(57)【要約】  伝送誤り率を低減し、演算量を削減できるアンテナ選択方法等を提供する。この方法において、送信側は受信側からＭ列のチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックされる（ＳＴ７０１）。次いで、発射アンテナの数Ｋを確定し、Ｉ＝１（すなわち１本目のアンテナを選択する）と初期化し、発射チャネル行列Ｈを「０」で初期化する（ＳＴ７０２）。次いで、Ｉ＜Ｋであるか否かを判断し（ＳＴ７０３）。判断結果が「ＮＯ」である場合、アンテナ選択処理は終了し、チャネル行列Ｈを出力する（ＳＴ７０４）。Ｉ＜Ｋである場合、チャネル行列Ｈに一列を加えＨ１を構成し、すべて（Ｍ−Ｉ＋１通り）の可能なＨ１に対してＱＲ分解を行い、すべてのＨ１の中から１つのＨ１を選択する（ＳＴ７０５）。次いで、Ｈ＝Ｈ１とし、ＳＴ７０３に戻る（ＳＴ７０６）。
2007037418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、Ｋ列（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、
前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、
を具備するアンテナ選択方法。
【請求項２】
前記第５ステップで選択されたＫ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第６ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第７ステップと、
前記第７ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第８ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第９ステップと、をさらに具備する、
請求項１記載のアンテナ選択方法。
【請求項３】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、
前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第６ステップと、
前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、
前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および、前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する、
アンテナ選択方法。
【請求項４】
選択されたＫ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第８ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第９ステップと、
前記第９ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第１０ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第１１ステップと、をさらに具備する、
請求項３記載のアンテナ選択方法。
【請求項５】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられる無線通信装置であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナと、
前記Ｍ本の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列に基づき、前記Ｍ本の送信アンテナからＫ本（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）の発射アンテナを選択する選択処理を実行する選択手段と、を具備し、
前記選択手段は、
前記チャネル推定行列の中からＫ列を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、
前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、を含む前記選択処理を実行する、
無線通信装置。
【請求項６】
前記Ｋ本の発射アンテナに対して電力配分および変調方式選択処理を行う電力配分／変調方式選択手段、をさらに具備し、
前記電力配分／変調方式選択手段は、
前記Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第６ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第７ステップと、
前記第７ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第８ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第９ステップと、を含む前記電力配分／変調方式選択処理を実行する、
請求項５記載の無線通信装置。
【請求項７】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられる無線通信装置であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナと、
前記Ｍ本の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列に基づき、前記Ｍ本の送信アンテナからＫ本（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）の発射アンテナを選択する選択処理を実行する選択手段と、を具備し、
前記選択手段は、
前記チャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、
前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第６ステップと、
前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、
前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する、前記選択処理を実行する、
無線通信装置。
【請求項８】
前記Ｋ本の発射アンテナに対して電力配分および変調方式選択処理を行う電力配分／変調方式選択手段、をさらに具備し、
前記電力配分／変調方式選択手段は、
前記Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第８ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第９ステップと、
前記第９ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲを算出する第１０ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第１１ステップと、を含む前記電力配分／変調方式選択処理を実行する、
請求項７記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ選択方法および無線通信装置に関し、特に、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）検出方法に適応して、伝送誤り率を低減するとともに、処理の演算量を低減することができるアンテナ選択方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチインプット・マルチアウトプット（ＭＩＭＯ）技術は無線移動通信分野の技術における重大な進歩である。ＭＩＭＯ技術とはデータの送信および受信において両方とも複数のアンテナを用いる技術を言う。研究によると、ＭＩＭＯ技術を用いればチャネルの容量を向上するとともに、チャネルの信頼度を向上し、ビット誤り率を低減することができる。ＭＩＭＯシステムの容量上限は送信側のアンテナ数または受信側のアンテナ数の小さい方の増加とともに線形的に増加する。これに対して、受信側または送信側においてマルチアンテナまたはアレーアンテナを使う通常のインテリジェンスアンテナシステムの容量上限はアンテナ数の対数に従って増加する。このため、ＭＩＭＯ技術は無線通信システムの容量を向上するのに対して極めて大きい潜在力を有し、次世代移動通信システムが採用する重要な技術である。【０００３】
図１は、ＭＩＭＯ技術を用いる一般的なＭＩＭＯ無線通信システム１００の構成を示すブロック図である。この構成において、送信側および受信側はそれぞれｎＴおよびｎＲ本のアンテナを用いて信号の送信および受信を行う。送信側は直列／並列変換部１０１および複数の送信アンテナ１０２−１、１０２−２、…、１０２−ｎＴを備える。受信側は複数の受信アンテナ１０３−１、…、１０３−ｎＲ、チャネル推定部１０４、およびＭＩＭＯ検出部１０５を有する。【０００４】
送信側において、送信データはまず直列／並列変換部１０１によりｎＴ個のデータストリームに分けられ、各データストリームはそれぞれ１つの送信アンテナ１０２と対応する。受信側において、ｎＲ本の受信アンテナ１０３は信号を受信し、チャネル推定部１０４はこの受信信号に基づきチャネル推定を行って、チャネル推定行列Ｈ_ｅを得る。ＭＩＭＯ検出部１０５は、チャネル特性行列Ｈ_ｅを用いて受信信号に対しＭＩＭＯ検出を行い、送信側から送信された信号を復調して検出データを得る。【０００５】
ＭＩＭＯシステムにおいて、無線周波数（ＲＦ）に関連する設備のコストが高く、アンテナ数が増えるのに従って、ＭＩＭＯシステムのコストが増加し処理演算量も増加する。このため、現れたのがＭＩＭＯシステムにおいて送信アンテナを選択する方法である。例えば、Ｍ（Ｍは１より大きい自然数）本の送信アンテナの中からチャネル特性が比較的に良いＫ本のみを選択することによりＲＦに関連する設備の数量を減らし、コストを削減することができる。【０００６】
ＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信アンテナ選択方法は、以下の幾つかの方法が考えられる。【０００７】
１．容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法
Ｍ本の送信アンテナの中からＫ本を選択する場合の可能な組合せは、全部でＣＭＫ通り（またはＭＣｋと表記することもある）ある。容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法は容量演算式に従い、このＣＭＫ通りの組合せを遍歴して、すなわち、すべての組合せそれぞれにおけるシステム容量を全部一回算出して、容量が最大となる１つの組合せを選択する。【０００８】
２．行列簡略化に基づく送信アンテナ選択方法
上記「１．」に示した容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法の演算量は非常に多いため、Gorokhovは行列簡略化に基づく順次除去の送信アンテナ選択方法を提案した。Gorokhovが提案したこの方法は、行列演算の原理に基づき、Ｋ本の送信アンテナが残るまで、候補送信アンテナをＭ本から１つずつ順次に削除する。その削除の基準は、削除によるシステム容量の減少を最小限に抑えることである。【０００９】
３．規準値（norm）に基づく送信アンテナ選択方法
規準値に基づく送信アンテナ選択方法は、チャネル推定行列のすべての列（または行）、Ｍ列（または行）の中から規準値が最大となるＫ列（または行）を選択し、選択された列（または行）に対応する送信アンテナを送信に用いる発射アンテナとして選択する。前述した２種の方法に比べ、この方法は最も簡単である一方、性能は最も劣る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の送信アンテナ選択方法は、何れも無線受信側のＭＩＭＯ検出方法を考慮していない。よって、無線受信側のＭＩＭＯ検出方法に適応して送信アンテナを選択することにより伝送誤り率のさらなる低減が期待される。【００１１】
本発明は、伝送誤り率を低減することができ、さらに演算量を低減することができる、受信側の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応したアンテナ選択方法およ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】
【００１２】
本発明のアンテナ選択方法の一態様は、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、Ｋ列（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、を具備するようにする。【００１３】
本発明のもう１つの態様は、ＭＩＭＯ通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる、１つの上三角行列を選択する第６ステップと、前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するようにする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受信側の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応して無線送信側において送信アンテナを選択することによって、伝送誤り率を低減し、さらには、処理演算量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態２に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２に係る送信アンテナ選択部におけるアンテナ選択方法の手順を示すフロー図
【図５】本実施の形態にかかるアンテナ選択方法の手順を纏めたフロー図
【図６】異なる送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能を比較して示す図
【図７】異なる送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能を比較して示す図
【図８】本発明の実施の形態３に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。【００１７】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るＭＩＭＯ無線通信システム２００の主要な構成を示すブロック図である。図２において、ＭＩＭＯ無線通信システム２００は無線送信装置２５０と無線受信装置２６０とを含む。簡略化のために、ここでは送信アンテナ選択と関連する構成要素のみを記述する。無線送信装置２５０は、データ処理部２０１、送信アンテナ選択部２０４、およびＭ本の送信アンテナ２０５−１〜２０５−Ｍを備える。無線受信装置２６０は、Ｎ本の受信アンテナ２０７−１〜２０７−Ｎ、チャネル推定部２０２、およびＭＩＭＯ検出部２０６を備える。【００１８】
無線送信装置２５０において、データ処理部２０１は、データに対して直列並列変換、符号化、および変調などの処理を行い、得られるデータサブストリームを送信アンテナ選択部２０４に出力する。送信アンテナ選択部２０４は、無線受信装置２６０からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナ２０５の中から送信に用いるＫ本を選択する。以下、選択されたＫ本の送信アンテナを発射アンテナと称す。送信アンテナ選択部２０４は、データ処理部２０１から入力されるデータサブストリームを、選択されたＫ本の発射アンテナを通じて送信する。【００１９】
無線受信装置２６０において、Ｎ本の受信アンテナ２０７は、送信アンテナ２０５から送信されるトレーニングシーケンスを含む空間信号を受信し、チャネル推定部２０２に出力する。チャネル推定部２０２は、トレーニングシーケンスに基づきすべての送信アンテナに対応するチャネル推定行列Ｈ_ｅを得、得られるチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックチャネル２０３を通じて定期的に無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４にフィードバックする。ＭＩＭＯ検出部２０６は、判断フィードバックＭＩＭＯ検出を行い、無線送信装置２５０から送信されるデータを検出する。【００２０】
ＭＩＭＯ検出部２０６における判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法について説明する。ＭＩＭＯ検出部２０６に用いられる判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法とは、ｍ番目のデータを検出する場合、それより前のｍ−１個のデータの判断、すなわち推定結果を用いて、受信信号から前のｍ−１個のデータの干渉を除去して、ｍ番目のデータを推定して検出する方法である。すなわち、判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法とは、データの検出において、前のデータの判断結果をフィードバックされ再帰的に利用することに特徴がある。ここでは、判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法の典型的な一例となるＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出方法について詳細に説明する。【００２１】
ＭＩＭＯ無線通信システム２００において、受信信号は下記の式（１）で示される。
ｙ＝Ｈ_ｅｓ＋ｎ  …（１）
この式において、ｓは送信信号、ｙは受信信号、Ｈ_ｅはチャネル推定行列、ｎはホワイトガウスノイズを示す。ＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出方法においては、チャネル推定行列Ｈ_ｅを下記の式（２）に従ってＱＲ分解する。
Ｈ_ｅ＝ＱＲ  …（２）
この式において、行列Ｑは、ユニタリ行列であって、すなわちＱＨＱ＝Ｉｎｔ×ｎｔを満たす。ここで、ＱＨは、ユニタリ行列Ｑの複素共役転置行列を示す。また、この式においてＲは上三角行列である。【００２２】
式（１）に示す受信信号ｙの左にＱＨを掛けると、下記の式（３）および式（４）が得られる。
ｚ＝ＱＨｙ＝Ｒｓ＋η  …（３）
【数１】
2007037418.tif 000003
式（３）において、ηはη＝ＱＨｎであって、その統計特性はホワイトガウスノイズｎと同様である。式（４）において、Ｑは復調を示す。【００２３】
ＭＩＭＯ検出部２０６は、上三角行列Ｒの特徴を利用して、上三角行列Ｒの末尾（最後の１個）から送信信号ｓの検出を行う。すなわち、まず、式（４）に従ってＭ番目の送信アンテナ（送信アンテナの総数はＭである）から送信された送信信号ｓＭの推定ｓ^Ｍを得て、得られたｓ^Ｍに基づいて、Ｍ−１番目の送信アンテナから送信された送信信号ｓＭ−１を推定して推定値ｓ^Ｍ−１を得る。同様に、ｍ番目の送信アンテナから送信された送信信号ｓｍ−１を推定する場合、ｍ＋１番目からＭ番目までの送信データの推定値ｓ^ｍ＋１〜ｓ^Ｍを用いて推定値ｓ^ｍを得る。このような推定を繰り返すことにより、Ｍ番目から１番目まですべての送信アンテナから送信される送信信号が推定される。【００２４】
上記のような判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応した、本実施の形態に係るアンテナ選択方法について説明する。具体的には、無線受信装置２６０においてＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出を行う場合に対応した、無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４におけるＱＲ分解に基づくアンテナ選択方法を例にあげ説明する。【００２５】
受信アンテナ２０７の数がＮ＝２、送信アンテナ２０５の数がＭ＝４である場合、チャネル推定行列Ｈ_ｅはＮ×Ｍ（２×４）の行列となる。無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４は、無線受信装置２６０のチャネル推定部２０２からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナからＫ本を発射アンテナとして選択する。ここで、チャネル推定行列Ｈ_ｅの各列は各送信アンテナに対応するため、Ｍ本の送信アンテナからＫ本を選択するということは、Ｈ_ｅのＭ列から、Ｋ列（このＫ列はＫ本の送信アンテナに対応する）を選択することであり、選択されたＫ列からなるＮ×Ｋの行列を選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃと記す。【００２６】
送信アンテナ選択部２０４においてＭ本の送信アンテナからＫ本を選択する方法はＭＣＫ（ＣＭＫと記す場合もある）通りあって、すなわち、ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成することができる。送信アンテナ選択部２０４は、ＣＭＫ通りの可能なＨ_ｃそれぞれに対して、ＱＲ分解を行い、ＣＭＫ通りの互いに異なるＱＲ分解の結果として、ＣＭＫ通りの上三角行列Ｒを得る。次いで、送信アンテナ選択部２０４は、各Ｒにおいて対角要素のモジュールの最小値を求める。次いで、ＣＭＫ通りの上三角行列Ｒのうち、対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列Ｒを選択する。これにより、選択されたＲに対応するＨ_ｃ、すなわち、式（５）を満たすＨ_ｃが決まる。Ｈ_ｃが決まると、Ｈ_ｃに対応するＫ本の発射アンテナが決まる。
【数２】
2007037418.tif 000004
【００２７】
本実施の形態に係るアンテナ選択方法の効果を説明するために、伝送誤りがなく伝送が行われる場合を例にあげる。かかる場合、無線受信装置２６０においてＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出を行い得られる、ｋ（１≦ｋ≦Ｋ）本目の発射アンテナから送信される送信信号の受信ＳＮＲ（Signal Noise Ratio）は下記の式（６）で示される。
【数３】
2007037418.tif 000005
【００２８】
この式に示すように、受信ＳＮＲｋは|Ｒkk|２に比例する。なお、通常、誤りの大部分は性能が最も悪い送信アンテナの送信に発生するため、性能が最も悪い送信アンテナの性能をできるだけ向上させることによってシステム全体の誤り率を改善することができる。本実施の形態に係るＱＲ分解に基づくアンテナ選択方法においては、最小のＳＮＲｋをできるだけ大きくする、すなわち、式（６）における最小の|Ｒｋｋ|２をできるだけ大きくすることによって、誤り率を改善している。具体的には、チャネル推定行列Ｈ_ｅのＭ列からＫ列を選択する場合、ＣＭＫ通りの可能性があり、ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成する。このＣＭＫ通りのＨ_ｃに対してＱＲ分解を行い、各上三角行列Ｒにおける|Ｒｋｋ|２の最小値を求める。次いで、求められたＣＭＫ通りの最小値のうち、もっとも大きい１つを選択し、それに対応するＲ、Ｈ_ｃ、すなわち式（５）を満たすＨ_ｃを得る。【００２９】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、送信アンテナ選択部は、チャネル推定行列のＭ列からＫ列を任意に選択して複数の選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成し、構成された複数の選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃに対するＱＲ分解に基づき、送信アンテナを選択するため、伝送誤り率を低減することができる。【００３０】
なお、本実施の形態では、送信アンテナ選択部は、ＱＲ分解に基づき送信アンテナ選択を行う場合を例にとって説明したが、本実施の形態を適宜変更し、ＭＩＭＯ検出部において用いられる他の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応させても良い。【００３１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るＭＩＭＯ無線通信システム３００の主要な構成を示すブロック図である。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム３００は、実施の形態１に示したＭＩＭＯ無線通信システム２００（図２参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【００３２】
ＭＩＭＯ無線通信システム３００の送信アンテナ選択部３０４と、ＭＩＭＯ無線通信システム２００の送信アンテナ選択部２０４とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付し、ＭＩＭＯ無線通信システム３００の無線送信装置３５０と、ＭＩＭＯ無線通信システム２００の無線送信装置２５０とにも異なる符号を付す。【００３３】
図４は、送信アンテナ選択部３０４におけるアンテナ選択方法の手順を示すフロー図である。送信アンテナ選択部３０４におけるアンテナ選択方法の説明においても、Ｍ本の送信アンテナの中から、Ｋ本を選択する場合を例にとる。【００３４】
まず、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）３０１において、送信アンテナ選択部３０４は、無線受信装置２６０側からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅを得るとともに、Ｉ＝１（すなわち１本目の発射アンテナを選択する）、Ｈ＝「０」、Ｈｓ_ｅ＝Ｈ_ｅとなるように初期化を行う。ここで、Ｉは、Ｋ本の発射アンテナを１からＫまでカウントするカウンタであり、Ｈは、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を示す。Ｈｓ_ｅは、チャネル推定行列Ｈ_ｅから選択されたＩ−１本の発射アンテナに対応する列を削除して得られる行列を示す。すなわち、Ｈｓ_ｅは、Ｍ本の送信アンテナのうち選択されたＩ−１本の発射アンテナ以外の、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナからなるＮ×（Ｍ−Ｉ＋１）のチャネル行列であり、以下候補チャネル行列と称す。【００３５】
次いで、ＳＴ３０２において、送信アンテナ選択部３０４は、ＩとＫとを比較する。【００３６】
ＳＴ３０２において、Ｉ＞Ｋと判断される場合（ＳＴ３０２：ＮＯ）、送信アンテナ選択部２０４は、Ｋ本の発射アンテナがすべて選択されたと判断し、処理手順をＳＴ３１０に移行する。【００３７】
次いで、ＳＴ３１０において、送信アンテナ選択部３０４は、選択されたＫ本の発射アンテナの番号及びＫ本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈを出力する。【００３８】
ＳＴ３０２において、Ｉ≦Ｋと判断される場合（ＳＴ３０２：ＹＥＳ）、処理手順はＳＴ３０３に移行する。【００３９】
次いで、ＳＴ３０３において、送信アンテナ選択部３０４は、候補送信アンテナからなる候補チャネル行列Ｈｓ_ｅの列数を用いてcolを設定し、Ｊ＝１、ｓ_ｍｉｎ＝０となるように変数Ｊおよびｓ_ｍｉｎを初期化する。ここで、Ｊは、Ｉ本目の発射アンテナの選択処理において、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナを、１からＭ−Ｉ＋１までカウントするカウンタである。ｓ_ｍｉｎは、ＱＲ分解により得られる上三角行列Ｒの対角要素最小モジュール値のうち、最も大きい１つを記憶するための変数である。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、選択されたＩ−１本の発射アンテナと、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナの第１本目とからなるチャネル行列を用いて、選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを初期化する。すなわち、送信アンテナ選択部３０４は、チャネル行列Ｈに、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅの１列目を加えて得られるチャネル行列を用いて選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを初期化する。ここで、選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃは、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈに、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうち第Ｊ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）本目に対応する列、すなわち、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅのＪ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）列目を加算して得られるチャネル行列である。Ｈｓ_ｅの第Ｊ列目をＨｓ_ｅ（：,Ｊ）と記し、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]或いは[Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）Ｈ]と記す場合、このステップにおけるＨ_ｃの初期化は、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,１）]と記される。【００４０】
次いで、ＳＴ３０４において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｊ≦ｃｏｌであるか否かを判断する。【００４１】
ＳＴ３０４において、Ｊ≦ｃｏｌ（ＳＴ３０４：ＹＥＳ）であると判断される場合、処理手順はＳＴ３０５に移行する。【００４２】
次いで、ＳＴ３０５において、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈに、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうち第Ｊ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）本目に対応する列、すなわち、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅのＪ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）列目を加算して選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]を構成する。ここで、固定のＩに対して、全部でＭ−Ｉ＋１通りのＨ_ｃがあり、その中の１つをＳＴ３０４〜ＳＴ３０８のループ処理にて選択する。送信アンテナ選択部３０４は、このループ処理によって選択されたＨ_ｃを構成する候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する。送信アンテナ選択部３０４は、このステップで得られるＨ_ｃをＱＲ分解し、得られる上三角行列Ｒの対角要素最小モジュール値の平方を、変数ｓ１に記憶する。【００４３】
ＳＴ３０６において、送信アンテナ選択部３０４は、ｓ１＞ｓ_ｍｉｎであるか否かを判断する。ｓ_ｍｉｎは、ＱＲ分解により得られるＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列Ｒの対角要素のモジュールの最小値のうち、最も大きい１つを記憶するための変数である。すなわち、このステップにおいてｓ_ｍｉｎは、ここまで算出されたＪ通りのＨ_ｃに対応するＪ通りのｓ１のうちの、もっとも大きい１つを記憶する。【００４４】
ＳＴ３０６において、ｓ１＞ｓ_ｍｉｎである（ＳＴ３０６：ＹＥＳ）と判断される場合、処理手順はＳＴ３０７に移行する。【００４５】
次いで、ＳＴ３０７において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナの第Ｊ本目を、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定し、この場合のＨ_ｃを用いてＨ１を設定する。ここで、Ｈ１は、選択されたＩ−１本の発射アンテナと、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定された送信アンテナからなるチャネル行列であって、ここでは仮決定発射チャネル行列と称す。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、ｓ_ｍｉｎ＝ｓ１のようにｓ_ｍｉｎを更新し、ｐｏｓ＝Ｊと設定する。ここで、ｐｏｓは、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定された送信アンテナが、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうちの何番目かを記憶するための変数である。【００４６】
次いで、ＳＴ３０８において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｊ＝Ｊ＋１とし、処理手順をＳＴ３０４に戻す。【００４７】
ＳＴ３０６において、ｓ１≦ｓ_ｍｉｎである（ＳＴ３０６：ＮＯ）と判断される場合、処理手順はステップＳＴ３０８に移行する。【００４８】
ＳＴ３０４において、Ｊ＞ｃｏｌ（ＳＴ３０４：ＮＯ）であると判断される場合、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナすべてに対して、ＳＴ３０４〜ＳＴ３０８のループ処理を終了したと判断し、処理手順をＳＴ３０９に移行する。【００４９】
次いで、ＳＴ３０９において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈ＝Ｈ１、Ｉ＝Ｉ＋１と設定し、Ｈｓ_ｅから第ｐｏｓ列目を除去することによってＨｓ_ｅを更新し、処理手順をＳＴ３０２に戻す。【００５０】
図４に示す手順に従い送信アンテナを選択する例として、受信アンテナの数がＮ＝２、Ｍ＝４本の送信アンテナからＫ本を選択する場合を説明する。かかる場合、チャネル推定行列Ｈ_ｅはＮ×Ｍ（２×４）の行列となり、１本目（Ｉ＝１）の発射アンテナを選択する方法は、Ｍ（Ｍ＝４）通りあり、４通りの２×１行列Ｈ_ｃに対応する。４通りのＨ_ｃに対してそれぞれＱＲ分解を行うと、４通りのＲが得られる。この４通りのＲそれぞれは、１×１の行列であるため、各Ｒにおける、対角要素最小モジュール値はＲ自身である。この４個の最小モジュール値から、もっとも大きい１つを選択することによって、それに対応するＨ_ｃが求められる。この求められたＨ_ｃを構成する１列に対応する送信アンテナは、送信アンテナ選択部３０４において選択される１本目の発射アンテナとなる。次いで、２本目（Ｉ＝２）の発射アンテナを選択する。２本目の発射アンテナを選択する場合は、３通り（Ｉ本目の発射アンテナの選択方法はＭ−Ｉ＋１通りある）の選択可能性があり、Ｍ−１通りのＨ２に対応し、Ｈ２はＮ×２（ＨｋはＮ×ｋ）である。３通りの選択可能性の中から、前記１本目の発射アンテナを選択する場合と同様の方法で２本目の発射アンテナを選択する。【００５１】
以下、図４のフロー図に示すアンテナ選択方法について、チャネル推定行列の具体的な数値例をあげ説明する。【００５２】
ここで、チャネル推定行列Ｈ_ｅを、
Ｈ_ｅ＝
-0.2163 + 0.1636i   0.0627 - 0.0934i  -0.5732 - 0.2942i   0.5946 - 0.0682i
-0.8328 + 0.0873i   0.1438 + 0.3629i   0.5955 + 1.0916i  -0.0188 + 0.0570i
と仮定する。【００５３】
まず、送信アンテナ選択部３０４は、１（Ｉ＝１）本目の発射アンテナを選択する。処理手順の最初において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈ＝空集合、Ｈｓ_ｅ＝Ｈ_ｅとなるように初期化を行う。図４のＳＴ３０５の説明で示したように、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）は４（Ｍ−Ｉ＋１＝４）通りあり、それぞれＨｓ_ｅの４列と対応する。４通りのＨ_ｃそれぞれをＱＲ分解し、Ｒ１= 0.8802、Ｒ２= -0.4062、Ｒ３= 1.4005、Ｒ４= -0.6015という４つの上三角行列Ｒが得られる。【００５４】
Ｈ_ｃが１列の行列であるため、上三角行列Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）は１つの数値となり、対角要素最小モジュール値はそれ自身である。４通りの対角要素最小モジュール値の平方はそれぞれ0.7747、0.1650、1.9613、0.3618となり、そのうちのもっとも大きい値1.9613に対応するＨｓ_ｅの列は、
-0.5732 - 0.2942i
0.5955 + 1.0916i
であって、これはＨｓ_ｅの３列目である。こうして、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ＝４本の送信アンテナの第３本目の送信アンテナを、第１（Ｉ＝１）本目の発射アンテナとして選択する。【００５５】
ＳＴ３０９において、送信アンテナ選択部３０４は、
Ｈ＝Ｈ１＝
-0.5732 - 0.2942i
0.5955 + 1.0916i
と設定する。上述したように、Ｈは選択された１（Ｉ＝１）本の送信アンテナからなるチャネル行列である。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈｓ_ｅの第３列目を削除し、
Ｈｓ_ｅ＝
-0.2163 + 0.1636i   0.0627 - 0.0934i   0.5946 - 0.0682i
-0.8328 + 0.0873i   0.1438 + 0.3629i  -0.0188 + 0.0570i
を得る。【００５６】
第１本目（Ｉ＝２）の発射アンテナが選択されると、次いで、第２（Ｉ＝２）本目の発射アンテナを選択する。かかる場合、ＳＴ３０５におけるＨ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）は３（Ｍ−Ｉ＋１＝３）通りあり、３通りのＨ_ｃ（Ｈ_ｃ１〜Ｈ_ｃ３）それぞれをＱＲ分解して得れる上三角行列Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。
Ｈ_ｃ１=
-0.5732-0.2942i  -0.2163+0.1636i
0.5955+1.0916i  -0.8328+0.0873i
に対応する上三角行列Ｒ１は
Ｒ１=
1.4005          -0.2319+0.5738i
0                0.6258    
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ１＝0.3917である。
Ｈ_ｃ２=
-0.5732-0.2942i   0.0627-0.0934i
0.5955+1.0916i   0.1438+0.3629i
に対応する上三角行列Ｒ２は
Ｒ２=
1.4005            0.3380 + 0.0936i
0                -0.2050
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ２＝0.0420である。
Ｈ_ｃ３=
-0.5732-0.2942i   0.5946-0.0682i
0.5955+1.0916i   -0.0188+0.0570i
に対応する上三角行列Ｒ３は
Ｒ３=
1.4005          -0.1926+0.1917i
0               -0.5366
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ３＝0.2879である。【００５７】
ｓｓ１〜ｓｓ３のうち、もっとも大きい値はｓｓ１であるため、送信アンテナ選択部３０４は、ｓｓ１に対応する送信アンテナ、すなわち、３（Ｍ−Ｉ＋１）本の候補送信アンテナの第１（Ｊ＝１）本目を、第２（Ｉ＝２）本目の発射アンテナとして選択する。【００５８】
本実施の形態に係るアンテナ選択方法を纏めると以下のようになる。
１）ＭＩＭＯ検出部２０６は判断フィードバック方式のＭＩＭＯ検出を行う。
２）無線受信装置２６０のフィードバックにより、送信アンテナ選択部３０４はチャネル推定行列Ｈ_ｅを得る。
３）送信アンテナ選択部３０４において選択する発射アンテナの数は、Ｋ本である。
４）選択された発射アンテナと各候補送信アンテナとからなる選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃそれぞれに対してＱＲ分解を行い、それぞれに対応するユニタリ行列Ｑ及び上三角行列Ｒを得る。そして、送信アンテナ選択部３０４は、各Ｒにおける対角要素最小モジュール値を求め、そのうち、もっとも大きい１つを選択し、それに対応するＲおよびＨ_ｃを求める。すなわち、式（５）を満たす１つのＨ_ｃを求める。送信アンテナ選択部３０４は、求められたＨ_ｃを構成する候補送信アンテナを、選択される発射アンテナとする。
５）４）の処理を繰り返すことによって、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する。【００５９】
図５は、本実施の形態にかかるアンテナ選択方法の手順を纏めたフロー図である。【００６０】
まず、ＳＴ７０１では、送信側は受信側からＭ列のチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックされる。そして、ＳＴ７０２では、発射アンテナの数Ｋを確定し、発射チャネル行列Ｈを「０」で初期化し、Ｉ＝１とする（すなわち１本目のアンテナを選択する）。次いで、ＳＴ７０３では、Ｉ＜Ｋであるか否かを判断し、判断結果が「ＮＯ」である場合、アンテナ選択処理は終了し、ＳＴ７０４で、チャネル行列Ｈを出力する。ＳＴ７０３における判断結果がＹＥＳである場合、処理手順はステップＳ７０５に移し、チャネル行列Ｈに一列を加えＨ１を構成する。すべて（Ｍ−Ｉ＋１通り）の可能なＨ１に対してＱＲ分解を行い、すべてのＨ１の中から式（５）に従い１つのＨ１を選択する。次いで、Ｓ７０６において、Ｈ＝Ｈ１とする。次いで、ＳＴ７０３に戻り、Ｋ本の発射アンテナが選択されるまで、ＳＴ７０３からＳＴ７０６を繰り返す。【００６１】
図５のフロー図に説明を言い換えると、すなわち、本実施の形態に係るアンテナ選択方法は、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる、１つの上三角行列を選択する第６ステップと、前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するアンテナ選択方法である。【００６２】
図６は、ＱＲ分解に基づきＭＩＭＯ検出を行うＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、異なるアンテナ選択方法を用いて送信アンテナ選択を行う場合に得られるＢＥＲ(Bit Error Rate)性能を比較して示す図である。シミュレーションにおいて、変調方式は１６−ＱＡＭ、受信アンテナの数はＮ＝２、送信アンテナの数はＭ＝４であり、Ｋ＝２本の発射アンテナを選択する。【００６３】
図６において、「同時ＱＲ」は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ選択方法、すなわち、ＣＭＫ通りの選択方法に対応する選択判定用チャネル行列に対してＱＲ分解を行いＫ本の発射アンテナを同時に選択する方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。「規準値」は、規準値に基づく送信アンテナ選択方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示し、「繰り返しＱＲ」は、本発明の実施の形態２に係る送信アンテナ選択方法、すなわち、ＱＲ分解に基づき１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。「容量最適」は容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。なお、この図においては、「無選択」と示されるグラフで、送信アンテナの選択を行わず、２本（Ｍ＝２）の送信アンテナをそのまま発射アンテナとして用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。【００６４】
図６に示すように、「無選択」、「規準値」、「繰り返しＱＲ」、「容量最適」、「同時ＱＲ」の順にＢＥＲ性能が良くなる。具体的には、「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は、「無選択」のＢＥＲ性能より、大きな改善はない。また、「同時ＱＲ」の送信アンテナ選択方法と「容量最適」の送信アンテナ選択方法とのＢＥＲ性能はほぼ同様である。また、「繰り返しＱＲ」の送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法のＢＥＲ性能に比べ若干劣る。【００６５】
ただ、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法に比べ、演算量が低下するというメリットがある。以下、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量および「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量について説明する。【００６６】
ｍ×ｎの行列Ｃに対してＱＲ分解する場合の演算量は２ｍｎ２である。従って、受信アンテナの数がＮであって、Ｍ本の送信アンテナの中からＫ本を発射アンテナとして選択する場合、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量はＣＭＫ×（２ＮＫ２）となる。【００６７】
一方、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法を用いる場合は、送信アンテナを１本ずつ選択し、第１本目の選択において、Ｍ通りの選択可能性があり、第Ｉ本目の選択において、Ｍ−Ｉ＋１通りの選択可能性がある。Ｉ本目の選択において、ＱＲ分解される選択判定用チャネル行列はＮ×Ｉであるため、対応するＱＲ分解の演算量は（Ｍ−Ｉ＋１）×（Ｎ×Ｉ２）となる。従って、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の全体的な演算量は下記の式（７）に示すようになる。
【数４】
2007037418.tif 000006
【００６８】
式（７）に示す値は、ＣＭＫ×（２ＮＫ２）より小さい。すなわち、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量より小さい。【００６９】
図７は、受信側のＭＩＭＯ検出部がＳＱＲ（順位付けＱＲ）に基づきＭＩＭＯ検出を行うＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、異なるアンテナ選択方法を用いて送信アンテナ選択を行う場合に得られるＢＥＲ性能を比較して示す図である。【００７０】
図７に示すように、「規準値」、「繰り返しＱＲ」、「同時ＱＲ」、「容量最適」の順にＢＥＲ性能が良くなる。具体的には「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は図６に示した「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能とほぼ同様である。「繰り返しＱＲ」に基づくアンテナ選択方法のＢＥＲ性能と、「同時ＱＲ」または「容量最適」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能とは非常に近似する。ただし、「繰り返しＱＲ」に基づくアンテナ選択方法の演算量は、「同時ＱＲ」または「容量最適」に基づく送信アンテナ選択方法の演算量に比べ少ないというメリットがあり、ここで詳細な説明は省略する。【００７１】
このように、本実施の形態によれば、ＱＲ分解に基づき１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するため、伝送誤り率を低減するとともに、アンテナ選択処理の演算量を低減することができる。【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、ＱＲ分解に基づくアンテナ選択を行った結果を用いて、選択された送信アンテナに対して電力配分を行う場合について説明する。【００７３】
まず、本実施の形態において電力配分を行う原理について説明する。【００７４】
本発明の実施の形態１または実施の形態２に係るアンテナ選択方法を用いてアンテナを選択を行った後、無線送信装置は無線受信装置からフィードバックされる平均雑音電力を用いて、式（６）に従い、各発射アンテナから送信される信号のＳＮＲを算出することができる。【００７５】
下記の式（８）に示すように、Ａおよびδを定義すると、
Ｅ｛｜ｓｋ｜２｝＝Ａ２，Ｅ｛｜ｎｋ｜２｝  …（８）
式（６）に示されるＳＮＲｋは、下記の式（９）のようになる。
【数５】
2007037418.tif 000007
【００７６】
次いで、ＭＩＭＯ無線通信システムの無線送信装置は、注水(Water Filling)原理に従いそれぞれの発射アンテナに対して電力配分を行うことができる。Ｋ本の発射アンテナに配分する総電力をＰtotalとする場合、式（８）と式（９）とに基づき各発射アンテナに配分する送信電力Ｐ(ｋ)を下記の式（１０）に従って算出することができる。
【数６】
2007037418.tif 000008
【００７７】
次いで、電力配分の結果に基づき、改めて各発射アンテナそれぞれのＳＮＲを算出し、算出された新たなＳＮＲに基づき、適応変調パラメータテーブルから各発射アンテナで送信されるデータに用いられる変調方式を選択する。【００７８】
次いで、本実施の形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成について説明する。【００７９】
図８は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ無線通信システム４００の主要な構成を示すブロック図である。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態２に示したＭＩＭＯ無線通信システム３００（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【００８０】
ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、電力配分／変調方式選択部４０３をさらに備える点において、ＭＩＭＯ無線通信システム３００と相違する。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム４００のチャネル推定部４０２、送信アンテナ選択部４０４と、ＭＩＭＯ無線通信システム３００のチャネル推定部２０２、送信アンテナ選択部３０４とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付。また、ＭＩＭＯ無線通信システム４００の無線送信装置４５０、無線受信装置４６０と、ＭＩＭＯ無線通信システム３００の無線送信装置３５０、無線受信装置２６０とにも異なる符号を付す。【００８１】
チャネル推定部４０２は、無線送信装置４５０から送信されるトレーニングシーケンスに基づきすべての送信アンテナに対応するチャネル推定行列Ｈ_ｅを得、得られるチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックチャネル２０３を介して、無線送信装置４５０の送信アンテナ選択部４０４にフィードバックする。また、チャネル推定部４０２は、平均雑音電力σ２を算出し、フィードバックチャネル２０３を介して、無線送信装置４５０の電力配分／変調方式選択部４０３にフィードバックする。【００８２】
送信アンテナ選択部４０４は、無線受信装置４６０からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナ２０７の中からＫ本を選択する。次いで、送信アンテナ選択部４０４は、選択されたＫ本の送信アンテナからなるチャネル行列に対しＱＲ分解を行って上三角行列Ｒの対角要素Ｒｋｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を電力配分／変調方式選択部４０３に出力する。【００８３】
電力配分／変調方式選択部４０３は、送信アンテナ選択部４０４から入力される上三角行列Ｒの対角要素Ｒｋｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）、およびチャネル推定部４０２から入力される平均雑音電力σ２を用いて、式（９）に従い、電力配分前の送信アンテナそれぞれのＳＮＲｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を得る。次いで、電力配分／変調方式選択部４０３は、注水(Water Filling)原理に基づき、送信アンテナ選択部４０４で選択されたＫ本の発射アンテナに対して電力配分を行う。電力配分／変調方式選択部４０３の電力配分処理により、Ｋ本の発射アンテナそれぞれに配分される電力は式（１０）に示すようになる。さらに、電力配分／変調方式選択部４０３は、電力配分結果に基づき改めてＫ本の発射アンテナそれぞれのＳＮＲを算出し、算出された新たなＳＮＲに基づき、適応変調パラメートテーブルから発射アンテナそれぞれに対応する変調方式を選択する。電力配分／変調方式選択部４０３は、選択された変調方式をデータ処理部２０１に出力する。データ処理部２０１は、変調処理を行う際、電力配分／変調方式選択部４０３から入力される変調方式を用いる。【００８４】
すなわち、電力配分／変調方式選択部４０３は、Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成するステップと、前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得るステップと、前記ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出するステップと、前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行うステップと、を含む電力配分／変調方式選択処理を実行する。【００８５】
このように、本実施の形態によれば、ＱＲ分解に基づくアンテナ選択結果に基づき、選択された発射アンテナのＳＮＲに改めて算出し、算出されたＳＮＲに基づき各発射アンテナに対する電力配分を行うため、発射アンテナのビット誤り率をさらに低減することができる。【００８６】
なお、本実施の形態では、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態２に示したＭＩＭＯ無線通信システム３００（図３参照）と同様の基本的構成を有する場合を例にとって説明したが、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態１に示したＭＩＭＯ無線通信システム２００（図２参照）と同様の基本的構成を有しても良い。【００８７】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。【００８８】
本発明に係るアンテナ選択方法および無線通信装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。【００８９】
本発明に係る無線通信装置は、ＭＩＭＯ無線通信方式の移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。【００９０】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るアンテナ選択方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るＭＩＭＯ無線通信システムと同様の機能を実現することができる。【００９１】
本明細書は、２００５年９月３０日出願の中国特許出願第２００５１０１０８５６０．Ｘ号に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明に係るアンテナ選択方法は、ＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信アンテナ選択等の用途に適用することができる。
【図１】
2007037418.tif 000009
【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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【図８】
2007037418.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月24日(2008.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、Ｋ列（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、
前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、
を具備するアンテナ選択方法。
【請求項２】
前記第５ステップで選択されたＫ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第６ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第７ステップと、
前記第７ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第８ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第９ステップと、をさらに具備する、
請求項１記載のアンテナ選択方法。
【請求項３】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、
前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第６ステップと、
前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、
前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および、前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する、
アンテナ選択方法。
【請求項４】
選択されたＫ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第８ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第９ステップと、
前記第９ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第１０ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第１１ステップと、をさらに具備する、
請求項３記載のアンテナ選択方法。
【請求項５】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられる無線通信装置であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナと、
前記Ｍ本の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列に基づき、前記Ｍ本の送信アンテナからＫ本（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）の発射アンテナを選択する選択処理を実行する選択手段と、を具備し、
前記選択手段は、
前記チャネル推定行列の中からＫ列を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、
前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、
前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、を含む前記選択処理を実行する、
無線通信装置。
【請求項６】
前記Ｋ本の発射アンテナに対して電力配分および変調方式選択処理を行う電力配分／変調方式選択手段、をさらに具備し、
前記電力配分／変調方式選択手段は、
前記Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第６ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第７ステップと、
前記第７ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出する第８ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第９ステップと、を含む前記電力配分／変調方式選択処理を実行する、
請求項５記載の無線通信装置。
【請求項７】
ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられる無線通信装置であって、
Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナと、
前記Ｍ本の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列に基づき、前記Ｍ本の送信アンテナからＫ本（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）の発射アンテナを選択する選択処理を実行する選択手段と、を具備し、
前記選択手段は、
前記チャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、
前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候
補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、
前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、
前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第６ステップと、
前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、
前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する、前記選択処理を実行する、
無線通信装置。
【請求項８】
前記Ｋ本の発射アンテナに対して電力配分および変調方式選択処理を行う電力配分／変調方式選択手段、をさらに具備し、
前記電力配分／変調方式選択手段は、
前記Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成する第８ステップと、
前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得る第９ステップと、
前記第９ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲを算出する第１０ステップと、
前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行う第１１ステップと、を含む前記電力配分／変調方式選択処理を実行する、
請求項７記載の無線通信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ選択方法および無線通信装置に関し、特に、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）検出方法に適応して、伝送誤り率を低減するとともに、処理の演算量を低減することができるアンテナ選択方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチインプット・マルチアウトプット（ＭＩＭＯ）技術は無線移動通信分野の技術における重大な進歩である。ＭＩＭＯ技術とはデータの送信および受信において両方とも複数のアンテナを用いる技術を言う。研究によると、ＭＩＭＯ技術を用いればチャネルの容量を向上するとともに、チャネルの信頼度を向上し、ビット誤り率を低減することができる。ＭＩＭＯシステムの容量上限は送信側のアンテナ数または受信側のアンテナ数の小さい方の増加とともに線形的に増加する。これに対して、受信側または送信側においてマルチアンテナまたはアレーアンテナを使う通常のインテリジェンスアンテナシステムの容量上限はアンテナ数の対数に従って増加する。このため、ＭＩＭＯ技術は無線通信システムの容量を向上するのに対して極めて大きい潜在力を有し、次世代移動通信システムが採用する重要な技術である。
【０００３】
図１は、ＭＩＭＯ技術を用いる一般的なＭＩＭＯ無線通信システム１００の構成を示すブロック図である。この構成において、送信側および受信側はそれぞれｎＴおよびｎＲ本のアンテナを用いて信号の送信および受信を行う。送信側は直列／並列変換部１０１および複数の送信アンテナ１０２−１、１０２−２、…、１０２−ｎＴを備える。受信側は複数の受信アンテナ１０３−１、…、１０３−ｎＲ、チャネル推定部１０４、およびＭＩＭＯ検出部１０５を有する。
【０００４】
送信側において、送信データはまず直列／並列変換部１０１によりｎＴ個のデータストリームに分けられ、各データストリームはそれぞれ１つの送信アンテナ１０２と対応する。受信側において、ｎＲ本の受信アンテナ１０３は信号を受信し、チャネル推定部１０４はこの受信信号に基づきチャネル推定を行って、チャネル推定行列Ｈ_ｅを得る。ＭＩＭＯ検出部１０５は、チャネル特性行列Ｈ_ｅを用いて受信信号に対しＭＩＭＯ検出を行い、送信側から送信された信号を復調して検出データを得る。
【０００５】
ＭＩＭＯシステムにおいて、無線周波数（ＲＦ）に関連する設備のコストが高く、アンテナ数が増えるのに従って、ＭＩＭＯシステムのコストが増加し処理演算量も増加する。このため、現れたのがＭＩＭＯシステムにおいて送信アンテナを選択する方法である。例えば、Ｍ（Ｍは１より大きい自然数）本の送信アンテナの中からチャネル特性が比較的に良いＫ本のみを選択することによりＲＦに関連する設備の数量を減らし、コストを削減することができる。
【０００６】
ＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信アンテナ選択方法は、以下の幾つかの方法が考えられる。
【０００７】
１．容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法
Ｍ本の送信アンテナの中からＫ本を選択する場合の可能な組合せは、全部でＣＭＫ通り（またはＭＣｋと表記することもある）ある。容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法は容量演算式に従い、このＣＭＫ通りの組合せを遍歴して、すなわち、すべての組合せそれぞれにおけるシステム容量を全部一回算出して、容量が最大となる１つの組合せを選択する。
【０００８】
２．行列簡略化に基づく送信アンテナ選択方法
上記「１．」に示した容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法の演算量は非常に多いため、Gorokhovは行列簡略化に基づく順次除去の送信アンテナ選択方法を提案した。Gorokhovが提案したこの方法は、行列演算の原理に基づき、Ｋ本の送信アンテナが残るまで、候補送信アンテナをＭ本から１つずつ順次に削除する。その削除の基準は、削除によるシステム容量の減少を最小限に抑えることである。
【０００９】
３．規準値（norm）に基づく送信アンテナ選択方法
規準値に基づく送信アンテナ選択方法は、チャネル推定行列のすべての列（または行）、Ｍ列（または行）の中から規準値が最大となるＫ列（または行）を選択し、選択された列（または行）に対応する送信アンテナを送信に用いる発射アンテナとして選択する。前述した２種の方法に比べ、この方法は最も簡単である一方、性能は最も劣る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の送信アンテナ選択方法は、何れも無線受信側のＭＩＭＯ検出方法を考慮していない。よって、無線受信側のＭＩＭＯ検出方法に適応して送信アンテナを選択することにより伝送誤り率のさらなる低減が期待される。
【００１１】
本発明は、伝送誤り率を低減することができ、さらに演算量を低減することができる、受信側の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応したアンテナ選択方法およ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】
【００１２】
本発明のアンテナ選択方法の一態様は、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、Ｋ列（Ｋは０より大きく、Ｍ以下の自然数）を任意に選択してＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列を構成する第１ステップと、前記ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＣＭＫ通りの上三角行列を得る第２ステップと、前記ＣＭＫ通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第３ステップと、前記ＣＭＫ通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列を選択する第４ステップと、前記第４ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成するＫ本の送信アンテナを発射アンテナとして選択する第５ステップと、を具備するようにする。
【００１３】
本発明のもう１つの態様は、ＭＩＭＯ通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる、１つの上三角行列を選択する第６ステップと、前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記
候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するようにする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受信側の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応して無線送信側において送信アンテナを選択することによって、伝送誤り率を低減し、さらには、処理演算量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るＭＩＭＯ無線通信システム２００の主要な構成を示すブロック図である。図２において、ＭＩＭＯ無線通信システム２００は無線送信装置２５０と無線受信装置２６０とを含む。簡略化のために、ここでは送信アンテナ選択と関連する構成要素のみを記述する。無線送信装置２５０は、データ処理部２０１、送信アンテナ選択部２０４、およびＭ本の送信アンテナ２０５−１〜２０５−Ｍを備える。無線受信装置２６０は、Ｎ本の受信アンテナ２０７−１〜２０７−Ｎ、チャネル推定部２０２、およびＭＩＭＯ検出部２０６を備える。
【００１７】
無線送信装置２５０において、データ処理部２０１は、データに対して直列並列変換、符号化、および変調などの処理を行い、得られるデータサブストリームを送信アンテナ選択部２０４に出力する。送信アンテナ選択部２０４は、無線受信装置２６０からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナ２０５の中から送信に用いるＫ本を選択する。以下、選択されたＫ本の送信アンテナを発射アンテナと称す。送信アンテナ選択部２０４は、データ処理部２０１から入力されるデータサブストリームを、選択されたＫ本の発射アンテナを通じて送信する。
【００１８】
無線受信装置２６０において、Ｎ本の受信アンテナ２０７は、送信アンテナ２０５から送信されるトレーニングシーケンスを含む空間信号を受信し、チャネル推定部２０２に出力する。チャネル推定部２０２は、トレーニングシーケンスに基づきすべての送信アンテナに対応するチャネル推定行列Ｈ_ｅを得、得られるチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックチャネル２０３を通じて定期的に無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４にフィードバックする。ＭＩＭＯ検出部２０６は、判断フィードバックＭＩＭＯ検出を行い
、無線送信装置２５０から送信されるデータを検出する。
【００１９】
ＭＩＭＯ検出部２０６における判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法について説明する。ＭＩＭＯ検出部２０６に用いられる判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法とは、ｍ番目のデータを検出する場合、それより前のｍ−１個のデータの判断、すなわち推定結果を用いて、受信信号から前のｍ−１個のデータの干渉を除去して、ｍ番目のデータを推定して検出する方法である。すなわち、判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法とは、データの検出において、前のデータの判断結果をフィードバックされ再帰的に利用することに特徴がある。ここでは、判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法の典型的な一例となるＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出方法について詳細に説明する。
【００２０】
ＭＩＭＯ無線通信システム２００において、受信信号は下記の式（１）で示される。
ｙ＝Ｈ_ｅｓ＋ｎ  …（１）
この式において、ｓは送信信号、ｙは受信信号、Ｈ_ｅはチャネル推定行列、ｎはホワイトガウスノイズを示す。ＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出方法においては、チャネル推定行列Ｈ_ｅを下記の式（２）に従ってＱＲ分解する。
Ｈ_ｅ＝ＱＲ  …（２）
この式において、行列Ｑは、ユニタリ行列であって、すなわちＱＨＱ＝Ｉｎｔ×ｎｔを満たす。ここで、ＱＨは、ユニタリ行列Ｑの複素共役転置行列を示す。また、この式においてＲは上三角行列である。
【００２１】
式（１）に示す受信信号ｙの左にＱＨを掛けると、下記の式（３）および式（４）が得られる。
ｚ＝ＱＨｙ＝Ｒｓ＋η  …（３）
【数１】
2007037418.tif 000017
式（３）において、ηはη＝ＱＨｎであって、その統計特性はホワイトガウスノイズｎと同様である。式（４）において、Ｑは復調を示す。
【００２２】
ＭＩＭＯ検出部２０６は、上三角行列Ｒの特徴を利用して、上三角行列Ｒの末尾（最後の１個）から送信信号ｓの検出を行う。すなわち、まず、式（４）に従ってＭ番目の送信アンテナ（送信アンテナの総数はＭである）から送信された送信信号ｓＭの推定ｓ^Ｍを得て、得られたｓ^Ｍに基づいて、Ｍ−１番目の送信アンテナから送信された送信信号ｓＭ−１を推定して推定値ｓ^Ｍ−１を得る。同様に、ｍ番目の送信アンテナから送信された送信信号ｓｍ−１を推定する場合、ｍ＋１番目からＭ番目までの送信データの推定値ｓ^ｍ＋１〜ｓ^Ｍを用いて推定値ｓ^ｍを得る。このような推定を繰り返すことにより、Ｍ番目から１番目まですべての送信アンテナから送信される送信信号が推定される。
【００２３】
上記のような判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応した、本実施の形態に係るアンテナ選択方法について説明する。具体的には、無線受信装置２６０においてＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出を行う場合に対応した、無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４におけるＱＲ分解に基づくアンテナ選択方法を例にあげ説明する。
【００２４】
受信アンテナ２０７の数がＮ＝２、送信アンテナ２０５の数がＭ＝４である場合、チャネル推定行列Ｈ_ｅはＮ×Ｍ（２×４）の行列となる。無線送信装置２５０の送信アンテナ選択部２０４は、無線受信装置２６０のチャネル推定部２０２からフィードバックされ
るチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナからＫ本を発射アンテナとして選択する。ここで、チャネル推定行列Ｈ_ｅの各列は各送信アンテナに対応するため、Ｍ本の送信アンテナからＫ本を選択するということは、Ｈ_ｅのＭ列から、Ｋ列（このＫ列はＫ本の送信アンテナに対応する）を選択することであり、選択されたＫ列からなるＮ×Ｋの行列を選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃと記す。
【００２５】
送信アンテナ選択部２０４においてＭ本の送信アンテナからＫ本を選択する方法はＭＣＫ（ＣＭＫと記す場合もある）通りあって、すなわち、ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成することができる。送信アンテナ選択部２０４は、ＣＭＫ通りの可能なＨ_ｃそれぞれに対して、ＱＲ分解を行い、ＣＭＫ通りの互いに異なるＱＲ分解の結果として、ＣＭＫ通りの上三角行列Ｒを得る。次いで、送信アンテナ選択部２０４は、各Ｒにおいて対角要素のモジュールの最小値を求める。次いで、ＣＭＫ通りの上三角行列Ｒのうち、対角要素最小モジュール値が最大となる１つの上三角行列Ｒを選択する。これにより、選択されたＲに対応するＨ_ｃ、すなわち、式（５）を満たすＨ_ｃが決まる。Ｈ_ｃが決まると、Ｈ_ｃに対応するＫ本の発射アンテナが決まる。
【数２】
2007037418.tif 000018
【００２６】
本実施の形態に係るアンテナ選択方法の効果を説明するために、伝送誤りがなく伝送が行われる場合を例にあげる。かかる場合、無線受信装置２６０においてＱＲ分解に基づくＭＩＭＯ検出を行い得られる、ｋ（１≦ｋ≦Ｋ）本目の発射アンテナから送信される送信信号の受信ＳＮＲ（Signal Noise Ratio）は下記の式（６）で示される。
【数３】
2007037418.tif 000019
【００２７】
この式に示すように、受信ＳＮＲｋは|Ｒkk|２に比例する。なお、通常、誤りの大部分は性能が最も悪い送信アンテナの送信に発生するため、性能が最も悪い送信アンテナの性能をできるだけ向上させることによってシステム全体の誤り率を改善することができる。本実施の形態に係るＱＲ分解に基づくアンテナ選択方法においては、最小のＳＮＲｋをできるだけ大きくする、すなわち、式（６）における最小の|Ｒｋｋ|２をできるだけ大きくすることによって、誤り率を改善している。具体的には、チャネル推定行列Ｈ_ｅのＭ列からＫ列を選択する場合、ＣＭＫ通りの可能性があり、ＣＭＫ通りの選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成する。このＣＭＫ通りのＨ_ｃに対してＱＲ分解を行い、各上三角行列Ｒにおける|Ｒｋｋ|２の最小値を求める。次いで、求められたＣＭＫ通りの最小値のうち、もっとも大きい１つを選択し、それに対応するＲ、Ｈ_ｃ、すなわち式（５）を満たすＨ_ｃを得る。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、送信アンテ
ナ選択部は、チャネル推定行列のＭ列からＫ列を任意に選択して複数の選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを構成し、構成された複数の選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃに対するＱＲ分解に基づき、送信アンテナを選択するため、伝送誤り率を低減することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、送信アンテナ選択部は、ＱＲ分解に基づき送信アンテナ選択を行う場合を例にとって説明したが、本実施の形態を適宜変更し、ＭＩＭＯ検出部において用いられる他の判断フィードバックＭＩＭＯ検出方法に適応させても良い。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るＭＩＭＯ無線通信システム３００の主要な構成を示すブロック図である。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム３００は、実施の形態１に示したＭＩＭＯ無線通信システム２００（図２参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
ＭＩＭＯ無線通信システム３００の送信アンテナ選択部３０４と、ＭＩＭＯ無線通信システム２００の送信アンテナ選択部２０４とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付し、ＭＩＭＯ無線通信システム３００の無線送信装置３５０と、ＭＩＭＯ無線通信システム２００の無線送信装置２５０とにも異なる符号を付す。
【００３２】
図４は、送信アンテナ選択部３０４におけるアンテナ選択方法の手順を示すフロー図である。送信アンテナ選択部３０４におけるアンテナ選択方法の説明においても、Ｍ本の送信アンテナの中から、Ｋ本を選択する場合を例にとる。
【００３３】
まず、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）３０１において、送信アンテナ選択部３０４は、無線受信装置２６０側からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅを得るとともに、Ｉ＝１（すなわち１本目の発射アンテナを選択する）、Ｈ＝「０」、Ｈｓ_ｅ＝Ｈ_ｅとなるように初期化を行う。ここで、Ｉは、Ｋ本の発射アンテナを１からＫまでカウントするカウンタであり、Ｈは、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を示す。Ｈｓ_ｅは、チャネル推定行列Ｈ_ｅから選択されたＩ−１本の発射アンテナに対応する列を削除して得られる行列を示す。すなわち、Ｈｓ_ｅは、Ｍ本の送信アンテナのうち選択されたＩ−１本の発射アンテナ以外の、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナからなるＮ×（Ｍ−Ｉ＋１）のチャネル行列であり、以下候補チャネル行列と称す。
【００３４】
次いで、ＳＴ３０２において、送信アンテナ選択部３０４は、ＩとＫとを比較する。
【００３５】
ＳＴ３０２において、Ｉ＞Ｋと判断される場合（ＳＴ３０２：ＮＯ）、送信アンテナ選択部２０４は、Ｋ本の発射アンテナがすべて選択されたと判断し、処理手順をＳＴ３１０に移行する。
【００３６】
次いで、ＳＴ３１０において、送信アンテナ選択部３０４は、選択されたＫ本の発射アンテナの番号及びＫ本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈを出力する。
【００３７】
ＳＴ３０２において、Ｉ≦Ｋと判断される場合（ＳＴ３０２：ＹＥＳ）、処理手順はＳＴ３０３に移行する。
【００３８】
次いで、ＳＴ３０３において、送信アンテナ選択部３０４は、候補送信アンテナからなる候補チャネル行列Ｈｓ_ｅの列数を用いてcolを設定し、Ｊ＝１、ｓ_ｍｉｎ＝０となるように変数Ｊおよびｓ_ｍｉｎを初期化する。ここで、Ｊは、Ｉ本目の発射アンテナの選択処理において、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナを、１からＭ−Ｉ＋１までカウントするカウンタである。ｓ_ｍｉｎは、ＱＲ分解により得られる上三角行列Ｒの対角要素最小
モジュール値のうち、最も大きい１つを記憶するための変数である。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、選択されたＩ−１本の発射アンテナと、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナの第１本目とからなるチャネル行列を用いて、選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを初期化する。すなわち、送信アンテナ選択部３０４は、チャネル行列Ｈに、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅの１列目を加えて得られるチャネル行列を用いて選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃを初期化する。ここで、選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃは、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈに、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうち第Ｊ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）本目に対応する列、すなわち、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅのＪ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）列目を加算して得られるチャネル行列である。Ｈｓ_ｅの第Ｊ列目をＨｓ_ｅ（：,Ｊ）と記し、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]或いは[Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）Ｈ]と記す場合、このステップにおけるＨ_ｃの初期化は、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,１）]と記される。
【００３９】
次いで、ＳＴ３０４において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｊ≦ｃｏｌであるか否かを判断する。
【００４０】
ＳＴ３０４において、Ｊ≦ｃｏｌ（ＳＴ３０４：ＹＥＳ）であると判断される場合、処理手順はＳＴ３０５に移行する。
【００４１】
次いで、ＳＴ３０５において、選択されたＩ−１本の発射アンテナからなるチャネル行列Ｈに、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうち第Ｊ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）本目に対応する列、すなわち、候補チャネル行列Ｈｓ_ｅのＪ（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）列目を加算して選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]を構成する。ここで、固定のＩに対して、全部でＭ−Ｉ＋１通りのＨ_ｃがあり、その中の１つをＳＴ３０４〜ＳＴ３０８のループ処理にて選択する。送信アンテナ選択部３０４は、このループ処理によって選択されたＨ_ｃを構成する候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する。送信アンテナ選択部３０４は、このステップで得られるＨ_ｃをＱＲ分解し、得られる上三角行列Ｒの対角要素最小モジュール値の平方を、変数ｓ１に記憶する。
【００４２】
ＳＴ３０６において、送信アンテナ選択部３０４は、ｓ１＞ｓ_ｍｉｎであるか否かを判断する。ｓ_ｍｉｎは、ＱＲ分解により得られるＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列Ｒの対角要素のモジュールの最小値のうち、最も大きい１つを記憶するための変数である。すなわち、このステップにおいてｓ_ｍｉｎは、ここまで算出されたＪ通りのＨ_ｃに対応するＪ通りのｓ１のうちの、もっとも大きい１つを記憶する。
【００４３】
ＳＴ３０６において、ｓ１＞ｓ_ｍｉｎである（ＳＴ３０６：ＹＥＳ）と判断される場合、処理手順はＳＴ３０７に移行する。
【００４４】
次いで、ＳＴ３０７において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナの第Ｊ本目を、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定し、この場合のＨ_ｃを用いてＨ１を設定する。ここで、Ｈ１は、選択されたＩ−１本の発射アンテナと、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定された送信アンテナからなるチャネル行列であって、ここでは仮決定発射チャネル行列と称す。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、ｓ_ｍｉｎ＝ｓ１のようにｓ_ｍｉｎを更新し、ｐｏｓ＝Ｊと設定する。ここで、ｐｏｓは、第Ｉ本目の発射アンテナと仮決定された送信アンテナが、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナのうちの何番目かを記憶するための変数である。
【００４５】
次いで、ＳＴ３０８において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｊ＝Ｊ＋１とし、処理手順をＳＴ３０４に戻す。
【００４６】
ＳＴ３０６において、ｓ１≦ｓ_ｍｉｎである（ＳＴ３０６：ＮＯ）と判断される場合、処理手順はステップＳＴ３０８に移行する。
【００４７】
ＳＴ３０４において、Ｊ＞ｃｏｌ（ＳＴ３０４：ＮＯ）であると判断される場合、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナすべてに対して、ＳＴ３０４〜ＳＴ３０８のループ処理を終了したと判断し、処理手順をＳＴ３０９に移行する。
【００４８】
次いで、ＳＴ３０９において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈ＝Ｈ１、Ｉ＝Ｉ＋１と設定し、Ｈｓ_ｅから第ｐｏｓ列目を除去することによってＨｓ_ｅを更新し、処理手順をＳＴ３０２に戻す。
【００４９】
図４に示す手順に従い送信アンテナを選択する例として、受信アンテナの数がＮ＝２、Ｍ＝４本の送信アンテナからＫ本を選択する場合を説明する。かかる場合、チャネル推定行列Ｈ_ｅはＮ×Ｍ（２×４）の行列となり、１本目（Ｉ＝１）の発射アンテナを選択する方法は、Ｍ（Ｍ＝４）通りあり、４通りの２×１行列Ｈ_ｃに対応する。４通りのＨ_ｃに対してそれぞれＱＲ分解を行うと、４通りのＲが得られる。この４通りのＲそれぞれは、１×１の行列であるため、各Ｒにおける、対角要素最小モジュール値はＲ自身である。この４個の最小モジュール値から、もっとも大きい１つを選択することによって、それに対応するＨ_ｃが求められる。この求められたＨ_ｃを構成する１列に対応する送信アンテナは、送信アンテナ選択部３０４において選択される１本目の発射アンテナとなる。次いで、２本目（Ｉ＝２）の発射アンテナを選択する。２本目の発射アンテナを選択する場合は、３通り（Ｉ本目の発射アンテナの選択方法はＭ−Ｉ＋１通りある）の選択可能性があり、Ｍ−１通りのＨ２に対応し、Ｈ２はＮ×２（ＨｋはＮ×ｋ）である。３通りの選択可能性の中から、前記１本目の発射アンテナを選択する場合と同様の方法で２本目の発射アンテナを選択する。
【００５０】
以下、図４のフロー図に示すアンテナ選択方法について、チャネル推定行列の具体的な数値例をあげ説明する。
【００５１】
ここで、チャネル推定行列Ｈ_ｅを、
Ｈ_ｅ＝
-0.2163 + 0.1636i   0.0627 - 0.0934i  -0.5732 - 0.2942i   0.5946 - 0.0682i
-0.8328 + 0.0873i   0.1438 + 0.3629i   0.5955 + 1.0916i  -0.0188 + 0.0570i
と仮定する。
【００５２】
まず、送信アンテナ選択部３０４は、１（Ｉ＝１）本目の発射アンテナを選択する。処理手順の最初において、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈ＝空集合、Ｈｓ_ｅ＝Ｈ_ｅとなるように初期化を行う。図４のＳＴ３０５の説明で示したように、Ｈ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）は４（Ｍ−Ｉ＋１＝４）通りあり、それぞれＨｓ_ｅの４列と対応する。４通りのＨ_ｃそれぞれをＱＲ分解し、Ｒ１= 0.8802、Ｒ２= -0.4062、Ｒ３= 1.4005、Ｒ４= -0.6015という４つの上三角行列Ｒが得られる。
【００５３】
Ｈ_ｃが１列の行列であるため、上三角行列Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）は１つの数値となり、対角要素最小モジュール値はそれ自身である。４通りの対角要素最小モジュール値の平方はそれぞれ0.7747、0.1650、1.9613、0.3618となり、そのうちのもっとも大きい値1.9613に対応するＨｓ_ｅの列は、
-0.5732 - 0.2942i
0.5955 + 1.0916i
であって、これはＨｓ_ｅの３列目である。こうして、送信アンテナ選択部３０４は、Ｍ＝４本の送信アンテナの第３本目の送信アンテナを、第１（Ｉ＝１）本目の発射アンテ
ナとして選択する。
【００５４】
ＳＴ３０９において、送信アンテナ選択部３０４は、
Ｈ＝Ｈ１＝
-0.5732 - 0.2942i
0.5955 + 1.0916i
と設定する。上述したように、Ｈは選択された１（Ｉ＝１）本の送信アンテナからなるチャネル行列である。また、このステップにおいて、送信アンテナ選択部３０４は、Ｈｓ_ｅの第３列目を削除し、
Ｈｓ_ｅ＝
-0.2163 + 0.1636i   0.0627 - 0.0934i   0.5946 - 0.0682i
-0.8328 + 0.0873i   0.1438 + 0.3629i  -0.0188 + 0.0570i
を得る。
【００５５】
第１本目（Ｉ＝２）の発射アンテナが選択されると、次いで、第２（Ｉ＝２）本目の発射アンテナを選択する。かかる場合、ＳＴ３０５におけるＨ_ｃ＝[Ｈ  Ｈｓ_ｅ（：,Ｊ）]（１≦Ｊ≦Ｍ−Ｉ＋１）は３（Ｍ−Ｉ＋１＝３）通りあり、３通りのＨ_ｃ（Ｈ_ｃ１〜Ｈ_ｃ３）それぞれをＱＲ分解して得れる上三角行列Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。
Ｈ_ｃ１=
-0.5732-0.2942i  -0.2163+0.1636i
0.5955+1.0916i  -0.8328+0.0873i
に対応する上三角行列Ｒ１は
Ｒ１=
1.4005          -0.2319+0.5738i
0                0.6258    
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ１＝0.3917である。
Ｈ_ｃ２=
-0.5732-0.2942i   0.0627-0.0934i
0.5955+1.0916i   0.1438+0.3629i
に対応する上三角行列Ｒ２は
Ｒ２=
1.4005            0.3380 + 0.0936i
0                -0.2050
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ２＝0.0420である。
Ｈ_ｃ３=
-0.5732-0.2942i   0.5946-0.0682i
0.5955+1.0916i   -0.0188+0.0570i
に対応する上三角行列Ｒ３は
Ｒ３=
1.4005          -0.1926+0.1917i
0               -0.5366
となるため、対角要素最小モジュール値の平方はｓｓ３＝0.2879である。
【００５６】
ｓｓ１〜ｓｓ３のうち、もっとも大きい値はｓｓ１であるため、送信アンテナ選択部３０４は、ｓｓ１に対応する送信アンテナ、すなわち、３（Ｍ−Ｉ＋１）本の候補送信アンテナの第１（Ｊ＝１）本目を、第２（Ｉ＝２）本目の発射アンテナとして選択する。
【００５７】
本実施の形態に係るアンテナ選択方法を纏めると以下のようになる。
１）ＭＩＭＯ検出部２０６は判断フィードバック方式のＭＩＭＯ検出を行う。
２）無線受信装置２６０のフィードバックにより、送信アンテナ選択部３０４はチャネ
ル推定行列Ｈ_ｅを得る。
３）送信アンテナ選択部３０４において選択する発射アンテナの数は、Ｋ本である。
４）選択された発射アンテナと各候補送信アンテナとからなる選択判定用チャネル行列Ｈ_ｃそれぞれに対してＱＲ分解を行い、それぞれに対応するユニタリ行列Ｑ及び上三角行列Ｒを得る。そして、送信アンテナ選択部３０４は、各Ｒにおける対角要素最小モジュール値を求め、そのうち、もっとも大きい１つを選択し、それに対応するＲおよびＨ_ｃを求める。すなわち、式（５）を満たす１つのＨ_ｃを求める。送信アンテナ選択部３０４は、求められたＨ_ｃを構成する候補送信アンテナを、選択される発射アンテナとする。
５）４）の処理を繰り返すことによって、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する。
【００５８】
図５は、本実施の形態にかかるアンテナ選択方法の手順を纏めたフロー図である。
【００５９】
まず、ＳＴ７０１では、送信側は受信側からＭ列のチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックされる。そして、ＳＴ７０２では、発射アンテナの数Ｋを確定し、発射チャネル行列Ｈを「０」で初期化し、Ｉ＝１とする（すなわち１本目のアンテナを選択する）。次いで、ＳＴ７０３では、Ｉ＜Ｋであるか否かを判断し、判断結果が「ＮＯ」である場合、アンテナ選択処理は終了し、ＳＴ７０４で、チャネル行列Ｈを出力する。ＳＴ７０３における判断結果がＹＥＳである場合、処理手順はステップＳ７０５に移し、チャネル行列Ｈに一列を加えＨ１を構成する。すべて（Ｍ−Ｉ＋１通り）の可能なＨ１に対してＱＲ分解を行い、すべてのＨ１の中から式（５）に従い１つのＨ１を選択する。次いで、Ｓ７０６において、Ｈ＝Ｈ１とする。次いで、ＳＴ７０３に戻り、Ｋ本の発射アンテナが選択されるまで、ＳＴ７０３からＳＴ７０６を繰り返す。
【００６０】
図５のフロー図に説明を言い換えると、すなわち、本実施の形態に係るアンテナ選択方法は、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線通信システムにおいて用いられるアンテナ選択方法であって、Ｍ本（Ｍは１より大きい自然数）の送信アンテナすべてからなるＭ列のチャネル推定行列の中から、すでに選択されたＩ−１本（Ｉは０より大きい自然数）の発射アンテナに対応する列を選択してＩ−１列の発射チャネル行列を構成する第１ステップと、前記チャネル推定行列の中から、前記Ｉ−１本の発射アンテナ以外のＭ−Ｉ＋１本の候補送信アンテナに対応する列を選択してＭ−Ｉ＋１列の候補チャネル行列を構成する第２ステップと、前記発射チャネル行列に前記候補チャネル行列の任意の一列を加えてＭ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列を構成する第３ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの選択判定用チャネル行列に対してそれぞれＱＲ分解を行ってＭ−Ｉ＋１通りの上三角行列を得る第４ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列それぞれの対角要素最小モジュール値を求める第５ステップと、前記Ｍ−Ｉ＋１通りの上三角行列の中から、前記対角要素最小モジュール値が最大となる、１つの上三角行列を選択する第６ステップと、前記第６ステップで選択された上三角行列に対応する選択判定用チャネル行列を構成する１本の前記候補送信アンテナを、第Ｉ本目の発射アンテナとして選択する第７ステップと、を具備し、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、および前記第７ステップをＫ回（Ｋは０より大きい自然数）繰り返し、１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するアンテナ選択方法である。
【００６１】
図６は、ＱＲ分解に基づきＭＩＭＯ検出を行うＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、異なるアンテナ選択方法を用いて送信アンテナ選択を行う場合に得られるＢＥＲ(Bit Error
Rate)性能を比較して示す図である。シミュレーションにおいて、変調方式は１６−ＱＡＭ、受信アンテナの数はＮ＝２、送信アンテナの数はＭ＝４であり、Ｋ＝２本の発射アンテナを選択する。
【００６２】
図６において、「同時ＱＲ」は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ選択方法、すなわち、ＣＭＫ通りの選択方法に対応する選択判定用チャネル行列に対してＱＲ分解を行いＫ本の発射アンテナを同時に選択する方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。「規準値」は、規準値に基づく送信アンテナ選択方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示し、「繰り返しＱＲ」は、本発明の実施の形態２に係る送信アンテナ選択方法、すなわち、ＱＲ分解に基づき１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択する方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。「容量最適」は容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法を用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。なお、この図においては、「無選択」と示されるグラフで、送信アンテナの選択を行わず、２本（Ｍ＝２）の送信アンテナをそのまま発射アンテナとして用いる場合、得られるＢＥＲ性能を示す。
【００６３】
図６に示すように、「無選択」、「規準値」、「繰り返しＱＲ」、「容量最適」、「同時ＱＲ」の順にＢＥＲ性能が良くなる。具体的には、「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は、「無選択」のＢＥＲ性能より、大きな改善はない。また、「同時ＱＲ」の送信アンテナ選択方法と「容量最適」の送信アンテナ選択方法とのＢＥＲ性能はほぼ同様である。また、「繰り返しＱＲ」の送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法のＢＥＲ性能に比べ若干劣る。
【００６４】
ただ、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法に比べ、演算量が低下するというメリットがある。以下、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量および「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量について説明する。
【００６５】
ｍ×ｎの行列Ｃに対してＱＲ分解する場合の演算量は２ｍｎ２である。従って、受信アンテナの数がＮであって、Ｍ本の送信アンテナの中からＫ本を発射アンテナとして選択する場合、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量はＣＭＫ×（２ＮＫ２）となる。
【００６６】
一方、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法を用いる場合は、送信アンテナを１本ずつ選択し、第１本目の選択において、Ｍ通りの選択可能性があり、第Ｉ本目の選択において、Ｍ−Ｉ＋１通りの選択可能性がある。Ｉ本目の選択において、ＱＲ分解される選択判定用チャネル行列はＮ×Ｉであるため、対応するＱＲ分解の演算量は（Ｍ−Ｉ＋１）×（Ｎ×Ｉ２）となる。従って、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の全体的な演算量は下記の式（７）に示すようになる。
【数４】
2007037418.tif 000020
【００６７】
式（７）に示す値は、ＣＭＫ×（２ＮＫ２）より小さい。すなわち、「繰り返しＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量は、「同時ＱＲ」のアンテナ選択方法の演算量より小さい。
【００６８】
図７は、受信側のＭＩＭＯ検出部がＳＱＲ（順位付けＱＲ）に基づきＭＩＭＯ検出を行うＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、異なるアンテナ選択方法を用いて送信アンテナ選択を行う場合に得られるＢＥＲ性能を比較して示す図である。
【００６９】
図７に示すように、「規準値」、「繰り返しＱＲ」、「同時ＱＲ」、「容量最適」の順にＢＥＲ性能が良くなる。具体的には「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能は図６に示した「規準値」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能とほぼ同様である。「繰り返しＱＲ」に基づくアンテナ選択方法のＢＥＲ性能と、「同時ＱＲ」または「容量最適」に基づく送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能とは非常に近似する。ただし、「繰り返しＱＲ」に基づくアンテナ選択方法の演算量は、「同時ＱＲ」または「容量最適
」に基づく送信アンテナ選択方法の演算量に比べ少ないというメリットがあり、ここで詳細な説明は省略する。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、ＱＲ分解に基づき１本ずつＫ本まで発射アンテナを選択するため、伝送誤り率を低減するとともに、アンテナ選択処理の演算量を低減することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、ＱＲ分解に基づくアンテナ選択を行った結果を用いて、選択された送信アンテナに対して電力配分を行う場合について説明する。
【００７２】
まず、本実施の形態において電力配分を行う原理について説明する。
【００７３】
本発明の実施の形態１または実施の形態２に係るアンテナ選択方法を用いてアンテナを選択を行った後、無線送信装置は無線受信装置からフィードバックされる平均雑音電力を用いて、式（６）に従い、各発射アンテナから送信される信号のＳＮＲを算出することができる。
【００７４】
下記の式（８）に示すように、Ａおよびδを定義すると、
Ｅ｛｜ｓｋ｜２｝＝Ａ２，Ｅ｛｜ｎｋ｜２｝  …（８）
式（６）に示されるＳＮＲｋは、下記の式（９）のようになる。
【数５】
2007037418.tif 000021
【００７５】
次いで、ＭＩＭＯ無線通信システムの無線送信装置は、注水(Water Filling)原理に従いそれぞれの発射アンテナに対して電力配分を行うことができる。Ｋ本の発射アンテナに配分する総電力をＰtotalとする場合、式（８）と式（９）とに基づき各発射アンテナに配分する送信電力Ｐ(ｋ)を下記の式（１０）に従って算出することができる。
【数６】
2007037418.tif 000022
【００７６】
次いで、電力配分の結果に基づき、改めて各発射アンテナそれぞれのＳＮＲを算出し、算出された新たなＳＮＲに基づき、適応変調パラメータテーブルから各発射アンテナで送信されるデータに用いられる変調方式を選択する。
【００７７】
次いで、本実施の形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成について説明する。
【００７８】
図８は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ無線通信システム４００の主要な構成を示すブロック図である。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態２に示したＭＩＭＯ無線通信システム３００（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、電力配分／変調方式選択部４０３をさらに備える点において、ＭＩＭＯ無線通信システム３００と相違する。なお、ＭＩＭＯ無線通信システム４００のチャネル推定部４０２、送信アンテナ選択部４０４と、ＭＩＭＯ無線通信システム３００のチャネル推定部２０２、送信アンテナ選択部３０４とは処理の一部に相違
点があり、それを示すために異なる符号を付。また、ＭＩＭＯ無線通信システム４００の無線送信装置４５０、無線受信装置４６０と、ＭＩＭＯ無線通信システム３００の無線送信装置３５０、無線受信装置２６０とにも異なる符号を付す。
【００８０】
チャネル推定部４０２は、無線送信装置４５０から送信されるトレーニングシーケンスに基づきすべての送信アンテナに対応するチャネル推定行列Ｈ_ｅを得、得られるチャネル推定行列Ｈ_ｅをフィードバックチャネル２０３を介して、無線送信装置４５０の送信アンテナ選択部４０４にフィードバックする。また、チャネル推定部４０２は、平均雑音電力σ２を算出し、フィードバックチャネル２０３を介して、無線送信装置４５０の電力配分／変調方式選択部４０３にフィードバックする。
【００８１】
送信アンテナ選択部４０４は、無線受信装置４６０からフィードバックされるチャネル推定行列Ｈ_ｅに基づき、Ｍ本の送信アンテナ２０７の中からＫ本を選択する。次いで、送信アンテナ選択部４０４は、選択されたＫ本の送信アンテナからなるチャネル行列に対しＱＲ分解を行って上三角行列Ｒの対角要素Ｒｋｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を電力配分／変調方式選択部４０３に出力する。
【００８２】
電力配分／変調方式選択部４０３は、送信アンテナ選択部４０４から入力される上三角行列Ｒの対角要素Ｒｋｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）、およびチャネル推定部４０２から入力される平均雑音電力σ２を用いて、式（９）に従い、電力配分前の送信アンテナそれぞれのＳＮＲｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を得る。次いで、電力配分／変調方式選択部４０３は、注水(Water Filling)原理に基づき、送信アンテナ選択部４０４で選択されたＫ本の発射アンテナに対して電力配分を行う。電力配分／変調方式選択部４０３の電力配分処理により、Ｋ本の発射アンテナそれぞれに配分される電力は式（１０）に示すようになる。さらに、電力配分／変調方式選択部４０３は、電力配分結果に基づき改めてＫ本の発射アンテナそれぞれのＳＮＲを算出し、算出された新たなＳＮＲに基づき、適応変調パラメートテーブルから発射アンテナそれぞれに対応する変調方式を選択する。電力配分／変調方式選択部４０３は、選択された変調方式をデータ処理部２０１に出力する。データ処理部２０１は、変調処理を行う際、電力配分／変調方式選択部４０３から入力される変調方式を用いる。
【００８３】
すなわち、電力配分／変調方式選択部４０３は、Ｋ本の発射アンテナからなる発射チャネル行列を構成するステップと、前記発射チャネル行列に対しＱＲ分解を行い、上三角行列を得るステップと、前記ステップにおいて得られる上三角行列の対角要素モジュール値を用いて、前記Ｋ本の発射アンテナのＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を算出するステップと、前記ＳＮＲに基づき、前記Ｋ本の発射アンテナに対し電力配分および変調方式選択を行うステップと、を含む電力配分／変調方式選択処理を実行する。
【００８４】
このように、本実施の形態によれば、ＱＲ分解に基づくアンテナ選択結果に基づき、選択された発射アンテナのＳＮＲに改めて算出し、算出されたＳＮＲに基づき各発射アンテナに対する電力配分を行うため、発射アンテナのビット誤り率をさらに低減することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態２に示したＭＩＭＯ無線通信システム３００（図３参照）と同様の基本的構成を有する場合を例にとって説明したが、ＭＩＭＯ無線通信システム４００は、実施の形態１に示したＭＩＭＯ無線通信システム２００（図２参照）と同様の基本的構成を有しても良い。
【００８６】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【００８７】
本発明に係るアンテナ選択方法および無線通信装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８８】
本発明に係る無線通信装置は、ＭＩＭＯ無線通信方式の移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。
【００８９】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るアンテナ選択方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るＭＩＭＯ無線通信システムと同様の機能を実現することができる。
【００９０】
本明細書は、２００５年９月３０日出願の中国特許出願第２００５１０１０８５６０．Ｘ号に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係るアンテナ選択方法は、ＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信アンテナ選択等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来のＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態２に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２に係る送信アンテナ選択部におけるアンテナ選択方法の手順を示すフロー図
【図５】本実施の形態にかかるアンテナ選択方法の手順を纏めたフロー図
【図６】異なる送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能を比較して示す図
【図７】異なる送信アンテナ選択方法のＢＥＲ性能を比較して示す図
【図８】本発明の実施の形態３に係るＭＩＭＯ無線通信システムの主要な構成を示すブロック図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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