JP4604796B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを持つ送信機と複数のアンテナを持つ受信機が対となって形成される複数の論理チャネルを利用して空間多重通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、空間多重信号をチャネル特性に基づいてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）合成してストリーム毎の各信号に分離するＭＩＭＯ通信方式の無線通信装置及び無線通信方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、推定チャネル行列ＨからＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムに従って得られた受信重み行列Ｗを用いて空間多重信号をＭＩＭＯ合成して各ストリーム信号に空間復号する無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、ＭＭＳＥを用いたＭＩＭＯ受信機において尤度推定を正確に行なう無線通信装置及び無線通信方法に関する。

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１などを挙げることができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格では最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。無線通信の高速化を実現する技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現する通信方式である。ＭＩＭＯ送信機では、複数のアンテナに送信データを分配して送出する。一方、ＭＩＭＯ受信機では、複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出すことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。

ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。

図１１には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。同図に示すように、送受信機各々に複数のアンテナが装備されている。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、Ｍ本の送信アンテナに分配してＭＩＭＯチャネルに送信する。これに対し、受信側では、ＭＩＭＯチャネル経由でＮ本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して受信データを得ることができる。理想的には、送受信アンテナのうち少ない方の数（ＭＩＮ［Ｍ，Ｎ］）だけのＭＩＭＯストリームが形成される。

一般的に、ＭＩＭＯチャネルは、送信機周りの電波伝播環境（伝達関数）と、チャネル空間の構造（伝達関数）と、受信機回りの電波伝播環境（伝達関数）とで構成される。各アンテナから伝送される信号を多重する際、クロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生するが、受信側の受信処理により、多重化された各信号をクロストークなしに正しく取り出すことができる。

ＭＩＭＯ受信機は、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求め、空間多重された受信信号ｙにこの受信重み行列Ｗを乗算することによって各ストリーム信号ｘを取り出す（すなわち、空間分離若しくは空間復号する）ことができる。

例えば、送信機から既知のトレーニング系列からなるリファレンス信号を送信し、受信機側ではこのリファレンス信号を用いてチャネル行列Ｈを取得することができる。

また、チャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）と、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）が知られている。Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅは、完全にクロストークを取り除く論理に基づいた方法である。一方のＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列Ｗを求める。両者を比較すると、雑音が大きい環境下では、ＭＭＳＥの方が優れていることが知られている。

これらＺｅｒｏ Ｆｏｒｃｅ並びにＭＭＳＥでは、空間復号した後の受信信号の信号振幅が概ね１となるように拘束されて解かれるのが一般的である。したがって、空間復号後の信号振幅は押し並べて１に近い値を呈し、この時点で受信信号強度情報、すなわち擬似ＳＮＲ情報が失われることになる。その一方で、軟判定復号器には何らかの尤度情報を与えなければならない都合もある。

例えば、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｅの場合、空間復号後のＳＮＲの相対的推定値として、下式（２）を用いるのが一般的であると本発明者らは思料する。これは、空間復号後の信号振幅の期待値が一様に１となることを見込んで、各ストリームの重みベクトルの２乗ノルムが雑音電力のゲインに等しくなることを根拠としたものである。

上式（３）は、ｌ番目のストリームのアンテナ重みベクトルが各受信ブランチｎとの間のアンテナ重みｗ_lnを要素とするベクトルであることを示している。また、上式（４）は、アンテナ重み行列Ｗは、ストリーム毎のアンテナ重みベクトルを行ベクトルとする行列であることを示している。各ストリームにおける空間復号処理に伴うゲインは、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムである。上式（２）は、空間復号後のｌ番目のストリームについてのＳＮＲを、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムの逆数から求めている。

そして最終的に、下式（５）に示すＳＮＲ推定値の平方根が、尤度振幅として軟判定復号器に渡される。このような尤度情報は、上式（２）からも分かるように、アンテナ重み行列のみを用いて推定されたものである。

一方、ＭＭＳＥの場合、アンテナ重み行列の算出時に（ストリーム間の干渉となる）クロストークを意図的に発生させることや、なお且つ空間復号後の信号振幅値の期待値が１と限らないという側面を鑑みると、上式（２）に示したアンテナ受信重み行列のみを用いた尤度推定値では正確を期し難いと考えられる。

この尤度推定の不正確さは、軟判定復号器の復号特性の劣化を招来し、ひいては受信機全体のパフォーマンスに影響を及ぼすことになる。

特開２００２−４４０５１号公報

本発明の目的は、推定チャネル行列ＨからＭＭＳＥアルゴリズムに従って得られた受信重み行列Ｗを用いて空間多重信号をＭＩＭＯ合成して各ストリーム信号に好適に空間復号することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ＭＭＳＥを用いたＭＩＭＯ受信機において、確度の高い尤度推定を実現し、受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数のストリームを空間多重した信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリームの信号に分離する空間復号部と、
推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力から尤度情報を推定する尤度情報推定部と、
推定された尤度情報に基づいて、各ストリームの信号を軟判定する軟判定復号部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。

本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうＭＩＭＯ通信方式に関する。この場合、ＭＩＭＯ受信機は、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得し、所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求め、空間多重された受信信号ｙにこの受信重み行列Ｗを乗算することによって各ストリームの信号ｘを取り出す（すなわち、空間分離若しくは空間復号する）ことができる。

チャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ ＦｏｒｃｅとＭＭＳＥが知られている。いずれの場合も、空間復号した時点で受信信号の強度情報すなわち擬似ＳＮＲ情報が失われるため、軟判定復号器に有効な尤度情報を与える必要がある。

また、Ｚｅｒｏ ＦｏｒｃｅとＭＭＳＥを比較した場合、雑音が大きい環境下では、受信機の雑音電力の概念を導入したＭＭＳＥの方が優れている。ところが、ＭＭＳＥでは、クロストークの意図的発生や、空間復号後の信号振幅の期待値が１と限らないことから、アンテナ受信重み行列のみを用いた尤度推定では不正確であり、軟判定復号器の復号性能の劣化を招来し、受信機全体のパフォーマンスに影響を及ぼしてしまう。

そこで、本発明では、推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力という３つの情報に基づいて尤度情報をより正確に推定して、これを軟判定復号器に与えるようにした。具体的には、推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力から、空間復号した後のストリーム信号毎に信号電力Ｓと干渉電力Ｉと雑音電力Ｎとをそれぞれ直接算出し、Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）の平方根からなる尤度振幅情報を軟判定復号器に渡すようにしている。

ここで、空間復号後の各ストリームに含まれる雑音電力値を、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムと空間復号前の信号に含まれる雑音電力の積で求めることができる。

また、空間復号した後の各ストリームの信号振幅の期待値は、当該ストリームにおけるアンテナ重みベクトルとチャネル・ベクトルのスカラ積より求めることができる。そこで、各ストリームにおけるアンテナ重みベクトルとチャネル・ベクトルのスカラ積の２乗ノルムから求まる電力値に雑音電力値を減算した結果を、当該ストリームの真の信号電力推定値として求めることができる。

また、空間復号した後の各ストリームの干渉信号の振幅は、当該ストリームのアンテナ重みベクトルとそれ以外のストリームのチャネル・ベクトルのスカラ積から求められる。そこで、これらスカラ積の２乗ノルムの総和から当該ストリームにおける干渉信号電力を得ることができる。

このように、本発明に係るＭＩＭＯ受信機では、アンテナ重み行列Ｗだけでなく、ＭＭＳＥ処理に用いられる雑音電力推定値σ_r ²（すなわち、空間復号前の受信信号に含まれる雑音電力の推定値）と、推定チャネル行列をも用いて、空間復号後の各ストリーム信号における雑音電力、信号電力、干渉電力をそれぞれ直接的に推定し、これらの推定値よりＳＩＮＲを求めている。したがって、その平方根からなる尤度振幅情報は、より確度の高い尤度情報として軟判定処理に利用することができる。

なお、前記尤度情報推定部は、推定した尤度振幅値を空間復号後の各ストリーム信号に乗算することで、前記軟判定復号部に尤度情報を直接渡す場合と同様の効果を得ることができる。

また、ＯＦＤＭ通信方式を併用するＭＩＭＯ通信システムの場合、前記空間復号部は、フーリエ変換後の各受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリーム信号に分離することになるが、この場合も本発明の効果は些かも変わらない。

また、空間復号して得られる各ストリーム信号をそれぞれデマップし、パラレル−シリアル変換して単一のストリーム信号にデータ合成した後に軟判定復号するのではなく、ストリーム信号毎に軟判定を行なうようにしても、同様に本発明の効果を奏することができる。

本発明によれば、推定チャネル行列ＨからＭＭＳＥアルゴリズムに従って得られた受信重み行列Ｗを用いて空間多重信号をＭＩＭＯ合成して各ストリーム信号に好適に空間復号することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

また、本発明によれば、ＭＭＳＥを用いたＭＩＭＯ受信機において、確度の高い尤度推定を実現し、受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と受信機が対となって空間多重信号の伝送を行なうＭＩＭＯ通信に関する。ＭＩＭＯ通信方式では、送信機において複数のアンテナに送信データを分配して送出し、受信機では複数のアンテナにより受信した空間信号に信号処理を行なうことによって、各信号をクロストークなしに取り出す。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。

図１及び図２には、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機及びＭＩＭＯ受信機の構成をそれぞれ示している。図示の送受信機はそれぞれ２本のアンテナを持ち、２系統のＭＩＭＯ送受信ストリームが形成されることになるが、本発明の要旨はストリーム数に限定されない。

また、図示の通信システムは、ＯＦＤＭ変調方式を併用したＭＩＭＯ＿ＯＦＤＭ通信システムである。ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致していることを意味する。ＯＦＤＭ変調方式によれば、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い（周知）。

データ発生器１００から供給される送信データは、スクランブラ１０２においてスクランブルが掛けられる。次いで、符号化器１０４で誤り訂正符号化を施さられる。この際の符号化器の種類としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａであればＲ＝１／２、Ｋ＝７の畳み込み符号化器などが採用されている。そして、符号化信号はデータ振り分け器１０６に入力され、ストリーム毎に振り分けられる。

各ＭＩＭＯ送信ストリームでは、ストリーム毎に与えられたデータレートに従って、送信信号をパンクチャ１０８又は１０９によりパンクチャし、インターリーバ１１０又は１１１によりインターリーブし、マッパー１１２又は１１３によりＩＱ信号空間にマッピングして複素ベースバンド信号となる。周波数領域に並んだ各サブキャリアをＩＦＦＴ１１４又は１１５を通過して時間軸信号に変換した後に、ガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ１１８又は１１９にて帯域制限した後、ＤＡコンバータ１２０又は１２１にてアナログ信号に変換し、ＲＦ部１２２又は１２３にて適当な周波数帯にアップコンバートしてから、それぞれの送信アンテナから伝搬路に送出される。

ＭＩＭＯチャネルを通してＭＩＭＯ受信機に届いたデータは、それぞれのＭＩＭＯ受信ストリームにおいて、ＲＦ部２３２又は２３３でアナログ処理し、ＡＤコンバータ２３０又は２３１によりデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ２２８又は２２９に入力される。そして、同期回路２２６にてパケット発見、タイミング検出、周波数オフセット補正などの処理が行なわれた後、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルをガード除去部２２４又は２２５により除去する。そして、ＦＦＴ２２２又は２２３により時間軸信号が周波数軸信号となる。

一方、アンテナ重み行列演算器２１８は、推定されたチャネル行列Ｈから例えばＭＭＳＥアルゴリズムに基づいてアンテナ重み行列Ｗを計算する。そして、アンテナ重み行列乗算部２１６は元々の受信信号とアンテナ重み行列Ｗとの行列乗算を行なうことで空間多重信号の空間復号を行ない、ストリーム毎に独立した信号系列を得る。

なお、本実施形態では、ＭＩＭＯ処理部３００で得られるチャネル行列Ｈ並びにアンテナ重み行列Ｗと、空間復号前の受信信号に含まれる雑音電力の推定値σ_r ²に基づいて軟判定復号時に必要となる尤度情報を求めるようにしているが、この点の詳細については後述に譲る。

チャネル等価回路２１４は、ストリーム毎の信号系列に対し、さらに残留周波数オフセット補正、チャネル・トラッキングなどを施す。そして、デマッパー２１２又は２１３はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインターリーバ２１０又は２１１はデインターリーブし、デパンクチャ２０８又は２０９は所定のデータレートでデパンクチャした後、データ合成部２０６によりＭＩＭＯ受信ストリーム毎の受信信号を１本のストリームに合成する。このデータ合成処理は送信側で行なうデータ振り分けと全く逆の動作を行なうものである。そして、復号器２０４にて軟判定により誤り訂正復号した後、デスクランブラ２０２によりデスクランブルし、データ取得部２００は受信データを取得する。

チャネル推定部２２０でチャネル行列Ｈを取得する方法として幾つか考えられるが、本実施形態では、送信機側から送信アンテナ毎にトレーニング信号を時分割送信し、受信機側では各受信アンテナで受信したトレーニング信号を基にチャネル行列Ｈを取得するという時分割法を適用する。また、トレーニング信号を時分割送信する際に、各ＭＩＭＯチャネル用のトレーニング信号を挿入する位置をサブキャリア毎に入れ替えるトーン・インターリーブ操作を行なうようにしてもよい。但し、チャネル行列Ｈの取得方法自体は本発明の要旨に直接関連しないので、ここではこれ以上説明しない。

また、アンテナ重み行列演算部２１８でチャネル行列Ｈから受信重み行列Ｗを求める比較的簡単なアルゴリズムとして、ＭＭＳＥを採用する。ＭＭＳＥは、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法である。ＭＭＳＥは、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列Ｗを求めるので、雑音が大きい環境に適している。

ところが、ＭＭＳＥでは、空間復号した後の受信信号の信号振幅が概ね１となるように拘束されて解かれるのが一般的であることから、空間復号後の信号振幅は押し並べて１に近い値を呈し、空間復号した時点で受信信号の強度情報すなわち擬似ＳＮＲ情報が失われるため、軟判定復号器２０４に有効な尤度情報を与える必要がある。また、ＭＭＳＥでは、クロストークの意図的発生や、空間復号後の信号振幅の期待値が１と限らないことから、アンテナ受信重み行列のみを用いた従来の尤度推定方法では不正確となってしまう。

そこで、本実施形態では、推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力という３つの情報に基づいて尤度情報をより正確に推定して、これを軟判定復号器２０４に与えるようにしている。具体的には、推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力から、空間復号した後のストリーム信号毎に信号電力Ｓと干渉電力Ｉと雑音電力Ｎとをそれぞれ算出し、Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）の平方根からなる尤度振幅情報を軟判定復号器２０４に渡す。

図３には、本実施形態に係る尤度推定のメカニズムを図解している。

アンテナ重み行列演算部２１８では、チャネル推定部２２０で推定されたチャネル行列Ｈを例えば逆行列演算して、アンテナ重み行列Ｗを得る。そして、アンテナ重み行列乗算部２１６では、各アンテナからの受信信号１〜２にアンテナ重み行列を乗算することによって空間復号を行ない、ストリーム毎の信号に分離する。デマッパー２１２又は２１３はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップして元のデータ系列を得る。データ合成部２０６は、ストリーム毎のデータ系列をパラレル−シリアル変換する。そして、復号器２０４は、得られたシリアル・データ系列を軟判定復号する。

本実施形態では、尤度推定部は、推定されたチャネル行列Ｈとアンテナ受信重み行列Ｗと推定雑音電力σ_r ²という３つの情報を入力に持ち、これらの値から空間復号後の各ストリーム信号における雑音電力、信号電力、干渉電力をそれぞれ直接的に推定し、これらの推定値よりＳＩＮＲを求める。

そして、尤度推定部は、算出されたＳＩＮＲの平方根からなる尤度振幅情報を軟判定復号器２０４に与える。

入力された推定されたチャネル行列Ｈとアンテナ受信重み行列Ｗと推定雑音電力σ_r ²から雑音電力、信号電力、並びに干渉電力を直接求める計算式は以下の通りである。

σ_r ²は、空間復号前の受信信号に含まれる雑音電力である。また、各ストリームにおける空間復号処理に伴うゲインは、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムである。したがって、上式（８）では、空間復号後の各ストリームに含まれる雑音電力値を、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムと空間復号前の信号に含まれる雑音電力の積で求めている。

また、上式（１１）はｌ番目のストリームのチャネル・ベクトルが各受信ブランチｎとの間のチャネル推定値ｈ_nlを要素とするベクトルであることを示している。また、上式（１２）は、チャネル行列Ｈは、ストリーム毎のチャネル・ベクトルの転置ベクトルを列ベクトルとする行列であることを示している。ここで、空間復号した後の各ストリームの信号振幅の期待値は、当該ストリームにおけるアンテナ重みベクトルとチャネル・ベクトルのスカラ積より求めることができる。そのスカラ積の２乗ノルムが空間復号した後の各ストリームの信号電力と言えるが、この電力値には雑音電力も混入している。そこで、上式（９）では、このスカラ積の２乗ノルムで算出した電力値から、上式（８）で求めた雑音電力値を減算した結果を、当該ストリームの真の信号電力推定値として求めている。

また、空間復号した後の各ストリームの干渉信号の振幅は、当該ストリームのアンテナ重みベクトルと、それ以外のストリームのチャネル・ベクトルのスカラ積から求められる。そこで、上式（１０）では、これらスカラ積の２乗ノルムの総和から当該ストリームにおける干渉信号電力を得ている。

上式（８）〜（１０）を用いて求められた雑音電力、信号電力、並びに干渉電力を上式（６）に代入することによって、ＭＭＳＥアルゴリズムに基づいてアンテナ重み行列を得る際のより妥当なＳＩＮＲ値を求めることができる。そして、上式（７）に示すように、ＳＩＮＲ値の平方根からなる尤度振幅を、より確度の高い尤度情報として得ることができる。したがって、クロストークを意図的に発生せしめるＭＭＳＥの場合であっても、比較的確度の高い尤度情報を軟判定復号器２０４に渡すことができるので、受信機全体のパフォーマンス劣化を抑制することができる。

図４には、尤度推定メカニズムの変形例を示している。図３に示した例では、尤度推定部は、推定した尤度振幅値を後段の軟判定復号器２０４に直接渡している。これに対し、図４では、推定した尤度振幅値を空間復号後の各ストリーム信号に乗算するようにしている。この場合も、軟判定復号器２０４に直接渡す場合と同様の効果を得ることができる。

また、図１及び図２に示したように、本実施形態に係るＭＩＭＯ通信システムはＯＦＤＭ通信方式を併用している。このような場合、図５に示すように、ＭＩＭＯ処理部３００では、ＦＦＴした後の受信信号に対して空間復号を行なうことになるが、この場合も本発明の効果は些かも変わらない。

また、図６には、尤度推定メカニズムについてのさらに他の変形例を示している。図３〜図５に示した例では、空間復号して得られる各ストリーム信号をそれぞれデマップし、パラレル−シリアル変換して単一のストリーム信号にデータ合成した後に軟判定復号するように構成されている。これに対し、図６に示したように、ストリーム信号毎に軟判定を行なうようにしても、同様に本発明の効果を奏することができる。

最後に、本発明の効果を実証するための幾つかのシミュレーション結果を、図７〜図１０に例示しておく。これらは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの仕様（サブキャリア帯域：３１２．５ＫＨｚ、５２本のサブキャリアからなるＯＦＤＭ変調方式）に準拠したＭＭＳＥ＿ＭＩＭＯ受信機のＰＥＲ（パケット・エラー率）特性の計算結果である。

図７は送受信アンテナがそれぞれ２本（すなわちストリーム数が２本）でＱＰＳＫを行なった場合の結果であり、図８は送受信アンテナがそれぞれ４本（すなわちストリーム数が４本）でＱＰＳＫを行なった場合の結果である。また、図９は送受信アンテナがそれぞれ２本（すなわちストリーム数が２本）でＢＰＳＫを行なった場合の結果であり、図１０は送受信アンテナがそれぞれ４本（すなわちストリーム数が４本）でＢＰＳＫを行なった場合の結果である。なお、パケット長は、１０００バイトで、シミュレーションに用いたチャネル・モデルはＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規定されたＣｈａｎｎｅｌ−Ｄである。各図から分かるように、従来の尤度推定方法（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）に比し、本実施形態に係る尤度推定方法（Ｐｒｏｐｏｓｅｄ）を適用した場合、ＰＥＲ＝１％で比較すると、約１．５〜５ｄＢの改善効果が認められる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、アンテナ重み行列を得るためにＭＭＳＥアルゴリズムを採用したＭＩＭＯ通信システムに本発明を適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。雑音電力を考慮しながらアンテナ重みを求めるその他のアルゴリズムを用いたＭＩＭＯ通信システムに対しても、同様に本発明の効果を奏することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ送信機の構成を示した図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ受信機の構成を示した図である。 図３は、本発明に係る尤度推定のメカニズムを説明するための図である。 図４は、本発明に係る尤度推定のメカニズムを説明するための図である。 図５は、本発明に係る尤度推定のメカニズムを説明するための図である。 図６は、本発明に係る尤度推定のメカニズムを説明するための図である。 図７は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの仕様に準拠したＭＭＳＥ＿ＭＩＭＯ受信機のＰＥＲ特性のシミュレーション結果を示した図である。 図８は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの仕様に準拠したＭＭＳＥ＿ＭＩＭＯ受信機のＰＥＲ特性のシミュレーション結果を示した図である。 図９は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの仕様に準拠したＭＭＳＥ＿ＭＩＭＯ受信機のＰＥＲ特性のシミュレーション結果を示した図である。 図１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの仕様に準拠したＭＭＳＥ＿ＭＩＭＯ受信機のＰＥＲ特性のシミュレーション結果を示した図である。 図１１は、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。

符号の説明

１００…データ発生器
１０２…スクランブラ
１０４…符号化器
１０６…データ振り分け部
１０８，１０９…パンクチャ
１１０，１１１…インターリーバ
１１２，１１３…マッパー
１１４，１１５…ＩＦＦＴ
１１６，１１７…ガード挿入部
１１８，１１９…デジタル・フィルタ
１２０，１２１…ＤＡコンバータ
１２２，１２３…ＲＦ部
２００…データ取得部
２０２…デスクランブラ
２０４…復号器
２０６…データ合成部
２０８，２０９…デパンクチャ
２１０，２１１…デインターリーバ
２１２，２１３…デマッパー
２１４…チャネル等化回路
２１６…逆行列乗算部
２１８…逆行列演算部
２２０…チャネル推定部
２２２，２２３…ＦＦＴ
２２４，２２５…ガード除去部
２２６…同期回路
２２８，２２９…デジタル・フィルタ
２３０，２３１…ＡＤコンバータ
２３２，２３３…ＲＦ部

Claims (8)

1. 複数のストリームを空間多重した信号を複数のアンテナで受信する無線通信装置であって、
   空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定部と、
   推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリームの信号に分離する空間復号部と、
   推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力から、空間復号した後のストリーム信号毎に信号電力Ｓと干渉電力Ｉと雑音電力Ｎとをそれぞれ算出し、Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）の平方根からなる尤度振幅情報を推定する尤度情報推定部と、
   推定された尤度振幅情報に基づいて、各ストリームの信号を軟判定する軟判定復号部と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記空間復号部は、信号電力と２乗エラーの比を最大化する論理に基づくＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ
   Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムに従ってアンテナ受信重み行列を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記尤度情報推定部は、空間復号後の各ストリームに含まれる雑音電力値を、当該ストリームのアンテナ重みベクトルの２乗ノルムと空間復号前の受信信号に含まれる雑音電力の積で求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記尤度情報推定部は、空間復号後の各ストリームにおけるアンテナ重みベクトルとチャネル・ベクトルのスカラ積の２乗ノルムから求まる電力値に雑音電力値を減算した結果を、当該ストリームの真の信号電力推定値として求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記尤度情報推定部は、空間復号した後の各ストリームの干渉信号電力を、当該ストリームのアンテナ重みベクトルとそれ以外のストリームのチャネル・ベクトルとのスカラ積の２乗ノルムの総和から求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記尤度情報推定部は、推定した尤度振幅値を空間復号後の各ストリーム信号に乗算することで前記軟判定復号部に尤度情報を渡す、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 各アンテナからの受信信号は、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアにＯＦＤＭマッピングされたＯＦＤＭ変調信号であり、
   各受信信号をフーリエ変換して時間軸信号を周波数軸信号に変換するフーリエ変換部をさらに備え、
   前記空間復号部は、フーリエ変換後の各受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリーム信号に分離する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
8. 複数のストリームを空間多重した信号を複数のアンテナで受信する無線通信方法であって、
   空間多重されたチャネルのチャネル行列を推定するチャネル行列推定ステップと、
   推定されたチャネル行列からアンテナ受信重み行列を求め、各アンテナの受信信号に受信重み行列を乗算して各ストリーム信号に分離する空間復号ステップと、
   推定されたチャネル行列とアンテナ受信重み行列と推定雑音電力から、空間復号した後のストリーム信号毎に信号電力Ｓと干渉電力Ｉと雑音電力Ｎとをそれぞれ算出し、Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）の平方根からなる尤度情報を推定する尤度情報推定ステップと、
   推定された尤度情報に基づいて、各ストリーム信号を軟判定する軟判定復号ステップと、
   を有することを特徴とする無線通信方法。
   

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