"複数のアンテナを持つ送信局と複数のアンテナを持つ受信局の間で行われるMIMOMultiple-InputMultiple-Output無線通信方法であって,前記送信局から送信されるトレーニング信号が前記受信局で受信されるトレーニング信号受信状態に基づいて該送信局と該受信局との間の伝搬路におけるチャネル行列を求め、該チャネル行列によって前記伝搬路の複数のモードを形成する第1のステップと、前記複数のモードの少なくとも一部を合成して前記送信局から前記受信局へのデータ通信を行う第2のステップと、を有することを特徴とするMIMO無線通信方法。請求項1記載の無線通信方法であって、前記第2のステップにおいて、前記複数のモードのうち、各モードの実効伝搬利得に基づいて、二以上のモードから一のモードを合成する、ことを特徴とするMIMO無線通信方法。前記第2のステップにおいて、前記モードの合成後の各モードの通信品質に応じて、各モードの変調多値数と誤り訂正符号の符号化率を適応的に制御することを特徴とする,請求項1に記載のMIMO無線通信方法。前記モードぞれぞれの通信特性指標を評価する第3のステップをさらに有し、前記第2のステップは、前記第3のステップにより評価される前記通信特性指標が予め定められた基準より大きい1つ以上のモードと,基準より小さいモードのうち前記通信特性指標が最も大きいモードを合成する、ことを特徴とするMIMO無線通信方法。複数のアンテナを持つ送信局と複数のアンテナを持つ受信局の間で行われるMIMOMultiple-InputMultiple-Output無線通信システムにおける送信局であって,該送信局から送信されるトレーニング信号を用いて生成される複数のモードの少なくとも一部を合成したストリームウェイトを送信信号に適用するストリームウェイト処理部と、該ストリームウェイトが適用された送信信号を複数のアンテナから送信する無線通信部とを有することを特徴とする送信局。複数のアンテナを持つ送信局と複数のアンテナを持つ受信局の間で行われるMIMOMultiple-InputMultiple-Output無線通信システムにおける受信局であって,該送信局から送信されるトレーニング信号を受信して該送信局との間の伝搬路のチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、該チャネル行列に基づいて求められる前記伝搬路の複数のモードの少なくとも一部を合成したストリームウェイトを計算するストリームウェイト算出部と、該ストリームウェイト情報を前記送信局へ送信する送信部とを有し、前記ストリームウェイトは、前記送信局からのモード伝送を行うために用いられることを特徴とする受信局。本発明は,固有モード伝送を行うMIMO無線通信システムにおいて,高いSNRの得られる通信環境でも,変調多値数を増加させることなく大きな通信容量を実現するものである。前述の通り,特許文献1や非特許文献1において,この問題を解決する手法が提案されている。しかし,これらの方法はOFDMのようなマルチキャリア伝送の場合にしか対応できない。また,本来,高い実効SNRが得られる第1固有モードで変調多値数を大きくとれないことが問題であったのだが,これらの方法ではこの問題を解決できていない。本発明のMIMO無線通信システムでは,チャネル行列の特異値展開により各固有モードの特異値と送信アンテナウェイトを決定した後に,送信ストリームウェイトの算出を行う。また,データ送信時には,送信アンテナウェイト処理の直前に,ここで算出した送信ストリームウェイトによる変換処理を行う。この変換処理によって,特異値が大きく実効SNRの高い固有モードと特異値が小さく実効SNRが低い固有モードを合成し,大きな変調多値数を必要とするようなモードの実効SNRを抑え,その分だけ実効SNRの低いモードについてはSNRを高める。送信ストリームウェイトによるモード変換の模式図を図7に示す。この図では送受信アンテナの本数が3本であると仮定している。aが従来の固有モード伝送によってできる3本の固有モードを表している。実効SNRはパイプの太さで表現されている。x1~3が送信データ信号であり,y1~3が受信データ信号である。この時,x1からy1での通信が行われている固有モードのSNRが高い状態にあり,最適な変調多値数を選択できない状況にあるとする。この場合には,送信ストリームウェイトで第1固有モードと第2固有モードを合成する。送信ストリームウェイトを適用した状態がbである。すると,x1とx2は第1固有モードと第2固有モードの両方を使って通信されるため,cで表されるように,両方の実効SNRが第1固有モードのSNRと第2固有モードのSNRの中間の値となる。これで高すぎたSNRの状態が改善されるため,最適な多値数の変調を選択して通信することが可能となり,通信容量の拡大を図ることが可能となる。送信ストリームウェイトの適用に合わせて受信アンテナウェイトに加えて受信ストリームウェイトの適用が必要になるが,送信ストリームウェイト適用後のトレーニング信号からチャネル行列を推定し,そのチャネル行列から受信アンテナウェイトを決定することで対応できる。第1固有モードだけでなく,第2固有モード以降のモードでもSNRが高い状態にある場合には,固有値の大きい順に3つ以上の固有モードを合成すれば良い。送信ストリームウェイト適用前後で総送信パワーを保存する必要があり,また送信データ信号間の独立性を維持する必要があることから,送信ストリームウェイトはユニタリー行列であることが必要である。第1固有モードから第n固有モードまでを合成する場合の送信ストリームウェイトとして数13のWを採用するのが簡便である。Wは成分の絶対値が全て等しいので,全てのモードを等しい重みで合成することができる。合成する固有モードの数を決定する際には,各固有モードの通信品質指標が予め設定された値より大きい固有モード全てと,残りの固有モードのうちで最も特異値の大きな固有モードを合成すれば良い。通信品質指標としては実効SNRを用いることができる。SNRが決まれば通信容量を算出することができ,その通信容量を達成するために必要な変調多値数と誤り訂正符号化率も決まるため,実際の通信システムにおいて採用可能な最大の変調多値数と符号化率から,それに対応するSNRを逆算すれば,固有モード合成の判定に用いる設定値を決定することが可能である。また同様にしてRSSIReceivedSignalStrengthIndicatorを通信品質指標として用いることも可能である。本発明によって,固有モード伝送を行うMIMO無線通信システムにおいて,高いSNRの得られる通信環境でも,変調多値数の上限値による制限を緩和して通信容量の拡大が可能となる。送受信アンテナ本数を4とし,変調多値数の上限が64QAM,誤り訂正符号化率3/4の場合に本発明を適用した場合のシャノンの通信容量を平均SNRに対して示したグラフを図8に示す。伝搬は無相関レーリーフェージングに従うものとした。本発明方式の他に,ZeroForcing方式の場合と従来の固有モード伝送方式の場合を示した。図から明らかなように,本発明方式が最も大きな通信容量を達成できることがわかる。平均SNR=25dB付近では従来の固有モード伝送方式と比較して2.5dBの改善が得られている。以下,本発明にかかる実施形態を説明する。図1は第1の実施例であり,本発明のMIMO無線通信方式における手順を示している。この図において送信端末から受信端末へデータが送信されるが,両端末は送信,受信の両方の機能を備えており,制御情報などを相互にやりとりすることができる。最初に,送信端末がトレーニングデータを送信し,受信端末がトレーニングデータを受信する。このトレーニングデータは規格等で定められる既知の信号であり,既知信号からの振幅,位相の変化を見ることでチャネル行列を推定することが可能である。次に,受信端末は推定によって得られたチャネル行列と通信品質情報を送信端末へ返信する。通信品質情報にはSNRやRSSIを用いることができる。送信端末は返信されたチャネル行列と通信品質情報を受信する。受信したチャネル行列を特異値展開することで,固有モード伝送方式における送信アンテナウェイトと,各固有モードの特異値を得る。得られた特異値と受信した通信品質情報から,各固有モードの通信品質指標を計算し,その通信品質指標から合成する固有モードを決定する。各固有モードの通信品質指標には,各固有モードの実効SNRやRSSIを用いることができる。合成する固有モードは,予め実効SNRやRSSIの基準を定めておき,その基準を越える固有モードとその次に大きな特異値を持つ固有モードを合成するとして決定することができる。次に,決定された合成対象の固有モードを合成する送信ストリームウェイトを決定する。簡便には数13によって送信ストリームウェイトトとすることができる。その後,送信ストリームウェイト,送信アンテナウェイト処理を施したトレーニングデータを送信する。受信端末はそのトレーニングデータを受信し,チャネル行列を推定する。そのチャネル行列を用いて受信アンテナウェイトを算出する。受信アンテナウェイトの算出にはZeroForcing方式,MMSE方式,MLD方式などを用いることができる。推定されたチャネル行列は送信ストリームウェイト,送信アンテナウェイトの変換を含んでいるため,算出された受信アンテナウェイトを用いればこれらの変換を相殺して送信データ信号を復元できる。最後に,送信端末が送信ストリームウェイト,送信アンテナウェイト処理を施して送信データ信号を送信することで,受信端末では,受信アンテナウェイトを用いてデータ信号を復元することができる。以上の手順により送信端末と受信端末の間での通信が達成される。図5は第2の実施例であり,本発明のMIMO無線通信方式における手順を示している。第1の実施例と同様に,この図において送信端末から受信端末へデータが送信されるが,両端末は送信,受信の両方の機能を備えており,制御情報などを相互にやりとりすることができる。最初に,送信端末がトレーニングデータを送信し,受信端末がトレーニングデータを受信する。このトレーニングデータは規格等で定められる既知の信号であり,既知信号からの振幅,位相の変化を見ることでチャネル行列を推定することが可能である。次に,受信端末は推定によって得られたチャネル行列を特異値展開することで,固有モード伝送方式における送信アンテナウェイトと,各固有モードの特異値を得る。得られた特異値と通信品質情報から,各固有モードの通信品質指標を計算し,その通信品質指標から合成する固有モードを決定する。各固有モードの通信品質指標には,各固有モードの実効SNRやRSSIを用いることができる。合成する固有モードは,予め実効SNRやRSSIの基準を定めておき,その基準を越える固有モードとその次に大きな特異値を持つ固有モードを合成するとして決定することができる。次に,決定された合成対象の固有モードを合成する送信ストリームウェイトを決定する。簡便には数13によって送信ストリームウェイトとすることができる。そして,決定した送信ストリームウェイトと送信アンテナウェイトを送信端末に返信する。送信ストリームウェイトと送信アンテナウェイトは行列積によって合成することができるので,返信する情報量を減らすためには合成された送信ウェイトを返信すれば良い。送信端末は合成された送信ウェイトを受信し,送信ウェイト処理を施したトレーニングデータを送信する。受信端末はそのトレーニングデータを受信し,チャネル行列を推定する。そのチャネル行列を用いて受信アンテナウェイトを算出する。受信アンテナウェイトの算出にはZeroForcing方式,MMSE方式,MLD方式などを用いることができる。推定されたチャネル行列は送信ウェイトの変換を含んでいるため,算出された受信アンテナウェイトを用いればこれらの変換を相殺して送信データ信号を復元できる。最後に,送信端末が送信ウェイト処理を施して送信データ信号を送信することで,受信端末では,受信アンテナウェイトを用いてデータ信号を復元することができる。以上の手順により送信端末と受信端末の間での通信が達成される。図9は第3の実施例であり,本発明のMIMO無線通信方式にて通信を行う無線通信装置の機能ブロック図を示している。図9の無線通信装置はN本のアンテナ101-1~Nを有しており,スイッチ102-1~Nに接続されている。スイッチ102は無線通信装置が送信を行う際には送信回路とアンテナを接続し,受信を行う際には受信回路とアンテナを接続するように切り替えられる。スイッチ102は無線LANのようなTDDTimeDivisionDuplex:時分割複信方式を採用するシステムで必要となり,携帯電話でよく用いられるFDDFrequencyDivisionDuplex:周波数分割複信方式を採用するシステムではDuplexerと呼ばれるフィルタを配置する。受信時にはスイッチ102によってアンテナ101と受信アナログRF回路103が接続される。受信アナログRF回路ではダウンコンバージョンが行われ,受信信号がベースバンドアナログ信号に変換される。受信アナログRF回路の出力はAD変換器104に接続され,ベースバンドアナログ信号がデジタル信号に変換される。AD変換器104の出力はFFT処理部105に接続される。FFT処理部105では受信信号をOFDMのサブキャリアへ分解する。無線LANではOFDMが採用されているためFFT処理部105が必要となるが,シングルキャリア伝送を行う通信方式ではFFT処理部が不要となる。FFT処理部105の出力は2つに分岐され,一方はチャネル行列推定部110に接続される。チャネル放列推定部110ではトレーニング信号受信時にチャネル行列の推定が行われる。チャネル行列推定部の出力は2つのブロックへと接続される。一方は受信アンテナウェイト算出部111へと入力される。受信アンテナウェイト算出部111では,ZeroForcing方式,MMSE方式,あるいはMLD方式などによって,推定されたチャネル行列から受信アンテナウェイトを算出する。2分岐されたFFT処理部105の出力のもう一方と,受信アンテナウェイト算出部111の出力が受信アンテナウェイト処理部106に入力される。受信アンテナウェイト処理部106では受信データ信号復元が必要な際に受信アンテナウェイト算出部111で算出された受信アンテナウェイトを用いて受信データ信号復元を行う。復元されたデータ信号は復調機107に入力され,ここでビットデータに変換される。復調機107の出力は誤り訂正復号ならびにパラレル/シリアル変換器108に入力され,誤り訂正復号とパラレル/シリアル変換が行われる。誤り訂正復号ならびにパラレル/シリアル変換器108の出力はチャネル情報抽出部109に入力され,受信データが通信相手との間のチャネル行列や通信品質情報であった場合に,これらの情報を抽出する。それ以外の受信データの場合には上位層へと引き渡される。チャネル情報抽出部109で抽出されたチャネル行列は特異値展開処理部112へと入力され特異値展開が行われる。これにより定まる送信アンテナウェイトは送信アンテナウェイト処理部117へと引き渡される。また特異値については送信ストリームウェイト算出部113に入力される。送信ストリームウェイト算出部113は特異値を用いて各固有モードの通信特性指標を評価し,送信ストリームウェイトを決定する。ここで決定された送信ストリームウェイトが送信ストリームウェイト処理部118へと入力される。チャネル情報付加部122に上位層から通信データが引き渡される。また,2つに分岐されたチャネル行列推定部110の出力もチャネル情報付加部122に入力され,送信すべきチャネル行列が存在する場合には通信データに先立って送信される。チャネル情報付加部122の出力はシリアル/パラレル変換ならびに誤り訂正符号器121に入力され,シリアル/パラレル変換と誤り訂正符号化が行われる。シリアル/パラレル変換ならびに誤り訂正符号器121の出力は変調機120で変調された後にトレーニング信号付加部119へ入力される。トレーニング信号付加部119では,必要に応じてトレーニング信号を付加して送信する。トレーニング信号付加部119の出力は送信ストリームウェイト処理部118と送信アンテナウェイト処理部117で処理される。送信ストリームウェイト処理部118と送信アンテナウェイト処理部117の処理はともに行列演算であるため,送信ストリームウェイトと送信アンテナウェイトを予め行列積によって合成しておけば,送信ウェイト処理を1つの処理で済ますこともできる。送信アンテナウェイト処理部117の出力はIFFT処理部116でOFDMのサブキャリア信号から時間領域信号へと変換される。シングルキャリア伝送を行う通信方式においてはFFT処理部105と同様にIFFT処理部116も不要となる。IFFT処理部116の出力はDA変換器115でアナログ信号に変換された後,送信アナログRF回路114でアップコンバージョンが行われ,スイッチ102へと接続される。送信時にはスイッチ102によってアンテナ101と送信アナログRF回路114が接続され,信号が送信される。以下では,図1に示す無線通信手順に従って,図9の無線通信装置の動作を説明する。送信端末,受信端末とも図9の無線通信装置の構造を取る。送信端末からトレーニングデータを送信する際にはトレーニング信号付加部119でトレーニング信号を付加し,送信する。その際,送信アンテナウェイト処理部117,送信ストリームウェイト処理部118ではウェイト処理を行わない。次に受信端末でトレーニング信号を受信する。この時,チャネル行列推定部110でチャネル行列を推定し,チャネル情報付加部122で推定したチャネル情報を付加して,送信端末へチャネル情報を返信する。送信端末はこのチャネル情報を受信し,チャネル情報抽出部109でチャネル行列を抽出し,特異値展開処理部112で特異値展開を行う。特異値展開の結果から送信アンテナウェイトを送信アンテナウェイト処理部117へ伝達し,また特異値を用いて送信ストリームウェイト算出部113で送信ストリームウェイトを算出して送信ストリームウェイト処理部118へ伝達する。その後に,トレーニング信号付加部119でトレーニング信号を付加して受信端末へ向けて送信する。この時,送信アンテナウェイト処理部117と送信ストリームウェイト処理部118では設定された送信ウェイトを使って処理を行う。受信端末ではトレーニング信号を受信してチャネル行列推定部110でチャネル行列を推定する。推定した行列から,受信アンテナウェイト算出部111で受信アンテナウェイトを算出して受信アンテナウェイト処理部106に設定する。この後,送信端末が送信ウェイト処理を施して送信データ信号を送信することで,受信端末では,受信アンテナウェイトを用いてデータ信号を復元することができ,通信が確立される。以上のように図9の無線通信装置が働くことで,高いSNRの得られる通信環境でも,変調多値数を増加させることなく大きな通信容量を実現することが可能となる。図10は第4の実施例であり,本発明のMIMO無線通信方式にて通信を行う無線通信装置の機能ブロック図を示している。図10の無線通信装置は,その構成の大半が図9の無線通信装置と同一である。図9と異なるのは特異値展開処理部112と送信ストリームウェイト算出部113の位置であり,この構成は特異値展開と送信ストリームウェイトの算出を受信端末が行うことになる。チャネル行列推定部110で推定されたチャネル行列は,受信アンテナウェイト算出部111の他に特異値展開処理部112に入力される。特異値展開処理部112で得られる送信アンテナウェイトはチャネル情報付加部122へと引き渡される。特異値は送信ストリームウェイト算出部117に入力されて,ここで送信ストリームウェイトが決定され,チャネル情報付加部122へと引き渡される。チャネル情報付加部122は送信ウェイトを送信端末へ返信する機能を担うが,送信ストリームウェイトと送信アンテナウェイトは行列積によって合成することができるので,返信する情報量を減らすためには合成された送信ウェイトを返信すれば良い。チャネル情報抽出部109は,送信ウェイトが返信された場合に送信アンテナウェイトと送信ストリームウェイトを抽出し,送信アンテナウェイト処理部117と送信ストリームウェイト処理部118に設定する。ただし,前記の通りに送信アンテナウェイトと送信ストリームウェイトが行列積によって合成された送信ウェイトが返信される場合には,その合成された送信ウェイトで送信ウェイト処理する処理部が1つあれば良い。以下では,図5に示す無線通信手順に従って,図10の無線通信装置の動作を説明する。送信端末,受信端末とも図10の無線通信装置の構造を取る。送信端末からトレーニングデータを送信する際にはトレーニング信号付加部119でトレーニング信号を付加し,送信する。その際,送信アンテナウェイト処理部117,送信ストリームウェイト処理部118ではウェイト処理を行わない。次に受信端末でトレーニング信号を受信する。この時,チャネル行列推定部110でチャネル行列を推定し,特異値展開処理部112で特異値展開を行う。特異値展開の結果から送信アンテナウェイトをチャネル情報付加部122へ引き渡し,また特異値を用いて送信ストリームウェイト算出部113が各固有モードの通信特性指標を評価し,送信ストリームウェイトを算出してチャネル情報付加部122へ引き渡す。今度はチャネル情報付加部122で送信ウェイトのデータを付加して,送信端末へ返信する。送信端末はこの送信ウェイトのデータを受信し,チャネル情報抽出部109で送信ウィエトを抽出し,送信アンテナウェイト処理部117と送信ストリームウェイト算出部113に設定する。その後に,トレーニング信号付加部119でトレーニング信号を付加して受信端末へ向けて送信する。この時,送信アンテナウェイト処理部117と送信ストリームウェイト処理部118では設定された送信ウェイトを使って処理を行う。受信端末ではトレーニング信号を受信してチャネル行列推定部110でチャネル行列を推定する。推定した行列から,受信アンテナウェイト算出部111で受信アンテナウェイトを算出して受信アンテナウェイト処理部106に設定する。この後,送信端末が送信ウェイト処理を施して送信データ信号を送信することで,受信端末では,受信アンテナウェイトを用いてデータ信号を復元することができ,通信が確立される。以上のように図10の無線通信装置が働くことでも,高いSNRの得られる通信環境でも,変調多値数を増加させることなく大きな通信容量を実現することが可能となる。"