(57)【要約】【課題】  ドプラ変動などがある実環境を考慮した適応符号化変調機能及び簡易で高効率な適応電力制御機能を搭載したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを提供する。【解決手段】固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調手段と選択型等分配電力制御手段とから構成される送信適応制御手段を具備する。前記送信適応制御手段による送信適応制御がスループット最大化もしくはビット誤り率に関する拘束条件下でのスループット最大化を目的関数とするものである。前記固有モードのＳＩＮＲの値がチャネル推定誤差の推定値、固有ビーム利得損失の推定値及び固有ビーム間干渉の推定値に基づいて計算される。前記チャネル推定誤差と前記固有ビーム利得損失と前記固有ビーム間干渉はチャネルの最大ドプラ周波数及び時間相関に基づいて推定される。前記選択型等分配電力制御手段ではアクティブな固有モードを選択し選択された固有モードに全電力を等分配する。【選択図】  図１
2005252834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調手段と、選択型等分配電力制御手段とから構成される送信適応制御手段を具備することを特徴とするＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム。
【請求項２】
前記送信適応制御手段による送信適応制御が、スループット最大化もしくはビット誤り率に関する拘束条件下でのスループット最大化を目的関数とするものである請求項１に記載のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム。
【請求項３】
前記固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲの値が、チャネル推定誤差の推定値、固有ビーム利得損失の推定値及び固有ビーム間干渉の推定値に基づいて計算される請求項１に記載のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム。
【請求項４】
前記チャネル推定誤差と前記固有ビーム利得損失と前記固有ビーム間干渉はチャネルの最大ドプラ周波数及び時間相関に基づいて推定される請求項３に記載のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム。
【請求項５】
前記選択型等分配電力制御手段では、アクティブな固有モードを選択し、選択された固有モードに全電力を等分配する請求項１に記載のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム。
【請求項６】
ＯＦＤＭサブキャリア毎に、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを含み、且つ、前記選択型等分配電力制御手段による選択型等分配電力制御における総電力は、全てのＯＦＤＭサブキャリアにおける全ての固有モードに割当てられた電力の和となるようにすることを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システム。
【請求項７】
同一順位の固有モードに対しては、全ＯＦＤＭサブキャリアで同一の送信適応制御を行う請求項６に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス通信システムに関し、特に、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム及びＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、限られた周波数帯域で大容量伝送を実現する技術として、マルチプルインプット・マルチプルアウトプット（ＭＩＭＯ）固有モード適応伝送システムが注目を集めている。このＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムの概要を以下に説明する。
【０００３】
送信側にＭ本、受信側にＮ本のアンテナを用いた狭帯域ＭＩＭＯ通信システムを考える。このとき、Ｍ次の送信信号ベクトルを
2005252834.tif 000003
とすると、Ｎ次の受信信号ベクトル
2005252834.tif 000004
はＮ×Ｍ次のチャネル行列
2005252834.tif 000005
を用いて、下記数１のように表すことができる。
【０００４】
【数１】
2005252834.tif 000006
ここで、
2005252834.tif 000007
はＮ次の加法性雑音ベクトルであり、その共分散は下記数２で与えられる。
【０００５】
【数２】
2005252834.tif 000008
一方、チャネル行列
2005252834.tif 000009
は下記数３のように特異値分解することができる。
【０００６】
【数３】
2005252834.tif 000010
ここで、
2005252834.tif 000011
および
2005252834.tif 000012
はその列ベクトルが互いに直交した左および右特異行列であり、Σはｍ＝ｍｉｎ[Ｍ,Ｎ]個の直交したチャネル（これを一般に固有モードと呼ぶ）の伝達係数を表す特異値を要素とする対角行列である。
【０００７】
そこで、下記数４のように
2005252834.tif 000013
を送信固有ビーム（つまり、送信ウェイト）、下記数５のように
2005252834.tif 000014
を受信固有ビーム（つまり、受信ウェイト）として用いることによって、下記数６で表される固有モード伝送を行うことが出来る。
【０００８】
【数４】
2005252834.tif 000015
【０００９】
【数５】
2005252834.tif 000016
【００１０】
【数６】
2005252834.tif 000017
ここで、各固有モードのチャネル応答は下記数７で表される。
【００１１】
【数７】
2005252834.tif 000018
また、
2005252834.tif 000019
は下記数８のように各固有モードに割当てられる電力を表し、その総電力は下記数９のように表される。ちなみに、総電力の上限値は電波法で規定されている。
【００１２】
【数８】
2005252834.tif 000020
【００１３】
【数９】
2005252834.tif 000021
また、下記数１０で表す
2005252834.tif 000022
は、各固有モードに割当てられる送信シンボルであり、１シンボルがｒ[ｂｉｔ]の情報を有する変調および符号化率がｃを有する符号化が施されている。
【００１４】
【数１０】
2005252834.tif 000023
ここで、例えばシステムスループットが最大になるように、各固有モードの送信電力Ｐ、変調ビット数ｒ及び符号化率ｃを適応的に制御するＭＩＭＯ通信システムは、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムと呼ばれる。
【００１５】
図６は従来のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムの一構成例（Ｍ＝Ｎ＝４の場合の例）を表している。図６において、１０１はシリアルパラレル変換回路で、１０２は符号化変調回路で、１０３は電力制御回路で、１０４は送信固有ビーム形成回路で、１０５は送信アレーアンテナで、１０６は受信アレーアンテナで、１０７は受信固有ビーム形成回路で、１０８は復調復号回路で、１０９はパラレルシリアル変換回路で、１１０はチャネル推定回路で、１１１は特異値展開計算回路で、１１２Ａは適応符号化変調制御回路で、１１２Ｂは適応電力制御回路で、１１３は受信適応制御回路で、１１４は制御回線である。
【００１６】
図６に示されるように、このＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムでは、伝搬環境に応じて各固有モードの変調方式（例として、１６ＱＡＭ,ＱＰＳＫ,ＢＰＳＫ,ｎｏｎｅ）と電力（総電力を１として０.１単位）を適応的に制御している。
【００１７】
ところで、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおける重要な機能ブロックとして、適応電力制御（図６の適応電力制御回路１１２Ｂを参照）及び適応符号化変調（図６の適応符号化変調制御回路１１２Ａを参照）がある。これらに関して、従来技術としては、例えば特許文献１に開示された、注水定理に基づく適応電力制御及び適応符号化変調を具備したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムがある。その動作原理は次のようになっている。
【００１８】
つまり、特許文献１に開示された、注水定理に基づく適応アルゴリズムを採用するＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムでは、情報理論に基づく解析を用いて下記数１１を用いて各固有モードの電力を決定し、下記数１２を用いて各固有モードの変調ビット数および符号化率の組合せを決定するようにしている。
【００１９】
【数１１】
2005252834.tif 000024
【００２０】
【数１２】
2005252834.tif 000025
ここで、μは上記数９を満たすように決定される媒介変数である。特許文献１に開示されたこのＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに採用されたアルゴリズムは、情報理論的には最適であるが、実環境においては変調ビット数および符号化率が離散的な組合せしか持たないこと、また、有限の性能を持つ符号化方式が採用されていること（例えば、畳込み符号）から伝送特性が劣化するといった問題がある。このような問題があるので、注水定理に基づく適応アルゴリズムは、現在の技術では実用化できない。
【００２１】
そこで、上述した問題を解決するために、電力、変調ビット数および符号化率に関して、例えばスループットを最大化する組合せを全探索する方法が提案されている。例えば、非特許文献１に開示された、スループットを最大化する電力・符号化変調を全探索するＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおいて、各固有モードの受信信号対雑音電力（ＳＮＲ）は、下記数１３で計算されるため、各固有モードの誤り率およびスループットは、それぞれ下記数１４、数１５で表される。
【００２２】
【数１３】
2005252834.tif 000026
【００２３】
【数１４】
2005252834.tif 000027
【００２４】
【数１５】
2005252834.tif 000028
ここで、ｂｅｒはある符号化変調方式に相当する誤り率関数であり、また、ｔｐはある信号フレームフォーマットでのスループット関数である。これらの関数を用いて、下記数１６のようにシステム全体のスループットを最大化する電力、変調ビット数および符号化率の組合せを全探索する。
【００２５】
【数１６】
2005252834.tif 000029
上述したように、非特許文献１に開示された、このＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに採用された全探索に基づく適応アルゴリズムは、限られた符号化変調方式および離散的な電力ステップの中で最適な組合せを探索することができるが、探索する電力のステップ数をＬとすると、計算量がＬのｍ乗となり、膨大な計算量となるといった問題がある。
【００２６】
このように、例えば特許文献１に開示された注水定理に基づくアルゴリズムでは離散的な変調ビット数及び符号化率を有する有限性能の符号化変調方式を採用したときに特性が大きく劣化する問題点がある。また、例えば非特許文献１に開示された全探索に基づくアルゴリズムでは適応制御に膨大な計算量が必要となるといった問題点がある。
【００２７】
更に、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを実際に実装する場合には、実環境における不完全性（問題点）を考慮しなければならない。第１の不完全性（問題点）とは、チャネル推定誤差である。誤差を含んだチャネル行列の推定値を下記数１７で表す。
【００２８】
【数１７】
2005252834.tif 000030
また、チャネルを推定するフレームと実際にデータ送信するフレームは異なるため、ドプラ変動などによりチャネルが変動する。変動したチャネル行列を下記数１８とする。
【００２９】
【数１８】
2005252834.tif 000031
このとき実環境においては下記数１９が成り立つため、固有ビーム利得の損失および固有モード間干渉が発生し、伝送特性が大きく劣化するといった問題がある。
【００３０】
【数１９】
2005252834.tif 000032
【特許文献１】特開２００１−２３７７５１号公報
【非特許文献１】宮下、外５名，「ＭＩＭＯチャネルにおける固有ビーム空間分割多重（Ｅ-ＳＤＭ)方式」、信学技報,２００２年５月,ＲＣＳ２００２−５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
要するに、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送方式を実用化するために、次の問題点を解決する必要がある。第１の問題点とはドプラ変動などがある実環境における伝送特性劣化という問題で、第２の問題点とは膨大な計算量を必要とする適応制御という問題である。
【００３２】
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ドプラ変動などがある実環境を考慮した適応符号化変調機能及び簡易で高効率な適応電力制御機能を搭載した、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム及びＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、ＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに関し、本発明の上記目的は、固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調手段と、選択型等分配電力制御手段とから構成される送信適応制御手段を具備することにより、或いは、前記送信適応制御手段による送信適応制御が、スループット最大化もしくはビット誤り率に関する拘束条件下でのスループット最大化を目的関数とするものであることにより、或いは、前記固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲの値が、チャネル推定誤差の推定値、固有ビーム利得損失の推定値及び固有ビーム間干渉の推定値に基づいて計算されるようにすることにより、或いは、前記チャネル推定誤差と前記固有ビーム利得損失と前記固有ビーム間干渉はチャネルの最大ドプラ周波数及び時間相関に基づいて推定されるようにすることにより、或いは、前記選択型等分配電力制御手段では、アクティブな固有モードを選択し、選択された固有モードに全電力を等分配することによって効果的に達成される。
【００３４】
また、本発明は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムに関し、本発明の上記目的は、ＯＦＤＭサブキャリア毎に、上述した本発明のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを含み、且つ、前記選択型等分配電力制御手段による選択型等分配電力制御における総電力は、全てのＯＦＤＭサブキャリアにおける全ての固有モードに割当てられた電力の和となるようにすることにより、或いは、同一順位の固有モードに対しては、全ＯＦＤＭサブキャリアで同一の送信適応制御を行うことによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【００３５】
まず、本発明に係る受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調アルゴリズムを用いることによって、ＭＩＭＯシステムの伝送特性劣化を防ぐことができるといった優れた効果を奏する。
【００３６】
また、本発明に係る選択型等分配電力制御アルゴリズムを用いることによって、ＭＩＭＯシステムの計算負荷を低減することができるといった優れた効果を奏する。例えば、実施例では、非特許文献１に開示された全探索法の場合に、Ｌのｍ乗となる、つまり例えばＬ＝８０、ｍ＝４のとき４０,９６０,０００回の計算量が必要であるのに対して、本発明ではたったの１０回の計算量となる。本発明によれば、ＭＩＭＯシステムの計算負荷の低減の効果は一目瞭然である。
【００３７】
つまり、受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調アルゴリズムと選択型等分配電力制御アルゴリズムとから構成される本発明に係る送信適応制御アルゴリズムをＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに実装することによって、ドプラ変動などがある実環境において、高い実用性のあるＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムが得られる。勿論、本発明に係る送信適応アルゴリズムをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムに実装することによって、ドプラ変動などがある実環境において、高い実用性のあるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムも得られるわけである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
まず、本発明の着眼点として、上述した第１の問題点を解決するために、受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲ（つまり、受信信号対干渉雑音比）に基づいた適応符号化変調手段を備えたＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを導入する。当該適応符号化変調手段により、ドプラ変動などがある環境においても、高い伝送容量を実現することができる。また、上述した第２の問題点を解決するために、アクティブな固有モードを選択し、選択された固有モードに全電力を等分配する選択型等分配電力制御手段を備えたＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを導入する。当該選択型等分配電力制御手段により、システムの伝送特性を劣化させることなく必要な計算量を大幅に削減することができる。
【００４０】
要するに、上記適応符号化変調手段と上記選択型等分配電力制御手段とから構成される本発明に係る送信適応制御手段をＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに備えることによって、従来の問題点を簡単に解決することができる。
【００４１】
ここで、本発明に係る送信適応制御手段を備えたＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムのシステムパラメータとして、Ｔはトレーニング長で、Ｆはフィードバックデータ長で、Ｄはデータ長で、Ｌはフレーム長（つまり、Ｌ＝Ｔ＋Ｆ＋Ｄ）で、Ｔsymはシンボル長で、ＰＴはトレーニングに割当てられた電力で、ＰＤはデータに割当てられた電力で、ｂｋは特異ベクトルの量子化ビット数である。Ｔfbは制御回線のフィードバック遅延である。
＜１＞本発明の適応符号化変調手段に採用されるアルゴリズム
本発明の適応符号化変調アルゴリズムは、受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲ（つまり、受信信号対干渉雑音比）に基づいたものである。具体的に、以下のようになっている。
【００４２】
つまり、本発明の適応符号化変調手段では、実環境におけるＭＩＭＯ固有モード適応伝送の特性劣化を防ぐために、まず、チャネル推定誤差、固有ビーム利得損失、固有モード間干渉を適切に推定し、そして、これらの不完全性が存在する環境での各固有モードの受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲを下記数２０により予測するようにしている。
【００４３】
【数２０】
2005252834.tif 000033
ここで、εはチャネル推定誤差の推定値、χは固有ビーム利得損失の推定値、ξは固有モード間干渉の推定値をそれぞれ表しており、各々下記数２１、数２２、数２３で計算される。
【００４４】
【数２１】
2005252834.tif 000034
【００４５】
【数２２】
2005252834.tif 000035
【００４６】
【数２３】
2005252834.tif 000036
また、上記数２２において、ρTxとρRxは、それぞれ送信固有行列
2005252834.tif 000037
と受信固有行列
2005252834.tif 000038
の時間相関係数を表し、下記数２４、数２５でそれぞれ計算される。
【００４７】
【数２４】
2005252834.tif 000039
【００４８】
【数２５】
2005252834.tif 000040
更に、上記数２４及び上記数２５におけるρcは、チャネルの時間相関係数を表し、予め計測されるものである。
＜２＞本発明の選択型等分配電力制御手段に採用されるアルゴリズム
本発明では、全探索法における計算負荷を軽減するために、選択型等分配電力制御アルゴリズムを導入する。本発明の選択型等分配電力制御アルゴリズムでは、下記数２６に示すように、ｍ個の固有モードより電力の大きい
2005252834.tif 000041
個の固有モードを選択し、それらに全電力を等分配するようにしている。
【００４９】
【数２６】
2005252834.tif 000042
従って、本発明の選択型等分配電力制御アルゴリズムにおける計算負荷は、全探索法における電力のステップ数に関わらず、下記数２７に表されるように一定となる。
【００５０】
【数２７】
2005252834.tif 000043
また、本発明では、選択型等分配電力制御アルゴリズムをＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムに適用させることによっては、スループット特性の劣化が、後述する実施例にも示すように、非常に小さい。
＜３＞本発明に係る送信適応制御アルゴリズムをＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムへの適用
本発明に係る送信適応制御アルゴリズムを適用したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム（以下、本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムと称する）の一構成例を図１に示す。
【００５１】
図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおいて、１０１はシリアルパラレル変換回路で、１０２は符号化変調回路で、１０３は電力制御回路で、１０４は送信固有ビーム形成回路で、１０５は送信アレーアンテナで、１０６は受信アレーアンテナで、１０７は受信固有ビーム形成回路で、１０８は復調復号回路で、１０９はパラレルシリアル変換回路で、１１０はチャネル推定回路で、１１１は特異値展開計算回路で、１１２は適応符号化変調制御回路と適応電力制御回路を含む送信適応制御回路で本発明の送信適応制御アルゴリズムが採用されており、１１３は受信適応制御回路で、１１４は制御回線である。ここで、シリアルパラレル変換回路１０１、符号化変調回路１０２、電力制御回路１０３及び送信固有ビーム形成回路１０４は、固有モード適応送信回路を形成し、また、受信固有ビーム形成回路１０７、復調復号回路１０８及びパラレルシリアル変換回路１０９は、固有モード適応受信回路を形成する。
【００５２】
また、図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおいて、チャネル推定回路１１０及び特異値展開計算回路１１１は、基本構成ではＢ局に実装され、計算された右特異行列及び特異値は、制御回線１１４を介してＡ局へフィードバックされる。しかし、Ａ局からＢ局への通信とＢ局からＡ局への通信が、同一の周波数帯を用いる場合には、チャネル推定回路１１０及び特異値展開計算回路１１１をＡ局及びＢ局の双方へ実装することによって、制御回線の負荷を軽減することができる。
【００５３】
なお、通常、送信固有ビーム形成回路１０４と送信アレーアンテナ１０５の間にはＤＡ変換器とアップコンバータが接続されるが、図１では省略している。同様に、受信アレーアンテナ１０６と受信固有ビーム形成回路１０７の間にはダウンコンバータとＡＤ変換器が接続されるが、図１では省略している。
【００５４】
図１のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおいて、送信適応制御回路１１２に含まれる適応電力制御回路に本発明の選択型等分配電力制御アルゴリズムを採用し、また、送信適応制御回路１１２に含まれる適応符号化変調制御回路に本発明の受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調アルゴリズムを採用するように構成されている。
【００５５】
つまり、本発明では、送信適応制御回路１１２の動作原理は次のようになっている。先ず、各固有モードに対して、数２６に基づいて選択型等分配電力制御を行い、次に、固有モードに割当てられた電力量から、数２０に基づいて各固有モードのＳＩＮＲを計算する。最後に、数１３〜数１６におけるＳＮＲを数２０に基づいて計算されたＳＩＮＲに置き換えることによって、エラーマージンを考慮した上でスループットを最大とする符号化変調方式の組合せを選択するようになっている。
【００５６】
なお、数１５におけるスループットの計算は、予めＳＩＮＲに対する最大スループットとそれを実現する符号化変調方式を図２のようにテーブル化（ＬＵＴ）することで、簡単に実装することができる。また、目標関数としてスループット最大化だけではなく、ビット誤り率に対する拘束条件も設ける場合は、それに対応したＬＵＴを用意するだけでよい。
【００５７】
図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムにおいて、送信適応制御回路１１２で行われる送信適応制御（つまり、電力・符号化変調適応制御）の手順を図３のフローチャートに示す。図３に示されるように、先ず、
2005252834.tif 000044
を入力し（ステップＳ１００）、初期化する（ステップＳ１１０）。数２６に基づいて選択型等分配電力制御を行い（ステップＳ１２０）、数２０に基づいてＳＩＮＲ最悪値を計算する（ステップＳ１３０）。次に、数１４と数１５から計算されたＬｏｏｋ−Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ（ＬＵＴ）を用いて各固有モードの誤り率とスループットを計算し（但し、ＳＮＲｋの代わりにＳＩＮＲｋを用いる）、適応符号化変調制御を行う（ステップＳ１４０）。そして、総スループットを計算し（ステップＳ１５０）、最適の
2005252834.tif 000045
を選択する（ステップＳ１６０）。選択された
2005252834.tif 000046
が成立するかどうかを判断する（ステップＳ１７０）。成立しない場合に、
2005252834.tif 000047
にしてから、ステップＳ１２０に戻り、
2005252834.tif 000048
が成立するまでに、ステップＳ１２０からステップＳ１６０までの処理を繰り返す。一方、
2005252834.tif 000049
が成立した場合に、本発明の送信適応制御が終了する。
＜４＞本発明に係る送信適応制御アルゴリズムをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムへの適用
本発明に係る送信適応制御アルゴリズムを適用したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システム（以下、本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムと称する）の一構成例を図４に示す。
【００５８】
図４に示された本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムにおいて、２０１はＯＦＤＭのためのシリアルパラレル変換回路で、２０２は固有モード適応送信回路（図１の固有モード適応送信回路に同じ）で、２０３はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのパラレルシリアル変換回路で、２０４は逆フーリエ変換回路で、２０５は送信アレーアンテナで、２０６は受信アレーアンテナで、２０７はフーリエ変換回路で、２０８はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのシリアルパラレル変換回路で、２０９は固有モード適応受信回路（図１の固有モード適応受信回路に同じ）で、２１０はＯＦＤＭのためのパラレルシリアル変換回路で、２１１はＯＦＤＭサブキャリア毎のチャネル推定回路で、２１２はＯＦＤＭサブキャリア毎の特異値展開計算回路で、２１３は適応符号化変調制御回路２１３Ａと適応電力制御回路２１３Ｂを含む送信適応制御回路で本発明の送信適応制御アルゴリズムが採用されており、２１４は受信適応制御回路で、２１５は制御回線である。
【００５９】
図４に示された本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムでは、基本的には、図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムをＯＦＤＭサブキャリア毎に有するシステムとなっている。ゆえに、各ＯＦＤＭサブキャリアにおいて、図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムと同様の送信適応制御を行うことによって、本発明の選択型等分配電力制御アルゴリズムと受信信号対干渉雑音電力ＳＩＮＲに基づいた適応符号化変調アルゴリズムを実装するようにしている。
【００６０】
ただし、図４に示された本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムにおいて、選択型等分配電力制御における総電力は、全てのＯＦＤＭサブキャリアにおける全ての固有モードに割当てられた電力の和となる。
【００６１】
なお、本発明に係る送信適応制御アルゴリズムを適用したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムにおいて、同一順位の固有モードに対しては、全ＯＦＤＭサブキャリアで同一の送信適応制御を行うことで、システムの負荷を軽減することができる。
【００６２】
また、図４に示された本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムにおいて、ＯＦＤＭサブキャリア毎のチャネル推定回路２１１及びＯＦＤＭサブキャリア毎の特異値展開計算回路２１２は、基本構成ではＢ局に実装され、計算された右特異行列及び特異値は、制御回線２１５を介してＡ局へフィードバックされる。しかし、Ａ局からＢ局への通信と、Ｂ局からＡ局への通信が同一の周波数帯を用いる場合には、ＯＦＤＭサブキャリア毎のチャネル推定回路２１１及びＯＦＤＭサブキャリア毎の特異値展開計算回路２１２をＡ局及びＢ局の双方へ実装することによって制御回線の負荷を軽減できる。
【００６３】
また、通常、逆フーリエ変換回路２０４と送信アレーアンテナ２０５の間にはＤＡ変換器とアップコンバータが接続されるが、図４では省略している。同様に、受信アレーアンテナ２０６とフーリエ変換回路２０７の間にはダウンコンバータとＡＤ変換器が接続されるが、図４では省略している。
＜５＞実施例
本発明の実施例として、図１に示されたＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムを示す。図１に示されたＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムでは、送受信のアンテナ本数は４とし、ＭＩＭＯ伝搬チャネルは独立で無相関なモデルを用いた。適応変調方式は１６ＱＡＭ,８ＰＳＫ,ＱＰＳＫ,ＢＰＳＫ,ｎｏｎｅより選択する。また、スループットを計算するためのフレーム長は１２８ビットとし、内３１ビットをチャネル行列を推定するためのトレーニング信号とした。また、実環境における不完全性を模擬するために、フィードバック周期（１／Ｔfb）で規格化されたドプラ周波数ｆｎをパラメータとした。
【００６４】
特許文献１に開示された注水定理に基づくアルゴリズムを適用したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム（以下では、注水定理と略する）、非特許文献１に開示された全探索に基づく適応アルゴリズムを適用したＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム（以下では、全探索法と略する）、及び図１に示された本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システム（以下では、本発明と略する）のスループット特性の比較結果を図５に示す。
【００６５】
図５から分かるように、まず、理想的な環境（つまり、ｆｎ＝０）に、全探索法と本発明のスループット特性はほぼ一致しているが、注水定理は、変調ビット数が離散的な組合せしかないことから、スループット特性が大きく劣化している。一方、本発明は全探索法に比べて計算量を１,０００,０００分の１にしているにも関わらずほぼ同等の性能を有している。
【００６６】
また、図５から、実環境における不完全性がある場合（つまり、ｆｎ＝０.０３５）には、注水定理も全探索法もＳＮ比（ＳＮＲ）が高い領域でスループット特性が大きく劣化しているものの、本発明ではその劣化量が非常に小さいことがよく分かる。例えば、受信ＳＮ比が４０[dB]のとき、注水定理のスループット値は約８[bits/s/Hz]で、全探索法は約６[bits/s/Hz]であると伝送特性が劣化するのに対して、本発明では約１０[bits/s/Hz]であると伝送特性の劣化が最も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムの一構成例を示すブロック図である。
【００６８】
【図２】本発明において、ＳＩＮＲに対する最大スループットとそれを実現する適応変調方式のＬＵＴの一例を示す図である。
【図３】本発明における電力・符号化変調適応制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図４】本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有モード適応伝送システムの一構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムのスループット特性と、従来のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムのスループット特性との比較図である。
【図６】従来のＭＩＭＯ固有モード適応伝送システムの一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１    シリアルパラレル変換回路
１０２    符号化変調回路
１０３    電力制御回路
１０４    送信固有ビーム形成回路
１０５    送信アレーアンテナ
１０６    受信アレーアンテナ
１０７    受信固有ビーム形成回路
１０８    復調復号回路
１０９    パラレルシリアル変換回路
１１０    チャネル推定回路
１１１    特異値展開計算回路
１１２    送信適応制御回路
１１２Ａ    適応符号化変調制御回路
１１２Ｂ    適応電力制御回路
１１３    受信適応制御回路
１１４    制御回線
２０１    ＯＦＤＭのためのシリアルパラレル変換回路
２０２    固有モード適応送信回路
２０２Ａ    送信固有ビーム形成回路
２０３    ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのパラレルシリアル変換回路
２０４    逆フーリエ変換回路
２０５    送信アレーアンテナ
２０６    受信アレーアンテナ
２０７    フーリエ変換回路
２０８    ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのシリアルパラレル変換回路
２０９    固有モード適応受信回路
２０９Ａ    受信固有ビーム形成回路
２１０    ＯＦＤＭのためのパラレルシリアル変換回路
２１１    ＯＦＤＭサブキャリア毎のチャネル推定回路
２１２    ＯＦＤＭサブキャリア毎の特異値展開計算回路
２１３    送信適応制御回路
２１３Ａ    適応符号化変調制御回路
２１３Ｂ    適応電力制御回路
２１４    受信適応制御回路
２１５    制御回線
【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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