(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、
前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記受信装置における受信方式を推定する推定部と、
前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、
前記推定部で推定された、前記受信装置における受信方式、および前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部と、
を有する、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記判定部での判定結果、前記直交性が保持されている場合には、注水定理に基づいた第１の制御方式に基づいて前記送信装置における前記所定の制御を実行し、前記直交性が崩れている場合には、前記１の制御方式とは異なる第２の制御方式に基づいて、前記所定の制御を実行する、
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】
送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、
前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、
前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記判定部での判定結果、前記直交性が保持されている場合には、注水定理に基づいた第１の制御方式に基づいて前記送信装置における前記所定の制御を実行し、前記直交性が崩れている場合には、前記１の制御方式とは異なる第２の制御方式に基づいて、前記所定の制御を実行する、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
前記第２の制御方式は、前記直交性の崩れ度合いと、前記受信装置における受信方式に基づいて、注水定理に基づく制御と無制御の割合を変化させる制御である、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記受信装置には、受信信号に基づいて、前記伝搬路の品質に関する情報としての、前記伝搬路の特性を推定する伝搬路推定部が備えられ、
前記判定部は、
前記伝搬路推定部で推定された伝搬路特性を示す情報と、前記受信装置から前記送信装置へ送信された前記伝搬路特性を示す情報とに基づいて、前記直交性が保持されているか、崩れているかを判定する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信装置における送信時の所定の制御は、少なくとも、送信時の電力制御あるいは変調符号化の制御である、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、
前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、
前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部と、を有し、
前記受信装置には、受信信号に基づいて、前記伝搬路の品質に関する情報としての、前記伝搬路の特性を推定する伝搬路推定部が備えられ、
前記判定部は、
前記伝搬路推定部で推定された伝搬路特性を示す情報と、前記受信装置から前記送信装置へ送信された前記伝搬路特性を示す情報とに基づいて、前記直交性が保持されているか、崩れているかを判定する、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、
前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、
前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部と、を有し、
前記送信装置における送信時の所定の制御は、少なくとも、送信時の電力制御あるいは変調符号化の制御である、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信装置において、
前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、相手側の無線通信装置における受信方式を推定する推定部と、
前記伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを把握する把握部と、
前記推定部で推定された、前記相手側の無線通信装置における受信方式、および前記把握部での把握結果に応じて、送信時の所定の制御を実行する制御部と、
を有する、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおける無線通信方法において、
前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記受信装置における受信方式を推定するステップと、
前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかの判定を行うステップと、
推定された前記受信装置における受信方式、および前記判定の結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行するステップと、
を有する、ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ通信を利用した無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信システムにおいて、受信品質を評価し、それに応じて適応的にリソースを分配することでシステム全体の伝送容量を増やすという手法がよく用いられている。特に、送受信において複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信では、ＳＶＤ（Singular Value Decomposition：特異値分解）という手法によって固有パスとよばれる独立な伝搬路を利用する際、この固有パスの固有値の大きさに応じて、各パスの送信電力および変調方式を制御することで飛躍的にシステムの伝送容量を増やすことが可能であることが分っている。
この、ＭＩＭＯ通信における適応制御の手法としては注水定理に基づく手法が一般に最適であるとされ、実際の離散的な変調方式などのもとで如何にシステムの伝送容量を増やすかについて様々な検討が行われている。また、この時、最も固有値の小さいパスに関しては、送信に対するコストパフォーマンスが低いため、最初から使用しないよう簡易的に制御する手法も考えられている。
しかし、このような固有パスを用いるＭＩＭＯ通信の制御方法は非常にセンシティブであり、何らかの理由で直交性が崩れると伝送特性が大きく劣化することも知られている。この問題に対し、ドップラー周波数などを既知の情報とした時、その情報に基づいてＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio：信号対干渉雑音電力比）を計算し、制御を行うことで、直交性が崩れた場合の特性劣化を抑えるということが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、ＳＩＮＲに基づいて適応制御を行う従来の無線通信システムの基本的な構成図であり、図９は、動作を説明するフローチャートである。送信装置１は、Ｓ／Ｐ部３１、適応変調符号化部３２、適応送信電力制御部３３、送信ビームフォーミング部３４を備え、受信装置２は、受信アンテナ処理部３５、復調処理部３６、Ｐ／Ｓ部３７を備えている。チャネル推定部３８、ＳＶＤ部３９、ＳＩＮＲ計算部４０、送信適応制御部４１は、送信装置１と受信装置２のいずれかに備えられる。
チャネル推定部３８は、現在の伝搬路のチャネル推定を行い（ステップ２０１）、ＳＶＤ部３９は、、チャネル推定値からＳＶＤ処理により送信ウェイトを計算し（ステップ２０２）、ＳＩＮＲ計算部４０は、既知のドップラー周波数の情報に基づいてＳＩＮＲを計算し（ステップ２０３）、送信適応制御部４１は、ＳＩＮＲに基づいた適応制御を行う（ステップ２０４）。
【特許文献１】特開２００５−２５２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、固有パスを利用するＭＩＭＯ（以下ＳＶＤ−ＭＩＭＯ）通信において適応制御を行う場合に、伝搬路の変動に起因する直交性の崩れが、特性劣化の大きな原因となる。このような直交性が崩れるような場合に、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信に最適な適応制御を行う手法は、実際にはシステム全体の伝送容量を損なうことがある。
また、特許文献１では、ドップラー周波数が既知であるとしているが、一般にドップラー周波数を推定することは難しいため、簡易的に直交性が崩れているかどうかの判定が可能であることが望ましく、同時に、簡易的に受信処理手法を知ることが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ドップラー周波数を直接計測しなくとも、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信における適応制御が機能するかを判定できる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記受信装置における受信方式を推定する推定部と、前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、前記推定部で推定された、前記受信装置における受信方式、および前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
前記制御部は、前記判定部での判定結果、前記直交性が保持されている場合には、注水定理に基づいた第１の制御方式に基づいて前記送信装置における前記所定の制御を実行し、前記直交性が崩れている場合には、前記１の制御方式とは異なる第２の制御方式に基づいて、前記所定の制御を実行することが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部とを有し、前記制御部は、前記判定部での判定結果、前記直交性が保持されている場合には、注水定理に基づいた第１の制御方式に基づいて前記送信装置における前記所定の制御を実行し、前記直交性が崩れている場合には、前記１の制御方式とは異なる第２の制御方式に基づいて、前記所定の制御を実行することを特徴とする。
前記第２の制御方式は、前記直交性の崩れ度合いと、前記受信装置における受信方式に基づいて、注水定理に基づく制御と無制御の割合を変化させる制御であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、前記受信装置には、受信信号に基づいて、前記伝搬路の品質に関する情報としての、前記伝搬路の特性を推定する伝搬路推定部が備えられ、前記判定部は、前記伝搬路推定部で推定された伝搬路特性を示す情報と、前記受信装置から前記送信装置へ送信された前記伝搬路特性を示す情報とに基づいて、前記直交性が保持されているか、崩れているかを判定することが好ましい。
【００１０】
また、前記送信装置における送信時の所定の制御は、少なくとも、送信時の電力制御あるいは変調符号化の制御であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部とを有し、前記受信装置には、受信信号に基づいて、前記伝搬路の品質に関する情報としての、前記伝搬路の特性を推定する伝搬路推定部が備えられ、前記判定部は、前記伝搬路推定部で推定された伝搬路特性を示す情報と、前記受信装置から前記送信装置へ送信された前記伝搬路特性を示す情報とに基づいて、前記直交性が保持されているか、崩れているかを判定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおいて、前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定する判定部と、前記判定部での判定結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行する制御部とを有し、前記送信装置における送信時の所定の制御は、少なくとも、送信時の電力制御あるいは変調符号化の制御であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信装置において、前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、相手側の無線通信装置における受信方式を推定する推定部と、前記伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを把握する把握部と、前記推定部で推定された、前記相手側の無線通信装置における受信方式、および前記把握部での把握結果に応じて、送信時の所定の制御を実行する制御部とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数の固有パスを介した無線通信を実行する無線通信システムにおける無線通信方法において、前記各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記受信装置における受信方式を推定するステップと、前記送信装置と前記受信装置との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、前記複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかの判定を行うステップと、推定された前記受信装置における受信方式、および前記判定の結果に応じて、前記送信装置における送信時の所定の制御を実行するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ドップラー周波数を直接計測しなくとも、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信における適応制御を効率よく実行することができる。また、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信のみの適応制御が有効に機能しなくなった場合においても、受信側の受信信号を分離する受信方式を考慮することにより従来手法に比べ、システムの伝送容量を有効に利用するよう受信側と協調して制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の基本となるＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信について説明する。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信では、以下の式に基づいて送受信のウェイトを求める。
【数１】
0005069579.tif 000002
ただし、
【数２】
0005069579.tif 000003
である。
【００１７】
この時、送受信のウェイトをそれぞれ
【数３】
0005069579.tif 000004
とすると、受信信号ｙと送信信号ｘの関係は、
【数４】
0005069579.tif 000005
がユニタリ性を満たすため、以下のように表される。
【数５】
0005069579.tif 000006
【００１８】
したがって、予測した伝搬路の
【数６】
0005069579.tif 000007
と実際に送信時した時の伝搬路の
【数７】
0005069579.tif 000008
が等しい場合、送信信号は各パスの固有値に応じて独立に受信できることが分る。ただし、この場合、ノイズは考慮していない。
【００１９】
従来のＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信の適応制御では、固有値の大きいパスに大量のデータまたは送信電力を割り当て、固有値の小さいパスにはデータの割り当てを減らす、または電力を割り当てないとすることで、注水定理に基づいた高効率なデータ転送を実現しようとする。
【００２０】
しかし、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信において、予測した伝搬路の
【数８】
0005069579.tif 000009
と実際に送信した時の伝搬路の
【数９】
0005069579.tif 000010
が異なると、固有パス間の直交性が崩れ、それによるパス間の干渉の増加により、受信側でＳＶＤの処理のみを行っているとＢＥＲ（Bit Error Rate）特性が大きく劣化する。
【００２１】
図１は、直交性が崩れたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図であり、送信アンテナ４本、受信アンテナ４本、最大４本の固有パス、８ビットデータ送信において、予測時と送信時の時間差が０ｍｓｅｃ、０．１ｍｓｅｃ、０．２ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、１ｍｓｅｃのときのＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音電力比）に対するＢＥＲを示している。遅延時間が０ｍｓｅｃのとき以外は特性が劣化していることが分かる。
【００２２】
また、このように伝搬路予測値
【数１０】
0005069579.tif 000011
と実際の伝搬路
【数１１】
0005069579.tif 000012
が異なる場合は、送信側で重み付けし、受信側でＭＩＭＯ処理を行った場合の各パスの特性は近づくことが分っている。
【００２３】
もし、この状況においてもＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムが完璧であるとして適応制御をしている場合、既に使用できなくなった固有パスにデータを割り当てたり、使用に耐えうる固有パスにデータを割り当てないなどしてシステム容量が損なわれてしまう。
したがって、何らかの手段により直交性の崩れを把握した場合は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムが完全に動作する場合とは異なるアルゴリズムに基づいて制御することが望ましい。
【００２４】
直交性の崩れの検出は、送信側／受信側のどちらかが行えばよく、受信側の処理能力が低い場合にはフィードバック情報などを利用して送信側が、受信側の処理能力が充分有り、余計なフィードバック情報を付加したくない場合は受信側で検知し、検知した結果のみを返すようにするなどが考えられる。
【００２５】
例として、送信側で直交性の崩れを検出する場合、ＳＶＤ処理による送信時のパス毎のＳＮＲと、フィードバック情報などで得られる受信側の受信時のパス毎のＳＮＲが得られるとする。このとき、両者が良く一致していれば、予測した伝搬路の
【数１２】
0005069579.tif 000013
と送信時の伝搬路の
【数１３】
0005069579.tif 000014
との差がほとんど無く、直交性が維持されていると考えられる。しかし両者にずれが生じた場合、特に固有値の大きい上位の固有パスのＳＮＲが受信時で下がり、逆に固有値の小さい下位の固有パスのＳＮＲが上がるような場合、直交性が崩れていると判断できる。
【００２６】
この情報に基づいて、厳密な注水定理に則った適応制御をするのではなく、補正を加えて制御することで直交性が崩れた場合にもシステム容量を有効に活用できるよう制御をすることが望ましい。
また、受信側で固有パスの分離にＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤検出）などの高度な受信方式を用いる場合は、固有モードの直交性が崩れたときに、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗平均誤差）などの簡易な受信方式を用いる場合と比べ、ＢＥＲ特性を維持する能力が高いため、適応制御の効果が維持しやすい。
図２は、固有パスの分離にＭＬＤの受信方式を用いたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図であり、図３は、固有パスの分離にＭＭＳＥの受信方式を用いたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図である。送信アンテナ４本、受信アンテナ４本、最大４本の固有パス、１シンボル当たり合計８ビットデータ送信において、予測時と送信時の時間差が０ｍｓｅｃ、０．１ｍｓｅｃ、０．２ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、１ｍｓｅｃのときのＳＮＲに対するＢＥＲを示している。図２、図３から、固有パスの分離にＭＬＤの受信方式を用いたときの方がＢＥＲ特性を維持する能力が高いことが分かる。
したがって、受信方式が分れば、それに応じて適応制御を行う、行わないの判断基準を変更し、よりシステム容量の有効活用ができると考えられる。
【００２７】
以上を踏まえて本発明について説明する。図４は、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。図４において、送信装置１は、複数の送信アンテナを有しており、Ｓ／Ｐ部１１、適応変調符号化部１２、適応送信電力制御部１３、送信ビームフォーミング部１４を備えている。受信装置２は、複数のアンテナを有しており、受信アンテナ処理部１５、復調処理部１６、Ｐ／Ｓ部１７、チャネル推定部（伝搬路推定部）１８を備えている。ＳＶＤ部１９、直交性判定部（判定部、把握部）２０、受信方式推定部（推定部）２２、送信適応制御部（制御部）２３は、送信装置１と受信装置２のいずれに備えるようにしても良い。
【００２８】
Ｓ／Ｐ部１１は、送信データをシリアルパラレル変換し、固有パスごとの送信データを出力する。適応変調符号化部１２は、固有パスごとの送信データを、送信適応制御部２３の出力に従い、それぞれ変調・符号化を行う。適応送信電力制御部１３は、適応変調符号化部１２の出力である固有パスごとの送信信号に対して、送信適応制御部２３の出力に従い、送信電力を制御する。送信ビームフォーミング部１４は、適応送信電力制御部１３の出力である送信信号に、ＳＶＤ部１９の出力である送信ウェイトを乗算することで送信固有ビームを形成し、送信アンテナごとにそれらの信号を多重化する。
【００２９】
複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナの間には、ＭＩＭＯチャネルが形成される。受信アンテナ処理部１５は、チャネル推定部１８の出力であるチャネル推定結果に基づき、受信ウェイトを計算することで空間フィルタリングを行う、または、最尤受信処理等を行うことにより、各固有パスの信号を取り出す。復調処理部１６では、各固有モードの信号に対して、送信適応制御部２３の出力情報に基づき、誤り訂正復号などの処理を行い、受信データを出力する。Ｐ／Ｓ部１７は、各固有モードの受信データを、パラレルシリアル変換する。
【００３０】
チャネル推定部１８は、複数の受信アンテナで受信された信号に基づいて、伝搬路特性の推定（チャネル推定）を行う。ＳＶＤ（Singular Value Decomposition：特異値分解）部１９は、チャネル推定値をそれぞれ特異値分解する。直交性判定部２０は、送信装置１と受信装置２との間の伝搬路の品質に関する情報に基づいて、複数の固有パスの直交性が保持されているか、崩れているかを判定（把握）する。即ち、チャネル推定部１８で推定された伝搬路特性を示す情報と、受信装置２から送信装置１へ送信された伝搬路特性を示す情報とに基づいて、直交性が保持されているか、崩れているかを判定（把握）する。受信方式推定部２２は、各固有パスにおける伝搬路の品質に関する情報（伝搬路特性を示す情報）に基づいて、受信装置２における固有パスを分離する受信方式を推定する。送信適応制御部２３は、受信方式推定部２２で推定された受信装置の受信方式、および直交性判定部２０での判定結果（把握結果）に基づき、送信装置１における送信時の所定の制御（電力制御あるいは変調符号化の制御）を実行する。
【００３１】
次に、本発明の動作を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。チャネル推定部１８において、現在の伝搬路のチャネル推定を行い（ステップ１０１）、ＳＶＤ部１９において、チャネル推定値からＳＶＤ処理により送信ウェイトを計算し（ステップ１０２）、直交性判定部２０において、チャネル推定部１８からのチャネル情報と、受信装置からフィードバックされた固有値情報などから直交性が崩れていないかどうかを判定（把握）し（ステップ１０３）、直交性が崩れていない場合（Ｎｏの場合）は、送信適応制御部２３において、注水定理に基づいた適応制御（第１の制御方式）を行う（ステップ１０６）。ステップ１０３において、直交性が崩れている場合（Ｙｅｓの場合）は、受信方式推定部２２において、固有パスを分離する受信方式を推定し（ステップ１０４）、送信適応制御部２３において、直交性と受信方式に基づいた適応制御（第２の制御方式）を行う（ステップ１０５）。
【００３２】
ここで、固有パスの直交性の崩れを判定するのは送信／受信のどちらでも構わないが、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）システムなどで必須となるＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音電力比）や固有値などのフィードバック情報から送信側で検知することで、余分なフィードバックオーバヘッドを減らすことが可能となる。また、送信側で判定する場合には、受信側で直交性の判定を行う必要がなくなるため、端末の処理能力によって切り替えても良い。
同様に、送信側で受信方式を知る手段として、プロトコル上そのような仕組みがない場合は、何らかのフィードバック情報から推定することで、オーバヘッドを減らすことができる。
【００３３】
次に、具体例に基づいて本発明の動作を説明する。図６は、送信装置である基地局が、受信装置である端末局からのフィードバック情報から全ての判定を行って適応制御を行う場合の動作を説明するシーケンス図である。
基地側は、端末局から第（Ｎ−１）フレームによりアップリンク（ＵｐＬｉｎｋ）データと、フィードバック情報である例えばＣＳＩ（Channel State Information：チャネル状態情報）を受信すると、フィードバック情報から適応制御を行って第Ｎフレームによりダウンリンク（ＤｏｗｎＬｉｎｋ）データを端末局に送信するとともに、ＳＮＲを予測する。端末局がダウンリンクデータを受信して受信ＳＮＲおよびＣＳＩの測定を行い、第Ｎフレームによりアップリンク（ＵｐＬｉｎｋ）データと、フィードバック情報を基地局側へフィードバックすると、基地局は、前回のＣＳＩに基づいて計算し、予測した送信ＳＮＲと、フィードバックされたＳＮＲを各固有パスで比較し、その結果が一致していれば直交性の崩れはないと把握して、理想的なＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信と注水定理に基づいた適応制御を行う。
【００３４】
しかし、もし基地局側で予測したＳＮＲと端末局側からフィードバックされたＳＮＲとが一致していない場合は、直交性が崩れていると把握し、以下の処理を行う。
もし、基地局側で、端末局の受信方式が既知でない場合、固有値の大きい上位の固有パスと、固有値の小さい下位の固有パスのＳＮＲ特性の変化の傾向から受信方式を推定する。これはＭＬＤなどのように高性能な受信方式の場合、上位の固有パスのＳＮＲは下がるが、下位の固有パスのＳＮＲが上昇する場合があるため、このような手法を用いることで受信方式を推定することが可能となる。
直交性の崩れ度合いと、推定した端末局の受信方式に基づいて、次式に示すように注水定理に基づく制御と無制御の割合を変化させることで、基地局、端末局間のシステム容量を最大限活かせるよう協調した適応制御を行う。
【数１４】
0005069579.tif 000015
０≦α(β,γ)≦１：０のとき制御なし、１のとき完全な注水定理に基づく制御
β：直交性の崩れ度合い（大きいほどαは小さくなりやすい）
γ：受信方式に基づく変数（高性能なほどαは小さくなりやすい）
【００３５】
直交性の崩れ度合いβは次のようにして判定する。
【数１５】
0005069579.tif 000016
の非対角項の成分が全て０、即ち
σ1,2＝σ2,1＝・・・＝σN-1,N＝σN,N-1＝０
を満たさない場合は、
【数１６】
0005069579.tif 000017
と定義し、
【数１７】
0005069579.tif 000018
に基づいて直交性の崩れ度合いβを判定する。
【数１８】
0005069579.tif 000019
が大きい場合は、直交性が保たれており、１に近い場合は、直交性がほとんどない。
なお、
σ1,2＝σ2,1＝・・・＝σN-1,N＝σN,N-1＝０
を満たさない場合は、α(β,γ)＝０として、適応制御を行わないようにしても良い。
【００３６】
この後、基地局は、第（Ｎ＋１）フレームによりダウンリンク（ＤｏｗｎＬｉｎｋ）データを端末局に送信するとともに、ＳＮＲを予測する。
【００３７】
数１４の式では最終的に直交性が大きく崩れ、送信時と受信時で伝搬路が無相関とみなせるような場合には、いずれの受信処理においても全てのパスに対して制御を行わないことで、最低限、受信でのＭＩＭＯ処理に依存した特性を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、送信ＳＮＲと受信ＳＮＲのずれに着目して直交性の崩れの判定や受信方式の推定を行っているが、これはその他の情報、例えば固有パス毎の固有値の分散などから直交性の崩れの判定や受信方式の推定を行っても構わない。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、基地局側がフィードバック情報から全ての判定を行っているが、この処理は端末局側で行ってもよい。この場合、端末局に計算負荷が掛かるが、フィードバック情報を減らすことが可能となるため、システム容量を増やせるという利点がある。また、当然、受信方式が既知であるので、より正確な適応制御を行える可能性がある。
【００４０】
図７は、受信装置である端末局が、判定処理を行う場合の動作を説明するシーケンス図である。
端末局は、第（Ｎ−１）フレームによりアップリンク（ＵｐＬｉｎｋ）データと、フィードバック情報である例えばＣＳＩを基地局に送信する。基地局が、受信したフィードバック情報から適応制御を行って第Ｎフレームによりダウンリンク（ＤｏｗｎＬｉｎｋ）データを端末局に送信すると、端末局は、ダウンリンクデータを受信してＣＳＩの測定を行い、直交性の崩れを判定する。直交性の崩れが無い場合は、理想的なＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信と注水定理に基づいた適応制御を行う。直交性の崩れが有る場合は、直交性の崩れ度合いと端末局の受信方式に基づいて適応制御を行う。
【００４１】
さらに、端末局は、第Ｎフレームによりアップリンク（ＵｐＬｉｎｋ）データと、適応制御に必要な情報を基地局に送信する。基地局が、受信した情報から適応制御を行って第（Ｎ＋１）フレームによりダウンリンク（ＤｏｗｎＬｉｎｋ）データを端末局に送信すると、端末局は、ダウンリンクデータを受信する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】直交性が崩れたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図である。
【図２】固有パスの分離にＭＬＤの受信方式を用いたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図である。
【図３】固有パスの分離にＭＭＳＥの受信方式を用いたときのＢＥＲ特性の劣化の一例を示す図である。
【図４】本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。
【図５】本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図６】基地局が、判定処理を行って適応制御を行う場合の動作を説明するシーケンス図である。
【図７】端末局が、判定処理を行う場合の動作を説明するシーケンス図である。
【図８】ＳＩＮＲに基づいて適応制御を行う従来の無線通信システムの基本的な構成図である。
【図９】従来の無線通信システムの動作を説明するフローチャートである
【符号の説明】
【００４３】
１  送信装置
２  受信装置
１１，３１  Ｓ／Ｐ部
１２，３２  適応変調符号化部
１３，３３  適応送信電力制御部
１４，３４  送信ビームフォーミング部
１５，３５  受信アンテナ処理部
１６，３６  復調処理部
１７，３７  Ｐ／Ｓ部
１８，３８  チャネル推定部
１９，３９  ＳＶＤ部
２０  直交性判定部
２２  受信方式推定部
２３，４１  送信適応制御部
４０  ＳＩＮＲ計算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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