(57)【要約】空間相関が高い環境においても高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を開示する。基地局（２００）のアンテナ（２０１−１、２０１−２）と移動局のアンテナ（２２２−１、２２２−２）との間で、信号Ｘ１、Ｘ２を空間分割多重（ＳＤＭ）送信し、さらに、基地局（２００）側において、チャネル推定部（２０４）で推定したチャネル情報が分かっている場合に、ウェイト計算部（２０５）においてウェイト計算を行い、送信信号にウェイトを乗算して基地局（２００）のアンテナ（２０１−３）よりダイバーシチ送信を行う。移動局（２２０）側では、基地局（２００）から送信された信号を受信し、受信信号Ｙ１、Ｙ２に対して信号分離処理部（２０３）で信号分離処理を行うことで、送信信号Ｘ１、Ｘ２が復元される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、
前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない前記第一無線通信装置における余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出ステップと、
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定ステップと、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択ステップと、
前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信ステップと、
を具備する無線通信方法。
【請求項２】
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定ステップと、
前記チャネル推定値と送信ダイバーシチ選択結果とを用いて、送信ウェイト算出基準に基づく送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成ステップと、
を具備する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記受信品質測定ステップにおける前記受信品質は、前記チャネル推定値の受信電力対雑音電力比である請求項１記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記送信ウェイト生成ステップにおける前記送信ウェイト算出基準は、前記ＭＩＭＯチャネルの行列式の絶対値である請求項２記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記送信ステップは、複数の前記第一アンテナより送信する前記送信信号の電力を適応的に決定する電力制御ステップを具備する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記送信ダイバーシチ選択ステップは、前記送信信号がマルチキャリア信号である場合、サブキャリア毎に受信品質を比較し、送信ダイバーシチ信号を選択する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項７】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、
前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記第二無線通信装置は、
前記第一無線通信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、
受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、
を有する無線通信システム。
【請求項８】
第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると共に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、
複数の前記第一アンテナのうち、通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、
通信相手から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、
複数の前記第一アンテナから送信信号を送信する送信手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項９】
前記通信相手から送信されたパイロット信号に基づいて、前記第一ＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値と送信ダイバーシチ選択結果とを用いて、前記第一ＭＩＭＯチャネルの行列式の絶対値がより大きくなるよう送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成手段と、
前記送信ウェイトを前記余アンテナから送信する信号に乗算する乗算手段と、
を具備する請求項８記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記送信ウェイト生成手段は、前記チャネル推定値と前記送信ダイバーシチ選択結果とから送信ウェイトを生成すると共に、総送信電力が一定の条件のもと各アンテナより送信する送信信号の電力を適応的に制御する電力制御手段を具備する請求項９記載の無線通信装置。
【請求項１１】
第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信する受信手段と、
受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、前記第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記第二チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、
を具備する無線通信装置。
【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無線通信システム、並びにこのシステムにおいて使用される無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、無線通信システムにおいて高速大容量の無線通信を実現する技術として、高い周波数利用効率を実現するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）が検討されている。大容量のチャネル容量を得るためには、例えば、特許文献１に示すような技術が知られている。図１に特許文献１における無線通信システムの動作概要を示す。【０００３】  基地局１０は、アンテナ２０１−１〜２０１−３、送信ビームフォーミング部１２を有し、移動局２０は、アンテナ２２２−１〜２２２−２、受信ビームフォーミング部２２、受信ウェイト生成部２４、チャネル推定部２０４、固有値分解部２６、送信ウェイト生成部２８を有する。【０００４】  送信ウェイト生成部２８で生成された送信ウェイトは、基地局１０にフィードバックされ、送信ビームフォーミング部１２において送信ウェイト制御に用いられる。また、移動局２０では、受信ウェイト生成部２４で生成された受信ウェイトが、受信ビームフォーミング部２２において受信ウェイト制御に用いられ、チャネルを直交化することで、見かけ上、同一チャネル間干渉がなく、より大きなチャネル容量を得ている。
【特許文献１】特表２００３−５２８５２７号公報（第５７頁、図１Ａ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、特許文献１に記載された無線通信システムは、チャネル間の相関値である空間相関の値が高い場合、空間相関が低い場合に比べて見かけ上のストリーム数が減少し、チャネル容量が大幅に減少してしまうという問題がある。【０００６】  本発明の目的は、空間相関が高い環境においても高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の無線通信方法は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない前記第一無線通信装置における余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出ステップと、前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定ステップと、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択ステップと、前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信ステップと、を具備するようにした。【０００８】  本発明の無線通信システムは、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信手段と、を有し、前記第二無線通信装置は、前記第一無線通信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、前記チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、を有する構成を採る。【０００９】  本発明の無線通信装置は、第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると共に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、複数の前記第一アンテナのうち、通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、通信相手から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、複数の前記第一アンテナから送信信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、空間相関が高い環境においても高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】特許文献１における無線通信システムの動作概要説明図
【図２】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線通信システム構成を示す概念図
【図４】本発明の実施の形態１に係る基地局と移動局との間のチャネル概要説明図
【図５】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態１に係る送信ダイバーシチ信号選択部の動作を示すフロー図
【図７】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイト生成部の詳細な構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイト生成部のウェイト生成判定の処理手順を示すフロー図
【図９】本発明の実施の形態１に係るチャネル監視部の詳細な構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るチャネル推定情報の時間変動を説明する概念図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態１に係るチャネル行列式と空間相関との関係の説明図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態１に係る空間相関とチャネル容量との関係の説明図
【図１２Ａ】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ、Ｙ及びｗＸとの関係の説明図
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイトを乗算した後のベクトルｗＸ、Ｙと合成ベクトルｗＸ＋Ｙ、及び式（２３）との関係の説明図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態１に係る空間相関とチャネル容量との関係を示す第２の説明図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るチャネル行列式と空間相関との関係を示す第２の説明図
【図１４】本発明の実施の形態１に係る、ベクトルＸ、Ｙ、ｗＸと合成ベクトルＸ＋Ｙ、ｗＸ＋Ｙ及び受信推定チャネル行列の行列式との関係の説明図
【図１５】本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態２に係る送信電力・ウェイト制御部の詳細な構成を示すブロック図
【図１８】（ａ）本発明の実施の形態２に係る、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ、Ｙ及び電力分配Ｐ１をベクトルＹに乗算したベクトルＰ１Ｙとの関係の説明図、（ｂ）本発明の実施の形態２に係る、ベクトルＰ１Ｙ、ｗＸ及びその合成ベクトルｗＸ＋Ｐ１Ｙとの関係の説明図、（ｃ）本発明の実施の形態２に係る、電力分配Ｐ２を乗算したベクトルＰ２（ｗＸ＋Ｐ１Ｙ）と式（４１）との関係の説明図
【図１９】本発明の実施の形態３に係る基地局の構成を示すブロック図
【図２０Ａ】本発明の実施の形態３に係る第１のアンテナにおけるパイロット受信ＳＮＲ特性の説明図
【図２０Ｂ】本発明の実施の形態３に係る第２のアンテナにおけるパイロット受信ＳＮＲ特性の説明図
【図２０Ｃ】本発明の実施の形態３に係るダイバーシチサブキャリア信号の割り当ての説明図
【図２１】本発明の実施の形態３に係るダイバーシチサブキャリア選択部の動作を示すフロー図
【図２２】本発明の実施の形態３に係る移動局の構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  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。なお、以下の各実施の形態では、ＭＩＭＯ技術を利用する移動体無線通信システムにおいて、フィードバック等により送信側でチャネル情報が既知であり、基地局が移動局よりも多くのアンテナを持ち、基地局から移動局への通信を行う場合を例に説明する。なお、説明を明快にするため、基地局アンテナ数を３本、移動局アンテナ数が２本の場合を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。【００１３】  なお、基地局はＢＳ（Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）やＮｏｄｅ  Ｂ、移動局はＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＵＥ（Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）と呼ばれることもある。また、以下の説明では、第一無線通信装置を基地局、第二無線通信装置を移動局とするが、本発明の内容はこれに限定されるものではなく、第一無線通信装置が移動局で、第二無線通信装置が基地局であってもよい。【００１４】  （実施の形態１）
図２に、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの動作シーケンスについて説明する。基地局において、現在使用していないアンテナ（以下、「余アンテナ」という）を検知し（ステップＳ１００）、これを新たに使用することを決定した場合、基地局は移動局に対してパイロット信号の送信を要求する（ステップＳ１０２）。【００１５】  パイロット送信要求に伴い、移動局は基地局に対して上りパイロット信号を送信する。このとき、基地局は余アンテナを使用できる状態にし、これまで通信中のアンテナに余アンテナを加えた全てのアンテナでパイロット信号を受信する（ステップＳ１０４）。【００１６】  基地局では、受信したパイロット信号より、チャネル推定とパイロット受信ＳＮＲの測定を行う（ステップＳ１０６）。パイロット受信ＳＮＲの測定より、余アンテナからダイバーシチ送信を行う信号を選択する。この信号選択情報とチャネル推定情報より送信ウェイトの計算を行い、送信信号を生成する（ステップＳ１０８）。【００１７】  続いて、基地局から下りパイロット信号とデータが移動局に送信される（ステップＳ１１０）。移動局は、下りパイロット信号よりチャネル推定を行い、受信信号を分離して受信データを取得する（ステップＳ１１２）。【００１８】  図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す概念図である。図３において、第一無線通信装置が基地局２００で、第二無線通信装置が移動局２２０であるとする。【００１９】  基地局２００は、アンテナ２０１−１、２０１−２、２０１−３を有し、移動局２２０はアンテナ２２２−１、２２２−２、信号分離処理部２０３、チャネル推定部２０４、ウェイト計算部２０５を有している。実施の形態１では、基地局２００のアンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとする。【００２０】  基地局２００と移動局２２０との間において、信号Ｘ１、Ｘ２が空間分割多重（ＳＤＭ）送信される。さらに、移動局２２０のチャネル推定部２０４で推定したチャネル情報に基づいてウェイト計算部２０５においてウェイト計算を行い、これを基地局にフィードバックする。基地局では、余アンテナから送信する送信信号Ｘ１にウェイトｗを乗算し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用を実現する。【００２１】  移動局では、送信信号を受信し、受信信号Ｙ１、Ｙ２に対して信号分離処理部２０３で信号分離処理を行うことで、送信信号Ｘ１、Ｘ２が復元される。【００２２】  ここで、図３の移動局２２０のチャネル推定部２０４で推定されるチャネルの定義について説明しておく。図４に基地局３００のアンテナ２０１−１〜２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−１、２２２−２との間に形成されるチャネルの様子を示す。【００２３】  基地局３００のアンテナ２０１−１と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ１１」とし、基地局３００のアンテナ２０１−２と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ１２」とし、基地局３００のアンテナ２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ１３」とする。また、基地局３００のアンテナ２０１−１と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ２１」とし、基地局３００のアンテナ２０１−２と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ２２」とし、基地局３００のアンテナ２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ２３」とする。【００２４】  図５は、本発明の実施の形態１に係る基地局４００の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図３において、はじめは基地局アンテナ２０１−１、２０１−２の２本で移動局と通信を行っていたが、アンテナの使用状況を監視するアンテナ制御部４０３（後述する）が、１本の余アンテナ２０１−３の発生を検知する。以下、この余アンテナを新たに移動局２２０との通信に使用できるようにしたことにより使用アンテナ数が３本となった状況を例に説明する。【００２５】  図５において、基地局４００は、Ｓ／Ｐ変換部４０１、２つの変調部４０２−１、４０２−２、アンテナ数決定部４０４、アンテナ制御部４０３、電力制御部４０５、３つの送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３、３つのアンテナ２０１−１〜２０１−３、３つの受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９、送信ダイバーシチ信号選択部４１０、送信ウェイト生成部４１１、乗算器４１２、チャネル推定部４１３、信号分離部４１４、チャネル監視部４１５、２つの復調部４１６−１、４１６−２、Ｐ／Ｓ変換部４１７を有する。【００２６】  まず、基地局４００において、送信データをアンテナ２０１−１〜２０１−３から移動局に送信する動作を説明する。【００２７】  Ｓ／Ｐ変換部４０１は、入力される送信データを空間分割多重数分の並列データに変換し、それぞれを変調部４０２−１、４０２−２へ入力する。【００２８】  変調部４０２−１、４０２−２は入力される送信データをそれぞれ変調し、送信ダイバーシチ信号選択部４１０とアンテナ数決定部４０４へ入力する。【００２９】  検出手段としてのアンテナ制御部４０３は、１ユーザー当りの使用アンテナ数を制御しており、余アンテナが発生、もしくは存在する場合、これを検知することができる。余アンテナが発生、もしくは存在する場合は、それを現在通信中のユーザーに対して割り当てるようアンテナ制御信号を生成し、アンテナ数決定部４０４に入力する。逆に、新たにユーザーを収容する場合は、移動局が保有する数以上のアンテナを使用するユーザーに対して、使用アンテナ数を減らすよう制御信号を生成し、アンテナ数決定部４０４に入力する。【００３０】  アンテナ数決定部４０４は、アンテナ制御信号を受け取り、１ユーザー当りに使用しているアンテナ数を増加または減少させる。ここでは、変調部４０２−１、４０２−２において変調された信号と、送信ダイバーシチ信号選択部４１０において出力された信号に送信ウェイト情報が乗算器４１２において乗算された信号が入力され、アンテナ制御信号に応じて送信ウェイト情報が乗算された信号がＯＮ／ＯＦＦされる。【００３１】  電力制御部４０５は、アンテナ数決定部４０４より入力され、送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３のそれぞれに出力される信号に対して、１ユーザー当りの使用アンテナ数の増減に伴い、各ア��テナからの送信電力が一定となるよう信号電力を制御する。また、電力制御部４０５において決定された電力を送信電力情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。【００３２】  送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３はそれぞれ、バンドパスフィルタ、デジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、送信電力制御部４０５から入力され、アンテナ２０１−１〜２０１−３にそれぞれ対応する信号に対してアップコンバージョンを行い、アンテナ２０１−１〜２０１−３を介して移動局に無線送信する。【００３３】  次に、基地局４００において移動局１４００（後述）からの送信信号を受信する動作を説明する。【００３４】  アンテナ２０１−１〜２０１−３はそれぞれ、通信相手である移動局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号を受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３に入力する。【００３５】  受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／デジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、入力された信号に対してダウンコンバージョンを行い、信号分離部４１４へ入力する。また、このとき、パイロット信号を抽出し、このパイロット信号をチャネル推定部４１３とパイロット受信ＳＮＲ測定部４０９にそれぞれ入力する。【００３６】  パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９は、入力されるパイロット信号よりアンテナ毎の平均パイロット受信ＳＮＲ（パイロット信号電力対雑音電力比）を計算し、受信ＳＮＲ情報として送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力する。【００３７】  送信ダイバーシチ信号選択部４１０は、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より入力されるパイロット受信ＳＮＲ情報に基づき、変調部４０２−１、４０２−２より入力される信号のうち、パイロット受信ＳＮＲが低いと判断されたアンテナから送信されるべき信号を送信ダイバーシチ信号として選択し、出力する。これは、より劣悪な伝搬路で送信されている信号に対してダイバーシチを適用した方が受信特性の改善度合いが大きいからである。また、変調部４０２−１、４０２−２から出力される信号のうち、どちらの信号を送信ダイバーシチ信号選択部４１０から出力したかについての情報（選択結果）を選択信号情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。【００３８】  送信ウェイト生成部４１１は、送信ダイバーシチ信号選択部４１０から入力される選択信号情報、電力制御部４０５から入力される送信電力情報、後述するチャネル監視部４１５から入力されるチャネル情報に基づき、送信ウェイト情報を生成し、乗算器４１２に出力する。【００３９】  チャネル推定部４１３は、入力されるパイロット信号よりチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値を信号分離部４１４とチャネル監視部４１５に入力する。【００４０】  信号分離部４１４は、チャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定値に基づき、受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３からそれぞれ入力された信号を既定の方式で分離する。【００４１】  チャネル監視部４１５は、チャネルの時間変動を監視する。チャネルの時間変動によって送信ウェイトが正確でなくなり、受信特性が劣化することを防ぐことを目的とする。具体的には、チャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定値に基づき、送信ウェイト乗算の可否を判断し、チャネル情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。【００４２】  復調部４１６−１、４１６−２はそれぞれ、信号分離部４１４において分離、出力された受信信号を復調し、Ｐ／Ｓ変換部４１７に入力する。【００４３】  Ｐ／Ｓ変換部４１７は入力される空間分割多重数分の受信データを直列データへと変換し、受信データとして出力する。【００４４】  次に、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９、送信ダイバーシチ信号選択部４１０、送信ウェイト生成部４１１、チャネル監視部４１５、送信ウェイト生成部４１１の各部における動作に関して詳細に説明する。【００４５】  まず、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より出力される受信ＳＮＲ情報の生成過程について説明する。移動局から基地局へパイロット信号が送信されているものとし、パイロット信号の送信電力を便宜上１とおく。基地局アンテナ２０１−１、２０１−２における平均パイロット受信ＳＮＲをそれぞれＳＮＲ１、ＳＮＲ２、受信雑音電力をそれぞれＮ１、Ｎ２とおくと、アンテナ２０１−１、２０１−２における平均パイロット受信ＳＮＲであるＳＮＲ１、ＳＮＲ２はそれぞれ式１のように表せる。【００４６】  図５において、ＳＮＲ１とＳＮＲ２が受信ＳＮＲ情報として送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力される。ここで、余アンテナであるアンテナ２０１−３もアンテナ２０１−１、２０１−２と同じく、移動局から基地局へ送信されるパイロット信号を受信している。しかし、アンテナ２０１−３で受信されたパイロット信号は、チャネル推定を目的としたものであり、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９において、パイロット受信電力の測定対象とはならない。
【数１】
2006106862.tif 000002
【００４７】  なお、ここでは送信ダイバーシチ信号の選択基準として、パイロット受信ＳＮＲを例に挙げたが、パイロット受信電力、パイロット受信ＳＩＲ（信号電力対干渉電力比）、パイロット受信ＳＩＮＲ（信号電力対干渉、雑音電力比）等を測定し、測定情報を送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力することも可能である。【００４８】  選択基準をパイロット受信電力とする場合は、雑音電力の測定が不要となる。また、パイロット受信ＳＩＲを選択基準とすることで、パイロットを受信する基地局側における信号劣化要因として干渉が支配的である場合、干渉の影響を考慮したダイバーシチ信号の選択が可能となり、受信特性の改善が期待される。また、パイロット受信ＳＩＮＲを選択基準とすることで、雑音と干渉の両方の影響を考慮したダイバーシチ信号の選択が可能となり、雑音と干渉の両方が存在する環境において、受信特性の改善が期待される。【００４９】  なお、図５では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９としたが、上記説明にあるように、上位概念としての受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部としてもよい。【００５０】  次に、送信ダイバーシチ信号選択部４１０の動作に関して詳細に説明する。図６に送信ダイバーシチ信号選択部４１０における信号選択動作を示すフロー図を示す。変調部４０２−１より出力される信号をＸ１、変調部４０２−２より出力される信号をＸ２とおく。【００５１】  先ず、ステップＳ５１０では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より受信ＳＮＲ情報ＳＮＲ１、ＳＮＲ２を受け取る。続いて、ステップＳ５２０では、アンテナ２０１−１と２０１−２におけるパイロット受信ＳＮＲを比較して、どちらの経路がより劣悪であるかを判断する。劣悪な経路ではビットエラーレートが劣化することが予想されるため、これをダイバーシチ送信によって改善することを目的とする。【００５２】  ステップＳ５２０では、アンテナ２０１−１における受信ＳＮＲであるＳＮＲ１がアンテナ２０１−２における受信ＳＮＲであるＳＮＲ２より大きいかどうかを判定する。大きい場合は、アンテナ２０１−２に至る経路がより劣悪であると判断し、ステップＳ５２０に続いてステップＳ５３０−１が実行される。【００５３】  一方、ステップＳ５２０において、アンテナ２０１−２における受信ＳＮＲであるＳＮＲ２がアンテナ２０１−１における受信ＳＮＲであるＳＮＲ１より大きい場合、アンテナ２０１−１に至る経路がより劣悪であると判断し、ステップＳ５２０に続いてステップＳ５３０−２が実行される。【００５４】  ステップＳ５３０−１では、信号Ｘ２が送信ダイバーシチ信号として選択、出力され、ステップＳ５３０−２では、信号Ｘ１が送信ダイバーシチ信号として選択、出力される。【００５５】  次に、送信ウェイト生成部４１１の動作に関して詳細に説明する。図７は送信ウェイト生成部４１１の詳細な構成を示すブロック図であり、図８はウェイト生成判定の処理手順を示すフロー図である。ウェイト生成判定部６１１では、図５のチャネル監視部４１５よりチャネル情報を受け取り（ステップＳ７１０）、送信ウェイトの生成判定を行う（ステップＳ７２０）。【００５６】  チャネル情報が１であった場合、位相制御情報が���ェイト位相計算部６３１に入力され、ウェイト位相計算部６３１の出力が０［ｒａｄ］となるようにウェイト位相計算部６３１を制御する（ステップＳ７３０−２）。チャネル情報が１でなければ、このチャネル情報はチャネル推定情報であると判定され、そのチャネル情報をチャネル行列式計算部６２１に入力する（ステップＳ７３０−１）。【００５７】  チャネル行列式計算部６２１では、チャネル推定情報からチャネル行列式を計算し、ウェイト位相計算部６３１に入力する。【００５８】  本実施の形態では、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用しているので、各アンテナから送信する信号の組み合わせによってチャネル行列式が異なってくるが、送信ダイバーシチ信号選択部４１０から入力される選択信号情報を基に、チャネル行列式を計算し、決定する。ウェイト位相計算部６３１では、ウェイト生成判定部６１１より位相制御情報が入力されていない場合、チャネル行列式計算部６２１より入力されるチャネル行列式情報より送信ウェイトの位相を決定する。【００５９】  また、ウェイト振幅計算部６４１では、電力制御部４０５より入力される送信電力情報を基に、送信ウェイトの振幅を計算する。ウェイト生成部６５１では、ウェイト位相計算部６３１より入力される送信ウェイトの位相情報と、ウェイト振幅計算部６４１より入力される送信ウェイト振幅情報から送信ウェイトを生成し、出力する。【００６０】  次に、チャンル監視部４１５の動作に関して詳細に説明する。図９は、チャネル監視部４１５の詳細な構成を示すブロック図である。チャネル監視部４１５は、バッファ部８１５、式（２）に示す遅延量を有する遅延部８２５、チャネル相関計算部８３５、チャネル変動判定部８４５を備える。
【数２】
2006106862.tif 000003
【００６１】  バッファ部８１５は、図５に示すチャネル推定部４１３において推定されたチャネル推定情報をバッファする。図１０に時間変化するチャネル変動の様子を示す。図１０の横軸は時間、縦軸はチャネルの複素振幅を表す。また、図１０の点Ａはサンプル時間ｔ１−δｔにおけるチャネルの複素振幅を、点Ｂはサンプル時間ｔ１におけるチャネルの複素振幅Ｈを示し、それぞれ、Ｈ（ｔ１−δｔ）、Ｈ（ｔ１）なる値であるとする。【００６２】  今、チャネル推定部４１３においてはサンプル間隔δｔで、チャネルＨ（ｔ）が推定されるものとする。【００６３】  バッファ部８１５ではあるサンプル時刻に推定されたチャネル推定情報をバッファするものとし、チャネル推定情報は逐次更新される。【００６４】  チャネル相関計算部８３５では、図５に示すチャネル推定部４１３において推定されたチャネル推定情報とバッファ部８１５より出力され、遅延部８２５で式（２）に示した遅延量だけ遅延されたチャネル推定情報との相関を計算する。【００６５】  図１０において、サンプル時刻ｔ１で推定されたチャネル推定情報をＨ（ｔ１）、１サンプル時間前であるｔ１−δｔで推定されたチャネル推定情報をＨ（ｔ１−δｔ）、チャネル相関値をρとおくと、ρは式（３）で表される。式（３）におけるＥ［］はアンサンブル平均を表す。なお、Ｈ（ｔ１）のチャネル要素を式（４）に、Ｈ（ｔ１−δｔ）のチャネル要素を式（５）に表す。ここで、式（４）と式（５）を、ある行列Ｈにおける異なる２つの要素と考えれば、ρは空間相関を表すことになる。
【数３】
2006106862.tif 000004
【数４】
2006106862.tif 000005
【数５】
2006106862.tif 000006
【００６６】  チャネル変動判定部８４５は、チャネル相関計算部８３５から入力されるチャネル相関情報に基づいて、チャネル変動を判断する。チャネル相関情報が所定の閾値以上であれば、チャネル変動があったと判断し、チャネル情報として１を出力する。チャネル相関情報が所定の閾値未満であれば、チャネル変動が少ないと判断し、図５に示すチャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定情報をチャネル情報として出力する。【００６７】  最後に、送信ウェイト生成部４１１の動作に関して詳細に説明する。ここで、送信ウェイト生成部４１１において生成される送信ウェイトｗについて説明する。送信ウェイトｗの振幅をｕ、位相をθとおくと、ｗは式（６）のように表せる。
【数６】
2006106862.tif 000007
【００６８】  振幅ｕは電力制御部４０５より入力される送信電力情報より決定される。一般に、無線通信システムにおいて、送信可能な最大電力は規定されている。従って、アンテナ数が複数の場合、電力は各アンテナに分配され、各アンテナから送信される信号の送信電力が送信可能な最大電力を超えないように制御されている。本実施の形態では、電力制御部４０５において、各アンテナに電力を等分配するような構成を採る。例えば、送信可能な最大電力である総送信電力が１で送信アンテナが３本の場合、電力は振幅値の２乗であるので、式（７）となる。
【数７】
2006106862.tif 000008
【００６９】  位相θはチャネル監視部４１５より入力されるチャネル情報より決定される。チャネル情報が１の場合、位相θは０［ｒａｄ］に設定される。一方、チャネル情報が１でなければ、以下に示す方法に基づき、位相が決定される。【００７０】  先ず、チャネル情報について説明する。ＭＩＭＯチャネルが形成される様子について図４を用いて説明する。図４では、基地局アンテナ数３、移動局アンテナ数２のＭＩＭＯシステムより６つの異なるチャネル要素ｈ１１〜ｈ２３が形成され、これらがチャネル推定部４１３で推定される。一般に、ＭＩＭＯチャネルは行列表現される。以後、チャネル推定部４１３で推定されるチャネル要素を式（８）に示す３×２のチャネル行列Ｈで表す。
【数８】
2006106862.tif 000009
【００７１】  本実施の形態では、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用するので、基地局からデータ信号を送信する場合、２つのアンテナから同一のデータ信号を送信し、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号を送信する。つまり、図３に示したように、データ信号Ｘ１をアンテナ２０１−１とアンテナ２０１−３から送信し、データ信号Ｘ２をアンテナ２０１−２から送信すると仮定すると、アンテナ２２２−１、２２２−２における受信信号Ｙ１、Ｙ２は式（９）のように記述できる。
【数９】
2006106862.tif 000010
式（９）を展開して整理すると式（１０）のように記述できる。
【数１０】
2006106862.tif 000011
【００７２】  式（１０）に示すように、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用した場合、本来伝搬路では３×２のチャネル行列が存在するが、受信側では２×２のチャネル行列となる。これを行列の縮退と呼ぶ。行列の縮退は、空間分割多重数と送受信アンテナ数に依存して生じる減少であり、例えば、送信アンテナ数が４本、受信アンテナ数が２本、空間分割多重数が２つの場合、伝搬路には４×２のチャネル行列が存在するが、受信側では２×２のチャネル行列に縮退する。【００７３】  本実施の形態では、アンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとしているので、送信ウェイトはアンテナ２０１−３より送信される信号に乗算される。基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用する場合、２つのアンテナからは同一のデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。また、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。【００７４】  アンテナ２０１−１〜２０１−３のどのアンテナよりデータ信号Ｘ１、Ｘ２を送信するかについては幾つか組み合わせが考えられるが、ここでは、Ｘ１をアンテナ２０１−１から、Ｘ２をアンテナ２０１−２から、Ｘ１をアンテナ２０１−３から送信するものとする。また、アンテナ２０１−３から送信されるデータ信号Ｘ１に対しては式（４）に示したウェイトが乗算される。【００７５】  式（３）に示したウェイトの位相θはチャネル行列の要素を用いて式（１１）のように表される。式（１１）で、αは行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。
【数１１】
2006106862.tif 000012
【００７６】  ここで、送信ウェイトの位相導出にチャネル行列の行列式を用いた理由と送信ウェイトの導出過程について説明する。一般的な相関チャネルモデルであるクロネッカーモデルを用いた行列式と空間相関及びチャネル容量の関係を図１１に示す。空間相関とは、チャネル行列の要素間の相関値の平均を表すものであり、詳細は後述する。チャネル行列式の値は絶対値の平均を用いて算出している。【００７７】  式（１２）にクロネッカーモデルを示し、Ａはクロネッカーモデルにおけるチャネル行列を示す。式（１３）は無相関レイリーチャネル（平均０、分散１）、式（１４）は受信アンテナ数、式（１５）は送信アンテナ数、ρは空間相関係数（０≦ρ≦１）を表す。
【数１２】
2006106862.tif 000013
【数１３】
2006106862.tif 000014
【数１４】
2006106862.tif 000015
【数１５】
2006106862.tif 000016
【００７８】  図１１Ａに、行列Ａの行列式の絶対値と空間相関の関係を、図１１Ｂに空間相関とチャネル容量の関係を示す。横軸は複素数の実部（Ｒｅａｌ  ｐａｒｔ）、縦軸は虚部（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ）を表している。【００７９】  図１１Ａでは、行列Ａの行列式、つまり、式（１６）の絶対値が０のときには、空間相関値は１、式（１６）の絶対値が０．２のときには、空間相関値は約０．８、式（１６）の絶対値が０．５のときには、空間相関値は０．４、式（１６）の絶対値が約０．５８のときには、空間相関値が０の点をそれぞれ通り、式（１６）の絶対値の増加に伴い、空間相関が単調減少する特性曲線を描いている。式（１６）の絶対値が大きくなるほど空間相関が０に近くなる。
【数１６】
2006106862.tif 000017
【００８０】  図１１Ｂでは、空間相関値が０のときには、チャネル容量は約１．６８、空間相関値が０．４のときには、チャネル容量は約１．６２、空間相関値が０．８のときには、チャネル容量は約１．４５、空間相関値が１のときには、チャネル容量が約１．３２の点をそれぞれ通り、空間相関値の増加に伴い、チャネル容量値が単調減少する特性曲線を描いている。空間相関が０に近くなるほどチャネル容量が増加する。【００８１】  行列式は正方行列のみに定義されるものであり、また、実際のＭＩＭＯ無線通信システムにおける最小構成を前提としたので、図１１においては送信アンテナ数が２本、受信アンテナ数が２本の２×２行列の場合における傾向を示している。無相関レイリーチャネルの平均、分散によってｄｅｔＡの絶対値やチャネル容量は変化するが、空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係については同じ傾向が得られる。【００８２】  また、送受信アンテナ数が３以上、すなわち、３×３行列や４×４行列以上に対しても、空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係については同じ傾向が得られる。【００８３】  図１１Ａ、図１１Ｂに示す空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係から、式（１６）の絶対値とチャネル容量との関係を導くことができる。すなわち、式（１６）の絶対値が増加するほど空間相関値が減少するので、チャネル容量が増加する。従って、チャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式式（１６）の絶対値を決定し、空間相関値、行列式式（１６）の絶対値に基づいて送信ウェイトを決定する。【００８４】  本実施の形態では、アンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとしているので、送信ウェイトはアンテナ２０１−３より送信される信号に乗算される。基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用する場合、２つのアンテナからは同一のデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。また、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ２とする。【００８５】  基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、基地局を送信側、移動局を受信側として空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用した場合、式（１０）に示したとおり、受信側で推定されるチャネル行列は２×２に縮退する。基地局アンテナ２０１−３より送信される信号に対して、送信ウェイトを乗算して送信する場合もチャネル行列は２×２に縮退する。受信側で推定されるチャネル行列（以下、「受信推定チャネル行列」という）を式（１７）とすると、式（１７）は式（１８）のように表される。
【数１７】
2006106862.tif 000018
【数１８】
2006106862.tif 000019
【００８６】  また、式（１８）のチャネル行列式式（１９）は式（２０）のように計算される。
【数１９】
2006106862.tif 000020
【数２０】
2006106862.tif 000021
【００８７】  式（２０）において、式（２１）、式（２２）とおくと、式（２０）は式（２３）のように表せる。
【数２１】
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【数２２】
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【数２３】
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【００８８】  図１２Ａは、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸとＹ及び送信ウェイトを乗算した後のベクトルｗＸとＹの関係を、図１２Ｂは、送信ウェイトを乗算したベクトルｗＸとベクトルＹとの合成ベクトルと受信チャネル行列の行列式の絶対値との関係を示している。一般に、無線通信路におけるチャネルは複素振幅変動と位相変動を与えるので、チャネル状態をベクトル表示する場合、複素平面上に図示することとなる。図１２の横軸は複素数の実部（Ｒｅａｌ  ｐａｒｔ）、縦軸は虚部（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ）を表している。【００８９】  図１２Ａで、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ１１０１とＹ１１０２とのなす角φをΦとする。また、ベクトルＸ１１０１に送信ウェイトｗを乗算したベクトルをベクトルｗＸ１１０３とする。今、ベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２とのなす角式（２４）が０であるとする。【００９０】  図１２Ｂで、合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４は、幾何学的にベクトルｗＸ１１０３の始点をベクトルＹ１１０２の終点Ａに平行移動して足し合わせたものである。【００９１】  式（２３）より行列式式（１９）の絶対値は、２つの複素ベクトルｗＸ１１０４とＹ１１０２の合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４、つまり、原点Ｏから点Ｂまでの長さ（大きさ）に等しくなることがわかる。さらに、図１２Ｂから、ベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２とのなす角式（２４）が０の時、合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４の大きさが最大となる。【００９２】  したがって、図１２Ａにおいて、ベクトルＸ１１０１に送信ウェイトｗを乗算してベクトルＹ１１０２方向に位相回転θを与えることで式（２４）をΦより小さくできれば、行列式式（１９）の大きさを、現状つまり送信ウェイトを乗算する前よりも大きくできる。このとき、ベクトルｗＸとＹのなす角式（２４）の範囲は式（２５）のように表せる。
【数２４】
2006106862.tif 000025
【数２５】
2006106862.tif 000026
【００９３】  式（２５）より式（２４）が０、すなわちベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２が同位相のとき、図１２Ｂのように行列式式（１９）の絶対値は最大となり、最も好ましい値と言える。このときウェイトｗによる位相回転量θ＝Φとなる。しかし、式（２５）の関係を満たしていれば、行列式式（１９）の大きさは現状より大きくなる。以上のことから、θをＸとＹを用いて表すと式（２６）のように書ける。
【数２６】
2006106862.tif 000027
【００９４】  ここで、αは行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式の絶対値が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。【００９５】  αが固定値である場合は、システムにおいて最高のパフォーマンスが要求されること等が考えられる。このとき、αの値は１、もしくは、１に近い値に固定され、αの値に基づいて、伝搬路より得られるチャネル容量が常に最大、もしくは最大に近い値をとるよう送信ウェイトが決定される。【００９６】  αが変動値である場合、予め設計仕様等にチャネル容量やデータレート等の要求値が示されており、これらの要求値を満たす空間相関が計算、もしくは統計情報等より算出され、伝搬路チャネルにおけるチャネル推定値より空間相関値を算出し、先に示した要求値を満たすように基地局や端末において、αの値が制御され、これにより送信ウェイトが決定される。【００９７】  システム要求条件が与えられた場合の一例を以下に示す。図１３Ａに、空間相関とチャネル容量の関係を、図１３Ｂに送信ウェイトを乗算した場合のチャネル行列式式（１９）の絶対値と空間相関の関係を示す。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。図１３Ａでは、チャネル容量がＣ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］のときに空間相関値が０．４６となっており、図１３Ｂでは、空間相関値が０．４６のときにチャネル行列式式（１９）の絶対値がＤとなっている。【００９８】  システム要求条件がチャネル容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］以上である場合、図１３Ａは、チャネルの空間相関を０．４６以下にすればよいことを示している。一方、図１３Ｂは、空間相関が０．４６以下の場合、チャネル行列式式（１９）の絶対値をＤ以下にすればよいことを示している。よって、システム要求条件がチャネル容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］以上である場合は、チャネル行列式を式（２７）となるように決定すればよい。
【数２７】
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【００９９】  図１４は、ベクトルＸ、Ｙ、ｗＸと、それらの合成ベクトルＸ＋Ｙ、ｗＸ＋Ｙと、受信推定チャネル行列の行列式の絶対値との関係を複素平面上に示した図である。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。ベクトルＸ１３０１とベクトルＹ１３０２との合成ベクトル１３０３の大きさは、送信ウェイトを乗算しない場合における受信推定チャネル行列の行列式式（２８）の絶対値（大きさ）に等しくなる。実線１３０４は、複素平面上の原点Ｏからの距離が合成ベクトル１３０３の大きさと等しい点を結んだ円である。
【数２８】
2006106862.tif 000029
【０１００】  一方、ベクトルｗＸ１３０５とベクトルＹ１３０２との合成ベクトル１３０６の大きさは、送信ウェイトを乗算した場合における受信推定チャネル行列の行列式式（１９）の絶対値（大きさ）に等しくなる。実線１３０７は、複素平面上の原点Ｏからの距離が合成ベクトル１３０６の大きさと等しい点を結んだ円である。【０１０１】  また、実線１３０８は、システム要求条件であるチャネル容量Ｃ［Ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］を満たすチャネル行列式の絶対値（大きさ）をＤとした場合、複素平面上の原点ＯからＤの距離だけ離れた点を結んだ円である。ここで、ベクトルＸ１３０１とＹ１３０２は式（２３）に示されるチャネル推定値の要素である。【０１０２】  また、ベクトルｗＸ１３０５は、ベクトルＸ１３０１に送信ウェイトｗを乗算して得られるベクトルであり、ベクトルＸ１３０１の方向からベクトルＹ１３０２の方向に角度θだけ位相回転されると共に、大きさも変えられる。送信ウェイトｗを調整することにより、ベクトル１３０６の方向と大きさを変更することが可能となる。つまり、送信ウェイトを乗算した場合における受信推定チャネル行列の行列式の絶対値を大きくすることが可能となる。【０１０３】  図１４では、実線１３０４の円が実線１３０８の円の内側にあるので、送信ウェイトを乗算しない場合は、チャネル行列式の絶対値がシステム要求条件であるＤを満たしていないことがわかる。これに対して、送信ウェイトを乗算する場合は、実線１３０７の円が実線１３０８の円の外側にあるので、チャネル行列式の絶対値のシステム要求条件であるＤの値を超えるチャネル行列の行列式式（１９）の絶対値が達成されている。【０１０４】  より具体的には、例えば、設計仕様等により送受信間で満たすべきチャネル容量が３［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］であった場合、このチャネル容量を満たすチャネル行列式の絶対値が計算、統計情報等より導出され、例えば、０．４であったとする。このとき、送信ウェイトを乗算しない場合のチャネル行列式の絶対値が、例えば、０．２であったとすると、送信ウェイトを乗算することにより、位相回転、例えば、π／６［ｒａｄ］の回転が加わり、結果として、送信ウェイト乗算後のチャネル行列式の絶対値が０．４以上、例えば、０．５になり、送信ウェイトを乗算することによって、システム要求条件を満たすことができる。【０１０５】  このように、システム要求条件が与えられた場合でも、式（２６）を用いて送信ウェイトｗの位相θを表すことができる。【０１０６】  図１５は、本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図である。図１５において、移動局１４００は、２つのアンテナ２２２−１、２２２−２、２つの受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２、チャネル推定部１４０２、信号分離部１４０３，２つの復調部１４０４−１、１４０４−２、Ｐ／Ｓ変換部１４０５、Ｓ／Ｐ変換部１４０６、２つの変調部１４０７−１、１４０７−２、２つの送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２、パイロット制御部１４０９を有する。【０１０７】  受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／デジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ２２２−１、２２２−２か��入力された信号に対してダウンコンバージョンを行い、信号分離部１４０３へ入力する。また、このとき、パイロット信号とパイロット制御信号を抽出し、それぞれ、チャネル推定部１４０２、パイロット制御部１４０９に入力する。【０１０８】  チャネル推定部１４０２は、受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２から入力されたパイロット信号よりチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値を信号分離部１４０３に入力する。【０１０９】  信号分離部１４０３は、チャネル推定部１４０２より入力されたチャネル推定値に基づき、受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２からそれぞれ入力された信号を既定の方式で分離し、分離された信号を復調部１４０４−１、１４０４−２に入力する。【０１１０】  復調部１４０４−１、１４０４−２はそれぞれ、信号分離部１４０３において分離された受信信号を復調し、Ｐ／Ｓ変換部１４０５に入力する。【０１１１】  Ｐ／Ｓ変換部１４０５は、復調部１４０４−１、１４０４−２から入力された空間分割多重数分の受信データを直列データへと変換し、受信データとして出力する。【０１１２】  Ｓ／Ｐ変換部１４０６は、入力された送信データを空間分割多重数分の並列データに変換し、それぞれを変調部１４０７−１、１４０７−２へ入力する。【０１１３】  変調部１４０７−１、１４０７−２は、Ｓ／Ｐ変換部１４０６から入力された送信データをそれぞれ変調し、送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２へ入力する。【０１１４】  送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、デジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、入力された信号に対してアップコンバージョンを行い、アンテナ２２２−１、２２２−２を介して移動局に無線送信する。【０１１５】  パイロット制御部１４０９は、基地局よりパイロット制御信号を受信した場合に、パイロット信号を送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２に入力する。【０１１６】  このように実施の形態１によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局４００が第二無線通信装置を備える移動局１４００より多くのアンテナを有しており、一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、この余アンテナを用いて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行う。さらに、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。【０１１７】  また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を決定し、これらの空間相関値、行列式の絶対値に基づいて送信ウェイトの決定を行う装置構成とすることにより、空間相関が高い環境においても、伝搬路チャネルの空間相関を下げることができるので、高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる。【０１１８】  なお、第一無線通信装を備える基地局４００が具備するアンテナ数は本発明の実施の形態１に示した場合に限定されるものではなく、第一無線通信装置を備える基地局４００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、基地局４００が具備するアンテナ数が３本以上であ���、空間分割多重数が２つ以上でダイバーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成することができる。【０１１９】  例えば、第一無線通信装置を備える基地局４００が４本のアンテナを有し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局４００は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局１４００が基地局４００より多くのアンテナ数を具備する場合、移動局１４００が送信側で基地局４００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。【０１２０】  具体的には、移動局１４００が３本のアンテナを有し、基地局４００においてはこの移動局１４００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局１４００は基地局４００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局１４００から基地局４００へ通信を行う上り回線においても、移動局１４００が基地局４００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。【０１２１】  （実施の形態２）
本発明の実施の形態２の無線通信装置の構成及び動作について図１６〜１７を用いて説明する。移動局の構成及び動作は実施の形態１と同じであるので、ここでは基地局の構成及び動作についてのみ説明する。また重複を避けるため、実施の形態１と相違する点についてのみ説明することにする。主な相違点は、本実施の形態では、各アンテナから送信する信号の電力を制御するという点である。そのため、最適な送信ウェイトの生成方法が実施の形態１と異なる。【０１２２】  図１６は、本発明の実施の形態２に係る基地局１５００の構成を示すブロック図である。実施の形態１の第一無線通信装置４００と異なるのは、電力制御部４０５と送信ウェイト生成部４１１の代わりに送信電力・ウェイト制御部１５１１を用い、乗算器４１２の代わりに乗算器１５１２−１〜１５１２−３とを有する点である。【０１２３】  送信電力・ウェイト制御部１５１１は、送信ダイバーシチ信号選択部４１０より入力される選択信号情報と、チャネル監視部４１５より入力されるチャネル情報より、各アンテナから送信すべき信号に対して最適な電力制御と送信ウェイト生成を行い、乗算器１５１２−１、１５１２−２に対して送信電力情報を、乗算器１５１２−３に対して送信ウェイト情報を出力する。なお、送信電力制御、送信ウェイト生成のための信号処理の態様については後述する。【０１２４】  乗算器１５１２−１、１５１２−２では、変調部４０２−１、４０２−２から入力される各送信信号に対して、送信電力・ウェイト制御部１５１１より出力された送信電力情報をそれぞれ乗算する。乗算器１５１２−３では、送信電力・ウェイト制御部１５１１より出力される送信ウェイト情報と送信ダイバーシチ信号選択部４１０より出力される送信ダイバーシチ信号とが乗算される。【０１２５】  図１７は、送信電力・ウェイト制御部１５１１の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１の送信ウェイト生成部４１１と異なるのは、ウェイト振幅計算部６４１の代わりに送信電力計算部１６４１を有する点である。【０１２６】  送信電力計算部１６４１では、チャネル行列式計算部６２１から入力されるチャネル行列式情報を基に、送信ウェイトの振幅と送信ウェイトを乗算しない信号の電力（振幅）を計算し、ウェイト振幅情報としてウェイト生成部６５１に、送信電力情報として乗算器１５１２−１、１５１２−２に、それぞれ出力する。ウェイト生成部６５１では、ウェイト位相計算部６３１より入力される送信ウェイトの位相情報と、送信電力計算部１６４１より入力される送信ウェイト振幅情報から送信ウェイトを生成し、出力する。【０１２７】  ここで、送信電力計算部１６４１において生成される送信電力情報の生成過程について説明する。一般に、無線通信システムにおいて、送信可能な最大電力は規定されている。従って、アンテナ数が複数の場合、電力は各アンテナに分配され、各アンテナから送信される信号の送信電力が送信可能な最大電力を超えないように制御されている。本実施の形態においては送信電力計算部１６４１において、送信電力が計算され、各アンテナに電力を分配する構成を採る。【０１２８】  今、送信可能な最大電力、すなわち総送信電力をＰとおき、３本のア���テナ２０１−１〜２０１−３から送信される信号の送信電力をそれぞれ式（２９）、式（３０）、式（３１）とおくと、式（２９）、式（３０）、式（３１）とＰとの関係は式（３２）で表せる。送信電力情報である電力分配係数式（３３）、式（３４）は、それぞれ乗算器１５１２−１、１５１２−２へ入力され、式（３５）はウェイト生成部６５１に入力される。
【数２９】
2006106862.tif 000030
【数３０】
2006106862.tif 000031
【数３１】
2006106862.tif 000032
【数３２】
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【数３３】
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【数３４】
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【数３５】
2006106862.tif 000036
【０１２９】  アンテナ２０１−１〜２０１−３に分配される送信電力は、式（３２）を拘束条件とし、チャネル監視部４１５より入力されたチャネル情報に基づき、チャネル行列式式（２８）の絶対値が最大となるように決定される。一定の拘束条件のもとで、ある変数を最大にする手法の１つにラグランジェの未定乗数法がある。本実施の形態においては、ラグランジェの未定乗数法を用いて、基地局アンテナ２０１−１〜２０１−３に分配される送信電力を決定する。【０１３０】  なお、ここでは、送信電力の分配方法としてラグランジェの未定乗数法を挙げたが、これ以外にも例えば、注水定理や線形計画法をはじめとする様々な数学的手法を用いて送信電力配分を決定することもできる。【０１３１】  ラグランジェの未定乗数法における評価関数をｇとおくと、ｇは式（３６）で表せる。
【数３６】
2006106862.tif 000037
【０１３２】  基地局アンテナ２０１−３より送信される信号に対して、送信ウェイトを乗算する場合、パイロット信号に対しても送信ウェイトが乗算される。さらに、本実施の形態においては、各アンテナにおいて電力分配が行われている。受信側で推定されるチャネル行列を式（３７）とすると、式（３７）は式（３８）のように表される。
【数３７】
2006106862.tif 000038
【数３８】
2006106862.tif 000039
【０１３３】  また、式（３８）よりチャネル行列式（３７）の行列式は式（３９）のように計算される。
【数３９】
2006106862.tif 000040
【０１３４】  また、送信ウェイトｗの位相をθとおくと、送信ウェイトｗは式（４０）で表される。
【数４０】
2006106862.tif 000041
【０１３５】  式（３９）において、式（２１）、式（２２）とおくと、式（３９）は式（４１）のように表せる。
【数４１】
2006106862.tif 000042
【０１３６】  図１８は、式（４１）の示す意味を理解し易くするため、これを幾何学的な観点から考察すべく、いくつかのベクトル要素の回転、合成により式（４１）が複素平面ベクトル表示される過程を表したものである。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。【０１３７】  図１８（ａ）で、ベクトル１７０１はウェイトｗを乗算する前の信号ベクトルＸ、ベクトル１７０２は電力分配係数を乗算する前の信号ベクトルＹに電力分配係数式（３３）を乗算したベクトルｐ１Ｙ、ベクトル１７０３は、ベクトル１７０１にウェイトｗを乗算してベクトル１７０２方向にθだけ位相回転したベクトルｗＸである。いま、ベクトルｗＸとベクトルｐ１Ｙとは同位相となっている。【０１３８】  図１８（ｂ）で、ベクトル１７０４はベクトルｐ１ＹとベクトルｗＸとの合成ベクトルｗＸ＋ｐ１Ｙである。図１８（ｃ）で、ベクトル１７０５は合成ベクトルｗＸ＋ｐ１Ｙに電力分配係数式（３４）を乗算したベクトルｐ２（ｗＸ＋ｐ１Ｙ）である。【０１３９】  図１８において、ｐ１、ｐ２は振幅値なので位相成分を持たない。従って、式（４１）より、行列、式（３７）の行列式は図１８（ａ）〜（ｃ）に示すようにベクトルＹを式（３３）倍したものと、ベクトルＸにウェイトｗを乗算、すなわちベクトルＸに位相回転θと振幅変動式（３５）を与えたものの合成ベクトルを式（３４）倍したベクトルの大きさと等しくなると考えることができる。このことから、送信ウェイトｗを乗算することでチャネル行列式の絶対値式（４２）を送信ウェイトを乗算する前のチャネル行列式の絶対値より大きくできれば、チャネル容量を増加することができることが分かる。【０１４０】  本発明の実施の形態２においては送信電力の最適な配分を行うことを目的とし、ラグランジェの未定乗数法を用いてこれを解くことを考えているので、チャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる場合を想定する。図１８（ｂ）に示すように、２つの複素ベクトルｐ１ＹとｗＸが同位相のときにチャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる。このとき、式（４２）は式（４３）で表すことができる。
【数４２】
2006106862.tif 000043
【数４３】
2006106862.tif 000044
【０１４１】  式（４３）を式（３６）に代入することによって、ラグランジェの未定乗数法における評価関数ｇは式（４４）のように表せる。
【数４４】
2006106862.tif 000045
【０１４２】  式（４４）が総送信電力一定の条件のもと、最大になるとき式（４５）の関係を満たす。
【数４５】
2006106862.tif 000046
【０１４３】  式（４５）より、４つの未知数式（３３）、式（３４）、式（３５）、λに対して、式（４６）に示す連立方程式が導かれる。
【数４６】
2006106862.tif 000047
【０１４４】  式（４６）を解くことにより、送信電力計算部１６４１における送信電力情報式（３３）、式（３４）、式（３５）が式（４７）で与えられる。
【数４７】
2006106862.tif 000048
【０１４５】  式（３３）、式（３４）を送信電力情報として出力し、乗算器１５１２−１、１５１２−２においてそれぞれ送信信号に乗算する。また、式（３５）はウェイト振幅情報として、ウェイト生成部６５１に入力される。【０１４６】  送信ウェイトｗの位相θは、実施の形態１と同じくチャネル行列式の絶対値式（４２）が送信ウェイトを乗算する前のチャネル行列式の絶対値より大きくなるように設定される。本実施の形態では、ベクトル式（４８）とｗＸが同位相となり、チャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる場合を想定して説明したが、実施の形態１と同様に、ベクトル式（４８）とｗＸのなす角が送信ウェイトを乗算する前より小さくなれば、チャネル容量が送信ウェイトを乗算する前より増加する。式（１１）より送信ウェイトｗの位相θは式（４９）で表される。【０１４７】  なお、式（４９）の２行目以降において、式（３３）は振幅情報しか持たず、位相を求める上では無関係な値であるので、式（３３）の表記を省略した。
【数４８】
2006106862.tif 000049
【数４９】
2006106862.tif 000050
【０１４８】  ここで、αは実施の形態１と同じく行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。式（４０）、式（４７）、式（４９）より送信ウェイトｗが式（５０）のように表される。
【数５０】
2006106862.tif 000051
【０１４９】  このように実施の形態２によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局１５００が第二無線通信装置を備える移動局１４００より多くのアンテナを有しており、その中に一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、これを新しく使用し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行い、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。【０１５０】  また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を先ず決定し、空間相関値、行列式の絶対値に基づいて決定する。さらに、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合においても、事前に伝搬状況により各アンテナから放出すべき信号に対して電力配分を決定し、他のパスを通る信号の伝送（通信）に悪影響を及ぼす可能性がほとんど皆無となるように、劣悪な環境下にあるパスの信号に対する電力配分をわずかにする。【０１５１】  つまり、等配分伝送時では、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合に、その影響がシステム全体に及ぼされる可能性があるが、この可能性を低減する条件の電力配分を行うということである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合においても、その影響がシステム全体に及ぶことをほとんど皆無にすることができる。結果として、再送処理回数の低減効果も容易に予想できることから、更なるチャネル容量の向上と受信特性の改善が図られる。【０１５２】  なお、実施の形態２に係る無線通信装置が具備するアンテナ数は本実施の形態に示した場合に限定されるものではなく、第一無線通信装置を備える基地局１５００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、アンテナ数が３本以上であり、空間分割多重数が２以上でダイバーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成することができる。【０１５３】  例えば、基地局１５００が４本のアンテナを有し、移動局１４００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局１５００は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局１４００が基地局１５００より多くのアンテナ数を具備する場合、移動局１４００が送信側で基地局１５００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。【０１５４】  具体的には、移動局１４００が３本のアンテナを有し、基地局１５００においてはこの移動局１４００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局１４００は基地局１５００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局１４００から基地局１５００へ通信を行う上り回線においても、移動局１４００が基地局１５００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。【０１５５】  （実施の形態３）
本実施の形態では、マルチキャリア変調を想定し、サブキャリア毎に送信ウェイト制御及び送信電力制御を行う。以下、本実施の形態について、重複を避けるため、実施の形態２と相違する点についてのみ説明する。【０１５６】  図１９は、本発明の実施の形態３係る基地局１８００の構成を示すブロック図である。実施の形態２の第一無線通信装置１５００と異なるのは、送信ダイバーシチ信号選択部４１０の代わりにダイバーシチサブキャリア選択部１８１０を用い、さらに、ＩＦＦＴ部１８０３−１、１８０３−２と、ＦＴＴ部１８１５−１、１８１５−２とを有する点である。【０１５７】  ＩＦＦＴ部１８０３−１、１８０３−２では、変調部４０２−１、４０２−２からの入力信号を逆高速フーリエ変換（以下、「ＩＦＦＴ」という）処理することでＯＦＤＭ変調（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を行う。また、ＦＦＴ部１８１５−１、１８１５−２では、信号分離部４１４からの入力信号を高速フーリエ変換（以下、「ＦＴＴ」という）処理することでＯＦＤＭ復調を行う。【０１５８】  ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０では、ＩＦＦＴ部１８０３−１と１８０３−２の２つの送信系列から出力される信号に対して、サブキャリア毎にダイバーシチ送信すべき信号を選択し、出力する。パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９において、各アンテナに入力するサブキャリア毎のパイロット信号の受信ＳＮＲが測定され、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０にサブキャリア毎の受信ＳＮＲ情報が入力される。【０１５９】  以下、図２０〜２１を用いて、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０における、サブキャリア毎のダイバーシチ送信信号の選択過程について詳細に説明する。【０１６０】  図２０は、サブキャリア毎に、送信ダイバーシチ信号を選択する手法を説明する図である。一般に、ＯＦＤＭ変調では多数のサブキャリアが用いられるが、ここでは説明を簡単にするため、アンテナ２０１−１、２０１−２で受信される信号は３つのサブキャリアで構成されているものとする。図２０Ａは、アンテナ２０１−１におけるパイロット受信ＳＮＲ特性を、図２０Ｂは、アンテナ２０１−２におけるパイロット受信ＳＮＲ特性を示している。横軸は周波数を、縦軸はパイロット受信ＳＮＲを表している。【０１６１】  図２０Ａにおいて、周波数軸上の点Ａ１〜Ａ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３を示し、点Ａ１〜Ａ３でピークレベルＬＡ１〜ＬＡ３を持つ各放物線１９１０−１〜１９１０−３は、各サブキャリア成分のＳＮＲであるＳＮＲ１（ｆ１）、ＳＮＲ１（ｆ２）、ＳＮＲ１（ｆ３）を表す。アンテナ２０１−１におけるパイロット受信ＳＮＲであるＳＮＲ１（ｆ）は、ＳＮＲ１（ｆ１）１９１０−１〜ＳＮＲ１（ｆ３）１９１０−３で構成される。【０１６２】  また、図２０Ｂにおいて、周波数軸上の点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３を示し、点Ｂ１〜Ｂ３でピークレベルＬＢ１〜ＬＢ３を持つ各放物線１９２０−１〜１９２０−３は、各サブキャリア成分のＳＮＲであるＳＮＲ２（ｆ１）、ＳＮＲ２（ｆ２）、ＳＮＲ２（ｆ３）を表す。アンテナ２０１−２におけるパイロット受信���ＮＲであるＳＮＲ２（ｆ）は、ＳＮＲ２（ｆ１）１９２０−１〜ＳＮＲ２（ｆ３）１９２０−３で構成される。【０１６３】  図２０Ａ、図２０Ｂにおいて、ＬＡ１＞ＬＢ１、ＬＡ２＞ＬＢ２、ＬＡ３＜ＬＢ３の関係がある。【０１６４】  図２０Ｃは、サブキャリア毎に送信ダイバーシチ信号を選択した結果、アンテナ２０１−３から出力されるダイバーシチサブキャリア信号の割り当てを示す図である。横軸は周波数を、縦軸は便宜上、信号レベルを表すが、ここでは信号割り当ての関係を示すのが目的であり、信号レベル値の大小関係は考慮しない。周波数軸上の点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を示し、各サブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３で送信される信号がそれぞれ第１の送信信号１９３０−１、第２の送信信号１９３０−２、第３の送信信号１９３０−３である。【０１６５】  アンテナ２０１−１から送信信号Ｘ１が、アンテナ２０１−２から送信信号Ｘ２が送信されるものとする。【０１６６】  図２０Ａ、図２０Ｂでは、ＳＮＲ１（ｆ１）＞ＳＮＲ２（ｆ１）及びＳＮＲ１（ｆ２）＞ＳＮＲ２（ｆ２）となっている。つまり、サブキャリアｆ１、ｆ２では、アンテナ１０１−１における受信ＳＮＲ１（ｆ）よりもアンテナ２０１−２における受信ＳＮＲ２（ｆ）の方が悪い値となっている。ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０では、パイロット受信ＳＮＲが悪かった方をダイバーシチ送信するので、サブキャリア周波数ｆ１、ｆ２では送信信号Ｘ２がダイバーシチ送信信号として選択される。【０１６７】  一方、サブキャリア周波数ｆ３では、ＳＮＲ１（ｆ３）＜ＳＮＲ２（ｆ３）であるので、送信信号Ｘ１がダイバーシチ送信信号として選択される。つまり、図２０Ｃにおいて、第１及び第２の送信信号１９３０−１、１９３０−２に、送信信号Ｘ２が、第３の送信信号１９３０−３に送信信号Ｘ１が割り当てられる。【０１６８】  図２１は、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０における信号選択のフロー図を示す。ＩＦＦＴ部１８０３−１より出力される信号をＸ１（ｆ）、ＩＦＦＴ部１８０３−２より出力される信号をＸ２（ｆ）とおく。先ず、ステップＳ２０１０では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より入力されたサブキャリア毎の受信ＳＮＲ情報を受け取る。【０１６９】  そして、サブキャリア毎に繰り返しルーチン処理を行うため、対象サブキャリアを指定する値ｎを１とする（ステップＳ２０１５）。ここで、ｎは対象サブキャリアを指定する変数で、ｎ＝１の場合、対象サブキャリアがｆ１であることを示す。また、総サブキャリア数をＮとおく。【０１７０】  次に、ステップＳ２０２０において、アンテナ２０１−１と２０１−２におけるサブキャリア毎のパイロット受信ＳＮＲを比較して、サブキャリア毎にどちらの経路がより劣悪であるかを判断する。劣悪な経路ではビットエラーレートが劣化することが予想されるため、これをダイバーシチ送信によって改善することを目的とする。【０１７１】  ステップＳ２０２０において、受信ＳＮＲ１（ｆｎ）が受信ＳＮＲ２（ｆｎ）より大きい場合、アンテナ２０１−２に至る経路が劣悪であると判断し、ステップＳ２０３０−１が実行される。一方、ステップＳ２０２０において、受���ＳＮＲ２（ｆｎ）が受信ＳＮＲ１（ｆｎ）より大きい場合、アンテナ２０１−１に至る経路が劣悪であると判断し、ステップＳ２０３０−２が実行される。ステップＳ２０３０−１では、Ｘ２（ｆｎ）が送信ダイバーシチ信号として選択し、ステップＳ２０３０−２では、Ｘ１（ｆｎ）を送信ダイバーシチ信号として選択する。【０１７２】  以上の処理を全てのサブキャリアについて行うため、現在の変数ｎが総サブキャリア数Ｎに等しくなったかどうかを判定し（ステップＳ２０３５）、ｎ＜Ｎなる場合は、ｎ＝ｎ＋１として（ステップＳ２０４０）、次の対象サブキャリアについて、ステップＳ２０２０以降の動作をｎ＝Ｎなる場合まで繰り返す。【０１７３】  なお、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０以外のブロックでは、実施の形態２と同じ処理をサブキャリア毎に行う。【０１７４】  図２２は、本発明の実施の形態３に係る移動局２１００の構成を示すブロック図である。【０１７５】  実施の形態１と異なるのは、移動局１４００に加えて、ＦＦＴ部２１１０−１、２１１０−２と、ＩＦＴＴ部２１１１−１、１２１１１−２を有する点である。【０１７６】  ＦＦＴ部２１１０−１、２１１０−２ではアンテナ２２２−１、２２２−２からの入力信号をＦＦＴ処理することでＯＦＤＭ復調を行う。また、ＩＦＦＴ部２１１１−１、２１１１−２では入力信号をＩＦＴＴ処理することでＯＦＤＭ変調を行う。【０１７７】  このように実施の形態３によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局１８００が第二無線通信装置を備える移動局２１００より多くのアンテナを有しており、その中に一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、これを新しく使用し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行い、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。【０１７８】  また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を先ず決定し、空間相関値、行列式の絶対値に基づいて決定する。これにより、伝搬路チャネルの空間相関が下がり、チャネル容量が増加するので、受信特性を改善できる。さらに、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア送信においては、サブキャリア毎にダイバーシチ送信する信号を選択することで、周波数選択性フェージングの影響を軽減できる。【０１７９】  なお、本発明の第３の実施例に係る第一無線通信装置を備える基地局１８００が具備するアンテナ数は本実施の形態に示した場合に限定されるものではなく、基地局１８００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局２１００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、アンテナ数が３本以上であり、空間分割多重数が２以上でダイバーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成することができる。【０１８０】  例えば、基地局１８００が４本のアンテナを有し、移動局２１００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局２１００が基地局１８００より多くのアンテナ数���具備する場合、移動局２１００が送信側で基地局１８００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。【０１８１】  具体的には、移動局が３本のアンテナを有し、基地局１８００においてはこの移動局２１００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局２１００は基地局１８００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局２１００から基地局１８００へ通信を行う上り回線においても、移動局２１００が基地局１８００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。【０１８２】  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。【０１８３】  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。【０１８４】  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。【０１８５】  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。【０１８６】  本明細書は、２００５年３月３０日出願の特願２００５−０９７３９９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】
【０１８７】  以上のように、本発明に係る無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置は、空間相関が高い環境においても、空間相関を下げてチャネル容量を増加させることにより、受信特性を改善することができるという効果を有し、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システム等に有用である。
【図１】
2006106862.tif 000052
【図２】
2006106862.tif 000053
【図３】
2006106862.tif 000054
【図４】
2006106862.tif 000055
【図５】
2006106862.tif 000056
【図６】
2006106862.tif 000057
【図７】
2006106862.tif 000058
【図８】
2006106862.tif 000059
【図９】
2006106862.tif 000060
【図１０】
2006106862.tif 000061
【図１１Ａ】
2006106862.tif 000062
【図１１Ｂ】
2006106862.tif 000063
【図１２Ａ】
2006106862.tif 000064
【図１２Ｂ】
2006106862.tif 000065
【図１３Ａ】
2006106862.tif 000066
【図１３Ｂ】
2006106862.tif 000067
【図１４】
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【図１５】
2006106862.tif 000069
【図１６】
2006106862.tif 000070
【図１７】
2006106862.tif 000071
【図１８】
2006106862.tif 000072
【図１９】
2006106862.tif 000073
【図２０Ａ】
2006106862.tif 000074
【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
2006106862.tif 000076
【図２１】
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【図２２】
2006106862.tif 000078
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月21日(2008.2.21)
【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】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、
前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない前記第一無線通信装置における余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出ステップと、
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定ステップと、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択ステップと、
前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信ステップと、
を具備する無線通信方法。
【請求項２】
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定ステップと、
前記チャネル推定値と送信ダイバーシチ選択結果とを用いて、送信ウェイト算出基準に基づく送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成ステップと、
を具備する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記受信品質測定ステップにおける前記受信品質は、前記チャネル推定値の受信電力対雑音電力比である請求項１記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記送信ウェイト生成ステップにおける前記送信ウェイト算出基準は、前記ＭＩＭＯチャネルの行列式の絶対値である請求項２記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記送信ステップは、複数の前記第一アンテナより送信する前記送信信号の電力を適応的に決定する電力制御ステップを具備する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記送信ダイバーシチ選択ステップは、前記送信信号がマルチキャリア信号である場合、サブキャリア毎に受信品質を比較し、送信ダイバーシチ信号を選択する請求項１記載の無線通信方法。
【請求項７】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、
前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、
前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記第二無線通信装置は、
前記第一無線通信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、
受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、
を有する無線通信システム。
【請求項８】
第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると共に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、
複数の前記第一アンテナのうち、通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、
通信相手から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、
複数の前記第一アンテナから送信信号を送信する送信手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項９】
前記通信相手から送信されたパイロット信号に基づいて、前記第一ＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値と送信ダイバーシチ選択結果とを用いて、前記第一ＭＩＭＯチャネルの行列式の絶対値がより大きくなるよう送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成手段と、
前記送信ウェイトを前記余アンテナから送信する信号に乗算する乗算手段と、
を具備する請求項８記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記送信ウェイト生成手段は、前記チャネル推定値と前記送信ダイバーシチ選択結果とから送信ウェイトを生成すると共に、総送信電力が一定の条件のもと各アンテナより送信する送信信号の電力を適応的に制御する電力制御手段を具備する請求項９記載の無線通信装置。
【請求項１１】
第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信する受信手段と、
受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、前記第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記第二チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、
を具備する無線通信装置。
【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無線通信システム、並びにこのシステムにおいて使用される無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムにおいて高速大容量の無線通信を実現する技術として、高い周波数利用効率を実現するＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）が検討されている。大容量のチャネル容量を得るためには、例えば、特許文献１に示すような技術が知られている。図１に特許文献１における無線通信システムの動作概要を示す。
【０００３】
基地局１０は、アンテナ２０１−１〜２０１−３、送信ビームフォーミング部１２を有し、移動局２０は、アンテナ２２２−１〜２２２−２、受信ビームフォーミング部２２、受信ウェイト生成部２４、チャネル推定部２０４、固有値分解部２６、送信ウェイト生成部２８を有する。
【０００４】
送信ウェイト生成部２８で生成された送信ウェイトは、基地局１０にフィードバックされ、送信ビームフォーミング部１２において送信ウェイト制御に用いられる。また、移動局２０では、受信ウェイト生成部２４で生成された受信ウェイトが、受信ビームフォーミング部２２において受信ウェイト制御に用いられ、チャネルを直交化することで、見かけ上、同一チャネル間干渉がなく、より大きなチャネル容量を得ている。
【特許文献１】特表２００３−５２８５２７号公報（第５７頁、図１Ａ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された無線通信システムは、チャネル間の相関値である空間相関の値が高い場合、空間相関が低い場合に比べて見かけ上のストリーム数が減少し、チャネル容量が大幅に減少してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、空間相関が高い環境においても高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の無線通信方法は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない前記第一無線通信装置における余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出ステップと、前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定ステップと、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択ステップと、前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信ステップと、を具備するようにした。
【０００８】
本発明の無線通信システムは、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、前記第二無線通信装置との間で通信を行っていない余アンテナが存在
、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、前記第二無線通信装置から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、前記第一無線通信装置の各アンテナから前記第二無線通信装置に送信信号を送信する送信手段と、を有し、前記第二無線通信装置は、前記第一無線通信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、受信した信号のうちパイロット信号に基づいて、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成されるＭＩＭＯチャネルについてチャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、前記チャネル推定値に基づいて、受信信号を分離する信号分離手段と、を有する構成を採る。
【０００９】
本発明の無線通信装置は、第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると共に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、複数の前記第一アンテナのうち、通信を行っていない余アンテナが存在、もしくは、発生したことを検出する検出手段と、通信相手から送信されたパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、複数の前記第一アンテナから同時に送信される異なる信号のうちいずれかの信号を、前記受信品質に基づいて、前記余アンテナを用いて送信ダイバーシチを適用する信号として選択する送信ダイバーシチ選択手段と、複数の前記第一アンテナから送信信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空間相関が高い環境においても高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。なお、以下の各実施の形態では、ＭＩＭＯ技術を利用する移動体無線通信システムにおいて、フィードバック等により送信側でチャネル情報が既知であり、基地局が移動局よりも多くのアンテナを持ち、基地局から移動局への通信を行う場合を例に説明する。なお、説明を明快にするため、基地局アンテナ数を３本、移動局アンテナ数が２本の場合を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
なお、基地局はＢＳ（Base Station）やＮｏｄｅ Ｂ、移動局はＭＳ（Mobile Station）、ＵＥ（User Equipment）と呼ばれることもある。また、以下の説明では、第一無線通信装置を基地局、第二無線通信装置を移動局とするが、本発明の内容はこれに限定されるものではなく、第一無線通信装置が移動局で、第二無線通信装置が基地局であってもよい。
【００１３】
（実施の形態１）
図２に、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの動作シーケンスについて説明する。基地局において、現在使用していないアンテナ（以下、「余アンテナ」という）を検知し（ステップＳ１００）、これを新たに使用することを決定した場合、基地局は移動局に対してパイロット信号の送信を要求する（ステップＳ１０２）。
【００１４】
パイロット送信要求に伴い、移動局は基地局に対して上りパイロット信号を送信する。このとき、基地局は余アンテナを使用できる状態にし、これまで通信中のアンテナに余アンテナを加えた全てのアンテナでパイロット信号を受信する（ステップＳ１０４）。
【００１５】
基地局では、受信したパイロット信号より、チャネル推定とパイロット受信ＳＮＲの測定を行う（ステップＳ１０６）。パイロット受信ＳＮＲの測定より、余アンテナからダイバーシチ送信を行う信号を選択する。この信号選択情報とチャネル推定情報より送信ウェイトの計算を行い、送信信号を生成する（ステップＳ１０８）。
【００１６】
続いて、基地局から下りパイロット信号とデータが移動局に送信される（ステップＳ１１０）。移動局は、下りパイロット信号よりチャネル推定を行い、受信信号を分離して受信データを取得する（ステップＳ１１２）。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す概念図である。図３において、第一無線通信装置が基地局２００で、第二無線通信装置が移動局２２０であるとする。
【００１８】
基地局２００は、アンテナ２０１−１、２０１−２、２０１−３を有し、移動局２２０はアンテナ２２２−１、２２２−２、信号分離処理部２０３、チャネル推定部２０４、ウェイト計算部２０５を有している。実施の形態１では、基地局２００のアンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとする。
【００１９】
基地局２００と移動局２２０との間において、信号Ｘ１、Ｘ２が空間分割多重（ＳＤＭ）送信される。さらに、移動局２２０のチャネル推定部２０４で推定したチャネル情報に基づいてウェイト計算部２０５においてウェイト計算を行い、これを基地局にフィードバックする。基地局では、余アンテナから送信する送信信号Ｘ１にウェイトｗを乗算し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用を実現する。
【００２０】
移動局では、送信信号を受信し、受信信号Ｙ１、Ｙ２に対して信号分離処理部２０３で信号分離処理を行うことで、送信信号Ｘ１、Ｘ２が復元される。
【００２１】
ここで、図３の移動局２２０のチャネル推定部２０４で推定されるチャネルの定義について説明しておく。図４に基地局３００のアンテナ２０１−１〜２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−１、２２２−２との間に形成されるチャネルの様子を示す。
【００２２】
基地局３００のアンテナ２０１−１と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ11」とし、基地局３００のアンテナ２０１−２と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ12」とし、基地局３００のアンテナ２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−１との間に形成されるチャネルを「ｈ13」とする。また、基地局３００のアンテナ２０１−１と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ21」とし、基地局３００のアンテナ２０１−２と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ22」とし、基地局３００のアンテナ２０１−３と移動局３２０のアンテナ２２２−２との間に形成されるチャネルを「ｈ23」とする。
【００２３】
図５は、本発明の実施の形態１に係る基地局４００の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、図３において、はじめは基地局アンテナ２０１−１、２０１−２の２本で移動局と通信を行っていたが、アンテナの使用状況を監視するアンテナ制御部４０３（後述する）が、１本の余アンテナ２０１−３の発生を検知する。以下、この余アンテナを新たに移動局２２０との通信に使用できるようにしたことにより使用アンテナ数が３本となった状況を例に説明する。
【００２４】
図５において、基地局４００は、Ｓ／Ｐ変換部４０１、２つの変調部４０２−１、４０２−２、アンテナ数決定部４０４、アンテナ制御部４０３、電力制御部４０５、３つの送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３、３つのアンテナ２０１−１〜２０１−３、３つの受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９、送信ダイバーシチ信号選択部４１０、送信ウェイト生成部４１１、乗算器４１２、チャネル推定部４１３、信号分離部４１４、チャネル監視部４１５、２つの復調部４１６−１、４１６−２、Ｐ／Ｓ変換部４１７を有する。
【００２５】
まず、基地局４００において、送信データをアンテナ２０１−１〜２０１−３から移動局に送信する動作を説明する。
【００２６】
Ｓ／Ｐ変換部４０１は、入力される送信データを空間分割多重数分の並列データに変換し、それぞれを変調部４０２−１、４０２−２へ入力する。
【００２７】
変調部４０２−１、４０２−２は入力される送信データをそれぞれ変調し、送信ダイバーシチ信号選択部４１０とアンテナ数決定部４０４へ入力する。
【００２８】
検出手段としてのアンテナ制御部４０３は、１ユーザー当りの使用アンテナ数を制御しており、余アンテナが発生、もしくは存在する場合、これを検知することができる。余アンテナが発生、もしくは存在する場合は、それを現在通信中のユーザーに対して割り当てるようアンテナ制御信号を生成し、アンテナ数決定部４０４に入力する。逆に、新たにユーザーを収容する場合は、移動局が保有する数以上のアンテナを使用するユーザーに対して、使用アンテナ数を減らすよう制御信号を生成し、アンテナ数決定部４０４に入力する。
【００２９】
アンテナ数決定部４０４は、アンテナ制御信号を受け取り、１ユーザー当りに使用しているアンテナ数を増加または減少させる。ここでは、変調部４０２−１、４０２−２において変調された信号と、送信ダイバーシチ信号選択部４１０において出力された信号に送信ウェイト情報が乗算器４１２において乗算された信号が入力され、アンテナ制御信号に応じて送信ウェイト情報が乗算された信号がＯＮ／ＯＦＦされる。
【００３０】
電力制御部４０５は、アンテナ数決定部４０４より入力され、送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３のそれぞれに出力される信号に対して、１ユーザー当りの使用アンテナ数の増減に伴い、各アンテナからの送信電力が一定となるよう信号電力を制御する。また、電力制御部４０５において決定された電力を送信電力情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。
【００３１】
送信ＲＦ部４０６−１〜４０６−３はそれぞれ、バンドパスフィルタ、デジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、送信電力制御部４０５から入力され、アンテナ２０１−１〜２０１−３にそれぞれ対応する信号に対してアップコンバージョンを行い、アンテナ２０１−１〜２０１−３を介して移動局に無線送信する。
【００３２】
次に、基地局４００において移動局１４００（後述）からの送信信号を受信する動作を説明する。
【００３３】
アンテナ２０１−１〜２０１−３はそれぞれ、通信相手である移動局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号を受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３に入力する。
【００３４】
受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／デジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、入力された信号に対してダウンコンバージョンを行い、信号分離部４１４へ入力する。また、このとき、パイロット信号を抽出し、このパイロット信号をチャネル推定部４１３とパイロット受信ＳＮＲ測定部４０９にそれぞれ入力する。
【００３５】
パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９は、入力されるパイロット信号よりアンテナ毎の平均パイロット受信ＳＮＲ（パイロット信号電力対雑音電力比）を計算し、受信ＳＮＲ情報として送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力する。
【００３６】
送信ダイバーシチ信号選択部４１０は、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より入力されるパイロット受信ＳＮＲ情報に基づき、変調部４０２−１、４０２−２より入力される信号のうち、パイロット受信ＳＮＲが低いと判断されたアンテナから送信されるべき信号
を送信ダイバーシチ信号として選択し、出力する。これは、より劣悪な伝搬路で送信されている信号に対してダイバーシチを適用した方が受信特性の改善度合いが大きいからである。また、変調部４０２−１、４０２−２から出力される信号のうち、どちらの信号を送信ダイバーシチ信号選択部４１０から出力したかについての情報（選択結果）を選択信号情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。
【００３７】
送信ウェイト生成部４１１は、送信ダイバーシチ信号選択部４１０から入力される選択信号情報、電力制御部４０５から入力される送信電力情報、後述するチャネル監視部４１５から入力されるチャネル情報に基づき、送信ウェイト情報を生成し、乗算器４１２に出力する。
【００３８】
チャネル推定部４１３は、入力されるパイロット信号よりチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値を信号分離部４１４とチャネル監視部４１５に入力する。
【００３９】
信号分離部４１４は、チャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定値に基づき、受信ＲＦ部４０８−１〜４０８−３からそれぞれ入力された信号を既定の方式で分離する。
【００４０】
チャネル監視部４１５は、チャネルの時間変動を監視する。チャネルの時間変動によって送信ウェイトが正確でなくなり、受信特性が劣化することを防ぐことを目的とする。具体的には、チャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定値に基づき、送信ウェイト乗算の可否を判断し、チャネル情報として送信ウェイト生成部４１１に入力する。
【００４１】
復調部４１６−１、４１６−２はそれぞれ、信号分離部４１４において分離、出力された受信信号を復調し、Ｐ／Ｓ変換部４１７に入力する。
【００４２】
Ｐ／Ｓ変換部４１７は入力される空間分割多重数分の受信データを直列データへと変換し、受信データとして出力する。
【００４３】
次に、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９、送信ダイバーシチ信号選択部４１０、送信ウェイト生成部４１１、チャネル監視部４１５、送信ウェイト生成部４１１の各部における動作に関して詳細に説明する。
【００４４】
まず、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より出力される受信ＳＮＲ情報の生成過程について説明する。移動局から基地局へパイロット信号が送信されているものとし、パイロット信号の送信電力を便宜上１とおく。基地局アンテナ２０１−１、２０１−２における平均パイロット受信ＳＮＲをそれぞれＳＮＲ１、ＳＮＲ２、受信雑音電力をそれぞれＮ１、Ｎ２とおくと、アンテナ２０１−１、２０１−２における平均パイロット受信ＳＮＲであるＳＮＲ１、ＳＮＲ２はそれぞれ式１のように表せる。
【００４５】
図５において、ＳＮＲ１とＳＮＲ２が受信ＳＮＲ情報として送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力される。ここで、余アンテナであるアンテナ２０１−３もアンテナ２０１−１、２０１−２と同じく、移動局から基地局へ送信されるパイロット信号を受信している。しかし、アンテナ２０１−３で受信されたパイロット信号は、チャネル推定を目的としたものであり、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９において、パイロット受信電力の測定対象とはならない。
【数１】
2006106862.tif 000079
【００４６】
なお、ここでは送信ダイバーシチ信号の選択基準として、パイロット受信ＳＮＲを例に挙げたが、パイロット受信電力、パイロット受信ＳＩＲ（信号電力対干渉電力比）、パイロット受信ＳＩＮＲ（信号電力対干渉、雑音電力比）等を測定し、測定情報を送信ダイバーシチ信号選択部４１０に入力することも可能である。
【００４７】
選択基準をパイロット受信電力とする場合は、雑音電力の測定が不要となる。また、パイロット受信ＳＩＲを選択基準とすることで、パイロットを受信する基地局側における信号劣化要因として干渉が支配的である場合、干渉の影響を考慮したダイバーシチ信号の選択が可能となり、受信特性の改善が期待される。また、パイロット受信ＳＩＮＲを選択基準とすることで、雑音と干渉の両方の影響を考慮したダイバーシチ信号の選択が可能となり、雑音と干渉の両方が存在する環境において、受信特性の改善が期待される。
【００４８】
なお、図５では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９としたが、上記説明にあるように、上位概念としての受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部としてもよい。
【００４９】
次に、送信ダイバーシチ信号選択部４１０の動作に関して詳細に説明する。図６に送信ダイバーシチ信号選択部４１０における信号選択動作を示すフロー図を示す。変調部４０２−１より出力される信号をＸ１、変調部４０２−２より出力される信号をＸ２とおく。
【００５０】
先ず、ステップＳ５１０では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より受信ＳＮＲ情報ＳＮＲ１、ＳＮＲ２を受け取る。続いて、ステップＳ５２０では、アンテナ２０１−１と２０１−２におけるパイロット受信ＳＮＲを比較して、どちらの経路がより劣悪であるかを判断する。劣悪な経路ではビットエラーレートが劣化することが予想されるため、これをダイバーシチ送信によって改善することを目的とする。
【００５１】
ステップＳ５２０では、アンテナ２０１−１における受信ＳＮＲであるＳＮＲ１がアンテナ２０１−２における受信ＳＮＲであるＳＮＲ２より大きいかどうかを判定する。大きい場合は、アンテナ２０１−２に至る経路がより劣悪であると判断し、ステップＳ５２０に続いてステップＳ５３０−１が実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ５２０において、アンテナ２０１−２における受信ＳＮＲであるＳＮＲ２がアンテナ２０１−１における受信ＳＮＲであるＳＮＲ１より大きい場合、アンテナ２０１−１に至る経路がより劣悪であると判断し、ステップＳ５２０に続いてステップＳ５３０−２が実行される。
【００５３】
ステップＳ５３０−１では、信号Ｘ２が送信ダイバーシチ信号として選択、出力され、ステップＳ５３０−２では、信号Ｘ１が送信ダイバーシチ信号として選択、出力される。
【００５４】
次に、送信ウェイト生成部４１１の動作に関して詳細に説明する。図７は送信ウェイト生成部４１１の詳細な構成を示すブロック図であり、図８はウェイト生成判定の処理手順を示すフロー図である。ウェイト生成判定部６１１では、図５のチャネル監視部４１５よりチャネル情報を受け取り（ステップＳ７１０）、送信ウェイトの生成判定を行う（ステップＳ７２０）。
【００５５】
チャネル情報が１であった場合、位相制御情報がウェイト位相計算部６３１に入力され、ウェイト位相計算部６３１の出力が０［ｒａｄ］となるようにウェイト位相計算部６３１を制御する（ステップＳ７３０−２）。チャネル情報が１でなければ、このチャネル情報はチャネル推定情報であると判定され、そのチャネル情報をチャネル行列式計算部６２１に入力する（ステップＳ７３０−１）。
【００５６】
チャネル行列式計算部６２１では、チャネル推定情報からチャネル行列式を計算し、ウェイト位相計算部６３１に入力する。
【００５７】
本実施の形態では、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用しているので、各アンテナから送信する信号の組み合わせによってチャネル行列式が異なってくるが、送信ダイバーシチ信号選択部４１０から入力される選択信号情報を基に、チャネル行列式を計算し、決定する。ウェイト位相計算部６３１では、ウェイト生成判定部６１１より位相制御情報が入力されていない場合、チャネル行列式計算部６２１より入力されるチャネル行列式情報より送信ウェイトの位相を決定する。
【００５８】
また、ウェイト振幅計算部６４１では、電力制御部４０５より入力される送信電力情報を基に、送信ウェイトの振幅を計算する。ウェイト生成部６５１では、ウェイト位相計算部６３１より入力される送信ウェイトの位相情報と、ウェイト振幅計算部６４１より入力される送信ウェイト振幅情報から送信ウェイトを生成し、出力する。
【００５９】
次に、チャンル監視部４１５の動作に関して詳細に説明する。図９は、チャネル監視部４１５の詳細な構成を示すブロック図である。チャネル監視部４１５は、バッファ部８１５、式（２）に示す遅延量を有する遅延部８２５、チャネル相関計算部８３５、チャネル変動判定部８４５を備える。
【数２】
2006106862.tif 000080
【００６０】
バッファ部８１５は、図５に示すチャネル推定部４１３において推定されたチャネル推定情報をバッファする。図１０に時間変化するチャネル変動の様子を示す。図１０の横軸は時間、縦軸はチャネルの複素振幅を表す。また、図１０の点Ａはサンプル時間ｔ１−δｔにおけるチャネルの複素振幅を、点Ｂはサンプル時間ｔ１におけるチャネルの複素振幅Ｈを示し、それぞれ、Ｈ（ｔ１−δｔ）、Ｈ（ｔ１）なる値であるとする。
【００６１】
今、チャネル推定部４１３においてはサンプル間隔δｔで、チャネルＨ（ｔ）が推定されるものとする。
【００６２】
バッファ部８１５ではあるサンプル時刻に推定されたチャネル推定情報をバッファするものとし、チャネル推定情報は逐次更新される。
【００６３】
チャネル相関計算部８３５では、図５に示すチャネル推定部４１３において推定されたチャネル推定情報とバッファ部８１５より出力され、遅延部８２５で式（２）に示した遅延量だけ遅延されたチャネル推定情報との相関を計算する。
【００６４】
図１０において、サンプル時刻ｔ１で推定されたチャネル推定情報をＨ（ｔ１）、１サンプル時間前であるｔ１−δｔで推定されたチャネル推定情報をＨ（ｔ１−δｔ）、チャネル相関値をρとおくと、ρは式（３）で表される。式（３）におけるＥ［］はアンサンブル平均を表す。なお、Ｈ（ｔ１）のチャネル要素を式（４）に、Ｈ（ｔ１−δｔ）のチャネル要素を式（５）に表す。ここで、式（４）と式（５）を、ある行列Ｈにおける異な
る２つの要素と考えれば、ρは空間相関を表すことになる。
【数３】
2006106862.tif 000081
【数４】
2006106862.tif 000082
【数５】
2006106862.tif 000083
【００６５】
チャネル変動判定部８４５は、チャネル相関計算部８３５から入力されるチャネル相関情報に基づいて、チャネル変動を判断する。チャネル相関情報が所定の閾値以上であれば、チャネル変動があったと判断し、チャネル情報として１を出力する。チャネル相関情報が所定の閾値未満であれば、チャネル変動が少ないと判断し、図５に示すチャネル推定部４１３より入力されるチャネル推定情報をチャネル情報として出力する。
【００６６】
最後に、送信ウェイト生成部４１１の動作に関して詳細に説明する。ここで、送信ウェイト生成部４１１において生成される送信ウェイトｗについて説明する。送信ウェイトｗの振幅をｕ、位相をθとおくと、ｗは式（６）のように表せる。
【数６】
2006106862.tif 000084
【００６７】
振幅ｕは電力制御部４０５より入力される送信電力情報より決定される。一般に、無線通信システムにおいて、送信可能な最大電力は規定されている。従って、アンテナ数が複数の場合、電力は各アンテナに分配され、各アンテナから送信される信号の送信電力が送信可能な最大電力を超えないように制御されている。本実施の形態では、電力制御部４０５において、各アンテナに電力を等分配するような構成を採る。例えば、送信可能な最大電力である総送信電力が１で送信アンテナが３本の場合、電力は振幅値の２乗であるので、式（７）となる。
【数７】
2006106862.tif 000085
【００６８】
位相θはチャネル監視部４１５より入力されるチャネル情報より決定される。チャネル情報が１の場合、位相θは０［ｒａｄ］に設定される。一方、チャネル情報が１でなければ、以下に示す方法に基づき、位相が決定される。
【００６９】
先ず、チャネル情報について説明する。ＭＩＭＯチャネルが形成される様子について図４を用いて説明する。図４では、基地局アンテナ数３、移動局アンテナ数２のＭＩＭＯシステムより６つの異なるチャネル要素ｈ11〜ｈ23が形成され、これらがチャネル推定部４１３で推定される。一般に、ＭＩＭＯチャネルは行列表現される。以後、チャネル推定部４１３で推定されるチャネル要素を式（８）に示す３×２のチャネル行列Ｈで表す。
【数８】
2006106862.tif 000086
【００７０】
本実施の形態では、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用するので、基地局からデータ信号を送信する場合、２つのアンテナから同一のデータ信号を送信し、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号を送信する。つまり、図３に示したように、データ信号Ｘ１をアンテナ２０１−１とアンテナ２０１−３から送信し、データ信号Ｘ２をアンテナ２０１−２から送信すると仮定すると、アンテナ２２２−１、２２２−２における受信信号Ｙ１、Ｙ２は式（９）のように記述できる。
【数９】
2006106862.tif 000087
式（９）を展開して整理すると式（１０）のように記述できる。
【数１０】
2006106862.tif 000088
【００７１】
式（１０）に示すように、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用した場合、本来伝搬路では３×２のチャネル行列が存在するが、受信側では２×２のチャネル行列となる。これを行列の縮退と呼ぶ。行列の縮退は、空間分割多重数と送受信アンテナ数に依存して生じる減少であり、例えば、送信アンテナ数が４本、受信アンテナ数が２本、空間分割多重数が２つの場合、伝搬路には４×２のチャネル行列が存在するが、受信側では２×２のチャネル行列に縮退する。
【００７２】
本実施の形態では、アンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとしているので、送信ウェイトはアンテナ２０１−３より送信される信号に乗算される。基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用する場合、２つのアンテナからは同一のデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。また、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。
【００７３】
アンテナ２０１−１〜２０１−３のどのアンテナよりデータ信号Ｘ１、Ｘ２を送信するかについては幾つか組み合わせが考えられるが、ここでは、Ｘ１をアンテナ２０１−１から、Ｘ２をアンテナ２０１−２から、Ｘ１をアンテナ２０１−３から送信するものとする。また、アンテナ２０１−３から送信されるデータ信号Ｘ１に対しては式（４）に示したウェイトが乗算される。
【００７４】
式（３）に示したウェイトの位相θはチャネル行列の要素を用いて式（１１）のように表される。式（１１）で、αは行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。
【数１１】
2006106862.tif 000089
【００７５】
ここで、送信ウェイトの位相導出にチャネル行列の行列式を用いた理由と送信ウェイト
の導出過程について説明する。一般的な相関チャネルモデルであるクロネッカーモデルを用いた行列式と空間相関及びチャネル容量の関係を図１１に示す。空間相関とは、チャネル行列の要素間の相関値の平均を表すものであり、詳細は後述する。チャネル行列式の値は絶対値の平均を用いて算出している。
【００７６】
式（１２）にクロネッカーモデルを示し、Ａはクロネッカーモデルにおけるチャネル行列を示す。式（１３）は無相関レイリーチャネル（平均０、分散１）、式（１４）は受信アンテナ数、式（１５）は送信アンテナ数、ρは空間相関係数（０≦ρ≦１）を表す。
【数１２】
2006106862.tif 000090
【数１３】
2006106862.tif 000091
【数１４】
2006106862.tif 000092
【数１５】
2006106862.tif 000093
【００７７】
図１１Ａに、行列Ａの行列式の絶対値と空間相関の関係を、図１１Ｂに空間相関とチャネル容量の関係を示す。横軸は複素数の実部（Real part）、縦軸は虚部（Imaginary）を表している。
【００７８】
図１１Ａでは、行列Ａの行列式、つまり、式（１６）の絶対値が０のときには、空間相関値は１、式（１６）の絶対値が０．２のときには、空間相関値は約０．８、式（１６）の絶対値が０．５のときには、空間相関値は０．４、式（１６）の絶対値が約０．５８のときには、空間相関値が０の点をそれぞれ通り、式（１６）の絶対値の増加に伴い、空間相関が単調減少する特性曲線を描いている。式（１６）の絶対値が大きくなるほど空間相関が０に近くなる。
【数１６】
2006106862.tif 000094
【００７９】
図１１Ｂでは、空間相関値が０のときには、チャネル容量は約１．６８、空間相関値が０．４のときには、チャネル容量は約１．６２、空間相関値が０．８のときには、チャネル容量は約１．４５、空間相関値が１のときには、チャネル容量が約１．３２の点をそれぞれ通り、空間相関値の増加に伴い、チャネル容量値が単調減少する特性曲線を描いている。空間相関が０に近くなるほどチャネル容量が増加する。
【００８０】
行列式は正方行列のみに定義されるものであり、また、実際のＭＩＭＯ無線通信システムにおける最小構成を前提としたので、図１１においては送信アンテナ数が２本、受信アンテナ数が２本の２×２行列の場合における傾向を示している。無相関レイリーチャネルの平均、分散によってｄｅｔＡの絶対値やチャネル容量は変化するが、空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係については同じ傾向が得られる。
【００８１】
また、送受信アンテナ数が３以上、すなわち、３×３行列や４×４行列以上に対しても、空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係については同じ傾向が得られる。
【００８２】
図１１Ａ、図１１Ｂに示す空間相関と式（１６）の絶対値の関係、空間相関とチャネル容量の関係から、式（１６）の絶対値とチャネル容量との関係を導くことができる。すなわち、式（１６）の絶対値が増加するほど空間相関値が減少するので、チャネル容量が増加する。従って、チャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式式（１６）の絶対値を決定し、空間相関値、行列式式（１６）の絶対値に基づいて送信ウェイトを決定する。
【００８３】
本実施の形態では、アンテナ２０１−３が余アンテナであるものとし、これを新規に使用するものとしているので、送信ウェイトはアンテナ２０１−３より送信される信号に乗算される。基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用する場合、２つのアンテナからは同一のデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ１とする。また、残る１つのアンテナからは前述のデータ信号とは異なるデータ信号が送信される。このデータ信号をＸ２とする。
【００８４】
基地局アンテナ数が３本、移動局アンテナ数が２本の無線通信システムにおいて、基地局を送信側、移動局を受信側として空間分割多重送信とダイバーシチ送信を併用した場合、式（１０）に示したとおり、受信側で推定されるチャネル行列は２×２に縮退する。基地局アンテナ２０１−３より送信される信号に対して、送信ウェイトを乗算して送信する場合もチャネル行列は２×２に縮退する。受信側で推定されるチャネル行列（以下、「受信推定チャネル行列」という）を式（１７）とすると、式（１７）は式（１８）のように表される。
【数１７】
2006106862.tif 000095
【数１８】
2006106862.tif 000096
【００８５】
また、式（１８）のチャネル行列式式（１９）は式（２０）のように計算される。
【数１９】
2006106862.tif 000097
【数２０】
2006106862.tif 000098
【００８６】
式（２０）において、式（２１）、式（２２）とおくと、式（２０）は式（２３）のように表せる。
【数２１】
2006106862.tif 000099
【数２２】
2006106862.tif 000100
【数２３】
2006106862.tif 000101
【００８７】
図１２Ａは、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸとＹ及び送信ウェイトを乗算した後のベクトルｗＸとＹの関係を、図１２Ｂは、送信ウェイトを乗算したベクトルｗＸとベクトルＹとの合成ベクトルと受信チャネル行列の行列式の絶対値との関係を示している。一般に、無線通信路におけるチャネルは複素振幅変動と位相変動を与えるので、チャネル状態をベクトル表示する場合、複素平面上に図示することとなる。図１２の横軸は複素数の実部（Real part）、縦軸は虚部（Imaginary）を表している。
【００８８】
図１２Ａで、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ１１０１とＹ１１０２とのなす角φをΦとする。また、ベクトルＸ１１０１に送信ウェイトｗを乗算したベクトルをベクトルｗＸ１１０３とする。今、ベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２とのなす角式（２４）が０であるとする。
【００８９】
図１２Ｂで、合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４は、幾何学的にベクトルｗＸ１１０３の始点をベクトルＹ１１０２の終点Ａに平行移動して足し合わせたものである。
【００９０】
式（２３）より行列式式（１９）の絶対値は、２つの複素ベクトルｗＸ１１０４とＹ１１０２の合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４、つまり、原点Ｏから点Ｂまでの長さ（大きさ）に等しくなることがわかる。さらに、図１２Ｂから、ベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２とのなす角式（２４）が０の時、合成ベクトル（ｗＸ＋Ｙ）１１０４の大きさが最大となる。
【００９１】
したがって、図１２Ａにおいて、ベクトルＸ１１０１に送信ウェイトｗを乗算してベクトルＹ１１０２方向に位相回転θを与えることで式（２４）をΦより小さくできれば、行列式式（１９）の大きさを、現状つまり送信ウェイトを乗算する前よりも大きくできる。このとき、ベクトルｗＸとＹのなす角式（２４）の範囲は式（２５）のように表せる。
【数２４】
2006106862.tif 000102
【数２５】
2006106862.tif 000103
【００９２】
式（２５）より式（２４）が０、すなわちベクトルｗＸ１１０３とＹ１１０２が同位相のとき、図１２Ｂのように行列式式（１９）の絶対値は最大となり、最も好ましい値と言える。このときウェイトｗによる位相回転量θ＝Φとなる。しかし、式（２５）の関係を満たしていれば、行列式式（１９）の大きさは現状より大きくなる。以上のことから、θをＸとＹを用いて表すと式（２６）のように書ける。
【数２６】
2006106862.tif 000104
【００９３】
ここで、αは行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式の絶対値が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。
【００９４】
αが固定値である場合は、システムにおいて最高のパフォーマンスが要求されること等が考えられる。このとき、αの値は１、もしくは、１に近い値に固定され、αの値に基づいて、伝搬路より得られるチャネル容量が常に最大、もしくは最大に近い値をとるよう送信ウェイトが決定される。
【００９５】
αが変動値である場合、予め設計仕様等にチャネル容量やデータレート等の要求値が示されており、これらの要求値を満たす空間相関が計算、もしくは統計情報等より算出され、伝搬路チャネルにおけるチャネル推定値より空間相関値を算出し、先に示した要求値を満たすように基地局や端末において、αの値が制御され、これにより送信ウェイトが決定される。
【００９６】
システム要求条件が与えられた場合の一例を以下に示す。図１３Ａに、空間相関とチャネル容量の関係を、図１３Ｂに送信ウェイトを乗算した場合のチャネル行列式式（１９）の絶対値と空間相関の関係を示す。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。図１３Ａでは、チャネル容量がＣ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］のときに空間相関値が０．４６となっており、図１３Ｂでは、空間相関値が０．４６のときにチャネル行列式式（１９）の絶対値がＤとなっている。
【００９７】
システム要求条件がチャネル容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］以上である場合、図１３Ａは、チャネルの空間相関を０．４６以下にすればよいことを示している。一方、図１３Ｂは、空間相関が０．４６以下の場合、チャネル行列式式（１９）の絶対値をＤ以下にすればよいことを示している。よって、システム要求条件がチャネル容量Ｃ［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］以上である場合は、チャネル行列式を式（２７）となるように決定すればよい。
【数２７】
2006106862.tif 000105
【００９８】
図１４は、ベクトルＸ、Ｙ、ｗＸと、それらの合成ベクトルＸ＋Ｙ、ｗＸ＋Ｙと、受信推定チャネル行列の行列式の絶対値との関係を複素平面上に示した図である。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。ベクトルＸ１３０１とベクトルＹ１３０２との合成ベクトル１３０３の大きさは、送信ウェイトを乗算しない場合における受信推定チャネル行列の行列式式（２８）の絶対値（大きさ）に等しくなる。実線１３０４は、複素平面上の原点Ｏからの距離が合成ベクトル１３０３の大きさと等しい点を結んだ円である。
【数２８】
2006106862.tif 000106
【００９９】
一方、ベクトルｗＸ１３０５とベクトルＹ１３０２との合成ベクトル１３０６の大きさは、送信ウェイトを乗算した場合における受信推定チャネル行列の行列式式（１９）の絶対値（大きさ）に等しくなる。実線１３０７は、複素平面上の原点Ｏからの距離が合成ベクトル１３０６の大きさと等しい点を結んだ円である。
【０１００】
また、実線１３０８は、システム要求条件であるチャネル容量Ｃ［Ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］を満たすチャネル行列式の絶対値（大きさ）をＤとした場合、複素平面上の原点ＯからＤの距離だけ離れた点を結んだ円である。ここで、ベクトルＸ１３０１とＹ１３０２は式
（２３）に示されるチャネル推定値の要素である。
【０１０１】
また、ベクトルｗＸ１３０５は、ベクトルＸ１３０１に送信ウェイトｗを乗算して得られるベクトルであり、ベクトルＸ１３０１の方向からベクトルＹ１３０２の方向に角度θだけ位相回転されると共に、大きさも変えられる。送信ウェイトｗを調整することにより、ベクトル１３０６の方向と大きさを変更することが可能となる。つまり、送信ウェイトを乗算した場合における受信推定チャネル行列の行列式の絶対値を大きくすることが可能となる。
【０１０２】
図１４では、実線１３０４の円が実線１３０８の円の内側にあるので、送信ウェイトを乗算しない場合は、チャネル行列式の絶対値がシステム要求条件であるＤを満たしていないことがわかる。これに対して、送信ウェイトを乗算する場合は、実線１３０７の円が実線１３０８の円の外側にあるので、チャネル行列式の絶対値のシステム要求条件であるＤの値を超えるチャネル行列の行列式式（１９）の絶対値が達成されている。
【０１０３】
より具体的には、例えば、設計仕様等により送受信間で満たすべきチャネル容量が３［ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ］であった場合、このチャネル容量を満たすチャネル行列式の絶対値が計算、統計情報等より導出され、例えば、０．４であったとする。このとき、送信ウェイトを乗算しない場合のチャネル行列式の絶対値が、例えば、０．２であったとすると、送信ウェイトを乗算することにより、位相回転、例えば、π／６［ｒａｄ］の回転が加わり、結果として、送信ウェイト乗算後のチャネル行列式の絶対値が０．４以上、例えば、０．５になり、送信ウェイトを乗算することによって、システム要求条件を満たすことができる。
【０１０４】
このように、システム要求条件が与えられた場合でも、式（２６）を用いて送信ウェイトｗの位相θを表すことができる。
【０１０５】
図１５は、本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図である。図１５において、移動局１４００は、２つのアンテナ２２２−１、２２２−２、２つの受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２、チャネル推定部１４０２、信号分離部１４０３，２つの復調部１４０４−１、１４０４−２、Ｐ／Ｓ変換部１４０５、Ｓ／Ｐ変換部１４０６、２つの変調部１４０７−１、１４０７−２、２つの送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２、パイロット制御部１４０９を有する。
【０１０６】
受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／デジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ２２２−１、２２２−２から入力された信号に対してダウンコンバージョンを行い、信号分離部１４０３へ入力する。また、このとき、パイロット信号とパイロット制御信号を抽出し、それぞれ、チャネル推定部１４０２、パイロット制御部１４０９に入力する。
【０１０７】
チャネル推定部１４０２は、受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２から入力されたパイロット信号よりチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値を信号分離部１４０３に入力する。
【０１０８】
信号分離部１４０３は、チャネル推定部１４０２より入力されたチャネル推定値に基づき、受信ＲＦ部１４０１−１、１４０１−２からそれぞれ入力された信号を既定の方式で分離し、分離された信号を復調部１４０４−１、１４０４−２に入力する。
【０１０９】
復調部１４０４−１、１４０４−２はそれぞれ、信号分離部１４０３において分離された受信信号を復調し、Ｐ／Ｓ変換部１４０５に入力する。
【０１１０】
Ｐ／Ｓ変換部１４０５は、復調部１４０４−１、１４０４−２から入力された空間分割多重数分の受信データを直列データへと変換し、受信データとして出力する。
【０１１１】
Ｓ／Ｐ変換部１４０６は、入力された送信データを空間分割多重数分の並列データに変換し、それぞれを変調部１４０７−１、１４０７−２へ入力する。
【０１１２】
変調部１４０７−１、１４０７−２は、Ｓ／Ｐ変換部１４０６から入力された送信データをそれぞれ変調し、送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２へ入力する。
【０１１３】
送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、デジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、入力された信号に対してアップコンバージョンを行い、アンテナ２２２−１、２２２−２を介して移動局に無線送信する。
【０１１４】
パイロット制御部１４０９は、基地局よりパイロット制御信号を受信した場合に、パイロット信号を送信ＲＦ部１４０８−１、１４０８−２に入力する。
【０１１５】
このように実施の形態１によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局４００が第二無線通信装置を備える移動局１４００より多くのアンテナを有しており、一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、この余アンテナを用いて、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行う。さらに、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。
【０１１６】
また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を決定し、これらの空間相関値、行列式の絶対値に基づいて送信ウェイトの決定を行う装置構成とすることにより、空間相関が高い環境においても、伝搬路チャネルの空間相関を下げることができるので、高いチャネル容量を実現し、受信特性を改善することができる。
【０１１７】
なお、第一無線通信装を備える基地局４００が具備するアンテナ数は本発明の実施の形態１に示した場合に限定されるものではなく、第一無線通信装置を備える基地局４００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、基地局４００が具備するアンテナ数が３本以上であり、空間分割多重数が２つ以上でダイバーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成することができる。
【０１１８】
例えば、第一無線通信装置を備える基地局４００が４本のアンテナを有し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局４００は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局１４００が基地局４００より多くのアンテナ数を具備する場合、移動局１４００が送信側で基地局４００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。
【０１１９】
具体的には、移動局１４００が３本のアンテナを有し、基地局４００においてはこの移動局１４００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局１４００は基地局４００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局１４００から基地局４００へ通信を行う上り回線においても、移動局１４００が基地局４００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。
【０１２０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の無線通信装置の構成及び動作について図１６〜１７を用いて説明する。移動局の構成及び動作は実施の形態１と同じであるので、ここでは基地局の構成及び動作についてのみ説明する。また重複を避けるため、実施の形態１と相違する点についてのみ説明することにする。主な相違点は、本実施の形態では、各アンテナから送信する信号の電力を制御するという点である。そのため、最適な送信ウェイトの生成方法が実施の形態１と異なる。
【０１２１】
図１６は、本発明の実施の形態２に係る基地局１５００の構成を示すブロック図である。実施の形態１の第一無線通信装置４００と異なるのは、電力制御部４０５と送信ウェイト生成部４１１の代わりに送信電力・ウェイト制御部１５１１を用い、乗算器４１２の代わりに乗算器１５１２−１〜１５１２−３とを有する点である。
【０１２２】
送信電力・ウェイト制御部１５１１は、送信ダイバーシチ信号選択部４１０より入力される選択信号情報と、チャネル監視部４１５より入力されるチャネル情報より、各アンテナから送信すべき信号に対して最適な電力制御と送信ウェイト生成を行い、乗算器１５１２−１、１５１２−２に対して送信電力情報を、乗算器１５１２−３に対して送信ウェイト情報を出力する。なお、送信電力制御、送信ウェイト生成のための信号処理の態様については後述する。
【０１２３】
乗算器１５１２−１、１５１２−２では、変調部４０２−１、４０２−２から入力される各送信信号に対して、送信電力・ウェイト制御部１５１１より出力された送信電力情報をそれぞれ乗算する。乗算器１５１２−３では、送信電力・ウェイト制御部１５１１より出力される送信ウェイト情報と送信ダイバーシチ信号選択部４１０より出力される送信ダイバーシチ信号とが乗算される。
【０１２４】
図１７は、送信電力・ウェイト制御部１５１１の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１の送信ウェイト生成部４１１と異なるのは、ウェイト振幅計算部６４１の代わりに送信電力計算部１６４１を有する点である。
【０１２５】
送信電力計算部１６４１では、チャネル行列式計算部６２１から入力されるチャネル行列式情報を基に、送信ウェイトの振幅と送信ウェイトを乗算しない信号の電力（振幅）を計算し、ウェイト振幅情報としてウェイト生成部６５１に、送信電力情報として乗算器１５１２−１、１５１２−２に、それぞれ出力する。ウェイト生成部６５１では、ウェイト位相計算部６３１より入力される送信ウェイトの位相情報と、送信電力計算部１６４１より入力される送信ウェイト振幅情報から送信ウェイトを生成し、出力する。
【０１２６】
ここで、送信電力計算部１６４１において生成される送信電力情報の生成過程について説明する。一般に、無線通信システムにおいて、送信可能な最大電力は規定されている。従って、アンテナ数が複数の場合、電力は各アンテナに分配され、各アンテナから送信される信号の送信電力が送信可能な最大電力を超えないように制御されている。本実施の形態においては送信電力計算部１６４１において、送信電力が計算され、各アンテナに電力を分配する構成を採る。
【０１２７】
今、送信可能な最大電力、すなわち総送信電力をＰとおき、３本のアンテナ２０１−１〜２０１−３から送信される信号の送信電力をそれぞれ式（２９）、式（３０）、式（３１）とおくと、式（２９）、式（３０）、式（３１）とＰとの関係は式（３２）で表せる。送信電力情報である電力分配係数式（３３）、式（３４）は、それぞれ乗算器１５１２−１、１５１２−２へ入力され、式（３５）はウェイト生成部６５１に入力される。
【数２９】
2006106862.tif 000107
【数３０】
2006106862.tif 000108
【数３１】
2006106862.tif 000109
【数３２】
2006106862.tif 000110
【数３３】
2006106862.tif 000111
【数３４】
2006106862.tif 000112
【数３５】
2006106862.tif 000113
【０１２８】
アンテナ２０１−１〜２０１−３に分配される送信電力は、式（３２）を拘束条件とし、チャネル監視部４１５より入力されたチャネル情報に基づき、チャネル行列式式（２８）の絶対値が最大となるように決定される。一定の拘束条件のもとで、ある変数を最大にする手法の１つにラグランジェの未定乗数法がある。本実施の形態においては、ラグランジェの未定乗数法を用いて、基地局アンテナ２０１−１〜２０１−３に分配される送信電力を決定する。
【０１２９】
なお、ここでは、送信電力の分配方法としてラグランジェの未定乗数法を挙げたが、これ以外にも例えば、注水定理や線形計画法をはじめとする様々な数学的手法を用いて送信電力配分を決定することもできる。
【０１３０】
ラグランジェの未定乗数法における評価関数をｇとおくと、ｇは式（３６）で表せる。
【数３６】
2006106862.tif 000114
【０１３１】
基地局アンテナ２０１−３より送信される信号に対して、送信ウェイトを乗算する場合、パイロット信号に対しても送信ウェイトが乗算される。さらに、本実施の形態においては、各アンテナにおいて電力分配が行われている。受信側で推定されるチャネル行列を式（３７）とすると、式（３７）は式（３８）のように表される。
【数３７】
2006106862.tif 000115
【数３８】
2006106862.tif 000116
【０１３２】
また、式（３８）よりチャネル行列式（３７）の行列式は式（３９）のように計算される。
【数３９】
2006106862.tif 000117
【０１３３】
また、送信ウェイトｗの位相をθとおくと、送信ウェイトｗは式（４０）で表される。
【数４０】
2006106862.tif 000118
【０１３４】
式（３９）において、式（２１）、式（２２）とおくと、式（３９）は式（４１）のように表せる。
【数４１】
2006106862.tif 000119
【０１３５】
図１８は、式（４１）の示す意味を理解し易くするため、これを幾何学的な観点から考察すべく、いくつかのベクトル要素の回転、合成により式（４１）が複素平面ベクトル表示される過程を表したものである。横軸は複素数の実部、縦軸は虚部を表している。
【０１３６】
図１８（ａ）で、ベクトル１７０１はウェイトｗを乗算する前の信号ベクトルＸ、ベクトル１７０２は電力分配係数を乗算する前の信号ベクトルＹに電力分配係数式（３３）を乗算したベクトルｐ１Ｙ、ベクトル１７０３は、ベクトル１７０１にウェイトｗを乗算してベクトル１７０２方向にθだけ位相回転したベクトルｗＸである。いま、ベクトルｗＸとベクトルｐ１Ｙとは同位相となっている。
【０１３７】
図１８（ｂ）で、ベクトル１７０４はベクトルｐ１ＹとベクトルｗＸとの合成ベクトルｗＸ＋ｐ１Ｙである。図１８（ｃ）で、ベクトル１７０５は合成ベクトルｗＸ＋ｐ１Ｙに電力分配係数式（３４）を乗算したベクトルｐ２（ｗＸ＋ｐ１Ｙ）である。
【０１３８】
図１８において、ｐ１、ｐ２は振幅値なので位相成分を持たない。従って、式（４１）より、行列、式（３７）の行列式は図１８（ａ）〜（ｃ）に示すようにベクトルＹを式（３３）倍したものと、ベクトルＸにウェイトｗを乗算、すなわちベクトルＸに位相回転θと振幅変動式（３５）を与えたものの合成ベクトルを式（３４）倍したベクトルの大きさと等しくなると考えることができる。このことから、送信ウェイトｗを乗算することでチャネル行列式の絶対値式（４２）を送信ウェイトを乗算する前のチャネル行列式の絶対値より大きくできれば、チャネル容量を増加することができることが分かる。
【０１３９】
本発明の実施の形態２においては送信電力の最適な配分を行うことを目的とし、ラグランジェの未定乗数法を用いてこれを解くことを考えているので、チャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる場合を想定する。図１８（ｂ）に示すように、２つの複素ベクトルｐ１ＹとｗＸが同位相のときにチャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる。このとき、式（４２）は式（４３）で表すことができる。
【数４２】
2006106862.tif 000120
【数４３】
2006106862.tif 000121
【０１４０】
式（４３）を式（３６）に代入することによって、ラグランジェの未定乗数法における評価関数ｇは式（４４）のように表せる。
【数４４】
2006106862.tif 000122
【０１４１】
式（４４）が総送信電力一定の条件のもと、最大になるとき式（４５）の関係を満たす。
【数４５】
2006106862.tif 000123
【０１４２】
式（４５）より、４つの未知数式（３３）、式（３４）、式（３５）、λに対して、式（４６）に示す連立方程式が導かれる。
【数４６】
2006106862.tif 000124
【０１４３】
式（４６）を解くことにより、送信電力計算部１６４１における送信電力情報式（３３）、式（３４）、式（３５）が式（４７）で与えられる。
【数４７】
2006106862.tif 000125
【０１４４】
式（３３）、式（３４）を送信電力情報として出力し、乗算器１５１２−１、１５１２−２においてそれぞれ送信信号に乗算する。また、式（３５）はウェイト振幅情報として、ウェイト生成部６５１に入力される。
【０１４５】
送信ウェイトｗの位相θは、実施の形態１と同じくチャネル行列式の絶対値式（４２）が送信ウェイトを乗算する前のチャネル行列式の絶対値より大きくなるように設定される。本実施の形態では、ベクトル式（４８）とｗＸが同位相となり、チャネル行列式の絶対値式（４２）が最大となる場合を想定して説明したが、実施の形態１と同様に、ベクトル式（４８）とｗＸのなす角が送信ウェイトを乗算する前より小さくなれば、チャネル容量が送信ウェイトを乗算する前より増加する。式（１１）より送信ウェイトｗの位相θは式
（４９）で表される。
【０１４６】
なお、式（４９）の２行目以降において、式（３３）は振幅情報しか持たず、位相を求める上では無関係な値であるので、式（３３）の表記を省略した。
【数４８】
2006106862.tif 000126
【数４９】
2006106862.tif 000127
【０１４７】
ここで、αは実施の形態１と同じく行列式の改善度合いを表し、０＜α≦１であり、α＝１のとき、行列式が最大となるように位相が決定される。αの範囲や値はシステム要求条件等により決定される。αは定められた固定値であってもよいし、また、伝搬環境に応じて変動する変動値であってもよい。式（４０）、式（４７）、式（４９）より送信ウェイトｗが式（５０）のように表される。
【数５０】
2006106862.tif 000128
【０１４８】
このように実施の形態２によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局１５００が第二無線通信装置を備える移動局１４００より多くのアンテナを有しており、その中に一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、これを新しく使用し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行い、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。
【０１４９】
また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を先ず決定し、空間相関値、行列式の絶対値に基づいて決定する。さらに、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合においても、事前に伝搬状況により各アンテナから放出すべき信号に対して電力配分を決定し、他のパスを通る信号の伝送（通信）に悪影響を及ぼす可能性がほとんど皆無となるように、劣悪な環境下にあるパスの信号に対する電力配分をわずかにする。
【０１５０】
つまり、等配分伝送時では、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合に、その影響がシステム全体に及ぼされる可能性があるが、この可能性を低減する条件の電力配分を行うということである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、ある経路があまりに劣悪な環境になってしまった場合においても、その影響がシステム全体に及ぶことをほとんど皆無にすることができる。結果として、再送処理回数の低減効果も容易に予想できることから、更なるチャネル容量の向上と受信特性の改善が図られる。
【０１５１】
なお、実施の形態２に係る無線通信装置が具備するアンテナ数は本実施の形態に示した場合に限定されるものではなく、第一無線通信装置を備える基地局１５００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局１４００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、アンテナ数が３本以上であり、空間分割多重数が２以上でダイ
バーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成することができる。
【０１５２】
例えば、基地局１５００が４本のアンテナを有し、移動局１４００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局１５００は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局１４００が基地局１５００より多くのアンテナ数を具備する場合、移動局１４００が送信側で基地局１５００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。
【０１５３】
具体的には、移動局１４００が３本のアンテナを有し、基地局１５００においてはこの移動局１４００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局１４００は基地局１５００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局１４００から基地局１５００へ通信を行う上り回線においても、移動局１４００が基地局１５００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。
【０１５４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、マルチキャリア変調を想定し、サブキャリア毎に送信ウェイト制御及び送信電力制御を行う。以下、本実施の形態について、重複を避けるため、実施の形態２と相違する点についてのみ説明する。
【０１５５】
図１９は、本発明の実施の形態３係る基地局１８００の構成を示すブロック図である。実施の形態２の第一無線通信装置１５００と異なるのは、送信ダイバーシチ信号選択部４１０の代わりにダイバーシチサブキャリア選択部１８１０を用い、さらに、ＩＦＦＴ部１８０３−１、１８０３−２と、ＦＴＴ部１８１５−１、１８１５−２とを有する点である。
【０１５６】
ＩＦＦＴ部１８０３−１、１８０３−２では、変調部４０２−１、４０２−２からの入力信号を逆高速フーリエ変換（以下、「ＩＦＦＴ」という）処理することでＯＦＤＭ変調（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を行う。また、ＦＦＴ部１８１５−１、１８１５−２では、信号分離部４１４からの入力信号を高速フーリエ変換（以下、「ＦＴＴ」という）処理することでＯＦＤＭ復調を行う。
【０１５７】
ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０では、ＩＦＦＴ部１８０３−１と１８０３−２の２つの送信系列から出力される信号に対して、サブキャリア毎にダイバーシチ送信すべき信号を選択し、出力する。パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９において、各アンテナに入力するサブキャリア毎のパイロット信号の受信ＳＮＲが測定され、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０にサブキャリア毎の受信ＳＮＲ情報が入力される。
【０１５８】
以下、図２０〜２１を用いて、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０における、サブキャリア毎のダイバーシチ送信信号の選択過程について詳細に説明する。
【０１５９】
図２０は、サブキャリア毎に、送信ダイバーシチ信号を選択する手法を説明する図である。一般に、ＯＦＤＭ変調では多数のサブキャリアが用いられるが、ここでは説明を簡単にするため、アンテナ２０１−１、２０１−２で受信される信号は３つのサブキャリアで構成されているものとする。図２０Ａは、アンテナ２０１−１におけるパイロット受信ＳＮＲ特性を、図２０Ｂは、アンテナ２０１−２におけるパイロット受信ＳＮＲ特性を示している。横軸は周波数を、縦軸はパイロット受信ＳＮＲを表している。
【０１６０】
図２０Ａにおいて、周波数軸上の点Ａ１〜Ａ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３を示し、点Ａ１〜Ａ３でピークレベルＬＡ１〜ＬＡ３を持つ各放物線１９１０−１〜１９１０−３は、各サブキャリア成分のＳＮＲであるＳＮＲ１（ｆ１）、ＳＮＲ１（ｆ２）、ＳＮＲ１（ｆ３）を表す。アンテナ２０１−１におけるパイロット受信ＳＮＲであるＳＮＲ１（ｆ）は、ＳＮＲ１（ｆ１）１９１０−１〜ＳＮＲ１（ｆ３）１９１０−３で構成される。
【０１６１】
また、図２０Ｂにおいて、周波数軸上の点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３を示し、点Ｂ１〜Ｂ３でピークレベルＬＢ１〜ＬＢ３を持つ各放物線１９２０−１〜１９２０−３は、各サブキャリア成分のＳＮＲであるＳＮＲ２（ｆ１）、ＳＮＲ２（ｆ２）、ＳＮＲ２（ｆ３）を表す。アンテナ２０１−２におけるパイロット受信ＳＮＲであるＳＮＲ２（ｆ）は、ＳＮＲ２（ｆ１）１９２０−１〜ＳＮＲ２（ｆ３）１９２０−３で構成される。
【０１６２】
図２０Ａ、図２０Ｂにおいて、ＬＡ１＞ＬＢ１、ＬＡ２＞ＬＢ２、ＬＡ３＜ＬＢ３の関係がある。
【０１６３】
図２０Ｃは、サブキャリア毎に送信ダイバーシチ信号を選択した結果、アンテナ２０１−３から出力されるダイバーシチサブキャリア信号の割り当てを示す図である。横軸は周波数を、縦軸は便宜上、信号レベルを表すが、ここでは信号割り当ての関係を示すのが目的であり、信号レベル値の大小関係は考慮しない。周波数軸上の点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を示し、各サブキャリア周波数ｆ１〜ｆ３で送信される信号がそれぞれ第１の送信信号１９３０−１、第２の送信信号１９３０−２、第３の送信信号１９３０−３である。
【０１６４】
アンテナ２０１−１から送信信号Ｘ１が、アンテナ２０１−２から送信信号Ｘ２が送信されるものとする。
【０１６５】
図２０Ａ、図２０Ｂでは、ＳＮＲ１（ｆ１）＞ＳＮＲ２（ｆ１）及びＳＮＲ１（ｆ２）＞ＳＮＲ２（ｆ２）となっている。つまり、サブキャリアｆ１、ｆ２では、アンテナ１０１−１における受信ＳＮＲ１（ｆ）よりもアンテナ２０１−２における受信ＳＮＲ２（ｆ）の方が悪い値となっている。ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０では、パイロット受信ＳＮＲが悪かった方をダイバーシチ送信するので、サブキャリア周波数ｆ１、ｆ２では送信信号Ｘ２がダイバーシチ送信信号として選択される。
【０１６６】
一方、サブキャリア周波数ｆ３では、ＳＮＲ１（ｆ３）＜ＳＮＲ２（ｆ３）であるので、送信信号Ｘ１がダイバーシチ送信信号として選択される。つまり、図２０Ｃにおいて、第１及び第２の送信信号１９３０−１、１９３０−２に、送信信号Ｘ２が、第３の送信信号１９３０−３に送信信号Ｘ１が割り当てられる。
【０１６７】
図２１は、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０における信号選択のフロー図を示す。ＩＦＦＴ部１８０３−１より出力される信号をＸ１（ｆ）、ＩＦＦＴ部１８０３−２より出力される信号をＸ２（ｆ）とおく。先ず、ステップＳ２０１０では、パイロット受信ＳＮＲ測定部４０９より入力されたサブキャリア毎の受信ＳＮＲ情報を受け取る。
【０１６８】
そして、サブキャリア毎に繰り返しルーチン処理を行うため、対象サブキャリアを指定する値ｎを１とする（ステップＳ２０１５）。ここで、ｎは対象サブキャリアを指定する変数で、ｎ＝１の場合、対象サブキャリアがｆ１であることを示す。また、総サブキャリア数をＮとおく。
【０１６９】
次に、ステップＳ２０２０において、アンテナ２０１−１と２０１−２におけるサブキャリア毎のパイロット受信ＳＮＲを比較して、サブキャリア毎にどちらの経路がより劣悪であるかを判断する。劣悪な経路ではビットエラーレートが劣化することが予想されるため、これをダイバーシチ送信によって改善することを目的とする。
【０１７０】
ステップＳ２０２０において、受信ＳＮＲ１（ｆｎ）が受信ＳＮＲ２（ｆｎ）より大きい場合、アンテナ２０１−２に至る経路が劣悪であると判断し、ステップＳ２０３０−１が実行される。一方、ステップＳ２０２０において、受信ＳＮＲ２（ｆｎ）が受信ＳＮＲ１（ｆｎ）より大きい場合、アンテナ２０１−１に至る経路が劣悪であると判断し、ステップＳ２０３０−２が実行される。ステップＳ２０３０−１では、Ｘ２（ｆｎ）が送信ダイバーシチ信号として選択し、ステップＳ２０３０−２では、Ｘ１（ｆｎ）を送信ダイバーシチ信号として選択する。
【０１７１】
以上の処理を全てのサブキャリアについて行うため、現在の変数ｎが総サブキャリア数Ｎに等しくなったかどうかを判定し（ステップＳ２０３５）、ｎ＜Ｎなる場合は、ｎ＝ｎ＋１として（ステップＳ２０４０）、次の対象サブキャリアについて、ステップＳ２０２０以降の動作をｎ＝Ｎなる場合まで繰り返す。
【０１７２】
なお、ダイバーシチサブキャリア選択部１８１０以外のブロックでは、実施の形態２と同じ処理をサブキャリア毎に行う。
【０１７３】
図２２は、本発明の実施の形態３に係る移動局２１００の構成を示すブロック図である。
【０１７４】
実施の形態１と異なるのは、移動局１４００に加えて、ＦＦＴ部２１１０−１、２１１０−２と、ＩＦＴＴ部２１１１−１、１２１１１−２を有する点である。
【０１７５】
ＦＦＴ部２１１０−１、２１１０−２ではアンテナ２２２−１、２２２−２からの入力信号をＦＦＴ処理することでＯＦＤＭ復調を行う。また、ＩＦＦＴ部２１１１−１、２１１１−２では入力信号をＩＦＴＴ処理することでＯＦＤＭ変調を行う。
【０１７６】
このように実施の形態３によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、第一無線通信装置を備える基地局１８００が第二無線通信装置を備える移動局２１００より多くのアンテナを有しており、その中に一時的に余アンテナが発生、もしくは、存在する場合に、これを新しく使用し、空間分割多重送信とダイバーシチ送信を同時に行い、ダイバーシチ送信する信号に対しては送信ウェイトを乗算して送信する。
【０１７７】
また、送信ウェイトはチャネル容量をより増加させることができるように、空間相関値、行列式の絶対値を先ず決定し、空間相関値、行列式の絶対値に基づいて決定する。これにより、伝搬路チャネルの空間相関が下がり、チャネル容量が増加するので、受信特性を改善できる。さらに、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア送信においては、サブキャリア毎にダイバーシチ送信する信号を選択することで、周波数選択性フェージングの影響を軽減できる。
【０１７８】
なお、本発明の第３の実施例に係る第一無線通信装置を備える基地局１８００が具備するアンテナ数は本実施の形態に示した場合に限定されるものではなく、基地局１８００が３本以上のアンテナを具備し、第二無線通信装置を備える移動局２１００が２本以上のアンテナを具備していればよい。また、アンテナ数が３本以上であり、空間分割多重数が２以上でダイバーシチ送信する信号が２つ以上あれば、送信ウェイトを２つ以上生成するこ
とができる。
【０１７９】
例えば、基地局１８００が４本のアンテナを有し、移動局２１００が２本のアンテナを有しており、４本のアンテナから２つの異なる信号と、２つのダイバーシチ送信信号を送信する場合、この基地局は、２つの送信ウェイトを生成することができる。また、移動局２１００が基地局１８００より多くのアンテナ数を具備する場合、移動局２１００が送信側で基地局１８００が受信側である上り回線に対しても本実施の形態を適用することができる。
【０１８０】
具体的には、移動局が３本のアンテナを有し、基地局１８００においてはこの移動局２１００に対して２本のアンテナが割り当てられているような場合、空間分割多重送信とダイバーシチ送信の併用が可能である。このとき、移動局２１００は基地局１８００からフィードバックされるチャネル行列より送信ウェイトを生成する。この送信ウェイトはダイバーシチ送信する信号に乗算される。このように、移動局２１００から基地局１８００へ通信を行う上り回線においても、移動局２１００が基地局１８００より多くのアンテナ数を具備する場合、本実施の形態を適用することができる。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
本明細書は、２００５年３月３０日出願の特願２００５−０９７３９９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】
【０１８６】
以上のように、本発明に係る無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置は、空間相関が高い環境においても、空間相関を下げてチャネル容量を増加させることにより、受信特性を改善することができるという効果を有し、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システム等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】特許文献１における無線通信システムの動作概要説明図
【図２】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線通信システム構成を示す概念図
【図４】本発明の実施の形態１に係る基地局と移動局との間のチャネル概要説明図
【図５】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態１に係る送信ダイバーシチ信号選択部の動作を示すフロー図
【図７】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイト生成部の詳細な構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイト生成部のウェイト生成判定の処理手順を示すフロー図
【図９】本発明の実施の形態１に係るチャネル監視部の詳細な構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るチャネル推定情報の時間変動を説明する概念図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態１に係るチャネル行列式と空間相関との関係の説明図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態１に係る空間相関とチャネル容量との関係の説明図
【図１２Ａ】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ、Ｙ及びｗＸとの関係の説明図
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態１に係る送信ウェイトを乗算した後のベクトルｗＸ、Ｙと合成ベクトルｗＸ＋Ｙ、及び式（２３）との関係の説明図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態１に係る空間相関とチャネル容量との関係を示す第２の説明図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るチャネル行列式と空間相関との関係を示す第２の説明図
【図１４】本発明の実施の形態１に係る、ベクトルＸ、Ｙ、ｗＸと合成ベクトルＸ＋Ｙ、ｗＸ＋Ｙ及び受信推定チャネル行列の行列式との関係の説明図
【図１５】本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態２に係る送信電力・ウェイト制御部の詳細な構成を示すブロック図
【図１８】（ａ）本発明の実施の形態２に係る、送信ウェイトを乗算する前のベクトルＸ、Ｙ及び電力分配Ｐ１をベクトルＹに乗算したベクトルＰ１Ｙとの関係の説明図、（ｂ）本発明の実施の形態２に係る、ベクトルＰ１Ｙ、ｗＸ及びその合成ベクトルｗＸ＋Ｐ１Ｙとの関係の説明図、（ｃ）本発明の実施の形態２に係る、電力分配Ｐ２を乗算したベクトルＰ２（ｗＸ＋Ｐ１Ｙ）と式（４１）との関係の説明図
【図１９】本発明の実施の形態３に係る基地局の構成を示すブロック図
【図２０Ａ】本発明の実施の形態３に係る第１のアンテナにおけるパイロット受信ＳＮＲ特性の説明図
【図２０Ｂ】本発明の実施の形態３に係る第２のアンテナにおけるパイロット受信ＳＮＲ特性の説明図
【図２０Ｃ】本発明の実施の形態３に係るダイバーシチサブキャリア信号の割り当ての説明図
【図２１】本発明の実施の形態３に係るダイバーシチサブキャリア選択部の動作を示すフロー図
【図２２】本発明の実施の形態３に係る移動局の構成を示すブロック図
【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】
2006106862.tif 000129
【図２】
2006106862.tif 000130
【図３】
2006106862.tif 000131
【図４】
2006106862.tif 000132
【図５】
2006106862.tif 000133
【図６】
2006106862.tif 000134
【図７】
2006106862.tif 000135
【図８】
2006106862.tif 000136
【図９】
2006106862.tif 000137
【図１０】
2006106862.tif 000138
【図１１Ａ】
2006106862.tif 000139
【図１１Ｂ】
2006106862.tif 000140
【図１２Ａ】
2006106862.tif 000141
【図１２Ｂ】
2006106862.tif 000142
【図１３Ａ】
2006106862.tif 000143
【図１３Ｂ】
2006106862.tif 000144
【図１４】
2006106862.tif 000145
【図１５】
2006106862.tif 000146
【図１６】
2006106862.tif 000147
【図１７】
2006106862.tif 000148
【図１８】
2006106862.tif 000149
【図１９】
2006106862.tif 000150
【図２０Ａ】
2006106862.tif 000151
【図２０Ｂ】
2006106862.tif 000152
【図２０Ｃ】
2006106862.tif 000153
【図２１】
2006106862.tif 000154
【図２２】
2006106862.tif 000155
【国際調査報告】
2006106862.tif 000156
2006106862.tif 000157
2006106862.tif 000158
2006106862.tif 000159