(57)【要約】フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができる無線通信装置を開示する。この装置において、チャネル推定部（１０３）では、受信パイロット信号を用いて各伝搬路についてチャネル推定が行われ、相関検出部（１０４）では、チャネル推定結果を用いて各チャネル間の相関値を求め、チャネル全体の相関値が検出される。振幅・位相比率判定部（１０５）では、伝搬路情報の振幅と位相を量子化する際の振幅と位相の量子化ビットの比率が相関値に基づいて判定され、判定された振幅と位相の比率に従って、伝搬路情報がフィードバック情報生成部（１０６）で量子化される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、
伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさと所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を決定する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関が大きい場合には、振幅情報量の比率を高くし、前記伝搬路の相関が小さい場合には、位相情報量の比率を高くする請求項２に記載の無線通装置。
【請求項４】
前記決定手段は、伝搬路数に応じた閾値に変更する請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさに応じて、量子化の分解能を決定する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさが大きくなるに従い、量子化の分解能を高く決定する請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項７】
請求項１に記載の無線通信装置を具備する無線通信移動局装置。
【請求項８】
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、
前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、
を具備するフィードバック情報生成方法。
【請求項９】
送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記樹脂に装置は、
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、
伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、
を有し、
前記送信装置は、
前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、
前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、
を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数のアンテナから送信された無線信号を複数のアンテナで受信して無線通信を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）技術を利用した無線通信システムにおいて使用される無線通信装置及びフィードバック情報生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、高速大容量のデータ伝送を実現する伝送方式の検討が行われており、複数のアンテナを用いたＭＩＭＯ伝送技術が注目を集めている。ＭＩＭＯ伝送では、複数のアンテナを同じ時間、同じ周波数で使用し、複数の異なる伝搬路を介して信号を伝送することにより、伝送スループットを増大させることができる。これは、空間分割多重（ＳＤＭ：Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と呼ばれている。【０００３】  ＳＤＭ方式には、各アンテナから異なる信号ストリームを送信するアンテナスペースＳＤＭと、送信側で送信信号に重み付けすることによりビームを形成し、複数のビームを用いて異なる信号ストリームを送信するビームスペースＳＤＭがある。【０００４】  ビームスペースＳＤＭは、伝搬路の状況に適応制御させた送信ビームを形成した場合、アンテナスペースＳＤＭに対して伝送スループットを向上させることができる。ビームスペースＳＤＭとしては、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。【０００５】  ところが、ビームスペースＳＤＭは、伝搬路の状況に適応制御させた送信ビームを形成する場合、送信側で伝搬路状況又は送信する際に用いる送信ウェイトを把握しておく必要がある。ＴＤＤでは、上り回線と下り回線とで同じ周波数帯を使用しているため、上り回線と下り回線の時間差が微少であれば、上り回線と下り回線の伝搬路は可逆性が成り立つので、逆回線の伝搬路情報を用いることができる。【０００６】  一方、ＦＤＤでは、上り回線と下り回線の周波数帯が異なることから、上り回線と下り回線の伝搬路は可逆性が成り立たず、逆回線の伝搬路情報を用いることができない。このため、受信側においてチャネル推定などによって得られた伝搬路情報を送信側にフィードバックする必要がある。このように、伝搬路情報をフィードバックし、送信側で伝搬路情報を再現する技術として、例えば、非特許文献１に開示の技術が知られている。【０００７】  非特許文献１に開示の技術は、伝搬路情報を量子化してフィードバック情報を生成するものである。具体的には、送信ウェイトを構成する１つの複素数値に対して、振幅を３ビットの情報に、位相を５ビットの情報に量子化することで、１つの複素数値を８ビットで表現する。そして、送信ウェイトの構成要素数をＮとした場合には、１つの複素数値の位相を基準位相とすることで、送信ウェイト全体を３Ｎ＋５（Ｎ−１）ビットの情報としてフィードバックするものである。送信側では、フィードバック情報から伝搬路情報を再現する際に、高い精度で再現することにより、伝搬路の状況に適した送信ビームを形成することができ、伝送スループットを向上させることができる。
【特許文献１】特開２００１−２３７７５１号公報
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＲ２５．８６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  しかしながら、上述した非特許文献１に開示の技術では、送信側において伝搬路情報を高精度に再現するためには、伝搬路情報を高い分解能で量子化する必要があり、この場合、フィードバック情報量が増大してしまう。例えば、送信ウェイトの１つの複素数値に対して、振幅を４ビットの情報に、位相を６ビットの情報に量子化すると、フィードバック情報量は１０ビットとなり、２ビット増加する。このように、高い分解能で量子化すると、フィードバック情報量が増大し、通信回線を圧迫してしまう。【０００９】  本発明の目的は、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができる無線通信装置及びフィードバック情報生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の無線通信装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、を具備する構成を採る。【００１１】  本発明のフィードバック情報生成方法は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、を具備するようにした。【００１２】  本発明の無線通信システムは、送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、前記樹脂に装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、を有し、前記送信装置は、前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図３】図１に示した受信装置のフィードバック処理を示すフロー図
【図４】伝搬路情報を振幅３ビット、位相５ビットに量子化する様子を示す図
【図５】図４に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【図６】伝搬路情報を振幅４ビット、位相４ビットに量子化する様子を示す図
【図７】図６に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【図８】送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ２本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図
【図９】送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ４本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図
【図１０】伝搬路の相関値、振幅及び位相の比率、送受信アンテナ数との対応関係をまとめたテーブルを示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図１２】伝搬路情報の量子化方法の説明に供する図
【図１３】図１２に示した差分情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。【００１６】  （実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎは、送信装置からアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎを介して受信した無線周波数帯の搬送波信号をベースバンド信号に変換し、変換したベースバンド信号をチャネル推定部１０３及びＭＩＭＯ復調部１０７に出力する。【００１７】  チャネル推定部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎから出力されたベースバンド信号からパイロット信号を復調し、復調したパイロット信号を用いてチャネル推定を行う。ここで、チャネルとは、送信アンテナから送信された信号が受信アンテナで受信されるまでの信号の伝搬路のことであり、この伝搬路では、マルチパスフェージングの影響を受けることにより信号の振幅と位相に変動が発生する。チャネル推定とは、この振幅と位相の変動を測定することである。また、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間に形成される複数の伝搬路では、信号はそれぞれ異なる変動を受けることから、各伝搬路についてそれぞれチャネル推定を行う。チャネル推定結果は相関検出部１０４及びフィードバック情報生成部１０６に出力される。【００１８】  相関検出部１０４は、チャネル推定部１０３から出力されたチャネル推定結果を用いて、２つのチャネルの組合せ全てについて各チャネル間の相関値を求め、求めた各チャネル間の相関値を用いて、チャネル全体の相関値を検出する。チャネル全体の相関値は、各チャネル間の相関値を平均して求めることなどが考えられる。検出されたチャネル全体の相関値は振幅・位相比率判定部１０５に出力される。【００１９】  振幅・位相比率判定部１０５は、後述するフィードバック情報生成部１０６において伝搬路情報を量子化してフィードバック情報とする際のフィードバック情報における振幅と位相の量子化ビットの比率を、相関検出部１０４から出力された相関値に基づいて判定し、判定した振幅と位相の比率をフィードバック情報生成部１０６に出力すると共に、振幅と位相の比率を示すインジケータを送信装置にフィードバックする。【００２０】  フィードバック情報生成部１０６は、振幅・位相比率判定部１０５から出力された振幅と位相の比率に従って、チャネル推定部１０３から出力されたチャネル推定結果、すなわち、伝搬路情報を量子化し、量子化した振幅及び位相を含むフィードバック情報を生成する。生成されたフィードバック情報は送信装置にフィードバックされる。【００２１】  ＭＩＭＯ復調部１０７は、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎから出力されたベースバンド信号をＭＩＭＯ復調し、復調結果を復号化部１０８−１及び１０８−２に出力する。復号化部１０８−１及び１０８−２は、ＭＩＭＯ復調部１０７から出力された復調結果に誤り訂正復号、誤り検出等の処理を施し、受信データ系列を取り出す。【００２２】  図２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置２００の構成を示すブロック図である。この図において、伝搬路情報再現部２０１は、受信装置１００からフィードバックされたフィードバック情報と比率を示すインジケータとを取得し、インジケータに基づいて、フィードバック情報から量子化前の伝搬路情報を再現する。再現された伝搬路情報はウェイト生成部２０２に出力される。【００２３】  ウェイト生成部２０２は、伝搬路情報再現部２０１から出力された伝搬路情報に基づいて、各ストリームに重み付けを行う送信ウェイトを生成し、生成した送信ウェイトを各乗算器２０４−１〜２０４−Ｎ及び２０６−１〜２０６−Ｎに出力する。【００２４】  送信データ系列１は符号化部２０３で符号化されることにより、複数ストリームが形成され、対応する乗算器２０４−１〜２０４−Ｎにそれぞれ出力される。同様に、送信データ系列２は符号化部２０５で符号化され、複数ストリームがそれぞれ対応する乗算器２０６−１〜２０６−Ｎに出力される。【００２５】  乗算器２０４−１〜２０４−Ｎ及び２０６−１〜２０６−Ｎでは、ウェイト生成部２０２から出力された送信ウェイトが各ストリームに乗算され、重み付けが行われる。重み付けが行われたストリームは対応するストリーム同士、加算器２０７−１〜２０７−Ｎで加算され、送信ＲＦ部２０８−１〜２０８−Ｎで無線周波数帯の搬送波信号にアップコンバートされ、各アンテナ２０９−１〜２０９−Ｎを介して送信される。【００２６】  次に、上記構成を有する受信装置１００のフィードバック処理について図３を用いて説明する。図３では、下り回線でのＭＩＭＯ伝送を前提とし、フィードバック情報を生成する受信装置を移動局装置とする。この図において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）３０１では、移動局装置の各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎでは、下り回線で送信されたパイロット信号を受信する。複数のアンテナから送信されるパイロット信号は、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などによって送信される。【００２７】  ＳＴ３０２では、各送信アンテナと各受信アンテナの全ての組合せ、すなわち、各伝搬路についてチャネル推定部１０３でチャネル推定が行われる。例えば、送信アンテナ数をＭ、受信アンテナ数をＮとすると、チャネル推定結果はＮ行Ｍ列のチャネル行列Ｈとなり、以下の式（１）のように表すことができる。
【数１】
2006118123.tif 000002
【００２８】  ここで、ｈｎｍは行列Ｈのｎ行ｍ列の構成要素であり、第ｍ送信アンテナと第ｎ受信アンテナとの間の伝搬路で受けるフェージング変動を示しており、一般的には複素数で表現される。【００２９】  ＳＴ３０３では、ＳＴ３０２におけるチャネル推定結果を用いて、相関検出部１０４でチャネル全体の相関値が検出される。まず、チャネル間の相関値ρｉｊ，ｐｑが、例えば式（２）によって求められる。
【数２】
2006118123.tif 000003
【００３０】  ここで、ｈｉｊはチャネル行列Ｈの第（ｉ、ｊ）要素を、ｈｐｑはチャネル行列Ｈの第（ｐ、ｑ）要素をそれぞれ示している。また、Ｅ［ｈ］はｈの期待値を意味する。各チャネル間の相関値は平均されるなどしてチャネル全体の相関値として検出される。【００３１】  ＳＴ３０４では、ＳＴ３０３で検出されたチャネル全体の相関値と予め定められた閾値との閾値判定が振幅・位相比率判定部１０５で行われる。この閾値判定の結果が閾値を越える場合には振幅の比率を高くし、ＳＴ３０５に移行する。一方、閾値以下の場合には位相の比率を高くし、ＳＴ３０６に移行する。なお、閾値は、送受信アンテナ数及び量子化ビット数によって異なる値をとる。このため、振幅・位相比率判定部１０５は、送受信アンテナ数及び量子化ビット数と閾値との対応関係をまとめたテーブルを用意しておくことにより、閾値を変更することができる。【００３２】  ＳＴ３０５では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率に従って、フィードバック情報生成部１０６で伝搬路情報が量子化され、振幅の比率を高くしたフィードバック情報が生成される。また、ＳＴ３０６では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率に従って、フィードバック情報生成部１０６で伝搬路情報が量子化され、位相の比率を高くしたフィードバック情報が生成される。【００３３】  ここで、フィードバック情報の生成方法、すなわち、伝搬路情報の量子化方法について説明する。まず、一対の送受信アンテナ間の伝搬路情報に対して、振幅を３ビットに、位相を５ビットに量子化し、８ビットのフィードバック情報を生成する場合について図４を用いて説明する。図４では、実線の矢印が伝搬路情報を示しており、この伝搬路情報を量子化すると、振幅「１１１」、位相「００１１０」で表すことができる。すなわち、図４に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報は図５に示すようになる。【００３４】  また、フィードバック情報を８ビットのまま振幅を４ビット、位相を４ビットに量子化する場合について図６を用いて説明する。図６でも実線の矢印が伝搬路情報を示しており、この伝搬路情報を量子化すると、振幅「１１１１」、位相「００１１」で表すことができる。すなわち、図６に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報は図７に示すようになる。【００３５】  再度、図３を参照するに、ＳＴ３０７では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率を示すインジケータを振幅・位相比率判定部１０５が送信装置２００である基地局装置に送信する。これにより、基地局装置は、インジケータを取得することができ、移動局装置において量子化に用いた振幅と位相の比率でフィードバック情報を再現することができる。なお、移動局装置と基地局装置との間で予め振幅及び位相の比率とインジケータとの対応関係を共有化しておくことにより、インジケータで振幅と位相のビット数を通知する必要がなくなる。また、インジケータの送信タイミングは、図３のＳＴ３０７に示すタイミングに限らず、例えば、相関値の閾値判定結果を監視し、閾値判定結果が変化した場合にインジケータを送信したり、一定の間隔で送信し、インジケータを送信しない区間で振幅及び位相の比率を変更しないでフィードバック情報を送信し続けたりしてもよい。【００３６】  ＳＴ３０８では、ＳＴ３０５又はＳＴ３０６において生成されたフィードバック情報がフィードバック情報生成部１０６から基地局装置に送信され、移動局装置におけるフィードバック処理を終了する。【００３７】  次に、図４及び図６に示した方法により量子化したフィードバック情報に基づいて、ビームスペースＳＤＭ伝送を行った際、量子化誤差により発生する干渉電力を評価する。図８は、送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ２本の場合における伝搬路の相関値と信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）の関係を示す図である。また、図９は、送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ４本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図である。なお、図８及び図９に示した関係を求める数値演算では、送信ウェイトとして固有ベクトルを用いている。【００３８】  図８及び図９において、丸印を結ぶ実線は振幅３ビット、位相５ビットで量子化する図４に示した方法（位相重視の量子化方法）を表し、三角印を結ぶ点線は振幅４ビット、位相４ビットで量子化する図６に示した方法（振幅重視の量子化方法）を表している。図８及び図９は共に、相関値０．７〜０．９の間で実線と点線とが交差しており、この交点における相関値より低い相関値では位相を重視した量子化方法が振幅を重視した量子化方法よりＳＩＲの劣化を抑えることができる。逆に、この交点における相関値より高い相関値では振幅を重視した量子化方法が位相を重視した量子化方法よりＳＩＲの劣化を抑えることができる。すなわち、この交点における相関値を上述した振幅・位相比率判定部１０５における閾値として設定することが望ましい。また、この交点における相関値はアンテナ数の違いによって異なることから、アンテナ数に応じて閾値を変更する必要がある。【００３９】  このような解析結果に基づいて、伝搬路の相関値、振幅及び位相の比率、送受信アンテナ数との関係をまとめたテーブルを図１０に示す。振幅・位相比率判定部１０５には、図１０に示すようなテーブルを用意しておき、伝搬路の相関値と送受信アンテナ数とから振幅重視の量子化とするか、位相重視の量子化とするかをテーブルから読み出す。【００４０】  このように、伝搬路の相関が低い場合には、位相を重視した量子化を行い、伝搬路の相関が高い場合には、振幅を重視した量子化を行うことにより、送信装置２００においてフィードバックされたフィードバック情報から伝搬路情報を精度良く再現することができるので、ビームスペースＳＤＭ伝送を行った際、量子化誤差により発生する干渉電力を低減することができる。【００４１】  このように実施の形態１によれば、伝搬路情報を量子化する際、伝搬路の相関の大きさに基づいて、振幅重視か位相重視かの量子化を行い、フィードバック情報を生成することにより、フィードバック情報を受信した送信装置は、フィードバック情報から伝搬路情報を精度良く再現することができる。【００４２】  なお、本実施の形態では、振幅と位相のどちらを重視してフィードバック情報を生成するかを伝搬路の相関値に基づいて判定してい��が、本発明はこれに限定されるものではなく、伝搬路の相関の大きさを示すものであれば、これに基づいて判定してもよい。例えば、伝搬路行列の行列式の大きさ、伝搬路行列の特異値の大きさの分布、受信ベクトルの相関値などがある。【００４３】  また、本実施の形態では、フィードバック情報として振幅情報と位相情報のどちらを重視するかを、振幅ビット数と位相ビット数の比率を制御することで実現しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、振幅情報と位相情報のそれぞれのフィードバック周期を制御することで、どちらを重視するかを制御するようにしてもよい。例えば、１つの無線フレームが複数の無線スロットから構成され、その無線スロット毎に振幅情報又は位相情報のいずれかをフィードバック情報として送信する無線通信システムを想定した場合、振幅情報を格納するスロット数と位相情報を格納するスロット数の比率を制御することが考えられる。これにより、本実施の形態と同様に振幅情報と位相情報の比率を制御することができる。【００４４】  なお、本実施の形態では、フィードバック情報として伝搬路情報を扱っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信側で求めた送信ウェイト情報であってもよい。受信側における送信ウェイトの求め方としては、伝搬路情報から行列演算により算出する方法、または、あらかじめテーブル化されている送信ウェイトの中から受信状態が良くなるウェイトを選択する方法などがある。この場合、算出した送信ウェイトやテーブル化されている送信ウェイトに対して、本実施の形態と同じように伝搬路の相関の大きさに基づいて量子化を行うことで、限られたフィードバック情報の中でも、精度良く送信ウェイトをフィードバックすることができる。【００４５】  （実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る受信装置４００の構成を示すブロック図である。図１１が図１と異なる点は、振幅・位相比率判定部１０５を分解能判定部４０１に変更したことである。【００４６】  図１１において、分解能判定部４０１は、フィードバック情報生成部４０２において伝搬路情報を量子化する分解能を、相関検出部１０４から出力された相関値に基づいて判定し、判定結果（量子化に用いる分解能）をフィードバック情報生成部４０２に出力すると共に、判定結果を示すインジケータを送信装置にフィードバックする。【００４７】  フィードバック情報生成部４０２は、分解能判定部４０１から出力された判定結果に従って、チャネル推定部１０３から出力された伝搬路情報を量子化し、量子化した振幅及び位相を含むフィードバック情報を生成する。【００４８】  本発明の実施の形態２に係る送信装置は図２と同様なので、図２を援用して説明すると、伝搬路情報再現部２０１は、受信装置４００からフィードバックされたフィードバック情報と分解能を示すインジケータとを取得し、インジケータに基づいて、フィードバック情報から量子化前の伝搬路情報を再現する。【００４９】  以下、分解能判定部４０１における分解能の判定方法について説明する。伝搬路の相関が低い場合には、各伝搬路を示す複素数値は、複素平面全体に分布することから、複素平面を均等に分割するような分解能が望ましい。【００５０】  一方、伝搬路の相関が高い場合には、伝搬路行列の各要素の振幅及び位相が近い値となるので、複素平面を均等に分割するような分解能に比べ、高い分解能で差分情報を量子化することができる。【００５１】  このようなことから、分解能判定部４０１は、伝搬路の相関が高い場合には差分情報を高分解能で量子化すると判定とし、伝搬路の相関が低い場合には伝搬路情報を低分解能（複素平面を均等に分割するような分解能）で量子化すると判定する。【００５２】  ここで、フィードバック情報生成部４０２における伝搬路情報の量子化方法について図１２を用いて説明する。フィードバック情報生成部４０２に２つの伝搬路情報（複素数値）が入力された場合、一方の伝搬路情報を基準（基準情報）とし、他方の伝搬路情報と基準情報との差分情報を検出する。【００５３】  基準情報及び差分情報が図１２に示すものであったとすると、分解能は基準情報の振幅及び位相にそれぞれ近いほど高い分解能が設定され、基準情報の振幅及び位相からそれぞれ離れるほど低い分解能が設定されており、差分情報は振幅「１１０」、位相「０００１０」で表すことができる。すなわち、図１２に示した差分情報から生成されるフィードバック情報は図１３に示すようになる。【００５４】  このように、基準情報と相関が高い伝搬路情報に対しては、差分情報を基準情報に近いほど高い分解能で量子化することにより、基準情報との差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。また、基準情報と相関が低い伝搬路情報に対しては、伝搬路情報自体を、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。【００５５】  次に、フィードバック情報生成部４０２が伝搬路行列を量子化する方法について説明する。フィードバック情報生成部４０���に伝搬路行列が入力された場合、伝搬路行列の構成要素の１つを抽出し、抽出した構成要素を基準として量子化する。この量子化の際には、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。【００５６】  次いで、伝搬路行列の他の構成要素を１つ抽出し、伝搬路の相関が高い場合には、他の構成要素と基準の構成要素との差分情報を量子化する。この量子化の際には、基準構成要素の振幅及び位相にそれぞれ近いほど高い分解能で、基準構成要素の振幅及び位相からそれぞれ離れるほど低い分解能で量子化する。また、伝搬路の相関が低い場合には、他の構成要素自体を、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。このように、伝搬路行列の各構成要素について量子化を行う。【００５７】  なお、ここでは、伝搬路行列の各構成要素について差分情報を求める方法について説明したが、伝搬路行列の送信ベクトル又は受信ベクトルを一つのまとまりとして差分情報を求める方法でもよい。【００５８】  このように実施の形態２によれば、伝搬路の相関が高い場合には差分情報を高分解能で伝搬路情報を量子化することにより、フィードバック情報量を増大させることなく、相関の高い伝搬路情報の差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。【００５９】  なお、本実施の形態では、基準情報と差分情報とを同じビット数で量子化する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基準情報の量子化ビット数と差分情報の量子化ビット数の合計値を一定として、基準情報と差分情報の量子化ビット数を制御してもよい。すなわち、差分情報の量子化ビット数を減らし、その分を基準情報の量子化ビット数に割り当てることにより、基準情報の分解能が向上し、量子化誤差が抑えられ、フィードバック情報の精度を向上させることができる。【００６０】  なお、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。【００６１】  また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。【００６２】  また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。【００６３】  さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。【００６４】  本発明の第１の態様は、無線通信装置が、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含���フィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、を具備する構成を採る。【００６５】  この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。【００６６】  本発明の第２の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさと所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を決定する構成を採る。【００６７】  本発明の第３の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関が大きい場合には、振幅情報量の比率を高くし、前記伝搬路の相関が小さい場合には、位相情報量の比率を高くする構成を採る。【００６８】  これらの構成によれば、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を伝搬路の状況に適したものとすることができ、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。【００６９】  本発明の第４の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、伝搬路数に応じた閾値に変更する構成を採る。【００７０】  この構成によれば、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を切り替える相関の大きさが伝搬路数によって変わるので、伝搬路数に応じた閾値とすることにより、フィードバック情報を精度良く生成することができる。【００７１】  本発明の第５の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさに応じて、量子化の分解能を決定する構成を採る。【００７２】  本発明の第６の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさが大きくなるに従い、量子化の分解能を高く決定する構成を採る。【００７３】  これらの構成によれば、限られた情報量で、相関の高い伝搬路情報の差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。【００７４】  本発明の第７の態様は、無線通信移動局装置が、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する構成を採る。【００７５】  この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。【００７６】  本発明の第８の態様は、フィードバック情報生成方法が、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、を具備するようにした。【００７７】  この方法によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。【００７８】  本発明の第９の態様は、無線通信システムが、送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、前記樹脂に装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、を有し、前記送信装置は、前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、を有する構成を採る。【００７９】  この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができるので、送信装置において伝搬路情報を精度良く再現することができる。【００８０】  本明細書は、２００５年４月２８日出願の特願２００５−１３２０５９に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００８１】  本発明にかかる無線通信装置及びフィードバック情報生成方法は、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができ、ＭＩＭＯ受信装置等に有用である。
【図１】
2006118123.tif 000004
【図２】
2006118123.tif 000005
【図３】
2006118123.tif 000006
【図４】
2006118123.tif 000007
【図５】
2006118123.tif 000008
【図６】
2006118123.tif 000009
【図７】
2006118123.tif 000010
【図８】
2006118123.tif 000011
【図９】
2006118123.tif 000012
【図１０】
2006118123.tif 000013
【図１１】
2006118123.tif 000014
【図１２】
2006118123.tif 000015
【図１３】
2006118123.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、
伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさと所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を決定する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関が大きい場合には、振幅情報量の比率を高くし、前記伝搬路の相関が小さい場合には、位相情報量の比率を高くする請求項２に記載の無線通装置。
【請求項４】
前記決定手段は、伝搬路数に応じた閾値に変更する請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさに応じて、量子化の分解能を決定する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記決定手段は、前記伝搬路の相関の大きさが大きくなるに従い、量子化の分解能を高く決定する請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項７】
請求項１に記載の無線通信装置を具備する無線通信移動局装置。
【請求項８】
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、
前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、
を具備するフィードバック情報生成方法。
【請求項９】
送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記樹脂に装置は、
複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、
伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、
前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、
を有し、
前記送信装置は、
前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、
前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、
を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナから送信された無線信号を複数のアンテナで受信して無線通信を行うＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)技術を利用した無線通信システムにおいて使用される無線通信装置及びフィードバック情報生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速大容量のデータ伝送を実現する伝送方式の検討が行われており、複数のアンテナを用いたＭＩＭＯ伝送技術が注目を集めている。ＭＩＭＯ伝送では、複数のアンテナを同じ時間、同じ周波数で使用し、複数の異なる伝搬路を介して信号を伝送することにより、伝送スループットを増大させることができる。これは、空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）と呼ばれている。
【０００３】
ＳＤＭ方式には、各アンテナから異なる信号ストリームを送信するアンテナスペースＳＤＭと、送信側で送信信号に重み付けすることによりビームを形成し、複数のビームを用いて異なる信号ストリームを送信するビームスペースＳＤＭがある。
【０００４】
ビームスペースＳＤＭは、伝搬路の状況に適応制御させた送信ビームを形成した場合、アンテナスペースＳＤＭに対して伝送スループットを向上させることができる。ビームスペースＳＤＭとしては、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。
【０００５】
ところが、ビームスペースＳＤＭは、伝搬路の状況に適応制御させた送信ビームを形成する場合、送信側で伝搬路状況又は送信する際に用いる送信ウェイトを把握しておく必要がある。ＴＤＤでは、上り回線と下り回線とで同じ周波数帯を使用しているため、上り回線と下り回線の時間差が微少であれば、上り回線と下り回線の伝搬路は可逆性が成り立つので、逆回線の伝搬路情報を用いることができる。
【０００６】
一方、ＦＤＤでは、上り回線と下り回線の周波数帯が異なることから、上り回線と下り回線の伝搬路は可逆性が成り立たず、逆回線の伝搬路情報を用いることができない。このため、受信側においてチャネル推定などによって得られた伝搬路情報を送信側にフィードバックする必要がある。このように、伝搬路情報をフィードバックし、送信側で伝搬路情報を再現する技術として、例えば、非特許文献１に開示の技術が知られている。
【０００７】
非特許文献１に開示の技術は、伝搬路情報を量子化してフィードバック情報を生成するものである。具体的には、送信ウェイトを構成する１つの複素数値に対して、振幅を３ビットの情報に、位相を５ビットの情報に量子化することで、１つの複素数値を８ビットで表現する。そして、送信ウェイトの構成要素数をＮとした場合には、１つの複素数値の位相を基準位相とすることで、送信ウェイト全体を３Ｎ＋５（Ｎ−１）ビットの情報としてフィードバックするものである。送信側では、フィードバック情報から伝搬路情報を再現する際に、高い精度で再現することにより、伝搬路の状況に適した送信ビームを形成することができ、伝送スループットを向上させることができる。
【特許文献１】特開２００１−２３７７５１号公報
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＲ２５．８６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した非特許文献１に開示の技術では、送信側において伝搬路情報を高精度に再現するためには、伝搬路情報を高い分解能で量子化する必要があり、この場合
、フィードバック情報量が増大してしまう。例えば、送信ウェイトの１つの複素数値に対して、振幅を４ビットの情報に、位相を６ビットの情報に量子化すると、フィードバック情報量は１０ビットとなり、２ビット増加する。このように、高い分解能で量子化すると、フィードバック情報量が増大し、通信回線を圧迫してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができる無線通信装置及びフィードバック情報生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線通信装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、を具備する構成を採る。
【００１１】
本発明のフィードバック情報生成方法は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、を具備するようにした。
【００１２】
本発明の無線通信システムは、送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、前記樹脂に装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、を有し、前記送信装置は、前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎは、送信装置からアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎを介して受信した無線周波数帯の搬送波信号をベースバンド信号に変換し、変換したベースバンド信号をチャネル推定部１０３及びＭＩＭＯ復調部１０７に出力する。
【００１６】
チャネル推定部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎから出力されたベースバンド信号からパイロット信号を復調し、復調したパイロット信号を用いてチャネル推定を行う。ここで、チャネルとは、送信アンテナから送信された信号が受信アンテナで受信されるまでの信号の伝搬路のことであり、この伝搬路では、マルチパスフェージングの影響を受けることにより信号の振幅と位相に変動が発生する。チャネル推定とは、この振幅と位相の変動を測定することである。また、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間に形成される複数の伝搬路では、信号はそれぞれ異なる変動を受けることから、各伝搬路についてそれぞれチャネル推定を行う。チャネル推定結果は相関検出部１０４及びフィードバック情報生成部１０６に出力される。
【００１７】
相関検出部１０４は、チャネル推定部１０３から出力されたチャネル推定結果を用いて、２つのチャネルの組合せ全てについて各チャネル間の相関値を求め、求めた各チャネル間の相関値を用いて、チャネル全体の相関値を検出する。チャネル全体の相関値は、各チャネル間の相関値を平均して求めることなどが考えられる。検出されたチャネル全体の相関値は振幅・位相比率判定部１０５に出力される。
【００１８】
振幅・位相比率判定部１０５は、後述するフィードバック情報生成部１０６において伝搬路情報を量子化してフィードバック情報とする際のフィードバック情報における振幅と位相の量子化ビットの比率を、相関検出部１０４から出力された相関値に基づいて判定し、判定した振幅と位相の比率をフィードバック情報生成部１０６に出力すると共に、振幅と位相の比率を示すインジケータを送信装置にフィードバックする。
【００１９】
フィードバック情報生成部１０６は、振幅・位相比率判定部１０５から出力された振幅と位相の比率に従って、チャネル推定部１０３から出力されたチャネル推定結果、すなわち、伝搬路情報を量子化し、量子化した振幅及び位相を含むフィードバック情報を生成する。生成されたフィードバック情報は送信装置にフィードバックされる。
【００２０】
ＭＩＭＯ復調部１０７は、受信ＲＦ部１０２−１〜１０２−Ｎから出力されたベースバンド信号をＭＩＭＯ復調し、復調結果を復号化部１０８−１及び１０８−２に出力する。復号化部１０８−１及び１０８−２は、ＭＩＭＯ復調部１０７から出力された復調結果に誤り訂正復号、誤り検出等の処理を施し、受信データ系列を取り出す。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置２００の構成を示すブロック図である。この図において、伝搬路情報再現部２０１は、受信装置１００からフィードバックされたフィードバック情報と比率を示すインジケータとを取得し、インジケータに基づいて、フィードバック情報から量子化前の伝搬路情報を再現する。再現された伝搬路情報はウェイ
ト生成部２０２に出力される。
【００２２】
ウェイト生成部２０２は、伝搬路情報再現部２０１から出力された伝搬路情報に基づいて、各ストリームに重み付けを行う送信ウェイトを生成し、生成した送信ウェイトを各乗算器２０４−１〜２０４−Ｎ及び２０６−１〜２０６−Ｎに出力する。
【００２３】
送信データ系列１は符号化部２０３で符号化されることにより、複数ストリームが形成され、対応する乗算器２０４−１〜２０４−Ｎにそれぞれ出力される。同様に、送信データ系列２は符号化部２０５で符号化され、複数ストリームがそれぞれ対応する乗算器２０６−１〜２０６−Ｎに出力される。
【００２４】
乗算器２０４−１〜２０４−Ｎ及び２０６−１〜２０６−Ｎでは、ウェイト生成部２０２から出力された送信ウェイトが各ストリームに乗算され、重み付けが行われる。重み付けが行われたストリームは対応するストリーム同士、加算器２０７−１〜２０７−Ｎで加算され、送信ＲＦ部２０８−１〜２０８−Ｎで無線周波数帯の搬送波信号にアップコンバートされ、各アンテナ２０９−１〜２０９−Ｎを介して送信される。
【００２５】
次に、上記構成を有する受信装置１００のフィードバック処理について図３を用いて説明する。図３では、下り回線でのＭＩＭＯ伝送を前提とし、フィードバック情報を生成する受信装置を移動局装置とする。この図において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）３０１では、移動局装置の各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎでは、下り回線で送信されたパイロット信号を受信する。複数のアンテナから送信されるパイロット信号は、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などによって送信される。
【００２６】
ＳＴ３０２では、各送信アンテナと各受信アンテナの全ての組合せ、すなわち、各伝搬路についてチャネル推定部１０３でチャネル推定が行われる。例えば、送信アンテナ数をＭ、受信アンテナ数をＮとすると、チャネル推定結果はＮ行Ｍ列のチャネル行列Ｈとなり、以下の式（１）のように表すことができる。
【数１】
2006118123.tif 000017
【００２７】
ここで、ｈｎｍは行列Ｈのｎ行ｍ列の構成要素であり、第ｍ送信アンテナと第ｎ受信アンテナとの間の伝搬路で受けるフェージング変動を示しており、一般的には複素数で表現される。
【００２８】
ＳＴ３０３では、ＳＴ３０２におけるチャネル推定結果を用いて、相関検出部１０４でチャネル全体の相関値が検出される。まず、チャネル間の相関値ρｉｊ，ｐｑが、例えば式（２）によって求められる。
【数２】
2006118123.tif 000018
【００２９】
ここで、ｈｉｊはチャネル行列Ｈの第（ｉ、ｊ）要素を、ｈｐｑはチャネル行列Ｈの第（ｐ、ｑ）要素をそれぞれ示している。また、Ｅ［ｈ］はｈの期待値を意味する。各チャネル間の相関値は平均されるなどしてチャネル全体の相関値として検出される。
【００３０】
ＳＴ３０４では、ＳＴ３０３で検出されたチャネル全体の相関値と予め定められた閾値との閾値判定が振幅・位相比率判定部１０５で行われる。この閾値判定の結果が閾値を越える場合には振幅の比率を高くし、ＳＴ３０５に移行する。一方、閾値以下の場合には位相の比率を高くし、ＳＴ３０６に移行する。なお、閾値は、送受信アンテナ数及び量子化ビット数によって異なる値をとる。このため、振幅・位相比率判定部１０５は、送受信アンテナ数及び量子化ビット数と閾値との対応関係をまとめたテーブルを用意しておくことにより、閾値を変更することができる。
【００３１】
ＳＴ３０５では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率に従って、フィードバック情報生成部１０６で伝搬路情報が量子化され、振幅の比率を高くしたフィードバック情報が生成される。また、ＳＴ３０６では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率に従って、フィードバック情報生成部１０６で伝搬路情報が量子化され、位相の比率を高くしたフィードバック情報が生成される。
【００３２】
ここで、フィードバック情報の生成方法、すなわち、伝搬路情報の量子化方法について説明する。まず、一対の送受信アンテナ間の伝搬路情報に対して、振幅を３ビットに、位相を５ビットに量子化し、８ビットのフィードバック情報を生成する場合について図４を用いて説明する。図４では、実線の矢印が伝搬路情報を示しており、この伝搬路情報を量子化すると、振幅「１１１」、位相「００１１０」で表すことができる。すなわち、図４に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報は図５に示すようになる。
【００３３】
また、フィードバック情報を８ビットのまま振幅を４ビット、位相を４ビットに量子化する場合について図６を用いて説明する。図６でも実線の矢印が伝搬路情報を示しており、この伝搬路情報を量子化すると、振幅「１１１１」、位相「００１１」で表すことができる。すなわち、図６に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報は図７に示すようになる。
【００３４】
再度、図３を参照するに、ＳＴ３０７では、ＳＴ３０４において判定された振幅及び位相の比率を示すインジケータを振幅・位相比率判定部１０５が送信装置２００である基地局装置に送信する。これにより、基地局装置は、インジケータを取得することができ、移動局装置において量子化に用いた振幅と位相の比率でフィードバック情報を再現することができる。なお、移動局装置と基地局装置との間で予め振幅及び位相の比率とインジケータとの対応関係を共有化しておくことにより、インジケータで振幅と位相のビット数を通知する必要がなくなる。また、インジケータの送信タイミングは、図３のＳＴ３０７に示すタイミングに限らず、例えば、相関値の閾値判定結果を監視し、閾値判定結果が変化した場合にインジケータを送信したり、一定の間隔で送信し、インジケータを送信しない区間で振幅及び位相の比率を変更しないでフィードバック情報を送信し続けたりしてもよい。
【００３５】
ＳＴ３０８では、ＳＴ３０５又はＳＴ３０６において生成されたフィードバック情報がフィードバック情報生成部１０６から基地局装置に送信され、移動局装置におけるフィードバック処理を終了する。
【００３６】
次に、図４及び図６に示した方法により量子化したフィードバック情報に基づいて、ビームスペースＳＤＭ伝送を行った際、量子化誤差により発生する干渉電力を評価する。図８は、送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ２本の場合における伝搬路の相関値と信号
電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference power Ratio）の関係を示す図である。また、図９は、送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ４本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図である。なお、図８及び図９に示した関係を求める数値演算では、送信ウェイトとして固有ベクトルを用いている。
【００３７】
図８及び図９において、丸印を結ぶ実線は振幅３ビット、位相５ビットで量子化する図４に示した方法（位相重視の量子化方法）を表し、三角印を結ぶ点線は振幅４ビット、位相４ビットで量子化する図６に示した方法（振幅重視の量子化方法）を表している。図８及び図９は共に、相関値０．７〜０．９の間で実線と点線とが交差しており、この交点における相関値より低い相関値では位相を重視した量子化方法が振幅を重視した量子化方法よりＳＩＲの劣化を抑えることができる。逆に、この交点における相関値より高い相関値では振幅を重視した量子化方法が位相を重視した量子化方法よりＳＩＲの劣化を抑えることができる。すなわち、この交点における相関値を上述した振幅・位相比率判定部１０５における閾値として設定することが望ましい。また、この交点における相関値はアンテナ数の違いによって異なることから、アンテナ数に応じて閾値を変更する必要がある。
【００３８】
このような解析結果に基づいて、伝搬路の相関値、振幅及び位相の比率、送受信アンテナ数との関係をまとめたテーブルを図１０に示す。振幅・位相比率判定部１０５には、図１０に示すようなテーブルを用意しておき、伝搬路の相関値と送受信アンテナ数とから振幅重視の量子化とするか、位相重視の量子化とするかをテーブルから読み出す。
【００３９】
このように、伝搬路の相関が低い場合には、位相を重視した量子化を行い、伝搬路の相関が高い場合には、振幅を重視した量子化を行うことにより、送信装置２００においてフィードバックされたフィードバック情報から伝搬路情報を精度良く再現することができるので、ビームスペースＳＤＭ伝送を行った際、量子化誤差により発生する干渉電力を低減することができる。
【００４０】
このように実施の形態１によれば、伝搬路情報を量子化する際、伝搬路の相関の大きさに基づいて、振幅重視か位相重視かの量子化を行い、フィードバック情報を生成することにより、フィードバック情報を受信した送信装置は、フィードバック情報から伝搬路情報を精度良く再現することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、振幅と位相のどちらを重視してフィードバック情報を生成するかを伝搬路の相関値に基づいて判定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、伝搬路の相関の大きさを示すものであれば、これに基づいて判定してもよい。例えば、伝搬路行列の行列式の大きさ、伝搬路行列の特異値の大きさの分布、受信ベクトルの相関値などがある。
【００４２】
また、本実施の形態では、フィードバック情報として振幅情報と位相情報のどちらを重視するかを、振幅ビット数と位相ビット数の比率を制御することで実現しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、振幅情報と位相情報のそれぞれのフィードバック周期を制御することで、どちらを重視するかを制御するようにしてもよい。例えば、１つの無線フレームが複数の無線スロットから構成され、その無線スロット毎に振幅情報又は位相情報のいずれかをフィードバック情報として送信する無線通信システムを想定した場合、振幅情報を格納するスロット数と位相情報を格納するスロット数の比率を制御することが考えられる。これにより、本実施の形態と同様に振幅情報と位相情報の比率を制御することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、フィードバック情報として伝搬路情報を扱っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信側で求めた送信ウェイト情報であってもよい。
受信側における送信ウェイトの求め方としては、伝搬路情報から行列演算により算出する方法、または、あらかじめテーブル化されている送信ウェイトの中から受信状態が良くなるウェイトを選択する方法などがある。この場合、算出した送信ウェイトやテーブル化されている送信ウェイトに対して、本実施の形態と同じように伝搬路の相関の大きさに基づいて量子化を行うことで、限られたフィードバック情報の中でも、精度良く送信ウェイトをフィードバックすることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る受信装置４００の構成を示すブロック図である。図１１が図１と異なる点は、振幅・位相比率判定部１０５を分解能判定部４０１に変更したことである。
【００４５】
図１１において、分解能判定部４０１は、フィードバック情報生成部４０２において伝搬路情報を量子化する分解能を、相関検出部１０４から出力された相関値に基づいて判定し、判定結果（量子化に用いる分解能）をフィードバック情報生成部４０２に出力すると共に、判定結果を示すインジケータを送信装置にフィードバックする。
【００４６】
フィードバック情報生成部４０２は、分解能判定部４０１から出力された判定結果に従って、チャネル推定部１０３から出力された伝搬路情報を量子化し、量子化した振幅及び位相を含むフィードバック情報を生成する。
【００４７】
本発明の実施の形態２に係る送信装置は図２と同様なので、図２を援用して説明すると、伝搬路情報再現部２０１は、受信装置４００からフィードバックされたフィードバック情報と分解能を示すインジケータとを取得し、インジケータに基づいて、フィードバック情報から量子化前の伝搬路情報を再現する。
【００４８】
以下、分解能判定部４０１における分解能の判定方法について説明する。伝搬路の相関が低い場合には、各伝搬路を示す複素数値は、複素平面全体に分布することから、複素平面を均等に分割するような分解能が望ましい。
【００４９】
一方、伝搬路の相関が高い場合には、伝搬路行列の各要素の振幅及び位相が近い値となるので、複素平面を均等に分割するような分解能に比べ、高い分解能で差分情報を量子化することができる。
【００５０】
このようなことから、分解能判定部４０１は、伝搬路の相関が高い場合には差分情報を高分解能で量子化すると判定とし、伝搬路の相関が低い場合には伝搬路情報を低分解能（複素平面を均等に分割するような分解能）で量子化すると判定する。
【００５１】
ここで、フィードバック情報生成部４０２における伝搬路情報の量子化方法について図１２を用いて説明する。フィードバック情報生成部４０２に２つの伝搬路情報（複素数値）が入力された場合、一方の伝搬路情報を基準（基準情報）とし、他方の伝搬路情報と基準情報との差分情報を検出する。
【００５２】
基準情報及び差分情報が図１２に示すものであったとすると、分解能は基準情報の振幅及び位相にそれぞれ近いほど高い分解能が設定され、基準情報の振幅及び位相からそれぞれ離れるほど低い分解能が設定されており、差分情報は振幅「１１０」、位相「０００１０」で表すことができる。すなわち、図１２に示した差分情報から生成されるフィードバック情報は図１３に示すようになる。
【００５３】
このように、基準情報と相関が高い伝搬路情報に対しては、差分情報を基準情報に近い
ほど高い分解能で量子化することにより、基準情報との差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。また、基準情報と相関が低い伝搬路情報に対しては、伝搬路情報自体を、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。
【００５４】
次に、フィードバック情報生成部４０２が伝搬路行列を量子化する方法について説明する。フィードバック情報生成部４０２に伝搬路行列が入力された場合、伝搬路行列の構成要素の１つを抽出し、抽出した構成要素を基準として量子化する。この量子化の際には、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。
【００５５】
次いで、伝搬路行列の他の構成要素を１つ抽出し、伝搬路の相関が高い場合には、他の構成要素と基準の構成要素との差分情報を量子化する。この量子化の際には、基準構成要素の振幅及び位相にそれぞれ近いほど高い分解能で、基準構成要素の振幅及び位相からそれぞれ離れるほど低い分解能で量子化する。また、伝搬路の相関が低い場合には、他の構成要素自体を、複素平面を均等に分割するような分解能で量子化する。このように、伝搬路行列の各構成要素について量子化を行う。
【００５６】
なお、ここでは、伝搬路行列の各構成要素について差分情報を求める方法について説明したが、伝搬路行列の送信ベクトル又は受信ベクトルを一つのまとまりとして差分情報を求める方法でもよい。
【００５７】
このように実施の形態２によれば、伝搬路の相関が高い場合には差分情報を高分解能で伝搬路情報を量子化することにより、フィードバック情報量を増大させることなく、相関の高い伝搬路情報の差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、基準情報と差分情報とを同じビット数で量子化する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基準情報の量子化ビット数と差分情報の量子化ビット数の合計値を一定として、基準情報と差分情報の量子化ビット数を制御してもよい。すなわち、差分情報の量子化ビット数を減らし、その分を基準情報の量子化ビット数に割り当てることにより、基準情報の分解能が向上し、量子化誤差が抑えられ、フィードバック情報の精度を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【００６０】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００６１】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【００６２】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００６３】
本発明の第１の態様は、無線通信装置が、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関
算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック情報生成手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック情報生成手段に指示する決定手段と、を具備する構成を採る。
【００６４】
この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。
【００６５】
本発明の第２の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさと所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を決定する構成を採る。
【００６６】
本発明の第３の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関が大きい場合には、振幅情報量の比率を高くし、前記伝搬路の相関が小さい場合には、位相情報量の比率を高くする構成を採る。
【００６７】
これらの構成によれば、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を伝搬路の状況に適したものとすることができ、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。
【００６８】
本発明の第４の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、伝搬路数に応じた閾値に変更する構成を採る。
【００６９】
この構成によれば、量子化に用いる振幅情報量と位相情報量の比率を切り替える相関の大きさが伝搬路数によって変わるので、伝搬路数に応じた閾値とすることにより、フィードバック情報を精度良く生成することができる。
【００７０】
本発明の第５の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさに応じて、量子化の分解能を決定する構成を採る。
【００７１】
本発明の第６の態様は、無線通信装置が、上記構成において、前記決定手段が、前記伝搬路の相関の大きさが大きくなるに従い、量子化の分解能を高く決定する構成を採る。
【００７２】
これらの構成によれば、限られた情報量で、相関の高い伝搬路情報の差分を高精度に表現することができるので、量子化誤差を低減することができる。
【００７３】
本発明の第７の態様は、無線通信移動局装置が、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する構成を採る。
【００７４】
この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。
【００７５】
本発明の第８の態様は、フィードバック情報生成方法が、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関値算出工程と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化する規則を決定する決定工程と、前記決定工程で決定された量子化の規則に従って、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、を具備するようにした。
【００７６】
この方法によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができる。
【００７７】
本発明の第９の態様は、無線通信システムが、送信装置と受信装置とを具備する無線通信システムであって、前記樹脂に装置は、複数の伝搬路の相関の大きさを算出する相関算出手段と、伝搬路情報を示す位相及び振幅を量子化し、量子化した位相及び振幅を含むフィードバック情報を送信装置に送信するフィードバック手段と、前記伝搬路の相関の大きさに基づいて、前記フィードバック手段における量子化の規則を決定し、決定した規則を前記フィードバック手段に指示する決定手段と、を有し、前記送信装置は、前記受信装置によって送信されたフィードバック情報から伝搬路情報を再現する再現手段と、前記再現した伝搬路情報に基づいて、ビームを形成するビーム形成手段と、を有する構成を採る。
【００７８】
この構成によれば、伝搬路の状況に適した量子化を行うことにより、限られた情報量でフィードバック情報を精度良く生成することができるので、送信装置において伝搬路情報を精度良く再現することができる。
【００７９】
本明細書は、２００５年４月２８日出願の特願２００５−１３２０５９に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明にかかる無線通信装置及びフィードバック情報生成方法は、フィードバック情報量を増大させることなく、送信側において伝搬路情報を精度良く再現することができ、ＭＩＭＯ受信装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図３】図１に示した受信装置のフィードバック処理を示すフロー図
【図４】伝搬路情報を振幅３ビット、位相５ビットに量子化する様子を示す図
【図５】図４に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【図６】伝搬路情報を振幅４ビット、位相４ビットに量子化する様子を示す図
【図７】図６に示した伝搬路情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【図８】送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ２本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図
【図９】送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ４本の場合における伝搬路の相関値とＳＩＲの関係を示す図
【図１０】伝搬路の相関値、振幅及び位相の比率、送受信アンテナ数との対応関係をまとめたテーブルを示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図１２】伝搬路情報の量子化方法の説明に供する図
【図１３】図１２に示した差分情報から生成されたフィードバック情報を示す図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006118123.tif 000019
【図２】
2006118123.tif 000020
【図３】
2006118123.tif 000021
【図４】
2006118123.tif 000022
【図５】
2006118123.tif 000023
【図６】
2006118123.tif 000024
【図７】
2006118123.tif 000025
【図８】
2006118123.tif 000026
【図９】
2006118123.tif 000027
【図１０】
2006118123.tif 000028
【図１１】
2006118123.tif 000029
【図１２】
2006118123.tif 000030
【図１３】
2006118123.tif 000031
【国際調査報告】
2006118123.tif 000032
2006118123.tif 000033
2006118123.tif 000034
2006118123.tif 000035