(57)【要約】【課題】空間多重送信法において、相関の高い伝搬路における大幅な特性劣化を改善する。【解決手段】本発明は、送信用アンテナを有する送信機１０から受信用アンテナを有する受信機２０に信号伝送を行う信号伝送システムであって、信号伝送に使用する送信用アンテナを指定する伝送モード毎に送信用アンテナと受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段１と、伝搬路推定値から伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段２と、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段３と、決定された伝送モードに応じて伝送すべき送信信号を生成する送信信号生成手段４とを備えることを要旨とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送システムであって、
前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、
前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、
推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、
決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを特徴とする信号伝送システム。
【請求項２】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナを用いる伝送モードと、１本の前記送信用アンテナのみを用いる伝送モードとを含むことを特徴する請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項３】
前記伝送モードは、前記受信用アンテナの本数を指定することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号伝送システム。
【請求項４】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに従属な信号を送る伝送モードとを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号伝送システム。
【請求項５】
前記伝送モードは、前記送信信号の変調多値数又は前記送信信号の符号化率の少なくとも一つを指定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号伝送システム。
【請求項６】
前記通信容量推定手段は、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段を有し、
前記通信容量推定手段は、前記ＳＩＮＲ算出手段によって算出された前記ＳＩＮＲに基づいて前記伝送モード毎の通信容量を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号伝送システム。
【請求項７】
前記通信容量推定手段は、
前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段と、
前記受信機における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段と、
前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定する容量決定手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号伝送システム。
【請求項８】
前記容量決定手段は、
複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定し、
１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、前記ＳＮＲのみを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定することを特徴とする請求項７に記載の信号伝送システム。
【請求項９】
前記空間相関値算出手段は、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナの全ての組み合わせにおける空間相関値の最大値又は平均値を、前記空間相関値として算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の信号伝送システム。
【請求項１０】
前記伝送モード決定手段により決定された前記伝送モードを、前記送信信号生成手段に通知する通知手段を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の信号伝送システム。
【請求項１１】
送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送方法であって、
前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する工程Ａと、
前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する工程Ｂと、
推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する工程Ｃと、
決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する工程Ｄとを有することを特徴とする信号伝送方法。
【請求項１２】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナを用いる伝送モードと、１本の前記送信用アンテナのみを用いる伝送モードとを含むことを特徴する請求項１１に記載の信号伝送方法。
【請求項１３】
前記伝送モードは、前記受信用アンテナの本数を指定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の信号伝送方法。
【請求項１４】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに従属な信号を送る伝送モードとを含むことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の信号伝送方法。
【請求項１５】
前記伝送モードは、前記送信信号の変調多値数又は前記送信信号の符号化率の少なくとも一つを指定することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の信号伝送方法。
【請求項１６】
前記工程Ｂにおいて、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出し、算出した該ＳＩＮＲに基づいて前記伝送モード毎の通信容量を推定することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の信号伝送方法。
【請求項１７】
前記工程Ｂは、
前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路における空間相関値を算出する工程Ｂ１と、
前記受信機における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出する工程Ｂ２と、
前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定する工程Ｂ３とを有することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の信号伝送方法。
【請求項１８】
前記工程Ｂ３において、
複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定し、
１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、前記ＳＮＲのみを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定することを特徴とする請求項１７に記載の信号伝送方法。
【請求項１９】
前記工程Ｂ１において、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナの全ての組み合わせにおける空間相関値の最大値又は平均値を、前記空間相関値として算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の信号伝送方法。
【請求項２０】
前記工程Ｃにおいて、決定された前記伝送モードを前記送信機に通知し、
前記工程Ｄにおいて、通知された前記伝送モードに応じて前記送信信号を生成することを特徴とする請求項１１乃至１９に記載の信号伝送方法。
【請求項２１】
受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、
使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、
前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、
推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、
決定された前記伝送モードに応じて、前記送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを特徴とする送信機。
【請求項２２】
受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、
前記受信機は、前記送信信号の送信に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、推定された前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段とを具備し、
前記受信機の伝送モード決定手段によって決定された前記伝送モードを取得し、取得した前記伝送モードに応じて前記送信信号を生成する送信信号生成手段を備えることを特徴とする送信機。
【請求項２３】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナを用いる伝送モードと、１本の前記送信用アンテナのみを用いる伝送モードとを含むことを特徴する請求項２１又は２２に記載の送信機。
【請求項２４】
前記伝送モードは、前記受信用アンテナの本数を指定することを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項２５】
前記伝送モードは、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに従属な信号を送る伝送モードとを含むことを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項２６】
前記伝送モードは、前記送信信号の変調多値数又は前記送信信号の符号化率の少なくとも一つを指定することを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項２７】
前記通信容量推定手段は、前記伝搬路推定値を用いて、受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段を有し、
前記通信容量推定手段は、前記ＳＩＮＲ算出手段によって算出された前記ＳＩＮＲに基づいて前記伝送モード毎の通信容量を推定することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項２８】
前記通信容量推定手段は、
前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段と、
受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段と、
前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定する容量決定手段とを有することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項２９】
前記容量決定手段は、
複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定し、
１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、前記ＳＮＲのみを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定することを特徴とする請求項２８に記載の送信機。
【請求項３０】
前記空間相関値算出手段は、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナの全ての組み合わせにおける空間相関値の最大値又は平均値を、前記空間相関値として算出することを特徴とする請求項２８又は２９に記載の送信機。
【請求項３１】
前記受信機は、前記伝送モード決定手段により決定された前記伝送モードを、前記送信機の送信信号生成手段に通知する通知手段を有することを特徴とする請求項２１乃至３０のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３２】
前記通信容量推定手段は、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算し、
前記伝送モード決定手段は、推定された前記伝送モード毎の前記通信容量及び前記電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定し、
前記送信信号生成手段は、決定された前記伝送モード及び前記電力分配値に応じて前記送信信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項３３】
前記通信容量推定手段は、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段と、
算出された前記ＳＩＮＲを用いて前記伝送モード毎の通信容量が最大となる前記電力分配値を計算する電力分配値計算手段とを具備することを特徴とする請求項３２に記載の信号伝送システム。
【請求項３４】
前記工程Ｂにおいて、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算し、
前記工程Ｃにおいて、推定された前記伝送モード毎の前記通信容量及び前記電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定し、
前記工程Ｄにおいて、決定された前記伝送モード及び前記電力分配値に応じて前記送信信号を生成することを特徴とする請求項１１に記載の信号伝送方法。
【請求項３５】
前記工程Ｂは、
前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出する工程Ｂ１１と、
算出された前記ＳＩＮＲを用いて前記伝送モード毎の通信容量が最大となる前記電力分配値を計算する工程Ｂ１２とを有することを特徴とする請求項３４に記載の信号伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信における多入力多出力通信において利用可能な信号伝送システム、信号伝送方法及び送信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の送受信用アンテナを用いて信号伝送を行う多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）通信システムが、将来の大容量通信システムとして注目されている。従来、複数の送信用アンテナを用いて信号伝送を行う方式（以下、複数アンテナ送信方式）として、送信ダイバーシチ、送信ビームフォーミング、空間多重送信法が知られている。
【０００３】
図１７に、これらの方式の一つである空間多重送信法の構成を示す。図１７に示すように、空間多重送信法は、第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４において生成されたアンテナ毎の信号を、変調手段５１−１乃至５１−Ｎで変調し、複数の送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎを介して第２の信号伝送装置２０に送信する方式である。
【０００４】
ここで、第１の信号伝送装置１０から送信された信号は、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ及び受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍにより形成される多入力多出力伝搬路（以下、ＭＩＭＯ伝搬路）を経て、第２の信号伝送装置２０で受信され、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６で検出される。
【０００５】
このように、空間多重送信法は、異なる送信用アンテナを介して同時刻及び同周波数上で独立な信号を送信するため、より大きい伝送容量を得ることが可能である。空間多重送信法を用いた信号伝送システムの具体的な構成として、例えば、非特許文献１に開示されたものが提案されている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｖ．Ｔａｒｏｋｈ、Ｈ．Ｊａｆａｒｋｈａｎｉ及びＡ．Ｒ．Ｃａｌｄｅｒｂａｎｋ著、「Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｂｌｏｃｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｒｅｓｕｌｔｓ」、ＩＥＥＥＪ．Ｓｅｌｅｃｔ．Ａｒｅａｓ  Ｃｏｍｍｕｎ．ｖｏｌ．１７、４５１乃至４６０頁、１９９９年３月
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５０９９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空間多重送信法を用いた信号伝送システムでは、第２の信号伝送装置（受信機）２０が、複数の送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ及び受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍによって構成される多入力多出力伝搬路の独立性（低相関性）を利用して同一チャネル上の複数の信号を分離して検出する。したがって、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間に見通しがある場合など、ＭＩＭＯ伝搬路の相関が高くなる場合は、第２の信号伝送装置（受信機）２０による信号分離特性が劣化するため、従来の空間多重送信法を用いた信号伝送システムによって達成可能な通信容量が大幅に劣化するという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、空間多重送信法を用いた場合であっても、相関の高いＭＩＭＯ伝搬路における大幅な特性劣化を改善することのできる信号伝送システム、信号伝送方法及び送信機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送システムであって、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、利用可能な全ての前記送信用アンテナを用いる伝送モードと、１本の前記送信用アンテナのみを用いる伝送モードとを含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、前記受信用アンテナの本数を指定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、利用可能な全ての前記送信用アンテナから互いに従属な信号を送る伝送モードとを含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モードが、前記送信信号の変調多値数又は前記送信信号の符号化率の少なくとも一つを指定することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段を有し、前記通信容量推定手段が、前記ＳＩＮＲ算出手段によって算出された前記ＳＩＮＲに基づいて前記伝送モード毎の通信容量を推定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段と、前記受信機における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段と、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定する容量決定手段とを有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の第１の特徴において、前記容量決定手段が、複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、前記空間相関値と前記ＳＮＲとを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定し、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、前記ＳＮＲのみを用いて前記伝送モード毎の通信容量を決定することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の第１の特徴において、前記空間相関値算出手段が、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナの全ての組み合わせにおける空間相関値の最大値又は平均値を、前記空間相関値として算出することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第１の特徴において、前記伝送モード決定手段により決定された前記伝送モードを、前記送信信号生成手段に通知する通知手段を有することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算し、前記伝送モード決定手段は、推定された前記伝送モード毎の前記通信容量及び前記電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定し、前記送信信号生成手段は、決定された前記伝送モード及び前記電力分配値に応じて前記送信信号を生成することが好ましい。
【００２１】
また、本発明の第１の特徴において、前記通信容量推定手段が、前記伝搬路推定値を用いて、前記受信機における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するＳＩＮＲ算出手段と、算出された前記ＳＩＮＲを用いて前記伝送モード毎の通信容量が最大となる前記電力分配値を計算する電力分配値計算手段とを具備することが好ましい。
【００２２】
かかる発明によれば、送信用アンテナ及び受信用アンテナの組み合わせにより形成されるＭＩＭＯ伝搬路における伝送モード毎の伝搬路推定値（相関値、信号電力対干渉電力・雑音電力（以下、ＳＩＮＲ）、信号電力対雑音電力値（以下、ＳＮＲ）等の伝搬路の状態）を推定し、推定した伝搬路推定値を用いて推定した伝送モード毎の通信容量に応じて適切な伝送モードを選択することができる。
【００２３】
したがって、かかる発明によれば、送信機と受信機との間のＭＩＭＯ伝搬路の状態を把握し、当該ＭＩＭＯ伝搬路の状態に適した信号伝送を行うことにより、当該ＭＩＭＯ伝搬路の通信容量の大幅な劣化を回避し、常に高い通信容量を得ることができる。この結果、かかる発明によれば、１本の送信用アンテナを用い、ＭＩＭＯ伝搬路のＳＮＲに応じて符号化率や変調多値数を適応的に設定する既存技術である適応変復調技術と比して、高い通信容量を得ることができる。
【００２４】
また、かかる発明によれば、受信機において伝送モードの決定を行い、決定した伝送モードを送信機に通知するなど、複数の装置を協動させてＭＩＭＯ伝搬路の設定を行うことができるため、システムの多様化を図ることができる。
【００２５】
本発明の第２の特徴は、送信用アンテナを有する送信機から受信用アンテナを有する受信機に信号伝送を行う信号伝送方法であって、前記信号伝送に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する工程Ａと、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する工程Ｂと、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する工程Ｃと、決定された前記伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成する工程Ｄとを有することを要旨とする。
【００２６】
本発明の第３の特徴は、受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段と、決定された前記伝送モードに応じて、前記送信信号を生成する送信信号生成手段とを備えることを要旨とする。
【００２７】
本発明の第４の特徴は、受信用アンテナを有する受信機に送信用アンテナを介して送信信号を送信する送信機であって、前記受信機が、前記送信信号の送信に使用する前記送信用アンテナを指定する伝送モード毎に前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間の伝搬路の状態を示す伝搬路推定値を推定する伝搬路推定手段と、推定された前記伝搬路推定値から前記伝送モード毎の通信容量を推定する通信容量推定手段と、推定された前記伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する伝送モード決定手段とを具備し、前記受信機の伝送モード決定手段によって決定された前記伝送モードを取得し、取得した前記伝送モードに応じて前記送信信号を生成する送信信号生成手段を備えることを要旨とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施形態）
図１乃至図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムは、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎを有する第１の信号伝送装置（送信機）１０から受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍを有する第２の信号伝送装置（受信機）２０に信号伝送を行うものである。
【００３０】
本実施形態に係る信号伝送システムは、第２の信号伝送装置２０によって決定された伝送モードに基づいて、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間で形成されるＭＩＭＯ伝搬経路を介して信号伝送を行う。なお、本実施形態では、第１の信号伝送装置１０が送信機となり、第２の信号伝送装置２０が受信機となった場合を例に説明する。
【００３１】
具体的に、本実施形態に係る信号伝送システムは、図１に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、伝送モードに応じた送信信号生成手段４と、各送信用アンテナ毎に設けられた変調手段５と、信号検出手段６とを具備する。
【００３２】
伝搬路状態推定手段１は、信号伝送に使用する送信用アンテナを指定する伝送モード毎に、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎと受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍとの間のＭＩＭＯ伝搬路の状態を示す伝搬路推定値（各ＭＩＭＯ伝搬路における信号の位相や振幅、受信用アンテナに付加される雑音電力や干渉電力等）を推定するモジュールである。本実施形態では、伝搬路状態推定手段１は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。
【００３３】
伝搬路状態推定手段１は、ある一定時間に、各送信用アンテナから、第２の信号伝送装置２０において既知なパイロット信号を受信することで、伝搬路推定値を推定する。なお、伝送モードについては、後述する。
【００３４】
通信容量推定手段２は、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値に基づいて、伝送モード毎の通信容量を決定するモジュールである。本実施形態では、通信容量推定手段２は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。
【００３５】
具体的には、通信容量推定手段２は、図２に示すように、ＳＩＮＲ推定手段２１−１乃至２１−Ｗと、容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗとにより構成される。
【００３６】
ＳＩＮＲ推定手段２１は、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値を用いて、各伝送モード（１乃至Ｗ）について、第２の信号伝送装置２０における受信処理後の受信信号のＳＩＮＲを推定するモジュールである。
【００３７】
例えば、ＳＩＮＲ推定手段２１は、ＭＭＳＥ（出力誤差最小基準）フィルタで信号の受信を行う場合、入力された伝搬路推定値よりＭＭＳＥフィルタ係数を算出し、算出されたＭＭＳＥフィルタ係数及び入力された伝搬路推定値を用いてＳＩＮＲを算出する。
【００３８】
また、ＳＩＮＲ推定手段２１は、空間多重送信法を用いる伝送モードにおいては、空間多重されている複数の信号を検出するため、検出する信号毎にフィルタを求める。この結果、ＳＩＮＲは、当該複数の信号の分だけ算出される。
【００３９】
容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定されたＳＩＮＲの基づいて伝送モード毎の通信容量を推定するモジュールである。
【００４０】
例えば、容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定されたＳＩＮＲに基づいて伝送モード毎のフレーム誤り率ＦＥＲを算出し、算出したフレーム誤り率ＦＥＲと変調多値数Ｐとを用いて「（１−ＦＥＲ）×Ｐ」を算出することによって伝送モード毎の通信容量を推定することができる。
【００４１】
また、容量決定手段２２は、空間多重送信法を用いる場合は、多重されている信号毎の通信容量を個別に算出し、算出した通信容量を合計することで空間多重送信法における通信容量を推定することができる。
【００４２】
伝送モード決定手段３は、ＳＩＮＲ推定手段２１により推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定するモジュールである。本実施形態では、伝送モード決定手段３は、第２の信号伝送装置２０に設けられている。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に出力する。
【００４３】
送信信号生成手段４は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに応じて、伝送すべき送信信号を生成するモジュールである。
【００４４】
図３は、送信信号生成手段４の構成及び動作を示す説明図である。本実施形態では、図３に示すように、送信信号生成手段４は、分配機４１と、符号機４２及び４３とから構成されている。
【００４５】
分配機４１は、伝送モード決定手段３から送信された伝送モードを示す伝送モード情報を取得し、取得した伝送モードに基づいて送信信号（入力）を分配するモジュールである。
【００４６】
伝送モード１の場合、分配機４１は、図３（ａ）に示すように、入力１系列を２系列に分割する直列並列変換器として機能する。一方、伝送モード２乃至５の場合、分配機４１は、図３（ｂ）又は（ｃ）に示すように、送信用アンテナ＃１又は＃２を選択する選択器として機能する。
【００４７】
本実施形態では、符号機４２は、アンテナ＃１を介して送信する送信信号用に設けられており、符号機４３は、アンテナ＃２を介して送信する送信信号用に設けられている。
【００４８】
変調手段５は、伝送モード毎に定められた変調多値数Ｐに基づいて、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎにより送信される送信信号を変調するモジュールである。
【００４９】
信号検出手段６は、第２の信号伝送装置２０で受信された信号から、必要な信号を検出して復調するモジュールである。
【００５０】
表１乃至３を参照して、上述の伝送モードの例を説明する。表１に、伝送モードの第１の例の内容を示し、表２に、伝送モードの第２の例の内容を示し、表３に、伝送モードの第３の例の内容を示す。
【００５１】
【表１】
2004194262.tif 000003
伝送モードの第１の例では、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２について、５種類の伝送モード１乃至５が設けられている。各伝送モード１乃至５は、第１の信号伝送装置１０が使用する送信用アンテナの番号及び変調多値数を指定する。
【００５２】
表１において、伝送モード１は、送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して空間多重を行い、各送信用アンテナ＃１又は＃２においてＱＰＳＫ変調を用いるモードである。
【００５３】
また、伝送モード２及び３は、送信用アンテナ＃１又は＃２のみを使用して単一アンテナ送信を行うものであり、各送信用アンテナ＃１又は＃２においてＱＰＳＫ変調を用いるモードである。
【００５４】
また、伝送モード４及び５は、送信用アンテナ＃１又は＃２のみを使用して単一アンテナ送信を行うものであり、各送信用アンテナ＃１又は＃２において１６ＱＡＭ変調を用いるモードである。
【００５５】
なお、本実施形態において、各伝送モードの送信電力の総和は、一定に保つものとする。すなわち、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して空間多重を行う場合、送信用アンテナ１本あたりの送信電力は、単一アンテナ送信を行う場合の送信用アンテナ１本あたりの送信電力の半分となる。
【００５６】
なお、送信用アンテナの本数によって、種々の内容の伝送モードを定義することができる。
【００５７】
例えば、３本の送信用アンテナ＃１乃至＃３を用いる信号伝送システムにおいては、全てのアンテナ＃１乃至＃３を使用して空間多重を行う伝送モードや、２本のアンテナ＃１及び＃３を使用して空間多重を行う伝送モードや、２本のアンテナ＃２及び＃３を使用して空間多重を行う伝送モード等を定義することができる。
【００５８】
また、１本のアンテナ＃３のみを使用して単一アンテナ送信を行う伝送モード等を定義することができる。さらに、複数の符号化率や変調多値数を考慮すれば、さらに多くの伝送モードを定義することができる。
【００５９】
なお、第１の例では、伝送モードの要素として送信用アンテナの本数を指定しているが、受信用アンテナの本数を指定することも可能である。すなわち、受信用アンテナの本数を減らしても、受信電力が十分得られるようなＭＩＭＯ伝搬路においては、受信用アンテナの本数を減らして受信機の消費電力を低減することができる。
【００６０】
【表２】
2004194262.tif 000004
伝送モードの第２の例では、２本の送信アンテナ＃１及び＃２を使用する２つの伝送モードが設けられている。第２の例における伝送モード１と伝送モード２とでは、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の利用の仕方が異なる。
【００６１】
表２において、伝送モード１は、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の各々から、互いに独立な信号を送信する空間多重送信法を用いるものである。
【００６２】
一方、伝送モード２は、時空間ブロック符号化を用いて、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の各々から、互いに従属な信号を送信する送信方法である。時空間ブロック符号化の詳細は、上述の非特許文献１に示されている。
【００６３】
【表３】
2004194262.tif 000005
伝送モードの第３の例では、２本の送信アンテナ＃１及び＃２を使用する２つの伝送モードが設けられている。第３の例における伝送モード１と伝送モード２とでは、第２の例の場合と同様に、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２の利用の仕方が異なる。表３に示すように、第３の例における伝送モード２は、２本の送信用アンテナ＃１及び＃２を使用して、送信ビームフォーミングを用いるものである。
【００６４】
図４を参照して、上述の構成を有する信号伝送システムを用いた信号伝送方法について説明する。図４は、本実施形態に係る信号伝送方法の手順を示すフローチャートである。
【００６５】
ステップＳ１０１において、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間の通信が開始されると、ステップＳ１０２において、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝搬路状態推定手段１が、伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を、通信容量推定手段２に出力する。
【００６６】
通信容量推定手段２が、ステップＳ１０３において、受信処理後の受信信号の伝送モード毎のＳＩＮＲを推定するとともに、ステップＳ１０４において、伝搬路状態推定手段１から入力された伝搬路推定値から伝送モード毎の通信容量を推定する。通信容量推定手段２は、伝送モード毎の通信容量を伝送モード決定手段３に出力する。
【００６７】
ステップＳ１０５において、伝送モード決定手段３が、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて、所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に送出する。
【００６８】
ステップＳ１０６において、送信信号生成手段４は、送出された伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５からＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に送信信号を送信する。また、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３によって決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【００６９】
（本発明の第１の変更例）
なお、本発明は、上述した第１の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更を加えることができる。
【００７０】
すなわち、上述の第１の実施形態において、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３とは、第２の信号伝送装置（受信機）２０に設置されているが、例えば、通信容量推定手段２、伝送モード決定手段３の両方、若しくはいずれかを第１の信号伝送装置（送信機）１０に設置してもよい。
【００７１】
（本発明の第２の変更例）
また、本発明は、上述の第１の実施形態や第１の変更例に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、通信容量推定手段２の構成を変更してもよい。
【００７２】
図５は、複数のアンテナを用いた信号伝送方式として、空間多重送信法及び単一アンテナ送信法を用いることが可能な通信容量推定手段４を示している。
【００７３】
図５に示すように、本変更例において、通信容量推定手段２は、空間相関推定手段２３−１乃至２３−Ｗと、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段２４−１乃至２４−Ｗと、容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗとから構成される。
【００７４】
本変更例において、空間相関推定手段２３は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値を用いて、ＭＩＭＯ伝搬路における空間相関値を算出する空間相関値算出手段を構成する。
【００７５】
また、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段２４は、第２の信号伝送装置（受信機）２０における受信信号の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出手段を構成する。
【００７６】
容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗは、空間相関推定手段２３−１乃至２３−Ｗにより算出された空間相関値と、信号電力対雑音電力比推定手段２４−１乃至２４−Ｗにより算出された信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）とを用いて、各伝送モード（１乃至Ｗ）で達成できる通信容量を決定して出力する。
【００７７】
以下に、空間相関値推定手段２３による空間相関値の算出方法を示す。ここで、Ｎｅ個の送信用アンテナ＃１乃至Ｎｅ及びＭ個の受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍを用いるＭＩＭＯシステムを考える。簡単のため、各送信用アンテナと各受信用アンテナとの間は、周波数フラットである（マルチパスがない１つのパス（伝搬路）である）場合を考える。この場合、ｍ番目の受信用アンテナ＃ｍにおける受信信号ｒｍは、次式で表される。
【００７８】
【数１】
2004194262.tif 000006
ここで、ｈｎｍは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎとｍ番目の受信用アンテナ＃ｍとの間の伝搬路推定値である。ｓｎは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎから送信された信号（シンボル）であり、ｎｍは、ｍ番目の受信用アンテナ＃ｍに付加された雑音である。１〜Ｍ番目の受信用アンテナ＃１乃至＃Ｍでの受信信号をベクトル化すると次式となる。
【００７９】
【数２】
2004194262.tif 000007
ここで、ｈｎ＝［ｈ１ｎ  …  ｈＭｎ］Ｔは、ｎ番目の送信用アンテナ＃ｎから送信される送信信号の空間チャネルであり、ｎ＝［ｎ１  …  ｎＭ］Ｔは、雑音ベクトルである。
【００８０】
また、同一チャネル上の２つの信号の空間相関値として、文献『Ｄ．Ｔａｎａｋａ、Ｔ．Ｏｈｇａｎｅ及びＹ．Ｏｇａｗａ著、「Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｒａｔｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ＳＤＭＡ  ｗｉｔｈ  ａ３−ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｒｒａｙ」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＩＥＩＣＥ、９５頁乃至１００頁、ＲＣＳ  ９７−２５２、ＭＷ９７−１９７（１９９８−０２）』に定義されている空間相関値が用いられるものとする。
【００８１】
この文献に示された定義を用いれば、ｉ番目の送信信号とｊ番目の送信信号の空間相関値ρｉ，ｊは、次式で示される。
【００８２】
【数３】
2004194262.tif 000008
ここで、空間相関値ρｉ，ｊは、複素数であるため、当該複素数のノルム値を用いることとする。本変更例においては、かかる空間相関値ρｉ，ｊを用いて、Ｎｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρＮｅを定義する。第１案は、次式である。
【００８３】
【数４】
2004194262.tif 000009
つまり、Ｎｅ個の全ての送信信号のペアの空間相関値のうち最大値を、Ｎｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρＮｅとする。
【００８４】
第２案は、次式である。
【００８５】
【数５】
2004194262.tif 000010
つまり、Ｎｅ個の全ての送信信号のペアの空間相関値の平均値を、Ｎｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρＮｅとする。
【００８６】
図５に示す空間推定値推定手段２３は、上式のいずれかを用いて空間相関値を算出する。例えば、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４及び４本の受信用アンテナ＃１乃至＃４を用いる信号伝送システムにおいて、送信用アンテナ＃１，＃２，＃４を用いる伝送モードが適用されている場合、空間推定値推定手段２３は、送信用アンテナ＃１，＃２，＃４及び４本の受信用アンテナ＃１乃至＃４で構成されるＮｅ＝３のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値ρＮｅ＝３を上式によって算出する。
【００８７】
図５に示す信号電力対雑音電力比推定手段２４は、次式によって信号電力対雑音電力比ＳＮＲを算出する。
【００８８】
【数６】
2004194262.tif 000011
なお、上式において、σ２は、雑音電力である。
【００８９】
単一アンテナ送信を使用する伝送モード（Ｎｅ＝１）の場合、空間相関値推定手段２３によって算出される空間相関値ρＮｅを定義する必要はなく、信号電力対雑音電力比推定手段がＳＮＲを算出するだけでよい。すなわち、単一アンテナ送信を使用する伝送モードの場合、空間相関値算出手段２３からの出力は、容量決定手段２２による通信品質の算出において使用されない。
【００９０】
すなわち、容量決定手段２２は、複数の送信用アンテナを用いる伝送モードでは、空間相関値とＳＮＲとを用いて伝送モード毎の通信容量を決定し、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードでは、ＳＮＲのみを用いて伝送モード毎の通信容量を決定する。
【００９１】
送信用アンテナの各々の間にマルチパスが存在する場合は、文献『阿部、藤井、冨里著、「周波数選択性ＭＩＭＯチャネル信号伝送用ターボ受信機の信号分離指標の検討」、信学技法、２００２年３月、３７頁乃至４４頁』で定義されるｉ番目の送信信号とｊ番目の送信信号の時空間相関値を用いて、上述の方法と同様な方法で、Ｎｅ入力のＭＩＭＯ伝搬路の空間相関値を定義すればよい。
【００９２】
信号検出手段６は、伝送モードに応じて、受信信号の受信処理を行う。信号検出手段６は、空間多重送信法を使用する伝送モードの場合、非特許文献１で示される復調器の構成とすることができる。信号検出手段６は、送信ダイバーシチや送信ビームフォーミングを使用する伝送モード場合も、既存の受信機の構成とすることができる。
【００９３】
図６を参照して、上述の構成を有する本変更例に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法について説明する。図６は、本変更例に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法の手順を示すフローチャートである。
【００９４】
図６（ａ）に示すように、ステップＳ２０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ２０２において、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝搬路状態推定手段１が、伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を、通信容量推定手段２に出力する。
【００９５】
第２の信号伝送装置２０に設けられている通信容量推定手段２は、ステップＳ２０３において、伝送モード毎の空間相関値及びＳＮＲを推定し、ステップＳ２０４において、推定した伝送モード毎の空間相関値及びＳＮＲに基づいて伝送モード毎の通信容量を推定し、第２の信号伝送装置２０に設けられている伝送モード決定手段３に出力する。
【００９６】
図６（ｂ）を参照して、ステップＳ２０４における通信容量推定手段２の動作を詳述する。通信容量推定手段２は、ステップＳ２０７において、各伝送モードで使用される送信用アンテナの本数を判断する。送信用アンテナを２本以上用いる伝送モードの場合、通信容量推定手段２は、ステップＳ２０９において、空間相関値及びＳＮＲに基づいて当該伝送モードの通信容量の推定を行う。一方、１本の送信用アンテナのみを用いる伝送モードの場合、通信容量推定手段２は、ステップＳ２０８において、受信信号対雑音電力比のみに基づいて当該伝送モードの通信容量の推定を行う。
【００９７】
ステップＳ２０５において、伝送モード決定手段３が、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。伝送モード決定手段３は、決定した伝送モードを、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に送出する。
【００９８】
送信信号生成手段４は、受信した伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５及びＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に当該送信信号を送信する。
【００９９】
ステップＳ２０６において、第２の信号伝送装置２０に設けられた信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１００】
（本発明の第２の実施形態）
図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る信号伝送システムは、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと比して、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３とを、第１の信号伝送装置（送信機）１０に設置している点で異なる。
【０１０１】
詳述すると、図７に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムにあっても、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと同様に、第１の信号伝送装置１０と第２の信号伝送装置２０との間で形成されるＭＩＭＯ伝搬経路を介して信号の伝送を行う。なお、本実施形態においても、第１の信号伝送装置１０が送信機となり、第２の信号伝送装置２０が受信機となる場合を例に説明する。
【０１０２】
具体的には、本実施形態に係る伝送システムは、図７に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、伝送モードに応じた送信信号生成手段４と、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ毎に設けられた変調手段５１−１乃至５１−Ｎと、信号検出手段６とを具備している。
【０１０３】
本実施形態では、第１の信号伝送装置１０に、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３と送信信号生成手段４と変調手段５とが設けられており、第２の信号伝送装置２０に、信号検出手段６が設けられている。
【０１０４】
第２の実施形態に係る信号伝送システムによれば、ＴＤＤ方式のように、送信機１０と受信機２０で同一の周波数を用いる場合等には、送信用の伝搬路状態と受信用の伝搬路状態がほぼ同一となるため、受信信号から求めた伝搬路のパラメータを用いて、送信信号を送信する際に使用する伝送モードを決めることができる。かかる場合に、本実施形態に係る信号伝送システムのように、伝搬路推定値推定手段を送信機１０に設置することが可能となる。
【０１０５】
（本発明に係る第３の実施形態）
図８及び図９を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【０１０６】
図８に示すように、本実施形態に係る信号伝送システムの構成は、上述の第１の実施形態に係る信号伝送システムの構成に加えて、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードを送信信号生成手段４に通知する通知手段として、第１の信号伝送装置１０に設けられた受信手段７と第２の信号伝送装置２０に設けられた送信手段８とを具備する。
【０１０７】
すなわち、第２の信号伝送装置２０に設けられた送信手段８は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードを、第１の信号伝送装置１０にフィードバックするために、当該伝送モードを示す伝送モード情報をビット情報にして第１の信号伝送装置１０に送信するモジュールである。また、第１の信号伝送装置１０に設けられた受信手段７は、第２の信号伝送装置２０よりフィードバックされた伝送モード情報を受信するモジュールである。
【０１０８】
上り通信と下り通信で同一周波数を用いるような信号伝送システムであれば、上り通信において推定された伝搬路パラメータ（伝搬路推定値）を下り通信で用いることができる。しかしながら、上り通信と下り通信で異なる周波数を用いるような信号伝送システムであれば、受信機２０で伝搬路パラメータを推定して、当該伝搬路パラメータを送信機１０にフィードバックする必要がある。かかる場合、ＭＩＭＯ伝搬路推定値（送信用アンテナと受信用アンテナとの間の振幅情報や位相情報等）の全てをフィードバックすると、当該フィードバックによる帯域損失が大きくなる。
【０１０９】
したがって、本実施形態では、伝搬路推定値そのものをフィードバックするのではなく、第２の信号伝送装置２０で伝送モードの決定を行い、決定された伝送モードを第１の信号伝送装置１０にフィードバックする。なお、表１のような５つの伝送モードが使用される場合、フィードバックする情報量は、３ビットとなる。
【０１１０】
このように、決定された伝送モードをビット情報にしてフィードバックすれば、伝送路推定値（パスの数だけの振幅情報や位相情報等）をフィードバックする信号伝送システムに比べて、大幅にフィードバックする情報量を削減することができる。
【０１１１】
また、送信手段８は、決定された伝送モードが前回送信されたフレームにおける伝送モードと同一である場合に「変更なし」を意味するビット情報をフィードバックする用に構成されていてもよいし、決定された伝送モードが前回送信されたフレームにおける伝送モードから変更されている場合のみビット情報をフィードバックすることように構成してもよい。このように構成することで、更にフィードバックする情報量の削減が可能となる。
【０１１２】
本実施形態に係る伝送システムは、具体的には、図８に示すように、伝搬路状態推定手段１と、通信容量推定手段２と、伝送モード決定手段３と、送信信号生成手段４と、送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎ毎に設けられた変調手段５１−１乃至５１−Ｎと、信号検出手段６と、受信手段７と、送信手段８とを有している。
【０１１３】
なお、本実施形態では、第１の信号伝送装置１０に、送信信号生成手段４と変調手段５と受信手段７とが設けられており、第２の信号伝送装置２０に、伝搬路状態推定手段１と通信容量推定手段２と伝送モード決定手段３と信号検出手段６と送信手段８とが設けられている。
【０１１４】
図８を参照して、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を説明する。図８は、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を示すフローチャートである。
【０１１５】
ステップＳ３０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ３０２において、伝搬路状態推定手段１が、伝送モード毎の伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を通信容量推定手段２に出力する。
【０１１６】
ステップＳ３０３において、通信容量推定手段２は、伝送モード毎のＳＩＮＲや空間相関値やＳＮＲを推定する。ステップＳ３０４において、通信容量推定手段２は、推定された伝送モード毎のＳＩＮＲや空間相関値やＳＮＲ等に基づいて、伝搬路状態推定手段１により入力された伝搬路推定値から伝送モード毎の通信容量を推定して伝送モード決定手段３に出力する。
【０１１７】
ステップＳ３０４において、伝送モード決定手段３は、推定された伝送モード毎の通信容量に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。ステップＳ３０６において、決定された伝送モードは、信号検出手段６に出力されるとともに、送信手段８及び受信手段７を介したフィードバックチャネルによって第１の信号伝送装置１０の送信信号生成手段４に通知される。
【０１１８】
ステップＳ３０７において、送出された伝送モードは、第１の信号伝送装置１０の受信手段７により受信され、送信信号生成手段４が、受信した伝送モードに基づいて送信信号を生成し、変調手段５及びＭＩＭＯ伝搬路を経て第２の信号伝送装置２０に信号を送信する。
【０１１９】
ステップＳ３０８において、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モードに従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１２０】
（本発明の効果のシミュレーション結果）
上述の実施形態による効果を、計算機を用いて行ったシミュレーションの結果として示す。なお、本シミュレーションでは、空間相関値として「数４」で定義される式を用い、シミュレーションパラメータとして「表４」に示すものを用いた。
【０１２１】
【表４】
2004194262.tif 000012
なお、表４において、文献［５］は、『Ｄ．Ｃｈｉｚｈｉｋ等著、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｏｆ  ＢＬＡＳＴ  ｉｎ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｎ、Ｌｅｔｔｅｒ、ｖｏｌ．４、Ｎｏ．１１、３３７頁、２０００年１１月』を示し、文献〔６〕は、『阿部他著、「周波数選択性ＭＩＭＯチャネルにおける時空ターボ等化器」、信学技法、ＲＣＳ２０００−２５６、７５頁乃至８０頁』を示す。
【０１２２】
また、本シミュレーションで用いられる伝送モードを、表５に示す。
【０１２３】
【表５】
2004194262.tif 000013
なお、表５に示す伝送モードは、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４を全て用いる伝送モードと、４本の送信用アンテナ＃１乃至＃４のうちのどれか１本を用いる８個の伝送モードとの合計９個の伝送モードを含む。
【０１２４】
また、本シミュレーションで用いた信号伝送システムの構成は、上述した第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムの構成と同様とした。
【０１２５】
図１０及び図１１に、容量決定手段２２のシミュレーションを行った結果を示す。
【０１２６】
図１０は、本シミュレーションにおいて、伝送モード１を用いた場合の空間相関値に対する通信容量の特性を示す。図１０には、上述の「数６」に示す式によって算出されるＭＩＭＯ伝搬路の瞬時のＳＮＲ（ｄＢ）をパラメータとする複数の曲線が表示されている。なお、図１０では、受信フレーム誤り率（ＦＥＲ）と符号化率Ｒと変調多値数Ｐとを用いた計算結果（１−ＦＥＲ）×Ｐ×Ｒを、通信容量（ｂｐｓ／Ｈｚ）としている。
【０１２７】
図１０に示すように、伝送モード１のみを用いた信号伝送システムでは、空間相関値が高い場合、通信容量が大幅に劣化していることが判る。つまり、本実施形態における空間相関値は、空間多重送信法の伝搬路の相関に対する特性劣化を見積もる有効な指標であるといえる。
【０１２８】
また、図１０に示すように、伝搬路の瞬時のＳＮＲ及び空間相関値から通信容量を推定できるため、容量決定手段２２は、図１０のグラフを用いて、通信容量を推定するように構成することが可能である。
【０１２９】
図１１は、本シミュレーションにおいて、単一アンテナ送信（１本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナを用いた送信）を行う伝送モードの場合の瞬時のＳＮＲに対する通信容量の特性を示す。単一アンテナ送信の場合は、空間相関値が不要であるので、図１１には、変調多値数をパラメータとした２本の曲線が表示されている。
【０１３０】
図１１から判るように、瞬時のＳＮＲ及び変調多値数に対応する通信容量は、図１１に示したグラフより推定することができる。
【０１３１】
図１２は、空間相関値とＳＮＲによって適応的に複数の伝送モードを用いる信号伝送システムにおけるシミュレーション結果を示す。具体的には、図１２は、伝搬路の瞬時のＳＮＲが１２ｄＢの場合と１６ｄＢの場合のシミュレーション結果を示している。
【０１３２】
図１２において、右下がりの曲線（太い点線）は、空間多重送信法を使用する伝送モード（伝送モード１）における空間相関値に対する通信容量の特性を示す。一方、ｘ軸にほぼ平行な直線（細い点線）は、単一アンテナ送信を使用する伝送モード（伝送モード２〜９）における空間相関値に対する通信容量の特性を示す。
【０１３３】
また、実線は、本発明の一例のように、伝送モード１乃至９の中から通信容量の一番高い伝送モードを選択した場合の空間相関値に対する通信容量の特性を示す。この場合のＳＮＲは、４本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯ伝搬路のＳＮＲである。
【０１３４】
図１２に示すように、本実施形態に係る信号伝送システム及び信号伝送方法は、空間相関値が低い場合は、空間多重送信法を使用する伝送モード１を用いて、より高い通信容量を達成し、空間相関値が低い場合は、単一アンテナ送信を使用する伝送モード２乃至９のいずれかを用いて、より高い通信容量を達成することによって、伝搬路の相関が高い場合の空間多重送信法（伝送モード１）における大幅な特性劣化を補償していることが判る。
【０１３５】
以上のことから、本発明に係る信号伝送システム及び信号伝送方法を用いることにより、伝搬路の相関が高い場合の空間多重送信法の特性劣化を改善できることが判る。
【０１３６】
（本発明の第４の実施形態）
図１３乃至図１６を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【０１３７】
本実施形態に係る信号伝送システムは、上述した第１の実施形態に係る信号伝送システムと比して、第１の信号伝送装置１０に増幅制御手段９を設けている点と、通信容量推定手段２及び伝送モード決定手段３の機能の点で異なる。
【０１３８】
本実施形態における通信容量推定手段２は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値から、伝送モード毎の通信容量を推定すると共に、当該伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算するモジュールである。
【０１３９】
具体的には、通信容量推定手段２は、図１４に示すように、ＳＩＮＲ推定手段２１−１乃至２１−Ｗと、電力分配値計算手段２５−１乃至２５−Ｗと、容量決定手段２２−１乃至２２−Ｗとを具備している。
【０１４０】
ＳＩＮＲ推定手段２１は、伝搬路状態推定手段１により推定された伝搬路推定値を用いて、第２の信号伝送装置（受信機）２０における受信信号の信号電力対干渉電力・雑音電力比（ＳＩＮＲ）を算出するモジュールである。
【０１４１】
電力分配値計算手段２５は、ＳＩＮＲ推定手段２１により算出されたＳＩＮＲを用いて、伝送モード毎の通信容量が最大となる電力分配値を計算するモジュールである。また、電力分配値計算手段２５は、伝送モード決定手段３によって決定された伝送モードの電力分配値を、フィードバックチャネル等を介して、信号検出手段６及び第１の信号伝送装置（送信機）１０の増幅制御手段９に送信する。
【０１４２】
電力分配値計算手段２５は、伝送モード決定手段３から送信された伝送モード情報に応じて、所定の伝送モードについての電力分配値のみを計算するように構成されていてもよい。
【０１４３】
容量決定手段２２は、ＳＩＮＲ推定手段２１によって推定されたＳＩＮＲ及び電力分配値計算手段２５によって計算された電力分配値に基づいて、伝送モード毎の通信容量を決定するモジュールである。
【０１４４】
伝送モード決定手段３は、通信容量推定手段２により推定された伝送モード毎の通信容量及び電力分配値に基づいて、所望の通信容量を満たす最適な伝送モードを決定するモジュールである。
【０１４５】
増幅制御手段９は、通信容量推定手段２から送信された電力分配値に応じて、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎの送信信号の送信電力を制御（増幅）するモジュールである。
【０１４６】
増幅制御手段９は、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎに対して、独立に送信信号の送信電力を制御するように構成されていてもよい。
【０１４７】
また、増幅制御手段９が、独立した複数の増幅器によって構成されていると、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎの送信電力の不均等性により、非効率に送信信号の増幅がなされる可能性がある。したがって、かかる問題点を回避するために、増幅制御手段９は、マルチポート増幅器によって構成されていてもよい。
【０１４８】
従来の信号伝送システムでは、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎが、等電力で送信信号を送信するため、通信容量の観点からは最適ではないという問題点があった。この点、本実施形態に係る信号伝送システムによれば、増幅制御手段９によって送信信号の送信電力を最適に制御することができ、従来の問題点を解消することができる。
【０１４９】
以下、電力分配値計算手段２５が電力分配値を計算する方法の一例を示す。
【０１５０】
電力分配値として、Ｎ個の係数（λ１  …  λＮ）を用いる。ここで、各送信用アンテナ＃１乃至＃Ｎによる総送信電力Ｐｔが一定であるため、Ｎ＝λ１＋…＋λＮの関係が成立する。
【０１５１】
また、伝送モード毎の通信容量Ｃを推定するための式は、以下の通りである。
【０１５２】
【数７】
2004194262.tif 000014
上述の（１）式に対して、通信容量Ｃが最大になるように、Ｎ個の係数（λ１…  λＮ）ｏｐｔｉが決定される。具体的には、式（λ１  …  λＮ）ｏｐｔｉ＝ａｒｇｍａｘＣによって、Ｎ個の係数（λ１  …  λＮ）ｏｐｔｉが決定される。
【０１５３】
Ｌａｒｇｒａｎｇｅ乗数法によって、最適なＮ個の係数（λ１  …  λＮ）ｏｐｔｉは、以下のように求められる。
【０１５４】
【数８】
2004194262.tif 000015
電力分配値計算手段２５は、このようにして求めた最適なＮ個の係数（λ１  …  λＮ）ｏｐｔｉを、電力分配値として、第１の信号伝送装置１０の増幅制御手段９及び信号で信号検出手段６に送信する。
【０１５５】
図１５を参照して、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法の動作を説明する。図１５は、本実施形態に係る信号伝送システムを用いた信号伝送方法を示すフローチャートである。
【０１５６】
図１５に示すように、ステップＳ４０１において、第１の信号伝送装置（送信機）１０と第２の信号伝送装置（受信機）２０との間の通信が開始されると、ステップＳ４０２において、伝搬路状態推定手段１が、伝送モード毎の伝搬路推定値を推定する。伝搬路状態推定手段１は、推定した伝搬路推定値を通信容量推定手段２に出力する。
【０１５７】
通信容量推定手段２は、ステップＳ４０３において、伝送モード毎のＳＩＮＲを推定すると共に、ステップＳ４０４において、推定した伝送モード毎のＳＩＮＲに基づいて、送信用アンテナ毎の電力分配値を計算する。ステップＳ４０５において、通信容量推定手段２は、伝送モード毎のＳＩＮＲ及び送信用アンテナ毎の電力分配値に基づいて、伝送モード毎の推定容量を推定して伝送モード決定手段３に出力する。
【０１５８】
ステップＳ４０６において、伝送モード決定手段３は、推定された伝送モード毎の通信容量及び電力分配値に基づいて所望の通信容量を満たす伝送モードを決定する。
【０１５９】
ステップＳ４０７において、伝送モード決定手段３が、決定した伝送モードを、信号検出手段６にフィードバックするとともに、通信容量推定手段２が、決定された伝送モードに対応する電力分配値を信号検出手段６及び第１の信号伝送装置１０の増幅制御手段９にフィードバックする。
【０１６０】
ステップＳ４０８において、増幅制御手段９が、通信容量推定手段２から送信された電力分配値に基づいて、各送信用アンテナにおける送信信号の送信電力を制御する。
【０１６１】
ステップＳ４０９において、第２の信号伝送装置２０の信号検出手段６は、伝送モード決定手段３により決定された伝送モード及び通信容量推定手段によって計算された電力分配値に従って、信号の検出及び復調を行う。
【０１６２】
本実施形態による効果を、計算機を用いて行ったシミュレーションの結果として示す。なお、本シミュレーションは、以下のような条件の下で行われた。
【０１６３】
第１に、本シミュレーションは、単一の搬送波が用いられており、単一の受信機２０が存在している環境を想定している。第２に、本シミュレーションは、伝搬路に、準静的フラットレイリーフェージング（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｃ  ｆｌａｔ  Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｆａｄｉｎｇ）が発生する環境を想定している。第３に、フェージングチャネル間の相関の取り方は、３ＧＰＰ標準の条件に従っている。第４に、通信容量は、１００個の送信フレームの時間平均によって算出されている。第５に、４本の送信用アンテナと４本の受信用アンテナが使用されており、受信方法は、Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ（ｎｕｌｌｉｎｇ）方式が用いられている。
【０１６４】
図１６に示すように、電力分配値を用いた場合の方が、電力分配値を用いない場合よりも、通信容量が大きいことが分かる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信用アンテナを有する送信機１０から受信用アンテナを有する受信機２０に信号伝送を行う空間多重送信法を用いた信号伝送システムにおいて、ＭＩＭＯ伝搬路の状態を把握し、把握したＭＩＭＯ伝搬路の状態に適した信号伝送を行うことにより、ＭＩＭＯ伝搬路の相関が高い場合に通信容量の大幅な劣化を回避して、常に高い通信容量を得ることができ、相関の高いＭＩＭＯ伝搬路における大幅な特性劣化を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムにおける送信信号生成手段の構成及び動作を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２の変更例に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムにおける通信容量推定手段の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る信号伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】従来の空間多重送信法を使用する信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…伝搬路状態推定手段
２…通信容量推定手段
３…伝送モード決定手段
４…送信信号生成手段
５、５１…変調手段
６…信号検出手段
７…受信手段
８…送信手段
９…増幅制御手段
１０…第１の信号伝送装置（送信機）
２０…第２の信号伝送装置（受信機）
２１…ＳＩＮＲ推定手段
２２…容量決定手段
２３…空間相関値推定手段
２４…信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）推定手段
２５…電力分配値計算手段
４１…分配機
４２、４３…符号機
【図１】
2004194262.tif 000016
【図２】
2004194262.tif 000017
【図３】
2004194262.tif 000018
【図４】
2004194262.tif 000019
【図５】
2004194262.tif 000020
【図６】
2004194262.tif 000021
【図７】
2004194262.tif 000022
【図８】
2004194262.tif 000023
【図９】
2004194262.tif 000024
【図１０】
2004194262.tif 000025
【図１１】
2004194262.tif 000026
【図１２】
2004194262.tif 000027
【図１３】
2004194262.tif 000028
【図１４】
2004194262.tif 000029
【図１５】
2004194262.tif 000030
【図１６】
2004194262.tif 000031
【図１７】
2004194262.tif 000032