(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された情報信号を含む各通信アンテナの基底帯域信号それぞれの送信電力を、フィードバック信号から復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた前記送信電力で前記基底帯域信号を変調させ、このように変調された前記基底帯域信号を無線周波数信号に変換して送信する送信部と、
前記送信部から送信された前記無線周波数信号を受信し、この前記無線周波数信号が伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を利用して前記無線周波数信号から前記情報信号を復元すると共に、前記のように推定された前記チャネル応答に基づいて計算され、前記のように割り当てられた各送信アンテナの前記送信電力に関する情報を、前記フィードバック信号とみなして無線で送信部へ送信する受信部と、
を備えた最大チャネル容量を有する無線通信システムであって、
前記送信部は、
前記受信部から伝送された前記フィードバック信号を受信する第１の受信アンテナと、
前記第１の受信アンテナで受信された前記フィードバック信号から前記フィードバック情報を復元し、このように復元された前記フィードバック情報を出力するフィードバック情報復元部と、
前記フィードバック情報を利用して前記送信アンテナの前記基底帯域信号それぞれに前記送信電力を割り当て、このように割り当てられた送信電力で前記基底帯域信号を所定の変調方法により変調する第１の基底帯域処理部と、
前記第１の基底帯域処理部で変調された基底帯域信号を前記無線周波数信号に変換し、このように変換された前記無線周波数信号を出力する無線周波数処理部と、
前記無線周波数処理部から入力した前記無線周波数信号を前記受信部に送信する第１の送信アンテナと、を備え、
前記受信部は、
前記第１の送信アンテナから伝送された前記無線周波数信号を受信する第２の受信アンテナと、
前記第２の受信アンテナで受信された前記無線周波数信号を、前記基底帯域信号に変換して信号処理する第２の基底帯域処理部と、
前記第２の基底帯域処理部で信号処理して得られた結果のうち、パイロットシンボルに関する結果から前記チャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を出力するチャネル推定部と、
前記のように推定されたチャネル応答を利用して、前記第２の基底帯域処理部で信号処理して得られた結果から前記情報信号を復元する情報復元部と、
前記のように推定されたチャネル応答を利用して、前記第１の送信アンテナの前記基底帯域信号のそれぞれに割り当てるための前記送信電力を計算する割当て電力計算部と、
前記割当て電力計算部で計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果を、無線周波数信号に変換して出力する情報フィードバック部と、
前記情報フィードバック部から出力される前記無線周波数信号を前記フィードバック信号として前記第１の受信アンテナに送信する第２の送信アンテナと、
を備え、
前記割当て電力計算部は、次の式（５）で表されるチャネル容量Ｃｐｒｏｐを最大化させる電力ｐ１、ｐ２、…、ｐｎＴを、前記第１の送信アンテナの基底帯域信号に割り当てられた前記送信電力として決定することを特徴とする最大チャネル容量を有する無線通信システム。
【数１】
0004018927.tif 000011
（前記式（５）中、ｄｅｔは行列式を示し、Ｉは単位行列を示し、ｎＲは前記第２の受信アンテナの数を示し、ｎＴは前記第１の送信アンテナの数を示し、σ２Ｎは受信ガウス雑音の分散を示し、Ｈは推定された前記チャネル応答に対するｎＲ×ｎＴ大きさを有する行列を示し、ＨｈはＨの共役転置行列をそれぞれ示し、ＰＴは前記第１の送信アンテナで使用できる総電力を示し、Ｐは対角行列を示す。）
【請求項２】
前記割当て電力計算部は、前記行列式ｄｅｔを、以下に示す式（６）を用いて計算することを特徴とする請求項１に記載の最大チャネル容量を有する無線通信システム。
【数２】
0004018927.tif 000012
【請求項３】
前記フィードバック信号の情報量は、（ｎ’Ｔ−１）Ｎｑ個であり、
ここで、ｎ’Ｔは前記送信部の第１の送信アンテナの数、Ｎｑは実数を量子化するために必要なビット数を表すことを特徴とする請求項１に記載の最大チャネル容量を有する無線通信システム。
【請求項４】
前記フィードバック信号は、前記第１の送信アンテナに割り当てる送信電力に関する情報のみを含むことを特徴とする請求項１に記載の最大チャネル容量を有する無線通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の最大チャネル容量を有する無線通信システムで実行される最大チャネル容量を有する無線通信方法であって、
（ａ）外部から与えられた情報信号を含む第１の送信アンテナの基底帯域信号それぞれの送信電力を、フィードバック信号から復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた前記送信電力で前記基底帯域信号を変調させ、このように変調された前記基底帯域信号を、無線周波数信号に変換して前記受信部に無線で送信する段階と、
（ｂ）前記段階（ａ）で送信された無線周波数信号を受信し、この無線周波数信号が伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を利用して前記無線周波数信号から前記情報信号を復元すると共に、前記のように推定された前記チャネル応答を利用して計算し、前記のように割り当てられた前記送信電力に関する情報を有する前記フィードバック信号を、前記送信部に無線で送信する段階と、
を備え、
前記（ｂ）段階は、
（ｂ１）前記（ａ）段階で伝送された前記無線周波数信号を受信する段階と、
（ｂ２）前記（ｂ１）段階で受信された前記無線周波数信号を前記基底帯域信号に変換して信号処理する段階と、
（ｂ３）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が前記パイロットシンボルに関するものであるか否かを判断する段階と、
（ｂ４）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が前記パイロットシンボルに関すると判断されれば、前記パイロットシンボルに関する前記信号処理して得られた結果から前記チャネル応答を推定する段階と、
（ｂ５）このように推定された前記チャネル応答を利用して前記基底帯域信号に割り当てる前記送信電力を計算する段階と、
（ｂ６）前記のように計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果を、無線周波数信号に変換して前記フィードバック信号として前記送信部に送信する段階と、
（ｂ７）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が、前記パイロットシンボルに関するものではないと判断されれば、前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果から前記情報信号を推定した前記チャネル応答を利用して復元する段階と、
を備え、
前記（ｂ５）段階は、次の式（５）で表されるチャネル容量Ｃｐｒｏｐを最大化させる電力ｐ１、ｐ２、…、ｐｎＴを、前記第１の送信アンテナの基底帯域信号に割り当てられた前記送信電力として決定することを特徴とする最大チャネル容量を有する無線通信方法。
【数３】
0004018927.tif 000013
（前記式（５）中、ｄｅｔは行列式を示し、Ｉは単位行列を示し、ｎＲは前記第２の受信アンテナの数を示し、ｎＴは前記第１の送信アンテナの数を示し、σ２Ｎは受信ガウス雑音の分散を示し、Ｈは推定された前記チャネル応答に対するｎＲ×ｎＴ大きさを有する行列を示し、ＨｈはＨの共役転置行列をそれぞれ示し、ＰＴは前記第１の送信アンテナで使用できる総電力を示し、Ｐは対角行列を示す。）
【請求項６】
前記（ａ）段階は、
（ａ１）前記情報信号がパイロットシンボルであるか否かを判断する段階と、
（ａ２）前記情報信号が前記パイロットシンボルではないと判断されれば、前記フィードバック情報が存在するか否かを判断する段階と、
（ａ３）前記フィードバック情報が存在すると判断されれば、受信した前記フィードバック信号から前記フィードバック情報を復元する段階と、
（ａ４）前記基底帯域信号のそれぞれの前記送信電力を、前記のように復元された前記フィードバック情報を利用して割り当てる段階と、
（ａ５）前記段階（ａ４）で割り当てられた前記送信電力で、前記基底帯域信号を所定の変調方法に基づいて変調する段階と、
（ａ６）変調された前記基底帯域信号を前記無線周波数信号に変換して前記受信部に送信する段階と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の最大チャネル容量を有する無線通信方法。
【請求項７】
前記（ａ）段階は、
（ａ７）前記情報信号が前記パイロットシンボルであると判断されれば、前記パイロットシンボルに相当する前記基底帯域信号のそれぞれの前記送信電力を均等に割り当て、前記（ａ５）段階に進む段階を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の最大チャネル容量を有する無線通信方法。
【請求項８】
前記（ａ２）段階は、前記フィードバック情報が存在するか否かを判断し続けることを特徴とする請求項７に記載の最大チャネル容量を有する無線通信方法。
【請求項９】
前記（ａ）段階は、
（ａ８）前記（ａ２）段階で前記フィードバック情報が存在しないと判断されれば、前記基底帯域信号の前記送信電力を均等に割り当て、前記（ａ５）段階に進む段階を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の最大チャネル容量を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重送受信アンテナを利用する無線通信に係り、特に、チャネル容量を最大化させるべく送信電力を割り当てる無線通信システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線通信においては、最適なチャネル容量を導き出すために、送信部と受信部は、それぞれ送信部と受信部間のチャネル応答の情報を把握しておく必要がある。一般に、受信部は前記チャネル応答の情報を把握していると仮定されるが、送信部では前記チャネル応答の情報が充分に把握されているとは言えなかった。
【０００３】
このため、受信部から送信部に前記チャネル応答の情報をフィードバックさせる必要がある。多重アンテナを利用した従来の無線通信で言及されているチャネル応答の情報とは、各送信アンテナと各受信アンテナとの間のチャネル応答に関する情報を意味するものであり、これらの送受信アンテナの数に比例して増加する。したがって、前記多重アンテナを利用した無線通信システムは、使用するアンテナの数に比例してチャネル容量を増大させる必要がある一方、前記アンテナの数に比例して送信部にフィードバックさせることが必要な情報量も増加してくるという問題点を有している。
【０００４】
従来の無線通信システムにおける送信電力割当て方法としては、均等電力割当て方法とウォータフィリング電力割当て方法とが挙げられる。前記均等電力割当て方法というのは、受信部から送信部にチャネル応答の情報がフィードバックされずに、送信部がチャネル応答の情報を充分に把握していない状況で、送信アンテナの基底帯域信号に均等に送信電力を割り当てる方法を意味している。
【０００５】
この均等電力割当て方法では、従来の無線通信システムのチャネル容量Ｃeqを、次の式（１）を用いて求めることが可能である。このことは、Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ及びＪ．Ｇａｎｓによって、学術雑誌「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍ」（１９９８年３月出版、３１１〜３３５ページ）に、「Ｏｎｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎａ ｆａｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ」という題目で発表された論文に記載されている。
【０００６】
【数４】
0004018927.tif 000002
【０００７】
前記式（１）中、Ｉ’は単位行列を示し、ｎ’Tは送信アンテナの数を示し、ｎ’Rは受信アンテナの数を示し、Ｐ’Tはあらゆる送信アンテナで使用できる総電力を示し、Ｈ’はｎ’R×ｎ’Tの大きさを有するチャネル応答行列を示し、σ’2Nは受信ガウス雑音の分散を示し、ｄｅｔは行列式を示し、Ｈ’hはＨ’の共役転置行列をそれぞれ示す。
【０００８】
このような均等電力割当て方法は、チャネル応答の情報をフィードバックさせる必要がないという長所を有する一方、チャネル応答の情報をフィードバックさせる無線通信方法よりもチャネル容量が減少してしまうという問題点を有している。
【０００９】
その一方で、あらゆるチャネル応答の情報を受信部で推定して送信部にフィードバックしたとき、送信部が制限された総電力下でチャネル容量を最大化させつつ基底帯域信号に送信電力を割り当てる方法として、ウォータフィリング電力割当て方法がある。このウォータフィリング電力割当て方法は、Ｄ．Ｓｈｉｕ、Ｇ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ、Ｊ．Ｇａｎｓ及びＪ．Ｋａｈｎによって、学術雑誌「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」の第４８巻（２０００年３月出版）の５０２−５１３ページに、「Ｆａｄｉｎｇ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎｄ Ｉｔｓ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ−ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ」という題目で発表された論文に記載されている。
【００１０】
すなわち、前記ウォータフィリング電力割当て方法は、信号間の干渉を完全に除去する減結合の変換を通して、多重入力及び多重出力を有する従来の無線通信システムを、いくつかの並列の単一入力及び単一出力を有する無線通信システムに変換するものである。このとき、前記減結合は、チャネル応答行列を、単一値分解を通じて対角行列に変換させるために、次の式（２）で表されるように、送信部でＶ行列を利用して、受信部でＵh行列を利用する。
【００１１】
【数５】
0004018927.tif 000003
【００１２】
また、Ｔｈｏｍａｓ Ｃｏｖｅｒ及びＪｏｙ Ｔｈｏｍａｓにより、「Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ」という題目で出版された刊行物（Ｗｉｅｌｙ出版社（所在地：ニューヨーク）１９９１年刊行）出刊には、前記チャネル容量を最大にすることができるウォータフィリング電力割当て方法が開示されている。このウォータフィリング電力割当て方法によれば、従来の無線通信システムが有するチャネル容量Ｃwatは、次の式（３）で表される。
【００１３】
【数６】
0004018927.tif 000004
【００１４】
前記式（３）中、ｎ’＝ｍｉｎ（ｎ’T，ｎ’R）であり、ｐ’kは各副チャネルの電力割当て値を示し、λ’kはＨ’hＨ’の固有値をそれぞれ示す。このとき、ウォータフィリング電力割当て方法によれば、チャネル容量Ｃwatを最大にする各副チャネルの電力割当て値ｐ’kはラグランジェ乗算器を利用して次の式（４）を用いて求められる。
【００１５】
【数７】
0004018927.tif 000005
【００１６】
前記式（４）中、λ’0は制限された総電力Ｐ’Tから求められる定数を示す。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、従来の均等電力割当て方法よりも更に大きなチャネル容量を具現することが可能な、最大チャネル容量を有する無線通信システムを提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第２の目的は、前記最大チャネル容量を有する無線通信システムで実行される、最大チャネル容量を有する無線通信方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するための本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システムは、外部から入力された情報信号を含む各通信アンテナの基底帯域信号それぞれの送信電力を、フィードバック信号から復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた前記送信電力で前記基底帯域信号を変調させ、このように変調された前記基底帯域信号を無線周波数信号に変換して送信する送信部と、前記送信部から送信された前記無線周波数信号を受信し、この前記無線周波数信号が伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を利用して前記無線周波数信号から前記情報信号を復元すると共に、前記のように推定された前記チャネル応答に基づいて計算され、前記のように割り当てられた各送信アンテナの前記送信電力に関する情報を、前記フィードバック信号とみなして無線で送信部へ送信する受信部と、を備えた最大チャネル容量を有する無線通信システムであって、前記送信部は、前記受信部から伝送された前記フィードバック信号を受信する第１の受信アンテナと、前記第１の受信アンテナで受信された前記フィードバック信号から前記フィードバック情報を復元し、このように復元された前記フィードバック情報を出力するフィードバック情報復元部と、前記フィードバック情報を利用して前記送信アンテナの前記基底帯域信号それぞれに前記送信電力を割り当て、このように割り当てられた送信電力で前記基底帯域信号を所定の変調方法により変調する第１の基底帯域処理部と、前記第１の基底帯域処理部で変調された基底帯域信号を前記無線周波数信号に変換し、このように変換された前記無線周波数信号を出力する無線周波数処理部と、前記無線周波数処理部から入力した前記無線周波数信号を前記受信部に送信する第１の送信アンテナと、を備え、前記受信部は、前記第１の送信アンテナから伝送された前記無線周波数信号を受信する第２の受信アンテナと、前記第２の受信アンテナで受信された前記無線周波数信号を、前記基底帯域信号に変換して信号処理する第２の基底帯域処理部と、前記第２の基底帯域処理部で信号処理して得られた結果のうち、パイロットシンボルに関する結果から前記チャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を出力するチャネル推定部と、前記のように推定されたチャネル応答を利用して、前記第２の基底帯域処理部で信号処理して得られた結果から前記情報信号を復元する情報復元部と、前記のように推定されたチャネル応答を利用して、前記第１の送信アンテナの前記基底帯域信号のそれぞれに割り当てるための前記送信電力を計算する割当て電力計算部と、前記割当て電力計算部で計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果を、無線周波数信号に変換して出力する情報フィードバック部と、前記情報フィードバック部から出力される前記無線周波数信号を前記フィードバック信号として前記第１の受信アンテナに送信する第２の送信アンテナと、を備え、前記割当て電力計算部は、次の式（５）で表されるチャネル容量Ｃｐｒｏｐを最大化させる電力ｐ１、ｐ２、…、ｐｎＴを、前記第１の送信アンテナの基底帯域信号に割り当てられた前記送信電力として決定する（請求項１）。
【００２０】
【数８】
0004018927.tif 000006
【００２１】
前記式（５）中、ｄｅｔは行列式を示し、Ｉは単位行列を示し、ｎＲは前記第２の受信アンテナの数を示し、ｎＴは前記第１の送信アンテナの数を示し、σ２Ｎは受信ガウス雑音の分散を示し、Ｈは推定された前記チャネル応答に対するｎＲ×ｎＴ大きさを有する行列を示し、ＨｈはＨの共役転置行列をそれぞれ示し、ＰＴは前記第１の送信アンテナで使用できる総電力を示し、Ｐは対角行列を示す。
【００２２】
そして、前記割当て電力計算部は、前記行列式ｄｅｔを、次の式（６）を用いて計算することができる（請求項２）。
【００２３】
【数９】
0004018927.tif 000007
【００２４】
また、前記フィードバック信号の情報量は、（ｎ’Ｔ−１）Ｎｑ個であり、ここで、ｎ’Ｔは前記送信部の第１の送信アンテナの数、Ｎｑは実数を量子化するために必要なビット数を表すことが望ましい（請求項３）。
【００２５】
また、前記フィードバック信号は、前記第１の送信アンテナに割り当てる送信電力に関する情報のみを含むことが望ましい（請求項４）。
【００２６】
前記第２の目的を達成するために、前記の本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システムで実行される無線通信方法は、（ａ）外部から与えられた情報信号を含む第１の送信アンテナの基底帯域信号それぞれの送信電力を、フィードバック信号から復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた前記送信電力で前記基底帯域信号を変調させ、このように変調された前記基底帯域信号を、無線周波数信号に変換して前記受信部に無線で送信する段階と、（ｂ）前記段階（ａ）で送信された無線周波数信号を受信し、この無線周波数信号が伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定された前記チャネル応答を利用して前記無線周波数信号から前記情報信号を復元すると共に、前記のように推定された前記チャネル応答を利用して計算し、前記のように割り当てられた前記送信電力に関する情報を有する前記フィードバック信号を、前記送信部に無線で送信する段階と、を備え、前記（ｂ）段階は、（ｂ１）前記（ａ）段階で伝送された前記無線周波数信号を受信する段階と、（ｂ２）前記（ｂ１）段階で受信された前記無線周波数信号を前記基底帯域信号に変換して信号処理する段階と、（ｂ３）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が前記パイロットシンボルに関するものであるか否かを判断する段階と、（ｂ４）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が前記パイロットシンボルに関すると判断されれば、前記パイロットシンボルに関する前記信号処理して得られた結果から前記チャネル応答を推定する段階と、（ｂ５）このように推定された前記チャネル応答を利用して前記基底帯域信号に割り当てる前記送信電力を計算する段階と、（ｂ６）前記のように計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果を、無線周波数信号に変換して前記フィードバック信号として前記送信部に送信する段階と、（ｂ７）前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果が、前記パイロットシンボルに関するものではないと判断されれば、前記（ｂ２）段階で信号処理して得られた結果から前記情報信号を推定した前記チャネル応答を利用して復元する段階と、を備え、前記（ｂ５）段階は、次の式（５）で表されるチャネル容量Ｃｐｒｏｐを最大化させる電力ｐ１、ｐ２、…、ｐｎＴを、前記第１の送信アンテナの基底帯域信号に割り当てられた前記送信電力として決定する（請求項５）。
【００２７】
【数１０】
0004018927.tif 000008
【００２８】
前記式（５）中、ｄｅｔは行列式を示し、Ｉは単位行列を示し、ｎＲは前記第２の受信アンテナの数を示し、ｎＴは前記第１の送信アンテナの数を示し、σ２Ｎは受信ガウス雑音の分散を示し、Ｈは推定された前記チャネル応答に対するｎＲ×ｎＴ大きさを有する行列を示し、ＨｈはＨの共役転置行列をそれぞれ示し、ＰＴは前記第１の送信アンテナで使用できる総電力を示し、Ｐは対角行列を示す。
【００２９】
また、前記（ａ）段階は、（ａ１）前記情報信号がパイロットシンボルであるか否かを判断する段階と、（ａ２）前記情報信号が前記パイロットシンボルではないと判断されれば、前記フィードバック情報が存在するか否かを判断する段階と、（ａ３）前記フィードバック情報が存在すると判断されれば、受信した前記フィードバック信号から前記フィードバック情報を復元する段階と、（ａ４）前記基底帯域信号のそれぞれの前記送信電力を、前記のように復元された前記フィードバック情報を利用して割り当てる段階と、（ａ５）前記段階（ａ４）で割り当てられた前記送信電力で、前記基底帯域信号を所定の変調方法に基づいて変調する段階と、（ａ６）変調された前記基底帯域信号を前記無線周波数信号に変換して前記受信部に送信する段階とを備えることが望ましい（請求項６）。
【００３０】
また、前記（ａ）段階は、（ａ７）前記情報信号が前記パイロットシンボルであると判断されれば、前記パイロットシンボルに相当する前記基底帯域信号のそれぞれの前記送信電力を均等に割り当て、前記（ａ５）段階に進む段階を更に備えることが望ましい（請求項７）。
【００３１】
更に、前記（ａ２）段階は、前記フィードバック情報が存在するか否かを判断し続けることが望ましい（請求項８）。
【００３２】
更にまた、前記（ａ）段階は、（ａ８）前記（ａ２）段階で前記フィードバック情報が存在しないと判断されれば、前記基底帯域信号の前記送信電力を均等に割り当て、前記（ａ５）段階に進む段階を更に備えることが望ましい（請求項７）。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システムの構成及び動作を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システムのブロック図であり、送信部１０及び受信部２０を含んで構成されている。ここで、参照符号３０はチャネルを示す。
【００３４】
図１に示す最大チャネル容量を有する無線通信システムに含まれる送信部１０は、受信部２０から無線送信されたフィードバック信号からフィードバック情報を復元し、外部から入力端子ＩＮを介して入力された情報信号を含む基底帯域信号の送信電力を、前記のように復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた送信電力で基底帯域信号を変調させ、このように変調された基底帯域信号を無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換してチャネル３０を介して受信部２０に無線で送信するようになっている。
【００３５】
このため、図１に示す本発明に係る無線通信システムに含まれる送信部１０は、第１の受信アンテナ４０、フィードバック情報復元部４２、第１の基底帯域処理部４４、ＲＦ処理部４６及び第１の送信アンテナ４８を具備して構成されてもよい。ここで、第１の受信アンテナ４０は、受信部２０からチャネル３０を介して無線で伝送されたフィードバック信号を受信し、このように受信されたフィードバック信号をフィードバック情報復元部４２に出力するようになっている。また、フィードバック情報復元部４２は、第１の受信アンテナ４０で受信されたフィードバック信号からフィードバック情報を復元し、このように復元されたフィードバック情報を第１の基底帯域処理部４４に出力する。
【００３６】
そして、第１の基底帯域処理部４４は、入力端子ＩＮを介して入力した情報信号の変調方法を決定して基底帯域信号を信号処理し、フィードバック情報復元部４２から入力されたフィードバック情報を利用して基底帯域信号のそれぞれに送信電力を割り当てるようになっている。例えば、第１の基底帯域処理部４４は、基底帯域信号を、パルス形成及び基底帯域フィルタリング等のように信号処理する。
【００３７】
ここで、基底帯域信号のそれぞれに送信電力を割り当てれば、基底帯域信号を変調させるレベルが決定される。また、第１の基底帯域処理部４４は、割り当てられた送信電力で基底帯域信号を所定の変調方法に基づいて変調し、このように変調された基底帯域信号をＲＦ処理部４６に出力する。
【００３８】
このとき、ＲＦ処理部４６は、第１の基底帯域処理部４４で変調された基底帯域信号をＲＦ信号に変換し、このように変換されたＲＦ信号を第１の送信アンテナ４８に出力する。したがって、第１の送信アンテナ４８はＲＦ処理部４６から出力されるＲＦ信号を受信部２０にチャネル３０を介して無線で送信する。
【００３９】
一方、受信部２０は、受信したＲＦ信号がチャネル３０を介して無線で伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定されたチャネル応答を利用してＲＦ信号から情報信号を復元すると共に、前記のように推定されたチャネル応答を利用して計算され、前記のように割り当てられた送信電力に関する情報を、フィードバック信号とみなしてチャネル３０を介して無線で送信部１０に送信するようになっている。
【００４０】
このために、受信部２０は、第２の受信アンテナ６０、第２の基底帯域処理部６２、チャネル推定部６４、情報復元部６６、割当て電力計算部６８、情報フィードバック部７０及び第２の送信アンテナ７２を具備して構成されてもよい。
【００４１】
第２の受信アンテナ６０は、第１の送信アンテナ４８から伝送されたＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を第２の基底帯域処理部６２に出力する。また、第２の基底帯域処理部６２は、第２の受信アンテナ６０で受信されたＲＦ信号を基底帯域信号に変換して基底帯域フィルタリングのような信号処理を実行し、このように信号処理して得られた結果を、チャネル推定部６４及び情報復元部６６にそれぞれ出力する。
【００４２】
チャネル推定部６４は、第２の基底帯域処理部６２で信号処理して得られた結果のうち、通信が実行される前に送信部１０と受信部２０とで予め把握されたパイロットシンボルに関する結果からチャネル応答を推定し、このように推定されたチャネル応答を情報復元部６６及び割当て電力計算部６８にそれぞれ出力する。また、情報復元部６６は、チャネル推定部６４で推定されたチャネル応答を利用して第２の基底帯域処理部６２で信号処理して得られた結果から情報信号を復元し、このように復元された情報信号を、出力端子ＯＵＴを介して出力する。このようにして情報信号を復元するために、情報復元部６６は、第１の送信アンテナ４８の数のみの等価器（図示せず）が設けられて構成されてもよい。
【００４３】
このとき、割当て電力計算部６８は、チャネル推定部６４で推定されたチャネル応答を利用してチャネル容量が最大となるように、第１の送信アンテナ４８の基底帯域信号のそれぞれに割り当てるための送信電力を計算し、この計算から得られた結果を量子化して情報フィードバック部７０に出力する。
【００４４】
本発明によれば、割当て電力計算部６８は、次の式（５）で表されるチャネル容量Ｃpropを最大化する電力Ｐ1、Ｐ2、…、ＰnTを、基底帯域信号に割り当てられる送信電力として計算する。
【００４５】
【数１１】
0004018927.tif 000009
【００４６】
前記式（５）中、Ｉは単位行列を示し、ｎRは第２の受信アンテナ６０の数を示し、ｎTは第１の送信アンテナ４８の数を示し、σ2Nは受信ガウス雑音の分散を示し、Ｈは推定されたチャネル応答に対するｎR×ｎT大きさを有する行列を示し、ＨhはＨの共役転置行列をそれぞれ示し、ＰTは第１の送信アンテナ４８で使用できる総電力を示し、Ｐは第１の送信アンテナ４８のそれぞれに割り当てられる送信電力を示す対角行列を表す。
【００４７】
前記式（５）を第１の送信アンテナ４８に割り当てられる送信電力Ｐ1、Ｐ2、…、ＰnTについて展開すれば、このログ関数の内部に、ｎ＝ｍｉｎ（ｎT、ｎR）の次のような多項式が導き出されることがわかる。また、本発明によれば、割当て電力計算部６８は、前記式（５）の行列式ｄｅｔを次の式（６）を用いて計算することができる。
【００４８】
【数１２】
0004018927.tif 000010
【００４９】
前記式（６）中、Ｈ（ｉ、ｊ、…）はＨのｉ、ｊ、…列より構成された副行列を示し、前記式（６）はｎRとｎT間の大小に関係なく成立する。このとき、前記式（６）中の行列式ｄｅｔを最大化する第１の送信アンテナ４８に割り当てられる送信電力値Ｐ1、Ｐ2、…、ＰnTは、従来公知の数値解析方法を用いて求めることができる。
【００５０】
このような数値解析方法は、例えば、Ｄａｖｉｄ Ｋｉｎｃａｉｄ及びＷａｒｄ Ｃｈｅｎｅｙによって、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ」という題目で出版された刊行物（Ｐａｃｉｆｉｃ Ｇｒｏｖｅ出版社（所在地：米国、カリフォルニア州）、１９９１年刊行）に記載されている。この刊行物では、「Ｓｔｅｅｐｅｓｔ Ｄｅｃｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ、Ｎｅｗｔｏｎ’ｓ Ｍｅｔｈｏｄ、及びＣｏｎｊｕｇａｔｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ」について記載されている。
【００５１】
一方、情報フィードバック部７０は、割当て電力計算部６８で計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果をＲＦ信号に変換し、このように変換されたＲＦ信号を第２の送信アンテナ７２に出力する。また、第２の送信アンテナ７２は、情報フィードバック部７０から入力されたＲＦ信号を、割り当てるべき送信電力に関する情報を有するフィードバック信号として第１の受信アンテナ４０にチャネル３０を介して無線で送信する。
【００５２】
このため、情報フィードバック部７０は、第１の基底帯域処理部４４及びＲＦ処理部４６と同じ役割を果たす。すなわち、情報フィードバック部７０は第１の基底帯域処理部４４と同様に、割当て電力計算部６８で計算して得られた結果を基底帯域信号とみなして信号処理及び変調を実行し、ＲＦ処理部４６と同様に変調して得られた結果をＲＦ信号に変換し、このように変換されたＲＦ信号を第２の送信アンテナ７２に出力する。
【００５３】
このとき、もし、受信部２０が第１の送信アンテナ４８のそれぞれに割り当てられる送信電力に関する情報をフィードバックして総電力ＰTが制限されると、フィードバック信号はｎT−１個の実数で構成される。すなわち、ｎT−１個の実数が、フィードバック信号として、受信部２０から送信部１０にフィードバックされる。
【００５４】
以下、図１に示す本発明に係る無線通信システムで実行される本発明に係る無線通信方法を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、図１に示す本発明に係る無線通信システムで実行される本発明に係る無線通信方法を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、本発明に係る無線通信方法は、フィードバック情報を利用して割り当てられた送信電力で基底帯域信号を変調して送信する段階（第９０段階）、及びこの送信段階より基底帯域信号を変調して送信された信号を受信して得られたＲＦ信号から推定されたチャネル応答を利用して情報信号を復元すると共に、前記のように割り当てられた送信電力に関する情報を求める段階（第９２段階）を含んでいる。
【００５５】
図１に示す本発明に係る無線通信システムに含まれる送信部１０は、外部から与えられた情報信号を含む基底帯域信号のそれぞれの送信電力をフィードバック信号から復元されたフィードバック情報を利用して割り当て、このように割り当てられた送信電力で基底帯域信号を変調させ、このように変調された基底帯域信号をＲＦ信号に変換して受信部２０に送信するようになっている。
【００５６】
また、図３は、図２に示す第９０段階で、本発明の望ましい一実施形態の無線通信方法を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、本発明に係る無線通信システムで実行される一例の無線通信方法は、情報信号の種類及びフィードバック情報の存在の有無により、基底帯域信号の送信電力を、均等または非均等に割り当てる段階（第１００〜第１０６段階）、このように割り当てられた送信電力で変調した基底帯域信号をＲＦ信号に変換して送信する段階（第１０８及び第１１０段階）を含んでいる。
【００５７】
図２に示す第９０段階で、図３に示すような本発明に係る一実施形態によれば、図１に示す送信部１０は、入力端子ＩＮを介して入力された情報信号がパイロットシンボルであるか否かを判断する（第１００段階）。このとき、もし、この情報信号がパイロットシンボルではないと判断されれば、送信部１０はフィードバック情報が存在するか否かを判断する（第１０２段階）。
【００５８】
そして、前記第１０２段階を実行するために、送信部１０は、受信部２０からフィードバック信号が受信されたか否かを判断する。このとき、もし、フィードバック情報が存在すると判断されれば、送信部１０は、受信したフィードバック信号からフィードバック情報を復元する（第１０４段階）。
【００５９】
しかし、もし情報信号がパイロットシンボルであると判断される、あるいは、フィードバック情報が存在しない、もしくは前記第１０４段階の後であると判断されれば、送信部１０は基底帯域信号の送信電力を割り当てる（第１０６段階）。例えば、前記第１０４段階の後に、送信部１０は、フィードバック情報を利用して基底帯域信号の送信電力を非均等に割り当て、情報信号がパイロットシンボルであると判断される、あるいはフィードバック情報が存在しないと判断されれば、パイロットシンボルに相当する基底帯域信号の送信電力を、例えば均等に割り当てることができる。
【００６０】
一方、本発明では、図３に示すような構成とは異なる構成の実施形態とすることも可能である。すなわち、フィードバック情報が存在しないと判断されれば、前記第１０６段階に進まずに、フィードバック情報が存在するか否かを再び判断する。この場合、前記第１０２段階は、図３に示す形態とは異なり、フィードバック情報が存在するか否かを判断し続ける。
【００６１】
そして、前記第１０６段階の後に、送信部１０は、割り当てられた送信電力で基底帯域信号を所定の変調方法に基づいて変調する（第１０８段階）。前記の第１００〜第１０８段階は、図１に示す第１の基底帯域処理部４４で実行される。前記第１０８段階の後に、ＲＦ処理部４６は、第１の基底帯域処理部４４で変調された基底帯域信号をＲＦ信号に変換し、このように変換されたＲＦ信号を受信部２０に送信する（第１１０段階）。
【００６２】
一方、前記第９０段階（図２、図３）の後に、受信部２０は、送信部１０からチャネル３０を介して無線で伝送されたＲＦ信号を受信し、このように受信されたＲＦ信号が伝送中に経験したチャネル応答を推定し、このように推定されたチャネル応答を利用してＲＦ信号から情報信号を復元すると共に、前記のように推定されたチャネル応答を利用して計算され、前記のように割り当てられた送信電力に関する情報を有するフィードバック信号を無線で送信部１０に送信する（第９２段階）。
【００６３】
図４は、図１に示す受信部２０で実行される、図２に示す第９２段階で、本発明の望ましい一実施形態を説明するためのフローチャートである。図４に示すように、本発明は、受信されたＲＦ信号を、基底帯域信号に変換して処理して得られた結果がパイロットシンボルであるか否かにより、情報信号を復元する、あるいはフィードバック信号を求める段階（第１２０〜第１３２段階）を含んで構成することができる。
【００６４】
また、図１に示す第２の受信アンテナ６０は、前記第９０段階で伝送されたＲＦ信号を受信する（第１２０段階）。そして、前記第１２０段階の後で、第２の基底帯域処理部６２は、前記第１２０段階で受信されたＲＦ信号を基底帯域信号に変換して信号処理する（第１２２段階）。更に、この第１２２段階の後に、第２の基底帯域処理部６２は、前記のように信号処理して得られた結果がパイロットシンボルに関するものであるか否かを判断する（第１２４段階）。
【００６５】
このとき、もし、前記のように信号処理して得られた結果がパイロットシンボルに関するものであると判断されれば、第２の基底帯域処理部６２はパイロットシンボルについて前記のように信号処理して得られた結果をチャネル推定部６４に出力し、チャネル推定部６４はパイロットシンボルについて前記のように信号処理して得られた結果からチャネル応答を推定する（第１２６段階）。
【００６６】
更に、この第１２６段階の後に、割当て電力計算部６８はチャネル推定部６４で推定されたチャネル応答を利用して第１の送信アンテナ４８の基底帯域信号に割り当てる送信電力を計算する（第１２８段階）。そして、第１２８段階の後に、情報フィードバック部７０は割当て電力計算部６８で計算して得られた結果を変調し、このように変調して得られた結果を、ＲＦ信号に変換してフィードバック信号として送信部１０に第２の送信アンテナ７２を通じて無線で送信する（第１３０段階）。
【００６７】
しかし、前記第１２４段階で信号処理して得られた結果がパイロットシンボルに関するものではないと判断されれば、情報復元部６６は第２の基底帯域処理部６２から入力した信号処理して得られた結果から情報信号を推定したチャネル応答を利用して復元すると共に、このように復元された情報信号を、出力端子ＯＵＴを介して出力する（第１３２段階）。
【００６８】
したがって、前記の本発明に係る無線通信システム及び方法では、第１の送信アンテナ４８のうち、チャネルの良好なアンテナに、より多くの送信電力を割り当てるために、従来の均等な電力の割当て方法よりも更に大きなチャネル容量を具現することが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上、説明した通りに構成される本発明によれば以下の効果を奏する、すなわち、本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システム及び方法は、チャネル容量を最大化させることができるので、ハードウェアのサイズをより小さくすることができると共にその製造コストを低減化できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る最大チャネル容量を有する無線通信システムのブロック図である。
【図２】  図１に示す無線通信システムで実行される本発明に係る無線通信方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図３】  第９０段階について本発明の望ましい一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図４】  第９２段階について本発明の望ましい一実施形態を説明するためのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１０    送信部
２０    受信部
３０    チャネル
４０    第１の受信アンテナ
４２    フィードバック情報復元部
４４    第１の基底帯域処理部
４６    ＲＦ処理部
４８    第１の送信アンテナ
６０    第２の受信アンテナ
６２    第２の基底帯域処理部
６４    チャネル推定部
６６    情報復元部
６８    割当て電源計算部
７０    情報フィードバック部
７２    第２の送信アンテナ
【図１】
0004018927.tif 000014
【図２】
0004018927.tif 000015
【図３】
0004018927.tif 000016
【図４】
0004018927.tif 000017