(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、
共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、
得られた固有ベクトルのうち二つ以上を用い、それぞれ補正値を乗算し、足し合わせたベクトルを共通送信ウエイトとして決定するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、
共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる固有ベクトルを演算するステップと、
内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定するステップと、
各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトとして決定するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、
共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、
各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、
ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値を求めるステップと、
内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトを決定するステップと、
チャネル応答行列の得られた共通送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する成分のみからなる直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、
直交空間チャネル応答行列を用いて、再び第２の送信ウエイトとして決定するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項３記載の無線通信方法であって、
チャネル応答行列から、共通送信ウエイトを演算し、
共通送信ウエイトとチャネル応答行列から直交空間チャネル応答行列を演算し、
直交空間チャネル応答行列から第２の共通送信ウエイトを演算し、
第２の共通送信ウエイトと直交空間チャネル応答行列から第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、
第２の直交空間チャネル応答行列から、第３の共通送信ウエイトを演算し、
上記の処理を繰り返すことにより任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定することを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、
同じ情報を送信する通信相手を同じグループに分け、送信を行う対象となる通信相手を複数のグループに分けるステップと、
あるグループへの送信ウエイトを決定する際には、当該グループに属さない通信相手のチャネル応答行列から、干渉空間基底ベクトルを定義するステップと、
当該グループの通信相手のチャネル応答行列を用い、干渉空間基底ベクトルに対し、直交する成分である直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、
共通のデータを送信する通信相手に対応する直交空間チャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、
各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、
ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値求めるステップと、
内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトとして決定するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、
同じ情報を送信する通信相手を同じグループに分け、送信を行う対象となる通信相手を複数のグループに分けるステップと、
あるグループへの送信ウエイトを決定する際には、当該グループに属さない通信相手のチャネル応答行列から、干渉空間基底ベクトルを定義するステップと、
当該グループの通信相手のチャネル応答行列を用い、干渉空間基底ベクトルに対し、直交する成分である直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、
共通のデータを送信する通信相手に対応する直交空間チャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、
各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、
ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値を求めるステップと、
内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトを決定するステップと、
当該グループの直交空間チャネル応答行列の、得られた共通送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する成分のみからなる第２の直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、
直交空間チャネル応答行列をもちいて、再び第２の共通送信ウエイトを決定するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信方法であって、
当該グループに属する通信相手の直交空間チャネル応答行列から、共通送信ウエイトを演算し、
共通送信ウエイトと直交空間チャネル応答行列から第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、
第２の直交空間チャネル応答行列から第２の共通送信ウエイトを演算し、
第２の共通送信ウエイトと第２の直交空間チャネル応答行列から第３の直交空間チャネル応答行列を演算し、
第３の直交空間チャネル応答行列から、第３の共通送信ウエイトを演算し、
上記の処理を繰り返すことにより任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定することを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
請求項６記載の無線通信方法において、
グループに該当する通信相手が１つである場合には、当該通信相手に対して得られた直交空間チャネル応答行列から線形演算によって得られるベクトルを送信ウエイトとすることを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
請求項１〜７記載の無線通信方法において、
各通信相手に選択する固有ベクトルとして、第１固有ベクトルを選択することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
請求項１〜７記載の無線通信方法において、
各通信相手に選択する固有ベクトルとして、固有ベクトルに対応する固有値が近しい値をとるものを選択することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
複数本のアンテナ素子を備えた送信局と、
１つもしくは複数のアンテナ素子を備えた複数の通信相手局とにより構成され、
送信局と複数の通信相手局のアンテナ素子、もしくはそれらアンテナ素子に形成されるビームにより構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを介して、複数の通信相手局に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行うことが可能な無線通信システムにおける、Ｍｕ個の通信相手について、共通の送信データを送信する無線通信装置において、
ＭＴ（ＭＴ＞１：整数）本のアンテナ素子を具備し、
前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からをベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路へ出力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、
無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、
チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、各通信相手に対する送信ウエイト候補を演算する送信ウエイト候補演算回路と、
送信ウエイト候補演算回路から出力された各通信相手に対する送信ウエイト候補に補正値をそれぞれ乗算し、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、
上記チャネル応答行列取得回路、送信ウエイト候補演算回路、共通送信ウエイト演算回路から構成される送信ウエイト決定ブロックと、
送信データを通信系列数に変調方式に応じて分割するデータ分割回路と、各信号系列に変調を行う変調回路と、
変調された各通信系列に送信ウエイト演算回路で決定された送信ウエイトを乗算し、対応するのアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、
チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、
送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルを他の通信相手に用いた場合の当該通信相手における受信信号を推定し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定されると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、
チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列、もしくは、直交空間チャネル演算回路から入力された直交空間チャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、
送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルと、他通信相手のチャネル応答行列の固有ベクトルとの内積値を算出し、ある通信相手に選択された固有ベクトルを送信ウエイトとした際の他通信相手に対する信号の漏れこみを考慮し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路と直交空間チャネル演算回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、
入力された送信ウエイトと、各通信相手のチャネル応答行列から、送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する直交空間チャネル応答行列を演算し、送信ウエイト候補演算回路に出力する直交空間チャネル演算回路と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定されると、同じ情報を送信する通信相手を同じグループとしてグループ分けを行う通信相手グループ分け回路と、
送信を行う通信相手のチャネル応答行列を直交空間チャネル演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、
入力された送信ウエイトを決定する第ｋ番目のグループに属する通信相手のチャネル応答行列に対し、第ｋのグループに属さない、且つ送信ウエイトが決定されていない通信相手に対応するチャネル応答行列と、送信ウエイト演算回路から入力された送信ウエイトから、演算された第ｋグループ第１の干渉空間基底ベクトルと、直交する第ｋグループ第１の直交空間チャネル応答行列を演算し、送信ウエイト候補演算回路に出力する、直交空間チャネル演算回路と、
直交空間チャネル演算回路から入力された直交空間チャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、
送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルと、他通信相手のチャネル応答行列の固有ベクトルとの内積値を算出し、ある通信相手に選択された固有ベクトルを送信ウエイトとした際の他通信相手に対する信号の漏れこみを考慮し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路と直交空間チャネル演算回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路において決定された送信ウエイトから、直交空間チャネル演算回路において、この送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交するチャネル応答行列、もしくは直交空間チャネル応答行列を求め、再び送信ウエイト候補演算回路を介して、送信ウエイトを決定する処理を任意の回数繰り返すことで、共通の通信相手に対する送信ウエイトを任意の通信系列数分演算することが可能な、送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路、直交空間チャネル演算回路、送信ウエイト候補演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１６】
請求項１１〜１４記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
グループに属する通信相手が一つである場合には、入力された固有ベクトルを送信ウエイトとする送信ウエイト演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１７】
請求項１１〜１４記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定する際に、第１固有ベクトルを選択する送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１８】
請求項１１〜１４記載の無線通信装置において、
前記送信ウエイト決定ブロックは、
送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定する際に、固有ベクトルに対応する固有値が近しい値をとる固有ベクトルを選択する送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立な信号系列を空間多重して送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間のチャネル応答行列をもとに受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信を用い、同時に複数の通信相手への情報伝達を実現する高速無線アクセスシステムにおいて、複数の通信相手に同一時間に、同一の情報を送信する、無線通信方法及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚しい（例えば非特許文献１）。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は３０Ｍｂｐｓ程度である。このような実際のスループットの低下は、基地局が送信を行っている間は、端末局は送信を行わないことや、送信が終わったあともバックオフの時間を各端末局でとることなどによる。将来の無線通信を考えるにあたって、端末局において指向性制御を行い、複雑なスケジューリングにより送信を行うようになることが想定され、このような場合、ＭＡＣレイヤによるスループットの低下は、全体の通信品質の向上を大きく妨げることとなる。
【０００３】
送信装置と受信装置それぞれに複数のアンテナ素子を具備し、通信を行うＭＩＭＯ技術が周波数利用効率を改善するため有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間のチャネル応答行列を求め、この行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。
【０００４】
図７において、送信装置のアンテナ素子数をＭＴ、通信相手である受信装置のアンテナ素子数をＭＲ、同時、同周波数帯において送信する通信系列数をＬとして、シングルユーザにおいて最適となる指向性制御を示す。図７は伝搬環境に最適となるように送信指向性を制御し、空間多重を行い伝送速度を向上させる、従来技術における送信部の構成例である。
【０００５】
図７において、符号９００はデータ分割回路、９０１−１〜９０１−Ｌは変調回路、９０３−１〜９０３−ＭＴは無線部、９０４−１〜９０４−ＭＴはアンテナ素子、９０５はチャネル応答行列取得回路、９０６はアンテナ選択決定回路である。
【０００６】
アンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴおよび無線部９０３−１〜９０３−ＭＴは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、これらを介して送信部の各アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴと通信相手の各アンテナ間のチャネル応答行列をチャネル応答行列取得回路９０５において推定することができる。
【０００７】
このチャネル応答行列の取得方法はここでは明記しないが、アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴにおいて既知信号の受信を行った際に得られる情報を元に推定するか、もしくは受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報によって、チャネル応答行列の情報が取得される。
【０００８】
同じ情報を送信する通信相手が決定すると、チャネル応答行列取得回路９０５は、対応する通信相手のチャネル応答行列を取得し、この情報はアンテナ選択決定回路９０６に入力され、送信を行う際に用いるアンテナを決定する。
【０００９】
送信されるデータは、データ分割回路９００において１系統の信号がＬ系統の信号系列に分割され、変調回路９０１−１〜９０１−Ｌへ入力される。ここでは、ＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、変調された後、これらの信号は、不図示のアンテナ選択回路に入力される。ここで、送信データは選択されたアンテナの無線部９０３−１〜９０３−ＭＴに入力され、選択されたアンテナを介して無線信号として送信される。
【００１０】
チャネル応答行列取得回路９０５において得られたｋ番目の通信相手チャネル応答行列Ｈｋ（ＭＲ（ｋ）×ＭＴ行列）は下式のように表せる。
【００１１】
【数１】
0004593489.tif 000002
【００１２】
ここでＨｋ，ａｂは送信装置のｂ番目のアンテナから受信装置のａ番目のアンテナまでのチャネル応答行列を表す。
【００１３】
ここで、２つの通信相手に対し、２つの通信系列Ｘ＝（ｘ１，ｘ２）Ｔを１番目のアンテナと２番目のアンテナを用いて送信することを考える。（）Ｔは転置行列を表すものとする。２つの通信相手はそれぞれ２つの受信アンテナを有するものとする。１番目の通信相手の受信信号Ｙ１＝（ｙ１，１，ｙ１，２）、２番目の通信相手の受信信号Ｙ２＝（ｙ２，１，ｙ２，２）は、選択された送信アンテナと通信相手の受信アンテナ間の選択チャネル応答行列Ｈｓｋ（２×２行列）を用いて、以下のように表すことができる。
【００１４】
【数２】
0004593489.tif 000003
【００１５】
各通信相手は、受信信号を用いて、送信された信号を推定する。例えば受信信号Ｙｋに選択チャネル応答行列の逆行列や、擬似逆行列を乗算するＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）法と呼ばれる方法や、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）法や、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法などを用いて送信信号Ｘを復号することができる。
【非特許文献１】守倉正博・久保田周治  監修、“改訂版  ８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書”、２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、このような制御により信号を送信すると、以下のような幾つかの問題が生じ、これは送信する信号系列が２以上の場合でも、１つの場合でも同様である。
【００１７】
１．送信信号Ｘは通信品質が悪い通信相手に合わせて情報量を低く設定する必要があり、各通信相手で選択されたチャネル応答行列の絶対値や固有値分布に大きな差があると、大きくスループットが低下する。
【００１８】
２．信号が全空間に放射されるので、空間リソースを使い切ってしまい、残りの空間チャネルを用いて他の通信を行うことが難しい。
【００１９】
３．送受信装置が多くのアンテナ素子を有しても、通信相手の受信アンテナ数が少なければ、大きなスループットの上昇を望めない。
【００２０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、同じ情報を複数の通信相手に送信する際に、送信ビームを形成することで、通信相手に対する通信品質を適切に選択し、有効に空間リソースを利用し、アレー利得を得ることで全体の通信容量を増大させるようにした無線通信方法及び無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１に係る本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、得られた固有ベクトルのうち二つ以上を用い、それぞれ補正値を乗算し、足し合わせたベクトルを共通送信ウエイトとして決定するステップとを備えることを特徴とする無線通信方法である。
【００２２】
請求項２に係る本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる固有ベクトルを演算するステップと、内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定するステップと、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトとして決定するステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法である。
【００２３】
請求項３に係る本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、共通のデータを送信する通信相手に対応するチャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値を求めるステップと、内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトを決定するステップと、チャネル応答行列の得られた共通送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する成分のみからなる直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、直交空間チャネル応答行列を用いて、再び第２の送信ウエイトとして決定するステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法である。
【００２４】
請求項４に係る本発明は、請求項３の無線通信方法であって、チャネル応答行列から、共通送信ウエイトを演算し、共通送信ウエイトとチャネル応答行列から直交空間チャネル応答行列を演算し、直交空間チャネル応答行列から第２の共通送信ウエイトを演算し、第２の共通送信ウエイトと直交空間チャネル応答行列から第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、第２の直交空間チャネル応答行列から、第３の共通送信ウエイトを演算し、上記の処理を繰り返すことにより任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定することを特徴とする無線通信方法である。
【００２５】
請求項５に係る本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、同じ情報を送信する通信相手を同じグループに分け、送信を行う対象となる通信相手を複数のグループに分けるステップと、あるグループへの送信ウエイトを決定する際には、当該グループに属さない通信相手のチャネル応答行列から、干渉空間基底ベクトルを定義するステップと、当該グループの通信相手のチャネル応答行列を用い、干渉空間基底ベクトルに対し、直交する成分である直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、共通のデータを送信する通信相手に対応する直交空間チャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値求めるステップと、内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトとして決定するステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法である。
【００２６】
請求項６に係る本発明は、複数のアンテナ素子を備え、通信相手の具備するアンテナ間との伝搬環境を表すチャネル応答行列を推定し、送信ウエイトを決定して送信信号に送信重み付けを行ったうえで複数の通信相手に同一の送信信号を送信する無線通信方法であって、同じ情報を送信する通信相手を同じグループに分け、送信を行う対象となる通信相手を複数のグループに分けるステップと、あるグループへの送信ウエイトを決定する際には、当該グループに属さない通信相手のチャネル応答行列から、干渉空間基底ベクトルを定義するステップと、当該グループの通信相手のチャネル応答行列を用い、干渉空間基底ベクトルに対し、直交する成分である直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、共通のデータを送信する通信相手に対応する直交空間チャネル応答行列の送信側相関行列から得られる、固有ベクトルと、固有値を演算するステップと、各通信相手に対しどの固有ベクトルを用いるか決定するステップと、ある通信相手に用いることを決定された固有ベクトルと、それ以外の通信相手の固有ベクトルの内積値を求めるステップと、内積値からある通信相手に対する固有値を用いた場合に他の通信相手に受信される受信信号を推定し、各通信相手に同等の受信信号が受信されるように、選択された固有ベクトルに補正値を乗算し、足し合わせ、共通送信ウエイトを決定するステップと、当該グループの直交空間チャネル応答行列の、得られた共通送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する成分のみからなる第２の直交空間チャネル応答行列を演算するステップと、直交空間チャネル応答行列をもちいて、再び第２の共通送信ウエイトを決定するステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法である。
【００２７】
請求項７に係る本発明は、請求項６の無線通信方法であって、当該グループに属する通信相手の直交空間チャネル応答行列から、共通送信ウエイトを演算し、共通送信ウエイトと直交空間チャネル応答行列から第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、第２の直交空間チャネル応答行列から第２の共通送信ウエイトを演算し、第２の共通送信ウエイトと第２の直交空間チャネル応答行列から第３の直交空間チャネル応答行列を演算し、第３の直交空間チャネル応答行列から、第３の共通送信ウエイトを演算し、上記の処理を繰り返すことにより任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定することを特徴とする無線通信方法である。
【００２８】
請求項８に係る本発明は、請求項６記載の無線通信方法であって、グループに該当する通信相手が１つである場合には、当該通信相手に対して得られた直交空間チャネル応答行列から線形演算によって得られるベクトルを送信ウエイトとすることを特徴とする無線通信方法である。
【００２９】
請求項９に係る本発明は、請求項１〜７の無線通信方法において、各通信相手に選択する固有ベクトルとして、第１固有ベクトルを選択することを特徴とする、複数通信相手への無線通信方法である。
【００３０】
請求項１０に係る本発明は、請求項１〜７の無線通信方法において、各通信相手に選択する固有ベクトルとして、固有ベクトルに対応する固有値が近しい値をとるものを選択することを特徴とする無線通信方法である。
【００３１】
請求項１１に係る本発明は、複数本のアンテナ素子を備えた送信局と、１つもしくは複数のアンテナ素子を備えた複数の通信相手局とにより構成され、送信局と複数の通信相手局のアンテナ素子、もしくはそれらアンテナ素子に形成されるビームにより構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを介して、複数の通信相手局に対し、ひとつまたは複数の信号系列を同一周波数チャネルおよび同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行うことが可能な無線通信システムにおける、Ｍｕ個の通信相手について、共通の送信データを送信する無線通信装置において、ＭＴ（ＭＴ＞１：整数）本のアンテナ素子を具備し、各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からをベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路へ出力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、各通信相手に対する送信ウエイト候補を演算する送信ウエイト候補演算回路と、送信ウエイト候補演算回路から出力された各通信相手に対する送信ウエイト候補に補正値をそれぞれ乗算し、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、上記チャネル応答行列取得回路、送信ウエイト候補演算回路、共通送信ウエイト演算回路から構成される送信ウエイト決定ブロックと、送信データを通信系列数に変調方式に応じて分割するデータ分割回路と、各信号系列に変調を行う変調回路と、変調された各通信系列に送信ウエイト演算回路で決定された送信ウエイトを乗算し、対応するのアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３２】
請求項１２に係る本発明は、請求項１１記載の無線通信装置において、前記送信ウエイト決定ブロックは、無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルを他の通信相手に用いた場合の当該通信相手における受信信号を推定し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３３】
請求項１３に係る本発明は、請求項１１記載の無線通信装置において、前記送信ウエイト決定ブロックは、無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定されると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト候補演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、チャネル情報取得回路から入力されたチャネル応答行列、もしくは、直交空間チャネル演算回路から入力された直交空間チャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルと、他通信相手のチャネル応答行列の固有ベクトルとの内積値を算出し、ある通信相手に選択された固有ベクトルを送信ウエイトとした際の他通信相手に対する信号の漏れこみを考慮し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路と直交空間チャネル演算回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路と、入力された送信ウエイトと、各通信相手のチャネル応答行列から、送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交する直交空間チャネル応答行列を演算し、送信ウエイト候補演算回路に出力する直交空間チャネル演算回路と、を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３４】
請求項１４に係る本発明は、請求項１１の無線通信装置において、送信ウエイト決定ブロックは、無線部から入力された信号から、通信相手に対するチャネル応答行列の推定し、通信相手と送信信号が決定されると、同じ情報を送信する通信相手を同じグループとしてグループ分けを行う通信相手グループ分け回路と、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を直交空間チャネル演算回路へ出力するチャネル情報取得回路と、入力された送信ウエイトを決定する第ｋ番目のグループに属する通信相手のチャネル応答行列に対し、第ｋのグループに属さない、且つ送信ウエイトが決定されていない通信相手に対応するチャネル応答行列と、送信ウエイト演算回路から入力された送信ウエイトから、演算された第ｋグループ第１の干渉空間基底ベクトルと、直交する第ｋグループ第１の直交空間チャネル応答行列を演算し、送信ウエイト候補演算回路に出力する、直交空間チャネル演算回路と、直交空間チャネル演算回路から入力された直交空間チャネル応答行列を元に、特異値分解により得られる送信側固有ベクトルおよび固有値を演算し、共通送信ウエイト演算回路に出力する送信ウエイト候補演算回路と、送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定し、選択された固有ベクトルと、他通信相手のチャネル応答行列の固有ベクトルとの内積値を算出し、ある通信相手に選択された固有ベクトルを送信ウエイトとした際の他通信相手に対する信号の漏れこみを考慮し、全ての通信相手における受信電力がほぼ等しくなるように、固有ベクトルに重み付けをして、足し合わせ、送信ウエイトを決定し、送信信号変換回路と直交空間チャネル演算回路に出力し、各通信系列に適用する変調方式を変調回路とデータ分割回路に出力する共通送信ウエイト演算回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３５】
請求項１５に係る本発明は、請求項１１〜１４記載の無線通信装置において、前記送信ウエイト決定ブロックは、送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路において決定された送信ウエイトから、直交空間チャネル演算回路において、この送信ウエイトを用いた際の受信側装置の受信ビームに直交するチャネル応答行列、もしくは直交空間チャネル応答行列を求め、再び送信ウエイト候補演算回路を介して、送信ウエイトを決定する処理を任意の回数繰り返すことで、共通の通信相手に対する送信ウエイトを任意の通信系列数分演算することが可能な、送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路、直交空間チャネル演算回路、送信ウエイト候補演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３６】
請求項１６に係る本発明は、請求項１１〜１４の無線通信装置において、送信ウエイト決定ブロックは、グループに属する通信相手が一つである場合には、入力された固有ベクトルを送信ウエイトとする送信ウエイト演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３７】
請求項１７に係る本発明は、請求項１１〜１４の無線通信装置において、送信ウエイト決定ブロックは、送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定する際に、第１固有ベクトルを選択する送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【００３８】
請求項１８に係る本発明は、請求項１１〜１４の無線通信装置において、送信ウエイト決定ブロックは、送信ウエイト候補演算回路から入力された各通信相手に対する固有ベクトルから、共通送信ウエイトを求めるために用いる固有ベクトルを決定する際に、固有ベクトルに対応する固有値が近しい値をとる固有ベクトルを選択する送信ウエイト演算回路もしくは共通送信ウエイト演算回路を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、複数の通信相手局宛に、同じ情報を送信する場合に、各通信相手において近しい伝送品質を達成する共通の送信ウエイトを決定できる。このように制御することで、余分な空間に信号を送信することを避けることができ、また、他の指向性制御法と併用する場合に、送信アンテナの自由度の消費量を大きく削減する利点がある。共通の情報を送信するいくつかの通信相手をグループ化し、各グループに同時に送信を行うことも可能である。この場合にも各通信相手に独立に送信ビームを形成する場合に比べ、送信アンテナの自由度をより有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明第１の実施形態における送信部の構成例を示す。図１において、１００はデータ分割回路、１０１−１〜１０１−Ｌは変調回路、１０２は送信信号変換回路、１０３−１〜１０３−ＭＴは無線部、１０４−１〜１０４−ＭＴはアンテナ、１０５はチャネル情報取得回路、１０６は送信ウエイト候補演算回路、１０７は共通送信ウエイト演算回路を示す。１１０は送信ウエイト決定ブロックを示し、送信ウエイト決定ブロック１１０は、チャネル情報取得回路１０５、送信ウエイト候補演算回路１０６、共通送信ウエイト演算回路１０７からなる。
【００４１】
送信装置のアンテナ素子数をＭＴ、同時に通信を行う全通信相手の全受信アンテナ素子数をＭＲ、ｋ番目の通信相手の受信素子数をＭＲ（ｋ）、同時、同周波数帯において送信する通信系列数をＬとする。従来技術の場合と同様に、アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴおよび無線部１０３−１〜１０３−ＭＴは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、無線部１０３−１〜１０３−ＭＴにおいて変換された受信信号をもとに、チャネル情報取得回路１０５において、送信部の各アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴと複数の通信相手の受信アンテナ、もしくは受信ビームとの間のチャネル応答行列を推定することができる。このチャネル応答行列の取得方法はここでは明記しないが、アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴにおいて既知信号の受信を行った際に得られる情報を元に推定するか、もしくは受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報によって、各通信相手に対するチャネル応答行列の情報が取得される。
【００４２】
通信相手およびその送信すべきデータが決定されると、チャネル情報取得回路１０５から、対応する通信相手のチャネル応答行列が送信ウエイト候補演算回路１０６に出力される。送信ウエイト候補演算回路１０６においては、入力されたチャネル応答行列を用い、線形演算により得られる送信ウエイト候補とチャネル応答行列を、共通送信ウエイト演算回路１０７に出力する。
【００４３】
共通送信ウエイト演算回路１０７は入力された送信ウエイト候補の少なくとも１つは用い、それらに線形演算して得られる共通送信ウエイトを決定し、予想される伝送品質から、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、これらの情報をデータ分割回路１００、変調回路１０１−１〜１０１−Ｌ、送信信号変換回路１０２に出力する。
【００４４】
送信データは、データ分割回路１００において、Ｌ系統の信号系列に分割され、変調回路１０１−１〜１０１−Ｌへ入力される。ここで、ＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、変調された後、これらの信号は、送信信号変換回路１０２に入力される。ここで、送信データは、送信ウエイトを乗算され、無線部１０３−１〜１０３−ＭＴに入力され、アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴを介して無線信号として送信される。
【００４５】
図１に示す本発明の第１実施形態の制御方法の一例を以下に示す。ここで、２つの通信相手に同じ信号系列を送信する。送信素子数をＭＴ、ｋ番目の通信相手の受信アンテナ素子数はＭＲ（ｋ）である。
【００４６】
まず、送信ウエイト候補演算回路１０６は、入力されたチャネル応答行列Ｈ１、Ｈ２を以下のように特異値分解し、
Ｈｋ＝ＵｋＤｋＶｋＨ
特異分解した際に得られる固有ベクトルＶｋ
Ｖｋ＝（ｖｋ，１，  ｖｋ，２，  ・・・，  ｖｋ，Ｍ（ｋ））
と、固有値λｋ，１，  λｋ，２，・・・，  λｋ，Ｍ（ｋ）を演算し、共通送信ウエイト演算回路１０７に出力する。
【００４７】
Ｍ（ｋ）は、送信素子数ＭＴと受信アンテナ素子数ＭＲ（ｋ）の小さい方の数である。固有値はＤｋの対角成分であり、
λｋ，１＞λｋ，２＞・・・＞λｋ，Ｍ（ｋ）
とする。ｖｋ，１，  ｖｋ，２，  ・・・，  ｖｋ，Ｍ（ｋ）はこれらの固有値に対応するものとする。送信ウエイト候補演算回路１０６は、送信ウエイト候補、Ｖｋ、と、期待される伝送品質、λｋ，１，  λｋ，２，・・・，  λｋ，Ｍ（ｋ）、を共通送信ウエイト演算回路１０７に出力する。
【００４８】
共通送信ウエイト演算回路１０７において、入力された通信相手の固有ベクトル同士で以下の演算を行う。
【００４９】
【数３】
0004593489.tif 000004
【００５０】
χｋｌ，ｉｊはｋ番目の通信相手のｉ番目の固有ベクトルと、ｌ番目の通信相手のｊ番目の固有ベクトルとの内積を表し、αｋｌ，ｉｊｊはχｋｌ，ｉｊの振幅値、θｋｌ，ｉｊはχｋｌ，ｉｊの位相角を表す。χｋｌ，ｉｊ＝χｌｋ，ｊｉとなる。
【００５１】
第ｋの通信相手の第ｉの固有ベクトルｖｋ，ｉを第ｌの通信相手に用いる場合、第ｌの通信相手において受信される総電力Ｐｌ，ｋ，ｉは、以下のように表すことができる。
【００５２】
【数４】
0004593489.tif 000005
【００５３】
まず、本発明により、１番目と２番目の通信相手に共通の通信系列を１つ形成することを考える。共通の通信系列は共通ビームにより通信を行う全ての通信相手で同じ通信品質となることが望ましい。本発明では通信相手ｋ番目とｌ番目の固有ベクトルを足し合わせて用いることを特徴とする。
【００５４】
第１の固有ベクトルを用いると、両者に高い情報量を伝送可能な共通送信ウエイトを決定できる。このとき、２番目の通信相手の第１固有値が、１番目の通信相手の第１固有値より小さいものとする。このとき、まず２番目の通信相手の第１固有ベクトルを用いた際の１番目の通信相手の受信電力を数式４から推定する。このとき、１番目の通信相手の受信電力が、２番目の通信相手の第１固有値と等しければ、これを送信ウエイトとする。
以下、１番目の通信相手の受信電力が、２番目の通信相手の第１固有値以下になった場合について、最大の伝送容量を実現する共通ウエイトの演算方法を示す。
【００５５】
第１の通信相手の第１の固有ベクトルの割合をη１、第２の通信相手の第１の固有ベクトルの割合をη２、第２の固有ベクトルに与える位相回転角をφとする。｜η１ｖ１，１＋η２ｖ２，１｜＝１である。すると、第１の通信相手において期待される共通ビームによる、第１番目の通信相手の受信電力Γｃ１，１と、第２番目の通信相手の受信電力Γｃ１，２は、以下のように表すことができる。
【００５６】
【数５】
0004593489.tif 000006
【００５７】
受信電力を最大にするには、φ＝−θ１２，１１と設定すればよく、共通ビームにより、Γｃ１，２＝Γｃ１，２を実現する配分比η２／η１は、以下の２次方程式と、｜η１ｖ１，１＋η２ｖ２，１｜＝１、１≧η１≧０、１≧η２≧０から解を求めることができる。
【００５８】
【数６】
0004593489.tif 000007
【００５９】
また、共通ビームを形成するための送信ウエイトｗｃ１は、以下のように表わすことができる。
【００６０】
【数７】
0004593489.tif 000008
【００６１】
次に、１番目の通信相手の受信電力が２番目の通信相手の第１固有値以上になった場合を考える。この場合、１番目の通信相手に対し、送信する必要のある他の通信ストリームが存在しない場合については、２番目の通信相手の第１固有ベクトルを送信ウエイトとしてよい。しかし、１番目の通信相手に、他の情報を送信する必要がある場合には、共通ウエイトが過剰な空間リソースを使用してしまっており、１番目の通信相手における受信電力を下げるよう制御する必要がある。この場合には、１番目の通信相手の送信側固有ベクトルｖ１，１〜ｖ１，Ｍ（１）と直交する付加固有ベクトルｖ１，Ｍ（１）＋１を新たに演算する。この付加固有ベクトルは、例えば、２番目の通信相手の第１固有ベクトルからｖ１，１〜ｖ１，Ｍ（１）との内積から非直交成分を減算していき、求めることで２番目の第１固有ベクトルと高い相関値を有するように求めると、２番目の通信相手の品質の劣化を軽減できる。
１番目の通信相手の付加固有ベクトルと、２番目の通信相手の第１固有ベクトルの重ね合わせで、１番目と２番目の通信相手の受信電力を表わすと以下のようになる。
【００６２】
【数８】
0004593489.tif 000009
【００６３】
共通ビームにより、Γｃ１，２＝Γｃ１，２を実現する配分比η２／η１は、数式６と同様に、２次方程式から得ることができ、共通送信ウエイトは以下のように表わすことができる。
【００６４】
【数９】
0004593489.tif 000010
【００６５】
通信相手が２より大きい場合においても、同様に共通ウエイトを決定することができるが、通信相手の数がＭｃ個あるとすると、この場合には、足し合わせる際の位相の回転角φ１〜φ１ＭＣを一意に決定することができない。受信電力Γｃ１，１，Γｃ１，２・・・Γｃ１，Ｍｃは以下のように表わせる。
【００６６】
【数１０】
0004593489.tif 000011
【００６７】
図２は、本発明第１の実施形態における送信フローを示す。図２において、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（ステップＳ１０１）。
【００６８】
通信相手が決定され（ステップＳ１０２）、送信データが決定される（ステップＳ１０３）と、該当するＭｃ個の通信相手のチャネル応答行列を用いて、各通信相手に対し固有ベクトルと固有値が演算され（ステップＳ１０４）、各通信相手に対し、どの固有ベクトルを用いて共通送信ウエイトを決定するかを決定する（ステップＳ１０５）。ここでｋ番目の通信相手に決定されたｔｋ番目の固有ベクトルと、ｋ番目以外の通信相手における全固有ベクトルとの内積値が演算され（ステップＳ１０６）、決定されたベクトル同士の内積値と固有値から、固有ベクトルの足し合わせによって共通送信ウエイトを演算し、変調方式や符号化率からなる伝送モードを決定する（ステップＳ１０７）。
【００６９】
送信するデータに、変調処理および既知信号の付与がなされ（ステップＳ１０８）、信号変換回路における処理は、シンボル単位で行われ、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する信号変換処理を実施する（ステップＳ１０９）。このように、処理されたベースバンド信号は、各アンテナに対応する無線部によりＲＦ信号に変換され送信される（ステップＳ１１０）。
【００７０】
（第２実施形態）
図３に本発明第２の実施形態における送信ウエイト決定ブロック１１０の構成例を示す。図３において、２０５はチャネル情報取得回路、２０６は送信ウエイト候補演算回路、２０７は共通送信ウエイト演算回路、２０８は直交空間チャネル演算回路を示す。
【００７１】
通信相手およびその送信すべきデータが決定されると、チャネル情報取得回路２０５から、対応する通信相手のチャネル応答行列が送信ウエイト候補演算回路２０６と直交空間チャネル演算回路２０８に出力される。送信ウエイト候補演算回路２０６においては、入力されたチャネル応答行列を用い、線形演算により得られる送信ウエイト候補とチャネル応答行列を、共通送信ウエイト演算回路２０７に出力する。
【００７２】
共通送信ウエイト演算回路２０７は、入力された送信ウエイト候補の少なくとも１つは用い、それらに線形演算して得られる共通送信ウエイトを決定し、予想される伝送品質から、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、これらの情報を、データ分割回路１００、変調回路１０１−１〜１０１−Ｌ、送信信号変換回路１０２および直交空間チャネル演算回路２０８に出力する。
【００７３】
直交空間チャネル演算回路２０８においては、入力されたチャネル応答行列に対し、共通送信ウエイトを用いた場合の通信相手の受信ビームに直交する成分から直交空間チャネル応答行列を各通信相手に対し演算し、送信ウエイト候補演算回路２０６に出力する。
【００７４】
本発明の第２の実施形態の制御方法の一例を以下に示す。本発明の第２の実施形態では、複数の信号系列を共通ビームにより伝送することを想定しており、Ｍｃ個の通信相手に同じ信号系列を送信することを考える。送信素子数をＭＴ、ｋ番目の通信相手の受信アンテナ素子数はＭＲ（ｋ）である。
【００７５】
まず、送信ウエイト候補演算回路２０６は、入力されたＭｃ個のチャネル応答行列を用い、線形演算して得られる送信ウエイト候補とチャネル応答行列を、共通送信ウエイト演算回路２０７に出力する。共通送信ウエイト演算回路２０７は、第１の実施形態と同様に、第１の共通送信ウエイトｗｃ１（ＭＴ×１ベクトル）を演算し、直交空間チャネル演算回路２０８に出力する。
【００７６】
直交空間チャネル演算回路２０８は、共通ウエイトを用いた場合に通信相手が用いる受信ウエイトを推定し、この受信ウエイトに送信信号が干渉しないように、直交空間チャネル応答行列Ｈ’１〜Ｈ’Ｍｃを演算する。例えば、ｋ番目のチャネル応答行列Ｈｋのｉ番目の行ベクトルをｈｋ，ｉ（１×ＭＴベクトル）とし、ｋ番目の直交空間チャネル応答行列Ｈ’ｋのｉ番目の行ベクトルをｈ’ｋ，ｉ（１×ＭＴベクトル）とし、ｋ番目のチャネル応答行列に共通ウエイトを乗算して得られるｋ番目の通信相手に対する干渉空間ベクトルをｗ’ｋ＝ｗｃｌＨＨｋＨＨｋとすると、ｋ番目の直交チャネル応答行列は以下のように演算することができる。
【００７７】
【数１１】
0004593489.tif 000012
【００７８】
このようにして得られた直交空間チャネル応答行列Ｈ’１〜Ｈ’Ｍｃを元に、第１の実施形態において述べた方法と同様に、直交チャネル応答行列を用いて第２の共通送信ウエイトｗｃ２を演算することができる。
【００７９】
さらに３つ目の通信系列を共通ビームによって送信を行う場合には、上記のように得られた第２の共通送信ウエイトｗｃ２を直交空間チャネル演算回路２０８に出力し、第２の共通ウエイトを用いた際に通信相手で形成される受信ウエイトと直交する行列である、第２の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’１〜Ｈ’’Ｍｃを演算する。ｋ番目のチャネル応答行列に共通ウエイトを乗算して得られるｋ番目の通信相手に対する干渉空間ベクトルをｗ’’ｋ＝ｗｃ２ＨＨ’ｋＨＨ’ｋとすると、ｋ番目の通信相手に注目すると、以下のように演算することができる。
【００８０】
【数１２】
0004593489.tif 000013
【００８１】
このようにして直交空間チャネル応答行列を求めていくことで、ｍｉｎ（ＭＲ（ｋ））個以下の任意の数の共通送信ウエイトを決定することができる。
【００８２】
図４に、本発明第２の実施形態における送信フローを示す。図４において、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（ステップＳ２０１）。
【００８３】
通信相手が決定され（ステップＳ２０２）、送信データが決定される（ステップＳ２０３）と、該当するＭｃ個の通信相手のチャネル応答行列、または直交空間チャネル応答行列を用いて、各通信相手に対し固有ベクトルと固有値が演算され（ステップＳ２０４）、各通信相手に対し、どの固有ベクトルを用いて共通送信ウエイトを決定するかを決定する（ステップＳ２０５）。ここでｋ番目の通信相手に決定されたｔｋ番目の固有ベクトルと、ｋ番目以外の通信相手における全固有ベクトルとの内積値が演算され（ステップＳ２０６）、決定されたベクトル同士の内積値と固有値から、共通送信ウエイトおよび変調方式や符号化率からなる伝送モードを決定する（ステップＳ２０７）。
【００８４】
このとき送信する通信系列の送信ウエイトが全て決まっているかを判定する（ステップＳ２０８）。決定されていなければ、得られた送信ウエイトより、固有ベクトルを算出した、チャネル応答行列もしくは直交空間チャネル応答行列に対し、送信ウエイトを用いた場合の通信相手が用いる受信ウェイトを推定し、この受信ビームに直交する直交空間チャネル応答行列を演算し（ステップＳ２０９）、再び送信ウエイトの決定フローを繰り返す。
【００８５】
決定されていれば、送信するデータを、各通信系列に決定された伝送モードをもとにＬ系列に分割し（ステップＳ２１０）、変調処理および既知信号の付与がなされ（ステップＳ２１１）、信号変換回路における処理は、シンボル単位で行われ、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する信号変換処理を実施する（ステップＳ２１２）。このように、処理されたベースバンド信号は、各アンテナに対応する無線部によりＲＦ信号に変換され送信される（ステップＳ２１３）。
【００８６】
（第３の実施形態）
図５は、本発明第３の実施形態における送信ウエイト決定ブロック１１０の構成例を示す。図５において、３０５はチャネル情報取得回路、３０６は送信ウエイト候補演算回路、３０７は送信ウエイト演算回路、３０８は直交空間チャネル演算回路、３０９は通信相手グループ分け回路を示す。
【００８７】
本発明の第３の実施形態では、予め共通ビームを用いて送信を行う通信相手をグループ分けし、それぞれ決定されるグループに対し共通ビームを決定し、送信を行うことを想定している。
【００８８】
通信相手およびその送信すべきデータが決定されると、通信相手グループ分け回路３０９において、共通の通信系列を用いる通信相手をＭｇ（＞１）のグループに分け、グループ情報と通信系列に要求されるデータ量が、チャネル情報取得回路３０５に出力される。
【００８９】
チャネル情報取得回路３０５においては、入力された情報から、対応する通信相手のチャネル応答行列を直交空間チャネル演算回路３０８に出力する。
【００９０】
直交空間チャネル演算回路３０８において、まず第１のグループの送信ウエイトを求めるとすると、第１のグループ以外のチャネル応答行列の少なくとも一部を干渉空間チャネル応答行列として定義し、これら干渉空間に対し、直交する成分をもつ第１のグループのチャネル応答行列、第１グループ第１の直交空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイト候補演算回路３０６に出力する。
【００９１】
送信ウエイト候補演算回路３０６においては、入力された第１グループ第１の直交空間チャネル応答行列を用い、線形演算により得られる送信ウエイト候補とチャネル応答行列を、送信ウエイト演算回路３０７に出力する。
【００９２】
送信ウエイト演算回路３０７は、入力された送信ウエイト候補の少なくとも１つは用い、それらに線形演算して得られる第１グループの第１の送信ウエイトを決定し、予想される伝送品質から、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、これらの情報をデータ分割回路１００、変調回路１０１−１〜１０１−Ｌ、送信信号変換回路１０２および直交空間チャネル演算回路３０８に出力する。
【００９３】
直交空間チャネル演算回路３０８においては、引き続き第１のグループの第２の送信ウエイトを決定する場合には、第１のグループの第１の直交空間チャネル応答行列の、第１のグループの第１の送信ウエイトを用いた場合に通信相手が形成する受信ビームに直交する成分である、第１のグループの第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、再び送信ウエイト候補演算回路３０６に出力し、第１のグループの第１の送信ウエイトと同様に第２の送信ウエイトを決定できる。またこのような処理を任意の回数繰り返すことで、第１のグループに任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定できる。
【００９４】
次に第２のグループに共通の送信ウエイトを決定する。直交空間チャネル演算回路３０８において、第２のグループに属さない、第３〜Ｍｇ番目のグループに属する通信相手へのチャネル応答行列の少なくとも一部と、第１のグループへの送信ウエイトを用いた場合に通信相手が形成する受信ビームに対応するベクトルを、干渉空間チャネル応答行列として定義し、この干渉空間に対し、直交する成分を持つ第２のグループのチャネル応答行列、第２グループ第１の直交空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイト候補演算回路に出力する。
【００９５】
送信ウエイト候補演算回路３０６においては、入力された第２グループ第１の直交空間チャネル応答行列を用い、線形演算により得られる送信ウエイト候補とチャネル応答行列を、送信ウエイト演算回路３０７に出力する。
【００９６】
送信ウエイト演算回路３０７は入力された送信ウエイト候補の少なくとも１つは用い、それらに線形演算して得られる第２グループの第１の送信ウエイトを決定し、予想される伝送品質から、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、これらの情報をデータ分割回路１００、変調回路１０１−１〜１０１−Ｌ、送信信号変換回路１０２および直交空間チャネル演算回路３０８に出力する。
【００９７】
直交空間チャネル演算回路３０８においては、引き続き第２のグループの第２の送信ウエイトを決定する場合には、第２のグループの第１の直交空間チャネル応答行列の、第２のグループの第１の送信ウエイトを用いた場合に通信相手が形成する受信ビームに直交する成分である、第２のグループの第２の直交空間チャネル応答行列を演算し、再び送信ウエイト候補演算回路３０６に出力し、第２のグループの第１の送信ウエイトと同様に、第２のグループの第２の送信ウエイトを決定できる。またこのような処理を任意の回数繰り返すことで、第１のグループに任意の数の通信系列の送信ウエイトを決定できる。
【００９８】
上記のような演算を各グループに行うことで、全グループに対する送信ウエイトを決定できる。通信相手は複数のグループに属してもよく、グループは１つの通信相手から構成されてもかまわない。また、送信ウエイト決定の順番は、任意に変更することができる。
【００９９】
本発明の第３の実施形態の制御方法の一例を以下に示す。ここで、第１〜第５の通信相手に対し送信を行うものとし、第１〜第３、第３〜第４の通信相手は共通の情報を必要としており、更に第４、第５の通信相手は独立な信号系列を必要としているものとする。まず、グループ分け回路は、第１〜第３の通信相手を第１のグループ、第３〜第４の通信相手を第２のグループ、第４の通信相手を第３のグループ、第５の通信相手を第４のグループと決定する。
【０１００】
まず、チャネル情報取得回路３０５は、５つの通信相手のチャネル応答行列を直交空間チャネル演算回路３０８に出力する。直交空間チャネル演算回路３０８においては、まず第１グループ以外の通信相手である、第４と第５の通信相手から、干渉空間基底ベクトルを演算する。第１の干渉空間行列を
［Ｈ（４）Ｔ，Ｈ（５）Ｔ］Ｔ（（ＭＲ（４）＋ＭＲ（５））×ＭＴ行列）
として定義すると、この行列で構成される空間に信号を送信すると、他グループの通信相手への干渉信号となる。
【０１０１】
干渉空間行列［Ｈ（４）Ｔ，Ｈ（５）Ｔ］Ｔの行ベクトルに直交化法を用いることで、第１の干渉空間基底ベクトルを決定できる。干渉空間基底ベクトルの数は（ＭＲ（４）＋ＭＲ（５））個である必要はなく、例えば、第４、第５の通信相手に受信ウエイトを仮定することで、１以上ＭＲ（４）＋ＭＲ（５）以下の数であるＭＩ（１）個の干渉空間基底ベクトルを選ぶことができる。
【０１０２】
このような干渉基底ベクトルを得るため、干渉空間行列［Ｈ（４）Ｔ， Ｈ（５）Ｔ］ＴからＭＩ（１）個の行ベクトルを選択して、構成した行列をＧ（１）（ＭＩ（１）×ＭＴ行列）とし、ａ番目の行ベクトルをｇ１，ａとすると、第１の干渉空間基底ベクトルｅ１，１，  ｅ１，２，  ・・・，  ｅ１，ＭＩ（１）は。以下のように求めることができる。
【０１０３】
【数１３】
0004593489.tif 000014
【０１０４】
Ｅ（１）  ＝［ｅ１，１Ｔ， ｅ１，２Ｔ， ・・・  ｅ１，ＭＩ（１）Ｔ］Ｔ
が第１のグループの通信相手に対する第１の干渉空間基底ベクトル群である。
【０１０５】
また、この第１の干渉空間基底ベクトルとして、第１のグループの通信相手以外の通信相手に対応するチャネル応答行列Ｈ（４）、Ｈ（５）を特異値分解し、
Ｈ（４）＝Ｕ（４）Ｄ（４）Ｖ（４）Ｈ、
Ｈ（５）＝Ｕ（５）Ｄ（５）Ｖ（５）Ｈ
における送信側固有ベクトルＶ（４）
Ｖ（４）＝（ｖ４，１，…，ｖ４，ＭＲ（４））、
Ｖ（５）＝（ｖ５，１，…，ｖ５，ＭＲ（５））
の共役複素ベクトルに直交化法を用い手得られるベクトルをＥ（１）として選ぶこともできる。
【０１０６】
次に、この第１の干渉干渉基底ベクトルを用い、第１〜３番目の通信相手に対する第１の直交空間チャネル応答行列Ｈ’（１）〜Ｈ’（３）を求める。この第１の直交空間チャネル応答行列Ｈ’（１）〜Ｈ’（３）は、第１〜３番目の通信相手のチャネルの全部または一部と完全に直交するベクトルから構成される行列である。
【０１０７】
この第１の直交空間内において送信ウエイトを決定すれば、第４〜５番目の通信相手に対する他通信系列への干渉を低減できる。第１の直交空間チャネル応答行列Ｈ’（１）〜Ｈ’（３）は、チャネル応答行列Ｈ（１）
Ｈ（１）＝［ｈ１，１Ｔ，ｈ１，２Ｔ，・・・，ｈ１，ＭＲ（１）Ｔ ］Ｔ、
Ｈ（２）＝［ｈ２，１Ｔ，ｈ２，２Ｔ，・・・，ｈ２，ＭＲ（２）Ｔ ］Ｔ、
Ｈ（３）＝［ｈ３，１Ｔ，ｈ３，２Ｔ，・・・，ｈ３，ＭＲ（３）Ｔ ］Ｔ
と干渉空間基底ベクトル群Ｅ（１）  
Ｅ（１）  ＝［ｅ１，１Ｔ， ｅ１，２Ｔ， ・・・，ｅ１，ＭＩ  （１）Ｔ］Ｔ
により、以下のようにして得ることができる。
【０１０８】
【数１４】
0004593489.tif 000015
【０１０９】
第１の直交空間チャネル応答行列Ｈ’（１）〜Ｈ’（３）は、送信ウエイト候補演算回路３０６に出力され、これらのチャネル行列を特異値分解し、
Ｈ’ｋ＝Ｕ’ｋＤ’ｋＶ’ｋＨ  （ｋ＝１，２，３）
特異分解した際に得られる固有ベクトルＶ’ｋ
Ｖ’ｋ＝（ｖ’ｋ，１，  ｖ’ｋ，２，  ・・・，  ｖ’ｋ，Ｍ（ｋ））
と、固有値
λ’ｋ，１，  λ’ｋ，２，・・・，  λ’ｋ，Ｍ（ｋ）
を演算し、送信ウエイト演算回路３０７に出力する。
【０１１０】
Ｍ（ｋ）は送信素子数ＭＴと受信アンテナ素子数ＭＲ（ｋ）の小さい方の数である。固有値はＤｋの対角成分であり、
λ’ｋ，１＞λ’ｋ，２＞・・・＞λ’ｋ，Ｍ（ｋ）
とし、ｖ’ｋ，１，  ｖ’ｋ，２，  ・・・，  ｖ’ｋ，Ｍ（ｋ）はこれらの固有値に対応するものとする。
【０１１１】
送信ウエイト候補演算回路３０６は、送信ウエイト候補、Ｖ’ｋ、と、期待される伝送品質、λ’ｋ，１，  λ’ｋ，２，・・・，  λ’ｋ，Ｍ（ｋ）を送信ウエイト演算回路３０７に出力する。（ｋ＝１，２，３）
【０１１２】
送信ウエイト演算回路３０７において、入力された通信相手の固有ベクトル同士で以下の演算を行う。
【０１１３】
【数１５】
0004593489.tif 000016
【０１１４】
χ（１，１）ｋｌ，ｉｊは１グループ目、１回目のｋ番目の通信相手のｉ番目の固有ベクトルと、ｌ番目の通信相手のｊ番目の固有ベクトルとの内積を表し、α（１，１）ｋｌ，ｉｊはχ（１，１）ｋｌ，ｉｊの振幅値、θ（１，１）ｋｌ，ｉｊはχ（１，１）ｋｌ，ｉｊの位相角を表す。
χ（１，１）ｋｌ，ｉｊ＝χ（１，１）ｌｋ，ｊｉ
となる。
【０１１５】
以下、第１の実施形態と同様に、グループ１に対し、任意の数の共通送信ウエイトを決定することができる。ここで、グループ１に対して決定した送信ウエイトの数が２であり、これらの共通ウエイトをｗ１ｃ１，ｗ１ｃ２とする。
【０１１６】
グループ１への送信ウエイトが決定されると、次にグループ２への送信ウエイトを決定する。そのために、第２のグループに対応する第２の直交空間チャネル応答行列を演算する。
【０１１７】
直交空間チャネル演算回路３０８においては、まず第２グループ以外で、まだ送信ウエイトを決定していない通信相手である、第５の通信相手のチャネル応答行列と、既に決定されている第１のグループへの送信ウエイトｗ１ｃ１，  ｗ１ｃ２から干渉空間基底ベクトルを演算する。
【０１１８】
第１のグループへの共通送信ウエイトに対し、第１〜第３の通信相手で形成する受信ウエイトは、［Ｈ（１）Ｗ１ｃ１、Ｈ（２）Ｗ１ｃ１、Ｈ（３）Ｗ１ｃ１、Ｈ’（１）Ｗ１ｃ２、Ｈ’（２）Ｗ１ｃ２、Ｈ’（３）Ｗ１ｃ２］＊と表わせる。＊は複素共役を表す。
上記受信ウエイトの複素共役行列を用いて、第２の干渉空間行列［（ｗ１ｃ１ＨＨ（１）ＨＨ（１））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（２）ＨＨ（２））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（３）ＨＨ（３））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（１）ＨＨ’（１））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（２）ＨＨ’（２））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（３）ＨＨ’（３））Ｔ，Ｈ（５）Ｔ］Ｔ（（６＋ＭＲ（５））×ＭＴ行列）を定義すると、この行列で構成される空間に信号を送信すると、他グループの通信相手への干渉信号となる。
【０１１９】
第２の干渉空間行列の行ベクトルに直交化法を用いることで、第２の干渉空間基底ベクトルを決定できる。干渉空間基底ベクトルの数は（２＋ＭＲ（５））個である必要はなく、１以上２＋ＭＲ（５）以下の数であるＭＩ（２）個の干渉空間基底ベクトルを選ぶことができる。例えば、通信相手にある受信ウエイトＷｆ（ＭＴ（５）×Ｍ’Ｔ（５））を仮定し、第２の干渉空間行列を、［（ｗ１ｃ１ＨＨ（１）ＨＨ（１））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（２）ＨＨ（２））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（３）ＨＨ（３））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（１）ＨＨ’（１））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（２）ＨＨ’（２））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（３）ＨＨ’（３））Ｔ，（ＷｆＨＨ（５））Ｔ］Ｔとして用いることができる。Ｍ’Ｔ（５）≦ＭＴ（５）である。または、上記第２の干渉空間行列からＭＩ（２）個の行ベクトルを選択して、Ｇ（２）（ＭＩ（２）×ＭＴ行列）を形成することができる。ＭＩ（２）≦（６＋ＭＲ（５））である。このとき、受信側において干渉信号となる場合があるが、通信相手の復号手段により、除去することが可能である。受信Ｇ（２）のａ番目の行ベクトルをｇ２，ａとすると、第２の干渉空間基底ベクトルｅ２，１，ｅ２，２・・・，ｅ２，ＭＩ（２）は、以下のように求めることができる。
【０１２０】
【数１６】
0004593489.tif 000017
【０１２１】
Ｅ（２）  ＝［ｅ２，１Ｔ，ｅ２，２Ｔ，・・・，ｅ２，ＭＩ（２）Ｔ］Ｔが第２のグループの通信相手に対する第２の干渉空間基底ベクトル群である。
【０１２２】
次に、この第１の干渉干渉基底ベクトルを用い、第３〜４番目の通信相手に対する第２の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’（３）、Ｈ’’（４）を求める。この第２の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’（３）、Ｈ’’（４）は、第１のグループへの通信系列と、第５番目の通信相手のチャネルの全部または一部と完全に直交するベクトルから構成される行列である。この第１の直交空間内において送信ウエイトを決定すれば、第１のグループの通信系列および第５番目の通信相手に対する他通信系列への干渉を低減できる。
【０１２３】
第２の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’（３）、Ｈ’’（４）は、チャネル応答行列
Ｈ（３）＝［ｈ３，１Ｔ，ｈ３，２Ｔ，・・・，ｈ３，ＭＲ（３）Ｔ ］Ｔ、
Ｈ（４）＝［ｈ４，１Ｔ，ｈ４，２Ｔ，・・・，ｈ４，ＭＲ（４）Ｔ ］Ｔ
と干渉空間基底ベクトル群Ｅ（２）
Ｅ（２）＝［ｅ１，１Ｔ， ｅ１，２Ｔ， ・・・  ｅ１，ＭＩ（２）Ｔ］Ｔ
として、以下のようにして得ることができる。
【０１２４】
【数１７】
0004593489.tif 000018
【０１２５】
このようにして得られた第２の直交空間チャネル応答行列から、固有ベクトルおよび固有値を演算し、第１の実施形態に記載したように、共通送信ウエイトを任意の数決定することができる。ここで、第２のグループへの通信系列が１つであり、第２のグループへの送信ウエイトｗ２ｃ１が決定されたものとする。
【０１２６】
次に、第３のグループへの送信ウエイトを決定する。そのために、第３のグループに対応する第３の直交空間チャネル応答行列を演算する。直交空間チャネル演算回路３０８においては、まず第３グループ以外で、まだ送信ウエイトを決定していない通信相手である、第５の通信相手のチャネル応答行列と、既に決定されている第１のグループへの送信ウエイトｗ１ｃ１，ｗ１ｃ２と第２のグループへの送信ウエイトｗ２ｃ１から干渉空間基底ベクトルを演算する。
【０１２７】
第３の干渉空間行列［（ｗ１ｃ１ＨＨ（１）ＨＨ（１））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（２）ＨＨ（２））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（３）ＨＨ（３））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（１）ＨＨ’（１））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（２）ＨＨ’（２））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（３）ＨＨ’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（３）ＨＨ’’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（４）ＨＨ’’（４））Ｔ，Ｈ（５）Ｔ］Ｔ（（８＋ＭＲ（５））×ＭＴ行列）を定義すると、この行列で構成される空間に信号を送信すると、他グループの通信相手への干渉信号となる。
【０１２８】
第３の干渉空間行列［（ｗ１ｃ１ＨＨ（１）ＨＨ（１））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（２）ＨＨ（２））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（３）ＨＨ（３））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（１）ＨＨ’（１））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（２）ＨＨ’（２））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（３）ＨＨ’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（３）ＨＨ’’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（４）ＨＨ’’（４））Ｔ，Ｈ（５）Ｔ］Ｔの行ベクトルに直交化法を用いることで、第３の干渉空間基底ベクトルを決定できる。
【０１２９】
干渉空間基底ベクトルの数は（３＋ＭＲ（５））個である必要はなく、１以上３＋ＭＲ（５）以下の数であるＭＩ（３）個の干渉空間基底ベクトルを、第２のグループと同様に選ぶことができ、Ｇ（３）（ＭＩ（３）×ＭＴ行列）を形成することができる。Ｇ（３）のａ番目の行ベクトルをｇ３，ａとすると、第３の干渉空間基底ベクトルｅ３，１，ｅ３，２・・・，ｅ３，ＭＩ（３）は、以下のように求めることができる。
【０１３０】
【数１８】
0004593489.tif 000019
【０１３１】
Ｅ（３）  ＝［ｅ３，１Ｔ， ｅ３，２Ｔ， ・・・  ｅ３，ＭＩ（３）Ｔ］Ｔ
が第３のグループの通信相手に対する第３の干渉空間基底ベクトル群である。
【０１３２】
このようにして得られた第３の干渉空間基底ベクトル群と、チャネル応答行列Ｈ（４）から、第３の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’’（４）を演算することができる。ここで、第３のグループに属するのは、第４の通信相手のみであることから、送信ウエイトは第３の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’’（４）から線形演算で得られるベクトルから決定できる。
【０１３３】
例えば、特異値分解
Ｈ’’’（４）＝  Ｕ’’’（４）Ｄ’’’（４）  Ｖ’’’（４）Ｈ
から得られる固有ベクトルＶ’’’（４）の列ベクトルを送信ウエイトとして決定できる。ここで、第３のグループへの送信ウエイトｗ３ｃ１が決定されたものとする。
【０１３４】
最後に第４のグループへの送信ウエイトを決定する。ここで、第４のグループ以外で送信ウエイトが決定されていない通信相手が存在しないため、第１〜３のグループへの通信系列に決定された送信ウエイトに干渉を生じないように第４の干渉空間行列［（ｗ１ｃ１ＨＨ（１）ＨＨ（１））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（２）ＨＨ（２））Ｔ，（ｗ１ｃ１ＨＨ（３）ＨＨ（３））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（１）ＨＨ’（１））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（２）ＨＨ’（２））Ｔ，（ｗ１ｃ２ＨＨ’（３）ＨＨ’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（３）ＨＨ’’（３））Ｔ，（ｗ２ｃ１ＨＨ’’（４）ＨＨ’’（４））Ｔ，（ｗ３ｃ１ＨＨ’’’（４）ＨＨ’’’（４））Ｔ］Ｔから、第４の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’’’（５）を演算し、属する通信相手が１つであることから、送信ウエイトは第４の直交空間チャネル応答行列Ｈ’’’’（５）から線形演算で得られるベクトルから決定できる。
【０１３５】
また、ここまでチャネル応答行列、もしくは直交空間チャネル応答行列の第１の固有ベクトルを用いて本発明を説明してきたが、任意の固有ベクトルを用いることもできる。例えば、各通信相手のチャネル応答行列、もしくは直交空間チャネル応答行列の固有値が近い値をとるものに対応する固有ベクトルを用いて、数式（５）から（９）のように送信ウエイトを決定することもできる。または、必要とされる伝送速度に応じて、第２番目やそれ以下の低いランクの固有ベクトルを用いることもできる。
【０１３６】
ここで、Ｍｃ個の通信相手に共通送信ウエイトを演算することを考え、ｋ番目の通信相手に対し、第ｔｋ番目の固有ベクトルを用いることとする。すると、数式（８）は、以下のように表すことができる。
【０１３７】
【数１９】
0004593489.tif 000020
【０１３８】
ここで、Γｃ１，１，Γｃ１，２，・・・，Γｃ１，Ｍｃをできるだけ同じ値にそろえるか、もしくはｍｉｎ（Γｃ１，ｋ）を最小にするように、もしくは、ｍｉｎ（Γｃ１，ｋ）を最大かつｍａｘ（Γｃ１，ｊ）を最小にするように、η１２〜ηＭｃ２とθ１２，τ１τ２２〜θ１Ｍｃ，τ１τＭｃ２を決定できる。ｋは１〜ＭＣ全ての通信相手を指し、ｊは他に通信を行う必要のある通信相手を指している。
【０１３９】
図６に、本発明第３の実施形態における送信フローを示す。図６において、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（ステップＳ３０１）。
【０１４０】
通信相手が決定され（ステップＳ３０２）、送信データが決定される（ステップＳ３０３）と、同じ送信データを送信する通信相手毎にグループ分けが行われ、通信相手に対する応答行列が推定され（Ｓ１３３−１）、１番目のグループ（ｍ＝１）から順に送信ウエイトを決定していく（ステップＳ３０５）。
【０１４１】
ｍ番目のグループに属さず、且つ送信ウエイトが決定されていない通信相手のチャネル応答行列から、干渉空間基底ベクトル群を算出し（ステップＳ３０６）、これら干渉空間基底ベクトルと直交するようにｍ番目のグループに属する通信相手に対するチャネル応答行列の直交空間チャネル応答行列を求める（ステップＳ３０７）。ｍ番目のグループに属するＭｃ（ｍ）個の通信相手の直交空間チャネル応答行列を用いて、各通信相手に対し固有ベクトルと固有値が演算され（ステップＳ３０８）、各通信相手に対し、どの固有ベクトルを用いて共通送信ウエイトを決定するかを決定する（ステップＳ３０９）。ここでｋ番目の通信相手に決定されたｔｋ番目の固有ベクトルと、ｋ番目以外の通信相手における全固有ベクトルとの内積値が演算され（ステップＳ３１０）、決定されたベクトル同士の内積値と固有値から、共通送信ウエイトおよび変調方式や符号化率からなる伝送モードを決定する（ステップＳ３１１）。
【０１４２】
このときｍ番目のグループに送信する通信系列の送信ウエイトが全て決まっているかを判定する（ステップＳ３１２）。ｍ番目のグループに送信する通信系列の送信ウエイトが全て決定されていなければ、得られた送信ウエイトより、固有ベクトルを算出した、直交空間チャネル応答行列に対し、決定された送信ウエイトに対し通信相手が形成する受信ウエイトに直交する成分からなる第２の直交空間チャネル応答行列を演算し（ステップＳ３１３）、再び送信ウエイトの決定フローを繰り返す。
【０１４３】
ｍ番目のグループに送信する通信系列の全ての送信ウエイトが決定されていれば、全てのグループに送信ウエイトが決定されているかを判定する（ステップＳ３１４）。
【０１４４】
全てのグループに送信ウエイトが決定されていなければ、ｍをインクリメントし（ステップＳ３１５）ｍ＋１番目のグループについて、干渉空間基底ベクトルを演算し、同様に送信ウエイトを決定していく。
【０１４５】
全てのグループに送信ウエイトが決定されていれば、送信するデータを、各通信系列に決定された伝送モードをもとにＬ系列に分割し（ステップＳ３１６）、変調処理および既知信号の付与がなされ（ステップＳ３１７）、信号変換回路における処理は、シンボル単位で行われ、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する信号変換処理を実施する（ステップＳ３１８）。このように、処理されたベースバンド信号は、各アンテナに対応する無線部によりＲＦ信号に変換され送信される（ステップＳ３１９）。
【０１４６】
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態によれば、複数の通信相手局宛に、同じ情報を送信する場合に、各通信相手において近しい伝送品質を達成する共通の送信ウエイトを決定できる。このように制御することで、余分な空間に信号を送信することを避けることができ、また、他の指向性制御法と併用する場合に、送信アンテナの自由度の消費量を大きく削減する利点がある。共通の情報を送信するいくつかの通信相手をグループ化し、各グループに同時に送信を行うことも可能である。この場合にも各通信相手に独立に送信ビームを形成する場合に比べ、送信アンテナの自由度をより有効に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立な信号系列を空間多重して送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間のチャネル応答行列をもとに受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯでの通信に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明第1の実施形態の送信部の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における送信フローを示す図である。
【図３】本発明第２の実施形態における送信ウエイト決定ブロックの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における送信フローを示す図である。
【図５】本発明第３の実施形態における送信ウエイト決定ブロックの構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における送信フローを示す図である。
【図７】従来技術における送信部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１００・・・データ分割回路
１０１−１〜１０１−L・・・ 変調回路
１０２・・・送信信号変換回路
１０３−１〜１０３−ＭＴ・・・無線部
１０４−１〜１０４ＭＴ・・・ アンテナ
１０５・・・チャネル情報取得回路
１０６・・・  送信ウエイト候補演算回路
１０７・・・共通送信ウエイト演算回路
１１０・・・送信ウエイト決定ブロック
２０５・・・チャネル情報取得回路
２０６・・・送信ウエイト候補演算回路
２０７・・・共通送信ウエイト演算回路
２０８・・・直交空間チャネル演算回路
３０５・・・チャネル情報取得回路
３０６・・・送信ウエイト候補演算回路
３０７・・・送信ウエイト演算回路
３０８・・・直交空間チャネル演算回路
３０９・・・通信相手グループ分け回路
９００・・・データ分割回路
【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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【図７】
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