JP4541165B2 - 無線通信システム及び送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを備え、各アンテナから異なる無線信号を送信可能な送信装置を備えた無線通信システム及び当該送信装置に関する。

複数のアンテナから並列に、異なるデータを同じ周波数帯域（更には、同じ拡散コード）を用いて送信することで、トータルとして伝送速度（伝送容量）を向上させることができる通信方式として、ＭＩＭＯ（Multi Input and Multi Output）通信方式がある。ＭＩＭＯ通信方式は、複数の送信アンテナから並列して複数のデータが送信され、それぞれ様々な通信路を通り合成された信号が複数の受信アンテナで受信される。図７は、ＭＩＭＯ通信方式の概要を示す図である。図７は、ｉ本の送信アンテナ５００とｊ本の受信アンテナ５１０で構成されるＭＩＭＯ通信システムにおいて、送信アンテナ５００から受信アンテナ５１０へ複数のデータ（ｘ_１〜ｘ_ｉ）が送信され、各アンテナでは、それぞれこれらのデータ（ｘ_１〜ｘ_ｉ）が合成された信号であるｙ_１〜ｙ_ｊが得られる様子を示している。

尚、各アンテナからの送信信号を送信ベクトルｘと表記し、各アンテナにおける受信信号を受信ベクトルｙと表記し、無線伝播路の状態をチャネル行列Ｈ、雑音ベクトルをｎと表記すると、ｙ＝Ｈｘ＋ｎという関係がある。

図７に示すようなＭＩＭＯ通信では、複数のアンテナから送信され合成された信号を受信する受信側の機器は、優れた無線特性を得るために最尤復号方式であるＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）という手法を利用する。これにより、受信側の機器は、合成された信号を分離し必要なデータを検出する。ＭＬＤは、送信側が送信し得る全ての送信データパターンの組み合わせについて、そのように送信されたとした場合に、得られるであろう受信信号がどれだけ実際の受信信号に近いか（最も尤度が大きい）かを判定することで、データパターンを検出する方法である（図８参照）。しかし、ＭＬＤでは例えば、１シンボルで４ビットのデータを送るデジタル変調方式である１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）で送信アンテナ４本から信号が送信される場合、６５５３６（＝１
６^４）通りの膨大なデータパターンの尤度を求める必要がある。この場合に、受信側の機器は、この膨大なデータパターンの中から最大の尤度を持つデータパターンを検出することになる。このようにＭＩＭＯ通信方式は、データ検出のために膨大な処理量が必要となる。

このような問題を解決するための方式として、送信側の機器において図９（Ｂ）に示すＰｒｅ−Ｒａｋｅなどが用いられる。このＰｒｅ−Ｒａｋｅに代表される方式は、送信側の信号処理によって受信側の処理を低減させる方式である。例えば、図９には、通常のＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）による無線通信（図９（Ａ））と、Ｐｒｅ−
Ｒａｋｅを用いたＣＤＭＡによる無線通信（図９（Ｂ））とを示している。図９（Ａ）で示す通常のＣＤＭＡによる無線通信では、受信側で伝搬路情報に基づいた信号処理（チャネル補償）によりデータ検出が行われる。一方、図９（Ｂ）で示すＰｒｅ−Ｒａｋｅを用いた場合には、信号を送信する前に、信号の伝搬路情報に基づいて予め信号処理が施される。

Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ方式では、例えば、図１０（Ａ）に示すような伝搬環境（図１０（Ａ）に示すパス１及びパス２が存在する環境）であった場合に、通常受信側でその伝搬環境に応じたチャネル補償を行うところ、送信側で受信側と等価なチャネル補償処理を行うの
である。

例えば、図１０（Ｂ）に示すような重み付け合成（Ｒａｋｅ作成）部によって各伝搬環境の重み係数が送信信号についてそれぞれ掛け合わされる。これにより、受信側の信号処理を軽減させることができる。

このような、ＭＩＭＯ通信方式において送信側で伝搬路の情報を利用した信号処理を施すことにより、チャンネル容量を増大させる手法として、非特許文献１に示す技術が提案されている。

つまり、ＭＩＭＯ通信方式においては、優れた無線特性を得るために膨大な処理量を必要とするＭＬＤ受信機を用いた手法、及び、送信側で予め伝搬路を考慮した信号処理を行うことによって軽い処理量ですむ簡易な受信機を用いた手法などが提案されている。

しかし、ＭＩＭＯ通信を行う基地局では、上記ＭＬＤ受信機又は簡易受信機を使い分けたい場合がある。このような場合に、上記手法を共存させる手法が存在しない。
星田、"基地局でのウエイト一括制御を用いたMTMRアレイシステムの送受信機の構成に関する検討", 2002年電子情報通信学会総合大会, B-5-54.

本発明の目的は、受信機の構成に応じて無線信号の送信方法を適切に切り替えることができる無線通信システムを提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。即ち、本発明は、複数のアンテナを有し、これらアンテナからそれぞれ異なる無線信号を送信可能な送信装置と、少なくとも１つのアンテナを有し、上記送信装置により送信された無線信号を受信する受信装置を備える無線通信システムについてのものである。本発明では、上記受信装置は、当該受信装置の構成に関する構成情報を上記送信装置へ送信する情報送信部を備え、上記送信装置は、上記受信装置から受信した上記構成情報に対応する送信方法により、上記無線信号を送信する送信部を備える。

本発明では、受信装置の構成情報が送信装置へ通知され、当該送信装置は、通知された構成情報に基づいた送信方法により、無線信号を送信する。

従って、本発明によれば、受信装置の構成に応じて、適宜、送信装置における送信方法を変更することができる。

また、本発明は、上記構成情報には、受信装置が有するアンテナ数情報が含まれており、上記送信部は、上記構成情報に含まれるアンテナ数情報に基づいて送信方法を決定する。

従って、本発明によれば、受信装置のアンテナ数情報に応じて、送信装置における送信方法を変更することが可能となる。

また、本発明は、上記受信装置が、受信した無線信号からこの無線信号が伝搬される環境に対応する伝搬路情報を含んだ伝搬特性情報を抽出する抽出部をさらに備え、上記情報送信部が、上記構成情報と、上記伝搬特性情報とを送信し、送信装置が、受信装置から受信した伝搬特性情報から、上記伝搬路情報を検出する検出部と、検出された伝搬路情報と
上記構成情報に含まれるアンテナ数情報とに基づいて、送信信号を変換する変換部とをさらに備え、上記送信部は、変換された送信信号に対応する無線信号を送信する。

本発明では、受信装置が伝搬特性情報と当該受信装置の構成情報を送信装置へ通知する。そして、送信装置は、通知された伝搬特性情報から伝搬路情報を検出する。さらに、送信装置は、検出された伝搬路情報と当該受信装置のアンテナ数情報に基づいて、当該受信装置がアンテナ数情報に応じた無線信号のみを受信できるよう、送信信号を変換し、送信する。

従って、本発明によれば、受信装置のアンテナ数情報及び伝搬路情報との両方を加味し、高度な復調機能を有しない受信装置であって、当該受信装置のアンテナ数情報に応じた送信方法を決定することができる。

なお、本発明は、以上の何れかの機能を実現させるプログラムであってもよい。また、本発明は、そのようなプログラムが記憶されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であってもよい。

本発明によれば、受信機の構成に応じて無線信号の送信方法を適切に切り替えることができる無線通信システムを実現することが可能となる。

〔実施の形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係るＭＩＭＯ通信システムの実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

〈装置構成〉
図１は、本発明によるＭＩＭＯ通信システムの実施形態におけるハードウェア(Ｈ／Ｗ)概略構成を示す図である。以下に、本発明の実施形態におけるＨ／Ｗ構成の概略について図１を用いて説明する。

本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムは、例として、送信機１１と複数の受信機２１、２２及び２３とによって構成される。送信機１１は例として４本のアンテナ素子１０を持ち、受信機２１は１本のアンテナ素子２００を、受信機２２は１本のアンテナ素子２０１を、受信機２３は２本のアンテナ素子２０３をそれぞれ持つ。

送信機１１のアンテナ素子１０から送信される信号は、各アンテナ素子２０１、２０２及び２０３によって受信され、それぞれの受信器２１、２２、２３によってデータ検出される。また、受信機２１、２２及び２３の信号処理によって、それぞれのアンテナで受信された信号の伝搬特性情報がそれぞれ特定される（図１に示す（２））。そして、その伝搬特性情報及び受信機の構成情報（図１に示す（１））が、例えば専用のアンテナ（図示せず）を使って、送信機１１に送信される。もちろん、図示したアンテナを用いることもできる。伝搬特性情報とは、送信アンテナ１０のそれぞれから各受信アンテナ２００、２０１、２０２及び２０３のそれぞれに信号が伝搬される間の伝搬路の特性情報である。また、受信機の構成情報には、受信機の数、各受信機が有するアンテナ素子の数、各受信機の復調方式、及び受信機の性能（処理速度、信号処理の高度性）などについての情報のうちの少なくとも１つを含むことができる。

受信機の構成情報及び伝搬特性情報を受信した送信機１１は、それらの情報に基づいて、送信信号に信号処理を施した後、その信号を受信機２１、２２及び２３へ送信する。な
お、本実施形態では説明を分かりやすくするため、送信機及び受信機とに分け、一方向のみの無線通信について示しているが、各機器がそれぞれ受信機能及び送信機能両方を持ち、双方向通信をするようにしてもよい。

また、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムでは、図１及び２に示すようなアンテナ数を持つ受信機２１、２２及び２３を例示しているが、これはあくまで例示であり、４本のアンテナを持つ1台の受信機であってもよいし、２本のアンテナを持つ２台の受信機
であってもよい。すなわち、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムは、受信機及び送信機の構成を限定するものではない。

〈システム原理〉
次に、上記のようなＨ／Ｗ構成を持つ本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムにおける原理について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムの原理を示す図である。

本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムは、例えば、受信機が持つアンテナ数に応じて送信側で予め信号処理を施す。送信機１１は、各受信機２１、２２及び２３が持つ受信アンテナの本数に応じた数以内のデータシンボル系列が各受信機に到達するように信号処理を施し、送信する。すなわち、送信機１１は、１本のアンテナを持つ受信機２１及び２２へは、当該受信機あての１つのシンボルデータ系列がそれぞれ到着するように、伝搬特性情報に応じて信号処理を行い、送信する。また、送信機１１は、２本のアンテナを持つ受信機２３へは、受信機２３自身のシンボルデータとして、各アンテナに、２以内のシンボル系列（アンテナ２本分のデータ）が到着するように信号処理を行い送信する。例えば、第１アンテナ、第２アンテナの双方に第１、第２シンボル系列が到着するようにしたり、第１アンテナには第１シンボル系列が到着し、第２アンテナには第２シンボル系列が到着するようにするようにしてもよい。

ここで、送信機１１による当該信号処理の原理について説明する。

まず、送信機１１から送出された信号は、送信機１１と各受信機２１、２２及び２３との間のそれぞれのチャネルの伝搬環境によって影響される。また、ＭＩＭＯ通信システムでは、複数の送信アンテナから複数のデータが送信されるため、送出された信号は、様々な通信路を通り、他のアンテナから送出された信号と合成された形で、各受信アンテナにおいて受信される。従って、このチャネルの伝搬環境を数値化した場合、送信機の持つアンテナ数と受信機の持つアンテナ数とに応じた行列により表すことができる。

すなわち、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムでは、４本の送信アンテナiから
４本の受信アンテナjへの伝搬路の伝搬特性をh_ijで表わすことにより、チャネルの伝搬環境を、式（１．１）の行列Ｈ（以降、伝搬路行列Ｈと呼ぶ）として表わすことができる。

そして、送信信号及び受信信号をそれぞれベクトルで表わすと、送信信号ベクトルｘと受信信号ベクトルｙとは、式（１．２）のように表すことができる。

ここで、ｎは各受信アンテナの雑音ベクトルである。

受信機２１、２２及び２３で受信される信号ベクトルが式（１．２）で表されることから、送信機１１は、受信機２１、２２及び２３が持つ受信アンテナの本数に応じたデータシンボル系列が各受信機に到着するようにするために、以下の処理を行う。すなわち、送信機１１は、以下の式（１．３）を満足する４行４列の行列Ｇ（以降、変数変換行列Ｇと呼ぶ）を送信シンボルデータに掛ける処理を行う。

この変換を行った信号を送信することにより、受信アンテナ１本の受信機２１及び２２では自分宛の１つのデータ系列を受信し、アンテナ２本の受信機２３では２つのデータ系列を並行して受信することになる。ここで、ｆ_ｉｊは適当な複素数である。すなわち、変換前のシンボルデータベクトルをｘ_０として、受信データベクトルｙは式（１．４）のような計算式で表されることができる。

式（１．４）に示す行列Ｆからも分かるように、変数変換行列Ｇを掛けることにより、受信機２１は、要素ｆ_１１のみに影響される信号、すなわち、他のアンテナから送信された信号の合成を考慮することなく、送信アンテナ１から送信され受信機１１により受信すべき信号のみを考慮すればよい。即ち、自己のアンテナで信号を受信した段階で、既に、他のアンテナからの送信信号の影響を抑圧することができているのである。

受信機２２も同様である。受信機２３は、自己のアンテナで信号を受信した段階で、既に、他のアンテナからの送信信号の影響は抑圧されているので、要素ｆ_３３、ｆ_３４、ｆ_４３、及びｆ_４４に影響される信号、すなわち、受信機２３が有する２本のアンテナで受信される信号を考慮すればよい。

〈機能構成〉
次に、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムにおける各機器の機能について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムの機能構成を示す図である。図３に示す各機能部により、先に述べた本システムの原理が実現される。図３には、図１に示す送信機１１及び受信機２３が図示されている。図３に図示されていない受信機２１及び２２については、接続されるアンテナの数が１本であること、及び高度な復調機能（以下に示す信号分離機能）がないこと以外については、受信機２３と同様の構成を持つ。

まず、送信機１１の機能構成について以下に説明する。送信機１１は、変数変換部１１１（本発明の送信部及び変換部に相当）、信号分離部１１２、送信処理部１１３、アンテナ素子１０、アンテナ素子１００、受信処理部１１４、及び伝搬特性情報／受信機構成情報検出部１１５（本発明の検出部に相当）から構成される。

〈〈変数変換部１１１〉〉
変数変換部１１１は、伝搬特性情報／受信機構成情報検出部１１５から入力された伝搬特性情報及び受信機構成情報に基づき、式（１．３）を満たす変数変換行列Ｇを求める（更新する）。この変数変換部１１１による変数変換行列Ｇの求め方については、〈動作例〉の項で詳細に説明する。

変数変換部１１１は、データの送信要求があった場合に当該送信シンボルデータにこの変数変換行列Ｇを掛け合わせ、掛け併せた後の送信シンボルデータを信号分離部１１２へ出力する。

〈〈信号分離部１１２〉〉
信号分離部１１２は、変数変換部１１１から入力されるシリアルに並ぶ送信シンボルデータ信号を、送信すべきアンテナ毎にパラレルに分離し、各アンテナ素子１０から送信するため送信処理部１１３へ出力する。信号分離部１１２は、信号を分離するにあたって、変数変換部１１１から入力される送信シンボルデータ信号により送信すべきアンテナを決定する。この送信アンテナの決定は、変数変換部１１１により変換された送信信号に基づいて決定される。

〈〈送信処理部１１３〉〉
送信処理部１１３は、信号分離部１１２から入力される送信信号に対し変調処理を施した高周波信号をアンテナ素子１０へ出力する。同時に、送信処理部１１３は、受信機２３に伝搬路特性を推定させるために、それぞれ信号パターンが直交する、異なる複数の既知信号（以降、伝搬特性推定用信号）を送信する。なお、本実施形態の送信処理部１１３は、アンテナ素子１０毎に分けた形で構成されているが、１つにまとめた形として動作させるようにしてもよい。

〈〈アンテナ素子１０〉〉
アンテナ素子１０は、送信処理部１１３から出力される高周波信号を、受信機２３へ送信するアンテナである。後述するが、デュプレクサ等を用いて、送受共用アンテナとすることもできる。

〈〈アンテナ素子１００〉〉
アンテナ素子１００は、受信機２３のアンテナ素子２００から送信される高周波信号を受信するアンテナである。アンテナ素子１００によって受信された高周波信号は、受信処理部１１４に出力される。

〈〈受信処理部１１４〉〉
受信処理部１１４は、アンテナ素子１００から入力された高周波信号に増幅処理等を施すことにより、受信信号を得る。受信処理部１１４はその受信信号を、伝搬特性情報／受信機構成情報検出部１１５へ出力する。

〈〈伝搬特性情報／受信機構成情報検出部１１５〉〉
伝搬特性情報／受信機構成情報検出部１１５は、入力された受信信号（各受信機から受信した受信信号）から、伝搬特性情報、及び受信機構成情報のデータを検出する。検出された伝搬特性情報及び受信機構成情報を変数変換部１１１へ出力する。なお、伝搬特性情報及び受信機構成情報は、受信機２３によって検出、生成される。尚、受信機構成情報は、上位装置側から所得するようにしてもよい。例えば、ＨＬＲ（ホームロケーションレジスタ）に格納しておき、必要時にダウンロードするのである。その際、端末ＩＤ等を用いて各端末の構成を区別すればよい。

次に、受信機２３の機能構成について以下に説明する。受信機２３は、アンテナ素子２０３、受信処理部２３１、伝搬特性推定部２３２（本発明の抽出部に相当）、信号分離及びデータ検出部２３３、伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４、送信処理部２３５（本発明の情報送信部に相当）、及びアンテナ素子２００から構成される。

〈〈アンテナ素子２０３〉〉
アンテナ素子２０３は、送信機１１のアンテナ素子１０から送信された信号を受信するアンテナである。アンテナ素子２０３によって受信された高周波信号は、受信処理部２３１に出力される。後述するように、アンテナ１００同様送受信共用としてもよい。

〈〈受信処理部２３１〉〉
受信処理部２３１は、アンテナ素子２０３から入力される高周波信号に増幅処理等を施すことにより、受信信号を得る。受信信号は、信号分離・データ検出部２３３及び伝搬特性推定部２３２へ出力される。

〈〈伝搬特性推定部２３２〉〉
伝搬特性推定部２３２は、入力された受信信号から、既知信号等を用いてアンテナ素子１０とアンテナ素子２０３との間の伝搬路における伝搬路行列Ｈを求め、また、送信機１１の変数変換部１１１によって送信信号に掛け合わされた変数変換行列Ｇが掛け合わされた形となる伝搬特性行列Ｆ（＝ＨＧ）で表わされる伝搬特性情報を推定する。本実施形態では、伝搬特性行列Ｆは式（１．４）で表される行列であり、この推定値によって伝搬路が変化してもそれに合わせて変数変換行列Ｇを更新することができることとなる。また、この伝搬特性情報は、受信機２３における伝搬特性推定部２３２では、式（１．４）に示す伝搬特性行列Ｆの行列要素ｆ_３３、ｆ_３４、ｆ_４３、及びｆ_４４となる。なお、図示しない受信機２１及び２２では、式（１．４）に示す伝搬特性行列Ｆの行列要素ｆ_１１及びｆ_２２が推定される。

そして、伝搬特性推定部２３２は、この伝搬特性情報を信号分離・データ検出部２３３へ出力する。この伝搬路行列Ｈは、受信側の各アンテナ素子に応じて伝搬路が異なることからも、当然に受信されるアンテナ素子毎に変わってくる。従って、伝搬特性推定部２３２は、アンテナ素子２０３毎にそれぞれ用意され、それぞれのアンテナで受信される信号
から伝搬特性情報を推定する。伝搬特性推定部２３２による伝搬特性情報の推定については、〈動作例〉の項で詳細に説明する。

〈〈信号分離及びデータ検出部２３３〉〉
信号分離及びデータ検出部２３３は、伝搬特性推定部２３２から入力された伝搬特性情報（式（１．４）に示す行列要素ｆ_３３、ｆ_３４、ｆ_４３、及びｆ_４４）を用いて、受信信号の信号分離をＭＩＭＯ方式に基づいて行い（以降、信号分離機能と呼ぶ）、受信データを検出する。なお、受信データを検出するにあたり、ＭＬＤ等を用いるようにしてもよい。

また、図示していない受信機２１及び２２については、送信機１１により自己の受信機で受信すべき信号のみ受信するよう、送信側で信号処理が施されていることにより、当該信号分離機能はなくてもよい。

〈〈伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４〉〉
伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４は、自装置の受信機構成情報を生成（例えば不図示のメモリに記憶しておき、読み出して生成）し、伝搬特性推定部２３２によって推定された伝搬特性情報とともに、送信機１１へ伝送するための送信データを生成する。本実施形態では、この受信機構成情報には受信機２３（他の受信機も同様）が持つアンテナの数情報を含むものとする。

〈〈送信処理部２３５〉〉
送信処理部２３５は、伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４から入力される伝搬特性情報及び受信機構成情報を含む送信データをシグナリングなどを利用して、送信機１１へ送信するべく、当該送信信号に対し変調処理を施し、高周波信号をアンテナ素子２００へ出力する。同時に、送信処理部２３５は、送信機１１に伝搬路特性を推定させるために、信号パターンが直交する伝搬特性推定用信号を送信する。

なお、この伝搬特性推定用の既知信号は、データに対して時間的に分離する方法、ＣＤＭＡを利用し拡散符号で分離する方法、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を利用しサブキャリア周波数で分離する方法、及びこれらの分離方法を組み合わせた方法などが利用され、実際の送信データとは区別される形で伝送されるようにしてもよい。

〈〈アンテナ素子２００〉〉
アンテナ素子２００は、送信処理部２３５から出力される高周波信号を、送信機１１へ送信するアンテナである。

〈受信機構成情報〉
次に、各受信機２１−２３から送信機１１へ通知される受信機構成情報について以下に説明する。

受信機構成情報として、本実施形態では受信機毎のアンテナ数が利用される例を示した。その他の例として、受信機構成情報を以下のようにカテゴリ分けすることも可能である。また、下記の各分類を組み合わせてカテゴリ分けすることも可能である。

（分類１）受信機が有するアンテナ数に応じたカテゴリ分け。

（分類２）受信機が有する復調方式に応じたカテゴリ分け。ここでいう復調方式とは、例えば、上述した信号分離機能が挙げられる。送信機から送信された無線信号が当該送信
機の有する他のアンテナより送信された無線信号と合成され受信された信号を復調できる受信機か、他のアンテナより送信された無線信号と合成されないよう分離された形で受信された信号のみ復調できる受信機か、又は一部分離されており、他の受信アンテナで受信される信号を使うことによって復調できる受信機かというふうにカテゴリを分けた場合が考えられる。この場合における送信機１１の動作については、〈〈受信機の構成に合わせた変数変換行列Ｇの生成〉〉項で詳細に説明する。

（分類３）受信機が有するデータ識別方式に応じたカテゴリ分け。例えば、ＭＬＤかＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）かによってカテゴリを分けた場合が考えられる。

〈動作例〉
〈〈伝搬特性推定部２３２による伝搬特性情報の推定〉〉
伝搬特性推定部２３２は、受信された信号から伝搬特性情報を推定する。この伝搬特性情報は、式（１．４）で表される、伝搬路環境を反映する伝搬路行列Ｈと送信機１１により掛け合わされた変数変換行列Ｇとから構成される伝搬特性行列Ｆの要素として、以下のような方法により推定される。

伝搬特性推定部２３２は、送信機１１から既知信号である伝搬特性推定用信号を用いて、当該伝搬特性情報を推定する。すなわち、伝搬特性推定部２３２は、式（１．４）に示す行列要素ｆ_３３、ｆ_３４、ｆ_４３、及びｆ_４４を推定する。
伝搬特性推定用信号には、信号パターンが直交する既知信号であるデータパターン（１，１，１，１）、（１，―１，１，―１）、（１，１，―１，―１）、及び（１，―１，―１，１）が使用される。尚、各データパターンは各送信アンテナからそれぞれ送信される。そして、好ましくは、送信機において各受信機の各受信アンテナと送信機の送信アンテナ間の伝搬路（Ｈ）を推定すべく、受信機の各受信アンテナから直交する既知信号を送信し、送信機の送信アンテナで受信もする。
括弧内の左の要素から１シンボル目のデータ、２シンボル目のデータ、３シンボル目のデータ、及び４シンボル目のデータを示す。この伝搬特性推定用信号を受信した受信機２３において、２本の受信アンテナのうちの一方で受信されるデータは、式（２．１）、及び式（２．２）のｙ_１，１、及びｙ_１，２のように表される。ｙ_１，１は１シンボル目の受信データを示し、ｙ_１，２は２シンボル目の受信データを示す。これにより、受信機２３の伝搬特性推定部２３２は、２つのシンボルを加算してｆ_３３を、減算してｆ_３４を推定する。なお、ここではｆ_３３ 及びｆ_３４を推定するにあたって１シンボル目のデータと
２シンボル目のデータしか利用していないが、３シンボル目のデータと４シンボル目のデータを利用するようにしてもよいのは言うまでもない。
もう一方の受信アンテナで受信されるデータｙ_２，１及びｙ_２，２についても同様に処理し、ｆ_４３及びｆ_４４を推定する。

なお、この伝搬特性推定用の既知信号は、データに対して時間的に分離する方法、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）を利用し拡散符号で分離する方法、ＯＦＤＭ（O
rthogonal Frequency Division Multiplexing）を利用しサブキャリア周波数で分離する
方法、及びこれらの分離方法を組み合わせた方法などが利用され、実際の送信データとは区別される形で伝送されるようにしてもよい。

〈〈変数変換部１１１による変数変換行列Ｇの生成〉〉
伝搬路環境は刻々と変化しているため、当該変数変換行列Ｇもその伝搬路環境の変化に合わせたものを使わなければ、無線特性の高い通信を行うことはできない。そこで、次に、変数変換部１１１が、最新の伝搬路環境を反映した変数変換行列Ｇをいかに求めるかについて以下に説明する。

まず、変数変換部１１１は、各受信機２１、２２、２３から送信機１１へ伝送される伝搬特性情報を利用して、最新の伝搬路行列Ｈを求める。すなわち、各受信機２１、２２、２３より伝送された伝搬特性情報（ｆ_１１、ｆ_２２、ｆ_３３、ｆ_３４、ｆ_４３、及びｆ_４４）が、変数変換部１１１が前回送信データに掛け合わせた変数変換行列Ｇ、及びそのときの伝搬路環境を反映した伝搬路行列Ｈからなることから（Ｆ＝ＨＧ）、変数変換部１１１は、この伝搬特性行列Ｆに対応する、前回利用した変数変換行列Ｇを利用することにより、伝搬路行列Ｈを求めるのである。そして、変数変換部１１１は、求めた当該伝搬路行列Ｈから、受信した最新の伝搬特性情報Ｆと、式（１．３）を利用して、新たな変数変換行列Ｇを求める。

また、受信機から送信機への伝搬特性情報及び受信機構成情報のフィードバックにあたり、送信処理部２３５がＴＤＤ（Time Division Duplex）を利用する場合には、各受信機から異なる直交する既知信号（伝搬特性推定用信号）を送信するようにしてもよい。これにより、変数変換部１１１は、この伝搬特性推定用信号を利用して、伝搬路行列Ｈを推定し、それより変数変換行列Ｇを求める。即ち、適当な伝搬特性情報Ｆ（例えば、図３のように、一部の要素（例えば１とする）を除いて他の要素を０とする）として、式（１．３）を利用して変数変換行列Ｇを求め、送信信号の変換に利用することができる。

尚、変数変換行列Ｇの最初の設定は、例えば、同一周波数を使用するＴＤＤ方式を採用する場合等には、送信機において各受信機の各受信アンテナと送信機の送信アンテナ間の伝搬路を推定することで行うことができる。

要するに、受信機の各受信アンテナから直交する既知信号を送信し、送信機の送信アンテナで受信し、伝搬路行列Ｈを推定する。ＴＤＤ方式であれば、双方向とも同様の伝播路と見なせるから、この推定した伝搬路行列Ｈと、適当な伝搬特性情報Ｆ（例えば、図３のように、一部の要素（例えば１とする）を除いて他の要素を０とする）として、変数変換行列Ｇを求め、送信信号の変換に利用することができる。その際、もちろん、受信機構成情報も用いることが望ましい。

〈〈受信機の構成に合わせた変数変換行列Ｇの生成〉〉
上述のように、受信機構成情報（例えばアンテナ数）を送信機１１にフィードバックすることにより、送信機１１の変数変換部１１１は、当該受信機構成情報に対応させた変数変換行列Ｇを求める。

ここでは、先に述べた受信機構成情報の（分類２）における受信機の復調方式に合わせ、送信機１１の変数変換部１１１が変数変換行列Ｇを求める動作の例を以下に示す。すなわち、図１及び２に示す本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムにおける受信機の構成とは異なる場合の、送信機の動作について以下に説明する。

（第一の構成）
本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムでは、２本のアンテナを持つ受信機２３は信号分離・データ検出部２３３に上述の信号分離機能を持つ構成としていた。ここで述べる第一の構成は、他のアンテナより送信された無線信号と合成されないよう分離された形で受信された信号のみ復調できる受信機で構成される場合である。

この場合には、受信機２３の伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４では、当該受信機が上記のような復調方式を持つというカテゴリ情報を受信機構成情報に含めるようにする。そして、変数変換部１１１は、当該カテゴリ情報に基づき、以下に示す変数変換行列Ｇを求めるようにする。そして、変数変換部１１１は、この変数変換行列Ｇを送信データに掛け合わせ、送信することにより、各受信機ではアンテナ毎にデータ検出を行えばよい。

本発明に係るＭＩＭＯ通信システムを構成する送信機は、このような簡易な受信機が存在していた場合にも対応することができる。

（第二の構成）
第二の構成は、４本のアンテナを有する１台の受信機であって、以下のような復調方式を持つ受信機の場合である。第二の構成における受信機は、当該受信機がアンテナ毎に所定の順番を設け、その順番により当該アンテナが受信した信号に対してデータ検出を行い、そのデータ検出にあたり先の順番のデータ検出結果を利用することで、簡易な復調を可能とする。

この場合には、受信機２３の伝搬特性情報／受信機構成情報生成部２３４では、受信機構成情報に上記のような復調方式を採るといった情報を含めるようにする。そして、変数変換部１１１は、当該情報に基づき、式（１．６）に示す変数変換行列Ｇを求める。そして、変数変換部１１１は、この変数変換行列Ｇを送信データに掛け合わせ、送信することにより、受信機では当該所定の順番でアンテナからの受信データの復調を行うことが可能となる。

即ち、この例では、下の行列の１行目に対応する受信アンテナで受信した信号か送信信号ｘ_１を求め、次に、下の行列の２行目に対応する受信アンテナで受信した信号とこのｘ_１を用いて、送信信号ｘ_２を求め…といったように、上から順に求めた結果を受信時利用していくことで容易に送信信号を再生することができることとなる。

尚、ｆ_１１等の各要素は、既知信号を用いて推定することができるので、Ｆの要素にある程度の自由度をもたせつつ、未知の送信信号が容易に求まることとなる。

（第三の構成）
第三の構成は、送信機から送信された無線信号が当該送信機の有する他のアンテナより送信された無線信号と合成され受信された信号を復調できる受信機の場合である。

このような最も高度なデータ検出機能を持つ受信機の場合にも、変数変換部１１１は、拘束条件なしに伝送容量を最も大きくすることができる式（１．７）に示す変数変換行列Ｇを求めるようにする。即ち、要素を０に固定するものを半分より少なく、理想的には、０個とするのである。

〈変形例１〉
本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムでは、受信機の構成に基づいた信号処理が送信機で施されるが、当該信号処理をするにあたって伝搬路情報としての伝搬路行列Ｈが利用される。

すなわち、送信機側で伝搬路情報を知っているため、伝搬路の品質により品質の良い伝搬路では高速のデータ伝送を行い、劣悪な伝搬路では低速なデータ伝送を行うよう信号処理を施すようにしてもよい（本発明の伝送速度制御部に相当）。

これにより、システムトータルとして高速なデータ伝送が可能となる。

〈変形例２〉
また、品質の良い伝搬路では送信電力を大きくして更に高速なデータ伝送を行い、品質の劣悪な伝搬路では送信電力を小さくして更に低速なデータ伝送を行うようにしてもよい。こうすることで、注水定理に基づいた電力制御に近づくためトータルとして、より高速なデータ伝送が可能となる。この場合には、例えば、上記（第一の構成）のような簡易な受信機で構成されていた場合、送信機において以下のような処理を施すようにしてもよい。

送信機はまず、伝搬路行列Ｈに対して式（１．８）となる変数変換行列Ｇに対し、式（１．９）で示す行列Ａの対角成分ａ_ｉに対して、電力重み付けＰ_ｉが式（１．１０）となるような重み付け係数ｗ_ｉを掛け合わせることで重み付けを行う。ここで、^Ｈは行列の共
役転置を、ｍａｘ（ｘ，ｙ）はｘとｙの大きいほうを選択することを示し、λとσ２は平均送信電力と雑音電力から決まる定数である。送信機は、その重み付けを行った信号に対し、上記実施形態と同様に変数変換行列Ｇを掛け合わせ、送信する。

上記送信機は、さらに、各シンボルデータ系列を式（１．１２）に示すＣ_ｉに比例した伝送レートとなるようにレートマッチングを施し、送信するようにしてもよい。

図４は、伝搬路情報に応じた電力重み付け、及び伝送レート制御を行う送信機の例を示す図である。図４に示す送信機は、送信するアンテナ毎に伝送速度Ｃ_１−Ｃ_４の伝送レートを持つよう制御された送信信号に対して、ｗ_１−ｗ_４の重み付けを行っている。

これにより、システムトータルとして高速なデータ伝送が可能となる。

〈変形例３〉
これまで述べてきたシステムは、送信側で伝搬路情報を知りうる構成を備えているものであるが、伝搬路情報を送信側で知りえない構成であってもよい。この場合においても、受信機構成情報を送信側に通知することによって、受信機に応じた送信方式を採用することが可能となる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、送信機で伝搬路情報を知り得ない構成の場合のＭＩＭＯ通信システムを示している。図５（Ａ）においては、受信機が持つアンテナ数を送信機へ通知することにより、送信機は、１本のアンテナを持つ受信機に対しては、任意の１本の送信アンテナから信号を送信するようにしている。同様に、図５（Ｂ）においては、２本のアンテナを持つ受信機に対しては、２本の送信アンテナから信号を送信するようにしている。

また、アンテナ数ではなく、受信機の種類としてＭＬＤ受信機である場合と、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）受信機である場合とをカテゴリ分けし、送信機において
伝送レートを制御するようにしてもよい。図６（Ａ）はＭＬＤ受信機を有する場合、図６（Ｂ）はＭＭＳＥ受信機を有する場合の例を示している。この場合における送信機は、無線特性が高いＭＬＤ受信機へは高速なデータ伝送を行い、ＭＬＤ受信機に比べ特性が劣るＭＭＳＥ受信機へは低速のデータ伝送を行うよう伝送レート制御を行う。

これにより、送信機の構成が伝搬路情報を知り得ない場合においても、受信機の構成に応じた送信が可能となる。

[その他]
本実施形態は次の発明を開示する。各項に開示される発明は、必要に応じて可能な限り組み合わせることができる。

（付記１）
複数のアンテナを有し、これらアンテナからそれぞれ異なる無線信号を送信可能な送信装置と、少なくとも１つのアンテナを有し、前記送信装置により送信された無線信号を受信する受信装置を備える無線通信システムにおいて、
前記受信装置は、
当該受信装置の構成に関する構成情報を前記送信装置へ送信する情報送信部を
備え、
前記送信装置は、
前記受信装置から受信した前記構成情報に対応する送信方法により、前記無線信号を送信する送信部を
備える無線通信システム。

（付記２）
前記構成情報には、前記受信装置が有するアンテナ数情報が含まれており、
前記送信部は、前記構成情報に含まれるアンテナ数情報に基づいて送信方法を決定する、
付記１に記載の無線通信システム。

（付記３）
前記受信装置は、
受信した無線信号から、この無線信号が伝搬される環境に対応する伝搬路情報を含んだ伝搬特性情報を抽出する抽出部をさらに備え、
前記情報送信部は、前記構成情報と、前記伝搬特性情報とを送信し、
前記送信装置は、
前記受信装置から受信した前記伝搬特性情報から、前記伝搬路情報を検出する検出部と、
検出された伝搬路情報と前記構成情報に含まれるアンテナ数情報とに基づいて、送信信号を変換する変換部と、
をさらに備え、
前記送信部は、変換された送信信号に対応する無線信号を送信する、
付記２に記載の無線通信システム。

（付記４）
前記変換部は、前記受信装置の１つのアンテナにおける受信信号が、アンテナ数に対応するシンボルデータ系列数以下のシンボルデータ系列となるように、送信信号を変換する付記３記載の無線通信システム。

（付記５）
前記構成情報には、当該受信装置で実行される復調方式を示す情報が含まれており、
前記変換部は、前記伝搬路情報、前記アンテナ数情報、及び前記復調方式を示す情報に基づいて、当該受信装置がアンテナ数情報及び前記復調方式に応じた無線信号のみを受信できるよう、送信信号を変換する、
付記４に記載の無線通信システム。

（付記６）
前記送信装置は、前記構成情報及び前記伝搬路情報に基づいて、前記送信信号の伝送速度を制御する伝送速度制御部をさらに備える、
付記５に記載の無線通信システム。

（付記７）
前記構成情報には、前記受信装置で実行されるデータ識別方式を示す情報が含まれており、
前記伝送速度制御部は、前記構成情報、前記伝搬路情報、及び前記データ識別方式を示す情報に基づいて、前記送信信号の伝送速度を制御する伝送速度制御部をさらに備える、
付記６に記載の無線通信システム。

（付記８）
複数のアンテナと、
前記無線信号を受信する受信装置の構成に関する構成情報、及び前記無線信号が伝搬される環境に対応する伝搬路情報を取得する取得部と、
前記伝搬路情報と前記構成情報に含まれる受信装置のアンテナ数情報とに基づいて、送信信号を変換する変換部と、
前記構成情報に対応する送信方法により、変換された送信信号に対応する無線信号を前記複数のアンテナから送信する送信部とを、
備える送信装置。

（付記９）
前記変換部は、前記受信装置の１つのアンテナにおける受信信号が、アンテナ数に対応するシンボルデータ系列数以下のシンボルデータ系列となるように、送信信号を変換する、
付記８記載の送信装置。

（付記１０）
前記送信装置は、前記構成情報及び前記伝搬路情報に基づいて、前記送信信号の伝送速度を制御する伝送速度制御部をさらに備える、
付記９に記載の送信装置。

実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムの構成図を示す図である。 本実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムの原理を示す図である。 実施形態におけるＭＩＭＯ通信システムの機能構成図を示す図である。 伝搬路情報に合わせて送信データシンボルの重み付け、及び伝送レート制御を行った例を示す図である。 送信側で伝搬路情報を知り得ない場合の変形例を示す図である。 送信側で伝搬路情報を知り得ない場合の変形例２を示す図である。 ＭＩＭＯ通信方式の概要を示す図である。 ＭＬＤの概要を示す図である。 Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ方式の概要を示す図である。 Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ方式重み付け合成の概要を示す図である。

符号の説明

１１…送信機
２１，２２，２３…受信機
１０，２０１，２０２，２０３，５００，５１０…アンテナ素子
１１１…変数変換部
１１２…信号分離部
１１３，２３５…送信処理部
１１４，２３１…受信処理部
１１５…伝搬特性情報／受信機構成情報検出部
２３２…伝搬特性推定部
２３３…信号分離・データ検出部
２３４…伝搬特性情報／受信機構成情報生成部

Claims (5)

1. 複数のアンテナを有し、これらアンテナからそれぞれ異なる無線信号を送信可能な送信装置と、少なくとも１つのアンテナを有し、前記送信装置により送信された無線信号を受信する複数の受信装置を備える無線通信システムにおいて、
   前記各受信装置はそれぞれ、
   前記送信装置から受信された無線信号から、該無線信号が伝搬された環境に対応する伝搬路特性を含む伝搬特性情報を取得する取得部と、
   アンテナ数情報を含む各受信装置の構成に関する構成情報及び前記伝搬特性情報を、前記送信装置へ送信する情報送信部と、
   を含み、
   前記送信装置は、
   前記各受信装置から受信された各構成情報及び各伝搬特性情報に基づいて、前記送信装置の複数のアンテナと前記各受信装置の全てのアンテナとの間の伝搬路特性が前記送信装置の複数のアンテナから並列に送信された各無線信号に影響することにより、該並列に送信された各無線信号のうち他の受信装置宛ての送信データを伝搬する無線信号の影響が抑圧された状態で、該並列に送信された各無線信号が各受信装置で受信されるようにする変数変換行列を取得する行列取得部と、
   前記複数の受信装置宛ての各送信データに前記変数変換行列を適用することにより該各送信データを変換する変換部と、
   前記変換された各送信データに対応する無線信号を、送信すべきアンテナ毎に分離する信号分離部と、
   前記分離された各無線信号を前記複数のアンテナから並列に送信する送信部と、
   を含む無線通信システム。
2. 前記変換部は、前回の変換時に利用した変数変換行列を保持し、前記各受信装置から受信された各伝搬特性情報と該保持されている変数変換行列とから、前記送信装置の複数のアンテナと前記各受信装置の全てのアンテナとの間の最新の伝搬路特性を取得し、該最新の伝搬路特性と前記各受信装置から受信された各伝搬特性情報とから最新の変数変換行列を取得する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記受信装置の情報送信部は、前記送信装置へ送信する構成情報に、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）受信機かＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）受信機かを示
   す各受信装置の分類情報を含め、
   前記送信装置は、前記各受信装置から受信された各構成情報に含まれる前記分類情報に基づいて、前記無線信号の伝送速度を制御する伝送速度制御部を更に含む、
   請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 少なくとも１つのアンテナをそれぞれ有する複数の受信装置宛てに複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置において、
   複数のアンテナと、
   アンテナ数情報を含む前記各受信装置の構成に関する構成情報、及び、前記無線信号が伝搬される環境に対応する伝搬路特性を含む各伝搬特性情報を前記各受信装置からそれぞれ取得する取得部と、
   前記各構成情報及び前記各伝搬特性情報に基づいて、前記送信装置の複数アンテナと前記各受信装置の全てのアンテナとの間の伝搬路特性が前記送信装置の複数のアンテナから並列に送信された各無線信号に影響することにより、該並列に送信された各無線信号のうち他の受信装置宛ての送信データを伝搬する無線信号の影響が抑圧された状態で、該並列に送信された各無線信号が各受信装置で受信されるようにする変数変換行列を取得する行列取得部と、
   前記複数の受信装置宛ての各送信データに前記変数変換行列を適用することにより該各送信データを変換する変換部と、
   前記変換された各送信データに対応する無線信号を、送信すべきアンテナ毎に分離する信号分離部と、
   前記分離された各無線信号を前記複数のアンテナから並列に送信する送信部と、
   を備える送信装置。
5. 前記変換部は、前回の変換時に利用した変数変換行列を保持し、前記各受信装置から受信された各伝搬特性情報と該保持されている変数変換行列とから、前記送信装置の複数アンテナと前記各受信装置の全てのアンテナとの間の最新の伝搬路特性を取得し、該最新の伝搬路特性と前記各受信装置から受信された各伝搬特性情報とから最新の変数変換行列を取得する請求項４に記載の送信装置。

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