JP4105181B2 - 無線通信システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナを用い、異なる独立なデータストリームを同一周波数チャネルの無線回線上で空間多重して通信を行うMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)通信を実現する無線通信システムにおいて、受信した信号をそれぞれのデータストリームに分離して、効率的に受信信号検出を行うための受信技術に関する。
また、本発明は、特に、2.4ＧＨz帯または5ＧＨz帯を用いた高速無線アクセスシステムの伝送速度の高速化を行うためにおいて利用される。

近年、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、IEEE802.11g規格、IEEE802.11a規格などの普及が目覚しい。
これらのシステムでは、最大で54Ｍbpsの伝送速度を実現しているが、無線ＬＡＮの普及に伴い更なる伝送速度の高速化が求められている。
そのための技術としては、ＭＩＭＯ技術が有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信局側の各アンテナから送信された独立な信号を推定し、送信されたデータを再生するものである。

ここで、上記ＭＩＭＯの無線送受信システムにおいて、Ｎ本の送信アンテナを用いてＮ系統の信号を送信し、Ｍ本のアンテナを用いて、送信されたＮ系統の信号を受信する場合を考える。
送信局及び受信局の各アンテナ間にはＮ×Ｍ個の伝送のパスが存在し、第ｉ送信アンテナから送信され第ｊ受信アンテナで受信される場合の伝達関数をｈ_ｊ，ｉとし、これを第（ｊ,ｉ）成分とするＭ行Ｎ列の行列をＨと表記する。さらに、第ｉ送信アンテナからの送信信号をｔ_ｉとし(ｔ_１, ｔ_２, ｔ_３,・・・,ｔ_Ｎ)を成分とする列ベクトルをＴ、第ｊ受信アンテナでの受信信号をｒ_jとし（ｒ_１,ｒ_２,ｒ_３，・・・,ｒ_Ｍ)を成分とする列ベクトルをＲ、第ｊ受信アンテナの熱雑音をｎ_ｊとし(ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３,・・・ｎ_Ｍ）を成分とする列ベクトルをｎと表記する。
この場合、以下に示す（１）式の関係が成り立つ。
Ｒ＝Ｈ×Ｔ＋ｎ …（１）

したがって、受信局側で受信した信号Ｒをもとに、送信信号Ｔを推定する技術が求められている．このＭＩＭＯ技術の最も基本的なものとしては、一般にＺＦ法と呼ばれる方式があげられる。（非特許文献１参照）
ここでは、上記の（式１）に対し、伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１を求め、これを式の両辺の左から掛け合わせる処理を行う。この結果、以下の（２）式が得られる。
Ｈ^−１×Ｒ＝Ｔ＋Ｈ^−１×ｎ …（２）
つまり、各受信アンテナで受信した信号を合成し、所望の送信アンテナ以外からの信号による干渉を除去する処理を行う場合、実際の送信信号ベクトルＴに微小な熱雑音Ｈ^−１×ｎが加わった信号点が得られることになる。

すなわち、図３に示すＺＦ方式による受信装置において、受信局の受信部は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍ、チャネル推定回路１１３、受信信号管理部１１４、伝達関数行列管理回路１１５、ＺＦ回路２０（第１の行列演算回路２１６，第２の演算回路２１７，硬判定回路２１８，データ合成回路２１９を有する）から構成されている。
また、第１の受信アンテナ１１１−１から第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍは、それぞれ個別に受信信号を受信する。

チャネル推定回路１１３は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍを経由して、上記送信部の送信した信号（パケット）を入力する。
そして、チャネル推定回路１１３は、上記パケットにおける送信側で付与した所定のプリアンブル信号の受信状況から、各送信アンテナ（後述する図４における１０５−１〜１０５−Ｎ）と、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ間の伝達関数を取得する（予めプリアンブル信号におけるパイロットデータが送受信部双方で決められており、このパイロットデータの受信状況により伝達関数を求める）。

チャネル推定回路１１３は、取得された各伝達関数の情報ｈ_ｊ，ｉを伝達関数行列管理回路１１５に出力するとともに、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、１シンボルづつ受信信号管理回路１１４へ出力する。
ここで、伝達関数行列管理回路１１５は、チャネル推定回路１１３から入力されるｈ_j，iを各要素とする行列すなわち伝達関数行列Ｈとして管理する。
第１の行列演算回路２１６は、伝達関数行列管理回路１１５から伝達関数行列Ｈを読み出し、この伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または疑似逆行列（Ｈ^Ｈ・Ｈ）^−１・Ｈ^Ｈを算出する。

第２の行列演算回路２１７は、第１の行列演算回路２１６が算出した逆行列Ｈ^−１または疑似逆行列（Ｈ^Ｈ・Ｈ）^−１・Ｈ^Ｈ、例えば、第１の行列演算回路２１６が逆行列Ｈ^−１を算出した場合、この逆行列Ｈ^−１を読み込み、受信信号管理回路１１４から入力した受信信号列ベクトルＲに乗算し、すなわち、上記（２）式により送信信号Ｔの推定を行う。
硬判定回路２１８は、Ｈ^−１×Ｒに対して、ユークリッド距離が最も近い信号点を、送信コンスタレーション上において検索する硬判定処理を行い、真の送信信号を推定する。
ここで、送信信号として、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、16ＱＡＭ、64ＱＡＭ等の多値変調を施した信号を用いる場合は、送信信号として取り得る信号点（デジタル信号を多値変調によりマッピングした信号）は不連続である。
データ合成回路２１９は、予め設定されたフォーマットに基づき、送信機のデータ分割回路１００の分割前の入力データの構成に対応するように、推定された送信信号を並べ直す。

以上のＺＦ法においては、熱雑音項Ｈ^−１×ｎが十分に小さく、かつ各送信アンテナ毎の成分が、各送信アンテナ間において均等であると仮定できる場合、良好な信号再生の特性が期待できる。
しかし、一般にはこの仮定は成り立たず、ある伝達関数行列に対して受信アンテナ毎の熱雑音（Ｈ^−１×ｎの各成分）の絶対値の期待値は異なる（各送信アンテナ間の特性が異なる）。
さらには、もし伝達関数行列Ｈにおけるある固有値が「０」となる場合（ないしは非常に小さい場合）、送信信号の推定が非常に不安定になる。
上述したような状況において、受信局における受信アンテナによる受信特性が大幅に劣化する可能性がある。
この様な問題点を解決するための方法として、最も特性的に優れた方法がＥ−ＳＤＭ法と呼ばれる方式である。（特許文献１参照）

このＥ−ＳＤＭ方式においては、送信側は、任意の方法にて予め受信側との間の伝達関数行列Ｈを求めておき、受信側にてMIMOチャネルを複数の直交チャネルに分離できる（Ｕ^Ｈ
×Ｈ^Ｈ×Ｈ×Ｕの非対角成分がゼロとなる）様に、伝達関数行列Ｈに対応したユニタリ変換行列Ｕを生成する。
そして、送信側は、送信データの列ベクトルＴに対して上記ユニタリ変換行列Ｕを乗算、すなわち、Ｕ×Ｔの演算を行って送信する。なお、行列Ｍに対してＭ^Ｈは、行列Ｍのエルミート共役である行列をさす。

この結果、（１）式は以下の様に変換される。
Ｒ＝Ｈ×Ｕ×Ｔ＋ｎ …（３）
また更に、以下の関係式も成り立つ。
Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｈ×Ｕ＝Λ …（４）
ここで行列Λは対角行列であり、対角成分は行列Ｈ^Ｈ×Ｈの固有値となっている。
これにより、送信側ではユニタリー行列を用いることにより，複数のＭＩＭＯチャネルをお互いに直交したチャネルに変換することができる。この変換された各MIMOチャネルの特性は、前述したＵ^Ｈ・Ｈ^Ｈ・Ｈ・Ｕで与えられる対角行列の対角項に現れる固有値に依存し、各チャネルに適切な送信電力やビットを配分することも可能である。
一方、受信側では受信信号に対しチャネル推定回路にて、伝達関数行列Ｈとユニタリ変換行列の積Ｈ×Ｕを取得する。（３）式の両辺より（Ｈ×Ｕ）^Ｈを乗算すると、右辺の送信データの列ベクトルＴにかかる行列は、（４）式に示す様に対角行列Λとなり、この対角行列の対角成分は行列Ｈ^Ｈ×Ｈの固有値となっている。
（Ｈ×Ｕ）^Ｈ×Ｒ＝Λ×Ｔ＋（Ｈ×Ｕ）^Ｈ×ｎ …（５）
ここで上記（５）式の意味するところは、対角行列Λの非対角項がゼロであることから各信号は他の信号系列からの影響が排除されている点、および対角成分すなわち各固有値が各信号系列のチャネルの利得を表わしている点、この結果としてこれ以降の処理は各チャネルを独立に扱い処理することが出来るという点、である。
つまり、Ｅ−ＳＤＭ方式においては、ＭＩＭＯ多重する複数のＭＩＭＯチャネルのうち、固有値がゼロとなるチャネルが存在する場合でも、その他のチャネルに対しては、その固有値に相当するチャネル利得に応じた受信特性を示すと言う利点があり、固有値がゼロないし極端に小さい場合の影響を、当該チャネルにのみ限定することが可能である。

なお受信局では、対角行列Λないしは固有値そのものを、ユニタリ変換行列Ｕを求めずに、（Ｈ×Ｕ）^Ｈ×（Ｈ×Ｕ）の演算から直接求めることが可能である。例えば、送信局ではデータに先行するチャネル推定用のプリアンブル信号に対し、データと同様にユニタリ変換を施して送信することが可能である。この場合には、チャネル推定回路で求まる伝達関数行列は、実際の空間上の伝達関数行列Ｈそのものではなく、ユニタリ変換の施されたＨ×Ｕが求まることになる。これまでの（４）式および（５）式の中には、ユニタリ行列Ｕを単独で用いるものはなく、全てＨ×Ｕの組み合わせで用いることになるため、行列（Ｈ×Ｕ）を取得することが出来れば、以上の全ての処理を実施することが出来る。
ここで、図４に従来技術におけるＭＩＭＯ技術、例えばＥ−ＳＤＭ方式を適用した送信局の送信部の構成を示す。この図において、送信局の送信部は、データ分割回路１００、演算回路１０１、プリアンブル付与回路１０２−１、変調回路１０３−１〜１０３−Ｎ、無線部１０４−１〜１０４−Ｎ、送信アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎから構成されている。
なお、ひとつの例として、送信局がＮ本の送信アンテナを用いてＮ系統のデータを送信する場合を例にとって説明する。

データ分割回路１０１は、外部回路から送信するデータが入力されると、このデータをＮ系統に分離する。
すなわち、データ分割回路１００は、送信するデータから送信信号列ベクトルＴ（ｔ1，ｔ2，…，ｔN）^Tを生成する。ここでベクトルの右肩の「T」は、行ベクトルを転置して列ベクトルに変換することを示す。

例えば、データ分割回路１００は、第１系統のデータをプリアンブル付与回路１０２−１へ出力する。これにより、プリアンブル回路１０２−１は、プリアンブル信号が付与された状態で変調回路１０３−１(Chl) に入力される。
変調回路１０３−１においては、入力されるプリアンブル信号が付与されたデータに対して、所定の変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の多値変調）を実施し、変調された送信信号を演算回路１０１へ出力する。同様の処理は、第２系統から第Ｎ系統に対しても行われ、それぞれの系統の変調された送信信号が演算回路１０１へ出力される。
演算回路１０１は、パイロット信号の送受信等において、予め確認してある伝達関数Ｈに対して、式（４）をもとに正方行列Ｈ^Ｈ・Ｈの対角行列Λを生成するユニタリ行列Ｕを生成しておき、変調回路１０３−１〜１０３−Ｎより送信信号が入力されると、それらの信号を列ベクトルＴとみなした時に列ベクトルＴにユニタリ行列Ｕを乗算し、Ｕ×Ｔから得られる列ベクトルの要素の第1行目を無線部１０４−１に出力する。そして、無線部１０４−１は、上記送信信号を無線周波数に変換し、送信アンテナ１０５−１を介し、受信局に対して送信される（電波として放射される）。

また、上述した「Ｃｈ１」の系と同様に、データ分割回路１０１の出力する第２系統のデータを、プリアンブル付与回路１０２−２，変調回路１０３−２（Ｃｈ２），演算回路１０１，及び無線部１０４−２において処理され、アンテナ１０５−２から送信される。
同様に、上述した「Ｃｈ１」及び「Ｃｈ２」の系と同様に、データ分割回路１０１の出力する第Ｎ系統のデータを、プリアンブル付与回路１０２−Ｎ，変調回路１０３−Ｎ（ＣｈＮ），演算回路１０１、無線部１０４−Ｎ，及び無線部１０４−Ｎにおいて処理され、アンテナ１０５−Ｎから送信される。
これにより、データ分割回路１０１により分割された送信するデータが、異なるアンテナ（１０５−１〜１０５−Ｎ）からそれぞれ個別に送信される。

次に、図５にＥ−ＳＤＭ方式を用いた受信局の受信部の構成を示す。
受信局の受信部は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍ、チャネル推定回路１１３、受信信号管理部１１４、伝達関数行列管理回路１１５、第１の行列演算回路１１６、第２の行列演算回路１１７、λj除算回路１１８、硬判定回路１１９、データ合成回路１２０から構成されている。ここで、第１の行列演算回路１１６、第２の行列演算回路１１７、λj除算回路１１８、硬判定回路１１９、データ合成回路１２０の部分をまとめて、E-SDM回路１０と呼ぶこととする。
また、第１の受信アンテナ１１１−１から第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍは、それぞれ個別に受信信号を受信する。

チャネル推定回路１１３は、無線部１１２−１〜１１２−Ｍを経由して、受信信号（上記送信部の送信した信号）を入力する。
そして、チャネル推定回路１１３は、送信側で付与した所定のプリアンブル信号の受信状況から、各送信アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎと、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ間の伝達関数を取得する（予めプリアンブル信号におけるパイロットデータが送受信部双方で決められており、このパイロットデータの受信状況により伝達関数を求める）。

チャネル推定回路１１３は、取得された各伝達関数の情報ｈ’_ｊ，ｉを達関数行列管理回路１１５に出力するとともに、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、１シンボルずつ受信信号管理回路１１４へ出力する。
ここで、伝達関数行列管理回路１１５は、チャネル推定回路１１３から入力されるｈ'_j，iを伝達関数行列Ｈ'として管理する。
ここで、伝達関数及び伝達関数行列には右肩に「'」が付与されているが、これは送信局が事前に取得していた伝達関数および伝達関数行列と、受信局が取得したものとは異なっているために、この点を明確に区別するために付与している。このＨとＨ’の差の理由は、送信局はチャネル推定のために送信するプリアンブル信号に対しても、図４における演算回路１０１にてユニタリ変換を施すことを想定すると、受信側のチャネル推定回路１１３にて取得する伝達関数行列Ｈ’は、実際にはＨ×Ｕで与えられる行列と一致するためである。

次に、受信信号管理回路１１４は、シンボル単位で入力されるデータ信号を、受信アンテナ１１１−１及び１１１−３の受信信号(ｒ1,ｒ2,…，ｒN)を成分とした受信信号列ベクトルＲとして一旦、内部の記憶部により管理する。
第１の行列演算回路１１６は、伝達関数行列管理回路１１５から伝達関数行列Ｈ'を読み出し、この伝達関数行列Ｈ'のエルミート行列Ｈ'^Ｈ（＝Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ）を生成する。
また、第１の行列演算回路１１６は、伝達関数行列Ｈ'と、このエルミート行列Ｈ'^Ｈとを乗算し、第２の行列演算回路１１７へ出力する。また同時に、Ｈ’^Ｈ×Ｈ’を演算により求めることにより対角行列Λ（＝Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｈ×Ｕ）を生成し、この対角成分をλj除算回路１１８に入力する。
以上の第１の行列演算回路１１６での処理は、ひとつづきの無線パケットの受信処理に対して1回だけ行う。

第２の行列演算回路１１７は、シンボル単位で、まず第１の行列演算回路１１６から入力される伝達関数行列Ｈのエルミート行列Ｈ’^Ｈを、受信信号管理回路１１４から入力される受信信号列ベクトルＲに乗算する。
すなわち、Ｒ＝Ｈ×（Ｕ×Ｔ）＋ｎ（ノイズ成分）が受信されると、これにＨ’^Ｈ(＝Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ)を乗算することにより、Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｒ＝Λ×Ｔ＋Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×ｎが得られる。
λj除算回路１１８は、第１の行列演算回路１１６から対角行列Λの対角要素｛λ11，λ22，，λjj，…，λNN｝を読み込み、この行毎の対角要素により、上記Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｒの対応する行の要素を除算する。この結果は硬判定回路１１９に入力され、除算結果と最も近い送信信号を検索し、送信側から送信された送信信号列ベクトルＴを推定する。これらの処理をシンボル単位で行った後、全ての信号系統および全てのシンボルにわたって信号を合成し、送信側から送信されたデータを再生する。
上述した処理により、送信側でアンテナから発信する電波の指向性を制御し、ＭＩＭＯの各チャネルを直交させることにより、最大限の特性を実現することができる。
S.Kurosaki et. al.,"A SDM-COFDM Scheme Employing a Simple Feed-Forward Inter-Channel Interference Canceller for MIMO Based Broadband Wireless LANs",IEICE TRANS. COMMUN, Vol.E86 B. No.l, January, 2003 特開平１１−１６８４５３号公報

しかしながら、上述したＥ−ＳＤＭ方式は、送信側において、受信側との間のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈが常に精度良く求められている必要がある。
このため、送信側と受信側との間の伝達関数行列Ｈが精度良く求められていれば、Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｈ×Ｕ＝Λの対角項以外が全て「０」となる。
一方、ある伝達関数行列Ｈに対してユニタリ行列Ｕを求めた後、時間経過により伝達関数行列Ｈが伝達関数行列Ｇに変動してしまうと、変動前の伝達関数行列Ｈに対応して生成されたユニタリ行列を用いてＵ^Ｈ×Ｇ^Ｈ×Ｇ×Ｕによる行列の対角化演算を行っても、実際にはＵ^Ｈ×Ｇ^Ｈ×Ｇ×Ｕとなり、Ｈ≠Ｇであれば一般的には対角項以外（非対角項）が「０」ではなくなる。

つまり、非対角項が「０」でない場合、各チャネルがあたかも干渉しあっている状態となり、入力される受信信号列ベクトルを分離して、送信信号列ベクトルを推定できないことを意味している。
従って、本発明の目的は、ＭＩＭＯ技術を用いた無線通信を行う際に、伝達関数行列が変動した際にも、伝達関数行列の逆行列が存在しない際にも、送信側の発信した送信信号を受信することが可能な無線通信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧２、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信局により構成されたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信が可能な無線通信システムであり、前記送信局は、入力されたユーザデータに誤り検出用冗長符号を付与する誤り検出用冗長符号付与手段と、該誤り検出用の冗長符号を含むユーザデータをＮ系統に分割するユーザデータ分割手段と、前記のＮ系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してＮ系統の信号系列を生成する信号系列生成手段と、Ｎ本の前記送信アンテナを用いて同一周波数にて、同時に前記信号系列を重畳して送信する信号送信手段とを備え、前記受信局は、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得手段と、該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Ｚを生成する第１の変換行列生成手段と、前記変換行列Ｚと列ベクトルＲの積すなわちＺ×Ｒを求める第１の受信信号変換手段と、各シンボルにおいて該列ベクトルＺ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定手段と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生手段と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出手段と、前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成手段と、前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算手段と、整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理手段と、各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換手段と、該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算手段と、各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定手段と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生手段と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出手段と、前記第1の誤り検出手段または第2の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、ＭＩＭＯによる通信装置にて、非対角行列が「０」とならなくとも信号再生が可能なＺｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ方式と、固有値が「０」となるチャネルが存在する場合にもその他のチャネルにて受信特性が得られるＥ−ＳＤＭ方式のような線形演算を行う方式との双方が設けられているため、どちらか一方に適した通信状態であるならば誤り検出により、誤りのない受信信号を採用することにより、精度の高い送信データの受信処理を行うことができる。

本発明の無線通信システムは、上記無線通信システムにおいて、前記第１の変換行列生成手段が、前記変換行列Ｚとして前記伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または擬似逆行列（Ｈ^Ｈ×Ｈ）^−１×Ｈ^Ｈを生成することを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、上記無線通信システムにおいて、前記第１の変換行列生成手段が、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式を用いて前記変換行列Ｍを取得することを特徴とする。

本発明の受信装置は、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信装置であり、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得手段と、該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Ｚを生成する第１の変換行列生成手段と、前記変換行列Ｚと列ベクトルＲの積すなわちＺ×Ｒを求める第１の受信信号変換手段と、各シンボルにおいて該列ベクトルＺ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定手段と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生手段と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出手段と、前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成手段と、前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算手段と、整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理手段と、各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換手段と、該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算手段と、各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定手段と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生手段と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出手段と、前記第1の誤り検出手段または第2の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の受信装置は、上記受信装置において、前記第１の変換行列生成手段が、前記変換行列Ｚとして前記伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または擬似逆行列（Ｈ^Ｈ×Ｈ）^−１×Ｈ^Ｈを生成することを特徴とする。

本発明の受信装置は、上記受信装置において、前記第１の変換行列生成手段が、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式を用いて前記変換行列Ｚを取得することを特徴とする。

本発明の受信方法は、同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナにより受信する方法であり、Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信過程と、受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得過程と、該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Ｚを生成する第１の変換行列生成過程と、前記変換行列Ｚと列ベクトルＲの積すなわちＺ×Ｒを求める第１の受信信号変換過程と、各シンボルにおいて該列ベクトルＺ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定過程と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生過程と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出過程と、前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成過程と、前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算過程と、整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理過程と、各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換過程と、該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算過程と、各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定過程と、各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生過程と、該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出過程と、前記第1の誤り検出手段または第2の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力過程とを備えたことを特徴とする。

なお、以上の方法を、複数のサブキャリアを用いた直交周波数分割多重(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用いた無線通信システムに適用することも好ましい。

以上詳細に説明した様に、本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を用いた高能率な無線通信を行う際に、受信側において、複数の送信信号の推定方式、Ｅ−ＳＤＭ方式とＺＦ方式等の処理内容がことなる２種類、しかもハードウェア構成の規模が小さい方式を用いることにより、推定された送信信号の誤り検出（ＣＲＣ等）の結果にて、誤りなしと判定され方式における推定された送信信号を選択し、これを送信信号とするため、従来の方式に比較して受信精度を向上させることが可能となる。
すなわち、本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を用いた通信において、送信側において、伝達関数Ｈの推定精度が悪く、Ｅ−ＳＤＭ方式による通信精度が低下した場合、ＺＦ方式により受信精度を維持し、一方、伝達関数行列Ｈの逆行列が存在しない場合、Ｅ−ＳＤＭ方式により受信精度を維持することができ、いずれか一方の場合に比較して受信特性を向上させることができる。

本発明の無線通信システムは、ＭＩＭＯ通信において、受信側にて複数の信号推定方式の回路構成を設けて、データの受信する精度を向上させようとするものであり、実施形態において、例えば、ＺＦ方式やＭＭＳＥ方式のような方式と、もう一方でＥ−ＳＤＭ方式を用い、各方式により推定された送信信号の誤り検出を行い、誤りの無い方の推定された送信信号を、送信局より送信されたデータとして出力する構成となっている。このため、上記実施形態においては、送信機側にてＥ−ＳＤＭの方式を用いて送信信号を生成して発信することを想定しているが、仮に送信側においてE-SDM方式を用いていない場合でも問題なく通信を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態による無線通信装置を図面を参照して説明する。図１および図２は同実施形態の構成例を示すブロック図である。図１は受信局、図２は送信局に対応する。
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。本発明の実施形態ではＭＩＭＯ技術を用いた通信において、受信側における受信信号から送信信号を推定する方式として、上述したようにＦＺ方式及びＥ−ＳＤＭ方式を組み合わせた受信機を例にとって説明する。また、本発明と従来技術の差分は受信部の構成にあり、本発明の図２に示す送信機の構成は、すでに説明した従来例（図４：Ｅ−ＳＤＭ方式による送信機）と基本的に共通である。

本発明の図２の送信機が、従来例の図４の送信機と異なる点は、データ分割回路１００の前段に、入力されるデータに誤り検出を行うための誤り検出符号、例えばＣＲＣ符号を付加する検出符号付加回路１５０が設けられていることのみである。
したがって、以下には受信局のみに関する説明を行う。なお、従来方式と同様に、送信局がＮ本の送信アンテナを用いてＮ系統のデータを送信する場合をひとつの例として用いる。

図１は、本発明の実施形態におけるＭＩＭＯ技術を用いた受信局の受信部の構成を示す図である。図において、本発明の受信部は、受信アンテナ１１１−１〜１１１−Ｍ、無線部１１２−１〜１１２−Ｍ、チャネル推定回路１１３、受信信号管理回路１１４、伝達関数行列管理回路１１５を従来例（図３のＺＦ方式及び図５のＥ−ＳＤＭ方式）と同様に有している。
図１に示す本発明と図３及び図５に示す従来例との差異は、本発明では図３のＺＦ回路２０と図５のＥ−ＳＤＭ回路１０とが同時に設けられていることと、第１の誤り検出回路２１，第２の誤り検出回路２２及びセレクタ回路２３を新たに設けた点にある。以下、新たに設けられた回路を含めて、図１に示す受信部についての説明を行う。

第１の受信アンテナ１１１−１，第２の受信アンテナ１１１−２，…，第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍは、それぞれ個別に受信信号を受信する。
無線部１１２−１〜１１２−Ｍは、それぞれ第１の受信アンテナ１１１−１，第２の受信アンテナ１１１−２，…，第Ｍの受信アンテナ１１１−Ｍが個別に受信した受信信号を入力し、増幅及びノイズ除去などの信号処理を行い、チャネル推定回路１１３へ出力する。

チャネル推定回路１１３は、送信側において付与された既知のパターンデータからなるプリアンブル信号を参照信号とし、この参照信号の受信状況から、すでに述べたように、Ｎ本の送信アンテナのうちの第ｉアンテナ（１≦ｉ≦Ｎ）とＭ本の受信アンテナのうちの第ｊアンテナ（１≦ｊ≦Ｍ）との間のＭ×Ｎ組の伝達関数（ｈ'_ｊ，ｉ）を取得し、伝達関数行列管理回路１１５に出力する。
伝達関数行列管理回路１１５は、入力される伝達関数（ｈ'_ｊ，ｉ）を行列の成分とする、Ｍ行Ｎ列の行列である伝達関数行列Ｈ'として管理する。

受信信号管理回路１１４は、プリアンブル信号に後続するデータ信号を、チャネル推定回路１１３から１シンボルずつ入力し、各アンテナの受信信号（ｒ1，ｒ2，…，ｒM）を成分とした受信信号ベクトルＲとして一旦管理する。
ＺＦ回路２０における処理内容は、図３と同様である。すなわち、第１の行列演算回路２１６は、伝達関数行列管理回路１１５から伝達関数行列Ｈを読み出し、変換行列Ｚ、すなわちこの伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または疑似逆行列（Ｈ'^Ｈ×Ｈ'）^−１×Ｈ'^Ｈを算出する。

第２の行列演算回路２１７は、第１の行列演算回路２１６が算出した逆行列Ｈ'^−１または疑似逆行列（Ｈ'^Ｈ×Ｈ'）^−１×Ｈ'^Ｈ、例えば、第１の行列演算回路２１６が逆行列Ｈ'^−１を算出した場合、この逆行列Ｈ'^−１を読み込み、受信信号管理回路１１４から入力した受信信号列ベクトルＲ（Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の受信信号列ベクトル）に乗算し、すなわち、上記（２）式により送信信号Ｔの推定を行う。
硬判定回路２１８は、Ｈ'^−１×Ｒに対して、ユークリッド距離が最も近い信号点を、送信コンスタレーション上において検索する硬判定処理を行い、真の送信信号を推定する。

すでに述べたように、送信信号として、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、16ＱＡＭ、64ＱＡＭ等の多値変調を施した信号を用いる場合は、送信信号として取り得る信号点（デジタル信号を多値変調によりマッピングした信号）は不連続である。
データ合成回路２１９は、予め設定されたフォーマットに基づき、送信機のデータ分割回路１００の分割前の入力データの構成に対応するように（全シンボルおよび全信号系列に渡り合成）、推定された送信信号を並べ直し、出力データＤＺＦとして出力する。以上がＺＦ回路２０における処理である。

また、Ｅ−ＳＤＭ回路１０における処理内容は、図５と同様である。すなわち、第１の行列演算回路１１６は、伝達関数行列管理回路１１５から伝達関数行列Ｈ'を読み出し、この伝達関数行列Ｈ'のエルミート行列Ｈ'^Ｈ（＝Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ）を生成する。
また、第１の行列演算回路１１６は、伝達関数行列Ｈ'とこのエルミート行列Ｈ'^Ｈとを乗算し、対角行列Λ（Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｈ×Ｕ）を生成し、その対角項をλj除算回路１１８に出力する。また同時に、伝達関数行列Ｈ'のエルミート行列Ｈ'^Ｈを第２の行列演算回路１１７へ出力する。

第２の行列演算回路１１７は、第１の行列演算回路１１６から入力される伝達関数行列Ｈ'のエルミート行列Ｈ'^Ｈを、受信信号管理回路１１４から入力される受信信号列ベクトルＲ｛ｒ1，ｒ2，…，ｒM｝に乗算する。
すなわち、Ｒ＝Ｈ×（Ｕ×Ｔ）＋ｎ（ノイズ成分）が受信されると、これにＨ'^Ｈ（＝Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ）を乗算することにより、送信信号の推定結果としてＵ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｒ＝Λ×Ｔ＋Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×ｎが得られる。

λj除算回路１１８は、第１の行列演算回路１１６から対角行列Λの対角項｛λ11，λ22，，λmm，…，λNN｝を読み込んで一旦記憶し、この行毎の対角要素λmm（固有値）により、上記Ｕ^Ｈ×Ｈ^Ｈ×Ｒの各要素を対応する対角要素λmmで除算することにより、送信側から送信された送信信号列ベクトルＴ'＝｛ｔ'1，ｔ'2，…，ｔ'm，…，ｔ'N｝を推定する。ここで、ｍは１≦ｍ≦Ｎの整数。

硬判定回路１１９は、Ｔ'に対して、ユークリッド距離が最も近い信号点を、送信ＩＱコンスタレーション上において検索する硬判定処理を行い、真の送信信号を推定する。
データ合成回路１２０は、予め設定されたフォーマットに基づき、送信機のデータ分割回路１００の分割前の入力データの構成に対応するように、推定された送信信号、すなわち各シンボルを、分割される前の順番に並べ直し（全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し）、出力データＤSDMとして出力する。以上がＥ−ＳＤＭ回路１０における処理である。

第１の誤り検出回路２１は、上記出力データに対して、添付されているＣＲＣ符号（誤り検出用冗長符号）による誤り検出を行い、検出結果とＣＲＣ符号を除去したデータとをセレクタ回路２３へ出力する。ここで、検出結果は、例えば、誤りが検出されない場合「１」が出力され、誤りが検出された場合「０」が出力される。
同様に、第２の誤り検出回路２２は、上記出力データに対して、添付されているＣＲＣ符号による誤り検出を行い、検出結果とＣＲＣ符号を除去したデータとをセレクタ回路２３へ出力する。ここで、検出結果は、例えば、誤りが検出されない場合「１」が出力され、誤りが検出された場合「０」が出力される。

セレクタ回路２３は、第１の誤り検出回路２１から入力されるデータと、第２の誤り検出回路２２から入力されるデータとのいずれかを、上記検出結果により、誤りが検出されない方のデータを選択し、出力データとして出力する。
例えば、セレクタ回路２３に対して、上述したように、第１の誤り検出回路２１及び第２の誤り検出回路２２から、検出結果として誤りが検出されない場合「１」が出力され、誤りが検出された場合「０」が出力されるとする。

これにより、セレクタ回路２３は、第１の誤り検出回路２１及び第２の誤り検出回路２２のいずれか一方から、検出結果として「１」が入力された場合、「１」を出力した誤り検出回路からのデータを出力データとして出力する。
また、セレクタ回路２３は、第１の誤り検出回路２１及び第２の誤り検出回路２２が共に「１」を出力した場合、第２の誤り検出回路２２からのデータを出力データとして出力する。
さらに、セレクタ回路２３は、第１の誤り検出回路２１及び第２の誤り検出回路２２が共に「０」を出力した場合、データの出力は行わない。

以上の説明では、E-SDM回路１０とZF回路２０の組み合わせを仮定していた。しかし、ZF方式の代わりにMMSE（Minimum Mean Square Error）方式を用いることも可能である。この場合には、図においてMMSE回路に相当するものがZF回路２０に置き換わる。
数学的には、ZF方式もMMSE方式も共に、受信信号に対し線形演算を施し（具体的には受信信号ベクトルに変換行列を作用させる）、信号の分離・検出処理を行う点で、両者は類似の技術である。ZF方式では、各信号系列のチャネルを分離するために、伝達関数行列Hに作用させて非対角項がゼロとなる行列（例えば、逆行列H^-1ないしは擬似逆行列（H^HH）^-1H^Hどちらか)を用いていた。MMSE方式では、非対角項のキャンセルの代わりに、各信号系列の希望信号（行列の対角項に相当）に対する干渉信号（非対角項に相当）の信号強度の比率が最大となるように変換行列Zを生成し、これを利用する。つまり、図３の第1の行列演算回路２１６において変換行列を生成し、第２の行列演算回路２１７では逆行列の代わりにMMSE方式で求めた変換行列Zを受信信号Rに乗算し、その結果を用いて硬判定回路２１８で信号を推定する。第1の行列演算回路２１６で求める行列が、ZF回路２０とMMSE回路とで異なるという差分を除き、その他の回路及び動作は同一である。従って、ZF方式とMMSE方式のどちらを利用しても、本発明は有効に動作可能である。
さらには、本発明および従来方式ともに、Ｅ−ＳＤＭ回路、ＺＦ回路等での処理において、硬判定処理を行うことを例として説明してきたが、誤り訂正のための符号化などを行った際には、各推定送信信号に対して軟判定を行い、誤り検出処理の前段において誤り訂正処理を行っても良い。

なお、図１における受信部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより受信におけるデータの再生を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の一実施形態による受信局の受信部（受信機）の一構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による送信局の送信部（送信機）の一構成例を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ技術におけるＺＦ方式を用いた受信局の受信部の構成を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ技術におけるＥ−ＳＤＭ方式を適用した送信局の送信部の構成を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ技術におけるＥ−ＳＤＭ方式を用いた受信局の受信部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・レプリカ行列生成回路
２−１・・・ｈ1生成回路
２−２・・・ｈ2生成回路
２−Ｎ・・・ｈN生成回路
３・・・伝達関数列ベクトル合成回路
４・・・伝達関数行列更新制御回路
１０・・・ＺＦ回路
２０・・・Ｅ−ＳＤＭ回路
１００・・・データ分割回路
１０１・・・演算回路
１０２−１，１０２−２，１０２−Ｎ・・・プリアンブル付与回路
１０３−１，１０３−２，１０３−Ｎ・・・変調回路
１０４−１，１０４−２，１０４−Ｎ・・・無線部
１０５−１，１０５−２，１０５−Ｍ・・・送信アンテナ
１１１−１，１１１−２，１１１−Ｍ・・・受信アンテナ
１１２−１，１１２−２，１１２−Ｍ・・・無線部
１１３・・・チャネル推定回路
１１４・・・受信信号管理回路
１１５・・・伝達関数行列管理回路
１１６，２１６・・・第１の行列演算回路
１１７，２１７・・・第２の行列演算回路
１１８・・・λj除算回路
１１９，２１８・・・硬判定回路
１２０，２１９・・・データ合成回路
１５０・・・検出符号付加回路

Claims (7)

1. 同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局と、送信された無線信号を受信し前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧２、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信局により構成されたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信が可能な無線通信システムにおいて、
   前記送信局は、
   入力されたユーザデータに誤り検出用冗長符号を付与する誤り検出用冗長符号付与手段と、
   該誤り検出用の冗長符号を含むユーザデータをＮ系統に分割するユーザデータ分割手段と、
   前記のＮ系統に分割されたデータに個別の既知のパターンの信号を付与してＮ系統の信号系列を生成する信号系列生成手段と、
   Ｎ本の前記送信アンテナを用いて同一周波数にて、同時に前記信号系列を重畳して送信する信号送信手段とを備え、
   前記受信局は、
   Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、
   受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得手段と、
   該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、
   前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Zを生成する第１の変換行列生成手段と、
   前記変換行列Zと列ベクトルＲの積すなわちZ×Ｒを求める第１の受信信号変換手段と、
   各シンボルにおいて該列ベクトルZ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定手段と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生手段と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出手段と、
   前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成手段と、
   前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算手段と、
   整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理手段と、
   各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換手段と、
   該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算手段と、
   各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定手段と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生手段と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出手段と、
   前記第1の誤り検出手段または第2の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の変換行列生成手段は、
   前記変換行列Zとして前記伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または擬似逆行列（Ｈ^Ｈ×Ｈ）^−１×Ｈ^Ｈを生成することを特徴とする無線通信システム。
3. 前記請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の変換行列生成手段は、
   ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式を用いて前記変換行列Zを取得することを特徴とする無線通信システム。
4. 同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を受信し、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナを備えた受信装置であり、
   Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信手段と、
   受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得手段と、
   該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、
   前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Zを生成する第１の変換行列生成手段と、
   前記変換行列Zと列ベクトルＲの積すなわちZ×Ｒを求める第１の受信信号変換手段と、
   各シンボルにおいて該列ベクトルZ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定手段と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生手段と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出手段と、
   前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成手段と、
   前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算手段と、
   整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理手段と、
   各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換手段と、
   該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算手段と、
   各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定手段と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生手段と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出手段と、
   前記第1の誤り検出手段または第2の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力手段と
   を備えたことを特徴とする受信装置。
5. 前記請求項４記載の受信装置において、
   前記第１の変換行列生成手段は、
   前記変換行列Zとして前記伝達関数行列Ｈの逆行列Ｈ^−１または擬似逆行列（Ｈ^Ｈ×Ｈ）^−１×Ｈ^Ｈを生成することを特徴とする受信装置。
6. 前記請求項４記載の受信装置において、
   前記第１の変換行列生成手段は、
   ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式を用いて前記変換行列Zを取得することを特徴とする受信装置。
7. 同一周波数チャネル上で複数の信号系列を空間上で多重化して送信するＮ（Ｎ≧２、Ｎは整数）本の送信アンテナを備えた送信局から、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信方式により送信された無線信号を、前記複数の信号系列に分離して受信処理を行うＭ本（Ｍ≧１、Ｍは整数）の受信アンテナにより受信する受信方法であり、
   前記受信局は、
   Ｍ本の前記受信アンテナを用いて個別に無線信号を受信する信号受信過程と、
   受信信号に付与された前記既知のパターンの信号を参照信号として、前記送信アンテナのうちの第iアンテナと前記受信アンテナのうちの第ｊアンテナとの間のＭ×Ｎ組の伝達関数ｈ_j,iを取得する伝達関数取得過程と、
   該伝達関数ｈ_j,iを第（j，i）成分とするＭ行Ｎ列の行列すなわち伝達関数行列をＨ、Ｎ系統の信号系列の送信信号をＮ行１列の列ベクトルＴ、Ｍ本のアンテナで受信されたシンボル単位の受信信号をＭ行１列の列ベクトルＲと表記した際に、
   前記伝達関数行列Ｈに依存したＮ行Ｍ列の行列すなわち変換行列Ｍを生成する第１の変換行列生成過程と、
   前記変換行列Zと列ベクトルＲの積すなわちZ×Ｒを求める第１の受信信号変換過程と、
   各シンボルにおいて該列ベクトルZ×Ｒで表される各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第１の送信信号推定過程と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第１のデータ再生過程と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第１の誤り検出過程と、
   前記伝達関数行列Ｈのエルミート共役の行列Ｈ^Ｈを求める第２の変換行列生成過程と、
   前記伝達関数行列Ｈと該行列Ｈ^Ｈの積すなわちＨ^Ｈ×Ｈを求める行列乗算過程と、
   整数ｍ（１≦ｍ≦Ｎ）に対し該行列Ｈ^Ｈ×Ｈの第（ｍ，ｍ）成分の値を抜き出し推定第ｍ固有値λmとして管理する固有値管理過程と、
   各シンボルにおいて前記行列Ｈ^Ｈと列ベクトルＲの積すなわちＨ^Ｈ×Ｒを求める第２の受信信号変換過程と、
   該列ベクトルＨ^Ｈ×Ｒの各成分に対し第ｍ成分を前記推定第ｍ固有値で除算する受信信号除算過程と、
   各シンボルにおいて該受信信号除算手段の出力結果である列ベクトルの各成分に対する軟判定信号ないしは硬判定信号として各系統の推定送信信号を取得する第２の送信信号推定過程と、
   各シンボルにおいて取得された前記推定送信信号を全シンボルおよび全信号系列に渡り合成し前記送信局が送信した前記誤り検出用冗長符号が付与されたユーザデータを再生する第２のデータ再生過程と、
   該誤り検出用冗長符号を用いて再生された該ユーザデータの符号誤りの有無を判断する第２の誤り検出過程と、
   前記第１の誤り検出手段または第２の誤り検出手段の何れかにおいて符号誤りがないと判定されたデータを送信局が送信したユーザデータとして出力するユーザデータ出力過程と
   を備えたことを特徴とする受信方法。
   
   

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