(57)【要約】フィードバック情報分離部１０５は、通信相手から送信されたフィードバック情報に含まれる固有ベクトル、各固有値、及び、所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を示す情報を取り出す。多重系列数制御部１５１は、有効固有値数に基づいて送信データの多重系列数（送信ストリーム数）を決定し、１系列の送信データを、決定した系列数に直列／並列変換する。これにより、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、品質の向上を図ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯを用いた通信システムに用いられる通信装置であって、
通信相手における所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を示す情報を受信する受信手段と、
前記有効固有値数に基づいて多重系列数を決定し、送信データを前記多重系列数にする多重系列数制御手段と、
各系列の送信データを時空符号化により互いに異なる送信ストリームで送信する送信手段と、を具備する通信装置。
【請求項２】
前記多重系列数制御手段は、前記有効固有値数が多いほど送信データの多重系列数を多くする請求の範囲１記載の通信装置。
【請求項３】
前記送信手段は、前記有効固有値数に基づいて時空符号化方法を制御する請求の範囲１記載の通信装置。
【請求項４】
２つの通信装置間でＭＩＭＯを用いた通信を行う通信方法において、
第１の通信装置において、アレーアンテナにより規定の指向性を形成し、各アンテナから第２の通信装置に信号を送信する工程と、
前記第２の通信装置が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値を算出し、所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を算出し、前記有効固有値数を含む情報を前記第１の通信装置に送信する工程と、
前記第１の通信装置が前記有効固有値数に基づいて送信データの多重系列数を制御し、各系列の送信データを時空符号化により互いに異なる送信ストリームで前記第２の通信装置に送信する工程と、を具備する通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）を用いた通信システムに使用される通信装置及び通信方法に関する。
【背景技術】  近年、限られた周波数帯域を有効に利用し、高速伝送を実現するシステムとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）が注目されている。
ＭＩＭＯは、送受信双方にアレーアンテナを用い、複数の固有ベクトルにより独立な信号を同一帯域において同時に送受信するシステムである。このＭＩＭＯを用いることにより周波数帯域の拡大なしに伝送容量の拡大を図ることができる。
従来のＭＩＭＯを用いた通信システムでは、送信側でアレーアンテナにより規定の指向性を形成して各アンテナから信号を送信し、受信側で固有値演算を実施して固有ベクトルを算出し、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）等の伝搬路の実効的な品質を求め、これらの情報を送信側にフィードバックし、送信側がフィードバックされた固有ベクトルに基づいて指向性を更新し、品質情報に基づいて符号化率等を適応制御することにより、通信路容量を最適化している。
しかしながら、従来のＭＩＭＯを用いた通信システムでは、送信ストリーム数を固定としているため、通信装置間に障害物が無いような環境において伝搬路行列のサイズよりも実際の固有値数が少ない場合には雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することになり、当該ストリームを取り出すことによる品質の劣化を免れない。
【発明の開示】
本発明の目的は、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することが無く、品質の向上を図ることができる通信装置及び通信方法を提供することである。
この目的は、所定の閾値より大きい固有値である有効固有値の数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより達成される。
【図面の簡単な説明】  図１は、ＭＩＭＯを用いた通信システムの一例を示す図、
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図、
図３は、本発明の実施の形態１に係る受信側通信装置の構成を示すブロック図、
図４は、本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置と受信側通信装置との間の制御手順を示すシーケンス図、
図５は、固有値の大きさと変調多値数、符号化率との関係を示すテーブル図、
図６は、本発明の実施の形態２に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図、
図７は、有効固有値数と時空符号化方法との関係を示すテーブル図、及び、
図８は、本発明の実施の形態２に係る受信側通信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各実施の形態では、図１の通信システムに示すように、互いにアレーアンテナを具備する送信側通信装置１００と受信側通信装置２００との間において、複数の指向性ビームによりデータを送受信する場合について説明する。
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置１００の構成を示すブロック図である。
通信装置１００は、アンテナ素子１０１−１〜ｍと、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍと、時空符号化部１０３と、復調部１０４−１〜ｎと、フィードバック情報分離部１０５と、多重系列数制御部１５１と、符号化・変調方式制御部１５２と、符号化部１５３−１〜ｎと、変調部１５４−１〜ｎと、送信ＲＦ部１５５−１〜ｍとから主に構成されている（ｍ、ｎは２以上の整数）。
複数のアンテナ素子１０１−１〜ｍは、アダプティブアレーアンテナを構成し、受信側通信装置２００から送信された信号を受信して対応する受信ＲＦ部１０２−１〜ｍに出力し、対応する送信ＲＦ部１５５−１〜ｍから出力された信号を受信側通信装置２００に無線送信する。
受信ＲＦ部１０２−１〜ｍは、対応するアンテナ素子１０１−１〜ｍに受信された信号に対して、増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、時空符号化部１０３に出力する。
時空符号化部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍから出力された信号を、フィードバック情報分離部１０５からの所定の時空符号化方法または固有ベクトルを用いて合成し、復調部１０４−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部１０３は、変調部１５４−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、各信号に対して所定の時空符号化方法またはフィードバック情報分離部１０５から出力された固有ベクトルを用いて複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部１５５−１〜ｍに出力する。なお、時空符号化として、ＭＳＳＴＣ（Ｍｕｌｔｉ−ｓｔｒａｔｕｍ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｃｏｄｅｓ）符号化、ＶＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ）送信、ＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｏｄｅｓ）符号化等が知られている。
復調部１０４−１〜ｎは、時空符号化部１０３から出力された信号であって、所定の時空符号化方法および固有ベクトルで受信された信号を復調し、符号化データをフィードバック情報分離部１０５に出力する。
フィードバック情報分離部１０５は、復調部１０４−１〜ｎの出力信号に対して復号処理を行い、復号したデータに含まれるフィードバック情報から固有ベクトル、有効固有値数及び各固有値を示す情報を取り出し、固有ベクトルを示す情報を時空符号化部１０３に出力し、有効固有値数を示す情報を多重系列数制御部１５１に出力し、各固有値を示す情報を符号化・変調方式制御部１５２に出力する。なお、有効固有値とは、受信側通信装置２００にて算出された固有値の中で所定の閾値より大きいものをいう。
多重系列数制御部１５１は、フィードバック情報分離部１０５からの有効固有値数に基づいて送信データの多重系列数（送信ストリーム数）を決定し、１系列の送信データを、決定した系列数に直列／並列変換し、変換後の送信データを符号化部１５３−１〜ｎに出力する。具体的には、多重系列数制御部１５１は、有効固有値数が多いほど送信データの多重系列数を多くする。
符号化・変調方式制御部１５２は、フィードバック情報分離部１０５からの各固有値の大きさに基づいて符号化率及び変調方式を決定し、決定した符号化率を符号化部１５３−１〜ｎに指示し、決定した変調方式を変調部１５４−１〜ｎに指示する。具体的には、符号化・変調方式制御部１５２は、各固有値が大きいほど符号化率を上げ、変調多値数を上げる。
符号化部１５３−１〜ｎは、符号化・変調方式制御部１５２から指示された符号化率で送信データを符号化し、対応する変調部１５４−１〜ｎに符号化データを出力する。
変調部１５４−１〜ｎは、固有ベクトル毎に、対応する符号化部１５３−１〜ｎから出力された符号化データを変調し、変調信号を時空符号化部１０３に出力する。
送信ＲＦ部１５５−１〜ｍは、時空符号化部１０３から出力された信号に対して、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、対応するアンテナ素子１０１−１〜ｍに出力する。
以上が、実施の形態１に係る送信側通信装置１００の構成の説明である。
図３は、本発明の実施の形態１に係る受信側通信装置２００の構成を示すブロック図である。
通信装置２００は、アンテナ素子２０１−１〜ｍと、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍと、固有値展開部２０３と、時空符号化部２０４と、復調部２０５−１〜ｎと、復号部２０６と、有効固有値数判定部２５１と、フィードバック情報生成部２５２と、変調部２５３−１〜ｎと、送信ＲＦ部２５４−１〜ｍとから主に構成されている。
複数のアンテナ素子２０１−１〜ｍは、アダプティブアレーアンテナを構成し、送信側通信装置１００から送信された信号を受信して対応する受信ＲＦ部２０２−１〜ｍに出力し、対応する送信ＲＦ部２５４−１〜ｍから出力された信号を送信側通信装置１００に無線送信する。
受信ＲＦ部２０２−１〜ｍは、対応するアンテナ素子２０１−１〜ｍに受信された信号に対して、増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、ベースバンドの信号を固有値展開部２０３及び時空符号化部２０４に出力する。
固有値展開部２０３は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号に基づいて入力信号の相関行列または共分散行列における固有値および固有ベクトルを算出し、各固有値を有効固有値数判定部２５１及びフィードバック情報生成部２５２に出力し、各固有ベクトルを時空符号化部２０４及びフィードバック情報生成部２５２に出力する。
時空符号化部２０４は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号を、所定の時空符号化方法または固有値展開部２０３から出力された固有ベクトルを用いて合成し、復調部２０５−１〜ｎに出力する。なお、時空符号化部２０４は、受信信号に含まれる制御情報により指示された多重系列数に沿って合成を実施する。また、時空符号化部２０４は、変調部２５３−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、各信号に対して所定の時空符号化方法または固有ベクトルを用いて複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部２５４−１〜ｍに出力する。
復調部２０５−１〜ｎは、時空符号化部２０４から出力された信号を、受信信号に含まれる制御情報により指示された変調方式で復調し、復調により得られた符号化データを復号部２０６に出力する。
復号部２０６は、復調部２０５−１〜ｎから並列に出力された符号化データを、受信信号に含まれる制御情報により指示された符号化率で復号し、受信信号に含まれる制御情報により指示された多重系列数に基づいて並列／直列変換を行って１系列の受信データを取り出す。
有効固有値数判定部２５１は、固有値展開部２０３から出力された各固有値について所定の閾値との大小比較を行い、所定の閾値より大きい固有値の数（有効固有値数）をフィードバック情報生成部２５２に出力する。
フィードバック情報生成部２５２は、固有値展開部２０３から出力された各固有値に基づいて伝搬路の実効的な品質を求め、有効固有値数判定部２５１からの固有値を示すフィードバック情報を生成し、変調部２５３−１〜ｎに出力する。
変調部２５３−１〜ｎは、固有値毎に、フィードバック情報生成部２５２から出力されたフィードバック情報を含む符号化データを変調し、変調信号を時空符号化部２０４に出力する。
送信ＲＦ部２５４−１〜ｍは、時空符号化部２０４から出力された信号に対して、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、対応するアンテナ素子２０１−１〜ｍに出力する。
以上が、実施の形態１に係る受信側通信装置２００の構成の説明である。
次に、送信側通信装置１００と受信側通信装置２００との間の制御手順について図４のシーケンス図を用いて説明する。
まず、送信側通信装置１００がアレーアンテナにより規定の指向性を形成し、各アンテナから受信側通信装置２００に信号を送信する（Ｓ４０１）。
次に、受信側通信装置２００が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値、固有ベクトルを算出し（Ｓ４０２）、有効固有値数を算出し（Ｓ４０３）、固有値、固有ベクトル及び有効固有値数を含むフィードバック情報を生成し（Ｓ４０４）、送信側通信装置１００に送信する（Ｓ４０５）。
次に、送信側通信装置１００が固有ベクトルに基づいて指向性を更新し、固有値の大きさに基づいて符号化率、変調方式を適応制御し、有効固有値数に基づいて多重系列数を制御し（Ｓ４０６）、これらの制御情報と送信データとをあわせた信号を各アンテナから受信側通信装置２００に送信する（Ｓ４０７）。
次に、受信側通信装置２００が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値、固有ベクトルを算出し（Ｓ４０８）、送信側通信装置１００に送信した固有値の大きさおよび指示された制御情報に基づいて復調、復号処理を行う（Ｓ４０９）。
以下、Ｓ４０３〜Ｓ４０９の手順を繰り返す。
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、所定の閾値より大きい固有値である有効固有値の数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより、伝搬路行列のサイズよりも実際の固有値数が少ない場合には雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することが無く、品質の向上を図ることができる。
なお、本実施の形態において、図５に示す固有値の大きさと変調多値数、符号化率との関係を示すテーブルを用意し、受信側通信装置２００が、固有値の代わりにテーブルの固有値の大きさに対応するケース番号（１〜Ｋ）をフィードバック情報に含めて送信することにより、フィードバック情報のビット数を削減することができる。この場合、送信側通信装置１００がケース番号に対応する変調多値数、符号化率で信号を送信する。
（実施の形態２）
これまで知られている代表的な時空符号化方法にはそれぞれに特有の長所、短所がある。具体的には、ＳＴＢＣ符号化はダイバーシチ効果が大きいが空間多重効果が小さく高速伝送には向かない。逆に、ＶＢＬＡＳＴ送信は空間多重効果が大きく高速伝送に向いているがダイバーシチ効果が小さい。ＭＳＳＴＣ符号化はその中間でありある程度のダイバーシチ効果と空間多重効果の両方を得ることができる。そして、伝搬環境が良好な場合には空間多重効果を大きくし、伝搬環境が劣悪な場合にはダイバーシチ効果を大きくすることにより、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
また、空間多重効果は有効固有値数に比例すると考えられる。そこで、実施の形態２では、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を制御する場合について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図６に示す送信側通信装置６００において、図２の送信側通信装置１００と共通する構成部分については、図２と同一符号を付し説明を省略する。
図６に示す送信側通信装置６００は、図２の送信側通信装置１００と比較して、時空符号化方法制御部６０１を追加した構成を採る。
フィードバック情報分離部１０５は、固有ベクトルを示す情報を時空符号化部１０３に出力し、有効固有値数を示す情報を多重系列数制御部１５１及び時空符号化方法制御部６０１に出力し、各固有値を示す情報を符号化・変調方式制御部１５２に出力する。
時空符号化方法制御部６０１は、図７に示すテーブルを有し、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を決定し、決定した時空符号化方法を時空符号化部１０３に指示する。
時空符号化部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍから出力された信号を、時空符号化方法制御部６０１から指示された時空符号化方法により合成し、復調部１０４−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部１０３は、変調部１５４−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、時空符号化方法制御部６０１から指示された時空符号化方法により複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部１５５−１〜ｍに出力する。
図８は、本発明の実施の形態２に係る受信側通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図８に示す受信側通信装置８００において、図３の受信側通信装置２００と共通する構成部分については、図３と同一符号を付し説明を省略する。
図８に示す受信側通信装置８００は、図３の受信側通信装置２００と比較して、時空符号化方法制御部８０１を追加した構成を採る。
有効固有値数判定部２５１は、有効固有値数をフィードバック情報生成部２５２及び時空符号化方法制御部８０１に出力する。
時空符号化方法制御部８０１は、図７に示すテーブルを有し、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を決定し、決定した時空符号化方法を時空符号化部２０４に指示する。
時空符号化部２０４は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号を、受信信号に含まれる制御情報により指示された時空符号化方法を用いて合成し、復調部２０５−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部２０４は、変調部２５３−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、時空符号化方法制御部８０１から指示された時空符号化方法により複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部２５４−１〜ｍに出力する。
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を適応制御することにより、伝搬環境が良好なときに空間多重効果を大きくとり、伝搬環境が劣悪なときにダイバーシチ効果を大きくとることができるので、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
以上の説明から明らかなように、本発明は、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、有効固有値数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより、品質の向上を図ることができる。さらに、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を適応制御することによりシステム全体のスループットの向上を図ることができる。
なお、上記各実施の形態では、各固有値の大きさに基づいて符号化率及び変調方式を適応制御する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、符号化率あるいは変調方式が一定の通信システムにも用いることができる。
【産業上の利用可能性】  本発明は、ＭＩＭＯを用いた通信システムに用いられる通信装置に適用するに好適である。
【図１】
2005078957.tif 000002
【図２】
2005078957.tif 000003
【図３】
2005078957.tif 000004
【図４】
2005078957.tif 000005
【図５】
2005078957.tif 000006
【図６】
2005078957.tif 000007
【図７】
2005078957.tif 000008
【図８】
2005078957.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月17日(2006.8.17)
【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】
ＭＩＭＯを用いた通信システムに用いられる通信装置であって、
通信相手における所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を示す情報を受信する受信手段と、
前記有効固有値数に基づいて多重系列数を決定し、送信データを前記多重系列数にする多重系列数制御手段と、
各系列の送信データを時空符号化により互いに異なる送信ストリームで送信する送信手段と、を具備する通信装置。
【請求項２】
前記多重系列数制御手段は、前記有効固有値数が多いほど送信データの多重系列数を多くする請求の範囲１記載の通信装置。
【請求項３】
前記送信手段は、前記有効固有値数に基づいて時空符号化方法を制御する請求の範囲１記載の通信装置。
【請求項４】
２つの通信装置間でＭＩＭＯを用いた通信を行う通信方法において、
第１の通信装置において、アレーアンテナにより規定の指向性を形成し、各アンテナから第２の通信装置に信号を送信する工程と、
前記第２の通信装置が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値を算出し、所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を算出し、前記有効固有値数を含む情報を前記第１の通信装置に送信する工程と、
前記第１の通信装置が前記有効固有値数に基づいて送信データの多重系列数を制御し、各系列の送信データを時空符号化により互いに異なる送信ストリームで前記第２の通信装置に送信する工程と、を具備する通信方法。
【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、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）を用いた通信システムに使用される通信装置及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、限られた周波数帯域を有効に利用し、高速伝送を実現するシステムとして、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）が注目されている。
【０００３】
ＭＩＭＯは、送受信双方にアレーアンテナを用い、複数の固有ベクトルにより独立な信号を同一帯域において同時に送受信するシステムである。このＭＩＭＯを用いることにより周波数帯域の拡大なしに伝送容量の拡大を図ることができる。
【０００４】
従来のＭＩＭＯを用いた通信システムでは、送信側でアレーアンテナにより規定の指向性を形成して各アンテナから信号を送信し、受信側で固有値演算を実施して固有ベクトルを算出し、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）等の伝搬路の実効的な品質を求め、これらの情報を送信側にフィードバックし、送信側がフィードバックされた固有ベクトルに基づいて指向性を更新し、品質情報に基づいて符号化率等を適応制御することにより、通信路容量を最適化している。
【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、従来のＭＩＭＯを用いた通信システムでは、送信ストリーム数を固定としているため、通信装置間に障害物が無いような環境において伝搬路行列のサイズよりも実際の固有値数が少ない場合には雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することになり、当該ストリームを取り出すことによる品質の劣化を免れない。
【０００６】
本発明の目的は、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することが無く、品質の向上を図ることができる通信装置及び通信方法を提供することである。
【０００７】
この目的は、所定の閾値より大きい固有値である有効固有値の数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の通信装置は、ＭＩＭＯを用いた通信システムに用いられる通信装置であって、通信相手における所定の閾値より大きい固有値の数である有効固有値数を示す情報を受信する受信手段と、前記有効固有値数に基づいて多重系列数を決定し、送信データを前記多重系列数にする多重系列数制御手段と、各系列の送信データを時空符号化により互いに異なる送信ストリームで送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、有効固有値数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより、品質の向上を図ることができる。さらに、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を適応制御することによりシステム全体のスループットの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各実施の形態では、図１の通信システムに示すように、互いにアレーアンテナを具備する送信側通信装置１００と受信側通信装置２００との間において、複数の指向性ビームによりデータを送受信する場合について説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１２】
通信装置１００は、アンテナ素子１０１−１〜ｍと、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍと、時空符号化部１０３と、復調部１０４−１〜ｎと、フィードバック情報分離部１０５と、多重系列数制御部１５１と、符号化・変調方式制御部１５２と、符号化部１５３−１〜ｎと、変調部１５４−１〜ｎと、送信ＲＦ部１５５−１〜ｍとから主に構成されている（ｍ、ｎは２以上の整数）。
【００１３】
複数のアンテナ素子１０１−１〜ｍは、アダプティブアレーアンテナを構成し、受信側通信装置２００から送信された信号を受信して対応する受信ＲＦ部１０２−１〜ｍに出力し、対応する送信ＲＦ部１５５−１〜ｍから出力された信号を受信側通信装置２００に無線送信する。
【００１４】
受信ＲＦ部１０２−１〜ｍは、対応するアンテナ素子１０１−１〜ｍに受信された信号に対して、増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、時空符号化部１０３に出力する。
【００１５】
時空符号化部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍから出力された信号を、フィードバック情報分離部１０５からの所定の時空符号化方法または固有ベクトルを用いて合成し、復調部１０４−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部１０３は、変調部１５４−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、各信号に対して所定の時空符号化方法またはフィードバック情報分離部１０５から出力された固有ベクトルを用いて複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部１５５−１〜ｍに出力する。なお、時空符号化として、ＭＳＳＴＣ（Multi-stratum Space-Time Codes）符号化、ＶＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Labs Layered Space Time）送信、ＳＴＢＣ（Space Time Block Codes）符号化等が知られている。
【００１６】
復調部１０４−１〜ｎは、時空符号化部１０３から出力された信号であって、所定の時空符号化方法および固有ベクトルで受信された信号を復調し、符号化データをフィードバック情報分離部１０５に出力する。
【００１７】
フィードバック情報分離部１０５は、復調部１０４−１〜ｎの出力信号に対して復号処理を行い、復号したデータに含まれるフィードバック情報から固有ベクトル、有効固有値数及び各固有値を示す情報を取り出し、固有ベクトルを示す情報を時空符号化部１０３に出力し、有効固有値数を示す情報を多重系列数制御部１５１に出力し、各固有値を示す情報を符号化・変調方式制御部１５２に出力する。なお、有効固有値とは、受信側通信装置２００にて算出された固有値の中で所定の閾値より大きいものをいう。
【００１８】
多重系列数制御部１５１は、フィードバック情報分離部１０５からの有効固有値数に基づいて送信データの多重系列数（送信ストリーム数）を決定し、１系列の送信データを、決定した系列数に直列／並列変換し、変換後の送信データを符号化部１５３−１〜ｎに出力する。具体的には、多重系列数制御部１５１は、有効固有値数が多いほど送信データの多重系列数を多くする。
【００１９】
符号化・変調方式制御部１５２は、フィードバック情報分離部１０５からの各固有値の大きさに基づいて符号化率及び変調方式を決定し、決定した符号化率を符号化部１５３−１〜ｎに指示し、決定した変調方式を変調部１５４−１〜ｎに指示する。具体的には、符号化・変調方式制御部１５２は、各固有値が大きいほど符号化率を上げ、変調多値数を上げる。
【００２０】
符号化部１５３−１〜ｎは、符号化・変調方式制御部１５２から指示された符号化率で送信データを符号化し、対応する変調部１５４−１〜ｎに符号化データを出力する。
【００２１】
変調部１５４−１〜ｎは、固有ベクトル毎に、対応する符号化部１５３−１〜ｎから出力された符号化データを変調し、変調信号を時空符号化部１０３に出力する。
【００２２】
送信ＲＦ部１５５−１〜ｍは、時空符号化部１０３から出力された信号に対して、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、対応するアンテナ素子１０１−１〜ｍに出力する。
【００２３】
以上が、実施の形態１に係る送信側通信装置１００の構成の説明である。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態１に係る受信側通信装置２００の構成を示すブロック図である。
【００２５】
通信装置２００は、アンテナ素子２０１−１〜ｍと、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍと、固有値展開部２０３と、時空符号化部２０４と、復調部２０５−１〜ｎと、復号部２０６と、有効固有値数判定部２５１と、フィードバック情報生成部２５２と、変調部２５３−１〜ｎと、送信ＲＦ部２５４−１〜ｍとから主に構成されている。
【００２６】
複数のアンテナ素子２０１−１〜ｍは、アダプティブアレーアンテナを構成し、送信側通信装置１００から送信された信号を受信して対応する受信ＲＦ部２０２−１〜ｍに出力し、対応する送信ＲＦ部２５４−１〜ｍから出力された信号を送信側通信装置１００に無線送信する。
【００２７】
受信ＲＦ部２０２−１〜ｍは、対応するアンテナ素子２０１−１〜ｍに受信された信号に対して、増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、ベースバンドの信号を固有値展開部２０３及び時空符号化部２０４に出力する。
【００２８】
固有値展開部２０３は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号に基づいて入力信号の相関行列または共分散行列における固有値および固有ベクトルを算出し、各固有値を有効固有値数判定部２５１及びフィードバック情報生成部２５２に出力し、各固有ベクトルを時空符号化部２０４及びフィードバック情報生成部２５２に出力する。
【００２９】
時空符号化部２０４は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号を、所定の時空符号化方法または固有値展開部２０３から出力された固有ベクトルを用いて合成し、復調部２０５−１〜ｎに出力する。なお、時空符号化部２０４は、受信信号に含まれる制御情報により指示された多重系列数に沿って合成を実施する。また、時空符号化部２０４は、変調部２５３−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、各信号に対して所定の時空符号化方法または固有ベクトルを用いて複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部２５４−１〜ｍに出力する。
【００３０】
復調部２０５−１〜ｎは、時空符号化部２０４から出力された信号を、受信信号に含まれる制御情報により指示された変調方式で復調し、復調により得られた符号化データを復号部２０６に出力する。
【００３１】
復号部２０６は、復調部２０５−１〜ｎから並列に出力された符号化データを、受信信号に含まれる制御情報により指示された符号化率で復号し、受信信号に含まれる制御情報により指示された多重系列数に基づいて並列／直列変換を行って１系列の受信データを取り出す。
【００３２】
有効固有値数判定部２５１は、固有値展開部２０３から出力された各固有値について所定の閾値との大小比較を行い、所定の閾値より大きい固有値の数（有効固有値数）をフィードバック情報生成部２５２に出力する。
【００３３】
フィードバック情報生成部２５２は、固有値展開部２０３から出力された各固有値に基づいて伝搬路の実効的な品質を求め、有効固有値数判定部２５１からの固有値を示すフィードバック情報を生成し、変調部２５３−１〜ｎに出力する。
【００３４】
変調部２５３−１〜ｎは、固有値毎に、フィードバック情報生成部２５２から出力されたフィードバック情報を含む符号化データを変調し、変調信号を時空符号化部２０４に出力する。
【００３５】
送信ＲＦ部２５４−１〜ｍは、時空符号化部２０４から出力された信号に対して、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、対応するアンテナ素子２０１−１〜ｍに出力する。
【００３６】
以上が、実施の形態１に係る受信側通信装置２００の構成の説明である。
【００３７】
次に、送信側通信装置１００と受信側通信装置２００との間の制御手順について図４のシーケンス図を用いて説明する。
【００３８】
まず、送信側通信装置１００がアレーアンテナにより規定の指向性を形成し、各アンテナから受信側通信装置２００に信号を送信する（Ｓ４０１）。
【００３９】
次に、受信側通信装置２００が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値、固有ベクトルを算出し（Ｓ４０２）、有効固有値数を算出し（Ｓ４０３）、固有値、固有ベクトル及び有効固有値数を含むフィードバック情報を生成し（Ｓ４０４）、送信側通信装置１００に送信する（Ｓ４０５）。
【００４０】
次に、送信側通信装置１００が固有ベクトルに基づいて指向性を更新し、固有値の大きさに基づいて符号化率、変調方式を適応制御し、有効固有値数に基づいて多重系列数を制御し（Ｓ４０６）、これらの制御情報と送信データとをあわせた信号を各アンテナから受信側通信装置２００に送信する（Ｓ４０７）。
【００４１】
次に、受信側通信装置２００が受信信号を用いて固有値演算を実施して固有値、固有ベクトルを算出し（Ｓ４０８）、送信側通信装置１００に送信した固有値の大きさおよび指示された制御情報に基づいて復調、復号処理を行う（Ｓ４０９）。
【００４２】
以下、Ｓ４０３〜Ｓ４０９の手順を繰り返す。
【００４３】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、所定の閾値より大きい固有値である有効固有値の数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより、伝搬路行列のサイズよりも実際の固有値数が少ない場合には雑音と同等の品質しか得られない経路を用いてストリームを送信することが無く、品質の向上を図ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態において、図５に示す固有値の大きさと変調多値数、符号化率との関係を示すテーブルを用意し、受信側通信装置２００が、固有値の代わりにテーブルの固有値の大きさに対応するケース番号（１〜Ｋ）をフィードバック情報に含めて送信することにより、フィードバック情報のビット数を削減することができる。この場合、送信側通信装置１００がケース番号に対応する変調多値数、符号化率で信号を送信する。
【００４５】
（実施の形態２）
これまで知られている代表的な時空符号化方法にはそれぞれに特有の長所、短所がある。具体的には、ＳＴＢＣ符号化はダイバーシチ効果が大きいが空間多重効果が小さく高速伝送には向かない。逆に、ＶＢＬＡＳＴ送信は空間多重効果が大きく高速伝送に向いているがダイバーシチ効果が小さい。ＭＳＳＴＣ符号化はその中間でありある程度のダイバーシチ効果と空間多重効果の両方を得ることができる。そして、伝搬環境が良好な場合には空間多重効果を大きくし、伝搬環境が劣悪な場合にはダイバーシチ効果を大きくすることにより、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
【００４６】
また、空間多重効果は有効固有値数に比例すると考えられる。そこで、実施の形態２では、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を制御する場合について説明する。
【００４７】
図６は、本発明の実施の形態２に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図６に示す送信側通信装置６００において、図２の送信側通信装置１００と共通する構成部分については、図２と同一符号を付し説明を省略する。
【００４８】
図６に示す送信側通信装置６００は、図２の送信側通信装置１００と比較して、時空符号化方法制御部６０１を追加した構成を採る。
【００４９】
フィードバック情報分離部１０５は、固有ベクトルを示す情報を時空符号化部１０３に出力し、有効固有値数を示す情報を多重系列数制御部１５１及び時空符号化方法制御部６０１に出力し、各固有値を示す情報を符号化・変調方式制御部１５２に出力する。
【００５０】
時空符号化方法制御部６０１は、図７に示すテーブルを有し、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を決定し、決定した時空符号化方法を時空符号化部１０３に指示する。
【００５１】
時空符号化部１０３は、受信ＲＦ部１０２−１〜ｍから出力された信号を、時空符号化方法制御部６０１から指示された時空符号化方法により合成し、復調部１０４−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部１０３は、変調部１５４−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、時空符号化方法制御部６０１から指示された時空符号化方法により複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部１５５−１〜ｍに出力する。
【００５２】
図８は、本発明の実施の形態２に係る受信側通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図８に示す受信側通信装置８００において、図３の受信側通信装置２００と共通する構成部分については、図３と同一符号を付し説明を省略する。
【００５３】
図８に示す受信側通信装置８００は、図３の受信側通信装置２００と比較して、時空符号化方法制御部８０１を追加した構成を採る。
【００５４】
有効固有値数判定部２５１は、有効固有値数をフィードバック情報生成部２５２及び時空符号化方法制御部８０１に出力する。
【００５５】
時空符号化方法制御部８０１は、図７に示すテーブルを有し、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を決定し、決定した時空符号化方法を時空符号化部２０４に指示する。
【００５６】
時空符号化部２０４は、受信ＲＦ部２０２−１〜ｍから出力された信号を、受信信号に含まれる制御情報により指示された時空符号化方法を用いて合成し、復調部２０５−１〜ｎに出力する。また、時空符号化部２０４は、変調部２５３−１〜ｎから出力された信号をそれぞれアンテナ素子の数ｍに分け、時空符号化方法制御部８０１から指示された時空符号化方法により複素乗算処理を行い、これらの信号を送信ＲＦ部２５４−１〜ｍに出力する。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を適応制御することにより、伝搬環境が良好なときに空間多重効果を大きくとり、伝搬環境が劣悪なときにダイバーシチ効果を大きくとることができるので、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
【００５８】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ＭＩＭＯを用いた通信システムにおいて、有効固有値数に基づいて送信ストリーム数を適応制御することにより、品質の向上を図ることができる。さらに、有効固有値数に基づいて時空符号化方法を適応制御することによりシステム全体のスループットの向上を図ることができる。
【００５９】
なお、上記各実施の形態では、各固有値の大きさに基づいて符号化率及び変調方式を適応制御する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、符号化率あるいは変調方式が一定の通信システムにも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、ＭＩＭＯを用いた通信システムに用いられる通信装置に適用するに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＭＩＭＯを用いた通信システムの一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る受信側通信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る送信側通信装置と受信側通信装置との間の制御手順を示すシーケンス図
【図５】固有値の大きさと変調多値数、符号化率との関係を示すテーブル図
【図６】本発明の実施の形態２に係る送信側通信装置の構成を示すブロック図
【図７】有効固有値数と時空符号化方法との関係を示すテーブル図
【図８】本発明の実施の形態２に係る受信側通信装置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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2005078957.tif 000019
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