JP2008092433A - 無線通信方法並びに送信機及び受信機 - Google Patents

無線通信方法並びに送信機及び受信機 Download PDF

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Abstract

【課題】従来よりも少ない演算量で高速に、無線環境に応じた最適な送信アンテナ及び受信アンテナの選択を行なえるようにする。
【解決手段】各送信アンテナ１５−１〜１５−Ｎtの一部であるいずれか複数と、各受信アンテナ２１−１〜２１−Ｎrのいずれか複数とから成る複数のアンテナグループの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するアンテナグループを選択し、選択されたアンテナグループを構成する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、選択された送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信方法並びに送信機及び受信機に関し、例えば、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output: 多入力多出力）を利用する無線システムにおける送受信アンテナ選択に好適な技術に関する。
に関する。
近年、周波数帯域を有効利用して大容量（高速）のデータ通信を可能とする技術として、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）が注目されている。ＭＩＭＯは、送受信双方に複数アンテナを用いて、即ち、複数アンテナを有する送信機及び複数アンテナを有する受信機を用いて、送信機の複数アンテナから独立したデータストリームを送信し、受信機の各受信アンテナで受信される信号から、伝播路上で混ざり合った複数の送信信号（データストリーム）を、通信路（チャネル）の状態（環境）を表すチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）（チャネル推定値とも呼ばれる）を用いて個々に分離することで、周波数帯域の拡大を必要とすることなく伝送レートを向上させる技術である。
ＭＩＭＯ通信システムでは、通常、基地局装置（ＢＳ：Base Station）側に移動局装置（ＭＳ：Mobile Station）側よりも多数のアンテナを採用する。また、状況によっては、伝送品質等を確保するため、ＢＳ及びＭＳは、互いに、中継（リレー）局装置（ＲＳ：Relay Station）を経由して通信を行なう場合もある。
従来のＭＩＭＯシステム（下記特許文献１参照）では、伝送容量を確保するため、ＢＳの受信アンテナをグループ化し、ＢＳは、その中で或る基準に基づいて選択されたアンテナグループを利用して、受信を行なう。
また、下記特許文献２の技術では、ＢＳの送信アンテナ数は４本と少ないため、送信アンテナを選択する場合、ある程度の計算量で可能である。
特開２００４−３１２３８１号公報 特開２００６−６７２３７号公報
しかしながら、従来の方法（特許文献１の技術）では、ＢＳが受信アンテナを選択する構成についてのみ開示しており、ＢＳの送信アンテナを選択する構成については開示も示唆もしていない。
また、特許文献２の技術では、ＢＳのアンテナ数が多くなると、最適なアンテナを探すのにはかなり時間がかかってしまう。
さらに、従来技術では、ＢＳ（送信機）側とＭＳ（受信機）側とで使用（選択）する送受信アンテナ数は通常同数（例えば、ＢＳ側２本、ＭＳ側２本の２×２ＭＩＭＯなど）であるため、通信環境によってはアンテナの条件が良くない場合があって、ロバスト（Robust）な伝送容量の確保に困難である。
また、ＲＳのアンテナ数が多くなる場合、ＢＳ側とＲＳ側のアンテナすべてを同時に使用すると、コスト、複雑度などが増大してしまう。加えて、ＢＳとＲＳとの間でアンテナ選択を行なう場合、アンテナ数が非常に多いため、最適なアンテナを探すのには非常に時間がかかってしまうことになる。
本発明は、以上のような課題に鑑み創案されたもので、従来よりも少ない演算量で高速に、無線環境に応じた最適な送信アンテナ及び受信アンテナの選択を行なえるようにすることを目的とする。
また、副次的に、無線環境に応じて、ＭＩＭＯ通信とプリコーディング送信（ビームフォーミング）とを選択的に行なって、通信の信頼度を維持できる伝送容量、電波到達範囲などの通信品質を確保できるようにすることも目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明では、以下の無線通信方法並びに送信機及び受信機を用いることを特徴としている。即ち、
（１）本発明の無線通信方法は、複数の送信アンテナを有する送信機と、複数の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、前記各送信アンテナの一部であるいずれか複数と、前記各受信アンテナのいずれか複数とから成る複数のアンテナグループの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するアンテナグループを選択し、前記選択されたアンテナグループを構成する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、前記選択された送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴としている。
（２）ここで、前記アンテナグループを構成する各送信アンテナは、隣接する複数の送信アンテナ又は基準送信アンテナから等距離にある複数の送信アンテナであるのが好ましい。
（３）また、或るアンテナグループを構成する送信アンテナの一部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していてもよい。
（４）さらに、前記アンテナグループを構成する送信アンテナ数は、当該アンテナグループを構成する受信アンテナ数よりも大きくてもよい。
（５）また、前記組み合わせの中で、受信アンテナ数と同数の送信アンテナによるＭＩＭＯ通信に関する基準を満足する組み合わせが存在するか否かを判定し、存在すると判定された場合には、当該組み合わせの送信アンテナを用いてＭＩＭＯ通信を行ない、存在しないと判定された場合には、前記組み合わせの送信アンテナのすべてを用いて、プリコーディング送信を行なうようにしてもよい。
（６）さらに、或るアンテナグループを構成する受信アンテナの一部又は全部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していてもよい。
（７）また、該受信機は、前記選択した送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせに関する情報を該送信機へ通知するようにしてもよい。
（８）さらに、本発明の無線通信方法は、Ｎt本（Ｎtは２以上の整数）の送信アンテナを有する送信機と、Ｎr本（Ｎrは２以上の整数）の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けし、前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択し、選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、前記選択された要素推定値の組み合わせに対応する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴としている。
（９）また、本発明の受信機は、Ｎt本（Ｎtは２以上の整数）の送信アンテナを有する送信機と、Ｎr本（Ｎrは２以上の整数）の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおける前記受信機であって、前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr≦Ｎr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けするグループ化手段と、該グループ化手段により得られた前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択するブロック選択手段と、該第１選択手段により選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択する要素推定値選択手段と、該ブロック選択手段又は該要素推定値選択手段による選択結果に基づいて該送信機のためのアンテナ選択情報を生成して該送信機へ通知する通知手段とをそなえたことを特徴としている。
（１０）さらに、本発明の送信機は、Ｎt（Ｎtは２以上の整数）本の送信アンテナを有し、付記１４記載の受信機との間で無線通信を行なう装置であって、該通知手段からの前記アンテナ選択情報を受信する受信手段と、該受信手段で受信された前記アンテナ選択情報に従って使用送信アンテナを選択するアンテナ選択手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
上記の本発明によれば、少なくとも以下に示すいずれかの効果ないし利点が得られる。
（１）送信アンテナ数が多いために送受信アンテナ数が非常に多くなっても（つまり、チャネルマトリクスの要素推定値数が非常に多くなっても）、従来よりも少ない演算量で高速に、無線環境に応じた最適な送信アンテナ及び受信アンテナの選択を行なって、無線環境に応じた最適な通信を実現することができる。また、コスト、複雑度なども削減することができる。
（２）所定（前記第１及び第２）のアンテナ選択基準を満足する送受信アンテナの組み合わせが存在すれば、その組み合わせの送受信アンテナでＭＩＭＯ通信を行ない、ＭＩＭＯ通信に適切な（前記第２のアンテナ選択基準を満足する）送受信アンテナの組み合わせが存在しなければ、プリコーディング送信（ビームフォーミング）を行なうことができるので、どんな無線環境でも、常に通信の信頼度を維持できる伝送容量、電波到達範囲などの通信品質を確保することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔Ａ〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態に係るマルチアンテナ無線通信システムの構成を示すブロック図で、この図１に示す無線通信システムは、少なくとも１台の送信機としての基地局装置（ＢＳ）１０と、少なくとも１台の受信機としての移動局装置（ＭＳ）２０とをそなえて構成され、ＢＳ１０は、その要部に着目すると、例えば、空間多重変調部１１，プリコーディング処理部１２，Ｌt（Ｌtは２以上の整数）個の送信ＲＦ部１３−１〜１３−Ｌt（以下、区別しない場合は送信ＲＦ部１３と表記する）と、アンテナスイッチ１４と、Ｎt（Ｎtは２以上の整数でＮt≧Ｌt）本の送信アンテナ１５−１〜１５−Ｎt（以下、区別しない場合は送信アンテナ１５と表記する）と、コードブックメモリ１６と、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７と、送信アンテナ選択制御部１８とをそなえて構成されている。
一方、ＭＳ２０は、その要部に着目すると、例えば、Ｎr（Ｎrは２以上の整数）本の受信アンテナ２１−１〜２１−Ｎr（以下、区別しない場合は受信アンテナ２１と表記する）と、Ｌr（Ｌrは２以上の整数でＬr≦Ｎr）個の受信ＲＦ部２３−１〜２３−Ｌr（以下、区別しない場合は受信ＲＦ部２３と表記する）と、ＭＩＭＯ受信信号処理部２４と、チャネル推定部２５と、アンテナ選択部（使用アンテナ決定部）２６と、コードブックメモリ２８と、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９とをそなえて構成されている。なお、受信ＲＦ部２３がＬr個ということは、ＭＳ２０（受信ＲＦ部２３）で一度に処理可能な受信データストリーム数がＬrであることを意味し、よって、その最大値は上記のようにＮrとなる。
（ＢＳ１０の構成説明）
ここで、ＢＳ１０において、空間多重変調部１１は、ターボ符号化などの所要の誤り訂正符号化によって得られた符号化系列を、所定の変調方式、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの信号点を有するシンボル（データチャネルの信号）にマッピングして変調するもので、例えば、Ｎs〔ただし、１≦Ｎs≦min（Ｌt，Ｌr）〕個の送信データストリームが得られるようになっている。なお、この空間多重変調１１では、データチャネルの信号以外に、チャネル推定に使用する、ＢＳ１０−ＭＳ２０間で既知の信号（パイロット信号あるいはプリアンブル信号）や、制御情報を伝送する制御チャネルの信号（制御シンボル）などの多重処理も行なうことができる。
プリコーディング処理部（プリコーディング手段）１２は、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７から与えられたプリコーディングマトリクス（行列）又はコードワードを用いて、Ｌs（１≦Ｌs≦Ｌr）個の送信データストリームをプリコーディングして、後述するごとく送信アンテナ選択制御部１８により選択されるＬt個の送信アンテナ１５にマッピングすることにより、Ｌt個の送信アンテナ１５によるビームフォーミングを行なうものである。ただし、当該プリコーディング（ビームフォーミング）は、後述するように送信データストリーム数Ｎs＜選択送信アンテナ数Ｌtの場合に（つまり、選択送信アンテナ数に応じて選択的に）実施され、送信データストリーム数Ｎs＝選択送信アンテナ数Ｌtの場合にはＭＩＭＯ多重送信を行なうべく実施されないよう制御される。
送信ＲＦ部１３は、それぞれ、Ｌt個の送信データストリームに関してＤＡ（Digital to Analog）変換や無線周波数（ＲＦ）への周波数変換（アップコンバート）等を含む所要の無線送信処理を行なうものであり、アンテナスイッチ１４は、送信アンテナ選択制御部１８の制御の下、送信に使用するＬt個の送信アンテナ１５を選択して送信ＲＦ部１３との接続を行なうものであり、送信アンテナ１５は、それぞれ、アンテナスイッチ１４を介して接続された送信ＲＦ部１３からの送信ＲＦ信号をＭＳ２０に向けて空間へ放射するものである。
コードブックメモリ１６は、前記プリコーディング時に用いるプリコーディングマトリクス（あるいはベクトル。以下、同じ。）を決定する際に用いるコードブック（コードワード）を予め記憶しておくものである。当該コードブックは、例えば、予め決めたユニタリ行列（Unitary Matrix）の集合として定義され（その要素をコードワードと定義する）、事前にデータストリーム数Ｎsと送信アンテナ数Ｌtとフィードバックビット数（Ｌ）とに基づいて決定される。なお、コードブック中の要素をコードワードと定義する。ＭＳ２０との間で同じコードブックを用いる必要があるため、ＭＳ２０側（コードブックメモリ２８）にも同じものが予め記憶される。
したがって、ＢＳ１０は、前記ＣＳＩに基づいて求められるプリコーディングマトリクスの要素情報すべてをＭＳ２０から通知（フィードバック）してもらわなくても、限られた情報（例えば、コードブックでのコードワードのインデックス）を通知してもらえば、その情報を基に使用すべきプリコーディングマトリクスを決定することが可能となる。このような限られた情報による通知方法をリミテッドフィードバック転送と呼び、ＭＳ２０からＢＳ１０へのアップリンクの帯域有効利用を図ることが可能である。
なお、前記インデックス等の限られた情報の転送は、本例では、図１中に符号４０で示すフィードバックチャネルを用いて行なう。当該フィードバックチャネル４０は、ＭＳ２０の送信系からＢＳ１０の受信系へのアップリンクのチャネルの１つであり、図１では、これらのＭＳ２０の送信系及びＢＳ１０の受信系の図示については省略している。
次に、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７は、ＭＳ２０からフィードバックチャネル４０により通知されてくるアンテナインデックス（アンテナ選択情報）を受信してアンテナ選択制御部１８へ通知するとともに、前記プリコーディングに必要なプリコーディングマトリクスをプリコーディング処理部１２に与えるもので、その際、フィードバックチャネル４０によりＭＳ２０から通知されたプリコーディングマトリクスをそのまま与えてもよいし、上記リミテッドフィードバック転送により通知された前記インデックスから特定されるコードワードを前記コードブックから選択しそれに対応するプリコーディングマトリクスを選択して与えてもよい。
送信アンテナ選択制御部１８は、前記アンテナ選択情報に従ってアンテナスイッチ１４を制御して送信ＲＦ部１３と送信アンテナ１５との接続を制御するものである。
（ＭＳ２０の構成説明）
一方、ＭＳ２０において、受信アンテナ２１は、それぞれ、ＢＳ１０の送信アンテナ１５から送信されたＲＦ信号を受信するものであり、受信ＲＦ部２３は、それぞれ、受信アンテナ２１での受信ＲＦ信号について、ベースバンド周波数への周波数変換（ダウンコンバート）やＡＤ（Analog to Digital）変換等を含む所要の無線受信処理を施すものである。
ＭＩＭＯ受信信号処理部２４は、受信ＲＦ部２３で処理された受信信号（ディジタルベースバンド信号）、即ち、空間多重された受信信号を送信データストリーム毎に分離して、復調、復号するものである。なお、当該分離処理は、例えば、前記パイロット信号（あるいは、プリアンブル信号。以下、同じ）とパイロットレプリカとの相関演算により求められるＣＳＩに基づいて、チャネル相関行列の逆行列を用いる方法や、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）アルゴリズムを用いる方法などを用いて実施することができる。
チャネル推定部２５は、受信ＲＦ部２３で処理されたパイロット信号とＭＳ２０が予め保有するパイロットレプリカとの相関演算により前記ＣＳＩを求める（つまり、チャネル応答を推定する）ものである。
使用アンテナ選択部２６は、所定のアンテナ選択基準に基づいてＢＳ１０との間の通信に使用する送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１の組み合わせを選択（決定）するもので、本例では、階層的な選択、即ち、送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１を複数の送信アンテナ１５及び複数の受信アンテナ２１から成る複数のアンテナグループにグループ分けし、各アンテナグループの中で第１のアンテナ選択基準を満足するアンテナグループを選択し、選択したアンテナグループの中でさらに第２のアンテナ選択基準を満足する送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１の組み合わせの選択を行なうようになっている。
なお、送信アンテナ数Ｎtが或る基準数よりも少ない場合は、全てのアンテナ組み合わせを選択対象としもよい。また、受信アンテナ２１については一部又は全部を各アンテナグループに共通の要素としてもよい。全部を共通の要素とした場合は、送信アンテナ１５のみを複数グループにグループ分けすることに相当する。
このようなグループ分けは、チャネル推定部２５により得られたＣＳＩ（チャネル行列）の要素推定値をグループ分けすることを意味し、アンテナグループの中から送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１の組み合わせを選択することは、当該チャネル行列の要素推定値の組み合わせを選択することを意味する。グループ分けの具体例、アンテナ選択基準などの詳細については後述する。
つまり、本例の使用アンテナ選択部２６は、各送信アンテナ１５と各受信アンテナ２１との間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けするグループ化手段としての機能を具備している。
コードブックメモリ２８は、既述のとおり、ＢＳ１０側と同じコードブックを予め記憶しておくものであり、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９は、チャネル推定部２５により得られたＣＳＩに基づいて、ＢＳ１０側での前記プリコーディングに必要な情報（フィードバック情報）を生成してフィードバックチャネル４０によりＢＳ１０へ通知するもので、前記ＣＳＩに基づいて計算したプリコーディングマトリクス、あるいは、前記リミテッドフィードバック転送の場合に、コードブックメモリ２８におけるコードブックを検索して得られたコードワードのインデックスを前記フィードバック情報として生成できるようになっている。
（システム動作説明）
以下、上述のごとく構成された本実施形態のＭＩＭＯ通信システムの動作、特に、アンテナ選択方法に着目した動作について、図２〜図５を併用して詳述する。
まず、図５に示すように、ＢＳ１０及びＭＳ２０は、事前に、自己の送信／受信アンテナ数やデータストリームの処理能力などに関する情報を互いに送受することにより、通信相手のアンテナ数や処理能力を把握する（ステップＳ１１，Ｓ２１）。
そして、ＢＳ１０は、パイロット信号をＭＳ２０に向けて送信し（ステップＳ１２）、ＭＳ２０は、チャネル推定部２５にて、受信パイロット信号とパイロットレプリカとの相関演算によりチャネル応答を推定する（ＣＳＩを求める）（ステップＳ２２）。
そして、ＭＳ２０は、得られたＣＳＩに基づき、所定のアンテナ選択基準を満足するアンテナグループを１つ選択する。即ち、ＢＳ１０の各送信アンテナ１５を、１グループあたりの送信アンテナ数（Ｌt）がＭＳ２０側で使用可能な受信アンテナ数（Ｌr）よりも多くなるように複数のアンテナグループにグループ分けし、当該アンテナグループの中で、前記アンテナ選択基準を満足するアンテナグループを１つ選択する。
ここで、上記グループ分けは、例えば図２に模式的に示すように、隣接するＬt本の送信アンテナ１５を１グループとしてもよいし、図４に模式的に示すように、或る送信アンテナ１５を基準アンテナとして等間隔（等距離）にあるＬt本の送信アンテナ１５を１グループとしてもよい。
仮に、ＢＳ１０の送信アンテナ数Ｎt＝９、ＭＳ２０の受信アンテナ数Ｎr＝Ｌr＝２、１アンテナグループあたりの送信アンテナ数Ｌt＝３とした場合、図２に示すようなグループ分けは、図３に示すように、Ｌr×Ｎt＝２×９のマトリクスとして得られるチャネル行列の１８個の要素推定値（ｈij：ｉ＝１〜９，ｊ＝１〜９）をＬr×Ｌt＝２×３（＝６）の隣接する要素推定値から成る３つのブロック（２×３の行列Ｈs）にグループ分けすることと等価であり、したがって、アンテナグループを選択するということは、当該ブロック単位で前記アンテナ選択基準を満足するブロックを選択することと等価である。
同様の理論により、図４に示すようなグループ分けは、Ｌr×Ｎt＝２×９のマトリクスとして得られるチャネル行列において等距離にある２×３＝６個の要素推定値から成るブロック（チャネル行列Ｈs）にグループ分けすることを意味する。この場合、１アンテナグループで複数のＭＳ２０に対する通信（マルチユーザＭＩＭＯ伝送）が可能である。
このように、１ブロック（行列Ｈs）を構成する要素推定値の選定方法、つまり、アンテナグループのグループ分けの仕方は、上記以外にも種々考えられることになり、例えば、或るブロックに属する要素推定値が、他のブロックに重複して属するようにグループ分けすることも可能である。もっとも、演算量をできるだけ少なくするためには、図２（図３）や図４に示すような単純なグループ分けを行なう方が好ましい。
さて、ＭＳ２０（使用アンテナ決定部２６）は、上記のようなグループ分けを前提として、具体的には、下記（ａ）〜（ｃ）に示すいずれかのアンテナ選択基準、つまりはＢＳ１０との間の通信品質に関する第１のアンテナ選択基準を用いて、まずアンテナグループ（要素推定値のブロック）の選択を行なう。つまり、使用アンテナ決定部２６は、前記要素推定値の複数ブロックの中で、下記（ａ）〜（ｃ）のいずれかのアンテナ選択基準を満足するブロックを選択するブロック選択手段としての機能を具備している。
（ａ）容量（Capacity）選択基準
ＭＳ２０（使用アンテナ決定部２６）は、下記の式（１）により、ＢＳ１０との間の通信容量（Capacity）を最大化するアンテナグループを選択する。
Figure 2008092433
ただし、上記式（１）において、Ｈsはアンテナグループのチャネル行列、ρは当該アンテナグループにおける各受信アンテナ２１の平均ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、detは行列式（determinant）、Ｈs′はＨsの複数共役転置を表す。
（ｂ）特異値（Singular value）選択基準
ＭＳ２０（使用アンテナ決定部２６）は、下記の式（２）により、チャネル行列Ｈsの最小特異値（Minimum singular value）λmin｛Ｈs｝を最大化する（これは最小ＳＮＲを最大化することを意味する）アンテナグループを選択する。
Figure 2008092433
（ｃ）条件数（Condition Number）選択基準
ＭＳ２０（使用アンテナ決定部２６）は、下記の式（３）により、チャネルの条件数、即ち、チャネル行列Ｈsの最大特異値λmax｛Ｈs｝を最小特異値λmin｛Ｈs｝で除した値を最小化する（これは誤り率を最適化することを意味する）アンテナグループを選択する。
Figure 2008092433
さて、上述のごとくアンテナグループが選択されると、次に、ＭＳ２０（使用アンテナ決定部２６）は、図５に示すように、選択したアンテナグループにおける送信アンテナ数と受信アンテナ数とを比較して、送信アンテナ数Ｌtと受信アンテナ数Ｌrとが同じか否かを判定する（ステップＳ２４）。
その結果、同じであれば、ＭＳ２０は、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９により、選択した送信アンテナ１５のインデックスをフィードバックチャネル４０によりＢＳ１０へ送信（通知）する（ステップＳ２４のＹルートからステップＳ２５）。
一方、送信アンテナ数Ｌtと受信アンテナ数Ｌrとが同じでなければ、即ち、送信アンテナ数Ｌt＞受信アンテナ数Ｌr（データストリーム数Ｎs）であれば、使用アンテナ決定部２６は、選択アンテナグループ内の送信アンテナ数Ｌtと受信アンテナ数Ｌrとを同数に調整した上で、当該選択アンテナグループ内の全ての送受信アンテナ組み合わせを検索し、所定のアンテナ選択基準（通信品質に基づく第２のアンテナ選択基準）を満足する（例えば、前記チャンネルの条件数が或る閾値以下である）か否かを再判定する（ステップＳ２６，Ｓ２７）。
なお、当該再判定対象とする送受信アンテナ数の調整（選択）は、例えば、各アンテナ１５，２１のＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio）を計算し、最小のＳＩＮＲをもつアンテナ１５，２１を除外することによって行なってもよいし、ＳＩＮＲ或いは平均電力の大きいアンテナ１５，２１を選択することによって行なってもよい。
その結果、当該アンテナ選択基準を満足する場合、ＭＳ２０は、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９により、前記ステップＳ２５と同様に、選択された送信アンテナ１５のインデックスをフィードバックチャネル４０によりＢＳ１０へ送信（通知）する（ステップＳ２７のＹルートからステップＳ２８）。
つまり、使用アンテナ決定部２６は、前記のブロック選択手段により選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択する要素推定値選択手段としての機能を具備し、当該選択手段が、さらに、前記要素推定値の組み合わせの中で、受信アンテナ数と同数の送信アンテナ１５によるＭＩＭＯ通信に関する基準を満足する組み合わせが存在するか否かを判定する判定部としての機能を具備している。
また、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９は、使用アンテナ決定部２６（ブロック選択手段又は要素推定値選択手段）による選択結果に基づいてＢＳ１０のためのアンテナ選択情報を生成してＢＳ１０へ通知する通知手段としての機能を具備している。
一方、アンテナ選択基準を満足しない場合、使用アンテナ決定部２６は、さらに、固有モード転送を実施するか否かを判定する（ステップＳ２７のＮルートからステップＳ２９）。その結果、使用アンテナ決定部２６にて固有モード転送を実施すると判定された場合、ＭＳ２０は、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９により、ＣＳＩ（チャネルマトリクス）の特異値分解（Singular Value Decomposition：ＳＶＤ）を計算してプリコーディングマトリクスを求め（詳細は後述）、これをフィードバックチャネル４０によりＢＳ１０へ送信する（ステップＳ２９のＹルートからステップＳ３０）。
これに対し、使用アンテナ決定部２６にて固有モード転送を実施しない（つまり、リミテッドフィードバック転送を実施する）と判定された場合、ＭＳ２０は、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９により、コードブックメモリ２８においてコードブックでのコードワードのインデックスを検索し、当該コードワードのインデックスをフィードバックチャネル４０によりＢＳ１０に送信する（ステップＳ２９のＮルートからステップＳ３１）。
つまり、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９（通知手段）は、前記判定部にて前記要素推定値の組み合わせが存在すると判定された場合には、当該組み合わせに応じた前記アンテナ選択情報（アンテナインデックス）を生成し、当該判定部にて存在しないと判定された場合には、前記組み合わせの要素推定値に基づいて、ＢＳ１０によるプリコーディング送信に必要なプリコーディング情報（プリコーディングマトリクス又はコードワードのインデックス）を前記アンテナ選択情報として生成してＢＳ１０へ通知するアンテナ選択情報生成部としての機能も具備している。
一方、ＢＳ１０では、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７により、上記のステップＳ２５又はＳ２８にてＭＳ２０からフィードバックチャネル４０により通知されたアンテナインデックスに基づいて、ＭＩＭＯ多重送信を行なうか否かを判定する（ステップＳ１３）。即ち、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７は、送信データストリーム数Ｎs＝選択送信アンテナ数Ｌtの場合にＭＩＭＯ多重送信を行なうと判断する。
その結果、ＭＩＭＯ多重送信を行なうと判断されると、ＢＳ１０は、送信アンテナ選択制御部１８によりアンテナスイッチ１４を制御して、上記通知されたアンテナインデックスにより特定される送信アンテナ１５と送信データストリームの存在する送信ＲＦ部１３とを接続し、ＭＩＭＯ多重送信を行なう（ステップＳ１３のＹルートからステップＳ１４）。
一方、ＭＩＭＯ多重送信を行なわないと判断されると、ＢＳ１０（プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７）は、固有モード転送を行なうか否かを判定する（ステップＳ１３のＮルートからステップＳ１５）。その結果、前記ステップＳ２８においてＭＳ２０からフィードバックチャネル４０によりプリコーディングマトリクスが通知されていて固有モード転送を行なうと判定した場合、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７は、当該プリコーディングマトリクスをプリコーディング処理部１２に与える。また、送信アンテナ選択制御部１８によりアンテナスイッチ１４を制御して、送信データストリームの存在する送信ＲＦ部１３と、選択された送信アンテナ１５（この場合の送信アンテナ数はＭＳ２０側で選択された受信アンテナ数よりも多い）とを接続する。
これにより、ＢＳ１０は、ＭＳ２０側の受信アンテナ数（送信データストリーム数）よりも多い送信アンテナ１５を用いて前記プリコーディングによるビームフォーミングを行なってＭＳ２０に対する送信を行なう（ステップＳ１５のＹルートからステップＳ１６）。
これに対し、前記ステップＳ３０においてＭＳ２０からフィードバックチャネル４０によりコードワードのインデックスが通知されていて固有モード転送ではなくリミテッドフィードバック転送を行なうと判定した場合、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７は、当該コードワードのインデックスを基に対応するコードブックをコードブックメモリ１６において検索し、当該コードブックを基にプリコーディングマトリクスを決定してプリコーディング処理部１２に与える。また、固有モード転送の場合と同様に、送信アンテナ選択制御部１８によりアンテナスイッチ１４を制御して、送信データストリームの存在する送信ＲＦ部１３と、選択された送信アンテナ１５（この場合も、送信アンテナ数はＭＳ２０側で選択された受信アンテナ数よりも多い）とを接続する。
これにより、ＢＳ１０は、ＭＳ２０側の受信アンテナ数（送信データストリーム数）よりも多い送信アンテナ１５を用いて前記プリコーディングによるビームフォーミングを行なってＭＳ２０に対する送信を行なう（ステップＳ１５のＮルートからステップＳ１７）。
つまり、プリコーディング処理部１２は、プリコーディングマトリクス／コードワード選択部１７にてアンテナ選択情報としてプリコーディング情報（プリコーディングマトリクス又はコードワード）が受信されると、当該プリコーディング情報に基づいて、前記要素推定値の組み合わせに対応する送信アンテナ１５によるプリコーディング送信を行なうのである。
なお、ＢＳ１０の１アンテナグループ内の各送信アンテナ１５が複数のＭＳ２０に対して重複していない場合（例えば前記図４のような場合）は、各ＭＳ２０に対して同時送信することが可能であるし、ＢＳ１０の１アンテナグループ内の一部又は全部の送信アンテナ１５が複数のＭＳ２０に対して重複している場合は、重複している送信アンテナ１５については時分割送信を行なえばよい。
ＴＤＤ（Time Division Duplex）の場合、チャネルの相互関係（reciprocity）から、ＢＳ１０とＭＳ２０とがサウンディング（sounding）により、チャネル情報を測定することができる。ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）の場合は、ＭＳ２０からＢＳ１０へのフィードバックにより、ＢＳ１０はダウンリンクのチャネル情報を把握することができる。
また、定期的に、あるいは、不定期に、ＢＳ１０が把握しているＭＳ２０の受信品質情報などをＭＳ２０へ転送して、必要に応じて上述した階層的なアンテナ選択、プリコーディング処理を再実施するようにすれば、最新の伝搬環境に適応することが可能である。
（プリコーディング処理の説明）
次に、前記プリコーディング処理（ビームフォーミング）を実施する上での前記固有モード転送及びリミテッドフィードバック転送の詳細についてそれぞれ説明する。
（固有モード転送）
ＢＳ１０とＭＳ２０との間で完全なＣＳＩを既知とする場合、ＭＳ２０のプリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９は、ＣＳＩを特異値分解（ＳＶＤ）し、分解されたマトリクスをプリコーディングマトリクスとして求める。
例えば、Ｎs個の送信データストリーム、Ｌt個の送信アンテナ１５、Ｌr個の受信アンテナ２１、Ｎs≦min（Ｌt，Ｌr）とした場合、ＣＳＩ（チャネルマトリクスＨ）はＬr×Ｌtのマトリクスであり、Ｈを特異値分解すると、以下の式（４），（５）で表現される。
Figure 2008092433
なお、Ｕは左特異マトリクス、Ｖは右特異マトリクス、Ｄは対角マトリクスを表し、その要素λ1，…，λmは固有モードの利得に比例する。固有モードの利得は、順序付けを行ない、第１固有モードλ1が最大、第ｍ固有モードλmが最小の利得を有する。ｍはチャネルマトリクスＨのランク（rank）を表す。
そして、プリコーディングを行なう場合、最適なプリコーディングマトリクスは右特異マトリクスＶの左のＮs列である（Ｖ1:Nsで表示される）。したがって、ＢＳ１０のプリコーディング処理部１２は、プリコーディングマトリクスＦ＝Ｖ1:Nsを使って、以下の式（６）で、Ｎs個の送信データストリームをＬt個の送信アンテナ１５にマッピングする。
Figure 2008092433
ここで、ｓはＮs×１送信データベクトルを表し、ｘはＬt×１送信アンテナデータベクトルを表す。
したがって、受信側（ＭＳ２０）では受信信号ｙを以下の式（７）により表現することができる。
Figure 2008092433
ここで、ｎはＬr×１の雑音ベクトルを表す。また、ｙはＬr×１の受信信号を表し、各受信アンテナ２１の信号は送信信号の重なりとなっている。ｙ，Ｈ，ＦをＭＳ２０で既知として、送信信号
Figure 2008092433
を得るために、下記式（８）において、Maximum likelihood（ＭＬ）法を適用できるが、複雑度が膨大であるため、下記式（９）や式（１０）で表されるような複雑度の小さい線形デコーダを採用するのが好ましい。
Figure 2008092433
ただし、Ｑ［］はデマッパ（Demapper）を表し、ＧはＮs×Ｌrのマトリクスを表す。
即ち、ＺＦ（Zero Forcing）線形デコーダを適用する場合は、上記式（８）におけるＧは下記式（９）で表すことができる。
Figure 2008092433
ただし、（）+はマトリクスpseudo-inverseを表す。
また、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）線形デコーダを適用する場合は、上記式（８）におけるＧは下記式（１０）で表すことができる。
Figure 2008092433
ただし、（）-1はマトリクス反転を表す。
（リミテッドフィードバック転送）
以下に、リミテッドフィードバック転送原理を説明する。
事前に、送信データストリーム数Ｎs、送信アンテナ数Ｌt、フィードバックビット数（Ｌ）に基づいて、送信側（ＢＳ１０）と受信側（ＭＳ２０）との間で同一のコードブックが決定される。そして、既述のとおり、ＢＳ１０とＭＳ２０とがそれぞれ同一のコードブックをコードブックメモリ１６，２８に記憶しており既知であると仮定する。
ＭＳ２０では、チャネル推定部２５にてチンネル推定を行ない、ＣＳＩを求め、そのＣＳＩに基づき、例えば下記(1)〜(3)に示すいずれかの基準により、最適コードワードを選択する。
(1)ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）選択基準
ＭＳ２０（プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９）で用いるＭＳＥ（Mean Square Error）は、ＨとＦをそれぞれ既知として、以下の式（１１）で表現することができる。
Figure 2008092433
プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９は、この式（１１）のＭＳＥのTrace(tr)、或いは、Determinant(det)を最小化するコードワードをコードブックの中から選択する。即ち、以下の式（１２）又は式（１３）により選択される。
Figure 2008092433
(2)容量（Capacity）選択基準
ＭＳ２０（プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９）は、下記式（１４）により、容量（Capacity）を最大化するように、コードブックの中からコードワードを選択することができる。
Figure 2008092433
(3)特異値（Singular value）選択基準
ＭＳ２０（プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９）は、最小特異値（Minimum singular value）を最大化するように、コードブックの中からコードワードを選択することができる。
Figure 2008092433
そして、ＭＳ２０（プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９）は、以上のような基準によって選択されたコードワードのインデックス（Ｌビット）をフィードバックチャンネル４０でＢＳ１０に転送する。
これにより、ＢＳ１０では、既述のとおり、受信したインデックスを基に、対応しているコードブックを使ってマトリクス（又はベクトル）をプリコーディングマトリクスとして利用する。なお、当該リミテッドフィードバック転送の場合も、固有モードの場合と同様に、線形デコーダ（ＺＦ線形デコーダ、或いは、ＭＭＳＥ線形デコーダ）を適用することができる。
以上のように、本実施形態によれば、ＢＳ１０側の送信アンテナ１５及びＭＳ２０側の受信アンテナ２１を複数の送信アンテナ１５及び複数の受信アンテナ２１から成る複数のアンテナグループにグループ分けし、各アンテナグループの中で第１のアンテナ選択基準を満足するアンテナグループを選択し、選択したアンテナグループの中でさらに第２のアンテナ選択基準を満足する送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１の組み合わせの選択を行なうので、特にＢＳ１０側の送信アンテナ１５の数が多いために送受信アンテナ数が非常に多くなっても（つまり、チャネルマトリクスの要素推定値数が非常に多くなっても）、従来よりも少ない演算量で高速に、無線環境に応じた最適な送信アンテナ１５及び受信アンテナ２１の選択を行なって、無線環境に応じた最適な通信を実現することができる。また、コスト、複雑度なども削減することができる。
さらに、１アンテナグループ内の受信アンテナ数よりも送信アンテナ数の方が多くなるようにグループ分けしておき、所定（前記第１及び第２）のアンテナ選択基準を満足する送受信アンテナの組み合わせが存在すれば、その組み合わせの送受信アンテナでＭＩＭＯ通信を行ない、ＭＩＭＯ通信に適切な（前記第２のアンテナ選択基準を満足する）送受信アンテナの組み合わせが存在しなければ、受信アンテナ数よりも多い送信アンテナ１５を用いてプリコーディング（ビームフォーミング）を行なうので、どんな無線環境でも、常に通信の信頼度を維持できる伝送容量、電波到達範囲などの通信品質を確保することができる。
なお、ＢＳ１０がＭＳ２０からの信号を受信する場合、全ての受信アンテナを利用するのではなく、アンテナグループを選択するようにすれば、最大比合成（ＭＲＣ：Maximum. Ratio Combining）による性能改善を図ることができる。
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図６は本発明の第２実施形態に係るマルチアンテナ無線通信システムの構成を示すブロック図で、この図６に示す無線通信システムは、少なくとも１台の基地局装置（ＢＳ）１０と、少なくとも１台の中継（リレー）局装置（ＲＳ）３０とをそなえて構成され、ＢＳ１０は第１実施形態と同様に構成され、ＲＳ３０は、その要部に着目すると、例えば、Ｎr（Ｎrは２以上の整数）本の受信アンテナ３１−１〜３１−Ｎr（以下、区別しない場合は受信アンテナ３１と表記する）と、アンテナスイッチ３２と、Ｌr（Ｌrは２以上の整数でＬr≦Ｎr）個の受信ＲＦ部３３−１〜３３−Ｌr（以下、区別しない場合は受信ＲＦ部３３と表記する）と、ＭＩＭＯ受信信号処理部３４と、チャネル推定部３５と、アンテナ選択部（使用アンテナ決定部）３６と、アンテナ選択制御部３７と、コードブックメモリ３８と、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部３９とをそなえて構成されている。
つまり、本例のＲＳ３０は、図１に示したＭＳ２０とほぼ同様の構成を有するが、アンテナスイッチ３２と、受信アンテナ選択制御部３７とをそなえることで、使用する受信アンテナ３１の選択を行なうことが可能となっているのである。
即ち、アンテナスイッチ３２は、受信アンテナ選択制御部３７からの制御に従って任意の受信アンテナ３１と任意の受信ＲＦ部３３とを接続するものであり、受信アンテナ選択制御部２７は、第１実施形態と同様の手順により使用アンテナ選択部３６にて決定（選択）された受信アンテナ３１と受信ＲＦ部３３とを接続制御するものである。
なお、受信アンテナ３１、受信ＲＦ部３３、ＭＩＭＯ受信信号処理部３４、チャネル推定部３５、使用アンテナ決定部３６、受信アンテナ選択制御部３７、コードブック３８、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部３９は、それぞれ、第１実施形態にて既述の受信アンテナ２１、受信ＲＦ部２３、ＭＩＭＯ受信信号処理部２４、チャネル推定部２５、使用アンテナ選択部２６、受信アンテナ選択制御部２７、コードブック２８、プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部２９と同一若しくは同様のものである。
ただし、本例では、ＢＳ１０がＲＳ３０と通信する場合、ＲＳ３０側の全ての受信アンテナ３１を１アンテナグループの構成要素とするのではなく、例えば図７に模式的に示すように、受信アンテナ３１についてもグループ分けを行なう。この場合も、図２又は図４に示したように、ＢＳ１０とＲＳ３０とでそれぞれ近隣又は等間隔アンテナを１アンテナグループの構成要素としてグループ化することができる。また、本例においても、１アンテナグループを構成する送信アンテナ１５又は受信アンテナ３１の一部が、他のアンテナグループの構成要素として重複していてもよい。さらに、１アンテナグループを構成するＢＳ１０側の送信アンテナ数はＲＳ３０側の受信アンテナ数よりも多い方が好ましい。
かかるグループ分けを前提として、本例においても、第１実施形態と同様に、階層的なアンテナ選択を行なうことで、無線環境に応じた最適な送受信アンテナの組み合わせを選択して、ＭＩＭＯ通信又はプリコーディングによるビームフォーミングを行なう。
即ち、ＲＳ３０は、チャネル推定部３５にて求められたＣＳＩに基づいて、使用アンテナ決定部３６により、アンテナグループの中で前記第１のアンテナ選択基準を満足するアンテナグループを選択し、選択したアンテナグループの中で、前記第２のアンテナ選択基準を満足する送信アンテナ１５及び受信アンテナ３１の組み合わせを選択する。そして、同じ数の送信アンテナ１５及び受信アンテナ３１の組み合わせが存在すれば、ＭＩＭＯ送信を行ない、それ以外の場合は、選択したアンテナグループ内の全送信アンテナ１５を使って、プリコーディング（ビームフォーミング）を行なう。
より詳細な動作については、図５においてＭＳ２０をＲＳ３０に読み替えたステップＳ１１〜Ｓ１７、Ｓ２１〜Ｓ３１と同様である。ただし、ＲＳ３０では、ステップＳ２５又はＳ２８においてアンテナインデックスをＢＳ１０に送信する際、受信アンテナ選択制御部２７に選択した受信アンテナ２１のインデックスを通知することにより、受信アンテナ選択制御部２７に、選択受信アンテナ２１と受信ＲＦ部２３との間の接続制御を行なわせることになる。
以上のように、ＢＳ１０とＲＳ３０との間の通信についても、第１実施形態と同様のアンテナ選択手順を適用することで、従来よりも少ない演算量で高速に、無線環境に応じた最適な送信アンテナ１５及び受信アンテナ３１の選択を行なって、無線環境に応じた最適な通信を実現することができる。また、コスト、複雑度なども削減することができる。さらに、無線環境に応じて、ＭＩＭＯ通信と、受信アンテナ数よりも多い送信アンテナ１５でのプリコーディング（ビームフォーミング）とを選択的に実施するので、どんな無線環境でも、常に通信の信頼度を維持できる伝送容量、電波到達範囲などの通信品質を確保することができる。
なお、ＲＳ３０とＭＳ２０との間の通信についても、第１実施形態においてＢＳ１０をＲＳ３０に読み替えて適用したアンテナ選択方法を適用すれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態においても、ＢＳ１０がＲＳ３０からの信号を受信する場合、あるいは、ＲＳ３０がＭＳ２０からの信号を受信する場合、全ての受信アンテナを利用するのではなく、アンテナグループを選択するようにすれば、最大比合成（ＭＲＣ）による性能改善を図ることができる。
〔Ｃ〕付記
（付記１）
複数の送信アンテナを有する送信機と、複数の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、
前記各送信アンテナの一部であるいずれか複数と、前記各受信アンテナのいずれか複数とから成る複数のアンテナグループの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するアンテナグループを選択し、
前記選択されたアンテナグループを構成する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、
前記選択された送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
（付記２）
前記アンテナグループを構成する各送信アンテナは、隣接する複数の送信アンテナ又は基準送信アンテナから等距離にある複数の送信アンテナであることを特徴とする、付記１記載の無線通信方法。
（付記３）
或るアンテナグループを構成する送信アンテナの一部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していることを特徴とする、付記１又は２に記載の無線通信方法。
（付記４）
前記アンテナグループを構成する送信アンテナ数は、当該アンテナグループを構成する受信アンテナ数よりも大きいことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
（付記５）
前記組み合わせの中で、受信アンテナ数と同数の送信アンテナによるＭＩＭＯ通信に関する基準を満足する組み合わせが存在するか否かを判定し、
存在すると判定された場合には、当該組み合わせの送信アンテナを用いてＭＩＭＯ通信を行ない、
存在しないと判定された場合には、前記組み合わせの送信アンテナのすべてを用いて、プリコーディング送信を行なうことを特徴とする、付記４記載の無線通信方法。
（付記６）
或るアンテナグループを構成する受信アンテナの一部又は全部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していることを特徴とする、付記１記載の無線通信方法。
（付記７）
該受信機が、前記選択した送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせに関する情報を該送信機へ通知することを特徴とする、付記１記載の無線通信方法。
（付記８）
前記アンテナグループのグループ分けは、受信アンテナ数又は該受信機で処理可能なデータストリーム数に基づいて決定されることを特徴とする、付記１記載の無線通信方法。
（付記９）
少なくとも該受信機が、前記受信アンテナ数又は前記データストリーム数に関する情報を該送信機へ通知することを特徴とする、付記７記載の無線通信方法。
（付記１０）
Ｎt本（Ｎtは２以上の整数）の送信アンテナを有する送信機とＮr本（Ｎrは２以上の整数）の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、
前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けし、
前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択し、
選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、
前記選択された要素推定値の組み合わせに対応する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
（付記１１）
該送信機が、基地局装置であり、該受信機が、移動局装置であることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信方法。
（付記１２）
該送信機が、基地局装置であり、該受信機が、中継局装置であることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信方法。
（付記１３）
該送信機が、中継局装置であり、該受信機が、移動局装置であることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信方法。
（付記１４）
Ｎt（Ｎtは２以上の整数）本の送信アンテナを有する送信機と、Ｎr（Ｎrは２以上の整数）本の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおける前記受信機であって、
前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr≦Ｎr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けするグループ化手段と、
該グループ化手段により得られた前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択するブロック選択手段と、
該ブロック選択手段により選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択する要素推定値選択手段と、
該ブロック選択手段又は該要素推定値選択手段による選択結果に基づいて該送信機のためのアンテナ選択情報を生成して該送信機へ通知する通知手段とをそなえたことを特徴とする、受信機。
（付記１５）
前記ブロックは、Ｎt×Ｎrのチャネル行列において隣接する複数の要素推定値又は基準要素推定値から等距離にある複数の要素推定値から成ることを特徴とする、付記１４記載の受信機。
（付記１６）
或るブロック内の一部の要素推定値が、異なるブロックの要素推定値として重複していることを特徴とする、付記１４又は１５に記載の受信機。
（付記１７）
Ｌt＞Ｌrであることを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１８）
該要素推定値選択手段が、
前記要素推定値の組み合わせの中で、受信アンテナ数と同数の送信アンテナによるＭＩＭＯ通信に関する基準を満足する組み合わせが存在するか否かを判定する判定部をそなえるとともに、
該通知手段が、
該判定部にて存在すると判定された場合には、当該組み合わせに応じた前記アンテナ選択情報を生成し、該判定部にて存在しないと判定された場合には、前記組み合わせの要素推定値に基づいて、該送信機によるプリコーディング送信に必要なプリコーディング情報を前記アンテナ選択情報として生成して該送信機へ通知するアンテナ選択情報生成部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１４記載の受信機。
（付記１９）
Ｎt（Ｎtは２以上の整数）本の送信アンテナを有する送信機と、付記１４記載の受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおける前記送信機であって、
該通知手段からの前記アンテナ選択情報を受信する受信手段と、
該受信手段で受信された前記アンテナ選択情報に従って使用送信アンテナを選択するアンテナ選択手段とをそなえて構成されたことを特徴とする、送信機。
（付記２０）
該受信手段にて前記アンテナ選択情報としてプリコーディング情報が受信されると、当該プリコーディング情報に基づいて、前記要素推定値の組み合わせに対応する送信アンテナによるプリコーディング送信を行なうプリコーディング手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記１９記載の送信機。
本発明の第１実施形態に係るマルチアンテナ無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示すシステムにおけるアンテナグループ化を説明するための模式図である。 第１実施形態に係るアンテナグループ化に対応するチャネルマトリクスのグループ化を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるアンテナグループ化の他の例を説明するための模式図である。 第１実施形態に係るシステム動作（アンテナ選択方法）を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るマルチアンテナ無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図６に示すシステムにおけるアンテナグループ化を説明するための模式図である。
符号の説明
１０ 基地局装置（ＢＳ：Base Station）
１１ 空間多重変調部
１２ プリコーディング処理部
１３−１〜１３−Ｌt） 送信ＲＦ部
１４ アンテナスイッチ
１５−１〜１５−Ｎt 送信アンテナ
１６ コードブックメモリ
１７ プリコーディングマトリクス／コードワード選択部
１８ 送信アンテナ選択制御部
２０ 移動局装置（ＭＳ：Mobile Station）
２１−１〜２１−Ｎr 受信アンテナ
２３−１〜２３−Ｎr 受信ＲＦ部
２４ ＭＩＭＯ受信信号処理部
２５ チャネル推定部
２６ アンテナ選択部（使用アンテナ決定部）
２８ コードブックメモリ
２９ プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部
３０ 中継（リレー）局装置（ＲＳ：Relay Station）
３１−１〜３１−Ｎr 受信アンテナ
３２ アンテナスイッチ
３３−１〜３３−ＮR 受信ＲＦ部
３４ ＭＩＭＯ受信信号処理部
３５ チャネル推定部
３６ アンテナ選択部（使用アンテナ決定部）
３７ 受信アンテナ選択制御部
３８ コードブックメモリ
３９ プリコーディングマトリクス計算／コードワード検索部
４０ フィードバックチャネル

Claims (10)

  1. 複数の送信アンテナを有する送信機と、複数の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、
    前記各送信アンテナの一部であるいずれか複数と、前記各受信アンテナのいずれか複数とから成る複数のアンテナグループの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するアンテナグループを選択し、
    前記選択されたアンテナグループを構成する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、
    前記選択された送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
  2. 前記アンテナグループを構成する各送信アンテナは、隣接する複数の送信アンテナ又は基準送信アンテナから等距離にある複数の送信アンテナであることを特徴とする、請求項１記載の無線通信方法。
  3. 或るアンテナグループを構成する送信アンテナの一部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線通信方法。
  4. 前記アンテナグループを構成する送信アンテナ数は、当該アンテナグループを構成する受信アンテナ数よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
  5. 前記組み合わせの中で、受信アンテナ数と同数の送信アンテナによるＭＩＭＯ通信に関する基準を満足する組み合わせが存在するか否かを判定し、
    存在すると判定された場合には、当該組み合わせの送信アンテナを用いてＭＩＭＯ通信を行ない、
    存在しないと判定された場合には、前記組み合わせの送信アンテナのすべてを用いて、プリコーディング送信を行なうことを特徴とする、請求項４記載の無線通信方法。
  6. 或るアンテナグループを構成する受信アンテナの一部又は全部が、異なるアンテナグループの構成要素として重複していることを特徴とする、請求項１記載の無線通信方法。
  7. 該受信機が、前記選択した送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせに関する情報を該送信機へ通知することを特徴とする、請求項１記載の無線通信方法。
  8. Ｎt本（Ｎtは２以上の整数）の送信アンテナを有する送信機と、Ｎr本（Ｎrは２以上の整数）の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、
    前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けし、
    前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択し、
    選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択し、
    前記選択された要素推定値の組み合わせに対応する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせの一部又は全部を用いて前記通信を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
  9. Ｎt本（Ｎtは２以上の整数）の送信アンテナを有する送信機と、Ｎr本（Ｎrは２以上の整数）の受信アンテナを有する受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおける前記受信機であって、
    前記各送信アンテナと前記各受信アンテナとの間について得られるＮt×Ｎr個のチャネル推定値を、Ｌt×Ｌr個（ただし、Ｌt＜Ｎt、Ｌr≦Ｎr）の要素推定値から成る複数ブロックにグループ分けするグループ化手段と、
    該グループ化手段により得られた前記複数ブロックの中で、通信品質に関する第１の選択基準を満足するブロックを選択するブロック選択手段と、
    該第１選択手段により選択されたブロックの要素推定値の組み合わせの中で、通信品質に関する第２の選択基準を満足する組み合わせを選択する要素推定値選択手段と、
    該ブロック選択手段又は該要素推定値選択手段による選択結果に基づいて該送信機のためのアンテナ選択情報を生成して該送信機へ通知する通知手段とをそなえたことを特徴とする、受信機。
  10. Ｎt（Ｎtは２以上の整数）本の送信アンテナを有する送信機と、請求項９記載の受信機との間で無線通信を行なう無線通信システムにおける前記送信機であって、
    該通知手段からの前記アンテナ選択情報を受信する受信手段と、
    該受信手段で受信された前記アンテナ選択情報に従って使用送信アンテナを選択するアンテナ選択手段とをそなえて構成されたことを特徴とする、送信機。
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