JP4605266B2 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

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（ＭＩＭＯ）通信方式により伝送容量を拡大したデータ通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なうために必要となる順方向のチャネル行列を受信機から送信機へ受け渡しを行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

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やＩＥＥＥ８０２．１５を挙げることができる。例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格として、マルチキャリヤ方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ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次世代の無線ＬＡＮ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おり、ＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎではＯＦＤＭ＿ＭＩＭＯ通信方式を採用している。

ＭＩＭＯとは、それぞれ複数のアンテナ素子を備えた送信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）と受信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）間で、ビーム・フォーミングを行なうことによって、より高品質な通信を実現するものである。ここで言うビーム・フォーミングとは、受信機側で高い品質で受信できるように、各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させる方法である。送信アンテナ重みは、送信機から受信機への順方向のチャネル行列Ｈを解析して得ることができる。

ここで言うチャネル行列Ｈとは、送受信アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列であり、チャネル情報は位相と振幅を成分に持つ伝達関数である。また、チャネル行列ＨをＵＤＶ^Hに特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）することで（すなわち、Ｈ＝ＵＤＶ^H）、送信ビーム・フォーミング行列Ｖと受信重み行列Ｕ^Hを得ることが知られている（但し、スモールＨは、共役転置を意味する）。

ＭＩＭＯ通信において、ビーム・フォーミングを実現するには、送信機から受信機への順方向（Ｆｏｒｗａｒｄ）のチャネル行列Ｈ_Fが必要となる。順方向のチャネル行列Ｈ_Fは、送信機の各送信アンテナからチャネル行列を励起するための既知トレーニング系列を送信したときに、受信機側で各受信アンテナ・ブランチを得られる伝達関数を組み立てて得ることができる。

ここで、送信機から受信機への順方向と逆方向のチャネルが可逆であれば、上記の既知トレーニング系列の交換手続を受信機から送信機への逆方向で行なうことで、送信機はビーム・フォーミングに必要となるチャネル行列Ｈを得ることができる。しかしながら、一般には送受信アンテナ・ブランチ毎に伝達関数すなわち位相及び振幅にインバランスが存在することから、順方向のチャネル行列Ｈ_Fと逆方向（Ｂａｃｋｗａｒｄ）のチャネル行列Ｈ_Bは一致しない。受信機側のデジタル処理部では、空間の伝達関数と装置内のアナログ部の伝達関数を合わせたものをチャネルとして認識するので、ブランチ毎のアナログ部にインバランスがあるとチャネルの誤認識を招来する。上記の既知トレーニング系列の交換手続を受信機から送信機への逆方向で行なっても、逆方向のチャネル行列Ｈ_Bしか得られない。

ＭＩＭＯ通信において、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なう１つの方法として、受信機側で得られた順方向のチャネル行列Ｈ_Fを送信機にフィードバックする方法を挙げることができる。例えば、送信機の方が受信機よりもアンテナ本数が少ない場合において順方向のチャネル行列に関する情報を受信機から送信機へフィードバックする方法について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

また、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なう他の方法として、送信機側で送受信アンテナ・ブランチ毎の位相及び振幅にインバランスを補正するためのアンテナ・キャリブレーションを行なう方法を挙げることができる。

例えば、送信機及び受信機の各アンテナのキャリブレーション係数を求め、リファレンス信号のフィードバック時並びにリファレンス信号を基に伝達関数を求める際にそれぞれ受信機アンテナのキャリブレーション係数、送信機アンテナのキャリブレーション係数を用いてキャリブレーションを行なうことにより、順方向と逆方向のチャネル情報行列の不一致を補正する無線通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

後者のアンテナ・キャリブレーションは、アンテナ・ブランチ毎の送信アナログ伝達関数と受信アナログ伝達関数の比率を一定にする処理に相当するが、この条件を達成するには、結局のところ、順方向のチャネル行列Ｈ_Fと逆方向のチャネル行列Ｈ_Bの双方が必要となる。

換言すれば、上記のいずれの方法にせよ、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なうには、受信機側で求めた順方向のチャネル行列Ｈ_Fを送信機側で得る必要がある。

チャネル行列の要素数は、送信機及び受信機のアンテナ本数の組み合わせで決まる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのようにＯＦＤＭ変調方式を使用するＭＩＭＯ通信システムの場合には、１１４個のサブキャリヤの分だけのチャネル行列が必要になる。また、異なる製造業者で製作された送信機と受信機の間でビーム・フォーミングを行なうことを考慮すると、ビーム・フォーミングのためのチャネル行列を受信機から送信機へ受け渡しするための共通のルールが必要であると思料される。

特開２００７−３１８７２８号公報 特開２００５−１６００３０号公報

本発明の目的は、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と対となってＭＩＭＯ通信方式により伝送容量を拡大したデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なうために必要となる順方向のチャネル行列を受信機から送信機へ受け渡しを好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ビーム・フォーミングのためのチャネル行列を受信機から送信機へ共通のルールにより受け渡しを好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、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り、前記送信機が各送信アンテナでビーム・フォーミングを行なってマルチキャリヤ信号を伝送する無線通信システムであって、
送信機から受信機への順方向のチャネル行列を前記受信機にてサブキャリヤ毎に取得するチャネル行列取得部と、
前記受信機にて、前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤの順方向のチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
前記受信機から前記送信機へ、前記のエンコードしたチャネル行列情報を受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
前記送信機にて、前記受信機から受け渡されたチャネル行列情報をデコードした後さらに解析して、各送信アンテナの重み係数を取得する送信アンテナ重み取得部と、
前記送信機から、前記の取得した重み係数に基づいて各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させてビーム・フォーミングを行なってデータ伝送を行なう送信ビーム・フォーミング部と、
を備え、
前記エンコード部は、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索し、
各サブキャリヤについて、チャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を前記第１の最大値との比に、振幅部並びにチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅のデータ部に正規化するための正規化係数を判定し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
ことを特徴とする無線通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

また、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、前記エンコード部が、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを備え、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得し、当該処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得るものである。

また、本願の請求項３に記載の発明は、
複数のアンテナと、
複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得部と、
前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
を備え、
前記エンコード部は、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索し、
各サブキャリヤについて、チャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を前記第１の最大値との比に、振幅部並びにチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅のデータ部に正規化するための正規化係数を判定し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
ことを特徴とする無線通信装置である。

また、本願の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の無線通信装置において、前記エンコード部が、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを備え、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得し、当該処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得るものである。

また、本願の請求項５に記載の発明は、複数のアンテナを備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、
前記チャネル行列取得ステップにおいて取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード・ステップと、
前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡ステップと、
を備え、
前記エンコード・ステップでは、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索し、
各サブキャリヤについて、チャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を前記第１の最大値との比に、振幅部並びにチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅のデータ部に正規化するための正規化係数を判定し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
ことを特徴とする無線通信方法である。

また、本願の請求項６に記載の発明は、マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするエンコード装置であって、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化部と、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルと、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得部と、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得部と、
前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算器と、
を備え、
前記係数取得部で取得した振幅部及び前記乗算器で得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
ことを特徴とするエンコード装置である。

また、本願の請求項７に記載の発明は、マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするエンコード方法であって、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化ステップと、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得ステップと、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを用いて、全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得ステップと、
前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算ステップと、
を備え、
前記係数取得ステップにおいて取得した振幅部及び前記乗算ステップにおいて得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
ことを特徴とするエンコード方法である。

また、本願の請求項８に記載の発明は、複数のアンテナを備えた無線通信装置上における処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得手段、
前記チャネル行列取得手段が取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード手段、
前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡手段、
として機能させ、
前記エンコード手段は、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索し、
各サブキャリヤについて、チャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を前記第１の最大値との比に、振幅部並びにチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅のデータ部に正規化するための正規化係数を判定し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラムである。

本願の請求項８に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項８に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータにインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本願の請求項３に係る無線通信装置と同様の作用効果を得ることができる。

また、本願の請求項９に記載の発明は、マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化手段、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブル、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得手段、
全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得手段、
前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算手段、
として機能させ、
前記係数取得部で取得した振幅部及び前記乗算器で得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラムである。

本願の請求項９に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項９に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータにインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本願の請求項７に係るエンコード装置と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、それぞれ複数のアンテナを持つ送信機と対となってＭＩＭＯ通信方式により伝送容量を拡大したデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

また、本発明によれば、送信機が適切なビーム・フォーミングを行なうために必要となる順方向のチャネル行列を受信機から送信機へ受け渡しを好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

また、本発明によれば、ビーム・フォーミングのためのチャネル行列を受信機から送信機へ共通のルールにより受け渡しを好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、エンコード装置及びエンコード方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

本願の請求項１、３、５、８に記載の発明によれば、ビーム・フォーミングのためのチャネル行列を送信機へ受け渡す受信機は、圧縮のアルゴリズムの正確さから、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大値は、全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大値との比が重要であり、当該比を基にサブキャリヤ中のチャネル行列の要素を正規化するための係数が求まるということに着目して、簡素な仕組みにより、チャネル行列のエンコード情報の振幅部及びデータ部を簡素な仕組みにより取得することができる。

また、本願の請求項２、４、６、７、９に記載の発明によれば、全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を量子化してから、全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを作成するので、大きなＲＯＭテーブルも正規化係数を求めるための大きな乗算器も不要となり、より小さい回路で所望の正規化を行なうことができる。

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。

ＭＩＭＯ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、空間多重したストリームを実現する通信方式である。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、複数本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由で複数本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号を施して複数の送信データに分離して、ストリーム間のクロストークなしに元のデータを得ることができる。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１には、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示している。図示のシステムは、例えば２ストリームの２×２構成であり、ＭＩＭＯ送信機には、２本のアンテナ、すなわち送信アンテナ０と送信アンテナ１を備え、一方のＭＩＭＯ受信機も２本の受信アンテナ０と受信アンテナ１を備えている。ここで、送信アンテナ０と受信アンテナ０の伝搬路を伝搬路ａ、送信アンテナ１と受信アンテナ０の伝搬路を伝搬路ｂ、送信アンテナ０と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｃ、送信アンテナ１と受信アンテナ１の伝搬路を伝搬路ｄとする。そして、送信機は、送信アンテナ０に対して送信データ系列ｘ₀を送信アンテナ１に対して送信データ系列ｘ₁をそれぞれ割り当て、受信機は、受信アンテナ１において受信データ系列ｙ₀を受信し、受信アンテナ１において受信データ系列ｙ₁をそれぞれ受信したものとする。この場合の伝搬路状況は、以下の式（１）のように表現することができる。但し、ｙ、Ｈ、ｘ、ｎはそれぞれ受信信号、チャネル行列、送信信号、雑音成分である。

送信側では、各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させて、ビーム・フォーミングを行なう。これに対し、受信側では、各受信アンテナにデジタル的に重み付けして、空間多重された受信信号を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。図１では送受信アンテナがともに２本の場合を示したが、アンテナ本数が２本以上であれば、同様にしてＭＩＭＯ通信システムを構築することができる。

通常、送信機から受信機へチャネル行列を励起する既知トレーニング系列を送信し、受信機側では受信信号と既知系列との差分によって伝達関数の推定を行ない、送受アンテナ組み合わせ分の経路の伝達を行列形式に並べることで、順方向のチャネル行列Ｈを構成することができる。送信側アンテナ本数がＮで受信側アンテナ本数がＭのときは、チャネル行列はＭ×Ｎ（行×列）の行列となる。

そして、推定された順方向のチャネル行列に基づいて、送信機側で各送信アンテナにデジタル的に重み付けするための送信ビーム・フォーミング行列を得ることができる。例えば、チャネル行列ＨをＳＶＤ（前述）やＥＶＤ（Ｅｉｇｅｎ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：固有値分解）、若しくはその他の行列分解手法を用いて、送信時に各送信アンテナに重みを与えてビーム・フォーミングを行なうための送信ビーム・フォーミング行列Ｖを得ることができる。

図２及び図３には、ＭＩＭＯ通信を行なう通信装置の送信系統及び受信系統の構成例をそれぞれ示している。

図２に示す送信系統のアンテナ本数（若しくは、送信ブランチ数）はＮであり、このＮは例えばＩＥＥＥ仕様準拠であれば最大４本であるが、各図では図面の錯綜を回避するため２本分のアンテナ・ブランチしか描いていない。以下では、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒとして動作する場合の送信系統について説明する。

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れる。スクランブル及び符号化方式は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａの定義に従う。そして、符号化信号はデータ振り分け器１０６に入力され、各送信ストリームに振り分けられる。

各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によりパンクチャし、インタリーバ１１０によりインタリーブし、マッパー１１２により、ｉｎ位相（Ｉ）と直角位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ：Ｑ）からなる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。また、セレクタ１１１は、インタリーブされた空間ストリーム毎の送信信号に、適当なタイミングでトレーニング系列を挿入して、マッパー１１２に供給する。インタリーブ方式は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａの定義を拡張し、複数ストリーム間で同一のインタリーブにならないようになっている。また、マッピング方式もＩＥＥＥ８０２．１１ａに従い、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭを適用する。

ビーム・フォーミング部１１４内では、送信重み行列計算部１１４ａは、例えば、順方向のチャネル行列を、ＳＶＤ（前述）やＥＶＤ（Ｅｉｇｅｎ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：固有値分解）、若しくはその他の行列分解手法を用いて、送信時に各送信アンテナに重みを与えてビーム・フォーミングを行なうための送信ビーム・フォーミング行列を得る。そして、送信重み行列乗算部１１４ｂは、送信重み行列計算部１１４ａが算出した送信ビーム・フォーミング行列を用いて、各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させることによって、通信相手（受信機側）で高い品質で受信できるように、ビーム・フォーミングを行なう。

いずれの方法によりビーム・フォーミングを実現するにせよ、送信重み行列計算部１１４ａは、順方向のチャネル行列を通信相手から取得する必要がある。また、ＯＦＤＭのようにマルチキャリヤ伝送を採用する通信システムでは、サブキャリヤ個数分だけのチャネル行列が必要である。本実施形態では、装置内ではチャネル行列の各要素を固定小数点（例えば、１０ビットＱ７表現）で扱うが、通信装置間では、固定小数点表現されたチャネル行列を、所定の共通ルールに則って８ビットのデータ部と３ビットの振幅部に一旦エンコードしてから、受け渡しを行なうものとする。したがって、送信重み行列計算部１１４ａは、エンコードされたチャネル行列をデコードして、送信ビーム・フォーミング行列の算出に用いることになる。但し、チャネル行列のエンコード方法の詳細については、後述に譲る。

高速フーリエ逆変換部（ＩＦＦＴ）１１６では、周波数領域に並んだ各サブキャリヤを時間軸信号に変換し、さらにガード挿入部１１８でガード・インターバルを付加する。そして、デジタル・フィルタ１２０にて帯域制限した後、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１２２にてアナログ信号に変換する。ＲＦ部１２４では、アナログＬＰＦにより所望帯域以外の信号成分を除去し、所望のＲＦ周波数帯へ中心周波数をアップコンバートし、さらに電力増幅によって信号振幅を増幅させる。ＲＦ帯となった送信信号は、各送信アンテナから空間に放出される。

また、図３には、ＭＩＭＯ通信を行なう通信装置の受信機側の構成例を示している。図示の受信機のアンテナ本数（若しくは、受信ブランチ数）はＮであり、このＮは例えばＩＥＥＥ仕様準拠であれば最大４本であるが、各図では図面の錯綜を回避するため２本分のアンテナ・ブランチしか描いていない。以下では、Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ（言い換えれば、エンコードされたチャネル行列の送り手）として動作する場合の受信系統について説明する。

複数の送信アンテナを持つ通信相手からは、ビーム・フォーミングが施された送信信号が到来するものとする。各受信アンテナに届いた信号は、それぞれの受信アンテナ・ブランチでは、まずＲＦ部２３０でアナログ処理が施される。

そして、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２２８によりアナログ受信信号をデジタル信号に変換した後、デジタル・フィルタ２２６に入力し、続いて、同期回路２２４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、ノイズ推定などの処理が行なわれる。

ガード除去部２２では、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルを除去する。そして、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）２２０により時間軸信号が周波数軸信号となる。

続くキャリブレーション処理部２１８では、各受信ブランチの受信信号に対し、送受信ブランチ間の位相並びに振幅のインバランスを補正するためのキャリブレーション係数がそれぞれ乗算され、受信ブランチ間に存在する位相並びに振幅のインバランス補正をデジタル部において実現する。なお、キャリブレーション係数は、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２００７−１１６４８９号公報に開示されている方法により求めることができる。但し、本発明の要旨は、特定のキャリブレーション係数算出方法に限定される訳ではない。

空間分離部２１６内では、ビーム・フォーミングされた受信信号の空間分離処理を行なう。具体的には、チャネル行列推定部２１６ａは、各受信ブランチで受信した、チャネル行列を励起するためのトレーニング系列から推定チャネル行列Ｈを組み立てる。アンテナ受信重み行列演算部２１６ｂは、チャネル行列推定部２１６ａで得られた順方向のチャネル行列Ｈを基にアンテナ受信重み行列Ｗを計算する。そして、アンテナ受信重み行列乗算部２１６ｃは、各受信ストリームを要素とする受信ベクトルとアンテナ受信重み行列Ｗとの行列乗算を行なうことで、ビーム・フォーミングされた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。

通信相手がビーム・フォーミングを行なうには、チャネル行列推定部２１６ａで得られた順方向のチャネル行列を通信相手に受け渡す必要がある。装置内ではチャネル行列の各要素を固定小数点（例えば、１０ビットＱ７表現）で扱うが、これを受け渡しする際には、通信相手との共通ルールに則って８ビットのデータ部と３ビットの振幅部に一旦エンコードする（前述）。但し、チャネル行列のエンコード方法の詳細については、後述に譲る。

なお、アンテナ受信重みＷの計算方法としてＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムを用いるが、勿論、ＳＶＤやＥＶＤなどの行列分解手法を用いても良い。また、空間分離部２１６の他の構成方法として、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）受信方式を適用することもできるものとする。

チャネル等化回路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はＩＱ信号空間上の受信信号をデマップし、デインタリーバ２１０はデインタリーブし、デパンクチャ２０８は所定のデータレートでデパンクチャする。

データ合成部２０６は、複数の受信ストリームを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。

既に述べたように、ＭＩＭＯ通信において、ビーム・フォーミングを実現するには、いずれの方法であれ、受信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）側で求めた順方向のチャネル行列Ｈ_Fを送信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）側で得る必要がある。

送信機及び受信機がともに３本のアンテナを備えるとき、チャネル行列は３×３の行列になる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのようにＯＦＤＭ変調方式を使用するＭＩＭＯ通信システムの場合には、１１４個のサブキャリヤの分だけのチャネル行列が必要になる。また、異なる製造業者で製作された送信機と受信機の間でビーム・フォーミングを行なうことを考慮すると、ビーム・フォーミングのためのチャネル行列を受信機から送信機へ受け渡しするための共通のルールが必要であると思料される。各製造業者が製作する通信装置の内部のビット長が異なる可能性が高いので、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは共通のビットにするための手順が定められている。ある端末は、チャネル行列の各要素の1（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）チャネル、Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）チャネルをそれぞれ１２ビットで表現する場合もあれば、１０ビットの場合もある。これを正規化して送受信するという話である。

以下では、装置内で信号を１０ビットで扱っている場合を例にとって説明する。

相手端末（すなわち、受信機から送信機へ）に渡すチャネル行列は、エンコードして渡す必要がある。データを８ビットのデータ部分と３ビットの振幅部分に分解することにより、エンコードが行なわれる。

ここで行なわれるエンコードは、基本的には、装置内において１０ビットＱ７の形式により固定小数点表記された２値化信号を、最大値との比（すなわち、最大値から何ｄＢ落ちの信号であるか）を基に、８ビットのデータ部分と３ビットの振幅部分にする操作である。ここで、１０ビットＱ７とは、下位７ビットを小数点以下に割り当てて数値を２進数表記するＱフォーマットであり、図４に示すように、最上位で符号を表し、上位２〜３ビットで整数部分を表し、下位７ビットで小数点以下を表す。

以下に、１０ビットＱ７の信号を８ビットのデータ部分と３ビットの振幅部分にするためのステップを示す。

ステップ１：
ｋ番目のサブキャリヤについてのチャネル行列の要素中で、Ｉチャネル若しくはＱチャネルの最大の絶対値ｍＨ（ｋ）を求める。以下では、ｍＨ（ｋ）をｓｕｂＭａｘとも呼ぶ。

ステップ２：
すべてのサブキャリヤについて求めた、チャネル行列要素中のＩチャネル若しくはＱチャネルの最大の絶対値ｍＨ（ｋ）の中から、さらに最大値Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_kを求める。以下では、Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_kをａｌｌＭａｘとも呼ぶ。

ステップ３：
全サブキャリヤのチャネル行列要素中のＩチャネル若しくはＱチャネルの最大の絶対値Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_kを、各サブキャリヤｋのチャネル行列要素中のＩチャネル若しくはＱチャネルの最大の絶対値ｍＨ（ｋ）で割り算したものの２０ｌｏｇ１０（）をとり、その値を越えない最大の整数と７のうち小さい方の値をＭＨ（ｋ）とする。この値が３ビットの振幅部分になる。ＭＨ（ｋ）は、サブキャリヤのチャネル行列の振幅に相当する。

ここで、ｍＨ（ｋ）の割り算処理が生じるが、ｍＨ（ｋ）に制限をつけないと、割り算テーブルが膨大なものになってしまう。そこで、ステップ１〜２で求める最大値に制限を設けている訳である。

ステップ４：
各サブキャリヤｋの最大値に比べ、全サブキャリヤの最大値がどれくらい大きいかを示す値ＭＨｌｉｎ（ｋ）を求める。ＭＨｌｉｎ（ｋ）から、当該サブキャリヤｋのチャネル行列の各要素を正規化するための正規化係数が求まる。

ステップ５：
上記のＭＨｌｉｎ（ｋ）を基に、８ビットの符号付きのデータ部分を求める（Ｎ_b＝８）。具体的には、下式（５）に示すように、チャネル行列のＩチャネル（実数部分）及びＱチャネル（虚数部分）の各要素に対して正規化係数を乗算して、８ビットの符号付きの値に変換する。

続いて、上記でエンコードされた信号から、各サブキャリヤのチャネル行列のＩチャネル並びにＱチャネルをデコードするステップを以下に示す。

ステップ１：

ステップ２：

上述したエンコード処理では、ステップ３において割り算処理を含んでいる。この割り算を割り算テーブルで実現すると、テーブルは膨大なものになり、装置ハードウェア規模が大きくなる。

ここで、割り算テーブルで割り算を実現とは、Ｘ／Ｙを実現するときに１／Ｙのテーブルを用意しておき、Ｙの値で１／Ｙのテーブルのアドレスにアクセスして対応する１／Ｙの値を取り出し、その値をＸに乗算することによりＸ／Ｙを実現する方法である。

図５には、ステップ３で式（３）を演算処理するためのハードウェア構成を模式的に示している。同図において、最大値１として、ステップ１で求めた、ｋ番目のサブキャリヤ内のチャネル行列要素の最大値ｍＨ（ｋ）が入力される。また、最大値２として、ステップ２で求めた、全サブキャリヤ中のチャネル行列要素の最大値Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_kが入力される。

割り算テーブルは、１／ｍＨ（ｋ）の割り算テーブルであり、１０２４アドレスの１０２４×１０ビットのサイズとなる。ｍＨ（ｋ）が入力されると、割り算テーブルから１／ｍＨ（ｋ）の値が取り出され、乗算器によって１／ｍＨ（ｋ）と乗算される。

対数変換テーブルは、２０ｌｏｇ１０（）をとるためのテーブルであり、１０２４×１０ビットのサイズとなる。乗算結果Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_k／ｍＨ（ｋ）が入力されると、対数変換テーブルを引いて、２０ｌｏｇ１０（）をとる。さらに正規化係数テーブルを引いて、正規か係数を取得し、これをステップＳ３の出力とする。

ここで、割り算は、すべてのサブキャリヤの中の最大値を、１つのサブキャリヤの中の最大値で割るという形になっている。この１つのサブキャリヤの中の最大値が１ビット刻みであると、１０ビットの場合には、１／Ｙのテーブルのアドレスは１０２４アドレス必要となりハード規模が大きい。また、すべてのサブキャリヤの中の最大値が１ビット刻みであるとすると、割り算用の１／Ｙのテーブルの出力とこの最大値を乗算する回路が必要となる。したがって、大きいＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）テーブルと乗算機が必要となる。

そこで、本実施形態では、すべてのサブキャリヤの中の最大値Ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_kを、以下に示すようなあらかじめ作成した対応表を基に、８ステップ程度に量子化してしまう。但し、表１では、１１４個のサブキャリヤ分の３×３のチャネル行列を処理することを想定している。３×３のチャネル行列は、ＩチャネルとＱチャネルの合計９×２個の行列要素を持っている。各行列要素は１０ビット（１０ビットＱ７の固定小数点）で表現されており、ＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）が符号ビットとして使用されるので、−５１１から＋５１１の値をとりうるとする。

さらに圧縮のアルゴリズムの正確から、１つのサブキャリヤの中の最大値は、すべてのサブキャリヤの中の最大値との比（すなわち、何ｄＢ落ちかということ）が重要であり、それに基づいて正規化のための係数が求まるという点に着目すると、以下に示すような、すべてのサブキャリヤの中のチャネル行列の要素の最大値と、１つのサブキャリヤにおけるチャネル行列の要素の最大値の範囲と、３ビットの振幅部、及び、各行列要素を８ビット幅のデータ部に正規化するための係数との対応関係を表す対応表を作成することができる。そして、以下のあらかじめ作成した対応表から、１つのサブキャリヤの中の最大値ｍＨ（ｋ）がどの範囲にあるかを検索する。但し、表２〜４では、１１４個のサブキャリヤ分の３×３のチャネル行列を処理することを想定している。３×３のチャネル行列は、ＩチャネルとＱチャネルの合計９×２個の行列要素を持っている。各行列要素は１０ビット（１０ビットＱ７の固定小数点）で表現されており、ＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）が符号ビットとして使用されるので、−５１１から＋５１１の値をとりうるとする（同上）。

上記の各表２〜４中において、ａｌｌＭａｘは全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値（すなわちＭａｘ｛ｍＨ（ｋ）｝_k）、ｄＢ（ｍＨ（ｋ））はｋ番目のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値ｍＨ（ｋ）を第１の最大値との比の常用対数を１０倍にした変換値、ＳｕｂＭａｘは１つのサブキャリヤ内でのチャネル行列の要素の最大値（すなわち、ｍＨ（ｋ））であり、ＭＨＬｉｎ（ｋ）（ｄｏｕｂｌｅ）はＳｕｂＭａｘを線形化したものである。また、１／ｍＨｌｉｎ（ｋ）×１２７はサブキャリヤ内でのチャネル行列の要素を正規化するための正規化係数であり、ステップ５で使用される。また、ＭＡＸ並びにＭＩＮは、１つのサブキャリヤ内での最大値の範囲のことであり、ステップ１から取得することができる。

上記の表２〜４に示した正規化係数テーブルを参照することによって、第１の最大値ａｌｌＭａｘを量子化すると同時に、各サブキャリヤについてチャネル行列の要素を正規化するための係数がテーブルから自動的に導き出されることになり、大きなＲＯＭテーブルも係数を求めるための乗算機も必要がなくなる。

すなわち、図６に示すように、各サブキャリヤのエンコード処理では、ステップ１で得られた第２の最大値ＳｕｂＭａｘと、ステップ２で得られた第１の最大値ａｌｌＭａｘを入力して、上記の表２〜に示した正規化係数テーブルをアクセスすることで、当該サブキャリヤの各行列要素を８ビットのデータ部に正規化するための正規化係数を得ることができる。得られる正規化係数テーブルは５６×１０ビットのサイズからなる。

図７には、受信機側においてサブキャリヤ毎のチャネル行列をエンコードするための機能的構成を模式的に示している。以下では、１１４個のサブキャリヤ分の３×３のチャネル行列を処理することを想定して説明する（３×３のチャネル行列は、ＩチャネルとＱチャネルの合計９×２個の行列要素を持っている。各行列要素は１０ビット（１０ビットＱ７の固定小数点）で表現されており、ＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）が符号ビットとして使用されるので、−５１１から＋５１１の値をとりうるとする。表１〜４は、このような条件に対応している）。

図示のエンコード部に対し、サブキャリヤ毎のチャネル行列が入力される。量子化部１１は、チャネル行列の最大値ＳｕｂＭａｘを、表１に示した変換テーブルを用いて複数段階で検索して、量子化する。そして、比較部１２は、現時点で全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大値ａｌｌＭａｘとして最大値格納メモリ１３内に格納されている値と当該サブキャリヤから取得した最大値ＳｕｂＭａｘとを大小比較する。そして、ＳｕｂＭａｘの方が大きいときには、最大値格納メモリ１３の記録内容をＳｕｂＭａｘで逐次置き換えていく。これによって、最大値格納メモリ１３には、最終的には、全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の真の最大値ａｌｌＭａｘが格納されることになる。

続いて、再度、サブキャリヤ毎のチャネル行列が、今度は係数取得部１５並びに乗算器１６に入力される。係数取得部１５には、最大値格納メモリ１３に格納されている全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の真の最大値ａｌｌＭａｘも入力される。

係数用テーブル１４は、表２〜４に示した正規化係数テーブルに相当するテーブルを格納したＲＯＭテーブルである。すなわち、圧縮のアルゴリズムの正確から、１つのサブキャリヤの中の最大値は、すべてのサブキャリヤの中の最大値との比（すなわち、何ｄＢ落ちかということ）が重要であり、それに基づいて正規化のための係数が求まるという点に着目して構成されたテーブルであり、すべてのサブキャリヤの中のチャネル行列の要素の最大値ａｌｌＭａｘと、１つのサブキャリヤにおけるチャネル行列の要素の最大値ＳｕｂＭａｘの範囲（ＭＡＸ〜ＭＩＮ）と、３ビットの振幅部、及び、各行列要素を８ビット幅のデータ部に正規化するための係数との対応関係が記述されている。

そして、係数取得部１５は、全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の真の最大値ａｌｌＭａｘ現在処理中のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大値ＳｕｂＭａｘの該当範囲を基に、係数用テーブル１４にアクセスして、３ビットの振幅部、及び、各行列要素を正規化するための正規化係数を取得する。振幅部は、チャネル行列のエンコード情報の一部として出力される。また、正規化係数は、乗算器１６に入力される。

乗算器１６には、処理中のサブキャリヤのチャネル行列のＩチャネル及びＱチャネルの各要素に正規化係数を乗算することによって８ビットのデータ部を得る。そして、チャネル行列のエンコード情報の一部として出力される。

圧縮のアルゴリズムの正確さから、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大値は、全サブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大値との比、すなわち、何ｄＢだけ落ちたかというチャネル行列のエンコード情報のうち振幅部が重要である。したがって、エンコード情報のうちデータ部を正規化するための係数は、振幅部を基に決定することができる。また、全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を量子化してから作成される正規化係数テーブルは、小規模に構成される。すなわち、図６に示した構成では、大きなＲＯＭテーブルも正規化係数を求めるための大きな乗算器も不要となり、より小さい回路で所望の正規化を行なうことができる。

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、主にＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎに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。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅをベースとしたＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭａｘ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）、移動体向けの高速無線通信規格であるＩＥＥＥ８０２．２０、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯を使用する高速無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯の無線伝送を利用して非圧縮のＨＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）映像を伝送可能とするＷｉｒｅｌｅｓｓ ＨＤ、第４世代（４Ｇ）携帯電話など、ＭＩＭＯ通信方式を採用するさまざまな無線通信システムに対して、同様に本発明を適用することができる。

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、ＭＩＭＯ通信システムを概念的に示した図である。 図２は、ＭＩＭＯ通信装置の送信系統の構成例を示した図である。 図３は、ＭＩＭＯ通信装置の受信系統の構成例を示した図である。 図４は、Ｑフォーマットを説明するための図である。 図５は、全サブキャリヤのチャネル行列要素中の最大値を各サブキャリヤのチャネル行列要素中の最大値で割り算する処理を行なうためのハードウェア構成を模式的に示した図である。 図６は、表２〜４に示した正規化係数テーブルから正規化係数を取得するための機能的構成を模式的に示した図である。 図７は、受信機側においてサブキャリヤ毎のチャネル行列をエンコードするための機能的構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１１…量子化部
１２…比較器
１３…最大値格納メモリ
１４…係数取得部
１５…係数用テーブル
１６…乗算器
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…パンクチャ
１１０…インタリーバ
１１１…セレクタ
１１２…マッパー
１１４…ビーム・フォーミング部
１１４ａ…ビーム生成用送信重み行列計算部
１１４ｂ…送信重み行列計算部
１１６…高速フーリエ逆変換部（ＩＦＦＴ）
１１８…ガード挿入部
１２０…デジタル・フィルタ
１２２…ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
１２４…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…デパンクチャ
２１０…デインタリーバ
２１２…デマッパー
２１４…チャネル等化回路
２１６…空間分離部
２１６ａ…チャネル行列推定部
２１６ｂ…アンテナ重み行列演算部
２１６ｃ…アンテナ重み行列乗算部
２１８…キャリブレーション処理部
２２０…高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）
２２２…ガード除去部
２２４…同期回路
２２６…デジタル・フィルタ
２２８…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
２３０…ＲＦ部

Claims (9)

1. 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り、前記送信機が各送信アンテナでビーム・フォーミングを行なってマルチキャリヤ信号を伝送する無線通信システムであって、
   送信機から受信機への順方向のチャネル行列を前記受信機にてサブキャリヤ毎に取得するチャネル行列取得部と、
   前記受信機にて、前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤの順方向のチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
   前記受信機から前記送信機へ、前記のエンコードしたチャネル行列情報を受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
   前記送信機にて、前記受信機から受け渡されたチャネル行列情報をデコードした後さらに解析して、各送信アンテナの重み係数を取得する送信アンテナ重み取得部と、
   前記送信機から、前記の取得した重み係数に基づいて各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させてビーム・フォーミングを行なってデータ伝送を行なう送信ビーム・フォーミング部と、
   を備え、
   前記チャネル行列エンコード部は、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を複数段階で検索し、
   各サブキャリヤについて、サブキャリヤｋのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値ｍＨ（ｋ）で前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を割り算した結果に基づいて、下式（１）によりサブキャリヤｋのチャネル行列の振幅部ＭＨ（ｋ）を得るとともに、前記第２の最大値ｍＨ（ｋ）に対する前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝の大きさを示す値ＭＨｌｉｎ（ｋ）を下式（２）より求めて、サブキャリヤｋのチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅Ｎ_bのデータ部に正規化するための正規化係数（下式（３））を計算し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とする無線通信システム。
   

   

   

   
2. 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り、前記送信機が各送信アンテナでビーム・フォーミングを行なってマルチキャリヤ信号を伝送する無線通信システムであって、
   送信機から受信機への順方向のチャネル行列を前記受信機にてサブキャリヤ毎に取得するチャネル行列取得部と、
   前記受信機にて、前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤの順方向のチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
   前記受信機から前記送信機へ、前記のエンコードしたチャネル行列情報を受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
   前記送信機にて、前記受信機から受け渡されたチャネル行列情報をデコードした後さらに解析して、各送信アンテナの重み係数を取得する送信アンテナ重み取得部と、
   前記送信機から、前記の取得した重み係数に基づいて各送信アンテナにデジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させてビーム・フォーミングを行なってデータ伝送を行なう送信ビーム・フォーミング部と、
   を備え、
   前記チャネル行列エンコード部は、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを備え、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得し、当該処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 複数のアンテナと、
   複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得部と、
   前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
   前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
   を備え、
   前記チャネル行列エンコード部は、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を複数段階で検索し、
   各サブキャリヤについて、サブキャリヤｋのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値ｍＨ（ｋ）で前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を割り算した結果に基づいて、下式（４）によりサブキャリヤｋのチャネル行列の振幅部ＭＨ（ｋ）を得るとともに、前記第２の最大値ｍＨ（ｋ）に対する前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝の大きさを示す値ＭＨｌｉｎ（ｋ）を下式（５）より求めて、サブキャリヤｋのチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅Ｎ_bのデータ部に正規化するための正規化係数（下式（６））を計算し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とする無線通信装置。
   

   

   

   
4. 複数のアンテナと、
   複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得部と、
   前記チャネル行列取得部が取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード部と、
   前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡部と、
   を備え、
   前記チャネル行列エンコード部は、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを備え、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得し、当該処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 複数のアンテナを備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
   複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得ステップと、
   前記チャネル行列取得ステップにおいて取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード・ステップと、
   前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡ステップと、
   を備え、
   前記チャネル行列エンコード・ステップでは、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を複数段階で検索し、
   各サブキャリヤについて、サブキャリヤｋのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値ｍＨ（ｋ）で前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を割り算した結果に基づいて、下式（７）によりサブキャリヤｋのチャネル行列の振幅部ＭＨ（ｋ）を得るとともに、前記第２の最大値ｍＨ（ｋ）に対する前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝の大きさを示す値ＭＨｌｉｎ（ｋ）を下式（８）より求めて、サブキャリヤｋのチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅Ｎ_bのデータ部に正規化するための正規化係数（下式（９））を計算し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とする無線通信方法。
   

   

   

   
6. マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするエンコード装置であって、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化部と、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルと、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得部と、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得部と、
   前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算器と、
   を備え、
   前記係数取得部で取得した振幅部及び前記乗算器で得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
   ことを特徴とするエンコード装置。
7. マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするエンコード方法であって、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化ステップと、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得ステップと、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブルを用いて、全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得ステップと、
   前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算ステップと、
   を備え、
   前記係数取得ステップにおいて取得した振幅部及び前記乗算ステップにおいて得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
   ことを特徴とするエンコード方法。
8. 複数のアンテナを備えた無線通信装置上における処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
   複数のアンテナを備えた通信相手から送信される既知トレーニング系列を含んだマルチキャリヤ信号を受信して、サブキャリヤ毎のチャネル行列を取得するチャネル行列取得手段、
   前記チャネル行列取得手段が取得した各サブキャリヤのチャネル行列を、固定小数点表記された信号からそれぞれ所定ビット幅からなるデータ部及び振幅部に分解してエンコードするチャネル行列エンコード手段、
   前記のエンコードしたチャネル行列情報を通信相手に受け渡しするチャネル行列情報受渡手段、
   として機能させ、
   前記チャネル行列エンコード手段は、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を複数段階で検索し、
   各サブキャリヤについて、サブキャリヤｋのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値ｍＨ（ｋ）で前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝を割り算した結果に基づいて、下式（１０）によりサブキャリヤｋのチャネル行列の振幅部ＭＨ（ｋ）を得るとともに、前記第２の最大値ｍＨ（ｋ）に対する前記第１の最大値ｍａｘ｛ｍＨ（ｋ） ｋ＝ａｌｌ｝の大きさを示す値ＭＨｌｉｎ（ｋ）を下式（１１）より求めて、サブキャリヤｋのチャネル行列の各要素を前記所定ビット幅Ｎ_bのデータ部に正規化するための正規化係数（下式（１２））を計算し、チャネル行列の各要素に前記の判定した正規化係数を乗算してデータ部を得る、
   ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
   

   

   

   
9. マルチキャリヤ伝送システムにおける各サブキャリヤの固定小数点表現されたチャンネル行列をエンコードするための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を複数段階で検索して量子化する量子化手段、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と、１つのサブキャリヤ中のチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値の範囲と、当該１つのサブキャリヤの振幅部及び行列要素を正規化するための正規化係数との対応関係を記述した正規化係数テーブル、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値を取得する第１の最大値取得手段、
   全サブキャリヤ中でチャネル行列の要素の最大となる第１の最大値の量子化値と処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の要素の最大となる第２の最大値を入力して、前記正規化係数テーブルから振幅部及び正規化係数を取得する係数取得手段、
   前記処理対象のサブキャリヤのチャネル行列の各要素に正規化係数を乗算してデータ部を得る乗算手段、
   として機能させ、
   前記係数取得部で取得した振幅部及び前記乗算器で得られるデータ部からなるチャネル行列のエンコード情報を出力する、
   ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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