(57)【要約】【課題】マルチユーザMIMOシステムにおいて、複数の移動局の送信アンテナの中から基地局に送信するアンテナを決定する方法に関するものであり、移動局の数が増加しても決定に要する負荷が急激に増加することのない方法を提供する。【解決手段】ユーザデータの送信を希望する移動局の個々のアンテナから基地局の各アンテナに至るチャネル応答ベクトルを推定し、その中からノルムの最も大きなチャネル応答ベクトルを持つ移動局のアンテナを第１の送信アンテナとし、第２以降の送信アンテナは既に選択された送信アンテナに対する各チャネル応答ベクトルと全て直交する成分が最も大きなチャネル応答ベクトルを有する移動局のアンテナを送信アンテナとし、送信アンテナの総数が受信アンテナ数（基地局アンテナ数）以下の所定数順次選択する。【選択図】  図３−１
2008177938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数又は複数のアンテナを有する複数の移動局から複数のアンテナを有する基地局に同一の搬送波周波数帯を用いて同時にデータを送信する空間多重伝送に基づくマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステムにおいてデータの送信に用いる移動局のアンテナを決定する方法であって、
移動局の有する単数又は複数の各アンテナから基地局が有する複数のアンテナに対する各チャネル応答ベクトルをそれぞれ推定し、
チャネル応答ベクトル間の直交成分を取得し、
取得された前記直交成分の大きさに基づいて送信に用いる移動局のアンテナを選択する送信アンテナの決定方法。
【請求項２】
請求項１記載の送信アンテナの決定方法であって、
基地局のアンテナ数と移動局のアンテナの総数のうち、小さい数を送信アンテナの数とする送信アンテナの決定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の送信アンテナの決定方法であって、
移動局の有する単数又は複数の各アンテナから基地局が有する複数のアンテナに対する各チャネル応答ベクトルの内から最も大きなノルムを有する移動局のアンテナを第１の送信アンテナとし、
第２のアンテナ以降の送信アンテナは、送信アンテナとして既に選択された移動局のアンテナから基地局のアンテナに対する各チャネル応答ベクトルと全て直交する成分が最も大きなチャネル応答ベクトルを有する移動局のアンテナを順次送信アンテナとして選択する送信アンテナの決定方法。
【請求項４】
移動局の各アンテナから基地局が有する複数のアンテナに対するチャネル応答ベクトルを推定するためのパイロット信号を基地局に送信するステップと、
基地局は基地局が有する複数のアンテナにより受信した各移動局が送信したパイロット信号区間の信号に基づき、移動局のアンテナから基地局のアンテナ間に対する各チャネル応答ベクトルを推定するステップと、
前記チャネル応答ベクトルの内から最も大きなノルムを有するユーザ装置のアンテナを第１の送信アンテナとして選択するステップと、
第２のアンテナ以降の送信アンテナは、送信アンテナとして既に選定された移動局のアンテナから、基地局のアンテナに対するチャネル応答ベクトルと全て直交する成分が最も大きなチャネル応答ベクトルを有する移動局のアンテナを送信アンテナとして選択する処理を所定回繰り返すステップと、
送信アンテナとして選択された移動局のアンテナのチャネル応答ベクトルからチャネル行列を作成するステップと、
送信アンテナとして選択されたアンテナを有する移動局に送信を指示するステップと、
送信を指示された移動局が基地局にデータを送信するステップと、
基地局は基地局が有する複数のアンテナにより受信された信号と前記チャネル行列を用いて移動局から送信された信号を分離し検出するステップからなる空間多重伝送に基づくマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステムの通信方法。
【請求項５】
単数又は複数のアンテナを有する複数の移動局から複数のアンテナを有する基地局に同一の搬送波周波数帯を用いて同時にデータを送信する空間多重伝送に基づくマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステムであって、
前記複数の移動局は基地局の各アンテナに対してパイロット信号を送信する手段と、
基地局のデータ送信指示により指定されたアンテナを介してデータを送信する手段を有し、
前記基地局は前記複数の移動局から送信されたパイロット信号区間の信号を前記複数のアンテナにより受信し、各移動局の各アンテナから基地局が有する複数のアンテナに対するチャネル応答ベクトルを個別に推定するチャネル応答ベクトル推定手段と、
前記チャネル応答ベクトル間の直交成分を取得する直交成分取得手段と、
取得された前記直交成分の大きさに基づいて送信アンテナを選択する送信アンテナの決定手段と
からなることを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステム。
【請求項６】
前記送信アンテナを有する移動局に対し、下りリンクの制御チャネルを用いて送信アンテナの選択結果を通知すると共にデータ送信指示を行うデータ送信指示手段を有する請求項５記載の無線アクセスシステム。
【請求項７】
請求項５記載のマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステムであって、
基地局のアンテナ数と移動局のアンテナの総数のうち、小さい数を送信アンテナの数とすることを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステム。
【請求項８】
請求項５または請求項７記載のマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステムであって、
前記送信アンテナの決定手段は、
移動局のアンテナから基地局のアンテナに対するチャネル応答ベクトルの内から最も大きなノルムを有する移動局のアンテナを第１の送信アンテナとし、
第２のアンテナ以降の送信アンテナは、送信アンテナとして既に選択された移動局のアンテナから、基地局のアンテナに対するチャネル応答ベクトルと全て直交する成分ガ最も大きなチャネル応答ベクトルを有する移動局のアンテナを送信アンテナとして順次選択することを特徴とするマルチユーザＭＩＭＯを用いた無線アクセスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の移動局が同一の複数のアンテナを有する基地局とで、同一の搬送波周波数帯を用いて同時に複数の独立したユーザデータ信号を送受信するMIMO (Multiple-Input Multiple-Output：多入力−多出力)伝送を適用したマルチユーザ環境の無線アクセスシステムに関するものであり、移動局から基地局への通信、即ち上りリンクにおいて空間分割多重(Space Division Multiplexing: SDM)に基づき互いに独立した複数のユーザデータを送受信する際、複数の移動局が有するアンテナの中からユーザデータの送信に用いるアンテナ、即ち送信アンテナを決定する手段を有するシステムと送信アンテナの決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において送受に複数のアンテナブランチを用いるMIMOは、周波数帯域幅を拡大することなく高い伝送容量増大効果を得ることができることから、大きな注目浴びている無線伝送技術の一つである（非特許文献１乃至非特許文献４）。MIMO伝送における複数のアンテナブランチを構成するためのアンテナ（MIMO伝送用アンテナ）としては、スペースダイバーシティアンテナのように単一入出力素子のアンテナを互いに空間的に離して配置させる方法、クロスダイポールアンテナのように互いに独立した偏波成分を送受信できる一つまたはそれ以上の数のアンテナで構成する方法等、各無線伝搬路においてほぼ互いに独立した伝搬路変動を持つMIMO 環境が得られるアンテナ構成であればどのような構成でも用いることができる（概観上は一本のアンテナ見える垂直偏波―水平偏波用の入出力端子を持つＶ−Ｈ偏波ダイバーシティアンテナの場合、MIMO伝送を考える場合には、二本の独立したアンテナと見なすことが通常であり、以下でもこのような考え方に従い、説明する。また、このような考え方に基づくと、送信部または受信部の数はアンテナ数と等しくため、正確には「アンテナブランチ」と表記することが望ましい部分についても「ブランチ」を省略し、「アンテナ」と表記することする）。
【０００３】
MIMO伝送における伝送方式として、様々な方法が検討されているが、複数の独立したデータを同時に送信し、受信側で混信したこれらの信号を分離検出するMIMO多重伝送方式は、送受のアンテナ対向数にほぼ比例して最大スループットを向上できる技術として特に注目されている。MIMO多重伝送方式としては、
(i) 送信側でビームフォーミングを用いない方法
(ii) 送信側でビームフォーミングを行う方法
の２つに大別される。前者(i)の代表的なシステムの例として、送信側でチャネル行列の情報を用いずに空間分割多重(Space Division Multiplexing: SDM)  を行うMIMO/SDMシステムがあり（非特許文献２）、後者(ii)の代表的なシステムの例として、送信側でチャネル行列の情報を用い、チャネル行列の特異値分解(Singular Value Decomposition: SVD)の結果より単一または複数の固有ベクトルビームを形成して通信を行うSVD-MIMOシステムが挙げられる（非特許文献３）。MIMO/SDMシステムは、送信機側でチャネル行列の情報を必要としないため、送信機側でチャネル行列の情報を必要とするSVD-MIMOシステムに比べて容易に実現できることから、最も有望なMIMO伝送を適用したシステムの一つといえる。
【０００４】
MIMO伝送に関する初期の研究の多くは単一ユーザの環境を前提としたシングルユーザMIMOシステムを対象としたものである。一方、セルラ携帯電話システム（セルラ方式）のように複数のユーザ（移動局）が同一の搬送波周波数を用い、かつ同じタイミングで同一の基地局と通信するマルチユーザアクセスを前提とする無線システムにMIMO伝送を適用したマルチユーザMIMOの構成を用いると、各移動局間のチャネル変動が一般的に互いに無相関となることから、複数移動局が持つ独立した伝搬路変動の中から条件の良い伝搬路を優先的に選択して使用することによるダイバーシティ効果（マルチユーザダイバーシティ効果）によりシングルユーザMIMOの構成に比べて周波数帯域幅を拡大することなく高いシステム容量（周波数利用効率）が理論的に得られることが知られている（非特許文献６）。マルチユーザMIMOに基づく無線アクセスシステムをここではマルチユーザMIMOシステムと呼ぶ。このような背景からMIMOシステムに関する研究のトレンドは、シングルユーザMIMOシステムからマルチユーザMIMOシステムに移りつつある(非特許文献７乃至非特許文献１０)。
【０００５】
しかし、実際のマルチユーザMIMOシステムではMAI (Multiple Access Interference：多元接続に伴うユーザ間の相互干渉)、即ち他ユーザ干渉が存在するため、その影響により伝送特性が劣化する問題がある。マルチユーザMIMOシステムにおいてマルチユーザダイバーシティ効果を得るためには、このような他ユーザ干渉を抑圧する必要がある。マルチユーザMIMOシステムにおける他ユーザ干渉抑圧技術については、上りリンクおよび下りリンクで互いに異なる伝送条件となるため、それぞれ個別に検討が進められていることが多い。また、セルラ方式におけるインターネット・ウェブページ閲覧やファイルダウンロード等の代表的なアプリケーションのいくつかでは、一般的に上りリンクに比べて下りリンクにおいて高いスループットが要求されることから、下りリンクに着目したマルチユーザMIMOシステムの研究が多い。しかし、無線周波数資源が逼迫している近年の状況においては、様々な無線通信システムにおける周波数利用効率の改善は下りリンクだけでなく上りリンクにおいても重要な課題である（非特許文献９）。このことから、本発明はマルチユーザMIMOシステムの上りリンクに着目したものである。
【０００６】
MIMO/SDMシステムでは、送信アンテナ数が受信アンテナ数を超えると干渉信号の数が受信アンテナの自由度を越えるため、同一チャネル間干渉の影響により、受信機の信号分離検出品質は大きく劣化する。従って、MIMO/SDMに基づくマルチユーザMIMOシステム(マルチユーザMIMO/SDMシステム)では、複数のアンテナから実際の通信に用いるアンテナを適切に選択することによりマルチユーザMIMO/SDMシステムの伝送品質を改善することが重要である。特に、上りリンク（即ち、複数の移動局から基地局への通信）では、移動局の数が多い場合、移動局アンテナの総数は基地局アンテナの数（受信アンテナ数）に比べて大きく超える状態が発生し得ることから、送信アンテナ数を受信アンテナ数以下に制限するため、移動局側で通信に用いるアンテナ（即ち、送信アンテナ）を随時適宜選択する送信アンテナ選択の方法（送信アンテナ選択アルゴリズム）の検討は重要な課題である（非特許文献５）。
【非特許文献１】G. J. Foschini, G. D. Golden, R. A. Valenzuela, and P. W. Wolniansky, "Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays," IEEE J. Select. Areas Commun., vol.17, no.11, pp.1841-1852, Nov. 1999.
【非特許文献２】A. V. Zelst, R. V. Nee, and G. A. Awater, "Space division multiplexing (SDM) for OFDM systems," Proc. IEEE VTC2000-Spring, vol.2, pp.1070-1074, Tokyo, Japan, May 2000.
【非特許文献３】D. N. Nissani (Nissensohn), "About SVD based MIMO, Imperfect Channel Estimates, and Cross-Talk Interference," Proc. IEEE VTC2006-Fall, Montreal, Canada, Sept. 2006.
【非特許文献４】T. Ohgane, T. Nishimura, and Y. Ogawa, "Applications of space division multiplexing and those performance in a MIMO channel," IEICE Trans. Commun., vol.E88-B, no.5, pp.1843-1851, May 2005.
【非特許文献５】R. W. Heath, Jr., S. Sandhu, and A. Paulraj, "Antenna selection for spatial multiplexing systems with linear receivers, " IEEE Commun. Lett. vol.5, no.4, pp.2276-2280, Apr. 2001.
【非特許文献６】N. Geng, and I. Viering, and M. Kiessling, "Multi-user MIMO-OFDM cell throughput under real-world propagation conditions," Proc. IEEE VTC2002-Fall, vol.2, pp.879-883, Vancouver, Canada, Sept. 2002.
【非特許文献７】T. Nishimura, Y. Takatori, T. Ohgane,Y. Ogawa, and K. Cho, "Transmit nullforming for a MIMO/SDMA downlink with receive antenna selection," Proc. IEEE VTC2002-Fall, vol.1, Vancouver, Canada,pp.190-194, Oct. 2002.
【非特許文献８】K. Fukawa, Y. Yamada, H. Suzuki and S. Suyama, "MIMO-OFDM maximum likelihood reception method in cochannel interference environments," Proc. IEEE VTC2004-Spring, vol.4, pp.1840-1853, Milan, Italy, May 2004.
【非特許文献９】Y. Takatori, R. Kudo, A. Ohta, K. Ishihara, K. Nishimori, and T. S. Kubota, "Robust beamforming method for frequency offsets in uplink multiuser OFDM-MIMO," Proc. ISAP2006 (CD-ROM), Orchard Hotel, Singapore, Nov. 2006.
【非特許文献１０】大河原純哉，西村寿彦，大鐘武雄，小川恭孝 "マルチユーザMIMO上りリンクにおける送信アンテナ選択方法の検討," 電子情報通信学会技術報告, RCS2005-135, Jan. 2006.
【非特許文献１１】S. Sun, D. Yongmei, L. Zhongding, K.Higuchi, and H. Kawai, "Pseudo-inverse MMSE based QRD-M algorithm for MIMO-OFDM,"Proc. IEEE VTC2006-Spring, vol.3, pp.1545-1549, Melbourne, Australia, May 2006.
【非特許文献１２】G. Strang, Linear algebra and itsapplications, 3rd Ed., Academic Press, New York, 1988.
【非特許文献１３】S. C. Chapra, and R. P. Canale, Numericalmethods for engineers, Fifth Ed., McGraw-Hill, New York, 2006.
【非特許文献１４】T. Sauer, Numerical analysis, PearsonAddison-Wesley, Boston, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マルチユーザMIMO/SDMシステムの例として、セルラ携帯電話方式（セルラシステム）にMIMO/SDMを適用する場合が考えられる。マルチユーザMIMO/SDMシステムにおける上りリンクでは、全探索に基づき移動局アンテナが送信アンテナとして取り得る全ての組合せについてシステム容量を調べることにより、システム容量が最大となる最適な送信アンテナの組合せを特定することが可能である。しかし、全探索に基づいて最適な組合せを探索する全探索法（非特許文献１０）は、移動局の数が多くなると最適な組合せを探索するための計算量は指数関数的に増大し、そのために必要とするハードウェア資源は膨大なものとなる。
【０００８】
別の方法として、従来の選択ダイバーシティ送信技術のように、伝搬利得の高い（即ち、同一電力で送信したとき、受信電力が高い）送信アンテナから選択する方法（受信電力規範選択法）が考えられる。この方法は、送信アンテナの決定に要する計算負荷を非常に小さく抑えることができるが、移動局側の送信アンテナの選択に際し、各移動局の各送信部から基地局の各受信部へ至るチャネル応答ベクトルにおける相互の直交性等は考慮されていないため、高品質の通信を得ることは困難である。
【０００９】
本発明は、マルチユーザMIMO/SDMシステムにおける送信アンテナの選択方法（以下、送信アンテナ選択法）に関するものであり、マルチユーザMIMO/SDMシステムにおいても、移動局の数が多い場合であっても送信アンテナの決定に必要とする計算量が指数関数的に増大することなく少ない計算量でシステム容量や伝送特性をほとんど劣化させずに上りリンクの送信アンテナの組合せを決定することが可能な送信アンテナ選択アルゴリズム及びマルチユーザMIMO/SDMによる通信システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数のアンテナを持つ移動局が複数のアンテナを持つ基地局と同じ搬送波周波数帯を用い、かつ同じタイミングで通信するマルチユーザMIMO/SDMシステムの上りリンクにおいて、各移動局の送信部から基地局の各受信部へ至るチャネル応答ベクトルの中から相互に直交する成分が大きくなる移動局アンテナの組合せを送信アンテナとしてグラム・シュミット(Gram-Schmidt)の直交化法に基づき逐次的に選択することにより、計算量を低く抑えつつ高い伝送品質で通信を行える送信アンテナの準最適な組合せの探索を可能にするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本件特許はマルチユーザMIMO/SDMシステムの上りリンクにおける送信アンテナ選択において、その選択処理の計算量が小さな新しい選択方法を提供するものである。本発明による方法により、従来の方法と比較し、計算量を低く抑えながらシステム容量や誤り率特性がほとんど劣化することなく優れた伝送特性が得られる送信アンテナの準最適な組合せを決定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１−１は複数の移動局(110-1、・・、110-Nr)が同じ搬送波周波数帯により同じ基地局(100)と通信するシステムの概要である。図面では、MIMO伝送用アンテナとして、単一入出力素子のアンテナを互いに空間的に離して配置する場合を例に限って示しているが、別のMIMO伝送用アンテナもアンテナ部分以外の構成は同じである。以下では、基地局アンテナ数は「Ｎr」本、移動局数を「Ｎu」とする。
また、簡略化のため、各移動局は全て「Ｎt」本のアンテナを有し、各移動局アンテナからの送信電力「Ｐs」は全て同じとし、セル間の干渉は考慮しないものとする。従って、移動局アンテナの総数はＮu×Ｎt本となり、基地局はこのＮu×Ｎt本の移動局アンテナから送信を実行する幾つかのアンテナを送信アンテナとして選択する。各移動局のアンテナから同一の搬送波周波数帯を用いて同時に送信された複数の信号は基地局のＮr本のアンテナで受信される。従ってある移動局の１つの送信部から基地局のＮr個の各受信部に到るチャネル応答ベクトルは、Ｎr×１次元のベクトルとなり、
2008177938.tif 000003
で表す。
【００１３】
送信アンテナとして選択される移動局アンテナの数をＭとすると、基地局の各アンテナに対する受信信号のベクトル（受信信号ベクトル）は
【数１】
2008177938.tif 000004
【数２】
2008177938.tif 000005
となる。ｓ(t)はＭ×1次元の送信信号ベクトルを表し、ｎ(t)はＮr×1次元の雑音ベクトルを表す。行列ＨはＮr×Ｍ次元のチャネル行列であり、
2008177938.tif 000006
は基地局によって送信アンテナとして選択された移動局アンテナに対する各々のチャネル応答ベクトルである。
【００１４】
図１−２(a)および(b)はそれぞれ図１−１に示される移動局と基地局の構成の一例を示す図である。図１−２では、各アンテナ単位に用意される変調部、復調部、周波数変換、帯域制限のためのフィルタ、増幅器等の無線送受信機に搭載される一般的な機能ブロックは省略して図示している。また、図１−２では無線伝搬路上で大きな遅延波が存在することに伴う周波数選択性フェージングが無視できるフラットフェージングを仮定した構成となっている。ここでは特に図示していないが大きな遅延波が存在する場合には等価器を設けたりOFDM （直交周波数分割多重）変調により実効的なシンボル長を長くし、遅延波に対するガードインターバルを設けることにより、これらの遅延波の影響を大きく抑圧できることは広く知られている。
各移動局(ｊ=1〜Nu)の送信部（125-j-1〜125-j-Nt）は、基地局が各移動局アンテナから送信アンテナを決定するため、また基地局で各移動局からの信号を正しく受信するための上りリンクのチャネル推定用の信号として、パイロット信号（上り個別パイロット信号）を送受共用器(126-j-1〜126-j-Nt)および移動局アンテナ（110-j-1〜110-j-Nt）を介して送信する。なお、各移動局の各送受共用器(126-j-1〜126-j-Nt)は各送信部(125-j-1〜125-j-Nt)からの送信信号が各移動局アンテナ（110-j-1〜110-j-Nt）からの受信信号が各移動局の受信側へ回り込まないようにするためのものである。
また、各移動局は送信アンテナ選択およびSerial/Parallel変換部(122-j)により、基地局からの制御により各移動局に割当てられた送信アンテナ数に応じてユーザデータの系列を分割し、分割されたユーザデータをそれぞれ送信部（125-j-1〜125-j-Nt）のうち割当てられた送信アンテナから、対応する送信部、送受共用器を介して、上り個別パイロット信号と多重し送信する。各移動局の制御信号受信部(124-j)は、基地局から送信された制御信号を受信する。
基地局から送信された制御信号には、後述する基地局側における送信アンテナ決定部(137)で決定した送信アンテナの割当て結果に関する情報が含まれている。さらに各移動局の制御信号受信部(124-j)は、送信アンテナの割当て結果の情報を送信アンテナ選択およびSerial/Parallel変換部(122-j)へ伝達する。送信アンテナが割当てられている時の移動局は、送信アンテナ選択およびSerial/Parallel変換部(122-j)において、制御信号受信部(124-j)から得られた送信アンテナの割当て結果の情報と各移動局に割当てられた送信アンテナ数とに応じてユーザデータの系列を分割し、分割されたユーザデータをそれぞれ送信部（125-j-1〜125-j-Nt）のうち割当てられた送信アンテナから、対応する送信部、送受共用器を介して、上り個別パイロット信号と多重し送信する。
【００１５】
基地局の送信部（133-1〜133-Nr）は、各移動局が基地局からの信号を正しく受信するための基準信号下りリンクの基準信号として、パイロット信号（下り共通パイロット信号、136-1〜136- Nr）を制御信号生成部(133)によって生成された送信アンテナ選択結果を含む制御信号と多重し、送受共用器(132-1〜132-Nr)および基地局アンテナ（131-1〜131-Nr）を介して送信する。
なお、基地局の送受共用器(132-1〜132-Nr)は送信部(133-1〜133-Nr)からの送信信号が基地局アンテナ（131-1〜131-Nr）からの受信信号が基地局の受信側へ回り込まないようにするためのものである。各移動局からの信号は、基地局アンテナ（131-1〜131-Nr）および送受共用器(132-1〜132-Nr)を介し、受信部（134-1〜134-Nr）にて受信される。受信部（134-1〜134-Nr）は上りリンクのパイロット信号（上り個別パイロット信号）区間の受信信号をチャネル推定部(135)へ渡し、ユーザデータ区間の信号をデータ信号分離検出部（139）へ渡す。
チャネル推定部(135)は、各移動局の上り個別パイロット信号区間の受信信号を用いて、移動局アンテナの送信部(125-j-1〜125-j-Nt)から基地局の受信部(134-1〜134-Nr)へ至るチャネル応答ベクトルをそれぞれ推定し、その結果を送信アンテナ決定部(137)およびチャネル行列生成部(138)へ渡す。送信アンテナ決定部(137)は、その推定されたチャネル応答ベクトルから送信アンテナを決定し、その結果に関する情報を制御信号生成部(133)およびチャネル行列生成部（138）へ渡す。
チャネル行列生成部(138)は、チャネル推定部(135)で推定された各チャネル応答ベクトルのうち送信アンテナ決定部(137)で決定された各移動局アンテナに対するチャネル応答ベクトルを成分とするチャネル行列を生成し、チャネル行列の情報をデータ信号分離検出部(139)へ渡す。
データ信号分離検出部(139)は、受信部（134-1〜134-Nr）より取得したユーザデータ区間の信号からチャネル行列生成部(138)より得られたチャネル行列に基づき各ユーザデータを分離検出することにより、受信データを得る。
【００１６】
図２−１及び図２−２は、４本のアンテナ(131-1、・・・、131-4)を有する基地局(100)と各々が２本のアンテナを有する３台のユーザデータの送信を希望する移動局(110-1、110-2、110-3)からなる（即ち、Ｎr=４、Ｎt=２、Ｎu=３の場合の）例である。
動作フローを示す図１−３を参照して説明する。
【００１７】
ステップ151：図２−１の各移動局(110-1, 110-2, 110-3)は、各移動局から送信された信号を基地局で正しく受信するために必要な上りリンクの基準信号、即ち上り個別パイロット信号(123-i-1, 123-i-2; i = 1, 2, 3) を基地局と各移動局の間でなるべく混信しないようにあらかじめ決められた手順に従って送信する。
このようなパイロット信号の送信方法として、
(1)時分割多元接続（TDMA）方式の技術を応用し、各移動局アンテナに対応する上り共通パイロット信号を送信するタイミングを基地局側で制御し、そのタイミングを各移動局アンテナ間で互いにずらす方法、
(２)別のパイロット信号の送信方法として、符号分割多元接続(CDMA)方式の技術を応用し、各移動局および各アンテナ単位で固有の拡散符号を用いる方法等が考えられる。
前者の(1)の方法は、移動局の数が多い場合、基地局で上り共通パイロット信号の送信タイミング制御の負荷が大きくなる問題があるが、各アンテナに対する上り共通パイロット信号が同時に送信されないよう制御されるため、各移動局アンテナに対するチャネル応答ベクトルの推定精度は高い。
一方、(2)の方法は、各移動局アンテナに対するチャネル応答ベクトルの推定精度は(1)よりやや劣るが、仮に複数移動局がパイロット信号を同時に送信されたとしても他ユーザの上り共通パイロット信号を拡散符号による処理利得により抑圧し、その混信の影響を軽減することができ、基地局における上り共通パイロット信号の送信タイミング制御の負荷が非常に小さくなるという利点がある。
【００１８】
ステップ152：各移動局(110-1、110-2、110-3)の各アンテナ(11１-1、・・・、111-6)から送信された上り個別パイロット信号は無線伝搬路を経由して、各上り個別パイロット信号が４本の基地局アンテナ(131-1、・・・、131-4)および送受共用器（132-1、・・・、132-4）を介して各受信部(134-1、・・・、134-4)で受信される。受信された上り個別パイロット区間の信号はチャネル推定部(135)に渡され、各移動局アンテナについて移動局の送信部から基地局の受信部へ至るチャネル応答ベクトルを推定する。各移動局アンテナ111-i (i=1、・・・、6)の送信部から各基地局アンテナ(131-1、・・・、131-4)へ至るチャネル応答ベクトルを
2008177938.tif 000007
と表す。ただし、ａj,iはj番目の移動局アンテナの送信部に対するi番目の基地局アンテナの受信部へ至る伝搬路応答（チャネル応答）を表し、(・)Tは行列またはベクトルの転置を表す。
【００１９】
ステップ153：図２−１の例では、全ての移動局アンテナ（６本の移動局アンテナ）を送信アンテナとして選択した場合のチャネル行列は、図２−１(ｂ)に示されるように４×６次元のチャネル行列となる。しかし、各移動局のアンテナから同じ搬送波周波数帯を用いて同時に送信されたユーザ信号を、基地局の各アンテナで受信された信号から良好な品質で分離検出するためには、送信ストリームの総数≦受信アンテナの数、となるように送信アンテナを選択する必要がある。ここでの説明では一例として、送信ストリームの数Ｍは基地局のアンテナ数と移動局アンテナの総数の小さい方とする（ここでの例では、基地局アンテナ数は４本、移動局アンテナの総数は６本であるので、送信ストリーム数Mは４となる）。
即ち、６本の移動局アンテナを全て送信アンテナとして用いると、受信側における信号分離検出品質が劣化するため、良好な受信品質を得るために適した送信アンテナをM本（ここでは４本）選択する。図２−２は、アンテナ(111-2)、アンテナ(111-3)、アンテナ(111-4)、およびアンテナ(111-6)を送信アンテナとして選択した例である。この選択により、移動局と基地局間のチャネル行列は図２−２(b)に示されるように４×４の正方行列となる。
【００２０】
ステップ154：基地局は送信アンテナ決定部(137)で送信アンテナとして選択された移動局アンテナの情報を制御信号生成部(133)を介して、その送信アンテナを有する移動局に対し、各移動局が送りたいデータ信号をその送信アンテナを用いて送信するよう下りリンクを用いて指示する。なお、下りリンクにおける制御信号は、各移動局で正しく受信できるよう下りリンク共通パイロット信号と多重して送信される。
【００２１】
ステップ155：各移動局の制御信号受信部(124-i, i = 1, 2, 3)は基地局からの送信指示を受信すると送信アンテナ選択部・Serial/Parallel変換部(122-i, i = 1, 2, 3)を制御し、送りたいユーザデータを選択された移動局側の各送信アンテナを介して基地局に送信する。
ステップ156:  送信アンテナとして選択された４本の移動局アンテナから同じ搬送波周波数帯を用いて同時に送信された信号は基地局の４本のアンテナにより受信される。
データ信号分離検出部(139)は、公知のMIMOの信号分離技術を利用し、送信アンテナ決定部(137)とチャネル行列生成部(138)が生成した４×４のチャネル行列を用いて４本のアンテナにより受信され４つの信号を分離し各送信アンテナが送信した信号を検知する。本発明では最尤判定 (Maximum Likelihood Detection: MLD)法 (非特許文献２)による信号分離検出を前提としたシステム容量を用いることを前提としている。したがって、受信側における信号分離検出法として、MLD法またはQRM-MLD法のようにMLD法からの性能特性を抑えつつ計算コストの低減を図った方法（非特許文献１１）を用いることが望ましい。
ところで、伝搬路変動が発生している環境では、制御遅延による送信アンテナ決定時のチャネル行列と実際のデータ受信時におけるチャネル行列のミスマッチによる伝送特性の劣化が問題となる。従って、信号分離検出を行う際にはこの劣化の影響を軽減する必要がある。そのためには、それぞれの送信アンテナに対応する上り個別パイロット信号を各送信データと多重して再送信し、再送信されたパイロット信号区間の受信信号を用いて推定した各送信アンテナの送信部から基地局の各受信部へ至るチャネル応答ベクトルによって再構成されたチャネル行列を信号分離検出の際用いることが望ましい。
【００２２】
本発明はステップ153で実行される、Ｎu×Ｎt本のアンテナから送信を行うＭ本のアンテナを選択（図２−１、図２−２では３×２＝６本のアンテナから４本を選択）する方法に関するものである。この選択はＮu×Ｎt本のアンテナから相互干渉の小さいアンテナをＭ本選択するものであり、詳細な手順が図３−１に示されている。
【００２３】
ここで、本発明の原理について説明する。最適な送信アンテナの組合せ（最適な移動局アンテナの組合せ）は、移動局アンテナが取り得る全ての組合せ候補の中から最大のシステム容量を実現する移動局アンテナの組合せとして定義される。ここで、Ｎu×Ｎt本の移動局アンテナからM本のアンテナを選択する場合の組合せ候補の全総数をＮallとおく。このとき、最適な送信アンテナの組合せの候補番号koptは次式で表される。
【数３】
2008177938.tif 000008
【数４】
2008177938.tif 000009
【数５】
2008177938.tif 000010
ただし、Ckはk番目の送信アンテナの組合せ候補に対するシステム容量を表し、det(・)は行列の行列式、Ｉは単位行列、Ｐnは受信アンテナあたりの平均の受信機雑音電力、(・)Hは行列またはベクトルの複素共役転置、
2008177938.tif 000011
は送信アンテナの組合せ候補番号kにおけるｍ番目の送信アンテナのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000012
を各列の成分とするＮr×Ｍ行列を表し、
2008177938.tif 000013
は行列
2008177938.tif 000014
のm番目の固有値を表す。
【００２４】
最適な組合せkoptが送信アンテナとして選択されたとき、チャネル行列
2008177938.tif 000015
は次式で与えられる。
【数６】
2008177938.tif 000016
最大のシステム容量を実現する最適な送信アンテナの組合せkoptは全ての組合せについて式(４)のシステム容量を調べる全探索法に基づき特定することができる。しかし、送信アンテナの組合せ候補の全総数Ｎallは
【数７】
2008177938.tif 000017
となるため、移動局数が多くなるに従い、Ｎallはほぼ指数関数的に増加する。このことから、全探索法を用いた送信アンテナの決定法はシステムの実装上の観点から非現実的であることがわかる。ここで、式(４)で
2008177938.tif 000018
を仮定すると次式が得られる。
【数８】
2008177938.tif 000019
ここで、行列
2008177938.tif 000020
に対するQR分解を適用し、
2008177938.tif 000021
を満たすＮr×Ｍ次元の行列
2008177938.tif 000022
、Ｍ×Ｍ次元の上三角行列
2008177938.tif 000023
を用いて、
2008177938.tif 000024
と表すことができ（非特許文献１２乃至非特許文献１４）、これを式(８)に適用すると次式が得られる。
【数９】
2008177938.tif 000025
【数１０】
2008177938.tif 000026
なお、上三角行列
2008177938.tif 000027
は次式のような形式で表すことができ、
【数１１】
2008177938.tif 000028
さらにその対角要素
2008177938.tif 000029
は実数となる。
式(１０)を式(８)に適用すると、次式が得られる。
【数１２】
2008177938.tif 000030
式(１２)は、上三角行列
2008177938.tif 000031
の対角要素
2008177938.tif 000032
の各絶対値がそれぞれ大きくなるような移動局アンテナの組合せを送信アンテナの組合せとして選択することにより、システム容量を大きくできることがわかる。
【００２５】
本発明は、この原理に基づき送信アンテナとして用いる移動局アンテナの準最適な組合せを一本ずつ逐次的に選択する処理をＭ回繰り返すことにより選択する。すなわち、本発明による送信アンテナの選択方法は選択する送信アンテナの数Ｍと同じ数のステップから成り、第１のステップではチャネル応答ベクトルのノルムが最も大きい移動局アンテナを第１の送信アンテナとし、第２以降のステップでは、前のステップで送信アンテナとして選択された移動局アンテナに対応する各チャネル応答ベクトルと全て直交する成分が最も大きいチャネル応答ベクトルを持つアンテナをGram-Schmidt（グラム・シュミット）の直交化法により求め、その移動局アンテナを送信アンテナの一つとするステップを順次実行する構成となっている。
以下の実施例はグラム・シュミットの直交化法に基づき、Ｎu×Ｎt本のアンテナから送信を行うＭ本のアンテナを選択するものである。図３−１を参照して、本実施例の方法を説明する。
【００２６】
ステップ301：全ての送信アンテナ候補（移６動局アンテナ番号i = 1, 2, …, ＮuＮt）に対して、チャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000033
のノルム
2008177938.tif 000034
を計算する。
2008177938.tif 000035
が最も大きいチャネル応答ベクトルのアンテナを第１の送信アンテナとする。
この第１の送信アンテナのインデックスを「ｉ1」とし(式(１３))、そのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000036
を
2008177938.tif 000037
とする(式１４)。すなわち、
【数１３】
2008177938.tif 000038
【数１４】
2008177938.tif 000039
とする。この処理は、Ｎr本の基地局アンテナ（受信アンテナ）により受信された信号の受信電力が最も大きな送信アンテナを第１の送信アンテナとし選択するものである。ここで、第１の送信アンテナを決定する際に必要なベクトルのノルム
2008177938.tif 000040
を計算するために必要な繰返し回数
2008177938.tif 000041
は
2008177938.tif 000042
回となる。
【００２７】
第２から第Ｍの送信アンテナの選択は、既に送信アンテナとし選択された各アンテナのチャネル応答ベクトルに対して、最も大きな直交成分を有するアンテナを順次選択して行くものであり、ステップ302は第２の送信アンテナを選択する工程が示され、ステップ303には一般例として第ｍの送信アンテナを選択する工程が示される。
【００２８】
ステップ302：ステップ301で選択された移動局アンテナ(第１の送信アンテナ)を除いた移動局アンテナの全てのチャネル応答ベクトルから、第１の送信アンテナのチャネル応答ベクトルと直交する成分を算出する。
ｉ番目の移動局アンテナのチャネル応答ベクトルのうち、第１の送信アンテナのチャネル応答ベクトルに対する直交成分の大きさ
2008177938.tif 000043
は
【数１５】
2008177938.tif 000044
と表される。なお、
2008177938.tif 000045
は グラム・シュミットの直交化アルゴリズムを用い、
【数１６】
2008177938.tif 000046
により算出される。
2008177938.tif 000047
はベクトル
2008177938.tif 000048
をそのノルムにより正規化したものであり、式(１５)を用いて下記の式で表される。
【数１７】
2008177938.tif 000049
式(１３)乃至式(１７)からの下記の式(１８)が得られる。
【数１８】
2008177938.tif 000050
【００２９】
図３−２は式(１８)の物理的な意味を説明するものであり、(ｂ)はその模式図である。同図から明らかなように、ステップ301で選択された第１の送信アンテナのチャネル応答ベクトルと、この送信アンテナ以外のアンテナのチャネル応答ベクトルからなる行列は、直行する単位ベクトルとその大きさを表す上三角行列の積で表される。式(１８)の三角行列の最後の要素
2008177938.tif 000051
は、i番目の移動局アンテナのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000052
が持つ第１の送信アンテナのチャネル応答ベクトルに直交する成分の大きさを示す値であり、式(１８)に示すように
2008177938.tif 000053
のQR分解の結果から計算することができる。
ｉ1を除く全ての
2008177938.tif 000054
について算出された
2008177938.tif 000055
が最も大きいアンテナを第２の送信アンテナとする。選定された送信アンテナのインデックスを「ｉ2」とし(式(１９))、そのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000056
を
2008177938.tif 000057
とする(式(２０))。
【数１９】
2008177938.tif 000058
【数２０】
2008177938.tif 000059
ここで、第２の送信アンテナを決定する際に必要な、ｉ1を除く各移動局アンテナに対し、
2008177938.tif 000060
を求めるための繰返し回数
2008177938.tif 000061
はＮuＮt−１回である。
【００３０】
ステップ303：第ｍの送信アンテナを決定するステップであり、第１から第m-1の送信アンテナとして選ばれた移動局アンテナ(i = ｉ1,…, ｉm-1)を除いた各移動局アンテナのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000062
に対して、第１から第m-1の送信アンテナのチャネル応答ベクトル全てに直交する成分の大きさ
2008177938.tif 000063
をそれぞれ算出する。そして、
2008177938.tif 000064
の値が最も大きくなるアンテナを第ｍの送信アンテナとする。第ｍの送信アンテナのインデックスを「ｉm」とし、そのチャネル応答ベクトル
2008177938.tif 000065
を
2008177938.tif 000066
とする。
【数２１】
2008177938.tif 000067
【数２２】
2008177938.tif 000068
ただし、
2008177938.tif 000069
はグラム・シュミットの直交化アルゴリズムに基づき、下記の式(２３)により決定される。
【数２３】
2008177938.tif 000070
2008177938.tif 000071
となる行列を定義すると、式(２３)の関係は、下記の式(２４)のように行列
2008177938.tif 000072
のQR分解の形式で表すことができる。
【数２４】
2008177938.tif 000073
ここで、第mの送信アンテナを決定する際に必要な、 ｉ1,…, ｉm-1を除く各移動局アンテナに対し、
2008177938.tif 000074
を求めるための繰返し回数
2008177938.tif 000075
はＮuＮt−(ｍ−１)回である
【００３１】
図３−３は式(２４)の物理的な意味を説明するものであり、同式の
2008177938.tif 000076
は、
2008177938.tif 000077
の、第１から第m-1の送信アンテナのチャネル応答ベクトルに直交する成分の大きさを表す値であり、グラム・シュミットの直交法により計算される。
ステップ３０４：ステップ３０３の処理を第Ｍステップまで繰り返し、最終的にＭ本のアンテナが送信アンテナとして選択され、式(２)のチャネル行列
2008177938.tif 000078
が決定される。
【００３２】
この方法では、送信アンテナとして用いる移動局アンテナの組合せの選択に必要とする繰り返し回数ＮGSSAは概ね
【数２５】
2008177938.tif 000079
となる。
式(１８)や式(２４)からわかるように、この方法では、第m (m = 1、・・・、M) の送信アンテナを決定するための指標である
2008177938.tif 000080
の絶対値
2008177938.tif 000081
を求める際、各チャネル応答ベクトルによって構成される行列
2008177938.tif 000082
のQR分解によっても
2008177938.tif 000083
を求めることができる。
QR分解を行う手法には
(１) グラム・シュミットの直交化法に基づくQR分解、
(２) 修正グラム・シュミットの直交化法に基づくQR分解、
(３)ギブンズ(Givens)変換に基づくQR分解、
(４)ハウスホルダー(Householder)変換に基づくQR分解、
等、数多くのアルゴリズムが存在する。本発明は上記の方法を含む何れのQR分解を用いた実施も可能である。しかし、送信アンテナの候補となる移動局アンテナの組合せの候補に対して、異なる行列
2008177938.tif 000084
を構成する必要があるため、行列
2008177938.tif 000085
のQR分解そのものを直接繰り返し計算する場合、その行列
2008177938.tif 000086
の最終列を除いて全て同じ成分を持つ行列のQR分解が各各iについて繰り返し行われることになり、結果として重複した計算を数多く含むため、非常に効率が悪い。従って、上記の実施例ではこのような重複した計算が発生しないよう考慮されている。
また、上記の実施例ではユーザデータの送信を希望する各移動局が全て複数のアンテナを持つことを前提としているが、これらの移動局の中に単一のアンテナを持つ移動局が存在する場合でも同様の手順により、効率的かつ高い伝送特性が得られる移動局アンテナを送信アンテナを選択することができる。
【００３３】
本発明による方法と、他の方法を比較するため、全探索法を用いた送信アンテナ選択法と受信電力規範選択法による送信アンテナ選択法を概説する。
［全探索法による送信アンテナ選択法］
前述のように最大のシステム容量を実現する最適な送信アンテナの組合せkoptは全探索法に基づき特定することができる。全探索法では、確実に最適な送信アンテナの組合せを見つけることができる。しかし、基地局は移動局アンテナが取り得るＮall通りの全ての組合せに対してシステム容量を計算しなければならない。送信アンテナの組合せに対する全ての候補数Ｎallは式(７)で表されるように移動局が多くなるに従い、ほぼ指数関数的に増加する。これは、「全探索法」を実行するには極めて大きな計算量が要求されることを意味する。例えば、Ｎr、Ｎt、Ｍが全て４でありＮuが８の場合、Ｎallは35960であり、Ｎuが１６の場合、Ｎallは635376となる。したがって、携帯電話システムのように同時に通信する移動局数が大きくなることが想定されるシステムにマルチユーザMIMOを適用する場合、「全探索法」を適用することは非現実的である。
【００３４】
［受信電力によるアンテナ選択方法］
前述のように計算量が少なく実現が容易な送信アンテナ選択法として、受信電力に基づいて送信アンテナを選択する受信電力規範選択法が考えられる。
この方法は全てのチャネル応答ベクトルのノルム
2008177938.tif 000087
を計算し、
2008177938.tif 000088
の降順でＭ本の移動局のアンテナを選択する。
ここで、Ｎr次元ベクトル
2008177938.tif 000089
は移動局アンテナ(i＝1,2,・・・,Ｎu×Ｎt)から基地局のアンテナに到るチャネル応答ベクトルであり、各チャネル応答ベクトルの二乗ノルム
2008177938.tif 000090
は、送信電力を１とした時の受信電力である。
「受信電力規範選択法」は非常に簡易であり、かつ計算量も非常に少ない。しかし、移動局の各アンテナ間で発生する瞬時的な相関を考慮していないため、システム容量を平均的に大きくすることは不可能であり、高い伝送品質を確保することが困難である。
【００３５】
以下で「本方法」「全探索法」「受信電力規範選択法」の３つの方法が必要とする計算量と得られる送信特性を検討する。
図４に評価のためのシミュレーションのパラメータが示されている。
各移動局は４本のアンテナを有し(Ｎt＝４)、基地局も４個のアンテナを有しており(Ｎr＝４)、移動局の数はＮuとする。
基地局は移動局のアンテナからＭ本(min(Ｎr, ＮuＮt)本) を送信アンテナとして選択する。これは、送信アンテナの数Ｍを基地局のアンテナ数「Ｎr」と移動局のアンテナの総数「Ｎu×Ｎt」の小さい方に制限されることを意味し、この例では４本となる。
ここでは、狭帯域のシングルキャリア変調、OFDMの１つのサブキャリアに着目した場合を想定し、伝搬路は周波数選択性フェージングが無視できるものとする。全てのユーザチャネルは準静的レイリーフェージングチャネルであり、平均電力は等しく、相互に完全に独立して変動するi.i.d.(independent and identically distributed) チャネルを仮定する。
移動局は基地局が選択した送信アンテナを介して16QAMで変調されたデータを送信する。CDMA方式と同様上りリンクにおける遠近問題を解消するため、移動局の各送信部から基地局の各受信部までのアンテナまでの各受信器までの平均受信電力が一定となるように送信電力を制御するものとする。ここでは評価を簡素化するため、移動局アンテナ毎の送信電力制御により、平均受信SNR (Signal-to-Noise-power- Ratio)は全て同じと仮定する。
また、移動局の送信タイミングの制御は基地局によって完全に行われ、基地局側のMIMO受信機によるチャネル行列の推定は完全に行われていると仮定する。基地局は選択された送信アンテナから送信された信号をQRM-MLD法の改良アルゴリズムであるMMSE based QRM-MLD法(非特許文献１１)により検出する。
QRM-MLDアルゴリズムは、MLD法 (非特許文献２)に比べ計算量を大きく削減しつつMLD法とほとんど変わらない伝送特性を得ることが可能な優れた信号分離技術の一つである（非特許文献１１）。
MMSE based QRM-MLDアルゴリズムは、従来のQRM-MLDアルゴリズムと同様に、MIMOチャネル行列のQR分解（非特許文献１２）によりMLDの同時推定問題を送信アンテナ数分の信号検出ステージからなる木構造の階層化問題に置き換え、その木構造を考慮し、Mアルゴリズムにより信頼度の低い送信シンボルの候補を各信号検出ステージにおいて捨てていくことで、理想的なMLDの計算量を大きく削減する信号分離技術である。
さらに、MMSE basedQRM-MLDアルゴリズムでは、MIMOチャネル行列をそのままQR分解するのではなく、Square-Root BLSASTアルゴリズムと同様、単位行列による行列拡張を行ったMIMOチャネル行列に対しQR分解を適用することで各ステージにおける誤り伝搬の影響を抑え、従来のQRM-MLDアルゴリズムに対して更なる特性改善を図っている。なお、MMSE based QRM-MLDアルゴリズムでは、各信号検出ステージにおける生き残りシンボルレプリカ候補数Ｓn (ｎ＝1,2,・・・M-1)をパラメータとして設定する必要があるが(非特許文献１２)、ここでの評価ではＳnの値を全て８  (Ｓ1＝Ｓ2＝・・・＝ＳM-1＝８)とする。
【００３６】
［システム容量の累積確率］
図５−１はシステム容量の累積確率を示すものであり、平均受信SNRは20dBとしている。図５−１(a)の実線は「受信電力規範選択法」（図５−１及び図５−２では電力選択と記載）によるものであり、点線は「全探索法」（図５−１及び図５−２では完全選択と記載）によるものである。図５−１(b)の実線は「本方法」によるものであり、点線は「全探索法」によるものである。Ｎu＝１はシングルユーザの場合を示している。
図５−１(a)から、Ｎu が2、4、8、16の場合、「受信電力規範選択法」のシステム容量は「全探索法」に比較して、累積確率で約3.2、5、5.5、6(10-2)[bits/s/Hz]劣化することが解る。これらの結果から、「受信電力規範選択法」はマルチユーザの環境で「全探索法」よりはるかに小さなシステム容量しか得られないことが解る。
また、図５−１(b)から、「全探索法」に比較して「本方法」のシステム容量の劣化は非常に小さいことが解る。例えば、累積確率における劣化は、Ｎu が2、4、8、16の場合で、約0.1、0.2、0.2、0.3(10-2)[bits/s/Hz]にすぎず、「本方法」と「全探索法」はほぼ同じシステム容量が得られることが解る。
【００３７】
［平均ビット誤り率特性］
図５−２は「「受信電力規範選択法」、「本方法」、「全探索法」の性能を平均ビット誤り率(BER)で示したものである。図５−２(a)の実線（Algorithm I）は「受信電力規範選択法」における特性を示し、点線は「全探索法」における特性を示す。図５−２(b)の実線（Algorithm II）は「本方法」における特性を示し、点線は「全探索法」における特性を示す。Ｎu＝１はシングルユーザMIMO/SDMシステムにおける特性を示している。ここでは評価の一例として、平均BER 10-3を達成するために必要な平均受信SNR  （所要平均受信SNR）を評価する。
図５−２(a)から、「受信電力規範選択法」における所要平均受信SNRは、Ｎu が2、4、8、16の場合で、「全探索法」に比較して各々約2dB、2.5dB、3dB、4dB劣化し、「受信電力規範選択法」はマルチユーザ環境で「全探索法」よりBER特性が大きく劣化することが解る。
図５−２(b)から、「本方法」における所要平均受信SNRは、Ｎuが2、4、8、16の場合で、「全探索法」に比較して各々約0.1dB、0.1dB、0.2dB、0.2 dB劣化するのみであり、「本方法」は「全探索法」とほぼ同じBER特性を達成し得ることが解る。
【００３８】
［計算量］
送信アンテナ選択に際して必要とする計算量はシステムの実装上の観点から重要な要素の一つとなる。
以下で、評価を単純化するため加算や比較等の比較的軽い処理の演算に関する回数は考慮せず、実数乗除算の回数の合計について評価する。なお、行列やベクトルに対する計算処理（例えば、行列やベクトルの積、行列式、グラム・シュミットの直交化等）における実数乗除算回数については非特許文献１２乃至非特許文献１４を参照して評価した。
図５−３は各送信アンテナの選択方法が必要とする実数の乗除算の数を示している。
【００３９】
「受信電力規範選択法」（図５−３のAlgorithm I）と「本方法」（図５−３のAlgorithm II）は「全探索法」（図５−３のFSA）と比較して非常に少ない計算量であることがわかる。また、「受信電力規範選択法」は「本方法」と比較すると実数の乗除算の数は約３０分の１であり、比較した三つの方法の中では最も計算量が少ない。
しかし、図５−１と図５−２に示されるように、「受信電力規範選択法」は「本方法」と「全探索法」に対して、システム容量が小さく、伝送特性も劣化するため、「受信電力規範選択法」はマルチユーザMIMOシステムの上りリンクにおける送信アンテナ選択法として有効でない。
また、「本方法」では、理想的な「全探索法」に対し計算量を大きく削減しつつ、ほぼ同じ伝送特性を確保することが可能である。例えば、10ユーザ(移動局)の場合、「本方法」の実数乗除算回数は、は「全探索法」と比較して約３０００分の１に抑えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
MIMOシステムでは、システム容量を最大とするユーザ端末のアンテナの組合せを求める負荷はユーザ端末が増加するに従って指数関数的に増加する。従って、一つの基地局が多数の移動局と通信し、且つ基地局と移動局との間の応答ベクトルが絶えず変化する携帯電話のシステムでは、送信に最適な移動局のアンテナを短時間で決定することが必須の要件になる。本発明の方法は理論的には最適な方法を探索し得る「全探索法」と比較して遜色ない通信容量と品質が可能な移動局のアンテナを決定し得るにもかかわらず、必要とする計算量、即ちシステムの負荷を「全探索法」に比較して非常に小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１−１】マルチユーザMIMOシステムの全体図
【図１−２】基地局と移動局の構成図
【図１−３】マルチユーザMIMOシステムにおける送信アンテナの決定フロー図
【図２−１】送信アンテナと受信アンテナ間のチャネル行列の概要図
【図２−２】決定された送信アンテナのチャネル行列の概要図
【図３−１】送信アンテナを決定するフロー図
【図３−２】第２の送信アンテナを決定する図
【図３−３】第ｍの送信アンテナを決定する図
【図４】本発明を評価するためのシミュレーション諸元を示す図
【図５−１】本発明のシステム容量を評価する図
【図５−２】本発明の平均ビット誤り率特性を評価する図
【図５−３】本発明における計算量（乗除算回数）の評価図
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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