送信装置１０００の制御部５０は、このようにして修復されたチャネル状態情報の行列に基づいて、所定のビームフォーミングのアルゴリズムに従い、プリコーディング行列を算出する。ここで、制御部５０は、送信アンテナが故障アンテナに相当している場合は、プリコーディング行列の行（プリコーディングの重み）のうち、故障アンテナに相当するものを０ベクトルに設定する。これにより、故障アンテナに相当する送信アンテナへは、送信信号が供給されない。
【０１２４】
図１０は、以上説明したような無線送信装置１０００におけるプリコーディング行列の演算処理についてのシミュレーション結果を示す図である。
【０１２５】
図１０においては、横軸はユーザあたりの信号対雑音比（ＳＮＲ）であり、縦軸は、ビット誤り率（ＢＥＲ）を様々な条件について、シミュレーションしている。ここで、シミュレ−シュンのチャネル条件は、各パスが独立かつ同一に分布する(i.i.d.：independent and identically distributed)ＭＩＭＯチャネルである。
【０１２６】
このシミュレーションにおいても、送信機側のアンテナ本数は、総数８本であり、端末は４台で、各端末は、２本ずつのアンテナを備えているものとする。
【０１２７】
ここで、送信機側の故障アンテナの本数をＮTとし、受信機側の故障アンテナの本数をＮrとする。また、送信機側で故障しているアンテナの番号（インデックス）の集合をＳTとし、受信機側で故障しているアンテナの番号（インデックス）をＳrとする。
【０１２８】
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
【０１２９】
なお、ＢＤ−ＶＰは、ビームフォーミングアルゴリズムとして、ＢＤ−ＶＰ法を用いた場合を示し、ＭＭＳＥは、ビームフォーミングアルゴリズムとして、ＭＭＳＥ法を用いた場合を示す。シミュレーションは、いずれもシングルキャリアの場合について行っている。
【０１３０】
１）ＢＤ−ＶＰ（１）：ＮT＝Ｎr＝０；ＳT＝Ｓr＝｛φ｝
２）ＢＤ−ＶＰ（２）：ＮT＝０，Ｎr＝４；ＳT＝｛φ｝，Ｓr＝｛２，３，５，７｝
３）ＢＤ−ＶＰ（３）：ＮT＝２，Ｎr＝２；ＳT＝｛３，５｝，Ｓr＝｛２，７｝
４）ＢＤ−ＶＰ（４）：ＮT＝１，Ｎr＝０；ＳT＝｛１｝，Ｓr＝｛φ｝（チャネル状態情報の修復なし）
５）ＭＭＳＥ（１）  ：ＮT＝Ｎr＝０；ＳT＝Ｓr＝｛φ｝
６）ＭＭＳＥ（２）  ：ＮT＝０，Ｎr＝４；ＳT＝｛φ｝，Ｓr＝｛２，３，５，７｝
７）ＭＭＳＥ（３）  ：ＮT＝２，Ｎr＝２；ＳT＝｛３，５｝，Ｓr＝｛２，７｝
８）ＭＭＳＥ（４）  ：ＮT＝１，Ｎr＝０；ＳT＝｛１｝，Ｓr＝｛φ｝（チャネル状態情報の修復なし）
なお、ＢＤ−ＶＰアルゴリズムシミュレ−シュンでのＢＤは、２ＢＤブロック（８×８マトリックスのうち、対角方向の４×４マトリックス）であり、かつ、ＶＰ処理は、このようなＢＤブロックのそれぞれに対して実行されるものとしている。
【０１３１】
図１０からは、チャネル状態情報の修復を行わない場合（ＢＤ−ＶＰ（４）およびＭＭＳＥ（４））では、送信アンテナが１本故障することで、ＭＩＭＯ伝送の信号分離が破たんしていることがわかる。
【０１３２】
一方で、チャネル状態情報の修復を行う場合（ＢＤ−ＶＰ（１）〜（３）およびＭＭＳＥ（１）〜（３））では、送信側あるいは受信側に故障アンテナが存在する場合でも、ＭＩＭＯ伝送が破たんせず、信号分離が行われていることを示している。
【０１３３】
以上のような構成により、無線送信装置１０００においては、ハードウェアの故障あるいは遠近効果等により、一部の送信あるいは受信アンテナの信号強度が著しく低下し、対応する伝送路が通信不能状態となった場合でも、ＭＩＭＯ伝送の破たんが回避される。また、このようなＭＩＭＯ伝送の破たんの回避のために、無線送信装置１０００においては、制御部５０の実行する信号分離のためのビームフォーミングアルゴリズムそのものについては、変更を加える必要がない。
（実施の形態２）
図１１は、実施の形態２の無線通信システムにおける無線送信装置２０００の構成を示すブロック図である。
【０１３４】
なお、図１１では、ＭＩＭＯ伝送される信号がＯＦＤＭ変調されているものとしている。
【０１３５】
そして、ＮＳ個のストリーム（ＮＳ／２ユーザ）に対して、ＯＦＤＭ信号のサブキャリアがＮ個であり、送信アンテナはＮＴ本であるものとする。なお、後に説明するように、各受信機側のアンテナは、２本であるものとする。
【０１３６】
図１１において、図１に示した実施の形態１のシングルキャリアの場合の無線送信装置１０００の場合の構成との相違点を主として説明し、共通な部分については適宜説明を省略する。なお、上述した特許文献３の説明でも述べたように、マルチキャリアのＯＦＤＭ信号であっても、ビームフォーミングのためのプリコーディング行列の算出については、本質的には、シングルキャリアの場合と同様である。
【０１３７】
図１１を参照して、無線送信装置２０００は、入力ノード１０から与えられる送信シンボルをシリアルパラレル変換して、それぞれＮ個ごとの信号のグループにするためのシリアルパラレル変換部２０と、パラレル変換された各信号を、Ｎ個のグループごとに所定の変調方式で変調するための変調部３０−１〜３０−ＮＳとを含む。
【０１３８】
なお、送信シンボルは、同相成分と直行成分とを含みうるが、図１１でも、両者は、１つの信号線で表現されている。
【０１３９】
無線送信装置２０００は、チャネル状態情報に基づいて、プリコーディング行列を算出するための制御部５０と、制御部５０からのプリコーディング行列中の係数を、変調部３０−１〜３０−８からの信号に乗算するための重み付け処理部４０−１〜４０−Ｎとを含む。
【０１４０】
重み付け処理部４０−１は、変調部３０−１からの信号に対して、プリコーディング行列中の係数を乗算して、アンテナ１００−１〜１００−ＮＴからそれぞれ送信するための信号を生成する乗算器４２−１１−４２−ＮＴ１を含む。重み付け処理部４０−１は、変調部３０−１に対応するのと同様の構成を、変調部３０−２〜３０−ＮＳに対応しても含んでいる。たとえば、重み付け処理部４０−１は、変調部３０−ＮＳからの信号に対しては、プリコーディング行列中の係数を乗算して、アンテナ１００−１〜１００−ＮＴからそれぞれ送信するための信号を生成する乗算器４２−１ＮＳ−４２−ＮＴＮＳを含む。さらに、重み付け処理部４０−１は、アンテナ１００−１に対応する乗算器４２−１１〜４２−１ＮＳからの信号を統合して、アンテナ１００−１向けの信号を生成する加算器４４−１を含む。他のアンテナ１００−２〜１００−ＮＴに対応しても、同様な加算器４４−２（図示せず）〜４４−ＮＴを含んでいる。ここで、変調部３０−１〜３０−ＮＳからの信号について重み付け処理を実行する他の重み付け処理部４０−２〜４０−Ｎについても、重み付け処理部４０−１と同様な構成を有する。
【０１４１】
なお、プリコーディング処理として上述したような非線形プリコーディングを実施する場合には、変調部３０−１〜３０−ＮＳの出力に対しては、モジュロ演算処理が実行される。このようなモジュロ演算処理についても、制御部５０の制御の下に実行されることになる。
【０１４２】
また、このようなモジュロ演算とともに、干渉キャンセルのための符号化技術としてＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を用いることも可能である。
【０１４３】
無線送信装置２０００は、さらに、重み付け処理部４０−１〜４０−Ｎの出力をそれぞれ受けて、無線送信する信号に変換するためのアップコンバータ６０−１〜６０−ＮＴを含む。
【０１４４】
アップコンバータ６０−１は、重み付け処理部４０−１の出力を受けて、逆フーリエ変換するための逆フーリエ変換部６２と、デジタルアナログ変換するためのＤＡ変換部６４と、ＤＡ変換部６４の信号を局部発信部７０からの信号に基づいて周波数変換するための周波数変換部６６と、周波数変換部６６の出力を増幅して、アンテナ１００−１に供給するための電力増幅部６８とを含む。他のアップコンバータ６０−２〜６０−ＮＴも同様の構成を有する。
【０１４５】
その他の構成、たとえば、フィードバック情報受信部８０、故障アンテナ検知部８２、チェネル情報修復処理部８４等の構成については、図１の無線送信装置１０００と同様であるので、説明を繰り返さない。
【０１４６】
なお、図１１においても、点線で示した部分は、特に限定されないが、たとえば、所定のプリコーディング行列の算出処理のアルゴリズムに基づいて動作する専用のハードウェアであり、フィードバック情報受信部８０、故障アンテナ検知部８２およびチェネル情報修復処理部８４は、このような専用のハードウェアに、後付けで設ける構成としてもよい。
【０１４７】
図１２は、実施の形態２の無線通信システムにおける端末装置２１００の構成を示すブロック図である。
【０１４８】
図１２においては、受信される信号がＯＦＤＭ信号であることに伴い、ダウンコンバータ２２０−１〜２２０−２において、フーリエ変換部２２８が設けられる構成となっている他は、制御部２５０において算出される重み係数が、ＯＦＤＭ伝送に対応するものとなっていることを除いて、基本的な構成は、図２に示した実施の形態１の端末装置１１００の構成と同様である。
【０１４９】
なお、端末装置２１００においても、チャネル応答推定部２６０において推定された端末装置１１００についてのチャネル応答行列は、チャネル状態情報送信処理部２６２により、アンテナ２００−１、２００−２から、無線送信装置２０００に対して、フィードバック情報として送信される。
【０１５０】
図１３は、無線送信装置２０００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１５１】
図１３を参照して、処理が開始されると、まず、制御部５０は、故障アンテナの状態の監視に応じて、故障アンテナのインデックスへの登録を実施する周期の期間Ｔを管理するための時間変数ｔの値をインクリメントする（Ｓ１００）。
【０１５２】
続いて、故障アンテナ検知部８２は、受信端末からのフィードバック情報（チャネル状態情報）の受信にエラーが存在するかを判定する（Ｓ１０２）。
【０１５３】
ここで、受信端末をＵＥ（ｍ）とする（ｍ＝１，２，３，４）。端末ＵＥ（ｍ）からの信号がエラーである、すなわち、受信機側からのチャネル状態情報の受信に失敗すると、故障アンテナ検知部８２は、故障アンテナの状態であると判断し、エラーである端末について、エラー状態を管理するための変数ＵＥＦＢＥｒｒ（ｍ）を１だけインクリメントする（Ｓ１０６）。
【０１５４】
一方、ステップＳ１０４において、故障アンテナ検知部８２は、端末ＵＥ（ｍ）からのチャネル状態情報の受信についてエラーがないと判断すると、それまでに受信して記憶していたチャネル状態情報の行列Ｈfb（ｔ、ｆ）を上書きしてアップデートする（Ｓ１０８）。ここで、ｆは、ＯＦＤＭにおけるサブキャリアを表す。
【０１５５】
さらに、故障アンテナ検知部８２は、以下の式にしたがって、故障アンテナ検知のためのメトリックスＭ（ｔ）を積算する（Ｓ１１０）。ここで、メトリックスの（ｉ，ｊ）成分は以下のようになる。
【０１５６】
【数１０】
0005761798.tif 000011
メトリックスＭ（ｔ）は、したがって、（受信アンテナ本数）×（送信アンテナ本数）の大きさの行列であり、各要素は、時間軸おおよび周波数軸方向におけるパワーの合計に相当する。
【０１５７】
続いて、動作モードが“２”に設定されている場合は、検出されている故障アンテナについての情報（故障アンテナインデックス）に基づいて、チャネル情報修復処理部８４は、チャネル情報の修復処理を実行し（Ｓ１２０）、制御部５０が、プリコーディング行列を算出する（Ｓ１２２）。
【０１５８】
制御部５０は、故障アンテナであって使用されない送信アンテナが存在する場合は（Ｓ１２４）は、プリコーディング行列のうち、使用されない送信アンテナに対応する行をゼロベクトルとする（Ｓ１２６）。これにより、故障アンテナに相当する送信アンテナへは、送信信号が供給されない。続いて、制御部５０からの重み付け係数に基づいて、重み付け処理部４０−１〜４０−Ｎが、送信信号の重み付け処理を実行する（Ｓ１３０）。一方、使用されないアンテナが存在しない場合（Ｓ１２４）も、処理は、ステップＳ１３０へ移行する。
【０１５９】
一方、ステップＳ１１２において、動作モードが“１”に設定されている場合は、現状のチャネル状態情報の行列Ｈfbに基づいて、制御部５０が、プリコーディング行列を算出し（Ｓ１１４）、制御部５０からの重み付け係数に基づいて、重み付け処理部４０−１〜４０−Ｎが、送信信号の重み付け処理を実行する（Ｓ１３０）。
【０１６０】
送信信号の重み付け処理の後、アンテナから送信信号が送信される（Ｓ１３２）。
【０１６１】
続いて、制御部５０は、時間変数ｔが期間Ｔに等しいかを判断し、期間Ｔに達していない場合（Ｓ１３４）、処理を、ステップＳ１００に復帰させる。
【０１６２】
一方、制御部５０は、時間変数ｔが期間Ｔに達している場合（Ｓ１３４）、動作モードを“１”に設定する（Ｓ１３６）。すなわち、チャネル修復処理を実行しないモードに設定する。
【０１６３】
次に、制御部５０は、変数ＵＥＦＢＥｒｒ（ｍ）を期間Ｔについて積算した値の期間Ｔについて平均をＣｈｅＥｒｒ（ｍ）として算出するとともに、ＵＥＦＢＥｒｒ（ｍ）の値については、０にリセットする（Ｓ１３８）。
【０１６４】
ここで、故障アンテナ検知部８２は、ＣｈｅＥｒｒ（ｍ）の値が所定の値φを超えると判断すると（Ｓ１４０）、制御部５０に対して、動作モードを“２”（チャネル状態情報の修復を実行するモード）に設定することを通知し、ｍ番目の端末のアンテナの故障アンテナ（不能状態の伝送路）に対応するアンテナを故障アンテナインデックスに加える（Ｓ１４２）。
【０１６５】
続いて、故障アンテナ検知部８２は、メトリックスＭ（ｔ）の時間平均をＭavgとして算出する（Ｓ１４４）。
【０１６６】
ここで、Ｍavgの要素の列についての和が、所定の値以下であって、送信アンテナが正常に接続されていない（故障アンテナである）と故障アンテナ検知部８２が判断すると、故障アンテナ検知部８２は、制御部５０に対して、動作モードを“２”（チャネル状態情報の修復を実行するモード）に設定することを通知し、正常に接続されていない送信アンテナ（不能状態の伝送路）に対応する送信アンテナを故障アンテナインデックスに加える（Ｓ１４８）。なお、受信側の故障アンテナの検知および故障アンテナインデックスの登録においても、Ｍavgの要素の行についての和が、所定の値以下であることを利用してもよい。
【０１６７】
続いて、制御部５０は、時間変数ｔと、メトリックスの値を０に初期化する（Ｓ１５０）。
【０１６８】
以上のような処理により、少なくとも期間Ｔにわたって、所定の回数以上にわたって、故障アンテナであると検知された受信アンテナまたは送信アンテナが存在する場合には、チャネル情報修復処理部８４によるチャネル情報の修復処理が実行されることになる。
【０１６９】
なお、故障アンテナの検知については、図１３で説明した方法に限定されず、実施の形態１で説明したＳｃｏｌ（ｉ）（ｉ＝１，２，…，Ｍ）またはＳｒｏｗ（ｊ）（ｊ＝１，２，…，Ｍ）によってもよい。
【０１７０】
以上のような実施の形態２の無線通信システムでは、ＯＦＤＭのようなマルチキャリア伝送においても、実施の形態１の無線通信システムと同様に、ハードウェアの故障あるいは遠近効果等により、一部の送信あるいは受信アンテナの信号強度が著しく低下し、対応する伝送路が通信不能状態となった場合でも、ＭＩＭＯ伝送の破たんが回避される。また、このようなＭＩＭＯ伝送の破たんの回避のために、無線送信装置２０００においては、信号分離のためのビームフォーミングアルゴリズムそのものについては、変更を加える必要がない。
【０１７１】
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７２】
１０  入力ノード、２０  シリアルパラレル変換部、３０−１〜３０−８  変調部、４０−１〜４０−８  重み付け処理部、５０  制御部、６０−１〜６０−８  アップコンバータ、８０  フィードバック情報受信部、８２  故障アンテナ検知部、８４  チャネル情報修復処理部、１００−１〜１００−８  アンテナ、ＣＳＩ  チャネル状態情報制御部、１００，２０００  無線送信装置、１１００，２１００  端末装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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