(57)【要約】【課題】  チャネル特性の変動に耐性があり、受信機側から送信機側へのフィードバックを不要とするＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送を実現する。【解決手段】  受信側では、１００ＯＦＤＭシンボル毎に新しいチャネル行列Ｈnewに更新し、これを特異値分解して得られる新しいデコード用の重み行列Ｕnewに更新して受信処理を行なうが、送信側では送信側では元の送信用重み行列Ｖを使用し続ける。Ｄは対角要素以外の要素が０でなくなり、クロストークが発生する。ここで、クロストーク利得を求め、受信信号からクロストーク信号をキャンセルすることにより、結果としてクロストークのない信号伝送を実現する。【選択図】  図１
2005184730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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多重化して通信する無線通信システムであって、
送信機がリファレンス信号を送信し、
受信機は、リファレンス信号を受信してチャネル行列Ｈを求め、チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列ＵHと対角行列Ｄと送信用重み行列Ｖを取得し、受信用重み行列ＵHを用いて受信信号の処理を行なうとともに、チャネル間でクロストークが発生したときに、クロストーク利得を求め、クロストーク利得からクロストーク信号を推定し、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
送信機は、所定長のデータを送信する毎にリファレンス信号を送信する、
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３】
前記対角行列Ｄは、クロストークの発生により、各チャネルへのクロストーク利得を非対角要素に持つ非対角行列Ｄerrorとなり、
前記受信機は、クロストーク発生時に新しく取得したチャネル行列Ｈnewと、新しいチャネル行列Ｈnewを特異値分解して得たＵnewと、元のチャネル行列Ｈから求めた送信用重み行列Ｖを用いて、下式により非対角行列Ｄerrorを算出することにより、クロストーク利得を算出する（但し、但し、Ｕnew-はＵnewの一般逆行列であり、ＶH-はＶHの一般逆行列である）、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【数１】
2005184730.tif 000021
【請求項４】
前記受信機は、非対角行列Ｄerrorの一般逆行列Ｄerror-を求め、受信信号を受信用重み行列Ｕnewで受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を下式により掛けることにより、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【数２】
2005184730.tif 000022
【請求項５】
前記受信機は、各チャネルへのクロストーク利得からクロストーク信号を推定し、受信信号から引き算することで、クロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
複数のアンテナを備え、複数のアンテナを持つ送信機からの多重化された信号を受信する無線通信装置であって、
信号を送受信する通信手段と、
送信機から送られたリファレンス信号からチャネル行列Ｈを求めるチャネル推定手段と、
チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列Ｕと対角行列Ｄと送信用重み行列Ｖを取得する特異値分解手段と、
受信用重み行列Ｕを用いて受信信号の処理を行なう受信信号処理手段と、
各チャネルへのクロストーク利得を推定するクロストーク推定手段と、
クロストーク利得を基にクロストーク信号を推定し、前記受信信号処理手段により処理された受信信号からクロストーク信号をキャンセルするクロストーク除去手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記特異値分解手段、前記クロストーク推定手段、及び前記クロストーク除去手段は、送信機からリファレンス信号が送られてきたことに応じて動作する、
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】
前記対角行列Ｄは、クロストークの発生により、各チャネルへのクロストーク利得を非対角要素に持つ非対角行列Ｄerrorとなり、
前記クロストーク推定手段は、クロストーク発生時に新しく取得したチャネル行列Ｈnewと、新しいチャネル行列Ｈnewを特異値分解して得たＵnewと、元のチャネル行列Ｈから求めた送信用重み行列Ｖを用いて、下式により非対角行列Ｄerrorを算出することにより、クロストーク利得を算出する（但し、但し、Ｕnew-はＵnewの一般逆行列であり、ＶH-はＶHの一般逆行列である）、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【数３】
2005184730.tif 000023
【請求項９】
前記クロストーク除去手段は、非対角行列Ｄerrorの一般逆行列Ｄerror-を求め、受信信号を受信用重み行列Ｕnewで受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を下式により掛けることにより、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【数４】
2005184730.tif 000024
【請求項１０】
前記クロストーク除去手段は、各チャネルへのクロストーク利得からクロストーク信号を推定し、受信信号から引き算することで、クロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
複数のアンテナを持つ送信機からの多重化された信号を複数のアンテナを用いて受信するための無線通信方法であって、
送信機から送られたリファレンス信号からチャネル行列Ｈを求めるチャネル推定ステップと、
チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列Ｕと対角行列Ｄと送信用重み行列を取得する特異値分解ステップと、
受信用重み行列Ｕを用いて受信信号の処理を行なう受信信号処理ステップと、
各チャネルへのクロストーク利得を推定するクロストーク推定ステップと、
クロストーク利得を基にクロストーク信号を推定し、前記受信信号処理ステップにおいて処理された受信信号からクロストーク信号をキャンセルするクロストーク除去ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１２】
複数のアンテナを持つ送信機からの多重化された信号を複数のアンテナを用いて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、
送信機から送られたリファレンス信号からチャネル行列Ｈを求めるチャネル推定ステップと、
チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列ＵHと対角行列Ｄと送信用重み行列Ｖを取得する特異値分解ステップと、
受信用重み行列ＵHを用いて受信信号の処理を行なう受信信号処理ステップと、
各チャネルへのクロストーク利得を推定するクロストーク推定ステップと、
クロストーク利得を基にクロストーク信号を推定し、前記受信信号処理ステップにおいて処理された受信信号からクロストーク信号をキャンセルするクロストーク除去ステップと、
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相互に通信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、家庭内などの通信環境下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・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、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、空間分割多重を利用した通信（ＭＩＭＯ通信）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・プログラムに係り、特に、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）などを挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格は、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規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格…などの無線通信方式に細分される。
【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。そこで、近年、注目を集めている技術がＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信である。これは、送信器側と受信器側の双方において、複数のアンテナ素子を備えて、空間分割多重すなわち複数の論理的に独立した伝送路（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、空間分割多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【０００７】
図５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ものであり、ＭＩＭＯ通信は単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。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。
【０００８】
要するに、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ものであり、チャネルの特性を利用した通信方式である。ＭＩＭＯ伝送の構成方法としてはさまざまな方式が存在しているが、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２を参照のこと）。
【０００９】
図６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。
【００１０】
但し、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という点に留意されたい。
【００１１】
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。
【００１２】
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Ｈとして表される。チャネル情報行列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。
【００１３】
【数１】
2005184730.tif 000003
【００１４】
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。
【００１５】
【数２】
2005184730.tif 000004
【００１６】
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。
【００１７】
【数３】
2005184730.tif 000005
【００１８】
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。
【００１９】
【数４】
2005184730.tif 000006
【００２０】
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を掛け、下式のようにして求めるようにする。
【００２１】
【数５】
2005184730.tif 000007
【００２２】
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。
【００２３】
【数６】
2005184730.tif 000008
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ところで、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式は、受信側でチャネル情報行列Ｈを取得し、そのＨを特異値分解し、その分解された、ＵＤＶＨのうちＶHを送信側へ伝える必要がある。実際に送信側で使用するのはＶであるので、Ｖを送信側へ伝える必要がある。
【００２９】
ここで、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。
【００３０】
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サブキャリア数））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。
【００３１】
このようにフィードバックが必要なＭＩＭＯをクローズドループ型ＭＩＭＯと呼ぶ（反意語はオープンループ型ＭＩＭＯ）。クローズドループ型のＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式は、通信を始めるに際し、９３６０ビットもの情報を送信側へフィードバックしなければならない。仮にＩＥＥＥ８０２．１１ａで用意されている変調方式の中で最も信頼性の高いＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）でコードレートが１／２の変調方式のＯＦＤＭでフィードバックしようとした場合、１ＯＦＤＭシンボルで２４ビットしか送信できないので、３９０ＯＦＤＭシンボルもの時間が必要になり現実的ではない。
【００３２】
また、受信側から送信側へ最初にアンテナ重み係数行列Ｖを伝えると通信を介しできるものの、経時変化によりチャネル行列Ｈの各要素（すなわち伝達関数）が変化してくる。このようなチャネル行列Ｈの経時変化の主な原因は、屋内での人や物の移動に伴う反射路の変化や、温度の変動である。
【００３３】
このようにチャネル特性が時間的に変化した場合、受信側では、再度チャネル行列Ｈを取得し、新しいＨを特異値分解し、新しい送信側重み係数行列Ｖを送信側にフィードバックして、新しいＶで重み付して送信してもらう（すなわちＶの再学習）とともに、受信側でも受信信号を新しいＵHでデコードする必要がある。
【００３４】
例えば、１００ＯＦＤＭシンボル（≒４０マイクロ秒）間隔で、受信側によるチャネル行列の取得と送信側によるＶの再学習を行なうとなると、オーバーヘッドは過大である。例えば、送信側から受信側へ長いパケットを通信するような伝送を行なっている場合、その間にＶの再学習を行なうためには、一旦送受信を中断し、Ｖのフィードバックのために逆方向の通信を行なわなければならないので、極めて不都合である。何故ならば、受信側から送信側への逆方向の通信により、伝送容量が低下するとともに、逐次的に同期獲得が必要となるからである。
【００３５】
要言すれば、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、フィードバック経路を使用しないで、チャネル特性の変化に追従することが必要となる。
【００３６】
【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】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】
【００３７】
本発明の目的は、家庭内などの通信環境下で広帯域の無線伝送を実現することができる、優れた無線通信システム及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することにある。
【００３８】
本発明のさらなる目的は、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、空間分割多重を利用した通信（ＭＩＭＯ通信）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及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することにある。
【００３９】
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の特異値分解（ＳＶＤ）を利用したＭＩＭＯ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することにある。
【００４０】
本発明のさらなる目的は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送を行なうに際し、チャネル特性の変動に耐性があり、受信機側から送信機側への逐次的なフィードバックを不要とすることができる、優れた無線通信システム及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
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、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多重化して通信する無線通信システムであって、
送信機がリファレンス信号を送信し、
受信機は、リファレンス信号を受信してチャネル行列Ｈを求め、チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列ＵHと対角行列Ｄと送信用重み行列Ｖを取得し、受信用重み行列ＵHを用いて受信信号の処理を行なうとともに、チャネル間でクロストークが発生したときに、クロストーク利得を求め、クロストーク利得からクロストーク信号を推定し、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００４２】
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。
【００４３】
本発明に係る無線通信システムは、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送方式を採用し、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。
【００４４】
ここで、経時変化によりチャネル行列Ｈの各要素（すなわち伝達関数）が変化してくると、受信側では再度チャネル行列Ｈを取得し、新しいＨを特異値分解して受信用重み行列Ｕを更新するとともに、送信側では新しい送信側重み係数行列Ｖを再学習する必要がある。Ｖの再学習では、受信側から送信側へのフィードバックという逆方向の通信を行なわなければならず、伝送容量の低下を伴う。
【００４５】
そこで、本発明では、受信側では所定の間隔でチャネル行列を更新するが、送信側へのフィードバックを一切行なわないことにする。
【００４６】
この結果、受信側では、更新されたチャネル行列Ｈnewから特異値分解により得られる新しいデコード用の重み行列Ｕnewに更新して受信処理を行なうが、送信側では元の送信用重み行列Ｖを使用し続けることになる。チャネル特性の変動に拘わらず、送信側で送信用重み行列を更新しない結果として、ＳＶＤ−ＭＩＭＯで形成される複数の論理的に独立した各ＭＩＭＯチャネルの間にクロストークが生じる。
【００４７】
これに対し、本発明では、受信側においてクロストーク利得を求め、受信信号からクロストーク信号をキャンセルすることにより、結果としてクロストークのない信号伝送を実現することができる。
【００４８】
受信信号からクロストーク信号をキャンセルする１つの方法として、クロストークの発生により非対角となった行列Ｄerrorの一般逆行列Ｄerror-をさらに求め、受信信号を受信用重み行列で受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を掛けて、最終的な受信信号とする。
【００４９】
また、クロストーク信号をキャンセルする他の方法として、各ＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得を求め、これからクロストーク信号を推定し、これを受信信号から引き算する。
【００５０】
また、本発明の第２の側面は、複数のアンテナを持つ送信機からの多重化された信号を複数のアンテナを用いて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、
送信機から送られたリファレンス信号からチャネル行列Ｈを求めるチャネル推定ステップと、
チャネル行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して受信用重み行列ＵHと対角行列Ｄと送信用重み行列Ｖを取得する特異値分解ステップと、
受信用重み行列ＵHを用いて受信信号の処理を行なう受信信号処理ステップと、
各チャネルへのクロストーク利得を推定するクロストーク推定ステップと、
クロストーク利得を基にクロストーク信号を推定し、前記受信信号処理ステップにおいて処理された受信信号からクロストーク信号をキャンセルするクロストーク除去ステップと、
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。
【００５１】
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、無線通信装置として動作する。このような無線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】
【００５２】
本発明によれば、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、空間分割多重を利用した通信（ＭＩＭＯ通信）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及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することができる。
【００５３】
また、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の特異値分解（ＳＶＤ）を利用したＭＩＭＯ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送を行なうに際し、チャネル特性の変動に耐性があり、受信機側から送信機側への逐次的なフィードバックを不要とすることができる、優れた無線通信システム及び無線通信方法、並びに無線通信装置を提供することができる。
【００５５】
さまざまなＭＩＭＯ伝送方式の構成法の中でＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式が最も伝送容量が大きいが、送信用の重み行列Ｖを受信側から送信側へフィードバックしなければならない。本発明によれば、フィードバックしなければならない時間の間隔、すなわちＶの再学習の周期を大幅に長くすることができる。どの程度、長持ちするかは、そのシステムを使用する環境、つまり、伝送路の変動と変調方式と誤り訂正の強さなどにより変化する。
【００５６】
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】
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
本実施形態では、受信機側で取得したチャネル情報行列ＨをＵＤＶHに特異値分解して得た送信機側のアンテナ重み係数行列Ｖをフィードバックする代わりに、受信機側から送信機側へリファレンス・シンボルを送信し、送信機側においても特異値分解を行ない送信時に必要なアンテナ重み係数行列Ｖを得るようにした。これにより、受信機側から送信機側へフィードバックする情報量を圧縮することができる。
【００６０】
図１には、本発明の一実施形態に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の通信システムの構成を概略的に示している。
【００６１】
送信機側では、多重化する各送信信号を空間／時間符号して３本のアンテナ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本のアンテナにより受信した多重化信号を空間／時間復号して受信データを得る。
【００６２】
図示の通信システムは、大雑把にはＶ−ＢＬＡＳＴ方式に類似するが、送信機側でアンテナ重み係数を与えて送信する構成に変更した点、並びに、送受信機間におけるアンテナ構成を送信アンテナ本数＞受信アンテナ本数（＝信号多重数）とした点が図５に示したシステムとは明らかに相違する。
【００６３】
図１に示すシステム構成では、送信アンテナ側に余剰自由度が生じるが、この余剰自由度を受信信号のＳＮの増大に寄与させるため、受信アンテナに対してＭＳＮ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏの略、自身の信号のＳＮ比を最大とする規範）送信、又はＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ送信、あるいはＭＳＮとＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇを組み合わせた重み係数を与えて送信を行なう。この結果、受信機側のアンテナ自由度に余剰がない（すなわち受信アンテナの本数が少ない）場合であっても、送信側の余剰自由度で補うことにより、良好な復号性能を得ることができる。
【００６４】
本実施形態に係る通信システムにおける動作手順について、以下に説明する。
【００６５】
まず準備段階として、受信機２０側より受信アンテナ毎にリファレンス・シンボルとしてのトレーニング信号Ｐｒｅ−ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌが時分割で送られる。図示の例では、受信機は２本の受信アンテナを持つことから、２個のトレーニング信号が送出される。なお、Ｐｒｅ−ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌの前に連接されているプリアンブルＰｒｅａｍｂｌｅは、信号検出やタイミング同期又は受信利得調整のための付加信号である。
【００６６】
送信機側１０では、受信機２０からのトレーニング信号をリファレンス信号として受信して、チャネル推定部１１によりチャネル情報行列Ｈを算定し、送信アンテナ重み係数行列算出部１３により受信アンテナ毎にＭＳＮ規範、又はＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ規範、あるいはこれらの規範の組み合せにより、送信アンテナ重み係数行列ＺTを決定する。
【００６７】
続いて、送信機１０側より、トレーニング信号と空間分割された多重化信号が連接されて送信される。このとき、アンテナ重みとして上述のように求められたＺTが与えられる。ここで、トレーニング信号の送出区間においても、多重化する信号毎のアンテナ重みが与えられている。図示の例では、アンテナ重み係数行列ＺT（＝［ｗ1，ｗ2］）の各要素ベクトルｗ1及びｗ2毎に重みが与えられたトレーニング信号Ｔｒａｉｎｉｎｇ−１及びＴｒａｉｎｉｎｇ−２が時分割で送られる。
【００６８】
一方、受信機２０側では、これら多重化する信号毎に重みが与えられたトレーニング信号Ｔｒａｉｎｉｎｇ−１及びＴｒａｉｎｉｎｇ−２より、チャネル推定部２１により送信重み係数ベクトルと受信アンテナの対に対応したチャネル情報行列Ｈ'を算定する。
【００６９】
そして、第１の受信アンテナ重み係数行列算出部２２では、送信アンテナ毎にＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ規範などを適用してゼロ化して、不要信号すなわち自身以外の信号をすべてキャンセルし、受信アンテナ重み係数行列ＺRを求める。このＺRを与えた後に取り出される各受信信号のうち、最もＳＮ比の良い信号に対して、まず復号部２３でｘ1を復号する。
【００７０】
次に、復号した信号を再び符号化部２４で符号化して送信信号のレプリカ（複製）を作り出し、アンテナ直後の受信信号からキャンセルする。第２の受信アンテナ重み係数行列算出部２５では、このキャンセルされた送信信号に対応する送信アンテナを排除して再びＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇを適用してゼロ化し、受信アンテナ重み係数行列ＺR'を再計算する。残された受信信号のうち、やはり、ＳＮ比が最も良い信号ｘ2を取り出して復号部２３で復号を行なう。この２回目の復号では、最初に復号した送信信号が取り除かれている分だけ、受信アンテナの自由度が増し、その分、最大比合成効果が高まるという効果が得られる。以降、上記操作の繰り返しにより、多重化されたすべての送信信号を順次復号していく。
【００７１】
図１に示した通信システムでは、送信機１０側がＭＳＮ送信、又はＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ送信、あるいはこれらの組み合せの重み係数で送信を行なうことにより、送信アンテナ側の自由度を漏れなく使い切って、受信ＳＮ比の増大に寄与させる仕組みとなっている。したがって、受信機２０側のアンテナ自由度に余剰が無い場合でも、送信側の余剰自由度でこれを補うことができる。
【００７２】
上述したように、送信側ではアンテナ重み係数行列Ｖを得ることにより、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送を実現することができる。ところが、経時変化によりチャネル行列Ｈの各要素（すなわち伝達関数）が変化してくると、再度チャネル行列Ｈを取得し、新しいＨを特異値分解し、送信側では新しい送信側重み係数行列Ｖを再学習する必要がある。Ｖの再学習では、受信側から送信側へのＶのフィードバック、あるいは上述したようなリファレンス・シンボルの送信という逆方向の通信を行なわなければならない。
【００７３】
例えば１００ＯＦＤＭシンボル毎に新しいチャネル行列を取得して更新しなければいけないような変動がチャネルにあった場合について考察してみる。
【００７４】
送信側からは、新しいチャネル行列を取得するためのリファレンス・シンボルを１００ＯＦＤＭシンボル毎に送信する。受信器は、１００ＯＦＤＭシンボル毎にリファレンス信号を受信して、新しい伝達関数を取得することにより、新しいチャネル行列Ｈ'を取得する。
【００７５】
ここで、元のチャネル行列をＨとし、これを特異値分解したものをＨ＝ＵＤＶHとする。また、１００ＯＦＤＭシンボル後に受信側で更新した新しいチャネル行列をＨnewとして、それを特異値分解したものをＨnew＝ＵnewＤnewＶnewHとする。
【００７６】
受信側で更新されたチャネル行列Ｈnewから特異値分解により計算した送信側重み係数行列Ｖnewを送信側にフィードバックすれば、通信システムはチャネル特性の変動に追従することができる。しかしながら、受信側から送信側への逆方向の通信により、伝送容量が低下するとともに、逐次的に同期獲得が必要となる。
【００７７】
このため、本実施形態では、受信側では１００ＯＦＤＭシンボル毎にチャネル行列を更新するが、送信側へのフィードバック（リファレンス・シンボルの送信も含む）を一切行なわないことにする。この結果、受信側では、更新されたチャネル行列Ｈnewから特異値分解により得られる新しいデコード用の重み行列Ｕnewに更新して受信処理を行なうが、送信側では元の送信用重み行列Ｖを使用し続けることになる。
【００７８】
チャネル特性の変動に拘わらず、送信側で送信用重み行列を更新しない結果として、ＳＶＤ−ＭＩＭＯで形成される複数の論理的に独立した各ＭＩＭＯチャネルの間にクロストークが生じる。この点について以下に説明する。
【００７９】
チャネル特性の変動が生じる前は、下式のように特異値分解し、送信側及び受信側でそれぞれ送信用重み行列Ｖ及び受信用重み行列Ｕを用い、受信側ではクロストークのない信号を取り出すことができる。
【００８０】
【数７】
2005184730.tif 000009
【００８１】
そして、チャネル特性が変化した後は、受信側では、新しいチャネル行列Ｈnewを下式のように特異値分解し、これらの情報が利用可能となる。
【００８２】
【数８】
2005184730.tif 000010
【００８３】
ところが、送信側では元の送信用重み行列Ｖを使用し続ける一方、受信側では新しい受信用重み行列ＵnewHを使用するということは、上式（９）のように特異値分解されるところ、現実の通信では下式のような形となる。
【００８４】
【数９】
2005184730.tif 000011
【００８５】
上式（８）に示すチャネル行列の特異値分解により得られる元のＤは、各固有値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列として表される。これら対角要素λiはそれぞれＭＩＭＯチャネルに相当し、残りの行列要素が０であることから、全くクロストークのない互いに独立したチャネルである。この場合、受信ベクトルｙは、上式（７）に示すように送信ベクトルｘと対角行列Ｄの積で表され、クロストークのない複数のＭＩＭＯチャネルができることになる。
【００８６】
これに対し、送信側において、チャネル特性の変化後も、新しい送信用重み行列Ｖnewではなく元の送信用重み行列Ｖを使用し続ける場合、上式（１０）に示すＤerrorは対角要素以外の要素が０でなくなり、非対角行列になっていく。これは複数の独立したＭＩＭＯチャネル間にクロストークが発生したことを意味する。
【００８７】
新しいチャネル行列Ｈnewに対し、送信側で元の重み行列Ｖで重み付けし、受信側で新しい重み行列ＵnewHで重み付けをすると、行列Ｖ及びＵnewはともにユニタリ行列であるから、受信ベクトルｙは、下式に示すように送信ベクトルｘと非対角行列Ｄerrorの積で表され（但し、ノイズ成分を省略する）、クロストークのある複数のＭＩＭＯチャネルができることになる。
【００８８】
【数１０】
2005184730.tif 000012
【００８９】
そこで、本実施形態では、受信側では、クロストークが発生したときに、クロストーク利得を求め、受信信号からクロストーク信号をキャンセルすることにより、結果としてクロストークのない信号伝送を実現することにした。
【００９０】
クロストークが生じていない対角行列は、上式（５）に示した通り、ＨHＨ又はＨＨHの固有値の平方根λiを対角成分に持つ対角行列である。これに対し、クロストークが生じているときの非対角行列Ｄerrorは下式のようになる。
【００９１】
【数１１】
2005184730.tif 000013
【００９２】
要するに、行列Ｄは、クロストークがなければ、本来対角行列であり、対角要素以外の要素は本来０であるが、クロストークが生じていると、クロストーク成分が対角要素以外の部分に生じることになる。上式（１２）において、ａijはｊ番目のＭＩＭＯチャネルからｉ番目のＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得である。
【００９３】
上式（１０）において、新しいチャネル行列Ｈnewは受信側で取得するので既知である。また、受信側で新しいチャネル行列Ｈnewを特異値分解することで、Ｕnewを取得することができる。さらに、Ｖは元のチャネル行列Ｈから求めた送信用重み行列であり、受信側において既知である。したがって、非対角行列Ｄerrorは下式により求めることができる。但し、Ｕnew-はＵnewの一般逆行列であり、ＶH-はＶHの一般逆行列である。
【００９４】
【数１２】
2005184730.tif 000014
【００９５】
したがって、上式（１３）により、上式（１２）で表したクロストーク利得ａijをすべて計算することができる。
【００９６】
受信側における受信信号からクロストーク信号をキャンセルする方法として、上式（１３）より非対角行列Ｄerrorが得られたら、その一般逆行列Ｄerror-をさらに求め、受信信号を受信用重み行列Ｕnewで受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を掛けて、最終的な受信信号とすることができる。
【００９７】
【数１３】
2005184730.tif 000015
【００９８】
但し、ｙは得られる受信信号、ｘは送信信号、Ｈnewは新しいチャネル行列、ＵnewH新しいチャネル行列から得られた受信用重み行列、Ｖは元のチャネル行列から得られた送信用重み行列である。なお、一般逆行列は、正方でない行列に関する逆行列のことであり、例えばムーア・ペンローズ型の一般逆行列を利用することができる。
【００９９】
また、クロストーク信号をキャンセルする他の方法として、上式（１３）より求まる各ＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得ａijからクロストーク信号を推定し、これを受信信号から引き算することができる。すなわち、ｊ番目のＭＩＭＯチャネルにおける本来の送信信号をｘ、その誤差成分をｘerrorとすると、ｊ番目のＭＩＭＯチャネルからｉ番目のＭＩＭＯチャネルへのクロストーク信号は下式のように表される。
【０１００】
【数１４】
2005184730.tif 000016
【０１０１】
但し、上式（１５）では、ａij×ｘerror≒０を利用している。これは、追従の初期段階であれば、クロストーク成分ａijは十分に小さいし、同時に、本来の受信信号ｘからの誤差であるｘerrorも小さいので、小さいもの同士の乗算であるので０とみなせることを利用している。
【０１０２】
当然、あまりに長い時間が経過すると、この部分が０とはみなせなくなり、クロストークの除去も正常には働かなくなる。したがって、Ｖの更新を永久にしなくても良いのではなく、その有効性を長持ちさせるというのが効果である。これは、伝送路の変動に対して耐性を持つことに相当する。
【０１０３】
以下では、５ＧＨｚ帯で動作するＯＦＤＭ変調方式を備え、送受信機がそれぞれアンテナを３本ずつ持つような通信システム構成において、上述したクロストーク成分をキャンセルする実施形態について説明する。
【０１０４】
図２には、本実施形態に係るＯＦＤＭ通信システムの構成を示している。
【０１０５】
送信機１００側は、符号器１０１と、送信用重み乗算部１０２と、シリアル・パラレル変換器１０３と、ＩＦＦＴ１０４と、ガード・インターバル挿入部１０５と、パラレル・シリアル変換器１０７と、Ｄ／Ａ変換器１０８と、送信用ＲＦ部１０８と、アンテナ１０９を備えている。
【０１０６】
符号器１０１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。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。
【０１０７】
送信用重み乗算部１０２は、送信先から送られてくるアンテナ本数分のリファレンス・シンボルを受信しチャネル推定して得られるチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた送信用重み行列Ｖを保持しており、符号化後の送信信号をこの重み行列Ｖで乗算する。
【０１０８】
シリアル・パラレル変換器１０３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る。
【０１０９】
ＩＦＦＴ１０４では、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。ガード・インターバル挿入部１０５は、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。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。
【０１１０】
そして、パラレル・シリアル変換器１７におい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。送信信号は、Ｄ／Ａ変換器１０８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ＲＦ部１０９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１０９よりチャネルへ送出される。
【０１１１】
一方、受信機２００側は、アンテナ２０１と、受信用ＲＦ部２０２と、Ａ／Ｄ変換器２０３と、シリアル・パラレル変換器２０４と、ＦＦＴ２０５と、チャネル特性推定部２０６と、パラレル・シリアル変換器２０７と、チャネル特性推定部２０８と、復号器２０９で構成される。
【０１１２】
アンテナ２０１より受信した信号を、受信用ＲＦ部２０２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２０３により、デジタル信号に変換する。
【０１１３】
シリアル・パラレル変換器２０４は、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る。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。
【０１１４】
ＦＦＴ２０５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。
【０１１５】
チャネル特性推定部２０６は、送信元から多重化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。特異値分解部２１０は、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Ｕと、対角行列Ｄを得ておく。送信元からは、所定の間隔（本実施形態では、１００ＯＦＤＭシンボル毎）にリファレンス信号が送られ、チャネル特性推定部２０６はその都度新しいチャネル行列に更新し、特異値分解部２１０はこれを特異値分解する。
【０１１６】
その後、パラレル・シリアル変換器２０７によって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。受信用重み乗算部２０８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Ｕを受信信号に乗算する。
【０１１７】
重み付けされた受信信号は、さらに復号器２０８によって誤り訂正並びに復号され、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。
【０１１８】
ここで、経時変化によりチャネル行列Ｈの各要素が変化してくると、再度チャネル行列Ｈを取得し、新しいＨを特異値分解し、送信側では新しい送信側重み係数行列Ｖを再学習する必要がある。しかしながら、受信側から送信側への逆方向の通信により、伝送容量が低下するとともに、逐次的に同期獲得が必要となる。このため、受信側では１００ＯＦＤＭシンボル毎にチャネル行列を更新するが、送信側へのフィードバックを一切行なわないことにする（前述）。
【０１１９】
この結果、受信側では、更新されたチャネル行列Ｈnewから特異値分解により得られる新しいデコード用の重み行列Ｕnewに更新して受信処理を行なうが、送信側では元の送信用重み行列Ｖを使用し続けることになる。送信側で送信用重み行列を更新しない結果として、ＳＶＤ−ＭＩＭＯで形成される複数の論理的に独立した各ＭＩＭＯチャネルの間にクロストークが生じる。
【０１２０】
そこで、クロストークが発生したときに、クロストーク推定部２１１ではクロストーク利得を求め、クロストーク除去部２１２では受信信号からクロストーク信号をキャンセルする。
【０１２１】
ｊ番目のＭＩＭＯチャネルからｉ番目のＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得をａijとおくと、クロストークが生じる前の対角行列Ｄは、クロストークが生じた後には、クロストーク利得ａijを非対角要素に持つ非対角行列Ｄerrorとなる（式（１２）を参照のこと）。クロストーク推定部２１１は、所定の間隔（１００ＯＦＤＭシンボル毎）に更新されるチャネル行列Ｈから、上式（１３）を用いて非対角行列Ｄerrorを求める。
【０１２２】
そして、クロストーク除去部２１２は、得られた非対角行列Ｄerrorを用いて、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする。受信信号からクロストーク信号をキャンセルする方法として、上式（１３）より非対角行列Ｄerrorが得られたら、その一般逆行列Ｄerror-をさらに求め、受信信号を受信用重み行列で受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を掛けて、最終的な受信信号とする（式（１４）を参照こと）。
【０１２３】
また、クロストーク信号をキャンセルする他の方法として、上式（１３）より求まる各ＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得ａijからクロストーク信号を推定し（式（１５）を参照のこと）、これを受信信号から引き算する。
【０１２４】
上述したように、本実施形態に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムでは、準備段階として送信側における送信用重み行列Ｖの獲得、すなわちＶの学習が行なわれた後は、チャネル特性の変動に拘わらず、Ｖの再学習は行なわない（あるいは、逐次的、頻繁なＶの再学習は行なわない）。一方、受信側では、チャネル特性の変動に適応するために、チャネル行列並びに受信用重み行列Ｕの更新を行なう。このため、送信元からは、所定の間隔（本実施形態では、１００ＯＦＤＭシンボル毎）にリファレンス信号が送られる。
【０１２５】
図３には、送信側から送られるパケット構成を示している。同図に示す例では、まず、１０ＯＦＤＭシンボルで構成される同期用プリアンブルが送出された後、各１ＯＦＤＭシンボルからなるアンテナ毎のリファレンス信号が送出される。受信側では、リファレンス信号を用いてチャネル行列Ｈを求め、特異値分解により、受信用重み行列を算出する。
【０１２６】
その後、１００ＯＦＤＭシンボル分のデータ（ペイロード）の伝送が行なわれた後、再び各１ＯＦＤＭシンボルからなるアンテナ毎のリファレンス信号が送出される。
【０１２７】
受信側では、１００ＯＦＤＭシンボル毎に送られてくるリファレンス信号を用いて新しいチャネル行列Ｈを求め、特異値分解により、受信用重み行列を定期的に更新する。そして、非対角行列Ｄerrorの算出により、クロストークの推定並びにクロストークの除去を行ない、実質的にクロストークのない信号伝送を実現する。
【０１２８】
図３に示したように、本実施形態に係る通信システムでは、受信側から送信側へのフィードバック経路を含まない。送信用重み行列Ｖの伝送を行なわないことから、伝送容量の低下を防ぐことができる。また、通信が一定方向であることから、最初に同期用プリアンブルを送るだけでよく、同期獲得に伴う伝送容量の低下もない。
【０１２９】
図３に示したＯＦＤＭ通信システムにおけるＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送の手順について、図４を参照しながら説明する。
【０１３０】
ステップ１：
パケット通信に先立って、送信側からリファレンス信号を送信する。リファレンス信号は、各アンテナから時分割に送信し、３本のアンテナが別々の時間に送信しているようにする。
【０１３１】
ステップ２：
受信側では、リファレンス信号を受信し、当該リファレンス信号を用いて伝達関数を取得し、送信アンテナと受信アンテナ間の伝達関数を行列にしたチャネル行列Ｈを取得する。この場合のチャネル行列Ｈは、３×３の行列である。
【０１３２】
ステップ３：
受信側では、この取得したＨを特異値分解し、ＵＤＶHを取得する。また、送信側へ送信用重み行列Ｖをフィードバックする。受信側では、ＵHを受信用の重みとして使用する。
【０１３３】
ステップ４：
送信側では、フィードバックされた送信用重み行列Ｖを用いて３つの独立した信号を３つのアンテナを使用して送信する。送信する信号は通常のＯＦＤＭ信号であり、それが３本同時に存在するだけである。ここで、３つのアンテナの一本ずつが各独立の信号に対応している訳ではなく、１つの論理的なＭＩＭＯチャネルは、３本のアンテナを使用していて、同時の他のＭＩＭＯチャネルも３本のアンテナを使用しているという具合である。
【０１３４】
ステップ５：
受信側では、送信側から送信された３つの独立の情報をＵHを用いて分離する。ＵHは３×３の行列であるが、実は、３×１のベクトルが３つ持つ行列であり、それらの各ベクトルが対応する情報のみを分離する重みベクトルになっている。
【０１３５】
ステップ６：
１００ＯＦＤＭシンボル程度この通信を続けていると、伝送路の状態が変化してくる。このため、それに対応するために、送信側からリファレンス信号を送信する。これも一回目と同じに、各アンテナから時分割でリファレンス・シンボルを送信する。
【０１３６】
ステップ７：
受信側では、送信器から送信されたリファレンス信号から、送信器の各アンテナから受信器の各アンテナに対応する伝達関数を取得し、３×３の新しいチャネル行列Ｈnewを取得する。
【０１３７】
ステップ８：
受信側では、さらに得られたチャネル行列Ｈnewを特異値分解する。
【０１３８】
【数１５】
2005184730.tif 000017
【０１３９】
ステップ９：
受信側では、得られたＵnewHを用いて、送信側からの複数の信号を分離する。
この状態で、分離された３つの信号はお互いにクロストークしているために誤差を含んでいる。
【０１４０】
ステップ１０：
非対角行列Ｄerrorを計算する。
【０１４１】
【数１６】
2005184730.tif 000018
【０１４２】
この行列を得ることにより、各３つのＭＩＭＯチャネル同士のクロストークの利得が明らかになる。
【０１４３】
ステップ１１：
受信側において、受信信号からクロストーク信号をキャンセルする。この１つの方法として、得られた非対角行列Ｄerrorの一般逆行列Ｄerror-をさらに求め、受信信号を受信用重み行列で受信した後の信号に対してこの一般逆行列Ｄerror-を掛けて、最終的な受信信号とする。
【０１４４】
【数１７】
2005184730.tif 000019
【０１４５】
また、クロストーク信号をキャンセルする他の方法として、上式（１３）より求まる各ＭＩＭＯチャネルへのクロストーク利得ａijからクロストーク信号を推定し、これを受信信号から引き算する。ｊ番目のＭＩＭＯチャネルにおける本来の送信信号をｘ、その誤差成分をｘerrorとすると、ｊ番目のＭＩＭＯチャネルからｉ番目のＭＩＭＯチャネルへのクロストーク信号は下式のように表される。
【０１４６】
【数１８】
2005184730.tif 000020
【０１４７】
その後、送信側は、１００ＯＦＤＭシンボル分のデータ・パケットを送る毎に各アンテナのリファレンス信号を送信し、受信側では、新しいチャネル行列の更新を繰り返し行ない、その都度、新しい受信用重み行列による受信処理、クロストーク利得の取得並びにクロストーク信号のキャンセルを行なう。
【０１４８】
［追補］
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。すなわち、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】
【０１４９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の通信システムの構成を概略的に示した図である。
【図２】図２は、本発明を適用したＯＦＤＭ通信システムの構成例を示した図である。
【図３】図３は、送信側から送られるパケット構成を示した図である。
【図４】図４は、図３に示したＯＦＤＭ通信システムにおけるＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送の手順を示したフローチャートである。
【図５】図５は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。
【図６】図６は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送システムを概念的に示した図である。
【図７】図７は、Ｖ−ＢＬＡＳＴ方式の通信システムの構成を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１０…送信機
１１…チャネル推定部
１２…送受信校正部
１３…送信アンテナ重み係数行列算出部
１５…特異値分解部
２０…受信機
２１…チャネル推定部
２２…第１の受信アンテナ重み係数行列算出部
２３…復号部
２４…符号化部
２５…第２の受信アンテナ重み係数行列算出部
【図１】
2005184730.tif 000025
【図２】
2005184730.tif 000026
【図３】
2005184730.tif 000027
【図４】
2005184730.tif 000028
【図５】
2005184730.tif 000029
【図６】
2005184730.tif 000030
【図７】
2005184730.tif 000031