(57)【要約】【課題】  ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせて、ＳＶＤとＭＬＤそれぞれの演算量を低減しつつ、ＳＶＤ本来の受信特性を改善する。【解決手段】  送信機は、ＵＤをＬＵ分解して得た下三角行列Ｌoを乗算して、本来の送信重みＶを修正する。受信信号ｙは送信信号ｘに対角要素より上半分の要素がすべて０となる下三角行列Ｌoを乗算したものとなり、受信系列の中には必ず１つの送信系列のみからなるものが含まれるから、まずクロストーク成分を含まない受信信号系列ｙ1をＭＬＤ受信し、以降の受信信号系列ｙkでは、既に尤度判定されたすべてのクロストーク成分をキャンセルしてからＭＬＤ受信する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機及び前記受信機はそれぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機間で、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信システムであって、
前記送信機側では、ＵＤをＬＵ分解して得られる結果に基づいて行列Ｖを修正した送信重み行列を用いて送信信号に重み付け送信し、
前記受信機側では、受信信号と考え得るすべての送信信号系列パターンとのマッチングにより最尤の送信系列を推定するＭＬＤ受信を行なう、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信機側では、ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して得た送信重み行列を用いて送信信号に重み付け送信し、
前記受信機では、チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経て、ＵＤをＬＵ分解して求まる下三角行列Ｌoを送信信号に乗算した受信信号を受信して、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する、
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】
受信信号は、１つの送信系列のみからなりクロストーク成分のない受信系列と、以降の送信系列のクロストーク成分が１つずつ追加された受信系列で構成され、
前記受信機では、まずクロストーク成分を含まない受信系列について推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定し、以降は、クロストーク成分数の少ない受信系列から順に、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定するという演算を繰り返し実行して、送信系列を１つずつＭＬＤ受信する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
複数のアンテナを備え、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信装置であって、
チャネル行列Ｈを特異値分解した行列ＵＤＶHを取得するチャネル情報取得手段と、
ＵＤをＬＵ分解して得られる結果に基づいて行列Ｖを修正した送信重み行列を算出する送信重み行列算出手段と、
送信信号に送信重み行列を乗算して重み付け送信する送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
前記送信重み行列算出手段は、ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して送信重み行列を求める、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
複数のアンテナを備え、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重された送信信号を受信する無線通信装置であって、
送信信号は、ＵＤをＬＵ分解して得られる結果に基づいて行列Ｖを修正した送信重み行列を乗算して重み付け送信されており、
チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経由して送信信号を受信する受信手段と、
受信信号と考え得るすべての送信信号系列パターンとのマッチングにより最尤の送信系列を推定するＭＬＤ受信を行なうＭＬＤ受信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
送信信号は、ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して得た送信重み行列を乗算して重み付けされており、
前記受信手段は、チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経て、ＵＤをＬＵ分解して求まる下三角行列Ｌoを送信信号に乗算した受信信号を受信し、
前記ＭＬＤ受信手段は、受信信号の各受信系列について、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する、
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】
受信信号は、１つの送信系列のみからなりクロストーク成分のない受信系列と、以降の送信系列のクロストーク成分が１つずつ追加された受信系列で構成され、
前記ＭＬＤ受信手段は、まずクロストーク成分を含まない受信系列について推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定し、以降は、クロストーク成分数の少ない受信系列から順に、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定するという演算を繰り返し実行して、送信系列を１つずつＭＬＤ受信する、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信方法であって、
チャネル行列Ｈを特異値分解した行列ＵＤＶHを取得するチャネル情報取得ステップと、
ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して送信重み行列を算出する送信重み行列算出ステップと、
送信信号に送信重み行列を乗算して重み付け送信する送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重された送信信号を受信する無線通信方法であって、
送信信号は、ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して得た送信重み行列を乗算して重み付けされており、
ＵＤをＬＵ分解して求まる下三角行列Ｌoを取得するチャネル情報取得ステップと、
チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経由して、送信信号に下三角行列Ｌoを乗算して構成される受信信号を受信する受信ステップと、
受信信号のうち、クロストーク成分を含まない受信系列について推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第１のＭＬＤ受信ステップと、
受信信号の他の受信系列をクロストーク成分数の少ない方から順に、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第２のＭＬＤ受信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信動作をコンピュータ・システム上で処理するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・システムに対し、
チャネル行列Ｈを特異値分解した行列ＵＤＶHを取得するチャネル情報取得手順と、
ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して送信重み行列を算出する送信重み行列算出手順と、
送信信号に送信重み行列を乗算して重み付け送信する送信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項１２】
複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重された送信信号を受信する無線通信動作をコンピュータ・システム上で処理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、送信信号はＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して得た送信重み行列を乗算して重み付けされており、前記コンピュータ・システムに対し、
ＵＤをＬＵ分解して求まる下三角行列Ｌoを取得するチャネル情報取得手順と、
チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経由して、送信信号に下三角行列Ｌoを乗算して構成される受信信号を受信する受信手順と、
受信信号のうち、クロストーク成分を含まない受信系列について推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第１のＭＬＤ受信手順と、
受信信号の他の受信系列をクロストーク成分数の少ない方から順に、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第２のＭＬＤ受信手順と、
を実行させ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、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成したＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）通信を適用した無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、送受信機間でチャネル情報を共有してクローズドループ型の空間多重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。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、受信機側においてチャネル行列ＨをＵＤＶに特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）して受信重み行列（ＵＤ）H並びに送信重み行列Ｖを得るＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式の無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信にＭＬＤ受信方式を適用してより高いパフォーマンス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。
【背景技術】
【０００３】
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１などを挙げることができる。
【０００４】
例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格として、マルチキャリア方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。ＯＦＤＭ変調方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【０００５】
また、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が、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。
【０００６】
無線通信の高速化を実現する技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現する通信方式である。すなわち、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出する。一方、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出すことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎでは、１次変調にＯＦＤＭを用いたＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ方式が採用されている。
【０００７】
ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【０００８】
図２には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。図示のシステムは、例えば２ストリームの２×２構成であり、ＭＩＭＯ送信機には、２本のアンテナ、すなわち送信アンテナ０と送信アンテナ１を備え、一方のＭＩＭＯ受信機も２本の受信アンテナ０と受信アンテナ１を備えている。ここで、送信アンテナ０と受信アンテナ０の伝搬路を伝搬路ａ、送信アンテナ１と受信アンテナ０の伝搬路を伝搬路ｂ、送信アンテナ０と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｃ、送信アンテナ１と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｄとする。そして、送信機は、送信アンテナ０に対して送信データ系列ｘ0を送信アンテナ１に対して送信データ系列ｘ1をそれぞれ割り当て、受信機は、受信アンテナ１において受信データ系列ｙ0を受信し、受信アンテナ１において受信データ系列ｙ1をそれぞれ受信したものとする。この場合の伝搬路状況は、以下の式（１）のように表現することができる。但し、ｙ、Ｈ、ｘ、ｎはそれぞれ受信信号、チャネル行列、送信信号、雑音成分である。
【０００９】
【数１】
2007110203.tif 000003
【００１０】
なお、図２では送受信アンテナがともに２本の場合を示したが、アンテナ本数が２本以上であれば、同様にしてＭＩＭＯ通信システムを構築することができる。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、Ｍ本の送信アンテナに分配してＭＩＭＯチャネルに送信する。これに対し、受信側では、ＭＩＭＯチャネル経由でＮ本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して受信データを得ることができる。理想的には、送受信アンテナのうち少ない方の数（ＭＩＮ［Ｍ，Ｎ］）だけのＭＩＭＯストリームが形成される。
【００１１】
ＭＩＭＯ受信機は、上述したように、空間多重された受信信号ｙから各ストリーム信号ｘを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得するとともに、さらに所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈを用いて空間多重された受信信号から元の複数のストリームに空間分離を行なう必要がある。
【００１２】
上式（１）で示されるチャネル行列Ｈは、一般的には、送信側並びに受信側で既知の系列を送受信することで、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝搬路（式（１）の例で言えば、ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を行列形式に並べたものである。送信側アンテナ本数がＮで受信側アンテナ本数がＭのときは、チャネル行列はＭ×Ｎ（行×列）の行列となる。したがって、送信機からＭ×Ｎ個の既知系列すなわちトレーニング信号を送信し、受信機ではこのトレーニング信号を用いてチャネル行列Ｈを取得することができる。
【００１３】
但し、複数ストリームのトレーニング信号を同時に無対策で送信すると受信側ではどのアンテナから送信されたものかが判別することができなくなるので、送信機側から送信アンテナ毎のトレーニング信号を時分割送信し、受信機側では各受信アンテナで受信したトレーニング信号を基にチャネル行列Ｈを取得するという時分割法を適用する。送信機側では、トレーニング系列をＯＦＤＭ変調して送信ブランチ毎に時分割送信し、受信機側では、サブキャリア毎にチャネル行列の取得手続きを行なう。
【００１４】
また、受信信号を空間分離する方法は、それぞれの受信機がチャネル行列に基づいて独立して空間分離を行なうオープンループ型と、受信側から送信側にチャネル情報をフィードバックして送受信間で理想的な空間直交チャネルを作り出すクローズドループ型とに大別される。
【００１５】
オープンループ型のＭＩＭＯ伝送方式では、送受信機間でチャネル情報を共有するフィードバック手続きが一切省略され、送信機と受信機が互いに独立して空間多重伝送を行なう。例えば、受信信号を空間分離するための受信重み行列Ｗをチャネル行列Ｈから求める比較的簡単なアルゴリズムとして、完全にクロストークを取り除く論理に基づいてチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を単純に受信重み行列に用いるＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）と（例えば、非特許文献１を参照のこと）、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいてチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを算出するＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）（例えば、非特許文献２を参照のこと）などが挙げられる。ＭＭＳＥは、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列Ｗを求めるアルゴリズムであり、雑音が大きい環境下では、Ｚｅｒｏ  ＦｏｒｃｅよりもＭＭＳＥの方が優れていることが知られている。
【００１６】
オープンループ型は、アルゴリズムが比較的簡単であるが、受信信号を空間分離するすべての処理を受信機側に負担を課すことになる。これに対し、クローズドループ型では、送受信機間でチャネル情報を共有し協調をとることで受信機側の負担を軽減することができる。
【００１７】
クローズドループ型のＭＩＭＯ伝送の理想的な形態の１つとして、伝播路関数の特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用したＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式が知られている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。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（ＵＤ）Hを与える。これによって、それぞれのＭＩＭＯチャネルは、各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Ｄとして表される（但し、特異値λiの大きさはｉ番目のストリームの通信品質に相当する）。すなわち、空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現し、受信機側では元の複数の信号系列を全くクロストークなしに取り出すことができ、理論上は最高のパフォーマンスを達成する。
【００１８】
しかしながら、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信においてこのような理想的な空間多重チャネルを実現するためには、対角行列Ｄの対角要素に特異値の大きい順に特異値λiを並べるとともに、各ストリームに対し特異値の大きさで表される通信品質に応じた電力比配分や変調方式の割り当てを施すことが前提となる。言い換えれば、各ストリームの伝送方式を最適化するこれらの操作を行なわないＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムでは、単純にチャネル行列Ｈの逆行列Ｈ-1を受信重みに用いるＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅと性能は変わらない。
【００１９】
他方、考え得るすべての送信信号系列パターンとのマッチングにより最尤の送信系列を推定するＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）受信方式が最も高いパフォーマンスを示す受信方式であることが知られている。例えば、ＯＦＤＭ変調に複数アンテナを用いた空間・時間多重通信を組み合わせた多重信号をＭＬＤ方式で復号処理する受信機について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００２０】
本発明者らは、クローズドループ型のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせることで、ＳＶＤ本来の特性をさらに改善することができると考えている。また、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式では、スループットの向上を目的として、送信ストリーム本数よりも受信アンテナ本数が少ない場合には受信信号を復元することができないが、ＭＬＤ受信方式を適用すれば、このような場合にも対応することが可能となる。
【００２１】
しかしながら、チャネル行列のＳＶＤ自体の演算量に加えて、ＭＬＤ方式では演算規模が大きく実装が困難であるという問題がある。この点について、ＢＰＳＫ変調方式を採用した、２ストリームの２×２のＭＩＭＯ通信システムを例にとって以下に説明する。
【００２２】
ＭＬＤ方式では、チャネル情報をリファレンス信号として、すべての送信信号系列パターンとのマッチングを採り、その中から最尤の送信系列を推定する。すなわち、推定されるすべての送信系列の組み合わせと、トレーニング信号から得られたチャネル情報Ｈを総当りで上式（１）に当てはめて、受信系列ｙに最も近い系列を最尤系列として決定する。ＢＰＳＫの場合、２ビットの２値信号をビット値の組み合わせに応じて（±１，±１）の４つの信号点にマッピングされるから、推定される送信系列は以下の通りである。
【００２３】
【数２】
2007110203.tif 000004
【００２４】
この場合、２2＝４パターンの組み合わせを比較するための演算が必要となる。以下では、受信系列を獲得するために必要な演算の総数を「比較パターン総数」と呼ぶ。ＭＬＤ方式の比較パターン総数を一般化すると、硬判定（Ｈａｒｄ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）、軟判定（Ｓｏｆｔ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）でそれぞれ式（２）、（３）のように表すことができる。但し、ストリーム本数をＮとし、ｋは１からＮまでの整数値をとる変数である。
【００２５】
【数３】
2007110203.tif 000005
【００２６】
したがって、ストリーム数が４本のＭＩＭＯ通信システムに２５６ＱＡＭマッピングを適用した場合、８ビットの２値信号をビット値の組み合わせに応じて、信号空間上で位相と振幅の組み合わせを用いて作られた２５６個の信号点にマッピングするから、硬判定型のＭＬＤ方式の比較パターン総数は実に２５６4パターンに上り、実装の観点から難がある。
【００２７】
ＭＬＤ方式の演算量を削減するための方法については、さまざまなアプローチで提案がなされている（例えば、非特許文献４、５を参照のこと）。しかしながら、オープンループ方式のＭＩＭＯ伝送方式を対象とし、受信信号を空間分離するすべての処理を受信機側に負担を課す方法がベースとなっている。また、その多くは、特性を大きく犠牲にして演算量の削減を行なうものである。
【００２８】
【特許文献１】特開２００２−４４０５１号公報
【特許文献２】米国特許第６，６１８，４５４号明細書
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｒａｄｉｏ３．ｅｅ．ｕｅｃ．ａｃ．ｊｐ／ＭＩＭＯ（ＩＥＩＣＥ＿ＴＳ）.ｐｄｆ（平成１５年１０月２４日現在）
【非特許文献２】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ  ａｎｄ  Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＶＴＣ  Ｓｐｒｉｎｇ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．１２８７−１２９１，Ｒｈｏｄｅｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，Ｍａｙ  ２００１．
【非特許文献３】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，Ｈ．Ｍｕｒａｔａ  ａｎｄ  Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｏｒｄｅｒｅｄ    ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ  ｆｏｒ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＶＴＣ  Ｆａｌｌ，ｖｏｌ．４，ｐｐ．２０５３−２０５７，Ａｔｌａｎｔｉｃ  Ｃｉｔｙ，ＵＳＡ，ｓｅｐｔ．２００１．
【非特許文献４】Ｊ Ｌｉ ｅｔ．ａｌ．，“Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ−Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｒｒａｙｓ”（ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ，２７ Ｎｏｖ−１Ｄｅｃ．２０００，ｐｐ．１０７２−１０７６）
【非特許文献５】Ａ．Ｍ．Ｃｈａｎ ｅｔ．ａｌ．，“Ａ Ｎｅｗ Ｒｅｄｕｃｅｄ ＣｏｍｐｌｅｘｉｔｙＳｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｅｒ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ”（ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ，Ａｐｒｉｌ２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の目的は、空間多重を利用して複数の論理的なチャネルを形成するＭＩＭＯ通信を適用した優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、クローズドループ型の手順を用いて送受信機間でチャネル情報を共有し、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式によりクロストークのない理想的な複数の空間多重伝送路を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３１】
本発明のさらなる目的は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ本来の特性をさらに改善させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３２】
本発明のさらなる目的は、ＭＬＤ受信方式における膨大な演算量の問題を克服し、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ本来の特性をさらに改善させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、送信機及び前記受信機はそれぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機間で、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信システムであって、前記送信機側では、ＵＤをＬＵ分解して得られる結果に基づいて行列Ｖを修正した送信重み行列を用いて送信信号に重み付け送信し、前記受信機側では、受信信号と考え得るすべての送信信号系列パターンとのマッチングにより最尤の送信系列を推定するＭＬＤ受信を行なうことを特徴とする無線通信システムである。
【００３４】
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（以下、同様）。
【００３５】
ＭＩＭＯ受信機は、空間多重された受信信号ｙから各ストリーム信号ｘを空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得するとともに、さらに所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈを用いて空間多重された受信信号から元の複数のストリームに空間分離を行なう必要がある。
【００３６】
例えば、送信機の各アンテナからトレーニング信号を時分割送信し、受信機側の各アンテナでそれぞれ受信して得られる送受アンテナの組み合わせ分の経路の伝搬路特性を行列形式に並べることで、チャネル行列を得ることができる。
【００３７】
また、クローズドループ型の手順により送受信機間でチャネル情報を共有して空間多重伝送並びに受信信号の空間分離を行なうアルゴリズムとしてＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式が知られている。さらに、すべての送信信号系列パターンとのマッチングにより最尤の送信系列を推定するＭＬＤが最も高いパフォーマンスを示す受信方式として知られている。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を適用することで、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ本来の受信特性をさらに改善することができる。しかしながら、トレーニング信号から得られたチャネル情報Ｈと推定されるすべての送信系列の組み合わせを総当りで尤度判定すると、比較パターン総数は膨大であり、実装の観点から難がある。
【００３８】
そこで、本発明に係るＭＩＭＯ通信システムでは、送信機側でチャネル行列のＳＶＤ分解とＬＵ分解の結果を用いた重み係数を乗算することにした。チャネル行列ＨをＬＵ分解して得られる下三角形行列Ｌ又は上三角形行列Ｕは上半分又は下半分の要素はすべて０になっているので、ＳＶＤ分解の送信重み乗算に比べて演算量が半分で済む。また、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせ、ＳＶＤ本来の受信特性を改善することができる。
【００３９】
通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムでは、チャネル行列ＨをＳＶＤ分解してＵＤＶHを求め、送信重み行列としてＶを与えるとともに、受信重み行列として（ＵＤ）Hを与える。これに対し、本発明に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムでは、送信機側で、ＵＤのＬＵ分解を用いて送信重みＶに修正を加えるようにした。具体的には、ＵＤをＬＵ分解すると、上三角行列Ｕpと下三角行列Ｌoを得ることができるが、送信機は本来の送信重みＶに上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1を掛けて送信重みの修正を行なう。
【００４０】
修正後の送信重み行列をＶnew（＝Ｖ・Ｕp-1）とおくと、送信重みが乗算された送信信号Ｖnew・ｘがチャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経ると、受信機側での受信信号ｙはＨ・Ｖnew・ｘ＝ＵＤＶH・Ｖ・Ｕp-1・ｘ＝Ｌo・Ｕp・Ｕp-1・ｘ＝Ｌo・ｘとなる。すなわち、受信信号ｙは送信信号ｘに対角要素より上半分の要素がすべて０となる下三角行列Ｌoを乗算したものとなり、受信系列の中には必ず１つの送信系列のみからなる、すなわちクロストーク成分のないものが含まれ、それ以外はクロストーク成分が１つずつ追加された受信系列となる。
【００４１】
受信信号がこのような受信系列で構成される場合、まずクロストーク成分を含まない１つの受信系列についてＭＬＤ受信を適用し、推定されるすべての送信系列の組み合わせと、トレーニング信号から得られた下三角行列Ｌを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する。以降の受信系列では、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定するという演算を繰り返し実行する。このようにして送信系列を１つずつＭＬＤ受信することにより、比較パターン総数を通常のＭＬＤ受信の場合よりも大幅に削減しながら、高いパフォーマンスで受信信号を空間分離することができる。
【００４２】
また、本発明の第２の側面は、複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重伝送を行なう無線通信動作をコンピュータ・システム上で処理するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・システムに対し、
チャネル行列Ｈを特異値分解した行列ＵＤＶHを取得するチャネル情報取得手順と、
ＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して送信重み行列を算出する送信重み行列算出手順と、
送信信号に送信重み行列を乗算して重み付け送信する送信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４３】
また、本発明の第３の側面は、複数のアンテナを用いて、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行列Ｈを特異値分解して得られる行列ＵＤＶHに基づいて決定される重み行列により空間多重された送信信号を受信する無線通信動作をコンピュータ・システム上で処理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、送信信号はＵＤをＬＵ分解して求まる上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1をＶに乗算して得た送信重み行列を乗算して重み付けされており、前記コンピュータ・システムに対し、
ＵＤをＬＵ分解して求まる下三角行列Ｌoを取得するチャネル情報取得手順と、
チャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経由して、送信信号に下三角行列Ｌoを乗算して構成される受信信号を受信する受信手順と、
受信信号のうち、クロストーク成分を含まない受信系列について推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第１のＭＬＤ受信手順と、
受信信号の他の受信系列をクロストーク成分数の少ない方から順に、既に尤度判定されたクロストーク成分をすべてキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列の組み合わせと下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列に最も近い系列を最尤系列として決定する第２のＭＬＤ受信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４４】
本発明の第２乃至第３の各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乃至第３の各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、本発明の第１の側面に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムにおける送信機及び受信機としてそれぞれ動作する。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】
【００４５】
本発明によれば、クローズドループ型の手順を用いて送受信機間でチャネル情報を共有し、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式によりクロストークのない理想的な複数の空間多重伝送路を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ本来の特性をさらに改善させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４７】
本発明によれば、送受信機がそれぞれ複数のアンテナを備え、空間多重を利用したＭＩＭＯ通信を行なうシステムにおいて、クローズドループ型の手順を用いて送受信機間でチャネル情報を共有し、送信機側でチャネル行列のＳＶＤ分解とＬＵ分解の結果を用いた重み係数を乗算することで、受信機側ではＭＬＤ受信方式を組み合わせ、ＳＶＤとＭＬＤそれぞれの演算量を低減しつつ、ＳＶＤ本来の受信特性を改善することができる。とりわけ、ＭＬＤ受信における演算量を大幅に削減することができる。
【００４８】
また、本発明によれば、クローズドループ型のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信方式にＭＬＤ受信方式を組み合わせることで、送信ストリーム本数よりも受信アンテナ本数が少ない場合であっても受信信号を復元することができる。
【００４９】
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】
【００５０】
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。
【００５１】
本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうＭＩＭＯ通信に関する。ＭＩＭＯ通信方式では、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出し、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出す。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【００５２】
また、本発明に係る通信システムは、ＯＦＤＭ変調方式を併用したＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムである。ＯＦＤＭ変調方式は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【００５３】
図１には、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信システムの構成を示している。
【００５４】
送信機は、送信データ生成部１１と、送信系列毎に設けられたＯＦＤＭ変調部１２と、複数の送信系列を複数のアンテナ１４を用いて無線送信する送信処理部１３を備えている。
【００５５】
送信データ生成部１１は、上位層アプリケーションから供給される送信データにスクランブルを掛け、訂正符号化を施してから複数の送信系列に振り分ける。さらに送信系列毎に与えられたデータレートに従ってパンクチャし、次いでインターリーブしてから、ＩＱ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号を生成する。
【００５６】
送信ブランチ毎に設けられたそれぞれのＯＦＤＭ変調部１２では、各送信系列を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各サブキャリアに割り当ててサブキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数サブキャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数領域に並んだ各サブキャリアの直交性を保持したまま時間軸上に並んだ信号に変換して送信する。
【００５７】
送信処理部１３では、ＯＦＤＭ変調された複数の送信系列を空間多重し、さらにそれぞれにガード・インターバルの付加、デジタル・フィルタリングによる帯域制限、アナログ信号へのＤＡ変換し、さらにＲＦ処理して適当な周波数帯にアップコンバートしてから、それぞれの送信アンテナ１４から伝搬路に空間多重伝送する。
【００５８】
一方、受信機は、複数のアンテナ２１と、各アンテナで受信した受信系列毎に設けられたＯＦＤＭ復調部２２と、受信処理部２３と、データ再現部２４を備えている。
【００５９】
各アンテナ２１で受信した無線信号は、ＲＦ処理してダウンコンバートし、デジタル信号にＡＤ変換し、さらにデジタル・フィルタリングによる帯域制限した後、パケット発見、同期獲得、周波数オフセット補正し、次いで、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルを除去する。その後、ＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各サブキャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた各受信系列を再生する。
【００６０】
受信処理部２３では、送信系列毎に得られたトレーニング信号から送受信アンテナ毎にチャネル推定し、受信アンテナ数×送信アンテナ数の要素を持つチャネル行列Ｈを取得する。そして、このチャネル行列Ｈを用いて複数の空間分離処理を行なう。例えば、チャネル行列Ｈからアンテナ受信重み行列を計算し、受信信号とアンテナ受信重み行列との行列乗算を行なうことで空間多重信号の空間復号を行ない、ＭＩＭＯストリーム毎に独立した信号系列を得る。その後、各受信系列に対し、さらに残留周波数オフセット補正、チャネル・トラッキングなどを施し、ＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインターリーブし、所定のデータレートでデパンクチャする。
【００６１】
データ再現部２４では、複数の受信系列を１本のストリームに合成する。このデータ合成処理は送信機側で行なうデータ振り分けと全く逆の動作を行なうものである。そして、硬判定若しくは軟判定により誤り訂正復号した後、デスクランブルし、送信された元のデータを再現する。
【００６２】
送信機側における送信処理部１３、並びに受信機側における受信処理部２３は、チャネル行列Ｈを取得するとともにチャネル行列Ｈを利用して空間多重並びに空間分離処理をそれぞれ行なうが、その手順としてオープンループ型又はクローズドループ型のいずれを用いるかによって構成が相違する。
【００６３】
オープンループ型では受信信号を空間分離するすべての処理を受信機側に負担を課すのに対し、クローズドループ型では送受信機間でチャネル情報を共有し協調をとることで受信機側の負担を軽減することができる。オープンループ型においてチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める方法としてＺｅｒｏ  ＦｏｒｃｅやＭＭＳＥなどが挙げられるが、本実施形態では、クローズドループ型の手続きを行なうＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式を適用する。
【００６４】
ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、下式（４）に示すように、受信機側においてチャネル行列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。
【００６５】
【数４】
2007110203.tif 000006
【００６６】
それぞれのＭＩＭＯチャネルは、各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列Ｄとして表される。この場合、送信機側の送信処理部では送信信号ｘに対し送信重み行列Ｖを乗算して空間多重伝送するとともに、受信機側では受信信号ｙに対し受信重み行列（ＵＤ）Hを乗算することで、空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現し、受信機側では元の複数の信号系列を全くクロストークなしに取り出すことができる。受信機側では、フルランクの逆行列演算を施し干渉キャンセリングを実行するので、その演算量の負荷はオープンループ型と等しい。
【００６７】
但し、特異値λiの大きさはｉ番目のストリームの通信品質に相当し、対角行列Ｄの対角要素に値の大きい順に特異値を並べるとともに、各送信系列に対して通信品質に応じた電力配分やデータレート、マッピング方式を適用することで最良のパフォーマンスを得ることができるが、このような特異値のソーティングを行なわない場合はＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送の性能はオープンループにおけるＺＥＲＯ  Ｆｏｒｃｉｎｇと大差ないと言われている。
【００６８】
ＳＶＤ−ＭＩＭＯではチャネル行列ＨをＳＶＤ分解して特異値を対角要素に持つ対角行列を算出するが、その演算量は少なくない。そこで、本発明者らは、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の手順に加えて、受信重み行列（ＵＤ）HのＬＵ分解を適用して、送信重み行列Ｖを修正するという空間多重方式を提案する。
【００６９】
ＬＵ分解とは、行列を、対角要素より上方のすべての要素が０となる下三角行列（Ｌｏｗｅｒ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  Ｍａｔｒｉｘ）と、対角要素より下方のすべての要素が０となる上三角形行列（Ｕｐｐｅｒ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  Ｍａｔｒｉｘ）に分解する幾何学演算であり、数学若しくは物理学の分野では周知である。ＵＤをＬＵ分解すると、下式（５）に示すように、上三角行列Ｕpと下三角行列Ｌoを得ることができる。但し、ｄｅｃｏｍｐ（）はＬＵ分解する演算を意味する。
【００７０】
【数５】
2007110203.tif 000007
【００７１】
通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムでは、チャネル行列ＨをＳＶＤ分解してＵＤＶHを求め、送信重み行列としてＶを与えるとともに、受信重み行列として（ＵＤ）Hを与える。これに対し、本実施形態に係るＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムでは、送信機は本来の送信重みＶに上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1を掛けて送信重みの修正を行なう。修正後の送信重み行列をＶnew（＝Ｖ・Ｕp-1）とおくと、送信重みが乗算された送信信号Ｖnew・ｘがチャネル行列Ｈを持つ伝搬路を経ることになるので、受信機側での受信信号は、下式（６）に示す通りとなる。
【００７２】
【数６】
2007110203.tif 000008
【００７３】
そして、受信機側では、ＭＬＤ方式により受信信号の判定を行なう。この際、送信信号系列と受信信号系列はそれぞれ式（７）、（８）のように表される。但し、雑音成分ｎを無視する。
【００７４】
【数７】
2007110203.tif 000009
【００７５】
式（６）からも分るように、受信信号ｙは送信信号ｘに対角要素より上半分の要素がすべて０となる下三角行列Ｌoを乗算したものとなり、受信系列の中には必ず１つの送信系列のみからなる、すなわちクロストーク成分のないものが含まれ、それ以外はクロストーク成分が１つずつ追加された受信系列となる。
【００７６】
ここで式（８）に示した受信信号について考察してみると、受信系列ｙ1は送信系列ｘ1以外のストリームからのクロストーク成分のない信号系列であるが、受信系列ｙ2は送信系列ｘ1とｘ2というクロストークを含む信号を含む信号系列であり、ｙ3以降は順次クロストーク成分が１つずつ追加されていく。言い換えれば、受信信号ｙは送信信号ｘに対角要素より上半分の要素がすべて０となる下三角行列Ｌを乗算したものであるから、受信系列の中には必ず１つの送信系列のみからなる、すなわちクロストーク成分のないものが含まれ、それ以外はクロストーク成分が１つずつ追加された受信系列となる。
【００７７】
このような場合、まずクロストーク成分を含まない受信系列ｙ1についてＭＬＤ受信を適用し、推定されるすべての送信系列ｘ1*の組み合わせと、トレーニング信号から得られた下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列ｙ1に最も近い系列を最尤系列として決定する。続いて、受信信号系列ｙ2では、既に尤度判定されたクロストーク成分ｘ1をキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列ｘ2*の組み合わせと、トレーニング信号から得られた下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列ｙ2に最も近い系列を最尤系列として決定する。さらに続いて、受信信号系列ｙ3では、既に尤度判定されたクロストーク成分ｘ1並びにｘ2をキャンセルしてから、推定されるすべての送信系列ｘ3*の組み合わせと、トレーニング信号から得られた下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列ｙ3に最も近い系列を最尤系列として決定する。
【００７８】
以降は同様に、受信系列ｙkでは、既に尤度判定されたすべてのクロストーク成分ｘ1、ｘ2…をキャンセルしてから、ＭＬＤ方式を適用する。すなわち推定されるすべての送信系列ｘk*の組み合わせと、トレーニング信号から得られた下三角行列Ｌを総当りで当てはめて、受信系列ｙkに最も近い系列を最尤系列として決定するという演算を繰り返し実行する（但し、ｋは２≦ｋ≦ｎの整数）。信号系列ｘについての推定アルゴリズムをｄｅｃｉｓｉｏｎ（ｘ）のように表記すると、上記の演算処理は以下のように表現することができる。
【００７９】
【数８】
2007110203.tif 000010
【００８０】
この場合の送受信機間でのデータ伝送シーケンスを以下にまとめておく。
【００８１】
ステップ１）まず、送信機側では、チャネル行列Ｈと、ＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムにおける本来の送信重みＶを取得する。通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムでは、送信機は受信機からのフィードバックにより送信重みＶを得ることができる。但し、本発明では、チャネル行列Ｈ並びに送信重みＶの取得方法自体は本質でないので、ここではこれ以上説明しない。
【００８２】
ステップ２）次いで、送信機は、チャネル行列ＨをＳＶＤ分解してＵＤＶHを算出するとともに、さらにＵＤをＬＵ分解を適用して、下三角形行列Ｌoと上三角形行列Ｕpに分解する。
【００８３】
ステップ３）次いで、送信機は、本来の送信重みＶに上三角行列Ｕpの逆行列Ｕp-1を掛けて送信重みの修正を行なう。そして、修正後の送信重み行列Ｖnew（＝Ｖ・Ｕp-1）を用いて送信信号を重み付けして、データ・パケットを空間多重送信する。但し、当該パケットのヘッダ部にＶnewで重み付けされた送信アンテナ毎のトレーニング信号を時分割送信する。
【００８４】
ステップ４）一方、受信機側では、Ｖnewで重み付けされたトレーニング信号を用いて、下三角行列Ｌoを取得する。但し、受信機が下三角行列Ｌoを取得する方法は特に限定されない。
【００８５】
ステップ５）受信機側では、Ｖnewで重み付けされ空間多重されたパケットの本体部分（ペイロード）について、ＭＬＤ受信を適用し、それぞれの受信系列について、推定されるすべての送信系列の組み合わせとトレーニング信号から得られた下三角行列Ｌoを総当りで当てはめて、受信系列ｙに最も近い系列を最尤系列として決定する。通常のＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムでは、受信機は（ＵＤ）Hを受信重みに用いるが、本実施形態では受信機は受信信号ｙに特に重み行列を乗算しない。
【００８６】
ここで、式（６）に示したように、受信信号ｙは送信信号ｘに下三角行列Ｌoを乗算する形式である。この場合、式（８）に示したようにクロストーク成分を含まない受信系列が１つだけ存在することから、上記のステップ５では、まずクロストーク成分を含まない受信系列ｙ1についてＭＬＤ受信を適用し、以降は既に尤度判定されたクロストーク成分を順次キャンセルしながら送信信号系列を１つずつＭＬＤ受信していく。これによって、通常のＭＬＤ方式よりも比較パターン総数を大幅に削減しながら、すべての送信系列について高い精度で尤度判定を行なうことができる。具体的には、ストリーム数がＮ本となるＭＩＭＯ通信システムに関し、硬判定並びに軟判定それぞれについての比較パターン総数は下式（１０）、（１１）のように表される。
【００８７】
【数９】
2007110203.tif 000011
【００８８】
これは、比較パターン総数を６４×６／６４4＝１／６５５３６に削減できることを意味し、言い換えればチャネル行列ＨをＬＵ分解して送受信機間で協調動作を図り、ＭＬＤ受信の演算量を大幅に削減することができる訳である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
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、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信システムの構成を示した図である。
【図２】図２は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００９１】
１１…送信データ生成部
１２…ＯＦＤＭ変調部
１３…送信処理部
１４…送信アンテナ
２１…受信アンテナ
２２…ＯＦＤＭ復調部
２３…受信処理部
２４…データ再現部
【図１】
2007110203.tif 000012
【図２】
2007110203.tif 000013