(57)【要約】【課題】  双方向のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、送信機からの送信パケットに付加されるリファレンス信号の領域を少なくし、伝送効率を向上させる。【解決手段】  送信機は、リファレンス信号を送信し、その直後にユーザ・データを送信する。これに対し、受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列を取得し、そのチャネル行列から求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行ない、この適応推定されたチャネル行列Ｈ’から、逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶ’を得る。【選択図】  図１
2005323218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機間で複数の空間多重された通信チャネルを用いてデータ伝送する無線通信システムであって、
送信機は、チャネル行列取得用のリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データを重み付け空間多重送信し、
受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列Ｈを取得し、該チャネル行列Ｈから求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行なう、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信機及び前記受信機はそれぞれ複数のアンテナを備え、前記送信機は伝送データを複数のストリームに分配し各送信アンテナから重み付け送信し、前記受信機は各受信アンテナでストリームを重み付け受信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記受信機は、適応推定されたチャネル行列Ｈ’から、前記送信機への逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶ’を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信機は、前記受信機への順方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶをあらかじめ取得し、Ｖで重み付けしたリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データをＶで重み付けして空間多重送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記受信機は、Ｖで重み付けしたリファレンス信号からチャネル行列としてＨＶを取得し、前記送信機から順方向で送信されるユーザ・データを受信する期間中はチャネル行列としてＨ’Ｖを適応推定し続け、該ユーザ・データを受信直後に逆方向でユーザ・データを送信するときに、Ｈ’ＶにＶHをかけることによりＨ’を得て、Ｈ’の転置行列を特異値分解することにより逆方向のデータ送信用の重みＶ’を求める、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
複数の空間多重された通信チャネルを用いて送信側から伝送されるデータを受信する無線通信装置であって、
前記送信側からの順方向のチャネル行列を取得するチャネル行列取得手段と、
該取得されたチャネル行列から求まる受信重みを用いて前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを重み付け受信する受信手段と、
前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定するチャネル行列適応推定手段と、
該適応推定されたチャネル行列を基に、前記送信側へ逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みを得る逆方向送信重み取得手段と、
該得られた送信重みを用いて前記送信側へ逆方向のユーザ・データの重み付け送信を行なう送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記送信側は、チャネル行列取得用のリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データを重み付け空間多重送信し、
前記チャネル行列取得手段は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列Ｈを取得する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記送信側は、前記受信機への順方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶをあらかじめ取得し、Ｖで重み付けしたリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データをＶで重み付けして空間多重送信し、
前記チャネル行列取得手段は、Ｖで重み付けしたリファレンス信号からチャネル行列としてＨＶを取得し、
前記チャネル行列適応推定手段は、前記送信側から順方向で送信されるユーザ・データを受信する期間中はチャネル行列としてＨ’Ｖを適応推定し続け、
前記逆方向送信重み取得手段は、該順方向のユーザ・データを受信直後に逆方向でユーザ・データを送信するときに、Ｈ’ＶにＶHをかけることによりＨ’を得て、Ｈ’の転置行列を特異値分解することにより逆方向のデータ送信用の重みＶ’を求める、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項９】
複数の空間多重された通信チャネルを用いて送信側から伝送されるデータを受信する無線通信方法であって、
前記送信側からの順方向のチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、
該取得されたチャネル行列から求まる受信重みを用いて前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを重み付け受信する受信ステップと、
前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定するチャネル行列適応推定ステップと、
該適応推定されたチャネル行列を基に、前記送信側へ逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みを得る逆方向送信重み取得ステップと、
該得られた送信重みを用いて前記送信側へ逆方向のユーザ・データの重み付け送信を行なう送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
複数の空間多重された通信チャネルを用いて送信側から伝送されるデータを受信するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
前記送信側からの順方向のチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、
前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを該取得されたチャネル行列から求まる受信重みを用いて重み付け受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定するチャネル行列適応推定ステップと、
該適応推定されたチャネル行列を基に、前記送信側へ逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みを得る逆方向送信重み取得ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で広帯域の無線伝送を実現する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成した通信（ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）通信）を行なうにより伝送容量の拡大を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル情報行列の特異値分解（ＳＶＤ）を利用したクローズドループ型のＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、チャネル行列を取得するために送受信機間で交換されるリファレンス信号の領域を少なくして伝送効率を向上させる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＡＮを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００４】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入が検討されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。
【０００５】
無線ネットワークに関する標準的な規格の１つにＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）やＩＥＥＥ３０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（例えば、非特許文献４を参照のこと），ｂ，ｇといった拡張規格が存在する。
【０００６】
ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格では、最大で、５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしている。しかし、通信速度として、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、実効スループットで１００ＭＢＰＳを越える高速な無線ＬＡＮ技術の開発を目指し、次世代の無線ＬＡＮ規格を策定している。
【０００７】
無線通信の高速化を実現する技術の１つとしてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現することにより、伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成する技術である。ＭＩＭＯ通信は、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【０００８】
ＭＩＭＯ通信方式は、送信機において複数アンテナに送信データを分配して送出し、複数の仮想的なＭＩＭＯチャネルを利用して伝送し、受信機では複数アンテナにより受信した信号から信号処理によって受信データを得るという、チャネルの特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【０００９】
図４には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。同図に示すように、送受信機各々に複数のアンテナが装備されている。送信側では、複数の送信データを空間／時間符号して多重化しＭ本のアンテナに分配して、複数のＭＩＭＯチャネルに送出し、受信側では、チャネル経由でＮ本のアンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して受信データを得ることができる。この場合のチャネル・モデルは、送信機周りの電波環境（伝達関数）と、チャネル空間の構造（伝達関数）と、受信機周りの電波環境（伝達関数）で構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生するが、受信側の信号処理により多重化された各信号をクロストーク無しに正しく取り出すことができる。
【００１０】
ＭＩＭＯ伝送を構成方法としてはさまざまな方式が提案されているが、アンテナのコンフィギュレーションに応じていかにしてチャネル情報を送受信間でやり取りするかが実装上の大きな課題となる。
【００１１】
チャネル情報をやり取りするには、既知情報（プリアンブル情報）を送信側から受信側のみ伝送する方法が容易であり、この場合は送信機と受信機が互いに独立して空間多重伝送を行なうことになり、オープンループ型のＭＩＭＯ伝送方式と呼ばれる。また、この方法の発展形として、受信側から送信側にもプリアンブル情報をフィードバックすることによって、送受信間で理想的な空間直交チャネルを作り出すクローズドループ型のＭＩＭＯ伝送方式もある。
【００１２】
オープンループ型のＭＩＭＯ伝送方式として、例えばＶ−ＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ）方式を挙げることができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。送信側では、特にアンテナ重み係数行列を与えず、単純にアンテナ毎に信号を多重化して送る。言い換えれば、アンテナ重み係数行列を得るためのフィードバック手続きが一切省略される。送信機は、多重化信号を送出する前に、受信機側でチャネル推定を行なうためのトレーニング信号を、例えばアンテナ毎に時分割で挿入する。これに対し、受信機では、チャネル推定部でトレーニング信号を利用してチャネル推定を行ない、各アンテナ対に対応したチャネル情報行列Ｈを算定する。そして、Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇとキャンセリングを巧妙に組み合わせることで、キャンセリングによって生じたアンテナ自由度を活用してＳＮ比を向上させ、復号の確度を高める。
【００１３】
また、クローズドループ型のＭＩＭＯ伝送の理想的な形態の１つとして、伝播路関数の特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用したＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式が知られている（例えば、非特許文献５を参照のこと）。
【００１４】
図５には、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送システムを概念的に示している。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、各アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列すなわちチャネル情報行列Ｈを特異値分解してＵＤＶHを求め、送信側のアンテナ重み係数行列としてＶを与えるとともに、受信側のアンテナ重み係数行列としてＵHを与える。これによって、それぞれのＭＩＭＯチャネルは、各固有値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Ｄとして表され、全くクロストーク無しに信号を多重化して伝送することができる。この場合、送信機側と受信機側の双方において、空間分割すなわち空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現することができる。
【００１５】
ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送方式によれば、理論的には最大の通信容量を達成することができ、例えば送受信機がアンテナを２本ずつ持てば、最大２倍の伝送容量が得られる。
【００１６】
ここで、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送方式の仕組みについて詳細説明する。送信機のアンテナ本数をＭとすると送信信号ｘはＭ×１のベクトルで表され、また、受信機のアンテナ本数をＮとすると受信信号ｙはＮ×１のベクトルで表される。この場合、チャネル特性はＮ×Ｍの数値行列すなわちチャネル行列Ｈとして表される。チャネル行列Ｈの要素ｈijは、ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへの伝達関数である。そして、受信信号ベクトルｙは、下式（１）のように、送信信号ベクトルにチャネル情報行列を掛け算し、さらに雑音ベクトルｎを加算して表される。
【００１７】
【数１】
2005323218.tif 000003
【００１８】
上述したように、チャネル情報行列Ｈを特異値分解すると、下式（２）のようになる。
【００１９】
【数２】
2005323218.tif 000004
【００２０】
ここで、送信側のアンテナ重み係数行列Ｖと受信側のアンテナ重み行列Ｕは、それぞれ下式（３）、（４）を満たすユニタリ行列である。
【００２１】
【数３】
2005323218.tif 000005
【００２２】
すなわち、ＨＨHの正規化された固有ベクトルを並べたものが受信側のアンテナ重み行列ＵHであり、ＨHＨの正規化された固有ベクトルを並べたものが送信側のアンテナ重み行列Ｖである。また、Ｄは対角行列でありＨHＨ又はＨＨHの固有値の平方根を対角成分に持つ。大きさは、送信アンテナ数Ｍと受信アンテナ数Ｎのうち小さい数であり、ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）の大きさの正方行列であり対角行列となる。
【００２３】
【数４】
2005323218.tif 000006
【００２４】
上述では、実数での特異値分解について説明したが、虚数にまで拡張した場合の特異値分解には注意点がある。ＵとＶは固有ベクトルで構成される行列であるが、固有ベクトルをノルムが１になるようにする操作すなわち正規化を行なった場合でも、単一のものにはならず、位相が異なる固有ベクトルが無数に存在する。ＵとＶの位相関係によっては、上式（２）が成り立たない場合がある。つまり、ＵとＶはそれぞれ正しいが、位相だけそれぞれ任意に回転しているからである。位相を完全一致させるためには、Ｖは通常通りＨHＨの固有ベクトルとして求める、そして、Ｕは、上式（２）の両辺に右からＶをかけ、下式のようにして求めるようにする。
【００２５】
【数５】
2005323218.tif 000007
【００２６】
送信側ではアンテナ重み係数行列Ｖを用いて重み付けをするとともに、受信側ではアンテナ重み係数行列ＵHで重みを付けて受信すると、ＵとＶがユニタリ行列であることから（ＵはＮ×ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）、ＶはＭ×ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ））、下式の通りとなる。
【００２７】
【数６】
2005323218.tif 000008
【００２８】
ここで、受信信号ｙと送信信号ｘは、送信アンテナと受信アンテナの数で決まるベクトルではなく、（ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）×１）ベクトルである。
【００２９】
Ｄは対角行列なので、各送信信号がクロストークすることなしに受信することができる。そして、独立した各ＭＩＭＯチャネルの振幅は固有値λの平方根に比例するので、各ＭＩＭＯチャネルの電力の大きさはλに比例する。
【００３０】
雑音成分ｎも、Ｕの列はノルムが１に正規化された固有ベクトルなので、ＵHｎはその雑音電力を変えるものではない。サイズとしては、ＵHｎは（ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ））ベクトルとなり、ｙ及びｘと同じサイズである。
【００３１】
このようにＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、同一の周波数及び同一の時間でありながら、クロストークのない複数の論理的に独立なＭＩＭＯチャネルを得ることができる。つまり、同時刻に同一周波数を使用して、複数のデータを無線通信で伝送することが可能となり、伝送速度の向上を実現することができる。
【００３２】
なお、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムにおいて得られるＭＩＭＯチャネル数は、一般に、送信アンテナ本数Ｍと受信アンテナ本数Ｎのうち少ない方ｍｉｎ［Ｍ，ｎ］に相当する。また、送信側におけるアンテナ重み係数行列Ｖは、ＭＩＭＯチャネル数分の送信ベクトルｖiで構成される（Ｖ＝［ｖ1，ｖ2，…，ｖmin[M,N］）。また、各送信ベクトルｖiの要素数は送信アンテナ本数Ｍである。
【００３３】
一般に、ＳＶＤ−ＭＩＭＯに代表されるクローズドループ型ＭＩＭＯ方式は、送信機側が伝送路の情報を考慮し、最適なアンテナ重み係数算出することができる。さらに、各送信アンテナのビット・ストリームに与える符号化率や変調方式を最適化させることで、より理想的な情報伝送を実現することができるとされている。
【００３４】
他方、クローズドループ型ＭＩＭＯ方式を実システムとして導入するには、送受信機の移動によってチャネル変動が大きい場合に、受信側から送信側へのフィードバックをかける頻度が多く必要となるなどの問題もある。また、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式においては、特異値分解の演算をリアルタイムで行なうのは容易では無いし、導出されたＶ若しくはＵHをあらかじめ相手方に伝えておくというセットアップ手順が必要である
【００３５】
ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送の適用対象となるＬＡＮシステムの１つであるＩＥＥＥ８０２．１１ａすなわち５ＧＨｚ対のＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）通信方式を例にとって、送信側アンテナ係数行列Ｖの情報量について考察してみる。送受信アンテナ素子数を３本ずつとすると、送信側のアンテナ係数行列Ｖは３×３行列になり、その要素数は９である。１要素当たり１０ビット精度の実数と複素数で表されているとし、それが５２キャリヤ分必要となると、９３６０ビット（＝９（行列の要素数）×２（複素数の実部、虚部）×１０（ビット）×５２（ＯＦＤＭサブキャリヤ数））を受信機から送信機へフィードバックしなければならない。
【００３６】
ここで、実際のＳＶＤ−ＭＩＭＯ送受信システムを構成する場合に考慮しなければならない点について説明しておく。
【００３７】
ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送方式の基本形においては、受信機では、取得したチャネル行列Ｈを特異値分解して、受信用の重みベクトルＵHと送信機で使用する送信用の重みベクトルＶを求め、このＶを送信機側へフィードバックする。そして、送信機では、このＶを送信用の重みとして使用する。
【００３８】
ところが、送信機側へフィードバックする送信重み行列Ｖの情報量が大きいため、Ｖの情報を間引いて送った場合などに、本当のＶの情報との誤差のために、ＭＩＭＯチャンネル間の直交状態が壊れてしまいクロストークが生じてしまう。
【００３９】
そこで、通常は、受信機側で取得した送信重み行列Ｖを送信機側へフィードバックした後、送信機はその行列Ｖを用いてリファレンス信号を重み付けして送信し、受信機側では改めてチャネル行列を取得する。チャネル行列をＨとすると、Ｖで重み付けして送信したリファレンス信号から、受信機は、ＨＶというチャネル行列を得ることができる。
【００４０】
受信機側で、このＨＶの逆行列を求め、それを受信用の重みとして使用する。Ｈ＝ＵＤＶHであることから、ＨＶは下式の通りとなる。
【００４１】
【数７】
2005323218.tif 000009
【００４２】
これは、通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯと同じＵHを受信用の重みに用いた後、分離された各ＭＩＭＯチャネルのストリームに、対角行列Ｄの各対角要素λiから求まる定数をかけるだけである。
【００４３】
送信側で、行列Ｖを送信用の重みとして使用して、受信機側では、ＨＶの逆行列を受信用の重みを使用するという構成は、通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯの性能と同じであり、送信機側と受信機側のＶの不一致がない。したがって、実用上はこのような構成を採用することができる。
【００４４】
【特許文献１】特開平１０−８４３２４号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９  Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献２】ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
【非特許文献３】ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ
【非特許文献４】Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ  ｔｏ  ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｌｏｃａｌ  ａｎｄ  ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ−Ｐａｒｔ  １１：  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ：  Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  ｉｎ  ｔｈｅ  ５ＧＨＺ  Ｂａｎｄ
【非特許文献５】ｈｔｔｐ：／／ｒａｄｉｏ３．ｅｅ．ｕｅｃ．ａｃ．ｊｐ／ＭＩＭＯ（ＩＥＩＣＥ＿ＴＳ）．ｐｄｆ（平成１５年１０月２４日現在）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４５】
ＳＶＳ−ＭＩＭＯ通信を行なうためには、チャネル行列などの取得か必要である。他方、通常の無線通信システムにおいては、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により衝突の回避を行ないながら、例えば隠れ端末問題を解くなどの目的で、いわゆるＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づく送信権の獲得が行なわれる。したがって、以下に示すような制御手順により、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡ、ＡＣＫなどの各パケットを利用してチャネル行列の獲得を実現することができる（図６を参照のこと）。以下では、便宜上送信機から受信機へのダウンリンクを順方向、受信機から送信機へのアップリンクを逆方向と呼ぶ。
【００４６】
（ステップ１）
送信機がＲＴＳパケットを受信機に送信する。ＲＴＳパケットには、リファレンス信号が付加されている。
【００４７】
（ステップ２）
受信機では、受信したＲＴＳパケットのリファレンス信号から、チャネル行列Ｈを取得する。
【００４８】
（ステップ３）
受信機では、取得したチャネル行列Ｈから、どのような変調方式で、何個の独立した空間チャネルを使用できるかを判別する。
【００４９】
ＲＴＳを受信時に、受信機側で変調方式を決定したいという要求がある場合がある。例えば、ＣＴＳに付加するＮＡＶで、パケットの最後まで周辺局の送信動作を停止させたい場合などである。また、ＳｈｏｒｔＮＡＶを設定するためには、でーた送信の所要時間を算出するために、チャネルにおける変調方式やビットレートを判断する必要がある。どの変調方式で送ってもらうかを決定するには、チャネル行列Ｈがどのような状態かを把握するために、チャネル行列Ｈを特異値分解し、各ＭＩＭＯチャネルの状態すなわち固有値λを知る必要がある。
【００５０】
（ステップ４）
受信機側から送信機側へＣＴＳを返信する。ＣＴＳには、チャネル行列推定用のリファレンス信号が付加されている。
【００５１】
（ステップ５）
送信機では、受信機から送られたＣＴＳのリファレンス信号から、逆方向のチャネル行列Ｈを取得する。
【００５２】
なお、送信機の各アンテナに属するアナログ回路の特性差と、受信機の各アンテナに属するアナログ回路の特性差を補償するキャリブレーションを行なえば、順方向と逆方向の伝達関数は同じになる。送受信機におけるアナログ回路部分特性差のキャリブレーション方法に関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特願２００３−４２６２９４号明細書に記載されている。
【００５３】
（ステップ６）
送信機は、取得した逆方向Ｈの特異値分解を行ない、順方向の送信用の重みＶを決定する。勿論、受信機側で特異値分解して得た順方向の送信用重みＶを送信機へ直接するようにしてもよいが、情報量が大き過ぎる。このため、このように受信機はよりデータ量の少ないリファレンス信号を送ることで、送信機はＶを取得する。
【００５４】
（ステップ７）
送信機は、受信機からＣＴＳ信号を受信したことに応答して、データ・パケットを送信する。このデータ・パケットの先頭には、Ｖで重み付けしたリファレンス信号が付加され、その直後にユーザ・データ（ペイロード）を送信する。また、そのユーザ・データの直後には、Ｖで重み付けしていないリファレンス信号を送信する。
【００５５】
（ステップ８）
受信機では、Ｖで重み付けされたリファレンス信号から、チャネル行列ＨＶを取得し、その逆行列（式（８）を参照のこと）を受信用の重みとしてユーザ・データを受信する。また、受信機は、ユーザ・データの直後のリファレンス信号から、新しいＨ’を取得することができる。
【００５６】
（ステップ９）
受信機では、取得した新しいＨ’を特異値分解することにより、受信機から送信機側へ送るユーザ・データの逆方向の送信重みＶ’を取得する。
【００５７】
（ステップ１０）
受信機は、新しい送信重みＶ’で重み付けしたリファレンス信号を送信し、その直後に、ユーザ・データを送信し、逆方向すなわちアップリンクのデータ通信を行なう。
【００５８】
（ステップ１１）
送信機は、Ｖ’で重み付けされたリファレンス信号から、チャネル行列Ｈ’Ｖ’を取得し、その逆行列を受信用の重みとしてユーザ・データを受信する。
【００５９】
このような動作手順により、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡ（ダウンリンク）、さらにはＤＡＴＡ（アップリンク）という双方向のＭＩＭＯ通信を行なうことが可能である。
【００６０】
ＭＩＭＯ伝送方式に代表されるような伝搬路状況から得られるチャネル行列Ｈに基づいて重み付け送受信する通信システムにおいては、チャネル行列の経時的な変化が問題となる。チャネル行列は、例えば室内での人や機器の移動に起因する反射路の変化などを原因として時々刻々と変化することから、データ伝送開始直前における最新のチャネル行列を用いることが必須となる。
【００６１】
ところが、上述したような通信動作手順では、受信機側で逆方向の送信重みを取得するために、ステップ７において、ユーザ・データの直後にＶで重み付けしていないリファレンス信号を送信する必要がある（図６を参照のこと）。この場合、ユーザ・データ以外に余分なリファレンス信号が付加され、伝送効率がよくないという問題がある。
【００６２】
本発明は、上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ通信を行なうにより伝送容量の拡大を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００６３】
本発明のさらなる目的は、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル情報行列Ｈの特異値分解を利用したクローズドループ型のＭＩＭＯ通信を伝送効率よく行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００６４】
本発明のさらなる目的は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、チャネル行列を取得するために送受信機間で交換されるリファレンス信号の領域を少なくして伝送効率を向上させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００６５】
本発明のさらなる目的は、双方向のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、送信機からの送信パケットに付加されるリファレンス信号の領域を少なくし、伝送効率を向上させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、送信機と受信機間で複数の空間多重された通信チャネルを用いてデータ伝送する無線通信システムであって、
送信機は、チャネル行列取得用のリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データを送信し、
受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列を取得し、そのチャネル行列から求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行なう、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００６７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００６８】
本発明に係る無線通信システムでは、例えばＭＩＭＯ通信方式を採用し、空間多重した複数の伝送路すなわちＭＩＭＯチャネルを用いて伝送容量を拡大し、通信速度を向上することができる。この場合、前記送信機及び前記受信機はそれぞれ複数のアンテナを備え、前記送信機は伝送データを複数のストリームに分配し各送信アンテナから重み付け送信し、前記受信機は各受信アンテナでストリームを重み付け受信する。
【００６９】
また、本発明に係る無線通信システムでは、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送に代表されるクローズドループＭＩＭＯ通信方式を採用することができる。この場合、前記送信機は、前記受信機からのフィードバック情報に基づいて最適な送信アンテナ重み係数を得る。
【００７０】
通常の無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づくアクセス制御を行ないながら、通信局はＲＴＳ／ＣＴＳ手順により送信権を獲得する。この場合、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なうためには、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡの各パケットにチャネル行列取得用のリファレンス信号を付加することが行なわれる。
【００７１】
ところが、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づき送信機から受信機へのダウンリンクすなわち順方向のデータ伝送が行なわれたのに引き続いて、受信機から送信機へのアップリンクすなわち逆方向のデータ伝送を行なおうとする場合には、受信機が逆方向の送信重みを得るために、送信機はユーザ・データの直後にＶで重み付けしていないリファレンス信号を送信する必要がある。この場合、ユーザ・データ以外に余分なリファレンス信号が付加され、伝送効率がよくないという問題がある。
【００７２】
これに対し、本発明では、送信機から受信機に送るユーザ・データの直後のリファレンス信号を必要としない方式を提供する。
【００７３】
送信機は、受信機側でチャネル行列取得用のリファレンス信号を送信し、その直後にユーザ・データを送信する。これに対し、受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列を取得し、そのチャネル行列から求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行ない、この適応推定されたチャネル行列Ｈ’から、アップリンクすなわち逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶ’を得る。
【００７４】
ここで、送信機から受信機へのユーザ・データをダウンリンク・データと呼ぶ。また、受信機から送信機へのユーザ・データをアップリンク・データと呼ぶことにする。また、送信機から受信機へのチャネル行列をＨ（Ｄｎ）と表し、受信機から送信機へのチャネル行列をＨ（Ｕｐ）と表す。
【００７５】
ダウンリンク・データは、送信機側でＶで重み付けされている。受信機側では、順方向の送信重みＶで重み付けされたリファレンス信号から取得したＨ（Ｄｎ）Ｖにより、ユーザ・データを複数の空間チャネルとして分離して受信することが可能である。この受信データと信号空間上の信号点の違いをエラー情報として、ＬＭＳなどのアルゴリズムを使用し、Ｈ（Ｄｎ）Ｖのチャネル行列の推定値を更新することが可能である。したがって、Ｈ（Ｄｎ）Ｖが時間とともに変化して、Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）Ｖになったとしても、その変化が緩やかな場合は、追従していくことが可能である。チャネル行列の適応推定による追従自体は、当業界において周知である。
【００７６】
つまり、Ｈ（Ｄｎ）Ｖをディシジョン・フィードバックで追従することにより、チャネル行列がＨ（Ｄｎ，ｎｅｗ）Ｖに変化したことを受信機側で検知することができる。
【００７７】
一方、受信機から送信機への逆方向のアップリンク・データの送信用重みを新たに求めなければならない。
【００７８】
アップリンクのチャネル行列Ｈ（Ｕｐ）は、下式に示すようにダウンリンクのチャネル行列Ｈ（Ｄｎ）の転置行列として表される。但し、行列Ａの転置行列はＡTと表記され、行列Ａの複素共役行列はＡ*と表記され、行列Ａの共役転置行列はＡHと表記されるものとする。
【００７９】
【数８】
2005323218.tif 000010
【００８０】
上式（９）は以下のように計算される。
【００８１】
【数９】
2005323218.tif 000011
【００８２】
要するに、（Ｕ（Ｄｎ）H）T＝Ｕ（Ｄｎ）*をアップリンク・データ送信時の送信用重みに使用することができる。
【００８３】
ここで、アップリンク・データを送信する直前のＨ（Ｄｎ，ｎｅｗ）を取得することができれば、このアップリンク・データ送信時における送信重みＵ（Ｄｎ）を取得することができる。
【００８４】
受信機では、送信機からのダウンリンク・データを受信している期間中に、適応推定によりＨ（Ｄｎ）Ｖのチャネル情報を追従しているので、Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）Ｖを取得することができる。
【００８５】
また、送信機からのダウンリンク・データの送信に用いられる送信重みＶ（Ｄｎ）は、受信機からフィードバックされた古いＶ（Ｄｎ）のままであるので、受信機側で持っている。
【００８６】
受信機は、送信機からのダウンリンク・データの先頭に付加されているＶで重み付けされたリファレンス信号からＨ（Ｄｎ）Ｖを得た後、適応推定により最新のを追従することができる。そして、アップリンク・データの送信時には、Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）ＶにＶHをかけて、Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）ＶＶHを計算することにより、ダウンリンクすなわち順方向の最新のチャネル行列Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）を取得することができる。アップリンクすなわち逆方向のチャネル行列はこれの転置行列となるので、Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）Tを特異値分解することにより、アップリンク・データ送信時の送信重みＵ（Ｄｎ）*を得ることができる。
【００８７】
このようなアップリンク・データ送信時の送信重みの計算方法によれば、図６に示したようにダウンリンク・データの直後にリファレンス信号を送る必要はなくなる。
【００８８】
また、本発明の第２の側面は、複数の空間多重された通信チャネルを用いて送信側から伝送されるデータを受信するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
前記送信側からの順方向のチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、
前記送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを該取得されたチャネル行列から求まる受信重みを用いて重み付け受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定するチャネル行列適応推定ステップと、
該適応推定されたチャネル行列を基に、前記送信側へ逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みを得る逆方向送信重み取得ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００８９】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、通信装置として動作する。このような通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００９０】
本発明によれば、送受信の各アンテナ対に対応するチャネルを要素としたチャネル情報行列Ｈの特異値分解を利用したクローズドループ型のＭＩＭＯ通信を伝送効率よく行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００９１】
また、本発明によれば、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、チャネル行列を取得するために送受信機間で交換されるリファレンス信号の領域を少なくして伝送効率を向上させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、双方向のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なう際に、送信機からの送信パケットに付加されるリファレンス信号の領域を少なくし、伝送効率を向上させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００９３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００９５】
本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって信号を空間的に多重化して通信するＭＩＭＯ通信システムに関する。
【００９６】
通常の無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づくアクセス制御を行ないながら、通信局はＲＴＳ／ＣＴＳ手順により送信権を獲得する。この場合、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信を行なうためには、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡの各パケットにチャネル行列取得用のリファレンス信号を付加することが行なわれる。
【００９７】
ここで、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づき送信機から受信機へのダウンリンクすなわち順方向のデータ伝送が行なわれたのに引き続いて、受信機から送信機へのアップリンクすなわち逆方向のデータ伝送を行なおうとする場合には、受信機側では、逆方向の送信重みを取得しなければならない。
【００９８】
受信機が逆方向の送信重みを得るために、送信機はユーザ・データの直後にＶで重み付けしていないリファレンス信号を送信した場合、ユーザ・データ以外に余分なリファレンス信号が付加され、伝送効率がよくない。
【００９９】
本発明では、送信機は、受信機側でチャネル行列取得用のリファレンス信号を送信し、その直後にユーザ・データを送信する。これに対し、受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列を取得し、そのチャネル行列から求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行ない、この適応推定されたチャネル行列Ｈ’から、アップリンクすなわち逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶ’を得ることができる。これによって、送信機から受信機に送るユーザ・データの直後のリファレンス信号を付加する必要がなくなり、伝送効率が向上する。
【０１００】
図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示している。
【０１０１】
同図に示す無線通信装置は、２本の送受信アンテナ１１ａ及び１１ｂを備え、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式によるデータ伝送を行なうことができる。すなわち、送信時は、多重化する各送信信号に送信アンテナ重み係数を与え空間／時間符号して２本のアンテナ１１ａ及び１１ｂに分配してチャネルに送出し、受信側では、チャネル経由で２本のアンテナ１１ａ及び１１ｂにより受信した多重化信号に受信アンテナ重み係数を与え空間／時間復号して受信データを得る。但し、本発明の要旨はアンテナ２本に限定されるものではなく、３本以上であってもよい。
【０１０２】
各送受信アンテナ１１ａ及び１１ｂには、スイッチ１２ａ及び１２ｂを介して、それぞれ送信系統並びに受信系統が並列的に接続され、他の無線通信装置宛に信号を所定の周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。但し、スイッチ１２ａ及び１２ｂは送受信アンテナ１１ａ及び１１ｂを送信系統又は受信系統の一方と排他的に接続し、送受信をともに並行しては行なえないものとする。
【０１０３】
各送信系統は、変調符号化部２１と、送信用重み乗算部２２と、ＩＦＦＴ２３と、ブリアンブル／リファレンス付与部２４と、Ｄ／Ａ変換器２５と、送信用アナログ処理部２６を備えている。
【０１０４】
変調符号化部２１は、通信プロトコルの上位レイヤから送られてきた送信データを誤り訂正符号で符号化するとともに、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの所定の変調方式により送信信号を信号空間上にマッピングする。この時点で、パイロット・シンボル挿入パターン並びにタイミングに従って、既知のデータ系列をパイロット・シンボルとして変調シンボル系列に挿入するようにしてもよい。サブキャリヤ毎あるいはサブキャリヤ数本の間隔で、既知パターンからなるパイロット信号が挿入される。
【０１０５】
送信用重み乗算部２２は、符号化後の送信信号を送信重み行列Ｖで乗算することにより、空間多重により複数のＭＩＭＯチャネルを得る。
【０１０６】
送信用重み行列Ｖは、通信相手から送られたフィードバック情報を基に構築され、送信用重み乗算部２２に設定される。あるいは、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づき送信機から受信機へのダウンリンクすなわち順方向のデータ伝送が行なわれたのに引き続いて、受信機から送信機へのアップリンクすなわち逆方向のデータ伝送を行なおうとする場合には、チャネル特性取得及びチャネル行列適応推定部３７においてユーザ・データの受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定した結果に基づいて逆方向の送信重みＶ’を得ることができる。逆方向の送信重みＶ’を得るための処理手順については後述に譲る。
【０１０７】
ＩＦＦＴ２３では、変調されたシリアル形式の信号を、並列キャリヤ数並びにタイミングに従って、並列キャリヤ数分のパラレル・データに変換してまとめた後、所定のＦＦＴサイズ並びにタイミングに従ってＦＦＴサイズ分の逆フーリエ変換を行なう。ここで、シンボル間干渉の除去のため、１ＯＦＤＭシンボルの前後にガード・インターバル区間を設けるようにしてもよい。ガード・インターバルの時間幅は、伝搬路の状況、すなわち復調に影響を及ぼす遅延波の最大遅延時間によって決定される。そして、直列の信号に直し、周波数軸での各キャリヤの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して、送信信号とする。
【０１０８】
この送信信号は、Ｄ／Ａ変換器２５によりアナログのベースバンド信号に変換され、さらに送信用アナログ処理部２６によりＲＦ周波数帯にアップコンバートされてから、アンテナ１１より各ＭＩＭＯチャネルへ送出される。
【０１０９】
一方、各受信系統は、受信用アナログ処理部３１と、Ａ／Ｄ変換器３２と、同期獲得部３３と、ＦＦＴ３４と、受信用重み乗算部３５と、復調復号器３６と、チャネル特性取得及び電力配分取得部３７で構成される。
【０１１０】
アンテナ１１より受信した信号を、受信用アナログ処理部３１でＲＦ周波数帯からベースバンド信号にダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換器３２により、デジタル信号に変換する。
【０１１１】
次いで、同期獲得部３３により検出された同期タイミングに従って、シリアル・データとしての受信信号をパラレル・データに変換してまとめ（ここでは、ガード・インターバルまでを含む１ＯＦＤＭシンボル分の信号がまとめられる）、ＦＦＴ３４によって有効シンボル長分の信号をフーリエ変換し、各サブキャリヤの信号を取り出すことにより、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。
【０１１２】
チャネル特性取得及びチャネル行列適応推定部３７では、まず通信相手が多重化送信する信号毎に重みが与えられたリファレンス信号を用いてチャネル行列Ｈを得る。さらにこのチャネル行列を特異値分解して、送信用重み行列Ｖと、受信用重み行列ＵHと、対角行列Ｄを得ておく。通信相手からは、所定の間隔でリファレンス信号が送られ、チャネル特性取得部３７はその都度新しいチャネル行列に更新し、これを特異値分解する。
【０１１３】
また、チャネル特性取得及びチャネル行列適応推定部３７では、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づき送信機から受信機へのダウンリンクすなわち順方向のデータ伝送が行なわれたのに引き続いて、受信機から送信機へのアップリンクすなわち逆方向のデータ伝送を行なおうとする場合に、ユーザ・データの受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定した結果に基づいて逆方向の送信重みＶ’を得る。逆方向の送信重みＶ’を得るための処理手順については後述に譲る。
【０１１４】
チャネル行列を特異値分解して得られた受信用重み行列ＵHは自装置の受信用重み乗算部３５に設定されるとともに、送信用重み行列Ｖは通信相手にフィードバックされる。但し、受信用重み行列として、ＵHではなく、ＨＶの逆行列としてのＤ-ＵHを用いるようにしてもよい（前述並びに式（８）を参照のこと）。
【０１１５】
そして、受信用重み乗算部３５は、チャネル行列Ｈを特異値分解して得られた受信用重み行列ＵH又はＤ-ＵHを受信信号に乗算することにより空間多重された受信信号を空間分離する。
【０１１６】
重み付けされた受信信号は、さらに復調復号器３６によって、信号空間上の受信信号をＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの所定の方式によりデマッピングするとともに、誤り訂正並びに復号して受信データとなり、通信プロトコルの上位レイヤに渡される。
【０１１７】
ここで、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づき送信機から受信機へのダウンリンクすなわち順方向のデータ伝送が行なわれたのに引き続いて、受信機から送信機へのアップリンクすなわち逆方向のデータ伝送を行なおうとする場合には、受信機側では、逆方向の送信重みを取得しなければならない。
【０１１８】
本実施形態に係る無線通信システムでは、送信機は、受信機側でチャネル行列取得用のリファレンス信号を送信し、その直後にユーザ・データを送信する。これに対し、受信機は、ユーザ・データの直前に付加されたリファレンス信号に基づいてチャネル行列を取得し、そのチャネル行列から求まる受信重みを用いてユーザ・データを受信するとともに、ユーザ・データの受信する期間中はチャネル行列Ｈの適応推定を行ない、この適応推定されたチャネル行列Ｈ’から、アップリンクすなわち逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶ’を得る。これによって、送信機から受信機に送るユーザ・データの直後のリファレンス信号を余分に送信する必要がなくなる。
【０１１９】
図２には、チャネル特性取得及び適応推定部３７の機能構成を模式的に示している。図示の通り、チャネル特性取得及び適応推定部３７は、送信側からの順方向のチャネル行列を取得するチャネル行列取得部と、送信側から順方向で送られてくるユーザ・データを受信する期間中にチャネル行列Ｈを適応推定するチャネル行列適応推定部と、該適応推定されたチャネル行列を基に、前記送信側へ逆方向のユーザ・データを送信するための送信重みを得る逆方向送信重み取得部を備えている。チャネル行列適応推定部は、例えば、受信データと信号空間上の信号点との相違をエラー情報として、ＬＭＳやＲＬＳなどのアルゴリズムを使用してチャネル行列を適応推定する。
【０１２０】
送信側は、前記受信機への順方向のユーザ・データを送信するための送信重みＶをあらかじめ取得し、Ｖで重み付けしたリファレンス信号を送信した後、ユーザ・データをＶで重み付けして空間多重送信している。したがって、チャネル行列取得部は、Ｖで重み付けしたリファレンス信号からチャネル行列としてＨＶを取得し、チャネル行列適応推定部は、送信側から順方向で送信されるユーザ・データを受信する期間中はチャネル行列としてＨ’Ｖを適応推定し続ける。そして、逆方向送信重み取得部は、該順方向のユーザ・データを受信直後に逆方向でユーザ・データを送信するときに、Ｈ’ＶにＶHをかけることによりＨ’を得て、Ｈ’の転置行列を特異値分解することにより逆方向のデータ送信用の重みＶ’を求めることができる。
【０１２１】
以下では、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡ（ダウンリンク）、ＤＡＴＡ（アップリンク）という双方向のＭＩＭＯ通信を行なうための動作手順について、図３を参照しながら説明する。但し、送信機側で送信重み行列Ｖを取得するための処理は事前に行なわれているものとする。
【０１２２】
（ステップ１）
送信機から受信機へＲＴＳパケットを送信する。ここで、送信機は、ＲＴＳパケットに先立ちリファレンス信号を受信機へ送る。受信機側では、このレファレンス信号から順方向すなわちダウンリンクのチャネル行列Ｈ（Ｄｎ）を取得することができる。
【０１２３】
（ステップ２）
受信機では、チャネル行列Ｈ（Ｄｎ）を特異値分解して、行列Ｕ（Ｄｎ）及び行列Ｖ（Ｄｎ）を取得する。
【０１２４】
（ステップ３）
受信機は、ＲＴＳパケットに応答して、ＣＴＳパケットを送信機へ送信する。ここで、受信機は、ＣＴＳパケットに先立ちリファレンス信号を送る。
【０１２５】
（ステップ４）
送信機では、ＣＴＳパケットに付加されていたリファレンス信号から、逆方向すなわちアップリンクのチャネル行列Ｈ（Ｕｐ）を取得する。アップリンクのチャネル行列はダウンリンクのチャネル行列の転置行列になる、すなわちＨ（Ｕｐ）＝Ｈ（Ｄｎ）Tの関係（式（９）を参照のこと）になる。そこで、送信機では、Ｈ（Ｕｐ）を特異値分解することにより、ダウンリンク時の送信用の重みＶ（Ｄｎ）を取得することができる。
【０１２６】
（ステップ５）
送信機から受信機へダウンリンク・データを送信する。ダウンリンク・データは、Ｖ（Ｄｎ）で重み付けされたリファレンス信号の直後にＶ（Ｄｎ）で重み付けされたユーザ・データが送信されている。
【０１２７】
（ステップ６）
受信機は、ダウンリンク・データに付加されているリファレンス信号から、Ｈ（Ｄｎ）Ｖ（Ｄｎ）を取得することができる。そして、Ｈ（Ｄｎ）Ｖ（Ｄｎ）の逆行列を受信用の重みとして用い（式（８）を参照のこと）、ダウンリンク・データを受信する。
【０１２８】
（ステップ７）
受信機は、ダウンリンク・データを受信しつつ、ＬＭＳアルゴリズムを用いてＨ（Ｄｎ）Ｖ（Ｄｎ）の適応推定し、変化に追従するように計算を行なう。
【０１２９】
ここで、受信したデータと信号点配置上の点との誤差を誤差信号ｅとする。受信したデータをデコードすることにより、送信信号を推定する。これをＸとする。Ｈ（Ｄｎ）Ｖ（Ｄｎ）の推定値をＷとおくと、以下に示すＬＭＳアルゴリズムにより追従することができる。
【０１３０】
【数１０】
2005323218.tif 000012
【０１３１】
（ステップ７）
受信機で、ＬＭＳアルゴリズムにより適応推定されたＨ（Ｄｎ）Ｖ（Ｄｎ）の推定値にＶ（Ｄｎ）Hを右側からかけることにより、ダウンリンクの最新のチャネル行列Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）を取得する。
【０１３２】
（ステップ８）
受信機では、さらに得られたチャネル行列Ｈ（Ｄｎ，ｎｅｗ）を特異値分解して、Ｕ（Ｄｎ，ｎｅｗ）を得る。
【０１３３】
（ステップ９）
受信機から送信機へアップリンク・データを送信する。アップリンク・データは、Ｕ（Ｄｎ）*で重み付けされたリファレンス信号の直後に、Ｕ（Ｄｎ）*で重み付けされたユーザ・データが送信される（式（１０）を参照のこと）。
【０１３４】
（ステップ１０）
送信機は、アップリンク・データに付加されているリファレンス信号からチャネル行列を取得する。そして、取得したチャネル行列の逆行列を計算し、これを受信用の重みとして使用し、アップリンク・データのユーザ・データを重み付け受信する。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１３６】
本発明は、空間多重してデータ伝送を行なうさまざまな無線通信システムに適用することができ、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式のように空間分割すなわち空間直交した多重伝送方式に適用範囲は限定されない。また、送信側又は受信側のいずれか一方が空間多重を行なうとともに、チャネル行列に基づいて重み付け送受信を行なう他のタイプの無線通信システムに対しても、本発明を同様に好適に適用することができる。
【０１３７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示した図である。
【図２】図２は、チャネル特性取得及び適応推定部３７の機能構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順により双方向のＭＩＭＯ通信を行なう動作を示した図である。
【図４】図４は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。
【図５】図５は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送システムを概念的に示した図である。
【図６】図６は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順により双方向のＭＩＭＯ通信を行なう動作を示した図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１１…アンテナ
１２…スイッチ
２１…符号器
２２…送信用重み乗算部
２３…ＩＦＦＴ
２４…ブリアンブル／リファレンス付与部
２５…Ｄ／Ａ変換器
２６…送信用アナログ処理部
３１…受信用アナログ処理部
３２…Ａ／Ｄ変換器
３３…同期獲得部
３４…ＦＦＴ
３５…受信用重み乗算部
３６…復号器
３７…チャネル特性取得及びチャネル行列適応推定部
【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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