(57)【要約】【課題】時変動の影響を受け難い条件を選択可能とし、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現する。【解決手段】送信ウエイトの算出処理の前処理として、まず、端末局の伝達関数行列を取得する（ステップＳ２）。次に、この伝達関数行列を特異値分解し（ステップＳ３）、非ゼロの特異値に対応する右特異ベクトルである固有ベクトルを抽出する（ステップＳ４）。さらに、前回に行った特異値分解の際の固有ベクトルを読み出し（ステップＳ５）、各固有値毎の時間相関を求める（ステップＳ６）。ここで、次回の処理に備えて新規の固有ベクトルをメモリに記憶する（ステップＳ７）。その後、ステップＳ６で求めた時間相関が所定のしきい値以上である固有ベクトルを選択し（ステップＳ８）、送信ウエイトを求める際に用いる伝達関数行列である換算伝達関数行列を記録する（ステップＳ９）。【選択図】図１
2008236054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信する無線通信方法において、
前記第１の無線局は、
前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、
前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、
前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、
新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、
各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記第１の時間相関取得ステップで求めた時間相関に対するしきい値、または、複数回の時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第１の時間変動判定ステップと、
前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップと、
前記乗算の結果を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、
前記第１の無線局は、
ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、
前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、
前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、
前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、
新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、
各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記第１の時間相関取得ステップで求めた時間相関に対するしきい値、または、複数回の該時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第１の時間変動判定ステップと、
前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップと
を実施し、さらに、
前記送信信号生成ステップで生成された信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップと
を実施することを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、
前記第１の無線局は、
ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、
前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、
前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、
前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、
新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、
前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップと
を実施し、さらに、
各サブキャリア毎に求めた各固有ベクトルの時間相関値を全サブキャリアに渡って加算または平均化し、全帯域時間相関値を取得する全帯域時間相関取得ステップと、
各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記全帯域時間相関値、または、複数回の全帯域時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第２の時間変動判定ステップと、
前記送信信号生成ステップで得られた信号を全サブキャリアに渡り合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、
前記第１の無線局は、
ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、
前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、
前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、
前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップと
を実施し、さらに、
前記伝達関数情報取得ステップにおいて取得した伝達関数情報を全サブキャリアに渡り各成分毎に加算した情報、または、該情報をサブキャリア数で除算した情報である平均伝達関数情報を取得する伝達関数情報加算ステップと、
前記平均伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の平均伝達関数行列Ｈ’のエルミート共役Ｈ’Ｈと該行列の積であるＨ’ＨＨ’で与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する平均固有ベクトル取得ステップと、
前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、
新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第３の時間相関取得ステップと、
各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記時間相関値、または、複数回の時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第３の時間変動判定ステップと、
前記送信信号生成ステップで得られた信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
前記第１の無線局は、前記複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、
前記第１の時間変動判定ステップ、または、前記第２時間変動判定ステップ、または、前記第３の時間変動判定ステップにて、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する第１の空間多重信号系統数判定ステップを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記第１の無線局は、前記複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、
前記第１の時間変動判定ステップ、または、前記第２の時間変動判定ステップ、または、前記第３の時間変動判定ステップを、前記固有値または特異値の絶対値の小さい方から順番に実施し、
いずれかの固有ベクトルの時間変動が大きいと判定されるまでの間に、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する第２の空間多重信号系総数判定ステップを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記第１の空間多重信号系統数判定ステップ、または、前記第２の空間多重信号系統数判定ステップは、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限値がゼロであった場合には、他の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行わない無線局として管理することを特徴とする請求項５または６に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記送信ウエイト算出ステップは、前記伝達関数情報により構成される伝達関数行列の代わりに、前記第１の時間変動判定ステップ、または、第２の時間変動判定ステップ、または、第３の時間変動判定ステップにおいて、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの各成分により構成される行列である換算伝達関数行列に基づいて、送信ウエイトを算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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信号系列を空間多重して送信し、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元に受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信を実現する高速無線アクセスシステムに係り、１つの無線局と他の複数の無線局が同時に、かつ、同一周波数チャネル上で空間多重して通信を行う無線通信方法に関する。
【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、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは、物理レイヤ上での伝送速度であり、実際には、ＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は、３０Ｍｂｐｓ程度である。
【０００３】
一方で、有線ＬＡＮの世界では、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−Ｔインタフェースを始め、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home）の普及から、１００Ｍｂｐｓの高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。
【０００４】
そのための技術としては、ＭＩＭＯ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で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。
【０００５】
ここで、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信号を受信する場合を考える。まず、送受信局の各アンテナ間に、Ｍ×Ｎ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。
【０００６】
この場合、次式（１）で示される関係が成り立つ。
【０００７】
【数１】
2008236054.tif 000003
【０００８】
したがって、受信局側で受信した受信信号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。
【０００９】
このＭＩＭＯ通信においては、伝搬路の情報を利用して、その伝搬路に対して最適な状況で信号を送信することにより、最も効率的に通信を行うことができる。例えば、固有モードＳＤＭ（Space Division Multiplexing）方式を用いたＭＩＭＯ伝送においては、信号の伝送方向のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈを送信局側で取得できた場合に、この伝達関数行列Ｈに対応した送信信号の最適化を行う（例えば、特許文献１参照）。具体的には、伝達関数行列Ｈとそのエルミート共役な行列ＨＨ（右肩の「Ｈ」の記号はエルミート共役を表す）の積を対角化可能なユニタリ行列Ｕを取得し、このユニタリ行列Ｕで送信信号を変換して信号を送信する。このユニタリ行列Ｕと伝達関数行列Ｈとの間には、次式（２）が成り立つ。
【００１０】
【数２】
2008236054.tif 000004
【００１１】
ここで、右辺の行列Λは、対角成分のみが値を持ち、その他の成分がゼロである対角行列である。このような特徴を持つユニタリ行列Ｕを列ベクトルＴｘに作用させて信号を送信することにより、式（１）は、次式（３）に示すように変換される。
【００１２】
【数３】
2008236054.tif 000005
【００１３】
この変換により、送信信号は、ＭＩＭＯチャネル毎に直交化され、受信局側での処理において簡易なＺＦ（Zero Forcing）方式を用いた場合であっても、各送信信号をＭＩＭＯチャネル毎のＳＮＲ特性が良好になるように調整される。また、このユニタリ行列の各列ベクトルは、送信信号である列ベクトルＴｘを各送信アンテナに分配する際の各アンテナに乗算する係数（以降、「送信ウエイト」と呼ぶ）を与える。この送信ウエイトを用いることで、各ＭＩＭＯチャネル毎に直交したビーム形成を行い、それぞれのビーム（固有ビーム）に相当するチャネルの利得がその固有ベクトルの固有値となる。したがって、全ＭＩＭＯチャネルのチャネル容量Ｃの上限は、次式（４）で与えられる。
【００１４】
【数４】
2008236054.tif 000006
【００１５】
ここで、Ｂは帯域幅、Ｐｉは第ｉ番のＭＩＭＯチャネルの総送信電力、σ２は雑音電力の分散値を意味する。この式（４）から、どの程度の伝送レートの伝送モード（ここではＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調方式と誤り訂正の符号化率との組み合わせにより規定されるモードを「伝送モード」と定義する）を適用可能か、また、さらにどの程度の数のＭＩＭＯチャネルを多重化できるかが推定できる。
【００１６】
ちなみに、式（４）の中の送信電力Ｐｉは、全てのＭＩＭＯチャネルに共通の値である必要はなく、また、各ＭＩＭＯチャネル毎に伝送モードを変更しても構わない。一般に、注水定理と呼ばれる手法を用いることで、この送信電力Ｐｉの値を最適化することが可能である。この中で、Ｐｉ＝０となるＭＩＭＯチャネルが存在した場合、そのチャネルは、実際の伝搬には用いずに、他のＭＩＭＯチャネルに電力を配分した方が効率的であることを意味している。つまり、ＭＩＭＯの多重数を元々の上限値よりも少なく設定することになる。このようにして、多重化するＭＩＭＯチャネルの最適値を判定することも可能である。
【００１７】
上述した固有モードＳＤＭ技術は、送信局側で指向性を持った送信ビームを形成し、空間上で多重化する信号を受信局側で効率的に信号分離できるようにするものである。ここで、通常のＭＩＭＯ通信、すなわち、１つの送信局と１つの受信局との間で通信を行うことをシングルユーザＭＩＭＯと呼ぶ。無線ＬＡＮや、携帯電話等を例に見れば、基地局は、サイズ的に比較的大きく、端末局側は、ポータブルな端末であり、そのサイズは基地局よりも大幅に小さい。
【００１８】
このような小型端末の中に、ＭＩＭＯ通信のための複数のアンテナを実装しても、アンテナ間の間隔が短く、アンテナ相関が非常に大きくなってしまう。この場合、式（４）における固有値λｉの値は、小さくなる傾向にあり、実際に通信に利用できるＭＩＭＯチャネル数は、それほど多くはない。このようなケースにおいて、１つ１つの端末との間では、空間多重するＭＩＭＯチャネル数を少なくする一方、複数の異なる端末と同時に同一周波数チャネルで通信するマルチユーザＭＩＭＯ通信が有効である。
【００１９】
図１０は、マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示すブロック図である。同図において、１０１は基地局（ＢＳ：Base Station）、１０２〜１０４は端末局（ＭＳ：Mobile Station）を示し、端末局１０２を端末局＃１（ＭＳ１）、端末局１０３を端末局＃２（ＭＳ２）、端末局１０４を端末局＃３（ＭＳ３）とする。実際に１つの基地局が収容する端末局数は多数であるが、その中の数局を選び出し（図では端末局＃１〜＃３（１０２〜１０４））、通信を行う。
【００２０】
各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）は、基地局１０１と比較して送受信アンテナ数が一般的に少ない。例えば、基地局１０１から端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）方向への通信（ダウンリンク）を行う場合を考える。基地局１０１は、多数のアンテナを用いて、複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）に対して、それぞれ３つのＭＩＭＯチャネルを割り当て、全体としては、９系統の信号系列を送信する場合を考える。
【００２１】
その際、端末局１０２（ＭＳ＃１）に対して送信する信号は、端末局１０３（ＭＳ＃２）および端末局１０４（ＭＳ＃３）方向には、指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末局１０３（ＭＳ＃２）および端末局１０４（ＭＳ＃３）への干渉を抑制する。同様に、端末局１０３（ＭＳ＃２）に対して送信する信号は、端末局１０２（ＭＳ＃１）および端末局１０４（ＭＳ＃３）方向には、指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末局１０４（ＭＳ＃３）にも施す。
【００２２】
このように指向性制御を行う理由は、例えば、端末局１０２（ＭＳ＃１）においては、端末局１０３（ＭＳ＃２）および端末局１０４（ＭＳ＃３）で受信した信号の情報を知る術がないので、端末局間での協調的な受信処理ができないためである。つまり、３本しかない端末局１０２（ＭＳ＃１）のみの受信処理において、９系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜ＭＳ＃３）には、他の端末局宛の信号が受信されないように、送信側である基地局１０１で干渉分離を事前に行う。
【００２３】
以上が既存のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概要である。次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。例えば、図１０において、端末局１０２（ＭＳ＃１）の第１受信アンテナと基地局１０１の第ｊアンテナとの間の伝達関数をｈ１ｊと表記することにする。基地局１０１のｊ＝１〜９の全てのアンテナに関する伝達関数を用い、行ベクトルｈ１を（ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，…，ｈ１８，ｈ１９）と表記する。同様に、端末局１０２（ＭＳ＃１）の第２受信アンテナ、第３受信アンテナと基地局１０１との伝達関数をｈ２ｊおよびｈ３ｊとし、対応する行ベクトルｈ２およびｈ３を（ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，…，ｈ２８，ｈ２９）、（ｈ３ｌ，ｈ３２，ｈ３３，…，ｈ３８，ｈ３９）とする。
【００２４】
端末局１０３（ＭＳ＃２）、端末局１０４（ＭＳ＃３）の受信アンテナにも同様の連番を付与し、行ベクトルｈ４〜ｈ９を、（ｈ４１，ｈ４２，ｈ４３，…，ｈ４８，ｈ４９）〜（ｈ９１，ｈ９２，ｈ９３，…，ｈ９８，ｈ９９）とする。加えて、基地局１０１が送信する９系統の信号をｔ１〜ｔ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＴｘ［ａｌｌ］＝（ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔ８，ｔ９）Ｔと表記する。ここで、右肩のＴの文字は、べクトル、行列の転置を表す。また、同様に、端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）の９本のアンテナでの受信信号をｒ１〜ｒ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＲｘ［ａｌｌ］＝（ｒ１，ｒ２，ｒ３，…，ｒ８，ｒ９）Ｔと表記する。最後に、行ベクトルｈ１〜ｈ９（第１から第９行成分とする行列）を、全体伝達関数行列Ｈ［ａｌｌ］と表記する。
【００２５】
このように表記した場合、システム全体としては、次式（５）の関係が成り立つ。
【００２６】
【数５】
2008236054.tif 000007
【００２７】
これは、シングルユーザＭＩＭＯにおける式（１）に対応する。同様に、式（３）に示すような送信指向性制御を行うため、９行９列の送信ウエイト行列Ｗを導入し、式（３）を、次式（６）に示すように書き換える。
【００２８】
【数６】
2008236054.tif 000008
【００２９】
さらに、送信ウエイト行列Ｗを列ベクトルｗ１〜ｗ９に分解し、Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３，…，ｗ８，ｗ９）と表記すると、次式（７）に示すように表せる。
【００３０】
【数７】
2008236054.tif 000009
【００３１】
ここで、例えば、６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９と３つの列ベクトルｗ１〜ｗ３との乗算（各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる）が全てゼロになるように、ｗ１〜ｗ３を選ぶことを考える。同様に、行ベクトルｈ１〜ｈ３およびｈ７〜ｈ９と列ベクトルｗ４〜ｗ６との乗算、行ベクトルｈ１〜ｈ６と列ベクトルｗ７〜ｗ９との乗算の全てがゼロになるように選ぶことにする。これにより、式（７）に示す９行９列の行列は、３行３列の９個の部分行列を用いて表記すると、次式（８）のように表すことができる。
【００３２】
【数８】
2008236054.tif 000010
【００３３】
ここで、部分行列Ｈ［１］、Ｈ［２］、Ｈ［３］は、３行３列の行列であり、部分行列０は、成分が全てゼロの３行３列の行列である。このような条件を満たす変換行列Ｗを選択することで、式（８）は、次式（９）、（１０）、（１１）の３つの関係式に分解できる。
【００３４】
【数９】
2008236054.tif 000011
【００３５】
【数１０】
2008236054.tif 000012
【００３６】
【数１１】
2008236054.tif 000013
【００３７】
ここで、Ｔｘ［１］＝（ｔｌ，ｔ２，ｔ３）Ｔ、Ｔｘ［２］＝（ｔ４，ｔ５，ｔ６）Ｔ、Ｔｘ［３］＝（ｔ７，ｔ８，ｔ９）Ｔ、Ｒｘ［１］＝（ｒ１，ｒ２，ｒ３）Ｔ、Ｒｘ［２］＝（ｒ４，ｒ５，ｒ６）Ｔ、Ｒｘ［３］＝（ｒ７，ｒ８，ｒ９）Ｔとした。このようにして、３つのシングルユーザＭＩＭＯ通信とみなすことができるようになる。
【００３８】
次に、送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ９の決定方法の例を説明する。以下の手順で送信ウエイトを求めることができる（例えば、非特許文献１参照）。まず、端末局１０２（ＭＳ＃１）に対する送信ウエイトベクトルの求め方を説明する。
【００３９】
全体伝達関数行列Ｈ［ａｌｌ］から端末局１０２（ＭＳ＃１）宛ての成分を除いた行列と、端末局１０２（ＭＳ＃１）宛ての成分のみで構成される部分とに分け、次式（１２）、（１３）のように定義する。
【００４０】
【数１２】
2008236054.tif 000014
【００４１】
【数１３】
2008236054.tif 000015
まず、式（１２）を特異値分解すると、次式（１４）で表すことができる。
【００４２】
【数１４】
2008236054.tif 000016
【００４３】
ここで、右側のユニタリ行列を２つの領域に分け、非ゼロの固有値を持つ空間に相当する左側の部分（チルダ（〜）Ｖ１（１））と、それ以外の部分空間に相当する右側の部分（チルダ（〜）Ｖ１（０））とに分ける。これらの行列の意味するところは、右側の行列（チルダ（〜）Ｖ１（０））の列ベクトルを送信ウエイトとして用いた場合には、端末局１０３（ＭＳ＃２）及び端末局１０４（ＭＳ＃３）には干渉を及ぼさない。すなわち、ヌルが向けられていることを意味する。さらに、この空間内のうち、有益な方向に向けて信号を送信するため、この部分空間内の固有モードである固有ベクトルを求める。このため、この右側の部分空間を、式（１３）の右からかけたものをさらに特異値分解すると、次式（１５）で表わされる。
【００４４】
【数１５】
2008236054.tif 000017
【００４５】
前述した場合と同様、右側のユニタリ行列を２つの領域に分け、非ゼロの固有値を持つ空間に相当する左側の部分（Ｖ１（１））と、それ以外の部分空間に相当する右側の部分（Ｖ１（０））に分ける。この左側の部分空間（Ｖ１（１））の列ベクトルは端末局１０３（ＭＳ＃２）及び端末局１０４（ＭＳ＃３）に直交させた部分空間における固有ベクトルに相当する。全ての固有ベクトルを用いて信号を送信する場合には、送信ウエイトは、次式（１６）で表すことができる。
【００４６】
【数１６】
2008236054.tif 000018
【００４７】
ここでは、３系統の信号系列を送信するために、３つの送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を求めたが、空間多重する信号系列数がこれより少ない場合には、この中のｗ１とｗ２のみ、ないしは、ｗ１のみを用いればよい。数式的には、Ｖ１（１）の左側から（つまり、式（１５）の固有値の大きい方から）所定の数だけ選べばよい。また、送信電力制御を行うのであれば、この送信ウエイト行列のさらに右側から電力配分の行列を作用させても良い。
【００４８】
以上が端末局１０２（ＭＳ＃１）に対する送信ウエイトであるが、同様にして端末局１０３（ＭＳ＃２）および端末局１０４（ＭＳ＃３）宛てのウエイトも求めることが可能である。
【００４９】
以上、従来技術による送信ウエイト行列の求め方である。
次に、図１１は、従来技術における基地局１０１による送信ウエイト行列Ｗの算出方法を説明するフローチャートである。まず、送信ウエイト行列の算出にあたり、全端末への伝達関数行列Ｈｋを取得する（ステップＳ１０２）。次に、宛先とする端末に通し番号を付与し、その番号をｋと表記した場合、まず、ｋを初期化する（ステップＳ１０３）。さらに、ｋをカウントアップし（ステップＳ１０４）、着目しているｋ＝１に対応した端末局１０２（ＭＳ＃１）に対する部分伝達関数行列（Ｈｋ）を抽出し（ステップＳ１０５：上記式（１３）に相当）、それ以外の宛先の端末局の部分伝達関数行列（チルダ（〜）Ｈｋ）を抽出する（ステップＳ１０６：上記式（１２）に相当）。
【００５０】
次に、部分伝達関数行列（チルダ（〜）Ｈｋ）を特異値分解し（上記式（１４）に相当）、特異値がゼロの部分空間を張る基底ベクトルを列ベクトルとする部分空間の行列としてチルダ（〜）Ｖｋ（０）を求める（ステップＳ１０７）。これに先ほどの部分伝達関数行列（チルダ（〜）Ｈｋ）を乗算し、チルダ（〜）Ｈｋ・チルダ（〜）Ｖｋ（０）を得る（ステップＳ１０８）。さらに、チルダ（〜）Ｈｋ・チルダ（〜）Ｖｋ（０）を特異値分解し、特異値が非ゼロの部分空間を張る基底ベクトルを列ベクトルとする部分空間の行列としてＶｋ（１）を求める（ステップＳ１０９：上記式（１５）に相当）。これと先のチルダ（〜）Ｖｋ（０）を乗算し、端末局１０２（ＭＳ＃１）に対する送信ウエイトとして、チルダ（〜）Ｖｋ（０）・Ｖｋ（１）を得る（ステップＳ１１０）。
【００５１】
以上の処理は、ｋ＝１の時には、端末局１０２（ＭＳ＃１）に対する処理となるが、全ての端末局に対する送信ウエイトを求めるために、全端末に対する処理を実施済みか否かを判定し（ステップＳ１１１）、残りの端末局があれば、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０を繰り返す。一方、全ての宛先の端末局の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル｛ｗｉ｝を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Ｗを決定し（ステップＳ１１２）、処理を完了する（ステップＳ１１３）。
【００５２】
なお、上記ステップＳ１０９において、非ゼロの固有ベクトルの全てを用いてデータの送信を行わない場合には、実際に端末局＃ｋに対して空間多重を行う信号系列数だけ固有ベクトルを選択してＶｋ（１）とすれば良い。
【００５３】
また、ここまでの説明では、全てシングルキャリアのシステムを仮定し、送信ウエイト行列は１つだけ求めれば良かった。現在、ＭＩＭＯ技術は、無線ＬＡＮ等で注目を集めているが、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の標準規格の無線ＬＡＮでは、マルチキャリアを用いたＯＦＤＭ変調方式を採用している。ＯＦＤＭ変調方式を用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの場合には、上述した処理を全てのサブキャリアにおいて個別に実施する必要がある。
【００５４】
以上の手順で送信ウエイト行列Ｗを求めた後は、送信側では、送信信号ベクトルＴｘ［ａｌｌ］に送信ウエイト行列を乗算し、ＷＴｘ［ａｌｌ］に相当する信号を各アンテナから送信する。各端末局における受信においては、送信ウエイト行列が適切であれば式（９）〜式（１１）に示したように、個別のシングルユーザＭＩＭＯの通信の場合と等価になり、１対１通信の場合と同様な信号処理を行えばよい。
【特許文献１】国際公開第２００５／０５５４８４号パンフレット
【非特許文献１】Q. H. Spencer，A. L. Swindlehurst, and M. Haardt,“Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels”,IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING,VOL.52,NO.2,Feb.2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５５】
以上説明したように、従来技術によりマルチユーザＭＩＭＯ通信が実現可能であるが、実際の運用においては、信号の伝送方向のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈを送信局側で取得するにあたり、ＭＩＭＯチャネルの伝達関数情報のフィードバックの遅延時間が問題となる。
【００５６】
例えば、図１１に示した従来技術における送信ウエイト行列Ｗを算出するフローを実施するに当たり、ステップＳ１０２にて取得する各端末の伝達関数行列の算出時刻と、ステップＳ１１２の送信ウエイト行列を生成する時刻との間には若干の遅延がある。更に、実際に、この送信ウエイトを用いてデータを送信するのは更に後になる。
【００５７】
通常、基地局と端末局との間のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈをフィードバックするためには、そのための制御情報を交換するための帯域が必要であり、このフィードバックに伴う帯域のロスを抑えるために、フィードバックの周期は比較的長めに設定される。例えば、この周期が１０ｍｓ周期であったとするならば、データを送信するために用いる送信ウエイトは、１０ｍｓも過去の情報を用いて求めることになる。
【００５８】
しかしながら、マルチパス環境においては、時間と共にチャネルは大きく変動し、その結果として各端末局間の送信信号は、互いの端末において干渉信号となる。つまり、式（８）における非対角ブロックのゼロ行列部分に、次式（１７）で示すように、干渉成分Ｉ［ｉ，ｊ］が発生する。
【００５９】
【数１７】
2008236054.tif 000019
【００６０】
ここで、干渉成分Ｉ［ｉ，ｊ］は、第ｊ端末から第ｉ端末局への干渉を表す行列であり、各端末局毎に複数の信号系列を同時に空間多重するために行列形式となっている。つまり、式（９）〜式（１１）は、次式（１８）〜式（２０）のようになり、相互干渉が発生する。
【００６１】
【数１８】
2008236054.tif 000020
【００６２】
【数１９】
2008236054.tif 000021
【００６３】
【数２０】
2008236054.tif 000022
【００６４】
ここで、チャネルの時間変動を送信側で予測することは不可能である。一方で、受信側において各端末局宛の信号の相互干渉が発生した場合、各端末局が備えるアンテナの本数は、空間多重する信号系列の総数よりも少なくなるため、線形処理等の比較的簡易な方法で相互干渉を除去することはできない。
【００６５】
したがって、マルチユーザＭＩＭＯ伝送の受信端末局側において発生するチャネルの時変動に伴う相互干渉の問題を解決するために、チャネルの時変動に伴う相互干渉が小さくなるような送信指向性制御ないしは端末局への空間多重方法が求められている。
【００６６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛ての干渉信号が漏れ込みやすいような状況であっても、時変動の影響を受け難い条件を選択することでき、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができる無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６７】
上述した課題を解決するために、本発明は、１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信する無線通信方法において、前記第１の無線局は、前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記第１の時間相関取得ステップで求めた時間相関に対するしきい値、または、複数回の時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第１の時間変動判定ステップと、前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップと、前記乗算の結果を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
【００６８】
上記発明は、従来技術とは、伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記第１の時間相関取得ステップで求めた時間相関に対するしきい値、または、複数回の時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第１の時間変動判定ステップと、を実施する点で異なる。
これは、従来は、複数の第二の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信する際に用いる送信ウエイトを算出する前に、当該第二の無線局への信号伝送に利用可能な送信ウエイトに関するベクトルの部分空間を、同時に空間多重する各第二の無線局間に対して干渉を与えないように直交化して求めるのに対し、本発明は、固有ベクトル毎に時間変動の程度を把握し、時間変動の小さな部分空間に限定して信号の送信を行うことで、チャネルの時間変動に伴う他の第二の無線局宛の信号からの干渉を抑制するためのひとつの方法を与えるものである。
【００６９】
上述した課題を解決するために、本発明は、１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、前記第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記第１の時間相関取得ステップで求めた時間相関に対するしきい値、または、複数回の該時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第１の時間変動判定ステップと、前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップとを実施し、さらに、前記送信信号生成ステップで生成された信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップと実施することを特徴とする無線通信方法である。
これは、本発明を、ＯＦＤＭ変調方式を用いる無線通信システムに拡張するためのひとつの方法を与えるものである。
【００７０】
上述した課題を解決するために、本発明は、１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、前記第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第１の時間相関取得ステップと、前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップとを実施し、さらに、各サブキャリア毎に求めた各固有ベクトルの時間相関値を全サブキャリアに渡って加算または平均化し、全帯域時間相関値を取得する全帯域時間相関取得ステップと、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記全帯域時間相関値、または、複数回の全帯域時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第２の時間変動判定ステップと、前記送信信号生成ステップで得られた信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
これは、本発明を、ＯＦＤＭ変調方式を用いる無線通信システムに拡張するためのひとつの方法を与えるものである。
【００７１】
上述した課題を解決するために、本発明は、１つの第１の無線局と複数の第２の無線局により構成され、前記第１の無線局は、複数本のアンテナで構成される第１のアンテナ群を備え、前記第２の無線局は、１本以上のアンテナで構成される第２のアンテナ群を備え、前記第１の無線局の前記第１のアンテナ群及び前記第２の無線局の全て、または、その一部の備える前記第２のアンテナ群により構成されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを介して、前記複数の第２の無線局に対して同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信方法において、前記第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、前記第１のアンテナ群と前記複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得する伝達関数情報取得ステップと、前記取得した伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する固有ベクトル取得ステップと、前記複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と前記第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を前記第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、各信号系列と前記第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算する送信信号生成ステップとを実施し、さらに、前記伝達関数情報取得ステップにおいて取得した伝達関数情報を全サブキャリアに渡り各成分毎に加算した情報、または、該情報をサブキャリア数で除算した情報である平均伝達関数情報を取得する伝達関数情報加算ステップと、前記平均伝達関数情報により構成される前記第１の無線局と前記第２の無線局との間の平均伝達関数行列Ｈ’のエルミート共役Ｈ’Ｈと該行列の積であるＨ’ＨＨ’で与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得する平均固有ベクトル取得ステップと、前記取得した固有ベクトルを記憶する固有ベクトル記憶ステップと、新規に取得した固有ベクトルと前記固有ベクトル記憶ステップにて記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出する第３の時間相関取得ステップと、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、前記時間相関値、または、複数回の時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定する第３の時間変動判定ステップと、前記送信信号生成ステップで得られた信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する送信ステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
これは、本発明を、ＯＦＤＭ変調方式を用いる無線通信システムに拡張するためのひとつの方法を与えるものである。
【００７２】
本発明は、上記の発明において、前記第１の無線局は、前記複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、前記第１の時間変動判定ステップ、または、前記第２時間変動判定ステップ、または、前記第３の時間変動判定ステップにて、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する第１の空間多重信号系統数判定ステップを更に含むことを特徴とする。
これは、複数の前記第二の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、チャネルの時間変動に伴う他の第二の無線局宛の信号からの干渉を抑制するための、当該第二の無線局に対し同時に空間多重可能な信号系統数の上限を制限するひとつの方法を与えるものである。
【００７３】
本発明は、上記の発明において、前記第１の無線局は、前記複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、前記第１の時間変動判定ステップ、または、前記第２の時間変動判定ステップ、または、前記第３の時間変動判定ステップを、前記固有値または特異値の絶対値の小さい方から順番に実施し、いずれかの固有ベクトルの時間変動が大きいと判定されるまでの間に、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する第２の空間多重信号系総数判定ステップを更に含むことを特徴とする。
これは、複数の前記第二の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、チャネルの時間変動に伴う他の第二の無線局宛の信号からの干渉を抑制するための、当該第二の無線局に対し同時に空間多重可能な信号系統数の上限を制限するひとつの方法を与えるものである。
【００７４】
本発明は、上記の発明において、前記第１の空間多重信号系統数判定ステップ、または、前記第２の空間多重信号系統数判定ステップは、前記第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限値がゼロであった場合には、他の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行わない無線局として管理することを特徴とする。
これは、複数の前記第二の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、チャネルの時間変動に伴う他の第二の無線局宛の信号からの干渉を抑制するための、当該第二の無線局に対し同時に空間多重可能な信号系統数の上限を制限するひとつの方法を与えるものである。
【００７５】
本発明は、上記の発明において、前記送信ウエイト算出ステップは、前記伝達関数情報により構成される伝達関数行列の代わりに、前記第１の時間変動判定ステップ、または、第２の時間変動判定ステップ、または、第３の時間変動判定ステップにおいて、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの各成分により構成される行列である換算伝達関数行列に基づいて、送信ウエイトを算出することを特徴とする。
これは、複数の前記第二の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行う際に、チャネルの時間変動に伴う他の第二の無線局宛の信号からの干渉を抑制するための、当該第二の無線局に対し同時に空間多重可能な信号系統数の上限を制限するひとつの方法を与えるものである。
【発明の効果】
【００７６】
この発明によれば、第１の無線局は、第１のアンテナ群と複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得し、取得した伝達関数情報により構成される第１の無線局と第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得し、取得した固有ベクトルを記憶し、新規に取得した固有ベクトルと記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出し、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、時間相関に対するしきい値、または、複数回の時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定し、複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出し、各信号系列と第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算し、該乗算結果を第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００７７】
また、本発明によれば、第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、第１のアンテナ群と複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得し、取得した伝達関数情報により構成される第１の無線局と第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得し、取得した固有ベクトルを記憶し、新規に取得した固有ベクトルと記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出し、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、時間相関に対するしきい値、または、複数回の該時間相関の平均値に対するしきい値との大小比較により判定し、複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出し、各信号系列と第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算し、そして、該乗算信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００７８】
また、本発明によれば、第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、第１のアンテナ群と複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得し、取得した伝達関数情報により構成される第１の無線局と第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得し、取得した固有ベクトルを記憶し、新規に取得した固有ベクトルと記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出し、複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出し、各信号系列と第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算し、各サブキャリア毎に求めた各固有ベクトルの時間相関値を全サブキャリアに渡って加算または平均化し、全帯域時間相関値を取得し、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、全帯域時間相関値、または、複数回の全帯域時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定し、そして、乗算により得られた信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を前記第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００７９】
また、本発明によれば、第１の無線局は、ＯＦＤＭ変調方式における各サブキャリアについて、第１のアンテナ群と複数の第２のアンテナ群との間のＭＩＭＯチャネルの各伝達関数情報を取得し、取得した伝達関数情報により構成される第１の無線局と第２の無線局との間の伝達関数行列Ｈのエルミート共役ＨＨと該行列の積であるＨＨＨで与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得し、複数の第２の無線局の各第２のアンテナ群と第１のアンテナ群との間の伝達関数情報に基づいて、空間多重する各信号系列を第１のアンテナ群の各々のアンテナから送信する際に乗算する係数である送信ウエイトを算出し、各信号系列と第１のアンテナ群の各々のアンテナの組み合わせ毎の送信ウエイトを成分として構成される送信ウエイト行列を、空間多重する各信号系列を成分とする送信信号ベクトルに乗算し、取得した伝達関数情報を全サブキャリアに渡り各成分毎に加算した情報、または、該情報をサブキャリア数で除算した情報である平均伝達関数情報を取得し、平均伝達関数情報により構成される第１の無線局と第２の無線局との間の平均伝達関数行列Ｈ’のエルミート共役Ｈ’Ｈと該行列の積であるＨ’ＨＨ’で与えられる行列の非ゼロの固有値に対する１つ、または、複数の固有ベクトルのいずれかを取得し、取得した固有ベクトルを記憶し、新規に取得した固有ベクトルと記憶した過去の固有ベクトルとの間の時間相関を算出し、各固有ベクトルの時間的な変動の大小を、時間相関値、または、複数回の時間相関値の平均値に対するしきい値との大小比較により判定し、そして、乗算により得られた信号を全サブキャリアに渡って合成した信号を第１のアンテナ群の各アンテナを介して送信する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００８０】
また、本発明によれば、第１の無線局は、複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信を行う際に、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００８１】
また、本発明によれば、第１の無線局は、複数の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信を行う際に、時間変動判定を、固有値または特異値の絶対値の小さい方から順番に実施し、いずれかの固有ベクトルの時間変動が大きいと判定されるまでの間に、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの数を、第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限として管理する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００８２】
また、本発明によれば、第２の無線局に対して同時に空間多重可能な信号系統数の上限値がゼロであった場合には、他の第２の無線局との間で同時に複数の信号系統を、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して通信を行わない無線局として管理する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【００８３】
また、本発明によれば、伝達関数情報により構成される伝達関数行列の代わりに、時間変動が小さいと判定された固有ベクトルの各成分により構成される行列である換算伝達関数行列に基づいて、送信ウエイトを算出する。したがって、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００８５】
まず、本発明の基本動作について説明する。
以下においては、一例として、図１０に示すような基地局側に９本のアンテナを備え、３本のアンテナを備えた端末局が複数存在する場合について説明する。
【００８６】
まず、基地局１０１は、定期的に、各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）に対する伝達関数行列を取得する。この伝達関数行列を「定期的に取得する」とは、例えば、１０ｍｓ程度（任意の間隔で良い）の間隔で、少なくとも１回は各端末との間でデータまたは制御情報に関する通信を行い、その際に伝達関数に関する情報を取得することを意味する。
【００８７】
一般的には、携帯端末のように、端末装置自体の場所や、向きが時間的に動くものの場合には、この間隔は短く、逆に固定ないしは準固定の端末装置で、周りの環境変動のみがチャネルの時変動の要因となるようなシステムでは、この間隔は長く設定可能である。また、様々な形態の端末が混在する場合には、各端末局毎に時変動の状況を把握し、その時変動の程度に合わせて、この周期を端末毎に個別に設定しても構わない。
【００８８】
このようにして、定期的に取得した伝達関数情報をもとに、式（１３）に相当する着目した端末局と基地局の間の伝達関数行列に対し、次式（２１）、（２２）に従って、ＳＶＤ（特異値）分解を定期的に行う。
【００８９】
【数２１】
2008236054.tif 000023
【００９０】
【数２２】
2008236054.tif 000024
【００９１】
ここで、元の伝達関数行列Ｈ１は、３行９列の行列であり、式（２１）におけるＵ’ｋは３行３列、Ｄｋは３行９列、Ｖ’ｋは９行９列の行列である。この行列Ｖ’ｋを構成する９個のベクトルｖｊ（ｋ）は９次元の列ベクトルであり、右特異ベクトルと呼ばれる。これは、言い換えると、行列ＨｋＨＨｋの非ゼロの固有ベクトルでもある。以降の説明では、これらの行列を固有ベクトルと表現して説明を行う。また、行列Ｄｋが３行９列であることから、この行列のランクは最大で３であり、非ゼロの特異値をとり得るのは、固有ベクトルｖ１（ｋ）からベクトルｖ３（ｋ）までである。
【００９２】
このようにして、定期的に求めた固有ベクトルｖ１（ｋ）からｖ３（ｋ）に対し、前回の固有ベクトルとの間の時間相関をとる。この際、特異値の絶対値ないしは固有値の大小の入れ替わりにより、固有ベクトルの対応が一致しない場合もあるが、その場合には、各ベクトルの相関から対応を判定し、対応する固有ベクトル同士の時間相関を見ればよい。ここでの時間相関とは、時刻ｔにおけるベクトルをｖｊ（ｋ）［ｔ］とした場合、時刻ｔ＝−δｔと時刻ｔ＝０との間のベクトルの内積の絶対値として、次式（２３）のように表される。
【００９３】
【数２３】
2008236054.tif 000025
【００９４】
一般に、ＭＩＭＯチャネルの理解においては、送信局と受信局との間には、各固有ベクトルの方向に独立な伝送路が存在し、それぞれの固有値が各伝送路の利得であると理解される。この固有ベクトルの時間相関は、固有ベクトル毎に異なり、時間相関が非常に小さな固有ベクトルもあれば、大きく時変動し、時間相関が小さい固有ベクトルもある。この傾向は、継続的に時間相関Ｃ［ｋ，ｊ］をモニタしていれば判定可能であり、ある程度の時間（例えば、１０回分に相当する時間）に渡って時間相関の平均をとり、その値が所定のしきい値よりも大きいか小さいかで判定する。
【００９５】
ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合には、各サブキャリアの第ｊ固有ベクトルの時間相関に対して全サブキャリアで総和をとり、その値に対し、しきい値に対する大小判定を行っても良い。あるいは、全サブキャリアについて固有ベクトルを平均化し、その平均化した固有ベクトルに対して過去の固有ベクトルとの間で式（２３）の時間相関をとり、しきい値との大小判定しても良い。
【００９６】
このようにして、時変動の少ない安定した固有ベクトルがいずれであるかを判定し、その固有ベクトルの個数を空間多重する信号系列の上限とする。選択された固有ベクトルの数が、空間多重を行う信号系列数よりも多い場合には、固有値が大きい方から所定の数だけ固有ベクトルを選択する。そして、選択された固有ベクトルで張られる部分空間を利用して送信ウエイトを設定する。
【００９７】
次に、このようにして選択された固有ベクトルを用いて送信ウエイトベクトルを求める際の手順を、図１０に示した簡単な例を参照して説明する。特に簡単のため、図１０において、各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）において第１及び第２固有ベクトルの時間相関がしきい値以上であり、第３固有ベクトルの時間相関がしきい値以下である場合を仮定して送信ウエイトの求め方を説明する。前述したように、時変動の大きい第３固有ベクトルに対応する伝送路は用いないことを反映するため、まず、各端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）の伝達関数行列を時変動の小さな固有ベクトルの部分空間に限定した換算伝達関数を求める。この換算伝達関数行列は、次式（２４）で定義する。
【００９８】
【数２４】
2008236054.tif 000026
【００９９】
該式（２４）が式（１３）に対応し、同様に式（１２）に対応する式は、次式（２５）のように変換される。
【０１００】
【数２５】
2008236054.tif 000027
【０１０１】
つまり、Ｈ’ｋ以外の換算伝達関数行列を縦に並べて得られる行列である。以降の処理は、ＨｋをＨ’ｋに、チルダ（〜）Ｈｋをチルダ（〜）Ｈ’ｋに置き換えて、式（１４）から式（１６）を同様に行えばよい。注意すべき点は、各換算伝達関数行列は、２つの固有ベクトルで形成しているため、式（１５）において、非ゼロの固有値は、２つのみとなり、結果的に式（１６）で与えられる各端末局宛の信号に関する送信ウエイトは、ｗ１及びｗ２の２つのベクトルで構成されることになる。これらの送信ウエイトを各端末局に対して実施し、その結果として全体の送信ウエイト行列が得られる。
【０１０２】
ちなみに、式（２１）に対し、式（２２）の時間相関を小さくする右特異ベクトルに対応した左特異ベクトルにより構成される行列を左から乗算し、次式（２６）で求められる行列を式（２４）の換算伝達関数行列とみなすことも可能である。
【０１０３】
【数２６】
2008236054.tif 000028
【０１０４】
ここで、ｕｊ（ｋ）は、時間相関を小さくする右特異ベクトルに対応した左特異ベクトル、λｊ＊は、特異ベクトルに対応した特異値の複素共役値を表す。つまり、これは、元々の式（２４）の換算伝達関数行列の各列ベクトルに、その特異値の複素共役な定数を乗算したものであり、本質的には、同一の性質を備えている。つまり、式（２４）の各列ベクトルに個別の定数を乗算した換算伝達関数行列は、それぞれは等価な行列として、以後の説明では、式（２４）に従う行列を用いて説明を行う。
【０１０５】
なお、図１０の例では、３つの端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）に対し、各２つの信号系列を空間多重し、合計で６多重としたが、基地局１０１側のアンテナ数は９本であり、更なる空間多重を行うことも可能である。例えば、第４の端末局に２系統の空間多重を、第５の端末局に１系統の空間多重をさらに追加することも可能である。但し、この場合には、式（２４）及び式（２５）に遡り、空間多重する全ての端末局を考慮して上述の処理を実施することになる。
【０１０６】
以下、上述した処理内容について説明を行う。
図１は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第１の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。本発明においては、基地局１０１と端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）は定期的に伝達関数情報を定期的に取得しており、その都度、図１１に示す送信ウエイトの算出処理の前処理として以下の処理を実施するものとする。基地局１０１は、定期的ないしはある端末局との伝達関数情報のフィードバックを行った等のトリガが与えられると、処理を開始し（ステップＳ１）、端末局の伝達関数行列を取得し、これをハット（＾）Ｈｋとおく（ステップＳ２）。
【０１０７】
次に、基地局１０１は、この伝達関数行列を特異値分解し（ステップＳ３）、非ゼロの特異値に対応する右特異ベクトル（これは行列ハット（＾）ＨｋＨ・ハット（＾）Ｈｋの非ゼロの固有ベクトルと等しいため、以降の説明では、固有ベクトルと呼ぶ）を抽出する（ステップＳ４）。さらに、基地局１０１は、前回に行った特異値分解の際の固有ベクトルを読み出し（ステップＳ５）、各固有値毎の時間相関を求める（ステップＳ６）。ここで、基地局１０１は、次回の処理に備えて新規の固有ベクトルをメモリに記憶する（ステップＳ７）。その後、ステップＳ６で求めた時間相関が所定のしきい値以上である固有ベクトルを選択し（ステップＳ８）、送信ウエイトを求める際に用いる伝達関数行列である換算伝達関数行列を記録して（ステップＳ９）、当該前処理を終了する（ステップＳ１０）。
【０１０８】
図２は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第２の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。なお、図１に対応する部分には同一の符合を付け説明を省略する。図１に示す、第１の端末局の換算伝達関数行列取得のフローチャートでは、最新の時間相関情報を元にステップＳ８において、しきい値の判定を行ったが、統計的な傾向を用いて判定する場合には、過去Ｎ回（Ｎは任意の正の整数）の時間相関を平均化して行うことが好ましい。この場合には、ステップＳ６で行った時間相関の情報は、過去に行ったものもメモリに記録し（ステップＳ１１）、ステップＳ７の処理の後に過去Ｎ回の時間相関の平均値を求め（ステップＳ１２）、この平均値としての時間相関を元にステップＳ８を実行すれば良い。
【０１０９】
図３は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第３の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。なお、図１に対応する部分には同一の符合を付け説明を省略する。一般に、各非ゼロの固有ベクトルは、時間と共に連続的に変化するが、それぞれの固有ベクトルの固有値ないしは特異値の絶対値も同様に変化するために、その固有値ないしは特異値の絶対値の大小関係が入れ替わることがある。
【０１１０】
例えば、第２固有ベクトルが時間と共に第３固有ベクトルになり、第３固有ベクトルが第２固有ベクトルになることがある。これは、固有ベクトルの番号付けを固有値の大きさの順に設定しているためであり、その入れ替わりの瞬間、第２固有ベクトル及び第３固有ベクトルの時間相関が急激に小さくなる。そのような場合でも、旧第２固有ベクトルと新第３固有ベクトルとの時間相関は十分に大きいことがある。このような場合には、先の実施例の判定においては有効な固有ベクトルとみなすべきである。
【０１１１】
そのためには、基地局１０１は、ステップＳ６の後、急激に時間相関が変化した固有ベクトルを検索し（ステップＳ１４）、急激に変化した固有ベクトルが複数存在するか否かを判定する（ステップＳ１５）。そして、急激に変化した固有ベクトルが複数存在する場合には、それらの固有ベクトルの対応を入れ替えて、その組み合わせ毎に時間相関を再度算出し（ステップＳ１６）、時間相関が小さくなる組み合わせで固有ベクトル及び時間相関の対応を確定する（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１５の判定でＮｏであった場合、あるいはステップＳ１７の後、前述したステップＳ７に復帰して処理を継続する。
【０１１２】
図４は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第４の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。先の説明では、シングルキャリアの場合を想定して説明を行ったが、例えば、ＯＦＤＭ変調方式などを用いる場合には、各サブキャリア毎に伝達関数行列が異なり、それぞれに同様の処理を行う必要がある。
【０１１３】
具体的には、基地局１０１は、処理を開始すると（ステップＳ２１）、端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）の各サブキャリアの伝達関数行列を取得する（ステップＳ２２）。次に、各サブキャリアの伝達関数行列を特異値分解し（ステップＳ２３）、非ゼロの固有値に対応する固有ベクトル（正確には、非ゼロの特異値に対応する右特異ベクトル）を抽出する（ステップＳ２４）。さらに、前回行った特異値分解の際の各サブキャリアの固有ベクトルを読み出し（ステップＳ２５）、各サブキャリアの各固有値毎の時間相関を求める（ステップＳ２６）。ここで、次回の処理に備えて新規の各サブキャリアの固有ベクトルをメモリに記憶する（ステップＳ２７）。その後、ステップＳ２６で求めた時間相関が所定のしきい値以上である固有ベクトルを各サブキャリア毎に選択し（ステップＳ２８）、送信ウエイトを求める際に用いる伝達関数行列である換算伝達関数行列を各サブキャリア毎に記録して（ステップＳ２９）、当該前処理を終了する（ステップＳ３０）。
【０１１４】
図５は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第５の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。なお、図４に対応する処理には同一の符合を付けている。図４において説明した処理では、各サブキャリア毎に選択される固有ベクトルの数が異なることがありえたが、各種処理、特に、ＭＡＣレイヤの処理や、他の端末との空間多重の組合せ判定においては、サブキャリア毎に空間多重する信号系統数が変わるのは好ましくない場合が多い。そのような場合には、どの固有ベクトルを選択するかを個別のサブキャリアで判定するのではなく、全サブキャリアで総合的に判定することが好ましい。そのための実現方法としては、例えば、ステップＳ２７の後、各固有ベクトル毎に全サブキャリアの時間相関を平均化し（ステップＳ３１）、その平均化した時間相関がしきい値以上の固有ベクトルを選択し（ステップＳ３２）、ステップＳ２９に戻るという手順が挙げられる。
【０１１５】
図６は、本発明の第１実施形態による基地局１０１において実行される、第６の端末局の換算伝達関数行列取得を説明するためのフローチャートである。なお、図１、図４に対応する処理には同一の符合を付けている。前述した図５で示した例以外にも、全サブキャリアの伝達関数行列を平均化ないしは各成分の総和をとり、この単一の行列に対して同様の処理を実施することも可能である。
【０１１６】
この場合、端末局１０２〜１０４（ＭＳ＃１〜＃３）の各サブキャリアの伝達関数行列を取得するステップＳ２２の後、伝達関数行列の各成分を全サブキャリアで平均化（あるいは総和を取る）し（ステップＳ３３）、これを用いて処理を進めることも可能である。この場合、伝達関数行列は１つとなるため、シングルキャリアの場合と同様に、ステップＳ３からステップＳ７を続けて実施する。その後、全サブキャリアで平均化した伝達関数行列の固有ベクトルの時間相関がしきい値以上のものを選択する（ステップＳ３４）。
【０１１７】
このようにして、全サブキャリア共通で選択された固有ベクトルが求まった後、基地局１０１は、各サブキャリアの伝達関数行列の特異値分解を行い（ステップＳ３５）、ステップＳ３４で求めた固有ベクトル（厳密には、右特異値ベクトル）に対応した固有ベクトルを選択し、各サブキャリアの換算伝達関数行列を求め、記録する（ステップＳ２９）。
【０１１８】
一般的な傾向としては、各サブキャリアの伝達関数行列に対し、第１固有値は、全サブキャリアで類似の値を有し、さらに、その固有ベクトルも相関が強いことが多く、そのような場合に、例えば、全ての端末局が第１固有ベクトルのみを利用するような運用を想定すると、上述したように、処理を簡単化することができる。
【０１１９】
以上が第１実施形態として、図１１に示した送信ウエイトの算出処理の前処理に相当する処理に関する説明である。なお、第１実施形態の説明の中で、ステップＳ８、ステップＳ２８、ステップＳ３２に示した、時間相関がしきい値以上の固有ベクトルの選択処理の実現方法としては、２種類の選択肢が考えられる。以下、上記２種類の選択肢について第２実施形態として説明する。
【０１２０】
図７は、本発明の第２実施形態による基地局１０１において実行される、第１の固有ベクトル選択処理を説明するためのフローチャートである。基地局１０１は、上述したステップＳ８、ステップＳ２８、ステップＳ３２のいずれかの処理が開始されると（ステップＳ３６）、カウンタ値としてｊをリセットし（ステップＳ３７）、ｊをカウントアップしながら（ステップＳ３８）、第ｊ固有ベクトルの時間相関がしきい値以上であるかを判定する（ステップＳ３９）。そして、しきい値以上の場合には、第ｊ固有ベクトルを選択し（ステップＳ４０）、さらに、非ゼロの固有値を有する残りの固有ベクトルが存在するか否かを判定し（ステップＳ４１）、残りがある場合には、ステップＳ３８に戻る。一方、ステップＳ３９で、しきい値以下であった場合、あるいはステップＳ４１で残りの固有ベクトルがない場合には、当該処理を終了する（ステップＳ４２）。
【０１２１】
この処理の特徴は、ある固有ベクトルの時間相関が小さい場合には、それ以降の固有ベクトルの判定を行わずに打ち切る点にある。これは、複数の信号系列の空間多重を行う際には、固有値（あるいは特異値の絶対値）が大きい場合に有効であるため、効率の悪い小さな固有ベクトルを敢えて利用しないという方針に基づいている。
【０１２２】
図８は、本発明の第２実施形態による基地局１０１において実行される、第２の固有ベクトル選択処理を説明するためのフローチャートである。図７と異なる点は、ステップＳ３９でしきい値以下の固有ベクトルが検出された場合に、ステップＳ４１に移行する点である。これは、固有値が小さくても、時変動の小さな固有ベクトルを積極的に用いるという方針に基づいている。
【０１２３】
なお、図７及び図８において、ステップＳ４１では、全ての非ゼロの固有値の固有ベクトルを検索するとしたが、最初から固有値の大きい方から所定の数の固有ベクトルに限定して判定を行うことも可能である。これは、例えば、全ての端末局の空間多重する信号系統数に上限を設け、全て、第１固有ベクトルしか用いないという場合に適用される。
【０１２４】
上述した第１及び第２実施形態では、図１１に示す送信ウエイトの算出処理の前処理として、各端末局毎に空間多重する信号系統数、すなわち、利用する固有ベクトルの数を求めた。しかしながら、ある端末局に関しては、この値がゼロである（すなわち、選択された固有ベクトルが存在しない）ケースが存在し得る。このような場合の処理として、図９に、本発明の第３実施形態におけるマルチユーザＭＩＭＯ適用判定処理を説明するためのフローチャートを示す。図１乃至図８に示すような処理を実施した後、当該処理を実行する（ステップＳ４３）。まず、時間相関がしきい値以上の固有ベクトルの有無を判定し（ステップＳ４４）、選択された固有ベクトルがない場合には、その端末局をマルチユーザＭＩＭＯ適用外の端末として管理する（ステップＳ４５）。一方、選択された固有ベクトルがある場合には、その端末局をマルチユーザＭＩＭＯ適用対象の端末として管理する（ステップＳ４６）。
【０１２５】
以上の管理を行い、その後、マルチユーザＭＩＭＯ伝送における同時に空間多重を行う端末局の組み合わせを選択する際には、ステップＳ４６において、マルチユーザＭＩＭＯ適用対象の端末として管理された端末局の中から選択し、組み合わせを決定し、それらの組み合わせに対して、図１１に示す送信ウエイトを算出して通信を行う。この結果、時変動の影響を受けやすい端末は、基地局と端末局間で１対１の通信を行うことになる。
【０１２６】
なお、ここでのマルチユーザＭＩＭＯ適用対象か否かの判定は、基本的には、チャネルの時変動の影響を受けるダウンリンク（基地局から端末局方向の通信）に関するものであり、ここでマルチユーザＭＩＭＯ適用外とした端末であっても、アップリンク（端末局から基地局方向の通信）においては、マルチユーザＭＩＭＯ通信を適用してもかなわない。また、各端末局は、時間的に動きがある時間帯と動きがない時間帯が存在するため、図９に示すマルチユーザＭＩＭＯの適用判定や、図１乃至図８までの固有ベクトルの選択は、逐次変わり得るものである。よって、このような判定を伝達関数情報の取得時などに定期的に行い、逐次最新の条件に従って運用する。
【０１２７】
なお、式（２４）及び式（２５）に示したように、本発明においては、送信ウエイトを求める際に用いる各端末の伝達関数行列は、本来の伝達関数行列から換算伝達関数行列に置き換えられている。したがって、上述した説明の中では、図１乃至図９は、全て図１１に対する前処理と説明した。しかしながら、厳密に言えば、図１１における伝達関数行列は、全て換算伝達関数行列に置き換えられた処理に変更されており、そのような処理に対する前処理に相当する。しかしながら、伝達関数行列と換算伝達関数行列との対応を除けば、本発明の送信ウエイト算出手順は、図１１の処理手順と全て共通であり、実施例としての説明は省略する。
【０１２８】
さらに、上述した実施形態を説明するための図中においては、アンテナの本数など、各種パラメータを特定の条件を例に取り説明を行ったが、当然ながら、その他の一般的なパラメータによって実施可能である。すなわち、上述した実施形態は、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できる。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。
【０１２９】
上述した実施形態によれば、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で他局宛の干渉信号が漏れ込みやすいような状況においても、時変動の影響を受け難い条件を選択することができ、安定したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。
【０１３０】
また、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う際の端末局側において、時変動等の影響で十分に他局宛の干渉信号が除去できない場合において、空間多重を行う全体の信号系列数よりも端末の受信アンテナ本数が少なくても、他局宛の干渉信号を的確に推定し、干渉をキャンセルすることで、自局宛の信号の受信特性を向上させることができる。
【０１３１】
なお、上述した実施形態においては、アンテナの本数など、各種パラメータを特定の条件に仮定して説明を行ったが、当然ながらその他の一般的なパラメータによって実施可能である。また、複数の端末局の中で、同時に空間多重を行う端末局が固定的な場合であっても、あるいは、時間と共に適応的に一部のユーザを選択してマルチユーザＭＩＭＯ通信を行う場合であっても、本発明は適用可能である。
【０１３２】
すなわち、上述した実施形態は、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できる。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。
【０１３３】
なお、上述の基地局１０１、端末局１０２〜１０４は内部に、コンピュータシステムを有する構成としてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【０１３４】
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】
【０１３５】
【図１】本第１実施形態による第１の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図２】本第１実施形態による第２の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本第１実施形態による第３の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】本第１実施形態による第４の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本第１実施形態による第５の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】本第１実施形態による第６の端末局の換算伝達関数行列取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態による第１の固有ベクトル選択処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】本第２実施形態による第２の固有ベクトル選択処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態によるマルチユーザＭＩＭＯ適用判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す図である。
【図１１】従来技術における送信ウエイト行列Ｗの算出方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３６】
１０１…基地局（第１の無線局）
１０２〜１０４…端末局（第２の無線局）
【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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