(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の無線局と第二の無線局とにより構成された無線通信システムにおいて使用される無線通信装置であって、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
送信すべきユーザデータをN系統（Nｔｘ≧N＞１、Nは整数）に分割する分割手段と、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られるN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築する手段と、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列からNｔｘ系統の信号系列に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信手段と、
前記第二の無線局がM（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備える場合に、前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数hｊ，ｉまたはその近似値を取得する取得手段と、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HＨ×Hを算出する手段と、
前記行列HＨ×Hを対角化する前記ユニタリー行列Uを算出する手段とを有し、
前記変換手段は、
N系統の前記信号系列の第ｋ（ｋは１以上の整数）シンボルの情報をそれぞれ｛x１(k),x２(k),・・・,xＮ(k)｝とした場合、第kシンボルの各情報を要素とする列ベクトルｘ(k)と前記ユニタリー行列Uの積により与えられる列ベクトル、即ちU×ｘ(k)を算出する手段を含み、
前記送信手段は、
前記列ベクトルU×ｘ(k)の第ｉ行成分[U×ｘ(k)]ｉを第一のアンテナ群の中の第ｉアンテナより送信する手段を含む
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記無線データパケットの送信に先立ち、制御情報を収容した第一の無線制御パケットを送信する手段と、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットをN本以上のアンテナを用いて受信する手段と、を更に有し、
前記取得手段は、前記第二の無線制御パケットに付与された複数系統の既知のパターンの信号を用いて、各アンテナでの受信信号から第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hｊ，ｉを算出する手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記無線データパケットの送信に先立ち、第一の無線制御パケットとしてN系統の既知のパターンを含む信号系列をN本の前記第一のアンテナ群を用いて送信する手段と、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットを受信する手段と、
前記第二の無線制御パケットに収容された前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈj,iに関する情報を取得する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第二の無線局より、信号系列が複数重畳されていない即ち1系統のみの信号系列で構成される制御情報を収容した無線制御パケットおよび/またはユーザデータを収容した無線データパケットを受信した際に、各受信アンテナで受信された既知のパターンの信号の受信状態から第ｋs（１≦ｋs ≦K、ｋsは整数）サブキャリアの第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hｊ，ｉ［ｋｓ］を取得する伝達関数取得手段
を含む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】
前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されなかった第ks’（１≦ks’≦K、ks’は整数）サブキャリアにおける、前記第二の無線局の第jアンテナと前記第一の無線局の第iアンテナ間の伝達関数hｊ，ｉ[ks’]を、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されたks１≠ks’及びks２≠ks’（１≦ks１≦K、１≦ks２≦K、ks１、ks２は整数）なる第ks１サブキャリア及び第ks２サブキャリアに対する前記伝達関数hｊ，ｉ［ｋｓ１］及び hｊ，ｉ［ｋｓ２］の内挿または外挿値 によりhｊ，ｉ[ｋｓ’]を取得する伝達関数取得手段
を含む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７】
前記第一の無線局側に前記伝達関数取得手段を有することを、前記第二の無線局側に通知する手段を有することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第一の無線局側に前記伝達関数取得手段を有することを、前記第二の無線局側に通知する手段を有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９】
請求項１記載の無線通信装置からの無線信号を前記第二の無線局において受信するための無線通信装置であって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信する手段と、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、受信した各信号系列の信号を分離して復調する復調手段と、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する出力手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
前記復調手段は、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ，ｉを取得する手段と、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し所定の演算を行い、N系統の送信信号の信号点に対応するベクトルを求める演算手段と、を含み、
前記出力手段は、
前記演算で得られたベクトルの各要素で与えられるN系統の送信信号を、受信した全てのシンボルに対して合成し、前記ユーザデータとして出力する手段を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記演算手段は、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HＨ×Hを算出する手段と、
前記行列HＨ×Hの逆行列即ち（HＨ×H）−１を算出する手段と、
さらにこれらを用いて行列（HＨ×H）−１×HＨを算出する手段と、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r１(k),r２(k),・・・,rＭ(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、（HＨ×H）−１×HＨ×Rx(k)を演算する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするN行N列の行列Hに対し、該行列Hの逆行列H−１を算出する手段と、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r１(k),r２(k),・・・,rＭ(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、H−１×Rx(k)を演算する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記演算手段は、
前記第一のアンテナ群の第nアンテナより送信された第ｋシンボルの送信信号をtｎ(k)とし、さらに前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)と表記した場合、（t１(k),t２(k),・・・,tＮ(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される送信信号ベクトルTx(k) 、（r１(k),r２(k),・・・,rＭ(k)）Ｔで表される受信信号ベクトルRx(k)、及び行列演算子Fに対し、ベクトルF×Rx(k)−Tx(k)及び該ベクトルのエルミート共役のベクトル（F×Rx(k)−Tx(k)）Hのベクトル積（F×Rx(k)−Tx(k)）Ｈ×（F×Rx(k)−Tx(k)）の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待されるように行列演算子Fを選択する手段と、
各シンボルに対してF×Rx(k)を演算する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記行列演算子FをMMSE（Minimum Mean Square Error）方式で求めることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記第二の無線局側に、
前記第一の無線局からの第一の無線制御パケットを受信した際に、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、複数系統の既知のパターンを含む第二の無線制御パケットを送信する手段を有することを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記第二の無線局側に、
前記第一の無線局からのＮ系統の既知のパターンを含む第一の無線制御パケットを受信した際に、
前記N系統の既知のパターンの信号を用いて、前記伝達関数ｈｊ，ｉを算出する手段と、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、前記伝達関数に関する情報を収容した第二の無線制御パケットを送信する手段と、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いたことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記第二の無線局側に、
信号系列を複数重畳せずに前記第一の無線局に対して前記無線制御パケットまたは無線データパケットを送信する際に、第ksサブキャリアの信号を、サブキャリア番号ksに対応した第二のアンテナ群の中の所定の一つのアンテナを用いて送信する送信手段
を有することを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
前記第二の無線局側に前記送信手段を有することを、前記第一の無線局側に通知する手段を有することを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の無線通信装置を送信側に、請求項９に記載の無線通信装置を受信側に有する無線通信システム。
【請求項２１】
第一の無線局と第二の無線局との間で通信を行う無線通信方法において、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
送信すべきユーザデータをN系統に分割する分割ステップと、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られ  るN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築するステップと、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列から、Nｔｘ系統の信号系列に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにより変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信ステップと、
前記第二の無線局がM（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備える場合に、前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数hｊ，ｉまたはその近似値を取得する取得ステップと、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HＨ×Hを算出するステップと、
前記行列HＨ×Hを対角化するユニタリー行列Uを算出するステップとを有し、
前記変換ステップは、
N系統の前記信号系列の第ｋ（ｋは１以上の整数）シンボルの情報をそれぞれ｛x１(k),x２(k),・・・,xＮ(k)｝とした場合、第kシンボルの各情報を要素とする列ベクトルｘ(k)と前記ユニタリー行列Uの積により与えられる列ベクトル、即ちU×ｘ(k)を算出するステップを含み、
前記送信ステップは、
前記列ベクトルU×ｘ(k)の第i行成分[U×ｘ(k)]ｉを第一のアンテナ群の中の第ｉアンテナより送信する信号を前記第一のアンテナ群から送信するステップを含む
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２２】
前記無線データパケットの送信に先立ち、制御情報を収容した第一の無線制御パケットを送信するステップと、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットをN本以上のアンテナを用いて受信するステップと、を更に有し、
前記取得ステップは、前記第二の無線制御パケットに付与された複数系統の既知のパターンの信号を用いて、各アンテナでの受信信号から第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hｊ，ｉを算出するステップを含む
ことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
【請求項２３】
前記無線データパケットの送信に先立ち、第一の無線制御パケットとしてN系統の既知のパターンを含む信号系列をN本の前記第一のアンテナ群を用いて送信するステップと、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットを受信するステップと、
前記第二の無線制御パケットに収容された前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ，ｉに関する情報を取得するステップと、
を含むことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
【請求項２４】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いたことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
【請求項２５】
前記第二の無線局より、信号系列が複数重畳されていない即ち1系統のみの信号系列で構成される制御情報を収容した無線制御パケットおよび/またはユーザデータを収容した無線データパケットを受信した際に、各受信アンテナで受信された既知のパターンの信号の受信状態から第ｋs（１≦ｋs ≦K、ｋsは整数）サブキャリアの第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hｊ，ｉ[ks]を取得する伝達関数取得ステップ
を含むことを特徴とする請求項２４に記載の無線通信方法。
【請求項２６】
前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されなかった第ks’（１≦ks’≦K、ks’は整数）サブキャリアにおける、前記第二の無線局の第jアンテナと前記第一の無線局の第iアンテナ間の伝達関数hｊ，ｉ［ｋｓ’］を、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されたks１≠ks’及びks２≠ks’（１≦ks１≦K、１≦ks２≦K、ks１、ks２は整数）なる第ks１サブキャリア及び第ks２サブキャリアに対する前記伝達関数hｊ，ｉ［ｋｓ１］及び hｊ，ｉ［ｋｓ２］の内挿または外挿値 によりhｊ，ｉ［ｋｓ’］を取得する伝達関数取得ステップ
を含むことを特徴とする請求項２４に記載の無線通信方法。
【請求項２７】
前記第一の無線局側で前記伝達関数取得ステップを実行することを、前記第二の無線局側に通知するステップを有することを特徴とする請求項２５に記載の無線通信方法。
【請求項２８】
前記第一の無線局側で前記伝達関数取得ステップを実行することを、前記第二の無線局側に通知するステップを有することを特徴とする請求項２６に記載の無線通信方法。
【請求項２９】
請求項２２記載の無線通信方法で送信された無線信号を前記第二の無線局において受信するための無線通信方法であって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信するステップと、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、受信した各信号系列の信号を分離して復調する復調ステップと、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項３０】
前記復調ステップは、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ，ｉを取得するステップと、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し所定の演算を行い、N系統の送信信号の信号点に対応するベクトルを求める演算ステップと、を含み、
前記出力ステップは、
前記演算で得られたベクトルの各要素で与えられるN系統の送信信号を、受信した全てのシンボルに対して合成し、前記ユーザデータとして出力するステップを含む
ことを特徴とする請求項２９に記載の無線通信方法。
【請求項３１】
前記演算ステップは、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HＨ×Hを算出するステップと、
前記行列HＨ×Hの逆行列即ち（HＨ×H）−１を算出するステップと、
さらにこれらを用いて行列（HＨ×H）−１×HＨを算出するステップと、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、（HＨ×H）−１×HＨ×Rx(k)を演算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項３０記載の無線通信方法。
【請求項３２】
前記演算ステップは、
前記伝達関数hｊ，ｉを第(j,i)成分とするN行N列の行列Hに対し、該行列Hの逆行列H−１を算出するステップと、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r１(k),r２(k),・・・,rＭ(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、H−１×Rx(k)を演算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項３０記載の無線通信方法。
【請求項３３】
前記演算ステップは、
前記第一のアンテナ群の第nアンテナより送信された第ｋシンボルの送信信号をtｎ(k)とし、さらに前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)と表記した場合、（t１(k),t２(k),・・・,tＮ(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される送信信号ベクトルTx(k) 、（r１(k),r２(k),・・・,rＭ(k)）Ｔで表される受信信号ベクトルRx(k)、及び行列演算子Fに対し、ベクトルF×Rx(k)−Tx(k)及び該ベクトルのエルミート共役のベクトル（F×Rx(k)−Tx(k)）Ｈのベクトル積（F×Rx(k)−Tx(k)）Ｈ×（F×Rx(k)−Tx(k)）の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待されるように行列演算子Fを選択するステップと、
各シンボルに対してF×Rx(k)を演算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項３０記載の無線通信方法。
【請求項３４】
前記行列演算子FをMMSE（Minimum Mean Square Error）方式で求めることを特徴とする請求項３３に記載の無線通信方法。
【請求項３５】
前記第二の無線局側で、
前記第一の無線局からの第一の無線制御パケットを受信した際に、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、複数系統の既知のパターンを含む第二の無線制御パケットを送信するステップを実行することを特徴とする請求項２９に記載の無線通信方法。
【請求項３６】
前記第二の無線局側で、
前記第一の無線局からのＮ系統の既知のパターンを含む第一の無線制御パケットを受信した際に、
前記N系統の既知のパターンの信号を用いて、前記伝達関数ｈｊ，ｉを算出するステップと、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、前記伝達関数に関する情報を収容した第二の無線制御パケットを送信するステップと、
を実行することを特徴とする請求項３０に記載の無線通信方法。
【請求項３７】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いたことを特徴とする請求項２９に記載の無線通信方法。
【請求項３８】
前記第二の無線局側で、
信号系列を複数重畳せずに前記第一の無線局に対して前記無線制御パケットまたは無線データパケットを送信する際に、第ｋsサブキャリアの信号を、サブキャリア番号ｋsに対応した第二のアンテナ群の中の所定の一つのアンテナを用いて送信する送信ステップ
を実行することを特徴とする請求項３７に記載の無線通信方法。
【請求項３９】
前記第二の無線局側で前記送信ステップを実行することを、前記第一の無線局側に通知するステップを有することを特徴とする請求項３８に記載の無線通信方法。
【請求項４０】
第一の無線局と第二の無線局とにより構成され、且つ前記第一の無線局と第二の無線局が複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調方式を用いて通信を行う無線通信システムで使用される無線通信装置であり、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
サブキャリア毎に個別に送信すべきユーザデータをN系統（Nｔｘ≧N＞１、Nは整数）に分割する分割手段と、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られるN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築する手段と、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列からNｔｘ系統の信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信手段と
を有し、
前記変換手段は、あるサブキャリアにおけるＮ系統の前記信号系列の第ｎｓ（ｎｓは１以上の整数）シンボルの情報がそれぞれ｛ｘ１(ｎｓ),ｘ２(ｎｓ),・・・,ｘＮ(ｎｓ)｝であり且つこれらを各成分として持つＮ行の列ベクトルがｘ(ｎｓ)であった場合、Ｎ行Ｎ列の単位行列または該単位行列の列を適宜入れ替えて得られるＮＲ（ＮＲ＞１：ＮＲは整数）種類の回転行列群を｛Ｒｋ｝（ＮＲ≧ｋ≧１:ｋは整数）と表記した際に、各サブキャリアに対応した所定のｋに対するＲｋを用い、前記ベクトルｘ(ｎｓ)をＲｋ×ｘ(ｎｓ)に変換する手段を少なくとも含み、
前記送信手段は、各サブキャリアにおける該変換された列ベクトルの第ｉ成分を前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信する
ものであることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４１】
前記変換手段は、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換することを特徴とする請求項４０に記載の無線通信装置。
【請求項４２】
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得する手段と、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちＮ行Ｎ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出する手段と、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮ行Ｎ列のユニタリー行列Ｕを算出する手段と、
を更に備え、
前記変換手段は、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する
ことを特徴とする請求項４０に記載の無線通信装置。
【請求項４３】
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
Ｎｔｘ＞Ｎであり、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナ  との間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得する手段と、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎｔｘ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちＮｔｘ行Ｎｔｘ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出する手段と、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮｔｘ行Ｎｔｘ列のユニタリー行列Ｕを算出する手段と、
を更に備え、
前記変換手段は、Ｎｔｘ行Ｎ列の行列で且つＮ≧ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ,ｊ)成分のみが１で他の成分が０である行列をＴと表記した際に、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナ（Ｎｔｘ≧ｉ≧１：ｉは整数）より送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する
ことを特徴とする請求項４０に記載の無線通信装置。
【請求項４４】
前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列を適当に並べ替えたものをＮサブキャリア周期で順番に対応させること
を特徴とする請求項４０から４３のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項４５】
前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ＯＦＤＭ変調された信号をサブキャリア上にマッピングする際に、前記Ｎ系統に分割された各信号系列のビット列がＮｉｌサブキャリア周期（Ｎｉｌは１より大きな整数）で隣接する様にインタリーブ処理を施す場合には、ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列をそれぞれＮｉｌ個ずつ用意したものを適当に並べ替えてＮｉｌ×Ｎサブキャリア周期で順番に対応させること
を特徴とする請求項４０から４３のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項４６】
第一の無線局と第二の無線局とにより構成され、且つ前記第一の無線局と第二の無線局が複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調方式を用いて通信を行う無線通信システムで使用される無線通信方法であり、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
サブキャリア毎に個別に送信すべきユーザデータをN系統（Nｔｘ≧N＞１、Nは整数）に分割する分割ステップと、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られるN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築するステップと、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列からNｔｘ系統の信号に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにより変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信ステップと
を有し、
前記変換ステップでは、あるサブキャリアにおけるＮ系統の前記信号系列の第ｎｓ（ｎｓは１以上の整数）シンボルの情報がそれぞれ｛ｘ１(ｎｓ),ｘ２(ｎｓ),・・・,ｘＮ(ｎｓ)｝であり且つこれらを各成分として持つＮ行の列ベクトルがｘ(ｎｓ)であった場合、Ｎ行Ｎ列の単位行列または該単位行列の列を適宜入れ替えて得られるＮＲ（ＮＲ＞１：ＮＲは整数）種類の回転行列群を｛Ｒｋ｝（ＮＲ≧ｋ≧１:ｋは整数）と表記した際に、各サブキャリアに対応した所定のｋに対するＲｋを用い、前記ベクトルｘ(ｎｓ)をＲｋ×ｘ(ｎｓ)に変換する手段を少なくとも含み、
前記送信ステップは、各サブキャリアにおける該変換された列ベクトルの第ｉ成分を前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信する、
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４７】
前記変換ステップは、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換することを特徴とする請求項４６に記載の無線通信方法。
【請求項４８】
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得するステップと、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちＮ行Ｎ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出するステップと、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮ行Ｎ列のユニタリー行列Ｕを算出するステップと、
を更に備え、
前記変換ステップは、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する
ことを特徴とする請求項４６に記載の無線通信方法。
【請求項４９】
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
Ｎｒｘ＞Ｎであり、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得するステップと、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎｔｘ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちＮｔｘ行Ｎｔｘ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出するステップと、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮｔｘ行Ｎｔｘ列のユニタリー行列Ｕを算出するステップと、
を更に備え、
前記変換ステップは、Ｎｔｘ行Ｎ列の行列で且つＮ≧ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ,ｊ)成分のみが１で他の成分が０である行列をＴと表記した際に、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナ（Ｎｔｘ≧ｉ≧１：ｉは整数）より送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する
ことを特徴とする請求項４６に記載の無線通信方法。
【請求項５０】
前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列を適当に並べ替えたものをＮサブキャリア周期で順番に対応させること
を特徴とする請求項４６から４９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項５１】
前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ＯＦＤＭ変調された信号をサブキャリア上にマッピングする際に、前記Ｎ系統に分割された各信号系列のビット列がＮｉｌサブキャリア周期（Ｎｉｌは１より大きな整数）で隣接する様にインタリーブ処理を施す場合には、ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列をそれぞれＮｉｌ個ずつ用意したものを適当に並べ替えてＮｉｌ×Ｎサブキャリア周期で順番に対応させること
を特徴とする請求項４６から４９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項５２】
請求項４０に記載の無線通信装置からの無線信号を前記第二の無線局において受信するための無線通信装置であって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信する手段と、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、受信した各信号系列の信号を分離して復調する復調手段と、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する出力手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５３】
請求項４０に記載の無線通信装置を送信側に、請求項５２に記載の無線通信装置を受信側に有する無線通信システム。
【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データを送信し、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伝達関数行列をもとに受信局側でデータの復調を行うことにより無線通信を実現する高速無線アクセスシステム（または無線ＬＡＮシステム）において、回路規模を抑制しながら良好な伝送特性を実現するための受信技術に関する。また、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ:Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を併用する場合に、基地局側にて送信ダイバーシチ利得を稼ぎ、無線端末側の回路規模を抑えながら良好な特性を引き出すための送信技術に関する。本発明は、特に、2.4GHz帯および5GHz帯等を用いた高速無線アクセスシステム（または無線ＬＡＮシステム）の伝送速度の高速化を行うために利用される。
【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規格などに準拠した無線ＬＡＮシステムの普及が目覚しい。これらのシステムでは、最大で54Mbpsの伝送速度を実現しているが、無線LANの普及に伴い更なる伝送速度の高速化が求められている。
そのための技術としては、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術が有力である。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／受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、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。【０００３】
ここで、N本の送信アンテナを用いてN系統の信号を送信し、M本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信局の各アンテナ間にはN×M個の伝送のパスが存在し、第i送信アンテナから送信され第j受信アンテナで受信される場合の伝達関数をhj,iとし、これを第(j,i)成分とするM行N列の行列をHと表記する。さらに、第i送信アンテナからの送信信号をtiとし(t1, t2, t3,・・・ tN)を成分とする列ベクトルをTx、第ｊ受信アンテナでの受信信号をrｊとし(r1, r2, r3,・・・ rM)を成分とする列ベクトルをRx、第ｊ受信アンテナの熱雑音をnｊとし(n1, n2, n3,・・・ nM)を成分とする列ベクトルをnと表記する。
この場合、以下の関係式が成り立つ。【０００４】
【数１】
0004188372.tif 000002
【０００５】
したがって、受信局側で受信した信号Rxをもとに、送信信号Txを推定する技術が求められている。このMIMO技術の最も基本的なものとしては、一般にZF（Zero Forcing）法と呼ばれる方法があげられる（例えば、非特許文献１を参照。）。
ここでは、上記の（式１）に対し、伝達関数行列の逆行列H-1を求め、これを式の両辺の左から掛け合わせる処理を行う。この結果、以下の式が得られる。【０００６】
【数２】
0004188372.tif 000003
【０００７】
つまり、各受信アンテナで受信した信号を合成し、所望の送信アンテナから以外の信号による干渉を除去する処理を行うと、実際の送信信号ベクトルTxに微小な熱雑音項H-1×nが加わった信号点が得られることになる。ここで、送信信号として、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等の多値変調を施した信号を用いる場合は、送信信号として取り得る信号点は不連続である。したがって、H-1×Rxとユークリッド距離が最も近い点を送信コンスタレーション上で検索する硬判定処理を行い、真の送信信号を推定する。【０００８】
以上のZF法においては、熱雑音項H-1×nが十分に小さく、且つ各送信アンテナ毎の成分が均等であると仮定できる場合には良好な特性が期待できる。しかし、一般にはこの仮定は成り立たず、ある伝達関数行列に対して送信アンテナ毎の熱雑音H-1×nの絶対値の期待値は異なる。さらには、もし伝達関数行列Hが逆行列がゼロとなる行列（ないしはその行列式が非常に小さい）の場合には、送信信号の推定が非常に不安定になる。この様な状況においては、受信特性が大幅に劣化する可能性がある。このような問題点を解決するための方法として、例えば、MMSE（Minimum Mean Square Error）法などがその一例にあげられる。【０００９】
MMSE法の場合には、（式１）の両辺の左からかける演算子を伝達関数行列Hの逆行列ではなく、別の行列演算子Fを用いる。この行列演算子Fは、送信信号の第ｋシンボルにおける送信信号ベクトルをTx(k)、受信信号の第ｋシンボルにおける受信信号ベクトルをTx(k)とした場合に、（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待されるように行列演算子Fを選択する。実際には、この行列演算子Fを既知のプリアンブル信号部を用いて推定し、そこで推定された行列演算子Fを以降のデータに対する復調において利用する。【００１０】
以上に説明したように、MIMO技術を適用して通信を行うことにより伝送容量を増大させることは可能であるが、複数の送信アンテナから送信される別々の信号はお互いに干渉となり得るため、受信側で複数のアンテナを用いることにより本来であれば受信ダイバーシチ利得が期待されるのに、この干渉を相互にキャンセルする処理においてダイバーシチ利得を最大化することができない。
即ち、上記ＺＦ法においては、各信号系列の系列間の干渉を除去し信号を分離するため、伝達関数行列Ｈの逆行列を用いているが、これは、あくまでも各信号系列間の相互干渉を除去するのが目的であり、受信アンテナ間の合成によるダイバーシチ利得を最大にするものではない。本来であれば、信号分離後の各信号系列のＳ/Ｎ比（信号対雑音レベル比）を最大にすることを方針として掲げて信号分離処理を行うのが好ましい。このＳ/Ｎ比を最大にする、すなわち受信側で最大比合成処理を実現するためには、送信側において、受信端にて各信号系列が直交するように信号を調整して送信する必要がある。この方法は、Ｅ−ＳＤＭ（Eigenbeam-Space Division Multiplexing）方式と呼ばれている（例えば、非特許文献２参照）。【００１１】
このＥ−ＳＤＭ方式では、送信側において伝達関数行列Ｈが既知であることを前提とする。この行列Ｈをもとに、この行列のエルミート共役の行列ＨＨとＨの積すなわちＮ×Ｎの行列ＨＨ×Ｈを対角化するユニタリー行列Ｕを求め、送信信号ベクトルＴｘ(ｋ)に対してユニタリ変換を行った信号Ｕ×Ｔｘ(ｋ)を送信する。ここで第i送信アンテナから送信する信号は[Ｕ×Ｔｘ]i（ここで[ｘ]iはベクトルｘの第i成分を表す）である。プリアンブル信号も含めてユニタリ変換した信号を送信すれば、受信局側では実際の伝達関数行列がＨであったとしても、チャネル推定により得られる伝達関数行列はＨ×Ｕとなる。【００１２】
ここで、このユニタリ変換行列Ｕと行列Ｈには以下の関係式が成り立つ。【００１３】
【数３】
0004188372.tif 000004
この（式３）の右辺の行列ΛはＮ×Ｎの対角行列であり、行列の対角成分が非ゼロであり（各成分は固有値と呼ばれ、λ１,λ２,λ３・・・と表記しておく）、その他の対角成分がゼロとなる。この方式を用いた場合には（式１）も以下の様に変換されている。【００１４】
【数４】
0004188372.tif 000005
両辺の左から推定された伝達関数行列Ｈ×Ｕのエルミート共役の行列をかけると、式は以下の様に変換される。【００１５】
【数５】
0004188372.tif 000006
これは、Ｎ系統の信号系列は完全に直交した状態にあることを意味する。また、右辺に現れた行列は、推定された伝達関数行列より（式３）により直接的に求めることができる。このため、もともとの行列Ｈが逆行列を持つか持たないかに依存せず、（式３）及び（式５）によりゼロ以外の固有値をもつ信号系列に対して、安定して送信信号Ｔｘを推定することが可能である。【００１６】
このＥ−ＳＤＭ方式では、送信側において信号を変換することにより、送信信号に指向性を持たせるフェーズドアレーアンテナ技術と等価的なことを行っているものと理解できる。これにより、各送信アンテナ間の干渉を回避しながら、ダイバーシチ利得をあわせて得ることができるために、非常に良好な特性が期待できる。【００１７】
ここで、図１７に従来技術における第一の無線局の送信部の構成を示す。図において、１００はデータ分割回路、１０１−１〜１０１−３はプリアンブル付与回路、１０２−１〜１０２−３は変調回路、１０３は送信信号変換回路、１０４−１〜１０４−３は無線部、１０５−１〜１０５−３は送信アンテナ、１０６は行列演算回路＃１、１０７は伝達関数行列管理回路を示す。なお、ひとつの例として、送信局が３つの送信アンテナを用いて３系統のデータを送信する場合を例にとって説明する。【００１８】
まず、伝達関数行列管理回路１０７が管理する伝達関数行列Ｈを行列演算回路１０６に対して入力する。行列演算回路＃１（１０６）では、入力された行列Ｈに対し、エルミート共役な行列ＨＨ、それらの積ＨＨ×Ｈ、及びこれを対角化するユニタリー行列Ｕを求め、これを送信信号変換回路１０３に入力する。次に、データが入力されると、データ分割回路１００はデータを３系統に分離する。例えば、第１系統のデータはプリアンブル付与回路１０１−１に入力され、プリアンブルが付与された状態で変調回路（Ｃｈ１）１０２−１に入力される。【００１９】
変調回路（Ｃｈ１）１０２−１では所定の変調を実施し、変調された信号は送信信号変換回路１０３に入力される。送信信号変換回路１０３では、プリアンブル信号を含め送信信号Ｔｘに対してユニタリ変換を実施し、Ｕ×Ｔｘとして無線部１０４−１に入力される。その後、無線部１０４−１にて無線周波数に変換され、送信アンテナ１０５−１より送信される。同様に、第２系統のデータは１０１−２〜１０５−２、第３系統のデータは１０１−３〜１０５−３を経由して、それぞれ個別に送信される。【００２０】
図１８に従来技術における第二の無線局の受信部の構成を示す。図１８において、１１１−１〜１１１−３は受信アンテナ、１１２−１〜１１２−３は無線部、１１３はチャネル推定回路、１１４は受信信号管理回路、１１５は伝達関数行列管理回路、１１６は行列演算回路＃２、１１７は行列演算回路＃３、１１８は硬判定回路、１１９はデータ合成回路を示す。【００２１】
第１の受信アンテナ１１１−１から第３の受信アンテナ１１１−３は、それぞれ個別に受信信号を受信する。無線部１１２−１〜１１２−３を経由して、受信した信号はチャネル推定回路１１３に入力される。送信側で付与した所定のプリアンブル信号の受信状況から、チャネル推定回路１１３にて各送信アンテナと受信アンテナ間の伝達関数をここで取得する。取得された各伝達関数の情報ｈｊ,ｉは伝達関数行列管理回路１１５にて伝達関数行列Ｈとして管理される。
ここで、この伝達関数Ｈは、実際の伝送路の伝達関数にユニタリ変換行列を乗算したものが得られることになる。【００２２】
行列演算回路＃２（１１６）では、伝達関数行列管理回路１１５で管理された伝達関数行列Ｈをもとに、ＨＨ及びＨＨ×Ｈ（=Λ）を演算により求める。ここで、行列Λの各対角成分は、(１,１)成分がλ１、(２,２)成分がλ２、(３,３)成分がλ３であるとする。
なお、ＨＨ×Ｈで固有値λ１,〜λ３を求める他に、近似値として、前記伝達関数を用いて、eｈi,j e２ からλiを求めてもかまわない。
この結果は、行列演算回路＃３（１１７）に入力される。一方、プリアンブル信号に後続するデータ信号は、１シンボル分ずつ受信信号管理回路１１４に入力される。受信信号管理回路１１４では、各アンテナの受信信号（r１, r２, r３）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）を成分とした受信信号ベクトルＲｘとして一旦管理される。この受信信号ベクトルは、行列演算回路＃３（１１７）にて行列ＨＨとの積をとる。この様にして得られたベクトルに対して、第１成分に対してはλ１で除算を、第２成分に対してはλ２で除算を、第３成分に対してはλ３で除算を行い、送信信号ベクトルの第１次推定を行う。この結果は、硬判定回路１１８に入力され、その結果がデータ合成回路１１９に入力される。全シンボルに渡り復調されたデータは、各系統毎の信号が適宜合成されてもとのデータを再生し、出力される。【００２３】
図１９に、従来技術における第一の無線局の送信フローを示す。データが入力されると（ステップＳ１００）、送信局ではＮ系統のデータ系列に分割され（ステップＳ１０１）、これらの信号にはそれぞれプリアンブル信号が付与され（ステップＳ１０２）、これに各系列毎に個別に変調処理を行う（ステップＳ１０３）。変調された信号には、ユニタリ変換が実施され（ステップＳ１０４）、ユニタリ変換後の信号が無線部にて無線周波数に変換され信号が送信される（ステップＳ１０５）。【００２４】
図２０に、従来技術における第二の無線局の受信フローを示す。受信局では無線パケットを受信すると（ステップＳ１１０）、プリアンブルを検出し（ステップＳ１１１）、チャネル推定を実施する（ステップＳ１１２）。ここでは、各送信アンテナおよび受信アンテナ間の伝達関数を全て取得する。この伝達関数を各成分とする伝達関数行列Ｈに対し、エルミート共役な行列ＨＨ、及びこれらの積である行列ＨＨ×Ｈ（＝Λ）を演算により求める（ステップＳ１１３）。【００２５】
一方、プリアンブル信号に後続して受信される信号は、１シンボル毎に各受信アンテナでの受信信号rｊを成分としてもつ受信信号ベクトルＲｘとして管理される（ステップＳ１１４）。これに対し、行列演算ＨＨ×Ｒｘを実施し、更に得られたベクトルの各成分を行列Λの対角成分λ１〜λ３で除算する（ステップＳ１１５）。この結果をもって、硬判定処理を行い（ステップＳ１１６）、該当するシンボルの各送信アンテナから送信された信号推定を確定させる（ステップＳ１１７）。更に受信データが継続する場合には処理ステップＳ１１４に戻り、処理ステップＳ１１４〜Ｓ１１７を繰り返す。受信データが終わった場合（ステップＳ１１８）、一連の各系統の受信データを再構成し、送信側でのデータを再現してデータを出力する（ステップＳ１１９）。
【非特許文献１】S. Kurosaki, Y. Asai, T. Sugiyama and M. Umehira, “A SDM-COFDM Scheme Employing a Simple Feed-Forward Inter-Channel Interference Cancellerfor MIMO Based Broadband Wireless LANs”, IEICE TRANS. COMMUN., Vol.E86 B. No.1, January, 2003
【非特許文献２】宮下他「ＭＩＭＯチャネルにおける固有ビーム空間分割多重（Ｅ−ＳＤＭ）方式」, 信学技法, RCS2002-53, 2002年5月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
このＥ−ＳＤＭ法の最大の問題点は、送信局側でチャネル推定を正確に実施し、UH×HH×H×Uの非対角成分が綺麗にゼロとなる状況で運用しなければならない点である。
例えば、連続的に無線パケットを送信しつづける場合を考える。送信局は、最初に何らかの方法によりチャネル推定を行い伝達関数行列Hを取得し、これをもとにユニタリ行列Uを求める。連続して送信する無線パケットには、当然ながら同一のユニタリ変換が施されることになる。【００２７】
しかし、時間と共に伝達関数行列Hは変動するため、変動後の伝達関数行列H’に対しては、UH×H’H×H’×Uの非対角成分は綺麗にゼロとはならない。この非対角成分は、チャネル間干渉となるため、干渉信号の影響で急激に特性が劣化する。したがって、算出したユニタリ変換Uが非常に高い精度でなければ良好な特性が望めないことになる。【００２８】
また、このＥ−ＳＤＭ方式では、各信号系列の信号はそれぞれ固有値λ１〜λＮ（行列ＨＨ×ＨはＮ行Ｎ列の正方行列と仮定する）に対応した特性をもつために、それぞれ個別の変調方式を採用したり、送信側にて注水定理と呼ばれる手法で送信電力の配分を調整したりするのが一般的である。言い換えれば、信号系列は個別に独立に扱うことで各系列の特性を効率的に引き出すことが前提となる。しかし、この様な制御は複雑であり、また送受信局間でのネゴシエーションが必要となったりする。これらを回避する簡易な方法としては、全ての信号系列の信号を同一の出力で、且つ単一の変調モードを用いて送信することが考えられる。しかし、この場合には各固有値の値のばらつきが大きく、特に最小固有値となる信号系列の特性は大幅に劣化する。【００２９】
以上はＥ−ＳＤＭを想定した場合であるが、ここでＯＦＤＭ変調方式と組み合わせたＭＩＭＯ技術の一般的な特性について考えてみる。ＯＦＤＭ変調を用いる場合、複数のサブキャリア毎にこの信号系列毎の品質のばらつきが発生する。図２１及び図２２にＯＦＤＭ変調及びＭＩＭＯ技術を併用した場合の各信号系列の特性の周波数依存性を示す。各図において、横軸は周波数を表し、実効的にはサブキャリアの番号を意味する。縦軸は伝送品質に相当するものとしてＢＥＲ（Bit Error Rate）を表している。【００３０】
例えばＥ−ＳＤＭを用いた場合や、周波数間の相関が強い場合、図２１の様に各信号系列の特性には大きな差が存在する。例えば、全周波数領域でＢＥＲが高い信号系列＃１の中に符号誤りがある部分的なパケット誤り率（ＰＥＲ：Pacｋet Error Rate）が２０%であり、逆に全周波数領域でＢＥＲが低い信号系列＃２の中に符号誤りがある部分的なＰＥＲが０.０００１％であったとする。ＭＩＭＯの重畳数が２である場合、システム全体の平均ＰＥＲは各信号系列のＰＥＲを足して２で割ったものとなり、ほぼ１０%となる。つまり、品質の悪い信号系列が存在すると、システム全体としてのＰＥＲはこれに足を引っ張られることになる。【００３１】
一方、図２２に示す様に、信号系列＃１と信号系列＃２の特性がある周波数で逆転し、それぞれが特定の周波数領域で大幅に劣化している場合を考える。この様に、特性が劣化した周波数領域では、誤り訂正前の誤りがバースト的であるため、誤り訂正処理を行っても訂正不可能となる確率が高い。つまり、全体から見れば部分的であったとしても、周波数軸上である程度の区間に渡り連続的に品質が劣化した状態が続くと、誤り訂正の効果が薄れ、各信号系列の部分的なＰＥＲ特性の劣化として現れることになる。
以上説明した様に、ＯＦＤＭ変調とＭＩＭＯ技術を併用する場合、特にＥ−ＳＤＭ方式を用いる場合には、システム全体のＰＥＲ特性を向上させるためには、特定の信号系列の符号誤りがバースト的とならず、ランダム化されていることが好ましい。【００３２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、MIMO技術を用いた無線通信を行う際に、Ｅ−ＳＤＭ方法の良好な特性を実現しながらも、精度の低いユニタリ変換行列を用いた場合でも、安定した特性を実現可能な無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システムを簡易に提供することを目的とする。
また、ＯＦＤＭ変調とＭＩＭＯ技術を併用する無線通信を行う際に、各信号系列の符号誤りをランダム化し、システム全体のＰＥＲ特性を効率的に改善可能な、無線通信方法、及び無線通信装置を簡易に提供することにある。また、このランダム化のための工夫は、通信を行うためのエアインタフェース規定を変えるものではなく、送信端末側の変更のみで対応できるものであれば、製品の差別化を行う上で、なお好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記の問題を解決するために、本発明は、第一の無線局と第二の無線局とにより構成された無線通信システムにおいて使用される無線通信装置であって、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
送信すべきユーザデータをN系統（Nｔｘ≧N＞１、Nは整数）に分割する分割手段と、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られるN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築する手段と、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列にそれぞれ個別の係数を乗算する処理を、係数の異なる組み合わせで複数回行い、各係数の組み合わせ毎に係数が乗算された前記N系統の信号系列を合成して該N系統の信号系列からNｔｘ系統の信号系列に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信手段と
を有することを特徴とする無線通信装置を提供する。【００３４】
好適な態様としては、
前記第二の無線局はM（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数hj,iまたはその近似値を取得する手段と、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HHを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HH×Hを算出する手段と、
前記行列HH×Hを対角化するユニタリ行列Uを算出する手段と、を更に有し、
前記変換手段は、
N系統の前記信号系列の第ｋ（ｋは１以上の整数）シンボルの情報をそれぞれ｛x1(k),x2(k),・・・,xN(k)｝とした場合、第kシンボルの各情報を要素とする列ベクトルｘ(k)と前記行列Uの積により与えられる列ベクトル、即ちU×ｘ(k)を算出する手段を含み、
前記送信手段は、
前記列ベクトルU×ｘ(k)の第i行成分[U×ｘ(k)]iを第一のアンテナ群の中の第iアンテナより送信する手段を含む。
この場合、MIMO技術の適用において、簡易なＺＦ法等を利用しながらも、受信局側における受信ダイバーシチ利得を最大限に引き出すための送信側技術の簡易な実現手段を提供可能である。【００３５】
好適例として、
前記無線データパケットの送信に先立ち、制御情報を収容した第一の無線制御パケットを送信する手段と、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットをN本以上のアンテナを用いて受信する手段と、を更に有し、
前記取得手段は、前記第二の無線制御パケットに付与された複数系統の既知のパターンの信号を用いて、各アンテナでの受信信号から第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hj,iを算出する手段を含む
ようにできる。
この第一の無線局側の機能は、送信側において伝達関数行列を取得するための簡易な実現方法を提供するものである。【００３６】
別の好適例として、前記無線データパケットの送信に先立ち、第一の無線制御パケットとしてN系統の既知のパターンを含む信号系列をN本の前記第一のアンテナ群を用いて送信する手段と、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットを受信する手段と、
前記第二の無線制御パケットに収容された前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈj,iに関する情報を取得する手段と、
を含むことようにできる。【００３７】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いても良い。
この場合の好適例として、前記第二の無線局より、信号系列が複数重畳されていない即ち1系統のみの信号系列で構成される制御情報を収容した無線制御パケットおよび/またはユーザデータを収容した無線データパケットを受信した際に、各受信アンテナで受信された既知のパターンの信号の受信状態から第ｋs（１≦ｋs ≦K、ｋsは整数）サブキャリアの第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hj,i[ks]を取得する伝達関数取得手段を含む。
また別の好適例として、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されなかった第ks’（１≦ks’≦K、ks’は整数）サブキャリアにおける、前記第二の無線局の第jアンテナと前記第一の無線局の第iアンテナ間の伝達関数hj,i[ks’]を、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されたks1≠ks’及びks2≠ks’（１≦ks1≦K、１≦ks2≦K、ks1、ks2は整数）なる第ks1サブキャリア及び第ks2サブキャリアに対する前記伝達関数hj,i[ks1]及び hj,i[ks2]の内挿または外挿値 によりhj,i[ks’]を取得する伝達関数取得手段を含む。
これは、送信側において伝達関数行列を取得するための簡易な実現方法を提供するものである。なお、この手段を用いる場合には、既存の無線LANシステムにMIMO技術を適用する拡張を行う場合であっても、既存のフレームフォーマットを変更することも、特殊な制御メッセージを新規に追加する必要もなく、バックワードコンパチビリティを維持しながら実現可能であるという効果も同時に得ることが可能である。
なお、これらの好適例において、前記第一の無線局側に前記伝達関数取得手段を有することを、前記第二の無線局側に通知する手段を有しても良い。【００３８】
本発明はまた、上記無線通信装置からの無線信号を前記第二の無線局において受信するための無線通信装置であって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信する手段と、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、受信した各信号系列の信号を分離して復調する復調手段と、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する出力手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置も提供する。
なお、本発明は、上記送信側の無線通信装置と、上述の受信側の無線通信装置とを有する無線通信システムも提供する。【００３９】
典型例として、前記復調手段は、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈj,iを取得する手段と、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し所定の演算を行い、N系統の送信信号の信号点に対応するベクトルを求める演算手段と、を含み、
前記出力手段は、
前記演算で得られたベクトルの各要素で与えられるN系統の送信信号を、受信した全てのシンボルに対して合成し、前記ユーザデータとして出力する手段を含む。【００４０】
前記演算手段は、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HHを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HH×Hを算出する手段と、
前記行列HH×Hの逆行列即ち（HH×H）-1を算出する手段と、
さらにこれらを用いて行列（HH×H）-1×HHを算出する手段と、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrm(k)とした場合、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、（HH×H）-1×HH×Rx(k)を演算する手段と、
を含むようにしても良い。【００４１】
また、前記演算手段は、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするN行N列の行列Hに対し、該行列Hの逆行列H-1を算出する手段と、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、H-1×Rx(k)を演算する手段と、
を含むようにしても良い。
この第二の無線局の機能は、受信局側においてＺＦ法を実施する際に、行列が正方行列であることを利用して簡易に実施するための手段を提供するためのものである。【００４２】
また、前記演算手段は、
前記第一のアンテナ群の第nアンテナより送信された第ｋシンボルの送信信号をtn(k)とし、さらに前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrm(k)と表記した場合、（t1(k),t2(k),・・・,tN(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される送信信号ベクトルTx(k) 、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔで表される受信信号ベクトルRx(k)、及び行列演算子Fに対し、ベクトルF×Rx(k)−Tx(k)及び該ベクトルのエルミート共役のベクトル（F×Rx(k)−Tx(k)）Hのベクトル積（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待されるように行列演算子Fを選択する手段と、
各シンボルに対してF×Rx(k)を演算する手段と、
を含むようにしても良い。
この第二の無線局側の機能は、受信局側においてＺＦ法の代わりにMMSE法を用いるための手段を提供するためのものである。
前記行列演算子FをMMSE（Minimum Mean Square Error）方式で求めても良い。【００４３】
上記無線通信装置の好適例として、
前記第二の無線局側に、
前記第一の無線局からの第一の無線制御パケットを受信した際に、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、複数系統の既知のパターンを含む第二の無線制御パケットを送信する手段を有する。【００４４】
また別の好適例として、
前記第二の無線局側に、
前記第一の無線局からのＮ系統の既知のパターンを含む第一の無線制御パケットを受信した際に、
前記N系統の既知のパターンの信号を用いて、前記伝達関数ｈj,iを算出する手段と、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、前記伝達関数に関する情報を収容した第二の無線制御パケットを送信する手段と、
を有する。【００４５】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いても良い。
この場合、前記第二の無線局側に、
信号系列を複数重畳せずに前記第一の無線局に対して前記無線制御パケットまたは無線データパケットを送信する際に、第ksサブキャリアの信号を、サブキャリア番号ksに対応した第二のアンテナ群の中の所定の一つのアンテナを用いて送信する送信手段を有しても良い。
ここで、前記第二の無線局側に前記送信手段を有することを、前記第一の無線局側に通知する手段を有するようにしても良い。【００４６】
本発明はまた、第一の無線局と第二の無線局との間で通信を行う無線通信方法において、
前記第一の無線局はNｔｘ（Nｔｘ は１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備え、
送信すべきユーザデータをN系統に分割する分割ステップと、
前記N系統に分割されたユーザデータにN種類の既知のパターンの信号を付与して得られるN系統の信号系列により構成される無線データパケットを構築するステップと、
N系統の前記既知のパターンを含む信号系列にそれぞれ個別の係数を乗算する処理を、係数の異なる組み合わせで複数回行い、各係数の組み合わせ毎に係数が乗算された前記N系統の信号系列を合成して該N系統の信号系列からNｔｘ系統の信号系列に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにおいて変換された信号を前記第一のアンテナ群から送信する送信ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法を提供する。【００４７】
典型例として、前記第二の無線局はM（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数hj,iまたはその近似値を取得するステップと、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HHを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HH×Hを算出するステップと、
前記行列HH×Hを対角化するユニタリ行列Uを算出するステップと、を更に有し、
前記変換ステップは、
N系統の前記信号系列の第ｋ（ｋは１以上の整数）シンボルの情報をそれぞれ｛x1(k),x2(k),・・・,xN(k)｝とした場合、第kシンボルの各情報を要素とする列ベクトルｘ(k)と前記行列Uの積により与えられる列ベクトル、即ちU×ｘ(k)を算出するステップを含み、
前記送信ステップは、
前記列ベクトルU×ｘ(k)の第i行成分[U×ｘ(k)]iを第一のアンテナ群の中の第iアンテナより送信するステップを含む。【００４８】
好適例として、前記無線データパケットの送信に先立ち、制御情報を収容した第一の無線制御パケットを送信するステップと、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットをN本以上のアンテナを用いて受信するステップと、を更に有し、
前記取得ステップは、前記第二の無線制御パケットに付与された複数系統の既知のパターンの信号を用いて、各アンテナでの受信信号から第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hj,iを算出するステップを含む。【００４９】
別の好適例として、前記無線データパケットの送信に先立ち、第一の無線制御パケットとしてN系統の既知のパターンを含む信号系列をN本の前記第一のアンテナ群を用いて送信するステップと、
前記第一の無線制御パケットに対する応答である第二の無線制御パケットを受信するステップと、
前記第二の無線制御パケットに収容された前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈj,iに関する情報を取得するステップと、
を含む。【００５０】
前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いても良い。
この場合の好適例として、前記第二の無線局より、信号系列が複数重畳されていない即ち1系統のみの信号系列で構成される制御情報を収容した無線制御パケットおよび/またはユーザデータを収容した無線データパケットを受信した際に、各受信アンテナで受信された既知のパターンの信号の受信状態から第ｋs（１≦ｋs ≦K、ｋsは整数）サブキャリアの第二の無線局が送信に用いた第j（１≦j≦M、ｊは整数）アンテナと第一の無線局が受信に用いた第i（１≦i≦N、iは整数）アンテナ間の伝達関数hj,i[ks]を取得する伝達関数取得ステップを含む。
また別の好適例として、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されなかった第ks’（１≦ks’≦K、ks’は整数）サブキャリアにおける、前記第二の無線局の第jアンテナと前記第一の無線局の第iアンテナ間の伝達関数hj,i[ks’]を、前記第二の無線局の第ｊアンテナで送信されたks1≠ks’及びks2≠ks’（１≦ks1≦K、１≦ks2≦K、ks1、ks2は整数）なる第ks1サブキャリア及び第ks2サブキャリアに対する前記伝達関数hj,i[ks1]及び hj,i[ks2]の内挿または外挿値 によりhj,i[ks’]を取得する伝達関数取得ステップを含む。
これらの好適例において、前記第一の無線局側で前記伝達関数取得ステップを実行することを、前記第二の無線局側に通知するステップを有しても良い。【００５１】
本発明はまた、上記無線通信方法で送信された無線信号を前記第二の無線局において受信するための無線通信方法であって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信するステップと、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、受信した各信号系列の信号を分離して復調する復調ステップと、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする無線通信方法を提供する。【００５２】
典型例として、前記復調ステップは、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記第一のアンテナ群の内の第iアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈj,iを取得するステップと、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し所定の演算を行い、N系統の送信信号の信号点に対応するベクトルを求める演算ステップと、を含み、
前記出力ステップは、
前記演算で得られたベクトルの各要素で与えられるN系統の送信信号を、受信した全てのシンボルに対して合成し、前記ユーザデータとして出力するステップを含む。【００５３】
好適例として、前記演算ステップは、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするM行N列の行列Hに対し、該行列Hのエルミート共役な行列HHを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちN行N列の行列HH×Hを算出するステップと、
前記行列HH×Hの逆行列即ち（HH×H）-1を算出するステップと、
さらにこれらを用いて行列（HH×H）-1×HHを算出するステップと、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrm(k)とした場合、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、（HH×H）-1×HH×Rx(k)を演算するステップと、
を含む。【００５４】
別の好適例として、前記演算ステップは、
前記伝達関数hj,iを第(j,i)成分とするN行N列の行列Hに対し、該行列Hの逆行列H-1を算出するステップと、
前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrｍ(k)とした場合、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される受信信号ベクトルRx(k)に対し、H-1×Rx(k)を演算するステップと、
を含む。【００５５】
また別の好適例として、  前記演算ステップは、前記第一のアンテナ群の第nアンテナより送信された第ｋシンボルの送信信号をtn(k)とし、さらに前記第二のアンテナ群の第ｍアンテナで実際に受信された第ｋシンボルの受信信号をrm(k)と表記した場合、（t1(k),t2(k),・・・,tN(k)）Ｔ（Ｔは行ベクトルから列ベクトルへの変換を示す）で表される送信信号ベクトルTx(k) 、（r1(k),r2(k),・・・,rM(k)）Ｔで表される受信信号ベクトルRx(k)、及び行列演算子Fに対し、ベクトルF×Rx(k)−Tx(k)及び該ベクトルのエルミート共役のベクトル（F×Rx(k)−Tx(k)）Hのベクトル積（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待されるように行列演算子Fを選択するステップと、
各シンボルに対してF×Rx(k)を演算するステップと、
を含む。
この場合、前記行列演算子FをMMSE（Minimum Mean Square Error）方式で求めても良い。【００５６】
また別の好適例として、前記第二の無線局側で、
前記第一の無線局からのＮ系統の既知のパターンを含む第一の無線制御パケットを受信した際に、
前記N系統の既知のパターンの信号を用いて、前記伝達関数ｈj,iを算出するステップと、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、前記伝達関数に関する情報を収容した第二の無線制御パケットを送信するステップと、
を実行する【００５７】
別の典型例として、前記第二の無線局側で、
前記第一の無線局からの第一の無線制御パケットを受信した際に、
該第一の無線制御パケットに対する応答として、複数系統の既知のパターンを含む第二の無線制御パケットを送信するステップを実行する。【００５８】
また別の典型例として、前記無線局間の通信においてK本のサブキャリア（Kは１より大きい整数）を用いた直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いる。
この場合、前記第二の無線局側で、
信号系列を複数重畳せずに前記第一の無線局に対して前記無線制御パケットまたは無線データパケットを送信する際に、第ksサブキャリアの信号を、サブキャリア番号ksに対応した第二のアンテナ群の中の所定の一つのアンテナを用いて送信する送信ステップを実行しても良い。
ここで、前記第二の無線局側で前記送信ステップを実行することを、前記第一の無線局側に通知するステップを有しても良い。【００５９】
本発明の無線通信装置の別の典型的態様としては、
複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調方式を用いて無線通信を行う無線通信システムで使用される無線通信装置であり、
前記分割手段は、各サブキャリア毎に個別に、送信すべきユーザデータをＮ系統に分割し、
前記変換手段は、あるサブキャリアにおけるＮ系統の前記信号系列の第ｎｓ（ｎｓは１以上の整数）シンボルの情報がそれぞれ｛ｘ１(ｎｓ),ｘ２(ｎｓ),・・・,ｘＮ(ｎｓ)｝であり且つこれらを各成分として持つＮ行の列ベクトルがｘ(ｎｓ)であった場合、Ｎ行Ｎ列の単位行列または該単位行列の列を適宜入れ替えて得られるＮＲ（ＮＲ＞１：ＮＲは整数）種類の回転行列群を｛Ｒｋ｝（ＮＲ≧ｋ≧１:ｋは整数）と表記した際に、各サブキャリアに対応した所定のｋに対するＲｋを用い、前記ベクトルｘ(ｎｓ)をＲｋ×ｘ(ｎｓ)に変換する手段を少なくとも含み、
前記送信手段は、各サブキャリアにおける該変換された列ベクトルの第i成分を前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信するようにする。【００６０】
好適例として、前記変換手段は、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換するようにする。
このような構成により、ＭＩＭＯ技術を用いる際に、サブキャリア毎に各信号系列を送信する際に用いるアンテナを入れ替え、その結果として信号系列毎の誤りを平均化およびランダム化し、誤り訂正における符号化利得を向上させる。従来方式とは、各サブキャリアに対応した所定のｋに対し、そのサブキャリアにおいて前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を、回転行列Ｒｋを使用して[Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する点、各サブキャリアにおいて該変換された信号[Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉを前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信する点で異なっている。
これにより、ＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、重畳する複数の信号系列毎の受信特性を均一化し、伝送路上における符号誤りをランダム化することが可能となる。特に、Ｅ−ＳＤＭ方式と組み合わせた場合には、ＭＩＭＯ技術の持つ性質として、重畳する信号系列間に受信特性の大きなばらつきが発生するという傾向があったが、本発明により信号系列毎の受信特性を平均化し、エラーをランダム化することにより、その結果、誤り訂正の利得を向上させ、全体としてのパケット誤り率特性を改善する効果を得ることができる。【００６１】
別の好適例として、前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得する手段と、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちＮ行Ｎ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出する手段と、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮ行Ｎ列のユニタリー行列Ｕを算出する手段と、
を更に備え、
前記変換手段は、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換するようにする。
これにより、ＭＩＭＯ技術に組み合わせてＥ−ＳＤＭ方式を用いる際に、重畳する信号系列の特性に大きな差が生じるのに対し、この特性を均一化し、その結果として信号系列毎の誤りを平均化およびランダム化し、誤り訂正における符号化利得を向上させるための簡易な実現方法を提供できる。【００６２】
別の好適例として、前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
Ｎｔｘ＞Ｎであり、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得する手段と、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎｔｘ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出する手段と、
前記二つの行列の行列積即ちＮｔｘ行Ｎｔｘ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出する手段と、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮｔｘ行Ｎｔｘ列のユニタリー行列Ｕを算出する手段と、
を更に備え、
前記変換手段は、Ｎｔｘ行Ｎ列の行列で且つＮ≧ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ,ｊ)成分のみが１で他の成分が０である行列をＴと表記した際に、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナ（Ｎｔｘ≧ｉ≧１：ｉは整数）より送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換するようにする。
このような構成により、各サブキャリアに対応した所定のｋに対し前記第１のアンテナ群の第ｉ（Ｎｔｘ≧ｉ≧１：ｉは整数）アンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を、伝達関数行列ＨのＨＨ×Ｈを対角化するユニタリー行列Ｕと、アンテナを入れ替える回転行列Ｒｋと、アンテナ数を拡張する行列Ｔとにより、[Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換し、該変換された信号[Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉを前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信する。
これにより、重畳する信号系列数よりも送信アンテナの本数を増やし、送信アンテナ数分だけ存在するＭＩＭＯのチャネルの中から特性の悪いチャネルを切り捨て、特性の良いチャネルのみを用いて上記の処理を実施するための簡易な実現方法を提供できる。【００６３】
典型例として、前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列を適当に並べ替えたものをＮサブキャリア周期で順番に対応させる。
これにより、上述の回転行列として用いる行列を生成するための簡易な実現方法を提供できる。【００６４】
別の典型例として、前記回転行列群｛Ｒｋ｝は、Ｎ行Ｎ列の単位行列の列を適宜入れ替えて得られる行列の中から選び出したひとつの行列をＲ１とし、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対しＲｋ=Ｐｋ−１×Ｒ１として与えられる合計Ｎ個の行列により構成され、
ＯＦＤＭ変調された信号をサブキャリア上にマッピングする際に、前記Ｎ系統に分割された各信号系列のビット列がＮｉｌサブキャリア周期（Ｎｉｌは１より大きな整数）で隣接する様にインタリーブ処理を施す場合には、ユーザ情報が収容されるサブキャリアに対して用いる前記回転行列Ｒｋを、前記回転行列群｛Ｒｋ｝の各行列をそれぞれＮｉｌ個ずつ用意したものを適当に並べ替えてＮｉｌ×Ｎサブキャリア周期で順番に対応させる。
これによってもまた、上述の回転行列として用いる行列を生成するための簡易な実現方法を提供できる。【００６５】
本発明はまた、上述の無線通信装置を前記第一の無線局に有する無線通信システムであって、
前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を用いて個別に無線信号を受信する手段と、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記の各信号系列の信号を分離して復調する手段と、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力する手段と
を備えることを特徴とする無線通信システムを提供する。【００６６】
本発明の無線通信方法の別の典型的態様としては、
複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調方式を用いて無線通信を行う無線通信システムで使用される無線通信方法であり、
前記分割ステップでは、各サブキャリア毎に個別に、送信すべきユーザデータをＮ系統に分割し、
前記変換ステップでは、あるサブキャリアにおけるＮ系統の前記信号系列の第ｎｓ（ｎｓは１以上の整数）シンボルの情報がそれぞれ｛ｘ１(ｎｓ),ｘ２(ｎｓ),・・・,ｘＮ(ｎｓ)｝であり且つこれらを各成分として持つＮ行の列ベクトルがｘ(ｎｓ)であった場合、Ｎ行Ｎ列の単位行列または該単位行列の列を適宜入れ替えて得られるＮＲ（ＮＲ＞１：ＮＲは整数）種類の回転行列群を｛Ｒｋ｝（ＮＲ≧ｋ≧１:ｋは整数）と表記した際に、各サブキャリアに対応した所定のｋに対するＲｋを用い、前記ベクトルｘ(ｎｓ)をＲｋ×ｘ(ｎｓ)に変換するステップを少なくとも含み、
前記送信手段は、各サブキャリアにおける該変換された列ベクトルの第i成分を前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信する。【００６７】
好適例として、前記変換ステップは、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する。【００６８】
また別の好適例として、  前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得するステップと、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちＮ行Ｎ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出するステップと、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮ行Ｎ列のユニタリー行列Ｕを算出するステップと、
を更に備え、
前記変換ステップは、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナより送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する。【００６９】
また別の好適例として、前記第二の無線局はM（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
Ｎｒｘ＞Ｎであり、
各サブキャリア毎に個別に、
前記第一のアンテナ群の内の第ｉアンテナと前記第二のアンテナ群の内の第ｊアンテナとの間の伝達関数ｈｊ,ｉまたはその近似値を取得するステップと、
前記伝達関数ｈｊ,ｉを第(ｊ,ｉ)成分とするＭ行Ｎｔｘ列の行列Ｈに対し、該行列Ｈのエルミート共役な行列ＨＨを算出するステップと、
前記二つの行列の行列積即ちＮｔｘ行Ｎｔｘ列の正方行列ＨＨ×Ｈを算出するステップと、
前記行列ＨＨ×Ｈを対角化するＮｔｘ行Ｎｔｘ列のユニタリー行列Ｕを算出するステップと、
を更に備え、
前記変換ステップは、Ｎｔｘ行Ｎ列の行列で且つＮ≧ｊ≧１なる整数ｊに対し第(ｊ,ｊ)成分のみが１で他の成分が０である行列をＴと表記した際に、各サブキャリアにおける前記第１のアンテナ群の第ｉアンテナ（Ｎｔｘ≧ｉ≧１：ｉは整数）より送信される第ｎｓシンボルの信号を [Ｕ×Ｔ×Ｒｋ×ｘ(ｎｓ)]ｉとなる様に変換する。【００７０】
典型的には、前記第二の無線局は、M（Mは１以上の整数）本の第二のアンテナ群を備え、
前記第二のアンテナ群を備え用いて個別に無線信号を受信するステップと、
受信信号に付与された既知のパターンの信号を参照信号として、前記の各信号系列の信号を分離して復調するステップと、
復調した全ての信号系列を合成し、ユーザデータとして出力するステップと
を実行する。
【発明の効果】
【００７１】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、MIMO技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、伝達関数行列を精度良く推定できた場合にはＥ−ＳＤＭ法と等価な良好な特性を実現しながらも、伝達関数行列を精度良く推定できない場合であっても安定した特性を示すことが可能であるという効果を得ることができる。
また、ＯＦＤＭ変調方式にＭＩＭＯ技術を用いる際に、サブキャリア毎に各信号系列を送信する際に用いるアンテナを入れ替えることにより、信号系列毎の誤りを平均化およびランダム化し、誤り訂正における符号化利得を向上させることができる。
例えばＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、重畳する複数の信号系列毎の受信特性を均一化し、伝送路上における符号誤りをランダム化することが可能となる。特に、Ｅ−ＳＤＭ方式と組み合わせた場合には、ＭＩＭＯ技術の持つ性質として、重畳する信号系列間に受信特性の大きなばらつきが発生するという傾向があったが、本発明により信号系列毎の受信特性を平均化し、エラーをランダム化することにより、その結果、誤り訂正の利得を向上させ、全体としてのパケット誤り率特性を改善する効果を得ることができる。
また、ＭＩＭＯ技術に組み合わせてＥ−ＳＤＭ方式を用いる際に、通常重畳する信号系列の特性に大きな差が生じるのに対し、この特性を均一化し、その結果として信号系列毎の誤りを平均化およびランダム化し、誤り訂正における符号化利得を向上させるための簡易な実現方法を提供できる。
また、重畳する信号系列数よりも送信アンテナの本数を増やし、送信アンテナ数分だけ存在するＭＩＭＯのチャネルの中から特性の悪いチャネルを切り捨て、特性の良いチャネルのみを用いて上記の処理を実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無線通信システムおける第二の無線局の受信部の構成例を示すブロック図。
【図２】同実施形態に係る無線通信システムおける第一及び第二の無線局の送信部の構成例を示すブロック図。
【図３】同実施形態に係る無線通信システムおける第一及び第二の無線局の送信部の構成例を示すブロック図
【図４】同実施形態に係る無線通信システムおける第二の無線局の受信処理の内容を示すフローチャート。
【図５】同実施形態に係る無線通信方法における第一の無線局でのチャネル推定処理の内容を示すフローチャート。
【図６】同実施形態に係る無線通信方法における第二の無線局での無線制御パケット受信時の処理内容を示すフローチャート。
【図７】同実施形態に係る無線通信方法における第一の無線局でのチャネル推定処理の内容を示すフローチャート。
【図８】同実施形態に係る無線通信方法における第二の無線局での無線制御パケット受信時の処理内容を示すフローチャート。
【図９】同実施形態に係る無線通信システムにおける無線局の送受信部の構成例を示すブロック図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る第一の無線局の送信部の構成例を示す図。
【図１１】同実施形態に係る第二の無線局の受信部の構成例を示す図。
【図１２】同実施形態に係る第一の無線局の送信部の、第２の構成例を示す図。
【図１３】同実施形態に係る第一の無線局の送信部の、第３の構成例を示す図。
【図１４】同実施形態に係る第一の無線局の送信フローを示す図。
【図１５】同実施形態に係る第一の無線局の第２の送信フローを示す図。
【図１６】同実施形態に係る第一の無線局の第３の送信フローを示す図。
【図１７】従来技術における第一の無線局の送信部の構成を示す図。
【図１８】従来技術における第二の無線局の受信部の構成を示す図。
【図１９】従来技術における第一の無線局の送信フローを示す図。
【図２０】従来技術における第二の無線局の受信フローを示す図。
【図２１】ＯＦＤＭ変調及びＭＩＭＯ技術を併用した場合の各信号系列の特性の周波数依存性を示す図その１。
【図２２】ＯＦＤＭ変調及びＭＩＭＯ技術を併用した場合の各信号系列の特性の周波数依存性を示す図その２。
【符号の説明】
【００７３】
１…データ分割回路
２−１〜２−３…プリアンブル付与回路
３−１〜３−３…変調回路
４…送信信号変換回路＃１
５−１〜５−４…無線部
６−１〜６−４…アンテナ
７…チャネル推定回路
８…伝達関数行列管理回路
９…行列演算回路＃１
１０…行列演算回路＃２
１１…送信信号変換回路＃２
１２…送信信号変換回路＃３
１３…送信信号変換回路＃４
２１−１〜２１−３…アンテナ
２２−１〜２２−３…無線部
２３…チャネル推定回路
２４…受信信号管理回路
２５…伝達関数行列管理回路
２６…行列演算回路（受信）＃１
２７…行列演算回路（受信）＃２
２８…硬判定回路
２９…データ合成回路
３１−ａ〜３１−ｂ…受信アンテナ
３２−ａ〜３２−ｂ…無線部
３３−ａ〜３３−ｂ…ＦＦＴ回路
３４…チャネル推定回路
３５…チャネル分離回路
３６−１−ａ〜３６−Ｋ−ａ,３６−１−ｂ〜３６−Ｋ−ｂ…サブキャリア復調回路
３７−ａ〜３７−ｂ…  Ｐ／Ｓ変換回路
３８…データ合成回路
３９…伝達関数補完回路
４０…伝達関数管理回路＃２
４１…行列演算回路
４２…データ分割回路
４３−ａ〜４３−ｂ…Ｓ／Ｐ変換回路
４４−ａ〜４４−ｂ…プリアンブル付与回路
４５−１−ａ〜４５−Ｋ−ａ,４５−１−ｂ〜４５−Ｋ−ｂ…サブキャリア変調回路
４６…送信信号変換回路
４７−ａ〜４７−ｂ…ＩＦＦＴ回路
４８−ａ〜４８−ｂ…無線部
４９−ａ〜４９−ｂ…送信アンテナ
５１−１〜５１−３  …受信アンテナ
５２−１〜５２−３  …無線部
５３…チャネル推定回路
５４…受信信号管理回路
５５…伝達関数行列管理回路
５６…行列演算回路＃２
５７…行列演算回路＃３
５８…硬判定回路
５９…データ合成回路
６０…データ分割回路
６１−１〜６１−３…プリアンブル付与回路
６２−１〜６２−３…変調回路
６３…送信信号変換回路
６４−１〜６４−３…無線部
６５−１〜６５−３…送信アンテナ
６６…行列演算回路
６７…伝達関数行列管理回路
６８…チャネル推定回路
６９…制御情報終端回路
７０…制御情報生成回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムにおける第二の無線局の受信部の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る無線通信システムは、N（Nは１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備えた第一の無線局と、M（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備えた第二の無線局とにより構成されている。
なお、ひとつの例として、送信局が３つの送信アンテナを用いて３系統のデータを送信する場合を例にとって説明する。図において、51-1〜51-3は受信アンテナ、52-1〜52-3は無線部、53はチャネル推定回路、54は受信信号管理回路、55は伝達関数行列管理回路、56は行列演算回路＃２、57は行列演算回路＃３、58は硬判定回路、59はデータ合成回路を示す。基本的な回路構成は図18に示した従来の受信部構成と変わらないが、行列演算回路＃２（56）、及び行列演算回路＃３（57）の処理内容が異なっている。【００７５】
例えば、一例として、行列演算回路＃２（56）において行う処理は、推定後の伝達関数行列Hに対して以下の行列を求める処理である。
(1)  HH：伝達関数行列Hのエルミート共役な行列
(2)  HH×H
(3)  (HH×H)-1：行列(2)の逆行列
(4)  (HH×H)-1×HH：行列(3)と行列(1)の積
これらの演算結果として、行列演算回路＃３（57）に対して行列(HH×H)-1×HHを入力する。また。行列演算回路＃３（57）では、この行列と受信信号ベクトルRxとの積(HH×H)-1×HH×Rxを演算により求める。【００７６】
同様に、一例として、行列演算回路＃２（56）において伝達関数行列Hの逆行列H-1を求める処理を行う。また、行列演算回路＃２（56）からは行列演算回路＃３（57）に対して行列H-1を入力し、行列演算回路＃３（57）では、この行列と受信信号ベクトルRxとの積H-1×Rxを演算により求める。
なお、これらの演算（(HH×H)-1×HH×RxまたはH-1×Rx）は、（式１）の熱雑音の項が無視可能である場合の送信信号ベクトルＴｘの解を求める操作に相当する。したがって、これらの演算もしくはそれと等価な演算を複数のステップに分解して順次処理することによって送信信号ベクトルＴｘを求めることも、当然可能である。【００７７】
同様に、一例として、行列演算回路＃２（56）において、送信信号ベクトルTx(k) 、受信信号ベクトルRx(k)、及び行列演算子Fに対し、（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）で与えられる物理量の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待される行列演算子Fを求める処理を行う。また、行列演算回路＃２（56）からは行列演算回路＃３（57）に対して行列Fを入力し、行列演算回路＃３（57）では、この行列と受信信号ベクトルRxとの積F×Rxを演算により求める。【００７８】
なお、この行列演算子Fは従来方式におけるMMSE法で用いられる行列として知られており、受信信号のプリアンブル信号を利用して、プリアンブル信号に対する（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）を最小にする様にして求めることが可能である。
またここで硬判定回路58とは、伝達関数行列および受信信号ベクトルから推定した送信信号ベクトルの各成分が、本来は離散的な値をとる送信信号点と一致しなかった場合に、選択可能な送信信号点に信号を確定させる処理を行うためのものである。これは、例えば誤り訂正符号化・復号化を行う場合において、一旦、軟判定を行った信号を用いて誤り訂正を行い、その結果として信号点を確定させる場合の処理も含んでいる。【００７９】
図２及び図３は、第一及び第二の無線局の送信部の構成例を示す図である。図において、60はデータ分割回路、61-1〜61-3はプリアンブル付与回路、62-1〜62-3は変調回路、63は送信信号変換回路、64-1〜64-3は無線部、65-1〜65-3は送信アンテナ、66は行列演算回路、67は伝達関数行列管理回路、68はチャネル推定回路、69は制御情報終端回路、60は制御情報生成回路を示す。送信側の構成は、従来方式と同一であっても構わないが、本図では伝達関数行列Hの取得方法を明示するために、チャネル推定回路68、または制御情報終端回路69及び制御情報生成回路70が追加されている。【００８０】
図２においては、第一の無線局が無線データパケットを送信する際に、これに先行して伝達関数行列の推定用の信号を送信することを要求する制御信号を制御情報生成回路70にて生成し、これを送信する。この際の信号は、必ずしも複数の送信アンテナを用いて送信する必要はなく、単一アンテナから送信しても構わない。第二の無線局では、この信号を受信したことを制御情報終端回路19にて認識すると、制御情報生成回路20より制御信号を生成し、３系統のプリアンブル信号が付与された信号を3本の送信アンテナ65-1〜65-3より送信する。この信号を受信した第一の無線局は、無線部64-1〜64-3を経由してプリアンブル信号をチャネル推定回路68に入力し、チャネル推定回路68にて伝達関数行列Hを取得する。これを伝達関数行列管理回路67に入力する。【００８１】
図３においては、第一の無線局が無線データパケットを送信する際に、これに先行して制御情報生成回路70より制御信号を生成し、３系統のプリアンブル信号が付与された信号を3本の送信アンテナ65-1〜65-3より送信する。第二の無線局は、無線部64-1〜64-3を経由してプリアンブル信号をチャネル推定回路68に入力し、チャネル推定回路68にて伝達関数行列Hを取得する。この情報は、制御情報生成回路70に入力され、この伝達関数行列に関する情報を含んだ制御信号を制御情報生成回路70にて生成し、これを送信する。【００８２】
第一の無線局では、この信号を受信したことを制御情報終端回路69にて認識すると、収容されていた伝達関数行列に関する情報を取り出し、これを伝達関数行列管理回路67に入力する。なお、上記伝達関数行列に関する情報を含んだ制御信号は、必ずしも複数の送信アンテナを用いて送信する必要はなく、単一アンテナから送信しても構わない。【００８３】
さらに、「第一の制御パケット」または「第二の制御パケット」として規定した信号を、無線データパケットの送信に先立ち交換することは、必ずしも必要ではない。
一つの例として、ＭＩＭＯ技術を用いながら双方向で定常的にデータの送受信を行う場合には、伝達関数行列はデータの受信毎に取得可能である。【００８４】
また別の例として、5GHz帯におけるIEEE802.11a（ないしは２．４ＧＨｚ帯におけるIEEE802.11g）準拠の無線LANの場合を説明する。この無線LANシステムではMIMO技術は用いられておらず、将来的な拡張としてMIMO技術が期待されているのであるが、バックワードコンパチビリティの観点から、拡張されたシステムであっても、最低限、IEEE802.11a（またはIEEE802.11g）準拠の信号の送受信は可能となる。
このIEEE802.11a（またはIEEE802.11g）準拠システムでは、ユーザデータを収容した無線データパケットを送信すると、受信に成功した受信局は受信成功を示すACK（Acknowledgement）信号として、比較的信頼性の高い伝送モードを用いて無線制御パケットを返送する。MIMO技術を用いて無線データパケットを送信する場合であっても、制御信号の安定送受信の観点から無線制御パケットの転送にはMIMO技術を用いない、即ち複数の系統の信号系列を同一周波数チャネル上に重畳することなく転送することが期待される。つまり、継続的にデータ通信を行う場合には、データ（MIMO適用）→ACK（MIMO非適用）→データ（MIMO適用）→ACK（MIMO非適用）→・・・との繰り返しになると考えられる。【００８５】
このケースにおいては、MIMO技術を用いないACK返送用の無線制御パケットにおいて伝達関数行列Hの推定ができることが理想的である。また、そのための信号が、既存のIEEE802.11a（またはIEEE802.11g）準拠の無線LANのエア・インタフェースになんら変更を加えていない方法が好ましい。
これを実現するために、IEEE802.11a（またはIEEE802.11g）準拠システムで採用しているOFDM変調技術を利用する。OFDM変調技術では、複数のサブキャリアを周波数軸上に直交するように連続的に並べ、高速フーリエ変換技術を利用して通信を行う。【００８６】
MIMO技術を適用する場合には、各サブキャリア毎に伝達関数行列Hを求め、同一サブキャリア内にとじてチャネル分離処理を行う。この際、異なるサブキャリア同士では伝達関数行列Hの値は異なるが、隣接したサブキャリア間ではその相関は強くなる。この特性を利用して、例えばサブキャリア番号nにおける第i送信アンテナと第j受信アンテナ間の伝達関数をhj,i(n)とすると、隣接サブキャリアに関する情報から内挿により以下のような近似を行うことが可能である。【００８７】
【数６】
0004188372.tif 000007
【００８８】
【数７】
0004188372.tif 000008
【００８９】
【数８】
0004188372.tif 000009
【００９０】
ここで式（６）は、サブキャリア上でひとつおき（つまり２サブキャリア周期）にhj,i(n)が分かる場合に、その間の伝達関数を求める場合に利用できる。また、式（７）および式（８）は、サブキャリア上でふたつおき（つまり３サブキャリア周期）にhj,i(n)が分かる場合に、その間の伝達関数を求める場合に利用できる。【００９１】
これを利用するためには、送信側でMIMO非適用の信号を送る際に、例えば偶数サブキャリアは第１送信アンテナ、奇数サブキャリアは第2送信アンテナを用いたり、3の倍数となるサブキャリアは第1送信アンテナ、３の倍数＋１となるサブキャリアは第２送信アンテナ、３の倍数＋２となるサブキャリアは第３送信アンテナを用いて送信するなどすれば、各サブキャリア毎に伝達関数行列の要素の一部分を取得可能であり、残りの要素を式（６）〜式（８）などを用いて推定することが可能である。
なお、同様の処理は、４サブキャリア周期以上の場合（即ち、４系統以上の信号系列を重畳する場合）であっても適用可能である。【００９２】
また、内挿で求まらないような端の方のサブキャリア（例えば第1サブキャリア等）に関しては、外挿等の他の方法で近似しても構わない。
この技術の注目すべき点は、このサブキャリアを内挿により用いる提案自体は過去にもあり、Jan Boerらによる非特許文献「Jan Boer et. al., “Backwards compatibility -How to make a MIMO-OFDM system backwards compatible and coexistence with 11a/g at the link level.-“, IEEE802.11-03/714r0, September, 2003」でも提案されている。【００９３】
しかし、これらはN系統の信号系列を重畳した信号を受信する受信局においてチャネル推定するためのものであり、受信した信号の復調処理そのものに利用されていた。
一般に、隣接サブキャリア間での伝達関数の相関はそれほど強いわけではないので、これを利用して行う復調処理は受信特性を大幅に劣化させることになり、あまり実用的な技術とは言えない。しかし、これを送信側で行うユニタリ変換の行列を求めるために用いることに限定すれば、仮にユニタリ変換行列の推定精度が低くても復調処理には何ら問題は生じない。【００９４】
言い換えると、推定精度の悪さは、単に本発明を適用することによる大きな利得を若干下げる程度にとどまり、本発明不適用時の特性を下回ることはない。
なお、全ての無線局がこの機能を実装するとは限らない場合には、通信開始時に無線局間でネゴシエーションを行い、MIMO非適用時の信号の送信の仕方をお互いに通知することが好ましい。このネゴシエーション結果にあわせて、適応的に、隣接サブキャリア間での伝達関数の相関を利用してチャネル推定処理を行うようにする。【００９５】
図４は、本発明の実施形態に係る無線通信システムにおける第二の無線局の受信フローを示す図である。本図においても、従来方式の図２０との差分は、処理S74で行う行列演算処理＃２と、処理S76における行列演算処理＃３の内容のみである。
一例として、行列演算回路＃２（56）において行う処理は、HH、HH×H、(HH×H)-1を順次求め、最終的に (HH×H)-1×HHを求める。行列演算回路＃３（57）では、(HH×H)-1×HH×Rxを演算により求めている。【００９６】
別例として、行列演算回路＃２（56）において伝達関数行列Hの逆行列H-1を求め、行列演算回路＃３（57）では、H-1×Rxを演算により求められる。また、行列演算回路＃２（56）において、（F×Rx(k)−Tx(k)）H×（F×Rx(k)−Tx(k)）で与えられる物理量の複数シンボルに渡る期待値を最小化することが期待される行列演算子Fを求め、行列演算回路＃３（57）では、F×Rxを演算により求めることもできる。
一方、第一の無線局の送信部の送信フローは基本的には図１９の内容と同様であっても構わないが、送信側でチャネル推定を行う場合の一例として、以下に、異なる点について説明する。【００９７】
図５は、本発明の実施形態に係る無線通信方法の第一の無線局でのチャネル推定処理を示す図である。第一の無線局において、送信すべき無線データパケットが入力された場合（S21）、この無線データパケットの送信に先立ち、無線制御パケットを送信する（S22）。これにより第二の無線局に対し、複数の送信アンテナからそれぞれ所定のプリアンブル信号を付与した無線制御パケットの送信を要求する。無線制御パケットの待ち受け処理の後（S23）、無線制御パケットが正常に受信された場合には（S24）、その信号を複数の受信アンテナで受信し（S25）、チャネル推定により伝達関数行列Hを算出する（S26）。処理S24において無線制御パケットが正常に受信できなかった場合には、処理S22に戻り、無線制御パケットの再送信を行う。【００９８】
図６は、本発明の実施形態に係る無線通信方法の第二の無線局での無線制御パケット受信時のフローを示す図である。この無線通信方法は、N（Nは１より大きい整数）本以上の第一のアンテナ群を備えた第一の無線局と、M（Mは１より大きい整数）本の第二のアンテナ群を備えた第二の無線局との間で通信を行うものである。
図６において、信号を受信すると（S31）、無線制御パケットか否かを判断し（S32）、無線データパケットである場合には通常の受信処理を行う（S37）。【００９９】
一方、無線制御パケットであった場合には（S32）、信号種別を確認し（S33）、複数の送信アンテナからそれぞれ所定のプリアンブル信号を付与した無線制御パケットの送信を要求するものであった場合に（S34）、複数の送信アンテナからそれぞれ所定のプリアンブル信号を付与した無線制御パケットを送信する（S35）。
一方、通常の制御情報であった場合には（S34）、通常の制御情報処理を行う（S36）。【０１００】
図７は、本発明の実施形態に係る無線通信方法の第一の無線局でのチャネル推定処理を示す図である。図７において、第一の無線局において、送信すべき無線データパケットが入力された場合（S41）、この無線データパケットの送信に先立ち、N本の送信アンテナを用いてそれぞれ既知プリアンブル信号が付与された無線制御パケットを送信する（S42）。無線制御パケットの待ち受け処理の後（S43）、無線制御パケットが正常に受信された場合には（S44）、その無線制御パケットを終端処理し（S45）、この中に収容されている伝達関数行列Hに関する情報を取り出し、送信側の伝達関数行列管理回路内に設定する（S46）。処理S44において無線制御パケットが正常に受信できなかった場合には、処理S42に戻り、無線制御パケットの再送信を行う。【０１０１】
図８は、本発明の実施形態に係る無線通信方法の第二の無線局での無線制御パケット受信時のフローを示す図である。図８において、信号を受信すると（S51）、無線制御パケットか否かを判断し（S52）、無線データパケットである場合には通常の受信処理を行う（S58）。一方、無線制御パケットであった場合には（S52）、信号種別を確認し（S53）、伝達関数行列に関する情報を要求する信号であった場合には（S54）、複数の受信アンテナで受信された信号に対しそれぞれ既知のプリアンブルパターンを利用し、チャネル推定により伝達関数行列Hを取得する（S55）。その後、取得された伝達関数行列情報を収容した無線制御パケットを生成し、これを送信する（S56）。
一方、処理S54において、通常の制御情報であった場合には（S54）、通常の制御情報処理を行う（S57）。
以上、図５から図８までの説明において、第一の無線局は必ずしもデータの送信毎に無線制御パケットを送信する必要はない。例えば、最後に伝達関数を取得してから一定以上の時間がたった場合など、必要に応じて送信すれば良い。【０１０２】
なお、MIMO技術の適用領域として、現在、5GHz帯及び2.4GHz帯を用いた高速無線LANシステムの拡張が注目されている。このような無線LANシステムでは、通常、第一の無線局の機能と第二の無線局の機能をひとつの無線局内に実装するのが一般的であり、またOFDM変調方式を用いている。
そこで、図９に本発明の実施形態に係る無線通信システムにおける無線局の送受信部の構成を示す。なお、本図では簡単のために送受信アンテナが共に2系統の場合（N=M=2）の場合を例として用いている。【０１０３】
図９において、31-a〜31-bは受信アンテナ、32-a〜32-bは無線部、33-a〜33-bはFFT回路、34はチャネル推定回路、35はチャネル分離回路、36-1-a〜36-K-a及び36-1-b〜36-K-bはサブキャリア復調回路、37-a〜37-bは P/S変換回路、38はデータ合成回路、39は伝達関数補完回路、40は伝達関数管理回路＃２、41は行列演算回路、42はデータ分割回路、43-a〜43-bはS/P変換回路、44-a〜44-bはプリアンブル付与回路、45-1-a〜45-K-a及び45-1-b〜45-K-bはサブキャリア変調回路、46は送信信号変換回路、47-a〜47-bはIFFT回路、48-a〜48-bは無線部、49-a〜49-bは送信アンテナを示す。【０１０４】
まず、受信アンテナ（31-a〜31-b）にて信号を受信すると、各受信アンテナ毎に無線部（32-a〜32-b）を経由して、FFT回路（33-a〜33-b）にて各サブキャリア毎の信号に周波数軸上で分離する。この分離された信号はチャネル推定回路34に入力され、受信信号の中の既知のプリアンブル信号よりそれぞれの伝達関数情報を取得する。
受信された信号が、２系列の信号系列を重畳した信号であれば、チャネル分離回路35では、チャネル推定回路34にて求めた伝達関数情報をもとに、各系列の信号の分離処理を行い、この結果をサブキャリア復調回路（36-1-a〜36-K-a及び36-1-b〜36-K-b）に入力する。【０１０５】
サブキャリア復調回路（36-1-a〜36-K-a及び36-1-b〜36-K-b）での処理は、各サブキャリア毎に送信信号を推定し、適宜、誤り訂正処理等を行うものである。復調された信号は、サブキャリア毎に分離されていたものをP/S変換回路（37-a〜37-b）にてパラレル・シリアル変換が行われ、データ合成回路38にてデータが再生され、出力される。
一方、信号系列が重畳されていない信号であれば、チャネル分離回路35では各受信アンテナの信号をサブキャリア毎に最大比合成等の処理を行い、サブキャリア復調回路（36-1-a〜36-K-a）に入力する。この際、チャネル推定回路34からは、MIMOの伝達関数行列の一部分となる情報を伝達関数補完回路39に入力する。伝達関数補完回路39では、（式６）等で表される内挿演算によって歯抜け状の伝達関数行列の成分を生成・補完する。【０１０６】
ここで得られた伝達関数行列Hの情報は伝達関数行列管理回路＃２（40）に記録される。この行列は信号受信毎に逐次更新され、最新の情報のみが記録されている。行列演算回路41では、伝達関数行列管理回路40で管理された伝達関数行列Hに対し、HH、HH×Hを順次求め、最終的にはHH×Hに対する固有ベクトルを求めることからHH×Hを対角化するユニタリ変換行列Uを求める。
この無線局が信号を送信する場合の処理も、2系統の信号系列を重畳して送信する場合と1系統の信号を送信する場合とで処理が分かれる。【０１０７】
ユーザデータを高速で転送するような2系統の信号を重畳して送信する場合、データがデータ分割回路42に入力されると、これを2系統の信号系列に分割し、S/P変換回路（43-a〜43-b）ではさらに各サブキャリア毎に信号を振り分ける。この各サブキャリアの信号には、プリアンブル付与回路（44-a〜44-b）にて既知のプリアンブル信号が付与され、サブキャリア変調回路（45-1-a〜45-K-a及び45-1-b〜45-K-b）にて所定の変調が施され、送信信号変換回路46に入力される。【０１０８】
送信信号変換回路46では、行列演算回路41で生成した各サブキャリア毎のユニタリ変換行列を用いて変換された信号を生成し、これをIFFT回路（47-a〜47-b）に入力する。IFFT回路（47-a〜47-b）では、周波数軸上に分離された信号を時間軸上の信号に変換し、無線部（48-a〜48-b）を経由して送信アンテナ（49-a〜49-b）から送信される。【０１０９】
一方、1系統の信号を送信する場合には、例えばデータ分割回路42からはS/P変換回路（43-a）とS/P変換回路（43-b）に同一の信号を入力するが、送信アンテナ49-aから送信する信号は奇数サブキャリア、送信アンテナ49-bから送信する信号は偶数サブキャリアとなるように、送信信号変換回路46にて、サブキャリア変調回路のうちの45-1-a、45-3-a、45-5-a・・・、45-2-b、45-4-b、45-6-b・・・のみの信号を有効とし（すなわち45-2-a、45-4-a、45-6-a・・・、45-1-b、45-3-b、45-5-b・・・の信号は廃棄）、IFFT回路（47-a〜47-b）に出力する。その他の処理については、従来通りの処理とする。
なお、以上の処理において、第一の無線局から第二の無線局へ信号を送信する場合の伝達関数と、その逆方向の伝達関数との間に所定の差分が存在する場合には、送信側でユニタリ変換を取得するために用いる伝達関数に対して、この差分を補正する処理を追加することもできる。【０１１０】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ＯＦＤＭ変調方式にＭＩＭＯ技術を用いる際に、サブキャリア毎に各信号系列を送信する際に用いるアンテナを入れ替える技術に関するものである。
ここでは説明を簡単にするため、３つの信号系列を重畳して伝送を行う場合を想定し、アンテナ数を３本または４本とした例を用いて説明する。
図１４は、本発明の第２実施形態における第一の無線局（送信局）の送信フローを示す図である。
データが入力されると（ステップＳ１）、入力されたデータはＮ系統のデータ系列に分割され（ステップＳ２）、これらの信号にはそれぞれプリアンブル信号が付与され（ステップＳ３）、これに各系列毎に個別に変調処理を行う（ステップＳ４）。変調された信号には、送信信号変換処理＃１として、サブキャリア毎に、各サブキャリアに対応した行列Ｒｋを用いて信号系列と送信アンテナの対応をシャッフル（入換え）するための変換処理が実施され（ステップＳ５）、変換後の信号が無線部にて無線周波数に変換され信号が送信される（ステップＳ６）。なお、第二の無線局（受信局）の受信フローは、図２０に示した従来方式と同様であり、異なる点はない。【０１１１】
ここで、送信信号変換処理＃１（ステップＳ５）における変換処理においては、例えば重畳する信号系列の数が３である場合には、以下に示す３つの行列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を用いる。【０１１２】
【数９】
0004188372.tif 000010
・・・（9）
【０１１３】
【数１０】
0004188372.tif 000011
・・・（10）
【０１１４】
【数１１】
0004188372.tif 000012
・・・（11）
ひとつの例として、サブキャリア＃１に対してはＲ１を、サブキャリア＃２に対してはＲ２を、サブキャリア＃３に対してはＲ３を、サブキャリア＃４に対してはＲ１を、サブキャリア＃５に対してはＲ２を・・・と順番に入れ替えながら変換を行う。ここでの処理は、例えば変換Ｒ２とは、ＭＩＭＯにおける信号系列の＃１を＃２に置き換え、＃２を＃３に置き換え、＃３を＃１に置き換えるという処理に対応する。つまり、サブキャリア＃１とサブキャリア＃２の様に隣接するサブキャリア間では、各信号系列を送信するアンテナが異なるようにしている。【０１１５】
この回転行列は、基本的には(式９)に示されたＲ１に対し、各行を適宜入れ替えた処理により求められる。Ｎ行Ｎ列の正方行列に対してこの様な行列を生成する方法としては、Ｎ＞ｊ≧１なる整数ｊ対し第(ｊ+１,ｊ)成分及び第（１,Ｎ）成分のみが１で且つ他の成分が０であるＮ行Ｎ列の行列をＰとし、更にＮ≧ｋ≧２なる整数ｋに対し【０１１６】
【数１２】
0004188372.tif 000013
・・・（12）
により計Ｎ個の行列として求めることができる。
なお、Ｒ１は式（９）の様に単位行列である必要はなく、単位行列の行（または列）を適当に入れ替えたものであっても構わない。【０１１７】
ここで、既存の無線ＬＡＮシステムとしてＩＥＥＥ８０２.１１ａないしはＩＥＥＥ８０２.１１ｇ準拠のシステムを考えた場合、ＯＦＤＭ変調の４８本あるデータ伝送用のサブキャリアに対し、３サブキャリア周期でデータビット列の順番を入れ替えるインターリーブ処理を行っている。【０１１８】
つまり、サブキャリア＃１→サブキャリア＃４→サブキャリア＃７→・・・→サブキャリア＃２→サブキャリア＃５→サブキャリア＃８→・・・→サブキャリア＃３→サブキャリア＃６→サブキャリア＃９→・・・サブキャリア＃４８→サブキャリア＃１・・・の順番で、データのビット列が並ぶことになる。上述例において、(式９)から(式１１)の回転行列を用いる場合、サブキャリア＃１とサブキャリア＃４には同一の回転行列が用いられることになる。この場合には、回転行列によるシャッフルの効果は得られなくなるため、この様な場合には工夫が必要である。例えば、
サブキャリア＃１：行列Ｒ１使用、
サブキャリア＃２：行列Ｒ２使用、
サブキャリア＃３：行列Ｒ３使用、
サブキャリア＃４：行列Ｒ２使用、
サブキャリア＃５：行列Ｒ３使用、
サブキャリア＃６：行列Ｒ１使用、
サブキャリア＃７：行列Ｒ３使用、
サブキャリア＃８：行列Ｒ１使用
サブキャリア＃９：行列Ｒ２使用、
サブキャリア＃１０：行列Ｒ１使用、
サブキャリア＃１１：行列Ｒ２使用、
サブキャリア＃１２：行列Ｒ３使用、【０１１９】
の様な順番で、３種類の回転行列を用いながら、９サブキャリア周期となる様に調整し、インタリーブ周期である３サブキャリア周期で回転行列が重ならない様に調整を行う。
これにより、インタリーブを行う場合であっても本発明の効果を得られるようにすることができる。【０１２０】
図１５は、一具体例における第一の無線局（送信局）の送信フローを示す。図１４に示す送信フローとの差分は、処理ステップＳ５と処理ステップＳ６の間に送信信号変換処理＃２（ステップＳ８）を行っている点である。ここでは、処理ステップＳ５でサブキャリア毎に各サブキャリアに対応した回転行列を送信信号ベクトルｘにかけた後、サブキャリア毎に個別のユニタリー変換行列をさらにかける処理を行う（ステップＳ８）。これによって、送信信号ベクトルはＵ×Ｒ×ｘとなる。各サブキャリア毎にこのベクトルの各成分で与えられる信号を、各無線部及びアンテナより送信することになる（ステップＳ６）。【０１２１】
図１６は、一具体例における第一の無線局の送信フローを示す。図１４に示す送信フローとの差分は、処理ステップＳ５と処理ステップＳ６の間に送信信号変換処理＃３（ステップＳ９）及び送信信号変換処理＃４（ステップＳ１０）を行っている点である。ここでは、処理ステップＳ５でサブキャリア毎に個別の回転行列を送信信号ベクトルｘにかけた後、ベクトルＲ×ｘに(式１３)で与えられる行列をかける（ステップＳ９）。【０１２２】
【数１３】
0004188372.tif 000014
・・・（13）
これにより、例えば３つの信号系列を送信するために３行１列の列ベクトルであったものを、４行１列の列ベクトルに変換する。その後、４行４列のサブキャリア毎に個別のユニタリー変換行列Ｕをさらにかける送信信号変換処理＃４を行う（ステップＳ１０）。これによって、送信信号ベクトルはＵ×Ｔ×Ｒ×ｘとなる。このベクトルの各成分で与えられる信号を、各無線部及びアンテナより送信することになる（ステップＳ６）。
また、図１５におけるステップＳ５とＳ８，および図１６におけるステップＳ５とＳ９とＳ１０は、ここでは順番に処理を行うとしたが、これらをまとめた変換行列を別途作成しておき、一括して変換処理を行っても構わない。【０１２３】
なお、以上に示した回転行列はひとつの例であり、その他の回転行列を用いてもよいし、また、上述したものとは異なる順番でサブキャリアに対応させても構わない。さらに、伝達関数行列Ｈは、各サブキャリア毎に異なるため、これに対応したユニタリー変換行列も各サブキャリア毎に個別のものとなる。このユニタリー変換行列は、従来方式と同様に、図１６に示した処理フローとは別に求めておくことになる。【０１２４】
以上の方式を無線通信装置として実現するための構成例を以下に図を示して説明する。
図１０は、本実施形態における第一の無線局の送信部の構成例を示す図である。    図１０において、１はデータ分割回路、２−１〜２−３はプリアンブル付与回路、３−１〜３−３は変調回路、４は送信信号変換回路＃１、５−１〜５−３は無線部、６−１〜６−３はアンテナを示す。【０１２５】
ユーザデータがデータ分割回路１に入力されると、本図では３つの信号系列に分割され、それぞれがプリアンブル付与回路２−１〜２−３に入力される。ここでは、信号系列毎に異なった所定のプリアンブル信号が付与される。プリアンブル信号が付与されて生成された３つの信号系列は、それぞれが独立に変調回路３−１〜３−３で所定の変調が施される。なお、ここではＯＦＤＭ変調を行うため、各信号系列はサブキャリア毎に変調が施される。【０１２６】
これらの信号は、送信信号変換回路＃１（４）にてサブキャリア毎に所定の変換が行われる。変換された信号は、無線部５−１〜５−３を経由して、アンテナ６−１〜６−３より送信される。【０１２７】
ここでは、例えば（式９）〜（式１１）に示す３つの行列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を用いる。ひとつの例として、サブキャリア＃１に対してはＲ１を、サブキャリア＃２に対してはＲ２を、サブキャリア＃３に対してはＲ３を、サブキャリア＃４に対してはＲ１を、サブキャリア＃５に対してはＲ２を・・・と順番に入れ替えながら変換を行う。【０１２８】
ここでの処理は、例えば変換Ｒ２とは、ＭＩＭＯにおける信号系列の＃１を＃２に置き換え、＃２を＃３に置き換え、＃３を＃１に置き換えるという処理に対応する。つまり、サブキャリア＃１とサブキャリア＃２の様に隣接するサブキャリア間では、各信号系列を送信するアンテナが異なるようにしている。【０１２９】
この様にして送信信号変換回路４にて変換された信号は、無線部５−１〜５−３を介してアンテナ６−１〜６−３からそれぞれ送信される。【０１３０】
なお、ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合、複数のサブキャリア内にはユーザデータの含まれない既知信号が収容されたパイロットサブキャリアが含まれる場合があるが、ここでの番号付けはパイロットサブキャリアを除外しているものとして説明した。【０１３１】
また、図１１は、本実施形態の無線通信方法における第二の無線局の受信部の構成例を示す。
図１１において、２１−１〜２１−３はアンテナ、２２−１〜２２−３は無線部、２３はチャネル推定回路、２４は受信信号管理回路、２５は伝達関数行列管理回路、２６は行列演算回路（受信）＃１、２７は行列演算回路（受信）＃２、２８は硬判定回路、２９はデータ合成回路を示す。【０１３２】
アンテナ２１−１〜２１−３を介して、無線部２２−１〜２２−３は個別にデータの受信処理を行う。それぞれ受信した信号はチャネル推定回路２３に入力される。ここでは、受信信号に含まれる既知信号部分、例えばプリアンブル信号などから各パス毎及び各サブキャリア毎に個別の伝達関数を算出する。この情報は伝達関数行列管理回路２５に入力され、伝達関数行列Ｈとして管理される。行列演算回路（受信）＃１（２６）では、必要に応じて復調のための準備の行列演算を行う。例えば、行列が正方行列であれば行列Ｈの逆行列のみを、それ以外の場合には、行列Ｈのエルミート共役の行列である行列ＨＨを、更に（ＨＨ×Ｈ）、この逆行列とＨＨの積（ＨＨ×Ｈ）−１×ＨＨを順次計算する。以降の説明は、非正方行列の場合を仮定して進める。【０１３３】
プリアンブル信号などに後続するデータに対しては、受信信号管理回路２４で一旦管理し、行列（ＨＨ×Ｈ）−１×ＨＨとこの受信信号Ｒｘとの積を行列演算回路（受信）＃２（２７）で求める。硬判定回路２８では、求まった信号に対して硬判定処理を実施し、送信信号を推定する。データ合成回路では、各信号系統に分離された再生信号系列をそれぞれ合成し、送信側でのユーザデータを再生し、データを出力する。以上の説明は、ＺＦ法を例にとって行ったが、ＭＭＳＥ法、ＭＬＤ法、また、それらの組み合わせ方法等を含むその他の方式を用いても構わない。
更に、本発明の実施形態例においては、ＯＦＤＭ変調方式に適用する場合を中心に説明を行っているが、サブキャリア単位での適用が可能であり、当然ながら、シングルキャリア変調方式においても適用が可能である。【０１３４】
また、図１２は、本実施形態の無線通信方法における第一の無線局の送信部の第２の構成例を示す。図１２に示す例においては、データ分割回路１、プリアンブル付与回路２−１〜２−３、変調回路３−１〜３−３、送信信号変換回路＃１（４）、無線部５−１〜５−３、アンテナ６−１〜６−３は図１０と同様であり、これに加えて、チャネル推定回路７、伝達関数行列管理回路８、行列演算回路＃１（９）、行列演算回路＃２（１０）、送信信号変換回路＃２（１１）が設けられている。【０１３５】
なお、ユーザデータを含む信号を送信しようとする第一の無線局においても、第二の無線局より信号を受信する際には、アンテナ６−１〜６−３で受信した信号を無線部５−１〜５−３を介してチャネル推定回路７に入力する。ここでは、図１１に示した受信部と同様に受信信号に含まれる既知信号部分、例えばプリアンブル信号などから各パス毎且つサブキャリア毎の伝達関数を算出する。【０１３６】
この情報は伝達関数行列管理回路８に入力され、各サブキャリア毎に伝達関数行列Ｈとして管理される。行列演算回路＃１（９）においては、行列Ｈのエルミート共役の行列である行列ＨＨ及びＨＨ×Ｈを順次計算する。この結果をもとに、行列演算回路＃２（１０）では、行列ＨＨ×Ｈを対角化可能なユニタリー行列Ｕを各サブキャリア毎に算出する。
この際、ユニタリ変換行列により対角化された行列の第(ｉ,ｉ)成分の固有値は、ｉの値が小さいほど固有値の絶対値が大きくなる（又は小さくなる）様に調整する。以上の様にして得られた各サブキャリア毎のユニタリ変換行列Ｕを用い、図１２の場合に送信信号変換回路４から出力される信号に対して、送信信号変換回路＃２（１１）ではユニタリ変換処理を施し、これを無線部５−１〜５−３及びアンテナ６−１〜６−３を介して送信する。
受信側の処理は図１１の場合と同様の処理を行う。【０１３７】
また、図１３は、本実施形態の無線通信方法における第一の無線局の送信部の第３の構成例を示す。図１３に示す構成例においては、データ分割回路１、プリアンブル付与回路２−１〜２−３、変調回路３−１〜３−３、送信信号変換回路＃１（４）、無線部５−１〜５−３、アンテナ６−１〜６−３、チャネル推定回路７、伝達関数行列管理回路８、行列演算回路＃１（９）、及び行列演算回路＃２（１０）は、図１２に示す構成例と共通である。これに加えて、送信信号変換回路＃３（１２）、送信信号変換回路＃４（１３）が設けられている。【０１３８】
また、図１０及び図１２に示す構成例では、３系であった無線部５−１〜５−３及びアンテナ６−１〜６−３は４系統に拡張され、無線部５−４及びアンテナ６−４が追加されている。これに伴い、チャネル推定回路７から行列演算回路＃２（１０）内で処理される行列の次数も一部変更されている。【０１３９】
図１３に示す構成例おいては、送信信号変換回路４から出力される信号に対して、送信信号変換回路＃３（１２）では上述の（式１３）で表される変換行列を積算する。この演算の意味するところは、単に３つの成分より形成される送信ベクトルを４つの成分の送信ベクトルに変換するという点である。行列が４行３列であるのは、ＭＩＭＯの信号系列の重畳数が３であるのに対し信号送信のためのアンテナ数が４であるためである。一般に、重畳数がＭ、信号送信のためのアンテナ数がＮであればＮ行Ｍ列の行列で、且つ上側Ｍ行の行列がＭ行Ｍ列の単位行列、下側（Ｎ−Ｍ）列が全てゼロの行列となっている。これにより送信アンテナの本数分の成分（即ちユニタリ変換行列と同じ次数）を持った送信信号ベクトルが得られ、送信信号変換回路＃４（１３）ではこの送信信号ベクトルにユニタリ変換処理を施し、これを無線部５−１〜５−４及びアンテナ６−１〜６−４を介して送信する。なお、受信側の処理は図１１の場合と同様の処理を行う。
さらに、本図に示す構成例においても、一連の処理は各サブキャリア毎に個別に行う。また、図１２における送信信号変換回路＃１（４）と送信信号変換回路＃２（１１）、および図１３における送信信号変換回路＃１（４）と送信信号変換回路＃３（１２）と送信信号変換回路＃４（１３）は、それぞれ別の機能ブロックとしたが、これらをまとめた変換行列を別途作成しておき、一つの機能ブロックにまとめて一括の変換処理を行っても構わない。【０１４０】
以上詳細に説明した様に、本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、重畳する複数の信号系列毎の受信特性を均一化し、伝送路上における符号誤りをランダム化することが可能となる。特に、ＯＦＤＭ変調方式を用いたＥ−ＳＤＭ方式と組み合わせた場合には、ＭＩＭＯ技術の持つ性質として、重畳する信号系列間に受信特性の大きなばらつきが発生するという傾向があったが、本発明により信号系列毎の受信特性を平均化し、エラーをランダム化することにより、その結果、誤り訂正の利得を向上させ、全体としてのパケット誤り率特性を改善する効果を得ることができる。【０１４１】
また、図１０に示す送信部内の各回路、図１１に示す受信部内の各回路、図１２に示す送信部内の各回路、図１３に示す送信部内の各回路は、専用のハードウエアにより実現されるものであってもよく、メモリおよびＣＰＵ（中央処理装置）により構成し、これらの各回路の機能を実現するためのプログラム（図示せず）をメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。【０１４２】
また、図１０に示す送信部内の各回路、図１１に示す受信部内の各回路、図１２に示す送信部内の各回路、図１３に示す送信部内の各回路の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、図１０に示す送信部内の各回路、図１１に示す受信部内の各回路、図１２に示す送信部内の各回路、図１３に示す送信部内の各回路に必要な処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。【０１４３】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体ないしは伝送波）、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。【０１４４】
また、以上説明した実施の形態例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することが出来る。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明によれば、MIMO技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、伝達関数行列を精度良く推定できた場合にはＥ−ＳＤＭ法と等価な良好な特性を実現しながらも、伝達関数行列を精度良く推定できない場合であっても安定した特性を示すことが可能であるという効果を得ることができる。
また、ＯＦＤＭ変調方式にＭＩＭＯ技術を用いる際に、サブキャリア毎に各信号系列を送信する際に用いるアンテナを入れ替えることにより、信号系列毎の誤りを平均化およびランダム化し、誤り訂正における符号化利得を向上させることができる。即ち、ＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、重畳する複数の信号系列毎の受信特性を均一化し、伝送路上における符号誤りをランダム化することが可能となる効果を有するので、本発明は、２.４ＧＨz帯または５ＧＨz帯等を用いた高速無線アクセスシステム（又は無線ＬＡＮシステム）の伝送速度の高速化を行うためにおいて利用される。
【図１】
0004188372.tif 000015
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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