JP2014200090A - 無線通信装置及び無線伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭＩＭＯ無線伝送方式で通信可能な無線伝送路に周波数選択性のフェージングがある場合でも最適なランクを決定することができる無線通信装置及び無線伝送システムを提供する。
【解決手段】複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、各送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出し、そのサブキャリア毎に算出したＳＩＮＲに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する。この複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、無線伝送路の複数のランクそれぞれについて算出し、その複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する。
【選択図】図１
【解決手段】複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、各送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出し、そのサブキャリア毎に算出したＳＩＮＲに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する。この複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、無線伝送路の複数のランクそれぞれについて算出し、その複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する。
【選択図】図１
Description
本発明は、無線伝送路を介して通信可能な無線通信装置及び無線伝送システムに関するものである。
従来、複数のアンテナでデータの送受信を行なうＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）無線伝送方式が知られている。このＭＩＭＯ無線伝送方式は、第３世代（３Ｇ）移動体通信システムの標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規定されているＬＴＥ（Long Term Evolution）の通信規格で採用され、またＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの通信規格でも採用が検討されている。ＭＩＭＯ無線伝送方式を採用した移動体通信システムでは、データ送受信を行う複数の無線通信装置のうち一方の無線通信装置である基地局装置（ｅＮｏｄｅ−Ｂ）と他方の無線通信装置である移動局（ＵＥ：ユーザ装置）との間で、複数のアンテナを用いた複数の異なる送信レイヤ（送信ストリーム）によるデータの送受信を行うことにより、ＭＩＭＯ空間多重方式やＭＩＭＯダイバーシティ方式による無線伝送を行うことができる。ＭＩＭＯ空間多重方式は、同じ無線リソース（周波数及び時間）を用いて複数のアンテナから異なる信号を並列に送信する方式であり、ＭＩＭＯダイバーシティ方式は、複数のアンテナから同一の信号を空間−時間（又は、空間−周波数）符号化により送信する方式である。また、ＬＴＥ/ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、ＭＩＭＯ空間多重方式およびＭＩＭＯダイバーシティ方式共に、送信側でプリコーディングが適用されるが、受信側からのフィードバック制御を用いない開ループ型(Open-Loop MIMO)と、受信側からのフィードバック情報を用いる閉ループ型(Closed-Loop MIMO)とがある（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。
上記ＭＩＭＯ無線伝送方式では、受信信号の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）などのチャネル状態に応じてランク（「送信ストリーム数」、「送信レイヤ数」又は「空間多重数」とも呼ばれる。）を適応制御するランクアダプテーション制御が適用される（例えば、非特許文献４〜７参照）。ここで、ランクが１の場合は、ＭＩＭＯダイバーシティ方式に対応し、ランクが２以上の場合はＭＩＭＯ空間多重方式に対応する。上記ランクアダプテーション制御を適用するために、受信側の移動局（ＵＥ）は送信側の基地局（ｅＮｏｄｅ−Ｂ）に対して、移動局内で決定したランクに関する情報（ＲＩ：Rank Indicator）をフィードバックすることにより、基地局が動的なランク制御を行う（例えば非特許文献４、５参照）。
特許文献１には、ＭＩＭＯの各送信ストリームのサブキャリア毎の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、送信ストリーム間で平均した平均ＳＩＮＲから、複数のランクそれぞれについて平均チャネル容量（シャノン容量）を計算し、その計算結果に基づいて、使用するランクを選択するＭＩＭＯ無線伝送方式が開示されている。このＭＩＭＯ無線伝送方式では、例えば、平均ＳＩＮＲが低い環境ではランク１に制御され、平均ＳＩＮＲが高い環境ではランク２に制御される。
しかしながら、上記特許文献１などに開示されている従来の複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式では、ＳＩＮＲに応じてランクを切り換える場合、アンテナ間のフェージング相関の有無や変調多値数等の影響を受けてランクを精度よく切り換えることができず、無線伝送路におけるスループットが劣化するおそれがある。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる無線通信装置及び無線伝送システムを提供することである。
本発明に係る無線伝送システムは、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数のサブキャリアを含む単数又は複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、該送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に算出した前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、前記複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、を備える。
この無線伝送システムでは、複数のサブキャリア毎にＳＩＮＲとそのＳＩＮＲに基づくチャネル容量とを算出し、その複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、複数のランクそれぞれについて算出している。このように算出したチャネル容量の指標値により、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクそれぞれにおける複数のサブキャリアの全体にわたる平均的なチャネル容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるＳＩＮＲに応じて、スループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
この無線伝送システムでは、複数のサブキャリア毎にＳＩＮＲとそのＳＩＮＲに基づくチャネル容量とを算出し、その複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、複数のランクそれぞれについて算出している。このように算出したチャネル容量の指標値により、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクそれぞれにおける複数のサブキャリアの全体にわたる平均的なチャネル容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるＳＩＮＲに応じて、スループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
前記無線伝送システムにおいて、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備えてもよい。
この無線伝送システムでは、前記ＭＩＢに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出することにより、実際の無線伝送路で使用される変調方式（変調多値数）とビットレベルからシンボルレベルへのマッピングとの影響を考慮して、前記ランクの決定に用いる複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出することができる。従って、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システムでは、前記ＭＩＢに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出することにより、実際の無線伝送路で使用される変調方式（変調多値数）とビットレベルからシンボルレベルへのマッピングとの影響を考慮して、前記ランクの決定に用いる複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出することができる。従って、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて算出する前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量はそれぞれ、シャノン容量であってもよい。
この無線伝送システムでは、計算が容易なシャノン容量を用いることにより、前記サブキャリア毎のチャネル容量の算出処理の簡略化を図ることができる。
この無線伝送システムでは、計算が容易なシャノン容量を用いることにより、前記サブキャリア毎のチャネル容量の算出処理の簡略化を図ることができる。
本発明に係る他の無線伝送システムは、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数のサブキャリアを含む複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、前記複数の送信ストリーム間で、前記無線伝送路で用いられる複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備える。
この無線伝送システムでは、複数の送信ストリーム間で複数のサブキャリア毎にＳＩＮＲの平均値を算出し、その複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、複数のランクそれぞれについて算出している。このように算出したチャネル容量の指標値により、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクそれぞれにおける複数のサブキャリアの全体にわたる平均的なチャネル容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるＳＩＮＲに応じてスループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
しかも、前記ＭＩＢに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出することにより、実際の無線伝送路で使用される変調方式（変調多値数）とビットレベルからシンボルレベルへのマッピングとの影響を考慮して、前記ランクの決定に用いる複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出することができる。従って、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システムでは、複数の送信ストリーム間で複数のサブキャリア毎にＳＩＮＲの平均値を算出し、その複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を、複数のランクそれぞれについて算出している。このように算出したチャネル容量の指標値により、アンテナ間のフェージング相関の有無などが考慮された複数のランクそれぞれにおける複数のサブキャリアの全体にわたる平均的なチャネル容量を精度よく判断することができる。従って、実際の無線伝送路におけるＳＩＮＲに応じてスループットの劣化を抑制するように、次回のデータ送信に使用するランクを精度よく決定することができる。よって、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる。
しかも、前記ＭＩＢに基づいて複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出することにより、実際の無線伝送路で使用される変調方式（変調多値数）とビットレベルからシンボルレベルへのマッピングとの影響を考慮して、前記ランクの決定に用いる複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出することができる。従って、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）は、受信処理方式を理想として算出してもよい。
この無線伝送システムでは、前記ＭＩＢの算出処理の簡略化を図ることができる。
この無線伝送システムでは、前記ＭＩＢの算出処理の簡略化を図ることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）は、実際に使用される受信処理方式を考慮して算出してもよい。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式を考慮したＭＩＢを用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式を考慮したＭＩＢを用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記シャノン容量は、受信処理方式を理想とし変調方式による上限を設けずに算出したシャノン限界容量であってもよい。
この無線伝送システムでは、前記シャノン容量の算出処理の簡略化を図ることができる。
この無線伝送システムでは、前記シャノン容量の算出処理の簡略化を図ることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記シャノン容量は、実際に使用される受信処理方式を考慮し、変調方式による上限を設けずに算出してもよい。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式を考慮したシャノン容量を用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式を考慮したシャノン容量を用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、前記シャノン容量は、実際に使用される受信処理方式と変調方式による上限とを考慮して算出してもよい。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式と変調方式による上限とを考慮したシャノン容量を用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
この無線伝送システムでは、実際に使用される受信処理方式と変調方式による上限とを考慮したシャノン容量を用いて、前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量を算出できるので、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を更に高めることができる。
また、本発明の更に他の無線伝送システムは、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、複数の無線通信装置の間の無線伝送路の複数のランクそれぞれについてチャネル容量を算出する手段と、過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を予測し、その予測結果に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信に使用するランクを決定手段と、を備えてもよい。
この無線伝送システムでは、ランクの決定タイミングから、そのランクが適用されるデータ送信タイミングまでの遅延時間の影響を抑制しつつ、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換えを精度よく行うことができる。
この無線伝送システムでは、ランクの決定タイミングから、そのランクが適用されるデータ送信タイミングまでの遅延時間の影響を抑制しつつ、前記ＳＩＮＲに基づくランクの切り換えを精度よく行うことができる。
また、前記無線伝送システムにおいて、直近の過去２回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を線形予測してもよい。
この無線伝送システムでは、ランクが適用されるデータ送信タイミングまでの遅延時間の影響を抑制するためのチャネル容量の予測処理を簡略化することができる。
この無線伝送システムでは、ランクが適用されるデータ送信タイミングまでの遅延時間の影響を抑制するためのチャネル容量の予測処理を簡略化することができる。
本発明に係る無線通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数のサブキャリアを含む単数又は複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、該送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に算出した前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、前記複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
前記無線通信装置において、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備えてもよい。
また、本発明に係る他の無線通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数のサブキャリアを含む複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、前記複数の送信ストリーム間で、前記無線伝送路で用いられる複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
また、本発明に係る更に他の無線通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、複数の無線通信装置の間の無線伝送路の複数のランクそれぞれについてチャネル容量を算出する手段と、過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を予測し、その予測結果に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
前記無線通信装置において、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、を備えてもよい。
また、本発明に係る他の無線通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数のサブキャリアを含む複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、前記複数の送信ストリーム間で、前記無線伝送路で用いられる複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
また、本発明に係る更に他の無線通信装置は、複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、複数の無線通信装置の間の無線伝送路の複数のランクそれぞれについてチャネル容量を算出する手段と、過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を予測し、その予測結果に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、を備える。
なお、本明細書において、「受信処理方式を理想」とするとは、前記無線伝送路のチャネル容量を求めるときの前記複数のサブキャリア毎の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の算出の際に、受信処理方式として後述のＺＦやＭＭＳＥ等の特定の方式を考慮せずに、前記無線伝送路のチャネル推定を理想とすることを意味する。
また、本明細書において、「変調方式による上限」とは、ある変調方式で変調したときの変調シンボルあたりの情報量のビット数を意味する。例えば変調方式がＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの場合、その変調方式による上限はそれぞれ２ビット，４ビット及び６ビットである。
また、本明細書において、「変調方式による上限」とは、ある変調方式で変調したときの変調シンボルあたりの情報量のビット数を意味する。例えば変調方式がＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの場合、その変調方式による上限はそれぞれ２ビット，４ビット及び６ビットである。
本発明によれば、複数のサブキャリアを介したＭＩＭＯ無線伝送方式の無線伝送路におけるＳＩＮＲに基づくランクの切り換え精度を高めてスループットの劣化を抑制できる、という効果を奏する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明を適用可能な無線通信装置を有するＭＩＭＯ無線伝送システムの全体構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける受信側の無線通信装置としてのユーザ装置１０の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図２は、同ＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける下りリンクにおける送信側の無線通信装置としての無線基地局２０の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
まず、本発明を適用可能な無線通信装置を有するＭＩＭＯ無線伝送システムの全体構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける受信側の無線通信装置としてのユーザ装置１０の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図２は、同ＭＩＭＯ無線伝送システムの下りリンクにおける下りリンクにおける送信側の無線通信装置としての無線基地局２０の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
本実施形態のＭＩＭＯ無線伝送システムは、ユーザ装置１０からフィードバックされる最適な送信アンテナウェイト行列の候補データテーブル（コードブック）のインデックスである制御情報（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）に基づき、送信ストリーム（送信レイヤ）ごとに異なる送信アンテナウェイトを送信信号に乗算する、閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システムである。また、本実施形態の無電伝送システムの下りリンクでは、互いに直交した複数のサブキャリアを用いる周波数多重方式である直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）を用いている。
なお、本実施形態の閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システム(Closed-Loop MIMO)では、ＬＴＥの通信規格に準拠した１，２−送信レイヤ（ランク数が１、２）を切り換えて下りリンクのデータ通信の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
なお、本実施形態の閉ループ型のＭＩＭＯ無線伝送システム(Closed-Loop MIMO)では、ＬＴＥの通信規格に準拠した１，２−送信レイヤ（ランク数が１、２）を切り換えて下りリンクのデータ通信の構成の場合について例示するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
また、図１の例では、ユーザ装置１０が２本のアンテナ１００を備えた場合を示しているが、ユーザ装置１０が有するアンテナ１００の数は特定の数に限定されるものではない。例えば、ユーザ装置１０は、２本よりも多い（例えば４本）のアンテナ１００を備えるものであってもよい。また、ユーザ装置１０は、実際のＭＩＭＯ通信時に使用されるアンテナの本数を切り換えることができるものであってもよい。
次に、ユーザ装置１０の下りリンクにおける概略構成及び処理動作の概略について説明する。
図１において、ユーザ装置１０は、ユーザが各種通信サービスを利用する際に使用可能な無線通信装置であり、「通信端末」や「端末」と呼ばれたり、移動可能なものであるため「移動局」と呼ばれる場合もあり、また、「無線機」と呼ばれる場合もある。ユーザ装置１０は、携帯電話機等の移動通信端末であってもよい。
図１において、ユーザ装置１０は、ユーザが各種通信サービスを利用する際に使用可能な無線通信装置であり、「通信端末」や「端末」と呼ばれたり、移動可能なものであるため「移動局」と呼ばれる場合もあり、また、「無線機」と呼ばれる場合もある。ユーザ装置１０は、携帯電話機等の移動通信端末であってもよい。
図１において、ユーザ装置１０は、複数のアンテナ１００と、複数のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０１と、下りリンク制御情報復調部１０２と、空間フィルタ部１０３と、対数尤度比（ＬＬＲ：Logarithm of Likelihood Ratio）生成部１０４と、誤り訂正／復号部１０５と、並列直列（Ｐ／Ｓ）変換部１０６とを備えている。
各アンテナ１００で受信された受信信号は、ガードインターバル（ＧＩ）が除去され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理された後、ＤＥＭＵＸ１０１に入力される。
ＤＥＭＵＸ１０１は、各アンテナ１００からの受信信号を、参照信号ＲＳ部分、データ信号部分、下り制御信号部分の受信信号にそれぞれ分割する。
下りリンク制御情報復調部１０２は、ＤＥＭＵＸ１０１から出力された下り制御信号に基づいて、下りリンクのデータ送信に用いられた送信ランク情報としてのランク指定情報（ＲＩ：rank Indicator９、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）及びＴ−ＰＭＩ（Transmit-Precoding Matrix Indicator）などの制御情報を出力する。
空間フィルタ部１０３は、下りリンク制御情報復調部１０２から出力された送信ランク情報（ＲＩ）等の制御情報と、後述の空間フィルタ係数生成部から出力された空間フィルタ係数とに基づいて、ＤＥＭＵＸ１０１から出力された信号の分離及び／又は合成を行う。また、空間フィルタ部１０３は、下りリンクのランク（ＲＩ）に応じて、上記分離及び／又は合成を行った所定数のコードワードからなるデータを、ユーザが利用可能な受信データ（ユーザデータ）に変換する。
ＬＬＲ生成部１０４は、空間フィルタ部１０３から出力された信号に基づいて、データ信号の復号のためのビットごとの対数尤度比（ＬＬＲ）を生成する。
誤り訂正／復号部１０５は、ＬＬＲ生成部１０４から出力されたＬＬＲと、所定の誤り訂正符号化方式及び変調方式の情報とに基づいて、データ信号に対する誤り訂正処理及び復号処理を行う。
並列直列（Ｐ／Ｓ）変換部１０６は、誤り訂正／復号部１０５から出力された並列の複数のデータを変換して、元の送信データの系列を出力する。
各アンテナ１００で受信された受信信号は、ガードインターバル（ＧＩ）が除去され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理された後、ＤＥＭＵＸ１０１に入力される。
ＤＥＭＵＸ１０１は、各アンテナ１００からの受信信号を、参照信号ＲＳ部分、データ信号部分、下り制御信号部分の受信信号にそれぞれ分割する。
下りリンク制御情報復調部１０２は、ＤＥＭＵＸ１０１から出力された下り制御信号に基づいて、下りリンクのデータ送信に用いられた送信ランク情報としてのランク指定情報（ＲＩ：rank Indicator９、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）及びＴ−ＰＭＩ（Transmit-Precoding Matrix Indicator）などの制御情報を出力する。
空間フィルタ部１０３は、下りリンク制御情報復調部１０２から出力された送信ランク情報（ＲＩ）等の制御情報と、後述の空間フィルタ係数生成部から出力された空間フィルタ係数とに基づいて、ＤＥＭＵＸ１０１から出力された信号の分離及び／又は合成を行う。また、空間フィルタ部１０３は、下りリンクのランク（ＲＩ）に応じて、上記分離及び／又は合成を行った所定数のコードワードからなるデータを、ユーザが利用可能な受信データ（ユーザデータ）に変換する。
ＬＬＲ生成部１０４は、空間フィルタ部１０３から出力された信号に基づいて、データ信号の復号のためのビットごとの対数尤度比（ＬＬＲ）を生成する。
誤り訂正／復号部１０５は、ＬＬＲ生成部１０４から出力されたＬＬＲと、所定の誤り訂正符号化方式及び変調方式の情報とに基づいて、データ信号に対する誤り訂正処理及び復号処理を行う。
並列直列（Ｐ／Ｓ）変換部１０６は、誤り訂正／復号部１０５から出力された並列の複数のデータを変換して、元の送信データの系列を出力する。
また、ユーザ装置１０は、チャネル推定・雑音電力推定部１１０と、空間フィルタ係数生成部１１１（１），１１１（２）と、信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（１），１１２（２）と、チャネル容量計算・比較部１１３と、ランク指定情報（ＲＩ：rank Indicator）生成部１１４と、上りリンク制御情報生成部１１５と、上りリンク送信部１１６とを備えている。ここで、空間フィルタ係数生成部１１１（１）及び信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（１）はランク１に対応し、空間フィルタ係数生成部１１１（２）及び信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（２）はランク２に対応している。
チャネル推定・雑音電力推定部１１０は、ＤＥＭＵＸ１０１からの出力された各サブキャリアの参照信号ＲＳに基づいて、基地局装置２０の各アンテナ２００〜ユーザ装置１０の各アンテナ１００間の無線伝搬路のＭＩＭＯチャネル応答と雑音電力とをそれぞれ推定する。ここで、参照信号ＲＳは、セルに固有の信号であるため、セル固有参照信号（ＣＳＲＳ：Cell-Specific Reference Signal）とも呼ばれる。
第１の空間フィルタ係数生成部１１１（１）は、ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果と、雑音電力の推定結果とに基づいて、ユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路におけるランクが１（送信ストリーム数が１）の場合の空間フィルタ係数を生成する。また、第１の信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（１）は、ランクが１の場合のＳＩＮＲの値をサブキャリア毎に推定し、その推定値を出力する。
一方、第２の空間フィルタ係数生成部１１１（２）は、ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果と、雑音電力の推定結果とに基づいて、ユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路におけるランクが２（送信ストリーム数が２）の場合の空間フィルタ係数を生成する。また、第２の信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（２）は、ランクが２の場合のＳＩＮＲの値をサブキャリア毎に推定し、その推定値を出力する。
チャネル容量計算・比較部１１３は、信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（２），１１２（２）から出力されたサブキャリア毎のＳＩＮＲの値などに基づいて、ランク１、２それぞれの場合のチャネル容量を計算する。また、チャネル容量計算・比較部１１３は、ランク１、２それぞれの場合のチャネル容量を互いに比較し、その比較結果に基づいて、次の下りリンクのデータ送信に用いるランクを決定する。具体的には、ランク１、２それぞれに対応する２つのチャネル容量のうちより大きなチャネル容量に対応するランクを、次の下りリンクのデータ送信に用いるランクとして決定する。なお、チャネル容量計算・比較部１１３については、後で詳しく説明する。
ランク指定情報（ＲＩ）生成部１１４は、上記決定したランクを無線基地局２０側に通知するためのランク情報としてのＲＩ（rank Indicator）を生成する。
上りリンク制御情報生成部１１５は、ランク指定情報（ＲＩ）生成部１１４で生成したＲＩを含む制御情報を生成する。この制御情報には、上記ＲＩのほか、下りリンクのデータ送信に適したプリコーディングマトリクスを示すＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）や、上記ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果に基づいて測定されたチャネル品質情報としてのＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を含んでもよい。
上りリンク送信部１１６は、上りリンク制御情報生成部１１５で生成した制御情報を含む所定のシンボルの送信信号を生成し、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨ）を介して、アンテナ１００から無線基地局２０に送信する。
チャネル推定・雑音電力推定部１１０は、ＤＥＭＵＸ１０１からの出力された各サブキャリアの参照信号ＲＳに基づいて、基地局装置２０の各アンテナ２００〜ユーザ装置１０の各アンテナ１００間の無線伝搬路のＭＩＭＯチャネル応答と雑音電力とをそれぞれ推定する。ここで、参照信号ＲＳは、セルに固有の信号であるため、セル固有参照信号（ＣＳＲＳ：Cell-Specific Reference Signal）とも呼ばれる。
第１の空間フィルタ係数生成部１１１（１）は、ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果と、雑音電力の推定結果とに基づいて、ユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路におけるランクが１（送信ストリーム数が１）の場合の空間フィルタ係数を生成する。また、第１の信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（１）は、ランクが１の場合のＳＩＮＲの値をサブキャリア毎に推定し、その推定値を出力する。
一方、第２の空間フィルタ係数生成部１１１（２）は、ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果と、雑音電力の推定結果とに基づいて、ユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路におけるランクが２（送信ストリーム数が２）の場合の空間フィルタ係数を生成する。また、第２の信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（２）は、ランクが２の場合のＳＩＮＲの値をサブキャリア毎に推定し、その推定値を出力する。
チャネル容量計算・比較部１１３は、信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部１１２（２），１１２（２）から出力されたサブキャリア毎のＳＩＮＲの値などに基づいて、ランク１、２それぞれの場合のチャネル容量を計算する。また、チャネル容量計算・比較部１１３は、ランク１、２それぞれの場合のチャネル容量を互いに比較し、その比較結果に基づいて、次の下りリンクのデータ送信に用いるランクを決定する。具体的には、ランク１、２それぞれに対応する２つのチャネル容量のうちより大きなチャネル容量に対応するランクを、次の下りリンクのデータ送信に用いるランクとして決定する。なお、チャネル容量計算・比較部１１３については、後で詳しく説明する。
ランク指定情報（ＲＩ）生成部１１４は、上記決定したランクを無線基地局２０側に通知するためのランク情報としてのＲＩ（rank Indicator）を生成する。
上りリンク制御情報生成部１１５は、ランク指定情報（ＲＩ）生成部１１４で生成したＲＩを含む制御情報を生成する。この制御情報には、上記ＲＩのほか、下りリンクのデータ送信に適したプリコーディングマトリクスを示すＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）や、上記ＭＩＭＯチャネル応答の推定結果に基づいて測定されたチャネル品質情報としてのＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を含んでもよい。
上りリンク送信部１１６は、上りリンク制御情報生成部１１５で生成した制御情報を含む所定のシンボルの送信信号を生成し、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨ）を介して、アンテナ１００から無線基地局２０に送信する。
次に、基地局装置２０の下りリンクにおける概略構成及び処理動作の概略について説明する。
図２において、無線基地局２０は、通信ネットワーク側とユーザ端末装置１０との無線通信を中継する無線通信装置であり、「基地局装置」と呼ばれたり、単に「基地局」と呼ばれたりする場合もある。また、無線基地局２０は、３ＧＰＰ、ＬＴＥの仕様では「ｅＮｏｄｅＢ（evolved Node B）」と呼ばれたりする場合がある。
図２において、無線基地局２０は、通信ネットワーク側とユーザ端末装置１０との無線通信を中継する無線通信装置であり、「基地局装置」と呼ばれたり、単に「基地局」と呼ばれたりする場合もある。また、無線基地局２０は、３ＧＰＰ、ＬＴＥの仕様では「ｅＮｏｄｅＢ（evolved Node B）」と呼ばれたりする場合がある。
図２において、無線基地局２０は、複数のアンテナ２００と、上りリンク受信部２０１と、送信ストリーム数選択部２０２と、第１の信号処理経路切換器２０３と、直列並列（Ｓ／Ｐ）変換部１０６と、ランクが１（送信ストリーム数が１）の場合の符号化・変調部２０５（１）と、ランクが２（送信ストリーム数が２）の場合の複数の符号化・変調部２０５（２），２０５（３）と、第２の信号処理経路切換器２０６と、プリコーダ部２０７と、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０８と、ガードインターバル（ＧＩ）付加部２０９とを備えている。
上りリンク受信部２０１は、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して、ユーザ装置１０から制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）を受信し、送信ストリーム数選択部２０２に送る。
送信ストリーム数選択部２０２は、上りリンク受信部２０１から受けた制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）に基づいて、ユーザ装置１０との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定して制御する。例えば、送信ストリーム数選択部２０２は、上りリンク受信部２０１から受けたＲＩに基づき、次のデータ送信時の送信ストリーム数がＲＩで指定された送信ストリーム数になるように、信号処理経路切換器２０３，２０６を制御する。
信号処理経路切換器２０３，２０６は、送信ストリーム数選択部２０２からの制御指令に基づいて、指定されたランク（送信ストリーム数）でデータを送信できるように、符号化及び変調の信号処理経路を切り換える。例えば、ランク１の場合は、送信対象のデータをランク１用の符号化・変調部２０５（１）で処理するように信号経路を切り換える。一方、ランク２の場合は、送信対象のデータを、直列並列（Ｓ／Ｐ）変換部１０６で並列データに変換した後、ランク２用の符号化・変調部２０５（２），２０５（３）それぞれで処理するように信号経路を切り換える。
プリコーダ部２０７は、複数のアンテナ２００ごとに設定された送信信号の位相及び／又は振幅を制御するためのプリコーディングウェイト（プリコーディング行列）に基づいて、符号化・変調部２０５（１）、又は符号化・変調部２０５（２），２０５（３）から受けた送信対象データをプリコーディングする。すなわち、プリコーダ部２０７は、ＲＩに基づいて、送信対象のデータにプリコーディングウェイトを乗算し、位相・振幅をそれぞれ制御（シフト）する。この後、送信ストリーム毎に図示しない加算器（Σ）で加算された後、図示しないマルチプレクサで参照信号ＲＳ及び制御信号が更に多重され、複数のアンテナ２００ごとに送信信号が生成される。
複数のアンテナ２００ごとに生成された送信信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０８で逆フーリエ変換され、ガードインターバル（ＧＩ）付加部２０９で所定のガードインターバル（ＧＩ）が付加された後、２本のアンテナ２００それぞれから送信される。
上りリンク受信部２０１は、上りリンクの制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して、ユーザ装置１０から制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）を受信し、送信ストリーム数選択部２０２に送る。
送信ストリーム数選択部２０２は、上りリンク受信部２０１から受けた制御情報（ＲＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩ）に基づいて、ユーザ装置１０との間の下りリンクで用いる各種制御パラメータを決定して制御する。例えば、送信ストリーム数選択部２０２は、上りリンク受信部２０１から受けたＲＩに基づき、次のデータ送信時の送信ストリーム数がＲＩで指定された送信ストリーム数になるように、信号処理経路切換器２０３，２０６を制御する。
信号処理経路切換器２０３，２０６は、送信ストリーム数選択部２０２からの制御指令に基づいて、指定されたランク（送信ストリーム数）でデータを送信できるように、符号化及び変調の信号処理経路を切り換える。例えば、ランク１の場合は、送信対象のデータをランク１用の符号化・変調部２０５（１）で処理するように信号経路を切り換える。一方、ランク２の場合は、送信対象のデータを、直列並列（Ｓ／Ｐ）変換部１０６で並列データに変換した後、ランク２用の符号化・変調部２０５（２），２０５（３）それぞれで処理するように信号経路を切り換える。
プリコーダ部２０７は、複数のアンテナ２００ごとに設定された送信信号の位相及び／又は振幅を制御するためのプリコーディングウェイト（プリコーディング行列）に基づいて、符号化・変調部２０５（１）、又は符号化・変調部２０５（２），２０５（３）から受けた送信対象データをプリコーディングする。すなわち、プリコーダ部２０７は、ＲＩに基づいて、送信対象のデータにプリコーディングウェイトを乗算し、位相・振幅をそれぞれ制御（シフト）する。この後、送信ストリーム毎に図示しない加算器（Σ）で加算された後、図示しないマルチプレクサで参照信号ＲＳ及び制御信号が更に多重され、複数のアンテナ２００ごとに送信信号が生成される。
複数のアンテナ２００ごとに生成された送信信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０８で逆フーリエ変換され、ガードインターバル（ＧＩ）付加部２０９で所定のガードインターバル（ＧＩ）が付加された後、２本のアンテナ２００それぞれから送信される。
上記図１、２の構成のＭＩＭＯ無線伝送システムでは、上記データ送信時のランクは、上述したようにユーザ装置１０からフィードバックされたランク指定情報（ＲＩ）に基づいて、無線基地局２０側が決定する。例えば、ＲＩ＝１のときにランク＝１、ＲＩ＝２のときにランク＝２のように通常選択される。そして、ランク＝１のとき単一送信ビームフォーミング、ランク≧２のときマルチビーム送信空間多重となる。なお、３ＧＰＰの仕様にあるように、データ送信時のランクの最終決定権は無線基地局２０側が持っているので、無線基地局２０側でランクを決定する際に、ユーザ装置１０のランク情報ＲＩの値に必ずしも従わなくてもよい。
次に、本発明の実施形態に係る上記構成のユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３のより具体的な構成例を示す複数の実施例について説明する。
図３は、上記構成のユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路のモデルを示す説明図である。図３のモデルにおいて、ユーザ装置１０と無線基地局２０との間のデータ通信は複数のサブキャリアを使って行われる。また、図中のｈ１１（ｋ），ｈ１２（ｋ），ｈ２１（ｋ）及びｈ２２（ｋ）は、次式（１）で示すＭＩＭＯチャネル行列の要素であり、それらの値は「伝送路応答値」とも呼ばれる。また、ｋはサブキャリアのインデックス（番号）である。
また、上記図３の無線伝送路における送信アンテナ間のフェージング相関ρｉｊ，ｉｑ（以下、適宜「ρ」と略す。）は、次式（２）で表される。ここで、ｉは受信アンテナのインデックス（番号）であり、ｊ，ｑは送信アンテナのインデックス（番号）である。
図４〜図７はそれぞれ、上記式（２）のフェージング相関ρの値が０．０，０．５，０．９，１．０の場合のＭＩＭＯチャネル行列の要素（伝送路応答値）に対応する受信レベル［ｄＢ］をサブキャリア毎に計算した結果を示すグラフである。図４〜図７の計算では、３ＧＰＰのＥＶＡ（拡張車両Ａ）のシャノンモデルを用い、送信アンテナ数Ｎｔ＝２、受信アンテナ数Ｎｒ＝２、受信ＳＮＲ＝０［ｄＢ］とした。
図４〜図７に示すように、無線伝送路における送信アンテナ間のフェージング相関が高くなる（ρの値が大きくなる）と、伝送路応答値（ｈ１１（ｋ）とｈ１２（ｋ），ｈ２１（ｋ）とｈ２２（ｋ））が同じ値に近づく。その結果、無線伝送路の空間フィルタの特性が劣化し、アンテナ間の信号分離が困難になり、チャネル容量が低下する。
図４〜図７に示すように、無線伝送路における送信アンテナ間のフェージング相関が高くなる（ρの値が大きくなる）と、伝送路応答値（ｈ１１（ｋ）とｈ１２（ｋ），ｈ２１（ｋ）とｈ２２（ｋ））が同じ値に近づく。その結果、無線伝送路の空間フィルタの特性が劣化し、アンテナ間の信号分離が困難になり、チャネル容量が低下する。
図８及び図９はそれぞれ、フェージング相関ρの値が０．０及び０．５の場合の受信アンテナあたりの平均ＳＮＲ［ｄＢ］と平均チャネル容量［ｂｐｓ／Ｈｚ］との関係を示すグラフである。図８、９中の実線の計算では、３ＧＰＰのＥＶＡ（拡張車両Ａ）のシャノンモデルを用い、変調方式は３種類の変調方式（ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ）で適応制御した。また、図中の実線のランク１では、最大比合成（ＭＲＣ：Maximum Ratio Combining）に基づくＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）を受信側の復号で用いた場合について計算した。ランク２では、ＳＤＭ（Space Division Multiplexing）のよる空間多重を用い、信号検出方式としてＺＦ（Zero Forcing）方式を受信側の復号で用いた場合について計算した。また、図８及び図９中の点線は、各ランク１，２について計算したシャノン限界容量である。
従来のＳＮＲに応じたランクの切り換えでは、ランク１の場合のシャノン限界容量の曲線（点線）とランク２の場合のシャノン限界容量の曲線（点線）とが交差する点（図中のＡ点）のＳＮＲに切換閾値が設定される。例えば、図８のρ＝０の例では切換閾値として６［ｄＢ］が設定され、図９のρ＝０．５の例では切換閾値として１２［ｄＢ］が設定される。
しかしながら、図８、図９中の実線に示すように実際の受信処理方式、変調方式及びフェージング相関ρを考慮したランク１，２それぞれのチャネル容量の曲線の交差点は、従来の切換閾値すなわち図中点線で示すシャノン限界容量の曲線の交差点からずれる。具体的には、図８の場合はＳＮＲ＝６［ｄＢ］のＡ点から１０［ｄＢ］のＢ点にずれ、図９の場合はＳＮＲ＝１２［ｄＢ］のＡ点から１９［ｄＢ］のＢ点にずれる。このため、上記従来の切換閾値を設定したランク切換制御を適用した場合、図８の場合はＳＮＲ＝７〜１０［ｄＢ］の範囲Ｃでスループットが劣化し、図９の場合はＳＮＲ＝１２〜１９［ｄＢ］の範囲Ｃでスループットが劣化してしまう。
図１０及び図１１はそれぞれ、フェージング相関ρの値が０．０及び０．５の場合の受信アンテナあたりの平均ＳＮＲ［ｄＢ］と平均チャネル容量［ｂｐｓ／Ｈｚ］との関係を示すグラフである。図１０及び図１１中の実線の計算では、ランク２の信号検出方式としてＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式を受信側の復号で用いている。他の条件は、図８及び図９の場合と同じである。
図１０及び図１１の場合も、実際の受信処理方式、変調方式及びフェージング相関ρを考慮したランク１，２それぞれのチャネル容量の曲線の交差点（図中のＢ点）が、従来の切換閾値すなわち図中点線で示すシャノン限界容量の曲線の交差点（図中のＡ点）からずれる。具体的には、図１０の場合はＳＮＲ＝６［ｄＢ］のａ点から−１０［ｄＢ］のＢ点にずれ、図１１の場合はＳＮＲ＝１２［ｄＢ］の点から１８［ｄＢ］の点にずれる。このため、上記従来の切換閾値を設定したランク切換制御を適用した場合、図１０の場合はＳＮＲ＝−１０〜６［ｄＢ］の範囲Ｃでスループットが劣化し、図１１の場合はＳＮＲ＝１２〜１８［ｄＢ］の範囲Ｃでスループットが劣化してしまう。
そこで、本実施形態では、ランク１，２それぞれについて、実際の受信処理方式、変調方式及びフェージング相関ρの少なくとも一つを考慮して、信号対干渉雑音比（以下「ＳＩＮＲ」という。）［ｄＢ］に対するチャネル容量を精度よく計算している。そして、ランク１，２それぞれに対して計算したチャネル容量を互いに比較し、その比較結果に基づいて、下りリンクの次のデータ送信で用いられるランクを決定している。以下、本実施形態に係る無線通信システムにおけるチャネル容量の計算・比較及びその比較結果に基づきランクを決定について複数の例を挙げて説明する。
図１２は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の一構成例を示す機能ブロック図である。また、図１３は、図１２のチャネル容量計算・比較部１１３を用いたランク決定手順の一例を示すフローチャートである。また、図１４は、図１２のチャネル容量計算・比較部１１３を用いたランク決定手順を説明するためのユーザ装置１０と無線基地局２０との間の無線伝送路のモデルを示す説明図である。なお、図１４中のＫは送信ストリームの数、Ｍは送信アンテナの数、Ｌは受信アンテナの数である。
本例では、まず、基地局装置２０の各アンテナ２００〜ユーザ装置１０の各アンテナ１００間の無線伝搬路のＭＩＭＯチャネル応答Ｈ（ｋ）及び雑音電力ｎをそれぞれサブキャリア毎に推定する（図１３のＳ１０１）。その推定の後、ランク１，２それぞれについて、受信アルゴリズムに依存する空間フィルタ係数Ｗ（ｋ）をサブキャリア毎に生成し（図１２の１１８、図１３のＳ１０２）、信号分離合成後のＳＩＮＲｊ（ｋ）をサブキャリア毎に推定する（図１２の１１９、図１３のＳ１０３）。
次に、上記ＳＩＮＲｊ（ｋ）の推定値を用い、複数のサブキャリアそれぞれについて、受信処理方式を考慮した誤り訂正符号化後の１ビットあたりの相互情報量（以下、「ＭＩＢ」という。）を算出する（図１２の１２０、図１３のＳ１０４）。例えば、受信処理方式としてＺＦ（Zero Forcing）法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法を考慮し、使用可能な信号点配置という拘束条件の下で複数の変調方式（ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ）のすべてのＱ（＝２，４，６）について、ＭＩＢを計算する。
ここで、上記ＭＩＢは、誤り訂正符号化方式が理想である条件下で、変調方式をいずれかの方式に固定して計算される、ビットレベルからシンボルレベルへのマッピングを考慮した場合の誤り訂正符号化後のビットあたりの容量である。このＭＩＢは、例えば次式（３）で計算することができる。
ここで、γｎは第ｎ変調シンボルの等化後の受信ＳＩＮＲ、Ｍａｒｙ（ｎ）は第ｎ変調シンボルの変調多値数、Ｑ（ｎ）は変調シンボルあたりのビット数（「Ｑ（ｎ）＝ｌｏｇ２Ｍａｒｙ（ｎ））である。また、ｓｒｅｐ（ｍ）は、変調シンボルｍの複素数値、ｃｍ，ｑは変調シンボルｍの第ｑビットのビット値（ｂ＝０ 又は １）、Ｚは複素ガウス乱数、ＥＺは複素ガウス乱数による期待値演算である。
なお、各変調方式（ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ）のＭＩＢは、次の近似式（４）〜（６）を用いて計算してもよい（非特許文献８参照）。
但し、上記式（４）〜（６）中の関数Ｊ（ｘ）及びその係数ａ１，ｂ１，ｃ１，ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は次の通りである。
図１５は、上記近似式（４）〜（６）を用いて計算した各変調方式（ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ）のＭＩＢとＳＩＮＲとの関係の一例を示すグラフである。また、図１６は、複数のサブキャリア毎に図１５のＭＩＢから計算した１変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）［ビット／シンボル］とＳＩＮＲとの関係の一例を示すグラフである。図中の各変調方式におけるサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）が、サブキャリア毎のチャネル容量に相当する。
ここで、受信処理方式がＺＦ方式の場合、ランクＫ（１≦Ｋ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｌ））で送信するときのサブキャリア毎のチャネル容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ）、すなわちサブキャリア毎の複数の変調方式それぞれにおける変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）は、上記ＭＩＢ（＝ＩＱ）を用いて次の（８）式により計算することができる。ここで、全サブキャリアでは同じ変調方式が用いられる。また、ＳＩＮＲｊ（ｋ）はサブキャリアｋに対する第ｊフィルタ出力のＳＩＮＲであり、ｗｊ（ｋ）は、下記の（１０）式〜（１３）式で求められる重み係数行列である。（１０）式のＰＫ（ｋ）は、ランクＫの場合のサブキャリアｋに対する送信平均電力の行列である。
次に、上記（９）式に示すように、各ランクＫについて前記複数の変調方式毎に算出したサブキャリア毎のチャネル容量（変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ））を周波数軸上で合算したチャネル総容量（ΣＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ））を互いに比較し、そのチャネル総容量が最大となる最適な変調方式（ＱＫの値）をランクＫ毎に決定し、ランク毎のチャネル総容量（ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ）を求める（図１２の１２０、図１３のＳ１０５）。
なお、ランク１の送信としてＳＦＢＣ（２送信アンテナのみ適用可）を選択したときのサブキャリアごとのチャネル容量（変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ））及びチャネル総容量の最大値はそれぞれ、次の（１４）式及び（１５）式のようになる。
次に、前記複数のランクＫ（１≦Ｋ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｌ））それぞれについて、上記選択した最適な変調方式（ＱＫの値）について算出したサブキャリア毎のチャネル容量（変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ））を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量を算出する。そして、その複数のランクＫ毎に算出したチャネル総容量を互いに比較し、そのチャネル総容量が最大となるＫをランク数とする（図１２の１２１，１２２、図１３のＳ１０６）。
以上の手順でランクを決定するランクアダプテーションを適用したときのチャネル容量ＣＲＡは、次の（１６）式のようになる。
なお、受信処理方式がＭＭＳＥ方式の場合、ランクＫ（１≦Ｋ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｌ））で送信するときのサブキャリア毎のチャネル容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ）（変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ））は、上記ＭＩＢ（＝ＩＱ）を用いて次の（１７）式により計算することができ、そのチャネル総容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋの最大値は、次の（１８）式により計算することができる。他の手順は、前記受信処理方式がＺＦ方式の場合と同様である。
また、上記図１３のＳ１０６では、上記選択した最適な変調方式（ＱＫの値）におけるサブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量をランク毎に比較しているが、サブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で平均化したチャネル容量の平均値を指標値として比較してもよい。
図１７は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の他の構成例を示す機能ブロック図である。また、図１８は、図１７のチャネル容量計算・比較部１１３を用いたランク決定手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１７中の１１８、１１９の機能及び図１８のＳ２０１〜Ｓ２０３の手順は、前述の図１２〜図１６と同様であるので、説明を省略する。
本例では、各ランク１，２について、サブキャリア毎のチャネル推定値（ＧＫ（ｋ））に基づき、サブキャリア毎に、（１９）式に示すように受信処理方式を理想としたチャネル限界容量であるシャノン限界容量を計算する。そして、（２０）式に示すように、各ランクＫについてサブキャリア毎のシャノン限界容量を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量を計算する（図１７の１２３，１２１、図１８のＳ２０４）。
次に、上記（２０）式に示す各ランクＫについて計算したチャネル総容量を互いに比較し、最大のチャネル容量が得られるＫをランク数とする（図１７の１２２、図１８のＳ２０５）。
なお、上記図１７のＳ２０４，２０５では、各ランクＫについてサブキャリア毎のシャノン限界容量を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量を互いに比較しているが、サブキャリア毎のシャノン限界容量を周波数軸上で平均化したチャネル容量の平均値を指標値として比較してもよい。
図１９は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の更に他の構成例を示す機能ブロック図である。また、図２０は、図１９のチャネル容量計算・比較部１１３を用いたランク決定手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１９中の１１８、１１９の機能及び図２０のＳ３０１〜Ｓ３０３の手順は、前述の図１２〜図１６と同様であるので、説明を省略する。
本例では、各ランク１，２について、サブキャリア毎のチャネル推定値（ＧＫ（ｋ））に基づき、サブキャリア毎に、受信処理方式を考慮してシャノン容量を補正したチャネル容量を計算する。そして、各ランクＫについてサブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量を計算する（図１９の１２４，１２１、図２０のＳ３０４）。
ここで、受信処理方式がＺＦ方式の場合、ランクＫ（１≦Ｋ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｌ））で送信するときのサブキャリア毎のチャネル容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ）は、シャノン容量に基づいて次の（２１）式により計算することができる。ここで、全サブキャリアでは同じ変調方式が用いられる。また、ＳＩＮＲｊ（ｋ）はサブキャリアｋに対する第ｊフィルタ出力のＳＩＮＲであり、ｗｊ（ｋ）は、前述の（１０）式〜（１３）式で求められる重み係数行列である。
そして、上記（２２）式に示すように、各ランクＫについてサブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で合算したチャネル総容量を求める（図１９の１２１、図２０のＳ３０５）。
なお、ランク１の送信としてＳＦＢＣ（２送信アンテナのみ適用可）を選択したときのサブキャリアごとのチャネル容量及びチャネル総容量は、次の（２３）式及び（２４）式のようになる。
受信処理方式がＭＭＳＥ方式の場合、ランクＫ（１≦Ｋ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｌ））で送信するときのサブキャリア毎のチャネル容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ）は、シャノン容量に基づいて次の（２５）式により計算することができる。
そして、上記（２６）式に示すように、各ランクＫについてサブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で合算したチャネル総容量を求める（図１９の１２１、図２０のＳ３０５）。
なお、ランク１の送信としてＳＦＢＣ（２送信アンテナのみ適用可）を選択したときのサブキャリアごとのチャネル容量及びチャネル総容量は、次の（２７）式及び（２８）式のようになる。
次に、上記各ランクＫについて計算したチャネル総容量を互いに比較し、最大のチャネル容量が得られるＫをランク数とする（図１９の１２２、図２０のＳ３０５）。
なお、上記図２０のＳ３０４，３０５では、各ランクＫについてサブキャリア毎のシャノン容量を周波数軸上で合算した指標値としてのチャネル総容量を互いに比較しているが、サブキャリア毎のチャネル容量を周波数軸上で平均化したチャネル容量の平均値を指標値として比較してもよい。
図２１は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の更に他の構成例を示す機能ブロック図である。また、図２２は、図２１のチャネル容量計算・比較部１１３を用いたランク決定手順の一例を示すフローチャートである。なお、図２１中の１１８、１１９の機能及び図２２のＳ４０１〜Ｓ４０３の手順は、前述の図１２〜図１６と同様であるので、説明を省略する。
本例では、受信処理方式がＺＦ方式の場合において、下記の（２９）式に示すように、サブキャリア毎のＳＩＮＲ推定値（ＳＩＮＲｊ（ｋ））に基づき、各ランク１，２についてサブキャリア毎に受信処理方式及び変調方式を考慮してシャノン容量を補正したチャネル容量ＣＱ，Ｒａｎｋ Ｋ（ｋ）を計算する。そして、（２９）式で求めたチャネル容量と変調方式による送信レートの上限（Ｑｍａｘ）を各サブキャリア毎に比較し上限を超えないようにし、次の（３０）式に示すように指標値としてのチャネル総容量を計算する（図２１の１２５，１２１、図２２のＳ４０４）。
なお、ランク１の送信としてＳＦＢＣ（２送信アンテナのみ適用可）を選択したときのサブキャリアごとのチャネル容量及びチャネル総容量はそれぞれ、次の（３１）式及び（３２）式のようになる。
次に、ランク毎のチャネル総容量を互いに比較し、最大容量が得られるＫをランク数とする（図２１の１２２、図２２のＳ４０６）。
図２３及び図２４は、本実施形態における前述の図１２及び図１３の手順でランクを決定した場合について受信アンテナあたりの平均ＳＮＲ［ｄＢ］と平均チャネル容量［ｂｐｓ／Ｈｚ］との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。図２３はフェージング相関ρの値が０．０の場合の結果であり、図２４はフェージング相関ρの値が０．５の場合の結果である。本シミュレーションでは、３ＧＰＰのＥＶＡ（拡張車両Ａ）のシャノンモデルを用い、変調方式は３種類の変調方式（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）で適応制御した。また、ランク１では、最大比合成（ＭＲＣ）に基づくＳＦＢＣを受信側の復号で用いた場合について計算した。ランク２では、ＳＤＭのよる空間多重を用い、信号検出方式としてＺＦ方式を受信側の復号で用いた場合について計算した。
図２３のフェージング相関ρの値が０．０の結果では、従来のランク決定手順でスループットの劣化が見られたＳＩＮＲ＝６〜１０の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。
また、図２４のフェージング相関ρの値が０．５の結果では、従来のランク決定手順でスループットの大きな劣化が見られたＳＩＮＲ＝１２〜１９の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。なお、図２４中の点線Ｄは従来のランク決定手順でランクを切り換えた場合の平均チャネル容量の変化である。
また、図２４のフェージング相関ρの値が０．５の結果では、従来のランク決定手順でスループットの大きな劣化が見られたＳＩＮＲ＝１２〜１９の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。なお、図２４中の点線Ｄは従来のランク決定手順でランクを切り換えた場合の平均チャネル容量の変化である。
図２５及び図２６は、本実施形態における前述の図１２及び図１３の手順でランクを決定した場合について受信アンテナあたりの平均ＳＮＲ［ｄＢ］と平均チャネル容量［ｂｐｓ／Ｈｚ］との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。図２５はフェージング相関ρの値が０．０の場合の結果であり、図２６はフェージング相関ρの値が０．５の場合の結果である。本シミュレーションでは、ランク２の場合の信号検出方式としてＭＭＳＥ方式を受信側の復号で用いている。他の条件は、図２３及び図２４と同じである。
図２５のフェージング相関ρの値が０．０の結果では、従来のランク決定手順でスループットの劣化が見られたＳＩＮＲ＝−１０〜８の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。
また、図２６のフェージング相関ρの値が０．５の結果では、従来のランク決定手順でスループットの大きな劣化が見られたＳＩＮＲ＝１２〜２０の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。
なお、図２５、図２６中の点線Ｄは従来のランク決定手順でランクを切り換えた場合の平均チャネル容量の変化である。
また、図２６のフェージング相関ρの値が０．５の結果では、従来のランク決定手順でスループットの大きな劣化が見られたＳＩＮＲ＝１２〜２０の範囲Ｃにおいても、スループットの劣化がなかった。
なお、図２５、図２６中の点線Ｄは従来のランク決定手順でランクを切り換えた場合の平均チャネル容量の変化である。
図２７は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の更に他の構成例を示す機能ブロック図である。前述の図１２〜図１６に示したチャネル容量計算・比較の例では、受信処理方式を考慮してＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行っているが、図２７に示すように受信処理方式を考慮せずにすなわち受信処理方式を理想としてＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行ってもよい。
図２８は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の更に他の構成例を示す機能ブロック図である。前述の図１２〜図１６に示したチャネル容量計算・比較の例では、ＭＩＢに基づいてサブキャリア毎のチャネル容量の計算を行った後、周波数軸上で合算又は平均化しているが、図２８に示すように複数の送信ストリーム間でＳＩＮＲの平均値を算出した後、そのＳＩＮＲの平均値を用いて、ＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行ってもよい。なお、図２８の例では、受信処理方式を考慮せずにすなわち受信処理方式を理想としてＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行っている。
図２９は、本発明の実施形態に係るユーザ装置１０におけるチャネル容量計算・比較部１１３の更に他の構成例を示す機能ブロック図である。図２９の例では、図２８と同様に、複数の送信ストリーム間でＳＩＮＲの平均値を算出した後、そのＳＩＮＲの平均値を用いて、ＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行ってもよい。なお、図２９の例では、図２８の例とは異なり、受信処理方式を考慮してＭＩＢに基づくチャネル容量の計算を行っている。
なお、前述の図１２〜図２９に示したチャネル容量計算・比較に基づくランクの決定において、過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した複数のランクそれぞれに対するチャネル容量の指標値（合算値又は平均値）に基づいて、次回のデータ送信タイミングにおける複数のランクそれぞれに対するチャネル容量の指標値を予測し、その予測結果に基づいて、次回のデータ送信に使用するランクを決定してもよい。この場合は、ランクの決定タイミングから、そのランクが実際に適用されるデータ送信タイミングまでの遅延時間の影響を抑制しつつ、ＳＩＮＲに基づくランクの切り換えを精度よく行うことができる。
例えば、次の（３３）式及び（３４）式に示すように、直近の過去２回の算出タイミングそれぞれに算出したランク１，２それぞれに対するチャネル容量の指標値（合算値又は平均値）に基づいて、次回のデータ送信タイミングにおけるランク１，２それぞれに対するチャネル容量の指標値を線形予測してもよい。
なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線通信システム及び無線通信装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。
ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。
また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。
１０ ユーザ装置
２０ 無線基地局
１００ アンテナ
１０１ ＤＥＭＵＸ
１０２ 下りリンク制御信号復調部
１０３ 空間フィルタ部
１０４ ＬＬＲ生成部
１０５ 誤り訂正／復号部
１０６ 並列直列（Ｐ／Ｓ）変換部
１１０ チャネル推定・雑音電力推定部
１１１（１），１１１（２） 空間フィルタ係数生成部
１１２（１），１１２（２） 信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部
１１３ チャネル容量計算・比較部
１１４ ＲＩ生成部
１１５ 上りリンク制御信号生成部
１１６ 上りリンク送信部
２００ アンテナ
２０１ 上りリンク受信部
２０２ 送信ストリーム数選択部
２０３，２０６ 信号処理経路切換器
２０４ 直列並列（Ｓ／Ｐ）変換部
２０５（１） 符号化・変調部（ランク１用）
２０５（２），２０５（３） 符号化・変調部（ランク２用）
２０７ プリコーダ部
２０８ 逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部
２０９ ガードインターバル（ＧＩ）付加部
２０ 無線基地局
１００ アンテナ
１０１ ＤＥＭＵＸ
１０２ 下りリンク制御信号復調部
１０３ 空間フィルタ部
１０４ ＬＬＲ生成部
１０５ 誤り訂正／復号部
１０６ 並列直列（Ｐ／Ｓ）変換部
１１０ チャネル推定・雑音電力推定部
１１１（１），１１１（２） 空間フィルタ係数生成部
１１２（１），１１２（２） 信号分離合成後ＳＩＮＲ推定部
１１３ チャネル容量計算・比較部
１１４ ＲＩ生成部
１１５ 上りリンク制御信号生成部
１１６ 上りリンク送信部
２００ アンテナ
２０１ 上りリンク受信部
２０２ 送信ストリーム数選択部
２０３，２０６ 信号処理経路切換器
２０４ 直列並列（Ｓ／Ｐ）変換部
２０５（１） 符号化・変調部（ランク１用）
２０５（２），２０５（３） 符号化・変調部（ランク２用）
２０７ プリコーダ部
２０８ 逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部
２０９ ガードインターバル（ＧＩ）付加部
3GPP TS36.211 V10.1.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 10),"March 2011.
3GPP TS36.212 V10.1.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 10),"March 2011.
3GPP TS36.213 V10.1.0,"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 10),"March 2011.
H. Taoka, S. Nagata, K Takeda, Y. Kakishima, X. She, and K. Kusume, "MIMO and CoMP in LTE-Advanced," NTT DoCoMo Technical Journal (English Edition), vol.12, no.2, pp.20-28, Sept. 2010.
田岡他, "LTE-AdvancedにおけるMIMOおよびセル間協調送受信技術" NTT DOCOMO Technical Journal, Vol. 18, No.2, pp.22-30, July. 2010.
3GPP TS36.211 V10.5.0, June 2012.
原 他, "マルチアンテナの基礎原理", 2010 信学総大, BT-1-1, March 2010.
IEEE 802.16 BWAWorking Group, IEEE 802.16m-08/004r2, July 2008.
Claims (15)
- 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における単数又は複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、該送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に算出した前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、前記複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項１の無線伝送システムにおいて、
前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、
複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、
前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項１の無線伝送システムにおいて、
前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて算出する前記複数のサブキャリア毎のチャネル容量はそれぞれ、シャノン容量であることを特徴とする無線伝送システム。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、前記複数の送信ストリーム間で、前記無線伝送路で用いられる複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、
複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、
前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項２又は４の無線伝送システムにおいて、
前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）は、受信処理方式を理想として算出することを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項２又は４の無線伝送システムにおいて、
前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）は、実際に使用される受信処理方式を考慮して算出することを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項３の無線伝送システムにおいて、
前記シャノン容量は、受信処理方式を理想とし変調方式による上限を設けずに算出したシャノン限界容量であることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項３の無線伝送システムにおいて、
前記シャノン容量は、実際に使用される受信処理方式を考慮し、変調方式による上限を設けずに算出することを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項３の無線伝送システムにおいて、
前記シャノン容量は、実際に使用される受信処理方式と変調方式による上限とを考慮して算出することを特徴とする無線伝送システム。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムであって、
複数の無線通信装置の間の無線伝送路の複数のランクそれぞれについてチャネル容量を算出する手段と、
過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を予測し、その予測結果に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送システム。 - 請求項１０の無線伝送システムにおいて、
直近の過去２回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を線形予測することを特徴とする無線伝送システム。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、各送信ストリームの複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に算出した前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、前記複数のサブキャリア毎にチャネル容量を算出する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記複数のサブキャリア毎に算出した複数のチャネル容量を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値に基づいて、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、
前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 請求項１２の無線通信装置において、
前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、
複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、
前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の間の無線伝送路における複数の送信ストリームで送受信された信号に基づき、前記複数の送信ストリーム間で、前記無線伝送路で用いられる複数のサブキャリア毎に信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の平均値から１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）を算出する手段と、
前記複数のサブキャリア毎に、前記１ビットあたりの相互情報量（ＭＩＢ）から変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を算出する手段と、
複数の変調方式それぞれについて、前記複数のサブキャリアの全体での前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を算出する手段と、
前記複数の変調方式それぞれについて算出した前記変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）の総和を互いに比較し、その相互情報量（ＭＩ）の総和が最大となる変調方式を選択する手段と、
前記無線伝送路の複数のランクそれぞれについて、前記選択した変調方式について算出された前記複数のサブキャリア毎の変調シンボルあたりの相互情報量（ＭＩ）を周波数軸上で合算又は平均化したチャネル容量の指標値を算出する手段と、
前記複数のランクそれぞれについて算出した前記チャネル容量の指標値を互いに比較し、そのチャネル容量の指標値が最大となるランクを、前記無線伝送路における次回のデータ送信に使用するランクとして決定する手段と、
前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 複数の無線通信装置の間で複数の異なる送信ストリームによるデータの送受信が可能な無線伝送システムにおけるデータ受信側の無線通信装置であって、
複数の無線通信装置の間の無線伝送路の複数のランクそれぞれについてチャネル容量を算出する手段と、
過去の複数回の算出タイミングそれぞれに算出した前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信タイミングにおける前記複数のランクそれぞれに対するチャネル容量を予測し、その予測結果に基づいて、前記無線伝送路での次回のデータ送信に使用するランクを決定する手段と、
前記決定したランクの情報をデータ送信側の無線通信装置に通知する手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
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| 宮下 真行 他: "基地局間協調MIMO-OFDM伝送におけるランクアダプテーションの検討", ２０１３年電子情報通信学会総合大会講演論文集 通信１, JPN6015008982, 5 March 2013 (2013-03-05), pages 216, ISSN: 0003022086 * |
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