JP2013042401A - 無線装置及び通信制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭＩ推定における演算量を低減させる。
【解決手段】無線装置は、送信局から送信された無線信号に基づいて推定されたチャネル行列から共分散行列を求めるチャネル共分散行列計算部１５２を備える。また、無線装置は、求められた共分散行列から第１のメトリックを求める第１メトリック計算部１５４を備える。また、無線装置は、求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求めるＷ_１判定部１５６を備える。また、無線装置は、求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍを備える。また、無線装置は、求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線装置及び通信制御プログラムに関する。

近年の無線通信では、伝搬環境に応じた適応制御がなされている。例えば、３ＧＰＰ（3^rdGeneration Partnership Project）のＬＴＥ（Long Term Evolution）システムでは、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）、及びＲＩ（Rank Indicator）を適応的に制御することが知られている。ＣＱＩは、変調方式や符号化率を決定するのに用いられる値であり、ＰＭＩは、受信側における信号利得を増大するために送信側において重み付けするのに用いられる値である。また、ＲＩは、無線信号の送信ストリーム数に対応する値である。ＬＴＥシステムでは、ＣＱＩ、ＰＭＩ、及びＲＩを適応的に制御することによって、周波数利用効率が向上される。

例えば、無線信号の受信局となる携帯電話機などの無線装置は、送信局から送信された無線信号を、受信アンテナを介して受信し、パイロット信号などの既知信号から各サブキャリアの伝搬路値及び雑音電力を推定する。無線装置は、まずランク１について、サブキャリア毎に伝搬路値及び雑音電力を用いて、すべてのプリコーディングマトリックスについてメトリック（例えばチャネル容量）を計算する。そして、無線装置は、サブキャリア毎の最大メトリックを抽出し、これを全サブキャリア分加算する。無線装置は、このような処理をランク２〜４のそれぞれについても同様に行い、各ランクにおける演算結果に基づいて、最大メトリックとなるランク、ＰＭＩ，ＣＱＩを判定して、送信局へフィードバックする。

送信局となる無線装置は、フィードバックされたＣＱＩに基づいて送信データをＴｕｒｂｏ符号などの誤り訂正符号によって符号化し、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などのデジタル変調を施す。ここで、ＬＴＥシステムでは、Ｃｏｄｅｗｏｒｄ毎に誤り訂正の符号化率や変調方式が制御され、Ｃｏｄｅｗｏｒｄはレイヤ（ｌａｙｅｒ）にマッピングされ、フィードバックされたＲＩに基づく適切なサイズの送信データベクトルが生成される。このようにして生成された送信データベクトルは、フィードバックされたＰＭＩに基づいてプリコーディングが施されて受信局となる無線装置へ送信される。

特表２００９−５１４４６０号公報

しかしながら、従来技術は、ＰＭＩ推定における演算量を低減させることについては考慮されていない。

すなわち、従来技術は、すべてのランク及びＰＭＩについてメトリックを計算して、最適なランク及びＰＭＩを選択するものである。これに対して、３ＧＰＰにおいて、ＬＴＥよりも高速通信を実現するＬＴＥ−Ａ（Advanced）の議論が行われている。ＬＴＥ−Ａは、ＬＴＥに比べて、プリコーディングマトリックスＷが、Ｗ＝Ｗ_１Ｗ_２のように、Ｗ_１とＷ_２の２種類の組み合わせで表現される。このようにＷ_１とＷ_２の２つのプリコーディングマトリックスを組み合わせた場合の詳細なＰＭＩ／ＲＩ推定方法は従来技術では考慮されていなかった。また、ＬＴＥ−ＡのＰＭＩ数は、ＬＴＥに対して、ランク１，２は１６倍、ランク３は４倍、ランク４は２倍、ランク５〜８は新規追加というように増加する。したがって、検索すべきＰＭＩ数及びランク数が増加するため、従来技術のような全検索を行う手法を適用すると演算量が膨大になるおそれがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＭＩ推定における演算量を低減させることができる無線装置及び通信制御プログラムを実現することを目的とする。

本願の開示する無線装置は、一つの態様において、送信局から送信された無線信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル行列推定部を備える。また、無線装置は、前記チャネル行列推定部によって推定されたチャネル行列から共分散行列を求める共分散行列計算部を備える。また、無線装置は、前記共分散行列計算部によって求められた共分散行列から第１のメトリックを求める第１メトリック計算部を備える。また、無線装置は、前記第１メトリック計算部によって求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める第１判定部を備える。また、無線装置は、前記第１判定部によって求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める第２メトリック計算部を備える。また、無線装置は、前記第２メトリック計算部によって求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める第２判定部を備える。

本願の開示する無線装置の一つの態様によれば、ＰＭＩ推定における演算量を低減させることができる。

図１は、無線通信システムの構成の一例を示す図である。 図２は、ＬＴＥとＬＴＥ−ＡのＰＭＩ数の一例を示す図である。 図３は、第１のプリコーディングマトリックスと第２のプリコーディングマトリックスの制御帯域の一例を示す図である。 図４は、無線装置の全体構成の一例を示す図である。 図５は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第１実施例の構成を示す図である。 図６は、第１実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。 図７は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第２実施例の構成を示す図である。 図８は、第２実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。 図９は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第３実施例の構成を示す図である。 図１０は、第３実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。 図１１は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第４実施例の構成を示す図である。 図１２は、第４実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。 図１３は、本実施例の無線装置による効果を説明するための図である。

以下に、本願の開示する無線装置及び通信制御プログラムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により開示技術が限定されるものではない。

図１は、無線通信システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、無線通信システムは、送信局側の無線装置（例えば基地局）２００と、無線装置２００から送信された無線信号を受信する受信局側の無線装置（例えば携帯電話機）１００とを備える。

無線装置１００は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいて、最適なＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを推定して、無線装置２００へフィードバックする。無線装置２００は、フィードバックされたＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩに基づいて送信信号を生成する。ここで、ＣＱＩは、無線装置２００において、変調方式や符号化率を決定するのに用いられる値であり、ＰＭＩは、無線装置１００における信号利得を増大するために、無線装置２００において重み付けするのに用いられる値である。また、ＲＩは、無線信号の送信ストリーム数に対応する値である。

図１に示すように、無線装置２００は、変調・符号化部２０２、レイヤマッピング部２０４、及びプリコーディング部２０６を備える。また、無線装置２００は、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部２０８−１〜２０８−Ｐ（ＰはＣｏｄｅｗｏｒｄ数）、及びＲＦ（Radio Frequency）部２１０−１〜２１０−Ｐを備える。

変調・符号化部２０２は、フィードバックされたＣＱＩに基づいて送信データをＴｕｒｂｏ符号などの誤り訂正符号によって符号化し、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などのデジタル変調を施す。ここで、ＬＴＥシステムでは、Ｃｏｄｅｗｏｒｄ毎に誤り訂正の符号化率や変調方式が制御される。

レイヤマッピング部２０４は、Ｃｏｄｅｗｏｒｄ（コードワード）をレイヤ（Ｌａｙｅｒ）にマッピングする。例えば、コードワード数が２で、レイヤ数が４の場合、レイヤ番号１と２にコードワード番号１を、レイヤ番号２と３にコードワード番号２をマッピングする。このように、フィードバックされたＲＩに基づく適切なサイズの送信データベクトルが生成される。生成された送信データベクトルｄは、数１式のようにｒ×１の列ベクトルで表される。ここで、ｒはランクを表す。

プリコーディング部２０６は、フィードバックされたＰＭＩに基づいてベクトルｄにプリコーディングを施す。ＬＴＥシステムにおけるプリコーディングマトリックスＷ（ｒ,ｉ）（Ｎｔｘ×ｒの行列，Ｎｔｘは送信アンテナ数）は、システムとして予め決められている（ランク毎に複数個のプリコーディングマトリックスが用意されており、ｃｏｄｅｂｏｏｋと呼ばれている）。コードブックの中からあるプリコーディングマトリックスが乗算され、Ｗ（ｒ,ｉ）ｄが送信アンテナから送信される。このＷ（ｒ,ｉ）ｄは、サブキャリア毎に生成される。

ＩＦＦＴ部２０８−１〜２０８−Ｐはそれぞれ、ＩＦＦＴを行い、ＣＰ（Cyclic Prefix）を付加することによって、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を生成する。

ＲＦ部２１０−１〜２１０−Ｐは、ＩＦＦＴ部２０８−１〜２０８−Ｐで生成された信号に対してＤＡ（Digital to Analog）変換を行い無線周波数帯にアップコンバージョンし、アンテナを介して信号を送信する。

一方、無線装置１００は、ＲＦ部１１２−１〜１１２−Ｐ、ＦＦＴ部１３０−１〜１３０−Ｐ、チャネル／雑音推定部１４０、及びＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０を備える。

ＲＦ部１１２−１〜１１２−Ｐは、無線装置２００と無線装置１００とを結ぶ伝搬路行列を経た後アンテナを介して受信された無線信号を、無線周波数帯からベースバンド帯へダウンコンバージョンし、ＡＤ（Analog to Digital）変換によってデジタル信号を得る。

ＦＦＴ部１３０−１〜１３０−Ｐは、ＣＰ（Cyclic Prefix）を除去した後、ＦＦＴを実行して各サブキャリアの受信信号データを得る。この時の信号は、周波数領域におけるあるサブキャリアの伝搬路行列をＨ，雑音ベクトルをｎとすると、ＨＷ（ｒ，ｉ）ｄ＋ｎとなる。ここで、伝搬路行列Ｈや雑音ベクトルｎによって、送信データベクトルｄの最適な変調方式／符号化率、最適なプリコーディングマトリックスＷ（ｒ，ｉ）のｉｎｄｅｘ：ｉ、送信データベクトルｄの最適サイズｒが変わる。ＬＴＥシステムでは、上記情報を受信局である無線装置１００において推定し、ＣＱＩ、ＰＭＩ、ＲＩとして、送信局の無線装置２００へフィードバックする。送信局の無線装置２００は、フィードバックされた情報を用いて、最適なＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ制御を行う。

チャネル／雑音推定部１４０は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいてチャネル行列を推定する。例えば、チャネル／雑音推定部１４０は、パイロット信号などの既知信号から各サブキャリアの伝搬路値と雑音電力を推定し、送受信間を結ぶ全伝搬路値と雑音電力推定値をＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０に出力する。なお、チャネル／雑音推定部１４０が推定するチャネル行列は、例えば、後述する数２式で表される。

ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、チャネル／雑音推定部１４０から出力された各サブキャリアの伝搬路値と雑音電力に基づいて、最適なＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを推定して、無線装置１００へフィードバックする。ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０の詳細は後述する。

ところで、このような無線通信システムにおいては、ＰＭＩ推定における演算量を低減させることが求められている。すなわち、ＬＴＥよりも高速通信を実現するＬＴＥ−Ａでは、プリコーディングマトリックスＷは、Ｗ＝Ｗ_１Ｗ_２のように、Ｗ_１とＷ_２の２種類の組み合わせで表現され、ＰＭＩ数がＬＴＥに比べて増加する。

図２は、ＬＴＥとＬＴＥ−ＡのＰＭＩ数の一例を示す図である。図２に示すように、ＬＴＥは、ランクは１〜４であり、ランク１〜４それぞれのプリコーディングマトリックスＷは１６通りになる。これに対して、ＬＴＥ−Ａでは、プリコーディングマトリックスＷは、Ｗ_１とＷ_２の２種類の組み合わせで表現される。また、ＬＴＥ−Ａでは、ランクは１〜８であり、ランク１については、Ｗ_１が１６通り、Ｗ_２が１６通りになるので、Ｗは２５６通りになる。同様に、ＬＴＥ−Ａでは、ランク２についてはＷが２５６通り、ランク３についてはＷが６４通り、ランク４についてはＷが３２通りになる。また、ＬＴＥ−Ａでは、ランク５についてはＷが４通り、ランク６についてはＷが４通り、ランク７についてはＷが４通り、ランク８についてはＷが１通りになる。したがって、ＬＴＥ−ＡのＰＭＩ数は、ＬＴＥに対して、ランク１，２は１６倍、ランク３は４倍、ランク４は２倍、ランク５〜８は新規追加というように増加する。したがって、サブキャリア毎にすべてのＰＭＩ及びランクについてメトリックを計算する技術では、演算量（処理量）が膨大になる。

また、ＬＴＥ−Ａシステムでは、例えば、第１のプリコーディングマトリックスＷ_１と第２のプリコーディングマトリックスＷ_２とランクが制御される。図３は、第１のプリコーディングマトリックスと第２のプリコーディングマトリックスの制御帯域の一例を示す図である。

図３に示すように、例えば、ＬＴＥ−Ａシステムでは、複数サブキャリアを束ねたサブバンドと呼ばれるサブキャリア群ごとに第２のプリコーディングマトリックス３０６が制御され、第１のプリコーディングマトリックス３０４とランク３０２は、全帯域において制御される。言い換えれば、第１のプリコーディングマトリックス３０４は、複数の帯域に共通するプリコーディングマトリックスであり、第２のプリコーディングマトリックス３０６は、帯域ごとのプリコーディングマトリックスである。

図４は、無線装置の全体構成の一例を示す図である。図４に示すように、無線装置１００は、ＲＦブロック１１０と、ＢＢ（Base Band）ブロック１２０とを備える。ＲＦブロック１１０はＲＦ部１１２を有する。ＢＢブロック１２０は、ＦＦＴ部１３０、チャネル／雑音推定部１４０、及びＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０を有する。また、ＲＦブロック１１０とＢＢブロック１２０との間にはＡＤＣ１２２が設けられる。なお、ＲＦ部１１２、ＦＦＴ部１３０、及びチャネル／雑音推定部１４０は、図１で説明したものと同様であるので詳細な説明を省略する。

ＡＤＣ１２２は、ＲＦ部１１２から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換してＦＦＴ部１３０へ出力する。なお、ＲＦブロック１１０は主にアナログ回路で形成され、ＢＢブロック１２０はデジタル回路、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などによって形成される。

次に、第１実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０について説明する。図５は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第１実施例の構成を示す図である。図５に示すように、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、チャネル共分散行列計算部１５２、第１メトリック計算部１５４、Ｗ_１判定部１５６、及びＷテーブル１５８を備える。また、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍ（Ｍはサブキャリア数）、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４を備える。最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、複数のチャネル容量にそれぞれ対応してＣＱＩが定められたＣＱＩテーブル１６６を有する。なお、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍ、及び最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２については、複数のランクｒごとに設けられる。

チャネル共分散行列計算部１５２には、チャネル／雑音推定部１４０から、送受信局間を結ぶ各サブキャリアのチャネル推定値（チャネル行列）が入力される。サブキャリアｋのチャネル推定行列は、例えば数２式で表される。

ここで、ｈ_ｉｊは、送信アンテナｊと受信アンテナｉを結ぶチャネル推定値であり、Ｎ_ｔｘは送信局の送信アンテナ数、Ｎ_ｒｘは受信局の受信アンテナ数である。すなわち、チャネル推定行列Ｈ（ｋ）は、Ｎ_ｒｘ×Ｎ_ｔｘの行列である。

チャネル共分散行列計算部１５２は、チャネル／雑音推定部１４０によって推定されたチャネル行列から共分散行列を求める。例えば、チャネル共分散行列計算部１５２は、数３式を計算する。

ここで、Ｍはサブキャリア数で、Ｈは複素共役転置を意味する。上記処理では、ある時刻における周波数方向の平均を行っているが、複数時刻に関するチャネル推定行列を用いて、時間方向の平均を行ってもよい。

次に、第１メトリック計算部１５４は、チャネル共分散行列計算部１５２によって求められた共分散行列から第１のメトリックを求める。例えば、第１メトリック計算部１５４は、上記によって得られたＮ_ｒｘ×Ｎ_ｔｘの行列Γと第１のプリコーディングマトリックスＷ_１（ｒ,ｉ_１）を用いて、数４式を計算する。

ここで、ｔｒ｛Ｘ｝は、行列Ｘのトレースを意味する。Ｗ_１（ｒ,ｉ_１）は、ランク：ｒ，ＰＭＩ：ｉ_１に関するプリコーディングマトリックスであり、Ｗテーブル１５８に予め用意されている。例えば、図２に示した「Ｗ_１」に相当し、ｒ＝１〜２の場合、ｉ_１のパタン数は１６通り、ｒ＝３〜７の場合、ｉ_１のパタン数は４通り、ｒ＝８の場合、ｉ_１のパタン数は１通りである。したがって、この場合、上記のｄ（ｒ, ｉ_１）は１６＋１６＋４＋４＋４＋４＋４＋１＝５３通り計算される。

また、第１メトリック計算部１５４は、上記メトリックｄ（ｒ, ｉ_１）として、数４式の代わりに、以下の数５式として計算してもよい。

ここで、以下の数６式は、数７式に示すように、Ｎ_Ｗ２（ｒ）個ある第２のプリコーディングマトリックスの平均値行列であり、システムとして予めｃｏｄｅｂｏｏｋとして定義されているため、予め計算しておき、Ｗテーブル１５８に用意しておく。

また、第１メトリック計算部１５４は、上記メトリックｄ（ｒ, ｉ_１）として、チャネル容量を求めてもよい。例えば、第１メトリック計算部１５４は、行列Γを用い、ＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）復調方法をＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）と仮定した場合、以下の数８式を計算する。なお、本実施例は、無線装置１００及び無線装置２００の双方で複数のアンテナを使うＭＩＭＯ無線通信を想定して説明するが、これには限られない。本実施例は、例えば、無線装置２００と無線装置１００のいずれか一方が単一アンテナとなるＳＩＭＯ（Single Input and Multi Output）無線通信又はＭＩＳＯ（Multi Input and Single Output）無線通信でも同様に適用することができる。

Ｗ_１判定部１５６は、第１メトリック計算部１５４によって求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める。例えば、Ｗ_１判定部１５６は、上記ｄ（ｒ, ｉ_１）を用いて、以下の数９式によってランク：ｒ毎の最適なＷ_１のＰＭＩを判定する。

第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、Ｗ_１判定部１５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める。例えば、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、数９式の判定結果である＾ｉ_１（ｒ）を用いて、各サブキャリアにおけるメトリックを計算する。なお、本明細書では、説明の便宜上、ハット記号が付された文字Ｘを、＾Ｘと表記する場合がある。図５のｒ＝１における第２メトリック計算部１６０−１は、サブキャリアランクｒ＝１，サブキャリアｋ＝１におけるメトリックを計算する。ここでのメトリックは、例えば、チャネル容量が用いられる。第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、ＭＩＭＯ復調方法をＭＭＳＥとした場合、各レイヤ：ｌのチャネル容量を、数１０式で計算する。

ここで、σ^２（ｋ）はサブキャリアｋの雑音電力、Ｉ_ｒｘｒはｒ×ｒの単位行列、（Ｘ）^−１ _ｌ，ｌは行列Ｘの逆行列の（ｌ，ｌ）要素を意味する。また、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、行列Ｂを、以下の数１１式、数１２式で計算する。

例えば、サブキャリアランクｒ＝１，サブキャリアｋ＝１では、上記のチャネル容量は、Ｗ_１のＰＭＩが＾ｉ_１（ｒ）と判定されているので、Ｗ_１のＰＭＩ：ｉ_２のパタン数のみについて計算する。図２を例にすれば、従来方法では、ｒ＝１の場合、２５６＝１６（ｉ_１のパタン数）×１６（ｉ_２のパタン数）を計算しなければならないが、本実施例では、すでにｉ_１が決定しているため、１６（ｉ_２のパタン数）だけを計算すればよい。第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、この演算を各サブキャリアｋ＝１〜Ｍについてそれぞれ実行し、さらに考えられるランク全て（ｒ＝１〜Ｒ）について実行する。複数のサブキャリアと複数のランクについて実行される第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍについて、本実施例では、ｉ_２のパタン数だけを考慮すればよいため、この分だけ、全検索を行う従来手法に比べて演算量を低減することができる。

最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、数１３，１４式を計算する。

数１３式に示すように、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、全レイヤ：ｌのチャネル容量を加算する。そして、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。

最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍによって求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、以下の数１５式によって全ランクｒの中から、Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）が最大値となるｒを検索し、これを判定ランク＾ｒとする。

また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、第１のＰＭＩとして＾ｉ_１（＾ｒ）を選択する。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、第２のＰＭＩを、以下の数１６式のように、サブキャリアｋ毎に判定する。

また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、ＣＱＩを、例えば、以下の数１７式を用いて決定する。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、レイヤ：ｌ毎にＣＱＩを決定するのであれば、数１８式を計算する。そして、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、計算したチャネル容量とＣＱＩテーブル１６６とを用いて、レイヤｌ毎のＣＱＩを決定する。

なお、上記では、サブキャリア毎に処理を行っているが、図３に示すような複数サブキャリア群として表されるサブバンド毎にＷ_２の検索を行う場合においても、同様な考え方を用いること実現できる。

次に、無線装置１００の処理の流れ、特に第１実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０の処理の流れについて説明する。図６は、第１実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。

図６に示すように、まず、チャネル／雑音推定部１４０は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいて、例えば数２式を用いてチャネル行列を推定する（ステップＳ１０１）。続いて、チャネル共分散行列計算部１５２は、チャネル／雑音推定部１４０によって推定されたチャネル行列から、例えば数３式を用いて共分散行列を求める（ステップＳ１０２）。

続いて、第１メトリック計算部１５４は、チャネル共分散行列計算部１５２によって求められた共分散行列から、例えば数４，５，又は８式を用いて第１のメトリックを求める（ステップＳ１０３）。続いて、Ｗ_１判定部１５６は、第１メトリック計算部１５４によって求められた第１のメトリックに基づいて、例えば数９式を用いて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める（ステップＳ１０４）。

続いて、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、Ｗ_１判定部１５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める（ステップＳ１０５）。第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍは、例えば、数１０−１２式を用いて第２のメトリックを求める。

続いて、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍによって求められた第２のメトリックに基づいて、各サブキャリアの最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算したチャネル容量を求める（ステップＳ１０６）。最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、例えば、数１３式を用いて全レイヤのチャネル容量を加算する。そして、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、例えば、数１４式を用いて、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。なお、第２メトリック計算部１６０−１〜１６０−Ｍと最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２は、ランクごとに同様の処理を実行する。

続いて、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、各ランクにおいて最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部１６２によって求められた全サブキャリア分のチャネル容量に基づいて、ランク、第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める（ステップＳ１０７）。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、例えば数１５式を用いて、全ランクの中から、Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）が最大値となるランクを検索し、これを判定ランクとする。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、例えば数１６式を用いて、サブキャリア毎に第２のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部１６４は、例えば数１８式を用いて計算したチャネル容量とＣＱＩテーブル１６６とを用いて、レイヤ毎のＣＱＩを決定する。

次に、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第２実施例について説明する。図７は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第２実施例の構成を示す図である。第２実施例は、第１実施例と比較して、Ｗ_１／ランク判定部２５６において、Ｗ_１に加えてランクも判定する点が異なる。第１実施例と同様の構成については説明を適宜省略する。

図７に示すように、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、チャネル共分散行列計算部２５２、第１メトリック計算部２５４、Ｗ_１／ランク判定部２５６、及びＷテーブル２５８を備える。また、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍ（Ｍはサブキャリア数）、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４を備える。最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、複数のチャネル容量にそれぞれ対応してＣＱＩが定められたＣＱＩテーブル２６６を有する。なお、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍ、及び最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２は、１つのランク＾ｒに対してのみ設けられる。

チャネル共分散行列計算部２５２は、実施例１と同様に、行列Γを計算する。第１メトリック計算部２５４は、例えば、以下の数１９式によって、ＭＩＭＯ復調方法をＭＭＳＥと仮定した場合のチャネル容量を計算する。

Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第１のプリコーディングマトリックスに加えて、無線信号の送信ストリーム数を示すランクを求める。例えば、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、数１９式で求めたメトリックを用いて、以下の数２０式に基づき、ランクとＷ_１のＰＭＩ判定を行う。

第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部２５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックスとランクとを用いて第２のメトリックを求める。第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍは、上記で判定されたランク＾ｒについてのみ実行される。例えば、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍは、判定された第１のプリコーディングマトリックスインディケータ＾ｉ_１を用いて、以下の数２１，２２，２３式によってメトリックを計算する。

本実施例では、サブキャリア毎のメトリックを計算する前に、Ｗ_１のＰＭＩに加えて、ランクの判定を行っているため、サブキャリア毎のメトリック計算について、実施例１よりも低処理量を実現することができる。

最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２は、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍによって求められた第２のメトリックを用いて、全レイヤのチャネル容量を加算する。例えば、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２は、以下の数２４式を計算する。

そして、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、すでに判定されているランク＾ｒと第１のＰＭＩである＾ｉ_１を判定結果として、送信部へ出力する。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、第２のＰＭＩを、以下の数２５式のようにサブキャリアｋ毎に判定する。

また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、ＣＱＩを、例えば、以下の数２６式を用いて決定する。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、レイヤｌ毎にＣＱＩを決定するのであれば、以下の数２７式を計算し、このチャネル容量と予め用意されているＣＱＩテーブル２６６を用いて、レイヤｌ毎のＣＱＩを決定する。

次に、無線装置１００の処理の流れ、特に第２実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０の処理の流れについて説明する。図８は、第２実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。

図８に示すように、まず、チャネル／雑音推定部１４０は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいて、例えば数２式を用いてチャネル行列を推定する（ステップＳ２０１）。続いて、チャネル共分散行列計算部２５２は、チャネル／雑音推定部１４０によって推定されたチャネル行列から、例えば数３式を用いて共分散行列を求める（ステップＳ２０２）。

続いて、第１メトリック計算部２５４は、チャネル共分散行列計算部２５２によって求められた共分散行列から、例えば数１９式を用いて第１のメトリックを求める（ステップＳ２０３）。続いて、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第１メトリック計算部２５４によって求められた第１のメトリックに基づいて、例えば数２０式を用いて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックス及び１つのランクを求める（ステップＳ２０４）。

続いて、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部２５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックス及びランクを用いて第２のメトリックを求める（ステップＳ２０５）。第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍは、求めた１つのランクについてのみ、例えば、数２１〜２３式を用いて第２のメトリックを求める。

続いて、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２は、第２メトリック計算部２６０−１〜２６０−Ｍによって求められた第２のメトリックに基づいて、各サブキャリアの最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算したチャネル容量を求める（ステップＳ２０６）。最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２は、例えば、数２４式を用いて全レイヤのチャネル容量を加算する。

続いて、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、求めたランクにおいて最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部２６２によって求められた全サブキャリア分のチャネル容量に基づいて、第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める（ステップＳ２０７）。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、例えば数２５式を用いて、サブキャリア毎の第２のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部２６４は、例えば数２７式を用いて計算したチャネル容量とＣＱＩテーブル２６６とを用いて、レイヤ毎のＣＱＩを決定する。

次に、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第３実施例について説明する。図９は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第３実施例の構成を示す図である。第２実施例では、Ｗ_１／ランク判定部２５６において、１つのランクを推定していた。これに対して第３実施例は、Ｗ_１／ランク判定部３５６が、複数のランク候補を残す点が異なる。第１，２実施例と同様の構成については説明を適宜省略する。

図９に示すように、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、チャネル共分散行列計算部３５２、第１メトリック計算部３５４、Ｗ_１／ランク判定部３５６、及びＷテーブル３５８を備える。また、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍ（Ｍはサブキャリア数）、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４を備える。最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、複数のチャネル容量にそれぞれ対応してＣＱＩが定められたＣＱＩテーブル３６６を有する。なお、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍ、及び最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、ランクｒ＝１，ｒ＝２に対してのみ設けられる。

チャネル共分散行列計算部３５２は、実施例１と同様に、行列Γを計算する。第１メトリック計算部３５４は、第２実施例と同様に、以下の数２８式を計算する。

Ｗ_１／ランク判定部３５６は、第１のプリコーディングマトリックスに加えて、無線信号の送信ストリーム数を示す複数の候補ランクを求める。例えば、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、数２８式で求めたメトリックを用いて、以下の数２９式によって、ランクを判定する。

また、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、上記ｒ_１を用いて、複数個のランク候補を判定する。例えば、２つの候補を残す場合、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、以下の数３０式によってランク２つの候補を残す。

ただし、ｒ_１，ｒ_２は、１以上の数であることから、ｒ_１＝１の場合は、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、ｒ_２＝２とする。上記は、ｒ_１に対して、１つ小さい値ランクであるが、１つ大きくてもよいし、１つではなく、２以上離れたランクでもよい。また、上記は、２つの候補を残す場合の例であるが、３以上でもよい。

上記のように、ランク候補としてｒ_１とｒ_２が選択されたら、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、以下の数３１，３２式を用いて、ｒ_１とｒ_２に関する第１のＰＭＩをそれぞれ判定する。

Ｗ_１／ランク判定部３５６は、ｒ_１，ｒ_２，ｉ_１（ｒ_１），ｉ_１（ｒ_２）を後段の処理ブロックへ出力する。

第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部３５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックスと複数の候補ランクとを用いて第２のメトリックを求める。第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍは、上記で判定されたランクｒ_１，ｒ_２についてのみ処理を実行する。例えば、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍは、判定された第１のプリコーディングマトリックスインディケータｉ_１（ｒ_１），ｉ_１（ｒ_２）を用いて、以下の数３３式によってメトリックを計算する。

ここで、数３３式において、ｒとｉ_１（ｒ）は以下の数３４，３５式のようになる。

最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、以下の数３６，３７式を計算する。最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、数３６式に示すように、全レイヤ：ｌのチャネル容量を加算する。そして、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、数３７式に示すように、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。

最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍによって求められた第２のメトリックを用いて複数の候補ランクの中からランクを求める。そして、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、求められたランクを用いて第１のプリコーディングマトリックス及び第２のプリコーディングマトリックスを求める。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、ランクを以下の数３８式によって計算する。

ここで、＾ｒは、前述したように、以下の数３９式で表されるので、ｒ_１及びｒ_２のいずれかから選ばれる。

したがって、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、第１のＰＭＩを、判定ランクを用いて、以下の数４０式によって計算する。

さらに、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、第２のＰＭＩを、判定結果＾ｒと、＾ｉ_１を用いて、以下の数４１式によってサブキャリアｋ毎に判定する。

また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、ＣＱＩを、例えば、以下の数４２式を用いて計算する。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、レイヤｌ毎にＣＱＩを決定するのであれば、以下の数４３式を計算し、このチャネル容量と予め用意されているＣＱＩテーブル３６６を用いて、レイヤｌ毎のＣＱＩを決定する。

次に、無線装置１００の処理の流れ、特に第３実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０の処理の流れについて説明する。図１０は、第３実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。

図１０に示すように、まず、チャネル／雑音推定部１４０は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいて、例えば数２式を用いてチャネル行列を推定する（ステップＳ３０１）。続いて、チャネル共分散行列計算部３５２は、チャネル／雑音推定部１４０によって推定されたチャネル行列から、例えば数３式を用いて共分散行列を求める（ステップＳ３０２）。

続いて、第１メトリック計算部３５４は、チャネル共分散行列計算部３５２によって求められた共分散行列から、例えば数２８式を用いて第１のメトリックを求める（ステップＳ３０３）。続いて、Ｗ_１／ランク判定部３５６は、第１メトリック計算部３５４によって求められた第１のメトリックに基づいて、例えば数２９〜３２式を用いて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックス及び複数のランクを求める（ステップＳ３０４）。

続いて、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部３５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックス及び複数のランクを用いて第２のメトリックを求める（ステップＳ３０５）。第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍは、求めた複数のランクについて、例えば、数３３式を用いて第２のメトリックを求める。

続いて、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍによって求められた第２のメトリックに基づいて、各サブキャリアの最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算したチャネル容量を求める（ステップＳ３０６）。最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、例えば、数３６式を用いて全レイヤのチャネル容量を加算する。また、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、例えば、数３７式を用いて、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。なお、第２メトリック計算部３６０−１〜３６０−Ｍと最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２は、求めた複数のランクごとに同様の処理を実行する。

続いて、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、ランク、第１のプリコーディングマトリックス、第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める（ステップＳ３０７）。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、求めた複数のランクにおいて最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部３６２によって求められた全サブキャリア分のチャネル容量に基づいて、ランク、第１及び第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、数３８式を用いてランクを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、例えば数４０式を用いて第１のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、例えば数４１式を用いてサブキャリア毎の第２のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部３６４は、例えば数４３式を用いて計算したチャネル容量とＣＱＩテーブル３６６とを用いて、レイヤ毎のＣＱＩを決定する。

次に、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第４実施例について説明する。図１１は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の第４実施例の構成を示す図である。第３実施例と異なるのは、最終的に判定したランクを用いて、ランクの補正を行う点である。第１〜３実施例と同様の構成については説明を適宜省略する。

図１１に示すように、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、チャネル共分散行列計算部４５２、第１メトリック計算部４５４、Ｗ_１／ランク判定部４５６、及びＷテーブル４５８を備える。また、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０は、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍ（Ｍはサブキャリア数）、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４、及び補正値制御部４６６を備える。最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、複数のチャネル容量にそれぞれ対応してＣＱＩが定められたＣＱＩテーブル４６８を有する。なお、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍ、及び最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、ランクｒ＝ｒ１´，ｒ＝ｒ２´に対してのみ設けられる。

チャネル共分散行列計算部４５２は、実施例１と同様に、行列Γを計算する。第１メトリック計算部４５４、第３実施例と同様に、数２８式を計算し、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、第３実施例と同様に、このメトリックを用いて、数２９式によって、ランクｒ_１を判定する。

ここで、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、補正値制御部４６６によって求められた補正値を用いて複数の候補ランクを補正する。例えば、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、以下の数４４式を用いて、ｒ_１について補正を行う。

ただし、上式によって得られたｒ´は、１〜Ｒ（Ｒは、ｒａｎｋの最大値）のいずれかの値であるため、ｒ´は以下の数４５式のようになる。

このようにして得られたｒ´から、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、実施例３と同様に、以下の数４６，４７式を用いて複数個のランク候補を判定する。

ただし、ｒ´＝１の場合は、（ｒ_１´，ｒ_２´）＝（１，２）とする。Ｗ_１／ランク判定部４５６は、このようにして得られたｒ_１´とｒ_２´を用いて、実施例３と同様に数３１，３２式によって第１のＰＭＩを判定する。ただし、数３１，３２式におけるｒ_１，ｒ_２は、ｒ_１´，ｒ_２´に置き換えられる。

その後、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部４５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックスと複数の補正された候補ランクとを用いて第２のメトリックを求める。例えば、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍは、実施例３と同様に、サブキャリア毎のメトリックを計算する。ただし、実施例３と同様の処理を行う際に用いられるｒ_１，ｒ_２は、ｒ_１´，ｒ_２´に置き換えられる。

また、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、数３６式に示すように、全レイヤ：ｌのチャネル容量を加算する。そして、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、数３７式に示すように、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。

最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍによって求められた第２のメトリックを用いて複数の補正された候補ランクの中からランクを求める。そして、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、求められたランクを用いて第１のプリコーディングマトリックス及び第２のプリコーディングマトリックスを求める。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、実施例３と同様に、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを判定する。ただし、実施例３と同様の処理を行う際に用いられるｒ_１，ｒ_２は、ｒ_１´，ｒ_２´に置き換えられる。

補正値制御部４６６は、複数の候補ランクと候補ランクの中から求められたランクとを用いて、複数の候補ランクを補正する補正値を求める。補正値制御部４６６は、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定後に、補正値を更新する。例えば、補正値制御部４６６は、以下の数４８式を計算する。

つまり、補正値制御部４６６は、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４で判定された＾ｒと数４５式で求めたｒ´との差を求める。数４６，４７式から、＾ｒは、ｒ´またはｒ´−１であるので、その差分は、−１,０,１の３値となる。−１の場合は、＾ｒ＝ｒ´−１＝ｒ_２´であった場合であるため、補正値が負値になるように制御をかける。ここでは、β_１という予め設定される設定値を用いている。０の場合は、＾ｒ＝ｒ´であるため、正値の補正値を与える（β₂）。１の場合は、＾ｒ＝１＋ｒ´であるので、ｒ´＝１の場合の処理であり、正値の補正を与える。補正値制御部４６６は、このεを用いて以下の数４９式によってδを更新する。ただし、ランクの最大値はＲであるので、数５０式のようにδが−Ｒ以下の場合またはＲ以上の場合はδを調整する。

なお、実施例２〜実施例４においては、第１のメトリックとして、数１９式のチャネル容量を用いて、このメトリックから、Ｗ_１とランクを判定する例を示したがこれには限られない。

例えば、実施例２の変更例とした場合には、第１メトリック計算部２５４は、第１のメトリックを、以下の数５１式によって計算することができる。

この場合、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第１メトリック計算部２５４によって数５１式で求められた第１のメトリックを用いてランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを求める。また、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、求められたランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを用いて第３のメトリックを求め、求められた第３のメトリックを用いてランクを求める。例えば、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、数５１式の結果を用いて、以下の数５２式によってランクｒ毎の最適なＷ_１のＰＭＩを判定することができる。

次に、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第３のメトリックとして、以下の数５３式を計算する。

この数５３式は数１９式と似ているが、数５１，５２式によって、ランクｒ毎の第１のＰＭＩを推定しているので、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、すべてのｉ_１について計算する必要がなく、＾ｉ_１（ｒ）についてのみ実行する。そして、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、ランクを以下の数５４式によって判定する。ただし、実施例３，４においては、数５４式の＾ｒを、ｒ_１に置き換える。

一方、第１メトリック計算部２５４は、第１のメトリックを、数５１によって計算するのではなく、以下の数５５式によって計算することもできる。

第１のメトリックを算出した後の処理は、数５２〜５４の処理と同様である。すなわち、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第１メトリック計算部２５４によって数５５式で求められた第１のメトリックを用いてランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを求める。また、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、求められたランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを用いて第３のメトリックを求め、求められた第３のメトリックを用いてランクを求める。例えば、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、数５５式の結果を用いて、数５２式によってランクｒ毎の最適なＷ_１のＰＭＩを判定することができる。また、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、第３のメトリックとして、数５３式を計算する。そして、Ｗ_１／ランク判定部２５６は、ランクを数５４式によって判定する。ただし、実施例３，４においては、数５４式の＾ｒを、ｒ_１に置き換える。

次に、無線装置１００の処理の流れ、特に第４実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部１５０の処理の流れについて説明する。図１２は、第４実施例のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部を有する無線装置の処理のフローチャートである。

図１２に示すように、まず、チャネル／雑音推定部１４０は、無線装置２００から送信された無線信号に基づいて、例えば数２式を用いてチャネル行列を推定する（ステップＳ４０１）。続いて、チャネル共分散行列計算部４５２は、チャネル／雑音推定部１４０によって推定されたチャネル行列から、例えば数３式を用いて共分散行列を求める（ステップＳ４０２）。

続いて、第１メトリック計算部４５４は、チャネル共分散行列計算部４５２によって求められた共分散行列から、例えば数２８式を用いて第１のメトリックを求める（ステップＳ４０３）。続いて、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、第１メトリック計算部４５４によって求められた第１のメトリックに基づいて、例えば数２９式を用いてランクｒ_１を求める（ステップＳ４０４）。

続いて、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、ｒ_１の補正を行う（ステップＳ４０５）。続いて、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、補正されたｒ_１に基づいて補正後のランクｒ_２及び複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める（ステップＳ４０６）。Ｗ_１／ランク判定部４５６は、例えば数４４式を用いてｒ_１の補正を行い、数４７式を用いてｒ_２´を求める。また、Ｗ_１／ランク判定部４５６は、例えば数３１，３２式を用いて第１のプリコーディングマトリックスを求める。

続いて、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍは、Ｗ_１／ランク判定部４５６によって求められた第１のプリコーディングマトリックス及び複数のランクを用いて第２のメトリックを求める（ステップＳ４０７）。第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍは、求めた複数のランクについて、例えば、数３３式を用いて第２のメトリックを求める。

続いて、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍによって求められた第２のメトリックに基づいて、各サブキャリアの最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算したチャネル容量を求める（ステップＳ４０８）。最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、例えば、数３６式を用いて全レイヤのチャネル容量を加算する。そして、最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、例えば、数３７式を用いて、各サブキャリアでｉ_２個のチャネル容量の中から最大値となるチャネル容量値を全サブキャリアで加算してチャネル容量Ｃ^ｒａｎｋ _ｂｗ（ｒ）を計算する。なお、第２メトリック計算部４６０−１〜４６０−Ｍと最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２は、求めた複数のランクごとに同様の処理を実行する。

続いて、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、ランク、第１のプリコーディングマトリックス、第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める（ステップＳ４０９）。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、求めた複数のランクにおいて最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部４６２によって求められた全サブキャリア分のチャネル容量に基づいて、ランク、第１及び第２のプリコーディングマトリックス、及びＣＱＩを求める。例えば、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、数３８式を用いてランクを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、例えば数４０式を用いて第１のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、例えば数４１式を用いてサブキャリア毎の第２のプリコーディングマトリックスを求める。また、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４は、例えば数４３式を用いて計算したチャネル容量とＣＱＩテーブル３６６とを用いて、レイヤ毎のＣＱＩを決定する。

続いて、補正値制御部４６６は、最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部４６４で判定されたランクと補正したランクとの差に基づいて、ランクの補正値の調整を行う（ステップＳ４１０）。補正値制御部４６６は、例えば数４８〜５０式を用いてランクの補正値の調整を行う。

図１３は、本実施例の無線装置による効果を説明するための図である。図１３は、８×８ＭＩＭＯ、伝搬環境をＥＴＵ(Extended Typical Urban)とした場合の計算機シミュレーションによる結果を示すものである。

図１３において、縦軸はチャネル容量（Capacity）を示し、横軸はＳＮＲ（Signal Noise Ratio）を示している。また、図１３において、実線は、サブキャリア毎にすべてのＰＭＩ及びランクについてメトリックを計算する技術によって最適なＰＭＩ，ＲＩを選択した際のＳＮＲとチャネル容量との関係を示したものである。一方、点でプロットしたのは、本実施例の無線装置によって最適なＰＭＩ，ＲＩを選択した際のＳＮＲとチャネル容量との関係を示したものである。

図１３に示すように、本実施例の無線装置によれば、サブキャリア毎にすべてのＰＭＩ及びランクについてメトリックを計算する技術と同等のチャネル容量性能を得ることができる。一方で、本実施例の無線装置は、ランクおよび第１のプリコーディングマトリックスを絞り込んでいるため、サブキャリア毎にすべてのＰＭＩ及びランクについてメトリックを計算する従来技術に比べて、演算量を低減することができる。

なお、上述の各実施例は、主に無線装置１００を中心に説明したが、これに限らず、あらかじめ用意された通信制御プログラムをコンピュータで実行することによって、上述の各実施例と同様の機能を実現することができる。すなわち、通信制御プログラムは、無線装置に、送信局から送信された無線信号に基づいてチャネル行列を推定する処理を実行させる。また、通信制御プログラムは、無線装置に、前記推定されたチャネル行列から共分散行列を求める処理を実行させる。また、通信制御プログラムは、無線装置に、前記求められた共分散行列から第１のメトリックを求める処理を実行させる。また、通信制御プログラムは、無線装置に、前記求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める処理を実行させる。また、通信制御プログラムは、無線装置に、前記求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める処理を実行させる。また、通信制御プログラムは、無線装置に、前記求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める処理を実行させる。なお、通信制御プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介してコンピュータに配布することができる。また、通信制御プログラムは、無線装置に設けられたメモリ、ハードディスク、その他のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

１００ 無線装置
１４０ チャネル／雑音推定部
１５０ ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部
１５２，２５２，３５２，４５２ チャネル共分散行列計算部
１５４，２５４，３５４，４５４ 第１メトリック計算部
１５６ Ｗ_１判定部
１５８，２５８，３５８，４５８ Ｗテーブル
１６０−１〜１６０−Ｍ，２６０−１〜２６０−Ｍ，３６０−１〜３６０−Ｍ，４６０−１〜４６０−Ｍ 第２メトリック計算部
１６２，２６２，３６２，４６２ 最大Ｔｏｔａｌメトリック計算部
１６４，２６４，３６４ ，４６４ 最適ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ判定部
１６６，２６６，３６６ ＣＱＩテーブル
２００ 無線装置
２０２ 変調・符号化部
２０４ レイヤマッピング部
２０６ プリコーディング部
２５６，３５６，４５６ Ｗ_１／ランク判定部
４６６ 補正値制御部
４６８ ＣＱＩテーブル

Claims (12)

1. 送信局から送信された無線信号に基づいてチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
   前記チャネル行列推定部によって推定されたチャネル行列から共分散行列を求める共分散行列計算部と、
   前記共分散行列計算部によって求められた共分散行列から第１のメトリックを求める第１メトリック計算部と、
   前記第１メトリック計算部によって求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求める第１判定部と、
   前記第１判定部によって求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求める第２メトリック計算部と、
   前記第２メトリック計算部によって求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める第２判定部と、
   を備えることを特徴とする無線装置。
2. 前記第２判定部は、前記第２のプリコーディングマトリックスに加えて、無線信号の送信ストリーム数を示すランク及び変調方式と符号化率とを示すＣＱＩのいずれか、又は両方を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記第１メトリック計算部は、前記第１のメトリックを以下の式によって求める
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線装置。
   ただし、ｄ（ｒ，ｉ_１）は前記第１のメトリック、ｔｒ｛Ｘ｝は行列Ｘのトレース、Ｗ_１（ｒ,ｉ_１）は前記第１のプリコーディングマトリックス、Ｈは複素共役転置、Γは前記チャネル共分散行列を表す。
   

   
4. 前記第１メトリック計算部は、前記第１のメトリックを以下の式によって求める
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線装置。
   ただし、ｄ（ｒ，ｉ_１）は前記第１のメトリック、ｔｒ｛Ｘ｝は行列Ｘのトレース、Ｗ_１（ｒ,ｉ_１）は前記第１のプリコーディングマトリックス、Ｈは複素共役転置、Γは前記チャネル共分散行列、Ｅ〔Ｗ_２（ｒ，ｉ_２）Ｗ_２（ｒ，ｉ_２）^Ｈ〕ｉ_２は第２のプリコーディングマトリックスの平均値行列を表す。
   

   
5. 前記第１判定部は、前記第１のプリコーディングマトリックスに加えて、無線信号の送信ストリーム数を示すランクを求め、
   前記第２メトリック計算部は、前記第１判定部によって求められた第１のプリコーディングマトリックスとランクとを用いて前記第２のメトリックを求め、
   前記第２判定部は、前記第２メトリック計算部によって求められた第２のメトリックを用いて、第２のプリコーディングマトリックスを求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
6. 前記第１判定部は、前記第１のプリコーディングマトリックスに加えて、無線信号の送信ストリーム数を示す複数の候補ランクを求め、
   前記第２メトリック計算部は、前記第１判定部によって求められた第１のプリコーディングマトリックスと複数の候補ランクとを用いて前記第２のメトリックを求め、
   前記第２判定部は、前記第２メトリック計算部によって求められた第２のメトリックを用いて前記複数の候補ランクの中からランクを求め、求められたランクを用いて前記第１のプリコーディングマトリックス及び前記第２のプリコーディングマトリックスを求める
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
7. 前記複数の候補ランクと前記候補ランクの中から求められたランクとを用いて、前記複数の候補ランクを補正する補正値を求める補正値制御部をさらに備え、
   前記第１判定部は、前記補正値制御部によって求められた補正値を用いて前記複数の候補ランクを補正し、
   前記第２メトリック計算部は、前記第１判定部によって求められた第１のプリコーディングマトリックスと複数の補正された候補ランクとを用いて前記第２のメトリックを求め、
   前記第２判定部は、前記第２メトリック計算部によって求められた第２のメトリックを用いて前記複数の補正された候補ランクの中からランクを求め、求められたランクを用いて前記第１のプリコーディングマトリックス及び前記第２のプリコーディングマトリックスを求める
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線装置。
8. 前記第１メトリック計算部は、前記第１のメトリックを以下の式によって求め、
   前記第１判定部は、前記第１メトリック計算部によって求められた第１のメトリックを用いてランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを求め、求められたランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを用いて第３のメトリックを求め、求められた第３のメトリックを用いて前記ランクを求める
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の無線装置。
   ただし、ｄ（ｒ，ｉ_１）は前記第１のメトリック、ｔｒ｛Ｘ｝は行列Ｘのトレース、Ｗ_１（ｒ,ｉ_１）は前記第１のプリコーディングマトリックス、Ｈは複素共役転置、Γは前記チャネル共分散行列を表す。
   

   
9. 前記第１メトリック計算部は、前記第１のメトリックを以下の式によって求め、
   前記第１判定部は、前記第１メトリック計算部によって求められた第１のメトリックを用いてランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを求め、求められたランク毎の第１のプリコーディングマトリックスを用いて第３のメトリックを求め、求められた第３のメトリックを用いて前記ランクを求める
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の無線装置。
   ただし、ｄ（ｒ，ｉ_１）は前記第１のメトリック、ｔｒ｛Ｘ｝は行列Ｘのトレース、Ｗ_１（ｒ,ｉ_１）は前記第１のプリコーディングマトリックス、Ｈは複素共役転置、Γは前記チャネル共分散行列、Ｅ〔Ｗ_２（ｒ，ｉ_２）Ｗ_２（ｒ，ｉ_２）^Ｈ〕ｉ_２は第２のプリコーディングマトリックスの平均値行列を表す。
   

   
10. 前記第１メトリック計算部、前記第２メトリック計算部、又は前記第１判定部は、前記第１のメトリック、前記第２のメトリック、又は前記第３のメトリックとしてチャネル容量を求める
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の無線装置。
11. 前記第２判定部は、前記第１のプリコーディングマトリックス及び第２のプリコーディングマトリックスに加えて、変調方式と符号化率とを示すＣＱＩを求める
    ことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１つに記載の無線装置。
12. 無線装置に、
    送信局から送信された無線信号に基づいてチャネル行列を推定し、
    前記推定されたチャネル行列から共分散行列を求め、
    前記求められた共分散行列から第１のメトリックを求め、
    前記求められた第１のメトリックに基づいて複数の帯域に共通の第１のプリコーディングマトリックスを求め、
    前記求められた第１のプリコーディングマトリックスを用いて第２のメトリックを求め、
    前記求められた第２のメトリックに基づいて帯域ごとの第２のプリコーディングマトリックスを求める
    処理を実行させることを特徴とする通信制御プログラム。

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