(57)【要約】【課題】チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を好適に行なう。【解決手段】送信機は、受信機から受信したＣＴＳパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するとともに、以降のペイロード部分でチャネル・トラッキングによりチャネル行列を更新し続け、最新のチャネル行列推定値から送信重み行列を算出して、データ・パケットの空間多重伝送を行なう。送信機側でのキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因する受信機側での通信特性の劣化を防止することができる。【選択図】  図４
2009071493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに複数本のアンテナを用いてパケットを無線伝送し、受信したパケットから推定されるチャネル行列から送信重み行列を求めてパケットを重み付け送信する第１の無線通信装置と、受信したパケットから推定されるチャネル行列から受信重み行列を求めてパケットを重み付け受信する第２の無線通信装置からなる無線通信システムであって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するとともに、該受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、以後に前記第２の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置が重み付け送信したパケットを、該パケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列から推定されるチャネル行列から求まる受信重み行列を用いて重み付け受信を開始する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の無線通信装置間のチャネルはチャネル行列の可逆性が仮定され、前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から第１のパケットを受信したことに続いて前記第２の無線通信装置へ第２のパケットを送信する際に、
前記第１の無線通信装置は、受信した第１のパケットから推定される上り方向のチャネル行列Ｈ’（＝Ｕ’Ｄ’Ｖ’H）を特異値分解して、第１のパケットに続いて送信する第２のパケットを重み付けするための送信重み行列Ｖを求め、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置が重み付け送信した第２のパケットを下り方向のチャネル行列Ｈからなるチャネルを介して受信し、該受信した第２のパケットから推定される下り方向のチャネル行列Ｈ（＝ＵＤＶH）を特異値分解して、第２のパケットを重み付け受信するための受信重み行列（ＵＤ）-1を求める、
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】
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から第１のパケットを受信したことに続いて前記第２の無線通信装置へ第２のパケットを送信する際に、
前記第１の無線通信装置は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する、
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４】
前記第１の無線通信装置は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記第１の無線通信装置は、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する、
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７】
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する、
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８】
前記第２の無線通信装置の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合に、
前記第１の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正し、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてはチャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正し、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記第１の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記第１の無線通信装置は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因する、チャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
チャネル行列の変動が大きいとき、前記第１の無線通信装置は、拡張トレーニング系列から推定されるチャネル行列成分を取り除いたチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記第１の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記第１の無線通信装置は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列から送信重み行列を生成する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
複数本のアンテナを備え、通信相手との間でパケットを無線伝送する無線通信装置であって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記通信相手からパケットを受信するパケット受信手段と、
前記通信相手から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するチャネル行列推定手段と、
前記通信相手からパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定するチャネル行列追従手段と、
前記チャネル行列追従手段によるチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する送信重み行列生成手段と、
以後に前記通信相手宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信するパケット送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１６】
前記通信相手との間のチャネルはチャネル行列の可逆性が仮定され、前記通信相手から第１のパケットを受信したことに続いて前記通信相手宛てに第２のパケットを送信する際に、
前記送信重み行列生成手段は、前記チャネル行列追従手段が第１のパケットから推定する上り方向のチャネル行列Ｈ’（＝Ｕ’Ｄ’Ｖ’H）を特異値分解して、第１のパケットに続いて送信する第２のパケットを重み付けするための送信重み行列Ｖを求める、
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記通信相手から第１のパケットを受信したことに続いて前記通信相手宛てに第２のパケットを送信する際に、
前記チャネル行列追従手段は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記チャネル行列追従手段は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
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】
前記チャネル行列追従手段は、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
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２０】
前記チャネル行列追従手段は、前記通信相手から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
【請求項２１】
前記チャネル行列追従手段は、前記通信相手から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
【請求項２２】
前記通信相手の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合に、
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正し、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてはチャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正し、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせてチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該終端においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の無線通信装置。
【請求項２４】
前記チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分についてチャネル・トラッキングによりエラー成分の補正を行なう場合には、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまで前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該時点においてエラー成分を補正した最終的なチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の無線通信装置。
【請求項２５】
前記チャネル行列追従手段は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因する、チャネル伝達関数の時間的変動以外のエラー成分を補正する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の無線通信装置。
【請求項２６】
チャネル行列の変動が大きいとき、前記第チャネル行列追従手段は、拡張トレーニング系列から推定されるチャネル行列成分を取り除いたチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の無線通信装置。
【請求項２７】
前記第チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２７に記載の無線通信装置。
【請求項２８】
前記第チャネル行列追従手段は、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル・トラッキングにより更新したチャネル行列を推定する、
ことを特徴とする請求項２７に記載の無線通信装置。
【請求項２９】
複数本のアンテナを備え、通信相手との間でパケットを無線伝送するための無線通信方法であって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記通信相手からパケットを受信するパケット受信ステップと、
前記通信相手から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するチャネル行列推定ステップと、
前記通信相手からパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記通信相手とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列を推定するチャネル行列追従ステップと、
前記チャネル行列追従手段によるチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成する送信重み行列生成ステップと、
以後に前記通信相手宛てに送信するパケットを該送信重み行列で重み付け送信するパケット送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ複数のアンテナを備えた無線通信装置間で送受信アンテナの組み合わせ毎のチャネル伝達関数を要素としたチャネル行列を基に空間多重を利用した無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、無線通信装置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、並びに無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重（ビーム・フォーミング）を行なう無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を行なう無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【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やＩＥＥＥ８０２．１５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  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  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、送信データを相互に直交する周波数が設定された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／ｇ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次世代の無線ＬＡＮ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、空間多重したストリームを実現する通信方式である。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、複数本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由で複数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、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。
【０００７】
ＭＩＭＯ通信システムは、基本的に、それぞれ複数のアンテナを備えた無線通信装置同士で構成される。パケット伝送という観点からは、パケットの送信元はｉｎｉｔｉａｔｏｒでその受信先はｒｅｃｅｉｖｅｒに位置付けられるが、ビーム・フォーミングという観点からは、複数のストリームを空間多重させてパケットを送信する側はＢｅａｍｆｏｒｍｅｒに位置付けられ、空間多重されたパケットを受信しこれを空間分離する側はＢｅａｍｆｏｒｍｅｅに位置付けられる。以下では、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒからＢｅａｍｆｏｒｍｅｅへの通信を「順方向」若しくは「下り」のリンクとし、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅからＢｅａｍｆｏｒｍｅｒへの通信を「逆方向」若しくは「上り」のリンクとして位置付ける。
【０００８】
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。
【０００９】
ＭＩＭＯ通信では、空間多重された受信信号から元の各ストリーム信号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から複数のストリームの空間多重・空間分離処理を行なう必要がある。
【００１０】
まず、チャネル行列Ｈの取得方法について説明する。チャネル行列Ｈは、一般的には、通信相手となる無線通信装置同士で既知のトレーニング系列を送受信することで、実際に受信された信号と既知系列との差分によってチャネル伝達関数の推定を行ない、送受アンテナ組み合わせ分の経路毎のチャネル伝達関数を行列形式に並べたものである。Ｎ本の送信アンテナを備えた一方の無線通信装置からＮ個のトレーニング系列を送信し、Ｍ本の受信アンテナを備えた他方の無線通信装置では、受信アンテナ毎に受信したそれぞれＮ個のトレーニング系列を用いて、Ｍ×Ｎ（行×列）のチャネル行列Ｈを取得することができる。
【００１１】
図６には、ＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信方式を採用するＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規定するパケット・フォーマットの一例（Ｍｉｘｅｄ  ｆｏｒｍａｔ）を示している。図示のように、ＰＨＹ層ヘッダ内には、当該パケットの受信側で空間変調（マッピング）された入力信号毎にチャネル推定を行なう際に使用する既知トレーニング系列からなるＨＴ−ＬＴＦ（Ｈｉｇｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ−Ｌｏｎｇ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）が含まれる。当該パケットの送信側では、各送信アンテナからＨＴ−ＬＴＦを時分割で送信するようになっている。したがって、空間ストリーム数に応じた個数のＨＴ−ＬＴＦフィールドが付加される（例えば、２×２のＭＩＭＯ通信システムでは、２個のＨＴ−ＬＴＦが付加される）。当該パケットの受信側では、獲得したチャネル行列の逆行列を計算してアンテナ受信重み行列を求めることができ、この重み行列を各受信アンテナで受信した空間多重信号を要素とする受信ベクトルに乗算することで、空間多重されたストリームを空間分離することができる。
【００１２】
なお、ＰＨＹ層ヘッダの先頭部分には、Ｌ−ＳＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ  Ｓｈｏｒｔ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）やＬ−ＬＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ  Ｌｏｎｇ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）など、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇとの互換性を持つレガシー・プリアンブル部分も含まれている。チャネル行列の推定に用いられるＨＴ−ＬＴＦに先立ち、これらのレガシー・プリアンブル部分を用いて、パケット発見や同期獲得、送受信間におけるキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定を行なうことができる。（ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ仕様書上では、図６に示したＭｉｘｅｄ  ｆｏｒｍａｔのパケットに対しては、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦから搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定することができる。また、図示しないｇｒｅｅｎ  ｆｉｅｌｄ  ｆｏｒｍａｔのパケットに対してはＨＴ−ＧＦ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦから搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定することができる。）
【００１３】
続いて、複数のストリームの空間多重を実現する方法について説明する。ＭＩＭＯ通信方式は、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報を共有しないオープンループ型と、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報を共有するクローズドループ型とに大別される。
【００１４】
オープンループ型のＭＩＭＯ通信システムでは、パケットの受信側はチャネル行列Ｈを取得し、受信アンテナ毎の受信信号を要素とする受信ベクトルにチャネル行列から算出される受信重み行列を乗算することによって、空間多重された伝送ストリームを空間分離する。チャネル行列Ｈから受信重み行列を求める手法として、例えばＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）や、ＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）が知られている。オープンループ型では、受信機から送信機へのチャネル情報のフィードバック手続が省略されるので、比較的簡素にＭＩＭＯ通信システムを構成することができる。
【００１５】
他方、クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムでは、送受信間でチャネル情報を共有し、パケットの送信側ではチャネル行列から得られる送信アンテナ重みを掛けて受信機に向けた適切なビーム・フォーミングを行なうことによって理想的な空間直交チャネルを作り出すことができる。
【００１６】
クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムにおいて、パケットの送受信間でチャネル行列に関する情報をフィードバックする手順として、“Ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋ”と“Ｅｘｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋ”という２種類が挙げられる。
【００１７】
Ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋは、パケットの空間多重伝送を行なう無線通信装置（すなわちＢｅａｍｆｏｒｍｅｒ）は、通信相手（すなわちＢｅａｍｆｏｒｍｅｅ）から送られてくるパケットに含まれるトレーニング系列を用いて上り方向のチャネル行列を推定し、双方向のチャネル特性が可逆（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）であるという前提の下で、下り方向のチャネル行列を計算し、さらにこのチャネル行列から求まる送信重み行列を用いてビーム・フォーミングすなわちパケットの空間多重伝送を行なう。チャネル特性が可逆であるためには、通信システムにおけるＲＦ回路のキャリブレーションが必要である。
【００１８】
また、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋでは、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅがＢｅａｍｆｏｒｍｅｒから送られてくるトレーニング系列を用いて下り方向のチャネル行列を推定し、そのチャネル行列をデータとして含んだパケットをＢｅａｍｆｏｒｍｅｒに返信すると、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは受け取ったチャネル行列から送信重み行列を計算してビーム・フォーミングを行なう。あるいは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅでは、推定したチャネル行列からさらにＢｅａｍｆｏｒｍｅｒがビーム・フォーミングするための送信重み行列を計算し、（チャネル行列ではなく）この送信重み行列をデータとして含んだパケットをｂｅａｍｆｏｒｍｅｒに返信する。Ｅｘｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋでは順方向の推定チャネル行列を基に重み行列が算出されるので、チャネルの可逆性を前提としなくて済む。
【００１９】
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、チャネル行列Ｈ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。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、チャネル行列Ｈを特異値分解してＵＤＶHを求める。Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ側では、送信用アンテナ重み行列にＶ（＝Ｕ*（但し、上付きの添え字＊は行列の複素共役転置を意味する））を用い、送信アンテナ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルにこの重み行列Ｖを乗算することで、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅに向けてビーム・フォーミングされたパケットを送信する。そして、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ側では、典型的には、チャネル行列を特異値分解して得られる（ＵＤ）-1を受信用アンテナ重み行列として与え、これを受信ベクトルに乗算する。
【００２０】
特異値分解して得られる行列Ｕ、Ｄ、Ｖのうち、Ｄは各空間ストリームの品質に相当する各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列である（添え字ｉはｉ番目の空間ストリームを意味する）。対角行列Ｄの対角要素には値の大きい順に特異値λiを並べ、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配分や変調方式の割り当てを施すことによって、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、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ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（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【００２１】
クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムにおいて、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ及びＢｅａｍｆｏｒｍｅｅのそれぞれにおいてチャネル情報を取得する方法について考察する。
【００２２】
ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒからＢｅａｍｆｏｒｍｅｅへの下りのリンクのチャネル行列をＨとし、その逆の上りのリンクのチャネル行列をＨ’とし、それぞれを以下のように特異値分解する。
【００２３】
【数１】
2009071493.tif 000003
【００２４】
【数２】
2009071493.tif 000004
【００２５】
ここで、伝搬路の可逆性、すなわち下りのリンクと上りのリンクの伝達関数が等価であると仮定すると、下り方向のチャネル行列Ｈは上り方向のチャネル行列Ｈ’に等しく、下式（３）のように表される。
【００２６】
【数３】
2009071493.tif 000005
【００２７】
上式（３）に式（１）及び（２）を代入すると、以下のようになる。
【００２８】
【数４】
2009071493.tif 000006
【００２９】
すなわち、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ側で使用する送信用アンテナ重み行列Ｖは以下のようになる。
【００３０】
【数５】
2009071493.tif 000007
【００３１】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ側では、パケットの信号系列を複数の送信ストリームに振り分ける。送信ストリーム毎の送信信号を要素とする送信ベクトルをＸとし、これに送信用アンテナ重み行列Ｖを乗算することで空間多重され、下式（６）のように送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルＹが得られる。
【００３２】
【数６】
2009071493.tif 000008
【００３３】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅには、空間多重されたデータ・パケットはチャネル行列Ｈで表される伝搬路を介して到来する。すなわち、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、下式（７）に示すように、空間多重された送信ベクトルＹにチャネル行列Ｈが乗算された状態でパケットを受信する。
【００３４】
【数７】
2009071493.tif 000009
【００３５】
ＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信方式を採用するＩＥＥＥ８０２．１１ｎのパケット・フォーマットによれば、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅはパケットのＰＨＹ層ヘッダ内に含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦ（前述）を用いてチャネル行列を推定することができる。上式（７）から分かるように、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒが重み行列Ｖで重み付け送信したパケットのＨＴ−ＬＴＦから推定されるチャネル行列はＵＤとなる。したがって、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、このＵＤに対応した受信重み行列（ＵＤ）-1を求め、空間多重されている受信ベクトルＨＹ（＝ＵＤＸ）に対し乗算することで、元のストリームＸに空間分離することができる。
【００３６】
ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ネットワーキングでは、同一の通信チャネル上で複数のユーザが競合を回避しながらランダム・アクセスするために、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：搬送波感知多重アクセス）／ＣＡ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：衝突回避）方式が用いられている。また、その際の隠れ端末問題を解決する方法論として、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  ｔｏ  Ｓｅｎｄ）／ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  ｔｏ  Ｓｅｎｄ）通信手順が利用される。クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ手順を利用する場合、例えば、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅはＣＴＳパケットにトレーニング系列を含ませて送信し、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、ＣＴＳパケットに含まれるトレーニング系列に基づいて得られたチャネル行列から空間多重するための送信重み行列を算出し、多重化する送信ストリーム毎に重みを与えたトレーニング系列を含んだデータ・パケットを送信するようにすればよい（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００３７】
図７には、クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ手順に則った通信シーケンスを模式的に示している。但し、チャネル行列は上りリンクと下りリンクで可逆であるとする。
【００３８】
送信要求元としてのＢｅａｍｆｏｒｍｅｒは、送信先であるＢｅａｍｆｏｒｍｅｅ宛てにＲＴＳパケットを送信する。Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、受信したＲＴＳパケットのＨＴ−ＬＴＦを用いて下り方向のチャネル行列Ｈを推定する。
【００３９】
また、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅから返信されるＣＴＳパケットのＨＴ−ＬＴＦを用いて、上り方向のチャネル行列Ｈ’を推定する。そして、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、可逆性の仮定（上式（４）を参照のこと）を基に、送信重み行列Ｕ’*（上式（５）を参照のこと）を算出すると、データ・パケットのペイロード部分を複数の送信ストリームに振り分けた送信ベクトルＸに送信重み行列Ｕ’*を乗算して空間多重して、送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルＹを得て（上式（６）を参照のこと）、送信する。
【００４０】
データ・パケットはチャネル行列Ｈで表される伝搬路を介してＢｅａｍｆｏｒｍｅｅに到来するので、データ・ペイロード部分の受信ベクトルはＨＹ（＝ＵＤＸ）となる（上式（７）を参照のこと）。Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒが重み行列Ｖで重み付け送信したデータ・パケットのＨＴ−ＬＴＦから下り方向のチャネル行列としてＵＤを推定する。そして、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、このＵＤに対応した受信重み行列（ＵＤ）-1を求め、データ・パケットのデータ・ペイロード部分の受信ベクトルＨＹ（＝ＵＤＸ）に対し乗算することで、空間多重して伝送ストリームを元のストリームＸに空間分離する。
【００４１】
図７に示した通信シーケンス例では、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ及びＢｅａｍｆｏｒｍｅｅのいずれも、相手から受信したパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦから推定されるチャネル行列をそのままビーム・フォーミング（空間多重並びに空間分離処理）にそれぞれ使用している。
【００４２】
しかしながら、トレーニング系列は概して時間的に短く、それ部分だけでは正確にチャネル行列Ｈの推定を行なうことは期待できないと思料される。また、ＭＩＭＯ用のトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦに先立って送信される他のトレーニング系列Ｌ−ＬＴＦを用いて送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定が行なわれるが（前述）、これらについても同様にトレーニング系列の時間的な短さゆえに、十分な精度で測定することは困難であり、このことにも起因してチャネル行列Ｈの推定誤差が生じてしまう。精度が十分でないチャネル行列から算出される重み行列はやはり誤差を含んだものとなるので、ビーム・フォーミングを行なっても、通信特性の改善度合いが低下するという問題がある。
【００４３】
また、チャネル行列Ｈがほぼ変動しないと仮定することができればＲＴＳ／ＣＴＳ手順全体にわたって１度だけチャネル行列Ｈを取得すればよいが、現実には、図８に示すようにチャネル行列Ｈは時間の経過とともに変動する。Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅから受信したＣＴＳパケットのＨＴ−ＬＴＦCTSを用いてチャネル行列ＨCTSを推定し、これを基に算出される送信重み行列ＵCTS*を乗算してデータ・パケットのペイロード部分を空間多重伝送するが、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅがデータ・パケットのＨＴ−ＬＴＦDATAを受信する時刻におけるチャネル行列はＣＴＳパケット伝送時のチャネル行列ＨCTSから変動している。このため、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅがＨＴ−ＬＴＦDATAから推定するチャネル行列ＵDATAＤDATAは、送信重み行列ＵCTS*で空間多重された伝送ストリームを空間分離するための正確なものではなくなっている。
【００４４】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅがデータ・パケットのペイロード部分の受信処理を行なう際、データ・パケットのＨＴ−ＬＴＦから推定するＵＤがその時刻におけるチャネル行列に対応していなければ、データ・パケットの空間多重されたペイロード部分を直交化（空間分離）することができなくなるので、パケット誤り率（ＰＥＲ）の増加や所要ＳＮＲの増加、通信品質の劣化を招来する。
【００４５】
【特許文献１】特開２００５−３２３２１７号公報、段落００１８〜００４３
【特許文献２】特開２００５−１４２７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
本発明の目的は、無線通信装置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好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００４７】
本発明のさらなる目的は、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重（ビーム・フォーミング）を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００４８】
本発明のさらなる目的は、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及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】
【００４９】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、互いに複数本のアンテナを用いてパケットを無線伝送し、受信したパケットから推定されるチャネル行列から送信重み行列を求めてパケットを重み付け送信する第１の無線通信装置と、受信したパケットから推定されるチャネル行列から受信重み行列を求めてパケットを重み付け受信する第２の無線通信装置からなる無線通信システムであって、パケットはチャネル行列推定用トレーニング系列とペイロードを含んでおり、
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定するとともに、該受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以外の区間を用いて前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、以後に前記第２の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重みで重み付け送信し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置が重み付け送信したパケットを、該パケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列から推定されるチャネル行列から求まる受信重み行列を用いて重み付け受信を開始する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００５０】
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。
【００５１】
高速・大容量伝送を実現する無線通信技術として、ＭＩＭＯ通信が知られており、送受信アンテナの組み合わせ毎の伝達関数を要素としたチャネル行列を基に、送信側からは複数のストリームを空間多重送信するとともに、受信側では各アンテナの受信信号から元の各ストリーム信号を空間分離することができる。特に、クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムは、送信機側でもチャネル行列に基づいて送信アンテナ重みを掛けて受信機に向けた適切なビーム形成を行なうことによって理想的な空間直交チャネルを作り出すことができる。
【００５２】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに代表されるＭＩＭＯ通信システムでは、パケット先頭のＰＨＹ層ヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦを用いてチャネル行列を獲得することができる。また、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ通信システムでは、例えばＲＴＳ／ＣＴＳ手順に従って通信動作を行なう際に、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒはＢｅａｍｆｏｒｍｅｅからのＣＴＳパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定し、これを特異値分解して得られる送信重み行列でデータ・パケットを空間多重伝送し、一方のＢｅａｍｆｏｒｍｅｅは、データ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定し、これを基に得られる受信重み行列でデータ・ペイロード部分を空間分離することができる。
【００５３】
ところが、トレーニング系列が時間的に短いことから、チャネル行列を十分な精度で推定できない、あるいは送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の測定精度が十分でないためにチャネル行列の推定誤差が生じるという問題がある。
【００５４】
また、チャネル行列が時間的に変動するために、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとＢｅａｍｆｏｒｍｅｅが異なる時刻に推定したチャネル行列からそれぞれ求まる重み行列は対応していないという問題がある。すなわち、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒがデータ・パケットのペイロード部分を空間多重するために用いたチャネル行列を推定した時期と、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅがデータ・パケットのペイロード部分を空間分離するために用いたチャネル行列の推定時期には時間的な隔たりがあり、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅがデータ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列から推定されるチャネル行列は、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ側で空間多重したデータ・ペイロード部分を空間分離するための正確なものではなく、パケット誤り率の増加や所要ＳＮＲの増加、通信品質の劣化を招来する。
【００５５】
これに対し、本発明に係る無線通信システムでは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒとして動作する第１の無線通信装置は、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅとして動作する第２の無線通信装置から受信したパケットに含まれるチャネル行列推定用トレーニング系列を用いてチャネル行列を推定することに加えて、このトレーニング系列以外の区間を用いて第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成し、引き続いて第２の無線通信装置宛てに送信するパケットを該送信重みで重み付け送信するようになっている。
【００５６】
例えばＲＴＳ／ＣＴＳ手順に従ってパケット交換が行なわれる際に、送信要求元としての第１の無線通信装置は、送信先である第２の無線通信装置からのＣＴＳパケットのヘッダに含まれるトレーニング系列を用いてチャネル行列を推定することに加えて、以降のペイロード部分を用いてキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差を高い精度で求め、それらを用いてチャネル行列推定値を更新し続ける。したがって、第１の無線通信装置はＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとして、最新のチャネル行列推定値から送信重み行列を算出し、このような送信重み行列を送信ベクトルに乗算してデータ・パケットの空間多重伝送を行なうので、第２の無線通信装置すなわちＢｅａｍｆｏｒｍｅｅ側での送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因する通信特性の劣化を防止することができる。
【００５７】
第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置から第１のパケットを受信したことに続いて第２の無線通信装置宛ての第２のパケットを送信するという通信手順を行なう際、第１の無線通信装置は、受信した第１のパケットから推定される上り方向のチャネル行列Ｈ’（＝Ｕ’Ｄ’Ｖ’H）を特異値分解して、第１のパケットに続いて送信する第２のパケットを重み付けするための送信重み行列Ｖを求めることができる。また、第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置が重み付け送信した第２のパケットを下り方向のチャネル行列Ｈからなるチャネルを介して受信し、該受信した第２のパケットから推定される下り方向のチャネル行列Ｈ（＝ＵＤＶH）を特異値分解して、第２のパケットを重み付け受信するための受信重み行列（ＵＤ）-1を求めることができる。
【００５８】
第１の無線通信装置は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分を用いて前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求め、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果から求まる送信重み行列を用いて第２のパケットを重み付け送信する。第１の無線通信装置は、第２のパケットにより近い位置でのチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を求めて重み付け送信することによって、第２の無線通信装置が第２のパケットを受信する際にチャネル変動の影響によって受信特性が劣化してしまうのを防止することができる。
【００５９】
このとき、第１の無線通信装置は、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の終端に至るまでチャネル行列の推定を行なうことで、より新鮮なチャネル行列に基づいてパケットを重み付け送信することができ、第２の無線通信装置側では送信重み行列と対応のとれた受信重み行列を第２のパケットから獲得することができる。
【００６０】
あるいは、第１の無線通信装置において、演算回路が十分に高速でないときには、受信した第１のパケットの終端までチャネル行列を更新し続けると、チャネル行列を特異値分解して送信重み行列を求める演算処理が第２のパケットを送信するタイミングに間に合わなくなってしまう。そこで、第１のパケットの受信終了から第２のパケットの送信開始までのフレーム間隔を考慮して、第１のパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分のうち、第２のパケットの送信時までに送信重み行列の算出が間に合う時点に至るまでチャネル行列の更新を行うようにしてもよい。
【００６１】
第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分において、チャネル・トラッキングにより、チャネル行列の更新を行なうことができる。チャネル・トラッキングには、例えばＬＭＳなどの追従アルゴリズムを用いることができる。すなわち、ＣＴＳなどの受信パケットのペイロード部分が到来すると、受信信号を復号した後、さらに再符号化してこの信号系列をフィードバックし、このフィードバック情報を基にＬＭＳ追跡アルゴリズムによりチャネル行列Ｈを追従する。
【００６２】
あるいは、第１の無線通信装置は、チャネル・トラッキングの機構を搭載していなくても、第２の無線通信装置から受信したパケットのチャネル行列推定用トレーニング系列以降のペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、前記第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の（チャネル伝達関数以外の）エラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成することができる。
【００６３】
上述したように、第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置から受信したパケットのトレーニング系列以降のペイロード部分でチャネル・トラッキングによりチャネル行列を更新する。ところが、第２の無線通信装置の各アンテナから送信された信号系列のうち少なくとも一部がチャネル行列推定用トレーニング系列以降にペイロード部分を含まない拡張トレーニング系列である場合には、これに対応するチャネル行列成分をトレーニング系列以降の区間においてチャネル・トラッキングすることはできない。
【００６４】
このような場合、第１の無線通信装置は、拡張トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、拡張トレーニング系列を基に最初に求めたものに対し、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分のみ補正する。また、ペイロード部分が続く通常のチャネル行列推定用トレーニング系列に対応するチャネル行列成分については、チャンネル・トラッキングにより求まる、第２の無線通信装置とのキャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列の時間的変動によるエラー成分を補正する。そして、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列から送信重み行列を生成するようにすればよい。
【００６５】
ここで、チャネル行列の時間的変動が大きい場合には、チャネル・トラックによる更新ができない行列成分とチャネル・トラックで追従が可能な行列成分があまりにも乖離してしまい、チャネル行列の十分な推定精度が得られなくなってしまう。そこで、このような場合には、チャネル・トラックで追従が可能な行列成分だけに絞ってチャネル行列の特異値分解を行なって送信重み付け行列を求めることで、第２の無線通信装置側での受信特性の劣化を最小限に抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００６６】
本発明によれば、チャネル行列を特異値分解して得られる送信重み行列を用いて複数の送信ストリームの空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００６７】
また、本発明によれば、チャネル行列の時間的変動と送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の影響を排除して特異値分解による空間多重伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、並びに無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００６８】
本発明によれば、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、受信パケット中の各種トレーニング系列以外の部分も用いて搬送波周波数誤差やサンプリング周波数誤差を推定し、これらを補正したチャネル行列から算出される送信重み行列で空間多重を行なうので、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ側での前記の誤差に起因する受信特性劣化を防止することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、受信パケット（ＣＴＳパケット）のトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦから推定したチャネル行列よりも、チャネル・トラックにより追従して更新される新鮮な（すなわち推定精度の高い）チャネル行列を特異値分解して直後に送信するパケット（データ・パケット）の送信重み付け行列を算出するようにしている。すなわち、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒがパケット（データ・パケット）を送信する時点に対応する送信重み行列Ｖにより近い（すなわち正確な）送信重み付け行列を利用できることから、下式（８）のＶHＶをより単位行列に近づけることができる。
【００７０】
【数８】
2009071493.tif 000010
【００７１】
これにより、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ側では、ＣＴＳパケットを送信した以降に受信するデータ・パケットのトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦからより正確なチャネル行列ＵＤを求めることが可能となり、データ・ペイロード部分の多重信号の分離精度を高めて、パケット・エラー率を低減して通信品質を高めることができる。
【００７２】
また、本発明によれば、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、ペイロード部分を含まずチャネル・トラックで追従できない拡張トレーニング系列を含むパケットを受信したときには、ペイロード部分を含むチャネル・トラックによる更新が可能なトレーニング系列に対応するチャネル行列成分を送受信機間の誤差とチャネル伝達関数の時間的変動を補正した鮮度の良い状態にするとともに、チャネル・トラックによる更新ができない拡張トレーニング系列に対応する行列成分については送受信間のキャリア周波数誤差並びにサンプリング周波数誤差の補正を加え、これらの行列成分を組み合わせたチャネル行列を特異値分解して以降の送信パケットの重み付け行列として直後に送信するパケットの空間多重に利用するようにしている。したがって、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ側では、この送信パケットのデータ・ペイロード部分でチャネル行列ＵＤをより正確に導出して多重信号の分離精度を上げて通信品質を向上することができる。
【００７３】
また、本発明によれば、チャネル行列の時間変動が大きく、チャネル・トラックによる更新ができないチャネル行列成分とチャネル・トラックで追従が可能な行列要素があまりにも乖離してしまい、それぞれ推定したチャネル伝達関数の推定精度が得られない場合には、チャネル・トラックで追従が可能な行列成分だけに絞ったチャネル行列を特異値分解して、これを以降の送信パケットの重み付けベクトルとすることによって、通信特性の劣化を最小限に抑えることができる。
【００７４】
また、本発明によれば、仮にチャネルの時間的変動が全く無視できる場合であっても、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、時間的に短いトレーニング信号だけで推定されたチャネル行列ではなく、それ以外のデータ部分を利用したチャネル・トラックによって更新されたチャネル行列から直後の送信パケットの送信重み行列を求めることになる。より長い時間の信号を使ってチャネル行列を更新していくことになるので、トレーニング系列のみからチャネル行列を推定する場合に比べると、トレーニング信号部のＳＮＲで上限が定まっていたチャネル推定精度を，その上限を超えて改善することが可能となり、その推定精度の悪さに起因するビーム・フォーミング特性の劣化も防止することができる。
【００７５】
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】
【００７６】
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。
【００７７】
本発明に係る無線通信システムは、それぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機で構成され、クローズドループ型でＭＩＭＯ通信を行なう。パケット伝送という観点からは、データ・パケットの送信元となる無線通信装置はｉｎｉｔｉａｔｏｒでその送信先となる無線通信装置はｒｅｃｅｉｖｅｒに位置付けられるが、ビーム・フォーミングという観点からは、複数のストリームを空間多重させてパケットを送信する無線通信装置はＢｅａｍｆｏｒｍｅｒであり、空間多重されたパケットを受信する無線通信装置はＢｅａｍｆｏｒｍｅｅである。以下の説明では、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒからＢｅａｍｆｏｒｍｅｅへの通信を「順方向」若しくは「下り」のリンクとし、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅからＢｅａｍｆｏｒｍｅｒへの通信を「逆方向」若しくは「上り」のリンクとして位置付ける。
【００７８】
本発明に係る無線通信システムでは、チャネル行列に関するフィードバックを行なう手順として、例えばＩｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋ手順に従った空間多重伝送を行なう。Ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋでは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅからの空間ストリーム・トレーニングを分離し、分離したトレーニング系列から逆方向の推定チャネル行列を組み立て、該チャネル行列を基に求められたビーム形成用の送信重み行列を用いて送信パケットをビーム形成して通信を行なう。但し、チャネル行列が可逆であると仮定する。
【００７９】
図１及び図２には、本発明に係る無線通信システムにおいて、主にＩｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋのＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとして動作することができる無線通信装置の送信系統及び受信系統の構成をそれぞれ示している。送受信系統で共用するアンテナ本数はＮであり、このＮは例えばＩＥＥＥ仕様準拠であれば最大４本であるが、各図では図面の錯綜を回避するため２本分のアンテナ・ブランチしか描いていない。なお、以下では説明を省略するが、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅとして動作する無線通信装置の送信系統及び受信系統も、それぞれ図１及び図２のように構成することができる。
【００８０】
データ発生器１００から供給される送信データは、スクランブラ１０２においてスクランブルが掛けられる。次いで、符号化器１０４で誤り訂正符号化を施される。そして、符号化されたシリアル・データ系列はシリアル・パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１０６に入力され、Ｎ本からなる送信ストリームに振り分けられる。
【００８１】
各送信ストリームでは、ストリーム毎に与えられたデータレートに従って、送信信号をパンクチャ１０８によりパンクチャし、インタリーバ１１０により複数ストリーム間で同一のインタリーブにならないようインタリーブする。マッパー１１２では、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのいずれかを適用して、送信ストリーム毎のビット系列をＩＱ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号となる。
【００８２】
セレクタ１１１は、インタリーブされた空間ストリーム毎の送信信号に、適当なタイミングでトレーニング系列を挿入して、マッパー１１２に供給する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ仕様書上では、Ｍｉｘｅｄ  ｆｏｒｍａｔのパケットに対しては、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦなどのトレーニング系列が規定されている。また、ｇｒｅｅｎ  ｆｉｅｌｄ  ｆｏｒｍａｔのパケットに対してはＨＴ−ＧＦ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦなどのトレーニング系列が規定されている（前述）。
【００８３】
ビーム・フォーミングすなわち複数の送信ストリームの空間多重を施す場合には、空間多重部１１４内では、ビーム形成用送信重み行列計算部１１４ａがチャネル行列Ｈを特異値分解することによって送信重み行列Ｖを算出し、送信重み行列乗算部１１４ｂが各送信ストリームを要素とする送信ベクトルＸにこの送信重み行列Ｖを乗算し、これによって送信アンテナ・ブランチ毎の送信ストリームが生成される（式（１）〜（６）を参照のこと）。
【００８４】
なお、チャネル行列Ｈは、例えば、受信系統の空間分離部２１６内において通信相手（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）からの受信パケットに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦを用いて推定することができる。また、本実施形態では、トレーニング系列に続くパケットのペイロード部においてもチャネル・トラッキングによりチャネル行列Ｈを更新し続け、送信重み行列乗算部１１４ｂは最新のチャネル行列推定値から算出される送信重み行列Ｖを用いて空間多重伝送を行なうことができるが、その詳細については後述に譲る。
【００８５】
高速フーリエ逆変換部（ＩＦＦＴ）１１６では、周波数領域に並んだ各サブキャリアを時間軸信号に変換し、さらにガード挿入部１１８でガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ１２０にて帯域制限した後、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１２２にてアナログ信号に変換し、ＲＦ部１２４に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から伝搬路に送出される。Ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋではチャネル特性が可逆であることが前提であり、ＲＦ部１２４にはキャリブレーションが施されている。
【００８６】
他方、チャネルを通して通信相手（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）から届いたデータは、それぞれの受信アンテナ・ブランチにおいて、ＲＦ部２２８でアナログ処理し、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２２６によりデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ２２４に入力される。Ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋではチャネル特性が可逆であることが前提であり、ＲＦ部２２８にはキャリブレーションが施されている。
【００８７】
続いて、同期回路２２２にてパケット発見、タイミング検出、キャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差の補正などの処理が行なわれた後、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルをガード除去部２２０により除去する。そして、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）２１８により時間軸信号が周波数軸信号となる。
【００８８】
空間分離部２１６内では、空間多重された受信信号の空間分離処理を行なう。具体的には、通信相手（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）から受信したパケットのＰＨＹヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦから推定チャネル行列Ｈを組み立て、このチャネル行列Ｈを基にアンテナ受信重み行列を計算する。また、本実施形態では、空間分離部２１６は、トレーニング系列に続くパケットのペイロード部においても、復号器２０４（後述）で復号した後の信号系列を再符号化して判定帰還（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）し、チャネル・トラッキングによりチャネル行列Ｈを更新し続けている。したがって、送信重み行列乗算部１１４ｂは最新のチャネル行列推定値から算出される送信重み行列Ｖを用いて空間多重伝送を行なうことができる。空間分離部２１６の内部構成やチャネル・トラッキング動作の詳細については後述に譲る。
【００８９】
チャネル等化回路２１４は、ストリーム毎の信号系列に対し、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す。そして、デマッパー２１２はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインタリーバ２１０はデインターリーブし、デパンクチャ２０８は所定のデータレートでデパンクチャする。
【００９０】
パラレル・シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２０６は、複数の受信ストリームをパラレル・シリアル変換して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、復号器２０４にて誤り訂正復号した後、デスクランブラ２０２によりデスクランブルし、データ取得部２００は受信データを取得する。
【００９１】
図３には、空間分離部２１６内の構成を示している。
【００９２】
チャネル行列推定部３０９は、受信パケットのＰＨＹヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦを分離して、上り方向の推定チャネル行列Ｈを組み立て、これをチャネル行列保持部３０８に格納する。
【００９３】
一方、受信パケットのトレーニング系列以降のペイロード部分では、受信信号を復号器２０４で誤り訂正復号した後、符号化器３０１で再符号化し、さらにシリアル・パラレル変換部３０２で複数のストリームに振り分け、各ストリームをパンクチャ３０３によりパンクチャし、インタリーバ３０４によりインタリーブし、マッパー３０５により信号空間にマッピングする。そして、判定帰還部３０６は、複数ストリームからなる信号系列をチャネル行列追従部３０７に判定帰還（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）する。
【００９４】
チャネル行列追従部３０７は、受信重み行列を乗算して空間分離する前の各受信アンテナ・ブランチの受信信号系列と、復号器２０４で復号しさらに再符号化した信号系列を入力し、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）などの追従アルゴリズムを用いて、受信パケットのペイロード部にわたってチャネル行列Ｈを追従する。具体的には、チャネル行列追従部３０７は送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分を求め、これらを補正したチャネル行列推定結果を求める。チャネル行列Ｈは時間的に変動し、これに従ってャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差することから、トレーニング系列Ｌ−ＬＴＦから測定されるキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分をトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦから推定されたチャネル行列から取り除くだけでなく、トレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦ以降のペイロード部分においてもキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差に起因するエラー成分を求め、これらを補正したチャネル行列へ更新していく。
【００９５】
あるいは、チャネル行列追従部３０７は、チャネル・トラックの機構を搭載していないときには、データ・ペイロード部分の位相点に挿入されているパイロット信号を用いて、キャリア周波数誤差又はサンプリング周波数誤差の少なくとも一方に起因するチャネル行列のエラー成分を求めて、該エラー成分を補正したチャネル行列推定結果を用いて送信重み行列を生成することができる。
【００９６】
このようにして、チャネル行列追従部３０７が時々刻々と更新するチャネル行列は、チャネル行列保持部３０８に格納される。
【００９７】
例えば、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順においてＣＴＳパケットを受信した際、チャネル行列推定部３０９によってそのＰＨＹヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦを分離してチャネル行列を求めるが、チャネル行列追従部３０７によってそのパケット時間分だけチャネル・トラックにより追従されたチャネル行列を獲得することができる。
【００９８】
チャネル行列追従部３０７は、受信パケットに含まれるがチャネル・トラックによる更新ができないＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦから推定されるチャネル行列成分に関しては、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分（送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など）のみを補正した値を用いる。また、受信パケットに含まれ且つチャネル・トラックによる更新が可能なＨＴ−ＬＴＦに対応するチャネル行列成分に関しては、チャネル・トラックにより更新された鮮度のよい値を用いる。そして、これらのチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列をチャネル行列保持部３０８に格納する。
【００９９】
受信重み行列計算部３１０は、チャネル行列保持部３０８に格納されたチャネル行列Ｈを基にアンテナ受信重み行列を計算する。当該無線通信装置がＢｅａｍｆｏｒｍｅｅとして動作し、受信パケットがビーム形成されている場合には、推定チャネル行列は特異値分解した場合にＵＤと等しくなっており（式（７）を参照のこと）、これからアンテナ受信重み行列を計算する。そして、受信重み行列乗算部３１１は、各受信ストリームを要素とする受信ベクトル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、ストリーム毎に独立した信号系列を得る。
【０１００】
また、チャネル行列保持部３０８に格納された推定チャネル行列Ｈは、下り方向のチャネル行列として送信系統のビーム形成用送信重み行列計算部１１４ａに渡される（チャネル行列の可逆性が仮定されている）。既に述べたように、送信重み行列計算部１１４ａはチャネル行列Ｈを特異値分解することによって送信重み行列Ｖを算出し、送信重み行列乗算部１１４ｂは各送信ストリームを要素とする送信ベクトルＸにこの送信重み行列Ｖを乗算し、これによって送信アンテナ・ブランチ毎の送信ストリームを生成する。
【０１０１】
空間分離部２１６ではヘッダ以降のペイロード部分においてもチャネル・トラッキングによりチャネル行列を更新し続け、チャネル行列保持部３０８には最新のチャネル行列推定値が格納されているので、空間多重部１１４では、最新のチャネル行列推定値から送信重み行列を算出し、より正確な送信重み行列を送信ベクトルに乗算してデータ・パケットの空間多重伝送を行なうことができる、という点を十分理解されたい。
【０１０２】
例えば、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順においてデータ・パケットを送信する際、送信重み行列計算部１１４ａは、その直前のＣＴＳパケットのＰＨＹヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦで求めたチャネル行列ではなく、ＣＴＳパケット時間分だけチャネル・トラックにより追従して得られた最新のチャネル行列を特異値分解して送信重みとしてＵ’*（＝Ｖ）を求め、送信重み行列乗算部１１４ｂは送信ベクトルＸにこの送信重み行列Ｕ’*を乗算する。
【０１０３】
また、チャネル行列追従部３０７は、受信パケットに含まれるがチャネル・トラックによる更新ができないＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦから推定されるチャネル行列成分に関しては、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分（送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など）のみを補正した値を用いるとともに、受信パケットに含まれ且つチャネル・トラックによる更新が可能なＨＴ−ＬＴＦに対応するチャネル行列成分に関しては、チャネル・トラックにより更新された鮮度のよい値を用い、これらのチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列をチャネル行列保持部３０８に格納する。送信重み行列計算部１１４ａは、このようなチャネル行列を特異値分解し、その結果をそれ以降の送信パケットに対する重み行列として利用する。
【０１０４】
ここで、無線通信装置がＩｍｐｌｉｃｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋにおいてＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとしてＲＴＳ／ＣＴＳ手順を通じてデータ・パケットを送信する際の、図１に示した送信系統と図２〜図３に示した受信系統の動作について、図４を参照しながら説明する。
【０１０５】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、送信系統から通信相手となるＢｅａｍｆｏｒｍｅｅ宛てのＲＴＳパケットを送信し、これに対し、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅからはＣＴＳパケットが返信される。
【０１０６】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒの受信系統では、まず、受信したＣＴＳパケットのＨＴ−ＬＴＦを用いて、上り方向のチャネル行列Ｈ’を推定するが、さらにＣＴＳパケット時間分だけチャネル・トラックして、チャネル行列を更新し続ける。
【０１０７】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒの送信系統では、ＣＴＳパケット時間分だけチャネル・トラックして得られた最新の上り方向のチャネル行列Ｈ’から、可逆性の仮定（上式（４）を参照のこと）を基に、送信重み行列Ｕ’*（上式（５）を参照のこと）を算出する。そして、データ・パケットのペイロード部分を複数の送信ストリームに振り分けた送信ベクトルＸに送信重み行列Ｕ’*を乗算して空間多重して、送信アンテナ・ブランチ毎の送信信号を要素とする送信ベクトルＹを得て（上式（６）を参照のこと）、送信する。
【０１０８】
このデータ・パケットはチャネル行列Ｈで表される伝搬路を介して到来するので、データ・ペイロード部分の受信ベクトルはＨＹ（＝ＵＤＸ）となる（上式（７）を参照のこと）。
【０１０９】
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒが送信重み行列Ｕ’*の計算に用いるチャネル行列Ｈ’は、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅにとってはデータ・パケットのトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦを受信する時刻により近い時点で推定された新鮮なものである。したがって、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ側では、データ・パケットのヘッダに含まれるトレーニング系列ＨＴ−ＬＴＦからより正確なチャネル行列ＵＤを推定することができる。すなわち、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅは、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ側でデータ・パケットのペイロード部分の空間多重に用いた送信重み行列Ｕ’*に対応した、より正確に受信重み行列（ＵＤ）-1を求め、空間分離を行なうことができる。これによって、パケット誤り率（ＰＥＲ）の増加や所要ＳＮＲの増加、通信品質の劣化を防ぐことができる。
【０１１０】
最後に、空間分離部２１６内のチャネル行列追従部３０７における動作方法についてまとめておく。
【０１１１】
（１）チャネル伝達関数以外のエラー成分だけを補正する場合
受信信号のパイロット信号などを参照し、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとＢｅａｍｆｏｒｍｅｅ間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差を検出する（ＯＦＤＭ伝送方式などでは、受信側で準同期検波した後の複素ベースバンドにおいて振幅並びに位相変動補償を行なうための基準となるパイロット信号が例えばペイロード部の位相点に挿入されている）。これらの誤差を補正したチャネル行列から送信重み付け行列を算出する。この方法は、チャネル・トラックの機構を搭載していない無線通信システムにおいても有効である。
【０１１２】
（２）演算回路が十分に高速な場合
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、受信パケット（例えば、ＣＴＳパケット）の最後までチャネル・トラックを行ない、当該受信パケットの最終的なチャネル行列Ｈを得ると、これを特異値分解して送信重み行列としてＵ’*を算出する。続くデータ・パケットの送信時には、この送信重み行列Ｕ’*を乗算して送信する。理想的な動作を実現することができる。
【０１１３】
（３）受信パケットとデータ・パケットの時間間隔ではチャネル・トラックと特異値分解の演算が間に合わない場合
ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームやＡＣＫフレームなどの優先度の高いフレームの伝送には短いフレーム間隔（ＳＩＦＳ：Ｓｈｏｒｔ  Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）が用いられる。このため、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒがＣＴＳパケットを受信してからデータ・パケットの送信を開始するまでにチャネル・トラックと特異値分解の演算が間に合わないことが想定される。
【０１１４】
このような場合、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、データ・パケットの送信時に送信重み行列Ｕ’*の算出が間に合うように、特異値分解の演算にかかる時間を逆算し、おおよそその分だけ次の送信パケットに先立つタイミングのところまでチャネル・トラッキングし推定したチャネル行列を用いて送信重み行列を計算するようにする。
【０１１５】
（４）Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦがある場合で、且つチャネル行列Ｈの時間的変動が少ない場合
ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＨＴ−ＬＴＦは２つのパートから構成されることが規定されている。第１のパートは、１乃至４個のＨＴ−ＬＴＦからなり、これらはデータ・ペイロード部分の空間分離に必要であり、ＤＡＴＡ  ＨＴ−ＬＴＦとも呼ばれる（本明細書中では、単にＨＴ−ＬＴＦと言うときにはＤＡＴＡ  ＨＴ−ＬＴＦを指すものとする）。また、ＭＩＭＯチャネルにおける余剰の空間次元数を調査するためのトレーニング系列としてＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦが規定されている。また、第２のパートは、任意であり、０乃至４個のＨＴ−ＬＴＦからなり、データ・ペイロード部分の空間多重伝送には利用されないＭＩＭＯチャネルの余剰の空間次元を調査するために利用され、Ｅｘｔｒａ  ＨＴ−ＬＴＦとも呼ばれる。
【０１１６】
Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦを伝送するＭＩＭＯチャネルは、ＤＡＴＡ  ＨＴ−ＬＴＦとは異なり、それ以降にペイロード部分を含まないことから、チャネル・トラックすることができない。そこで、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは、チャネル・トラックした結果、チャネル行列Ｈの時間的変動が少なかったときには、チャネル・トラックによる更新が可能なＨＴ−ＬＴＦに対応するチャネル行列成分だけ更新された新鮮なチャネル行列Ｈの特異値分解の処理を行なう。また、チャネル・トラックによる更新ができないＥｘｔｅｎｓｉｏｎＨＴ−ＬＴＦに対応する行列成分については、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分（送受信間のキャリア周波数誤差並びにサンプリング周波数誤差）を最初のＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦに対して補正する。そして、これらの補正した後のチャネル行列成分を組み合わせたチャネル行列を特異値分解し、その結果を以降の送信パケットのための送信重み付け行列を得る。
【０１１７】
例えば、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅから送信されたパケット（ＣＴＳパケット）が３本のＭＩＭＯチャネルからなり、このうち２本のＭＩＭＯチャネル＃１〜＃２ではＤＡＴＡ  ＨＴ−ＬＴＦが送信されるが、１本のＭＩＭＯチャネルではＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦが送信される場合（図５を参照のこと）、ＤＡＴＡ  ＨＴ−ＬＴＦ以降にはペイロードが続くことからチャネル・トラックが可能であるが、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦ以降にはペイロードのフィールドを伴わないので、チャネル・トラック不能である。Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅのｉ番目の送信アンテナからＢｅａｍｆｏｒｍｅｒのｊ番目の受信アンテナへの伝達関数をｈjiとおくと、チャネル行列は下式（９）のように表される（但し、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅの送信アンテナ本数を３本とし、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒの受信アンテナ本数を２本とする）。
【０１１８】
【数９】
2009071493.tif 000011
【０１１９】
ストリーム＃１〜＃２のＨＴ−ＬＴＦから取得される伝達関数ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ21についてはチャネル・トラックが可能であるが、ストリーム＃３のＨＴ−ＬＴＦから取得される伝達関数ｈ13、ｈ23についてはチャネル・トラックが不能である。したがって、フィードバックされたパケット（ＣＴＳパケット）の終端ではチャネル行列は下式（１０）のように更新される。同式に示すように、チャネル行列のうち第１〜２列目までの各行列要素は更新されるが、第３列目のチャネル行列要素は更新されない。
【０１２０】
【数１０】
2009071493.tif 000012
【０１２１】
また、チャネル行列の時間的変動以外のエラー成分（送受信間のキャリア周波数誤差やサンプリング周波数誤差など）をΔとし、これも併せて補正すると、フィードバックされたパケット（ＣＴＳパケット）の終端でのチャネル行列は下式（１１）の通りとなる。
【０１２２】
【数１１】
2009071493.tif 000013
【０１２３】
したがって、この場合のＢｅａｍｆｏｒｍｅｒは、上式（１１）に示すチャネル行列を特異値分解して得られた結果を、後続の送信パケット（データ・パケット）の送信重み行列に用いるようにすればよい。
【０１２４】
（５）Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦがある場合で、且つチャネル行列Ｈの時間的変動が大きい場合
チャネル・トラックした結果、チャネル行列Ｈの時間的変動が大きい場合には、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦに対応するチャネル行列成分は切り捨ててしまって、チャネル・トラック可能なＨＴ−ＬＴＦに対応する行列要素のみで特異値分解処理を行なう。
【０１２５】
（６）チャネル行列の時間的変動の確認方法
Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒは受信パケット（ＣＴＳパケット）を最後まで受信して、送受信機間の搬送波周波数誤差とサンプリング周波数誤差を推定する。そして、この補正値を以って、パケット先頭付近にあるＨＴ−ＬＴＦからこの誤差成分を除去して、チャネル行列を推定する。そして、当該パケットの最後まで受信した結果、チャネル行列の時間的変動と送受新機間の誤差の両方が補正されたチャネル伝達関数と、前述のパケット先頭付近のＨＴ−ＬＴＦから誤差を除去して推定したチャネル伝達関数との相関値を求め、この相関値を以ってチャネル行列の時間的変動の大小を判断する。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
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。
【０１２７】
本明細書では、説明の簡素化のため、送信側の端末はストリームをアンテナ・ブランチに直接割り当てる“ｄｉｒｅｃｔ  ｍａｐｐｉｎｇ”を行なう実施形態についてのみ説明してきたが、“ｓｐａｔｉａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ”やストリームとアンテナ・ブランチが１対１に対応しない変換方式を採り入れた場合であっても、同様に本発明を適用することができる。
【０１２８】
また、本明細書では、主にＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅをベースとしたＭｏｂｉｌｅ  ＷｉＭａｘ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）、移動体向けの高速無線通信規格であるＩＥＥＥ８０２．２０、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯を使用する高速無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯の無線伝送を利用して非圧縮のＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）映像を伝送可能とするＷｉｒｅｌｅｓｓ  ＨＤ、第４世代（４Ｇ）携帯電話など、ＭＩＭＯ通信方式を採用するさまざまな無線通信システムに対して、同様に本発明を適用することができる。
【０１２９】
要するに、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】
【０１３０】
【図１】図１は、主にＩｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋのＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとして動作することができる無線通信装置の送信系統の構成を示した図である。
【図２】図２は、主にＩｍｐｌｉｃｉｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋのＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとして動作することができる無線通信装置の受信系統の構成を示した図である。
【図３】図３は、空間分離部２１６内の構成を示した図である。
【図４】図４は、無線通信装置がＩｍｐｌｉｃｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋにおいてＢｅａｍｆｏｒｍｅｒとしてＲＴＳ／ＣＴＳ手順を通じてデータ・パケットを送信する際の通信シーケンスを示した図である。
【図５】図５は、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ＨＴ−ＬＴＦが含まれる場合のチャネル行列の更新方法を説明するための図である。
【図６】図６は、ＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信方式を採用するＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規定するパケット・フォーマットの一例（Ｍｉｘｅｄ  ｆｏｒｍａｔ）を示した図である。
【図７】図７は、クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ手順に則った通信シーケンスを模式的に示した図である。
【図８】図８は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を実行する仮定でチャネル行列が変動する様子を示した図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１００…データ発生器
１０２…スクランブラ
１０４…符号化器
１０６…シリアル・パラレル変換部
１０８…パンクチャ
１１０…インタリーバ
１１１…セレクタ
１１２…マッパー
１１４…空間多重部
１１４ａ…ビーム生成用送信重み行列計算部
１１４ｂ…送信重み行列計算部
１１６…高速フーリエ逆変換部（ＩＦＦＴ）
１１８…ガード挿入部
１２０…デジタル・フィルタ
１２２…ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
１２４…ＲＦ部
２００…データ取得部
２０２…デスクランブラ
２０４…復号器
２０６…パラレル・シリアル変換部
２０８…デパンクチャ
２１０…デインタリーバ
２１２…デマッパー
２１４…チャネル等化回路
２１６…空間分離部
２１８…高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）
２２０…ガード除去部
２２２…同期回路
２２４…デジタル・フィルタ
２２６…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
２２８…ＲＦ部
３０１…符号化器
３０２…シリアル・パラレル変換部
３０３…パンクチャ
３０４…インタリーバ
３０５…マッパー
３０６…判定帰還部
３０７…チャネル行列追従部
３０８…チャネル行列保持部
３０９…チャネル行列推定部
３１０…受信重み行列計算部
３１１…受信重み行列乗算部
【図１】
2009071493.tif 000014
【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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