JP4769201B2 - マルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチアンテナ無線通信システムにおける自動再送技術に関し、特に、マルチアンテナ通信システムにおいてアンテナ選択を用いて再送を行うマルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置に関する。

高まりつつある情報の伝送速度は、今後の無線通信システムが直面する主な問題の１つである。限られた周波数資源においてこの目標を実現するために、マルチアンテナ技術（例えばＭＩＭＯ：Multi-Input Multi-Output）は、今後の無線通信システムにおいて用いられる不可欠な手段の１つになっている。ＭＩＭＯシステム（以下の説明では、単に「システム」とも言う）において、送信側はマルチアンテナを用いて信号の送信を行い、受信側はマルチアンテナを用いて空間の信号の受信を行う。研究によれば、従来のシングルアンテナ伝送方式と比べると、ＭＩＭＯ技術は、チャネル容量を著しく向上させることができ、情報の伝送速度を向上させる。

図１は、従来のＭＩＭＯシステムの構成を概略的に示す図である。

この構成において、送信側および受信側は、それぞれｎ_Ｔ個の送信アンテナ１０５およびｎ_Ｒ個の受信アンテナ１０６を用いて信号の送受信を行う。

送信側では、送信されるデータは、まずデータソース１０１からシリアルパラレル変換（Ｓ／Ｐ）部１０２に出力され、Ｓ／Ｐ部１０２によって、ｎ_Ｔ個のデータサブストリームに分割される。分割されたｎ_Ｔ個のデータサブストリームはｎ_Ｔ個の送信アンテナ１０５にそれぞれ対応する。

それぞれのデータサブストリームは、送信される前に、ＣＲＣ符号化部１０３によってＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）符号化を施される。ここで、ＣＲＣ符号化は、送信されるデータの各ブロックの後部にＣＲＣビットを付加することである。ＣＲＣビットは、受信側で、対応するブロックの検証に用いられるものである。つまり、受信側のＣＲＣ復号部１０８でＣＲＣ復号が行われる際に各ブロックに誤りがあるか否かを判断することができる。

ＣＲＣ符号化後の各データサブストリームは、チャネル符号化変調部１０４によって、チャネル符号化および変調を施される。符号化および変調後の各データサブストリームは、デジタルアナログ変換およびアップコンバートなどを含む所定の無線送信処理を施され、対応する送信アンテナ１０５から送信される。

受信側では、まずｎ_Ｒ個の受信アンテナ１０６により空間のすべての信号が受信され、受信信号は、ダウンコンバートおよびアナログデジタル変換などを含む所定の無線受信処理を施される。送信側でパイロット信号がデータに付加されている場合は、パイロット信号が受信信号から抽出される。また、チャネル推定部１１０によって、パイロット信号に基づいて、または他の方式を用いて、チャネル推定が行われ、現在のチャネル特性マトリクスＨが得られる（ＭＩＭＯシステムにとって、そのチャネル特性は１つのマトリクスで表すことができる）。

無線受信処理後の信号は、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７によって、ＭＩＭＯ検出処理および合成処理を施される。ＭＩＭＯ検出処理では、チャネル特性マトリクスＨが用い
られ、各受信アンテナ１０６により受信された信号に対して検出処理が行われる。また、同一信号再送後のバージョンに対して合成が行われる。最終的に得られた信号は、ＣＲＣ復号部１０８に出力される。

ここで、ＭＩＭＯの検出においては種々の方法を用いることができる。例えば、ＺＦ（Zero Forcing：ゼロフォーシング）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小自乗平均誤差）、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation：逐次干渉キャンセル）またはその他の方法がよく用いられる。

ＭＩＭＯ検出には通常２つの動作が含まれる。つまり、検出素子を用いて受信信号を分解し、各送信アンテナ１０５から送信されたデータサブストリームに相当する信号を得る動作、および各信号に対して復調および復号を行う動作である。なお、これら２つの動作は独立に行われることではない。つまり、前者からの出力は後者に取得され、また、前者の進行はしばしば後者からの出力を要する。このため、便宜上、復調および復号をＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７に含めて記載する。

ＣＲＣ復号部１０８に出力された信号は、ＣＲＣ符号化後の、且つチャネル符号化および変調前のデータサブストリームに相当する。

ＣＲＣ復号部１０８では、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７から出力された信号に対してそれぞれＣＲＣ復号が行われる。これにより、現在のそれぞれのデータサブストリームが正確に受信されているか否かを判断することができる。

また、各ＣＲＣ復号部１０８は、毎回のＣＲＣ復号後に肯定応答（ＡＣＫ）信号または否定応答（ＮＡＣＫ）信号を生成する。

生成されたＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号は、フィードバックチャネル１１１を介して送信側にフィードバックされる。ここで、ＡＣＫ信号は、データブロックに符号誤りがないことを表す信号であり、ＮＡＣＫ信号は、データブロックに符号誤りが存在することを表す信号である。受信側から送信側にフィードバックされた信号に対して送信側が判断を行った結果、ＡＣＫ信号であれば、対応するデータサブストリームが正確に受信されたことを意味するため、送信側では次の送信時刻において、対応する送信アンテナ１０５から新規データサブストリームが送信されることとなる。また、フィードバックされた信号に対して送信側が判断を行った結果、ＮＡＣＫ信号であれば、対応する受信処理後のデータサブストリームに符号誤りがあったことを意味するため、送信側では次の送信時刻において、対応する送信アンテナ１０５から元のデータサブストリームがもう一度送信されることとなる。

ＣＲＣ復号の結果として、データサブストリームに誤りがなく正確に受信されたことが確認されると、送信側のＣＲＣ符号化部１０３によってデータの後部に付加されていたＣＲＣビットが除去され、これによって、元のデータストリームが得られる。

ＣＲＣ復号部１０８から出力された各データストリームは、パラレルシリアル変換（Ｐ／Ｓ）部１０９によってパラレルシリアル変換を施され、最終的な受信データが取得され、出力される。

前述のように、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７では、同一データストリームの複数回送信後の受信データに対して、ＭＩＭＯ検出を行うほかに合成処理も行われる。例えば、あるデータストリームのＮ回送信（そのうち、１つが初回送信であり、Ｎ−１個が再送である）後、Ｎ個の受信信号が取得される。ここで、それぞれをｒ_１、ｒ_２、…ｒ_ｎと示す
。その中のｒ_１は初回送信後の受信信号であり、ほかは再送後の受信信号である。毎回送信中のチャネル特性の変化および雑音の違いにより、これらの受信信号も通常それぞれ異なる。受信側において、このＮ個の受信信号ｒ_１、ｒ_２、…ｒ_ｎに対する合成処理が行われ、このとき依然として正確なサブストリームを取得できなかった場合、次回の再送が要求される。また、受信側において、次回の再送信号が受信された後には、Ｎ＋１個の受信信号ｒ_１、ｒ_２、…ｒ_ｎ、ｒ_ｎ＋１の合成処理が行われる。ＭＩＭＯシステムにおいて、複数の受信信号の合成処理に関して、通常２つの方法がある。（１）検出を行ってから合成を行う。つまり、まず各受信信号に対して個別にＭＩＭＯ検出を行い、検出信号に対して合成を行う。（２）合成を行ってから検出を行う。つまり、まず受信信号に対して合成を行い、合成信号に対してＭＩＭＯ検出を行う。

従来のＭＩＭＯシステムにおいて、ある送信アンテナにより送信されたデータサブストリームにおいて誤りが見つかり、当該サブストリームデータの再送が行われる際には、通常、アンテナの選択は行われない。実際、従来のＭＩＭＯシステムにおいては、通常いずれかのアンテナのサブストリームに誤りが生じたら、そのアンテナでそのサブストリームを再送する方法が用いられる。このように、従来のＭＩＭＯシステムにおいて、毎回の再送においてアンテナの選択が行われないため、次のような状況が生じることがある。（１）再送時のアンテナの特性が劣りすぎるため、今回の再送を経て、受信側において合成処理を行っても完全に正確なデータストリームを取得することができない。よって、また次の再送を行う必要があり、システムの時間遅延特性に影響を及ぼす。（２）再送時のアンテナの特性が優れすぎるため、実際においては、より劣るアンテナを選択しても再送できたかもしれない。しかし、ここでは選択を行っておらず、劣るアンテナを新規データの送信に用いるしかないため、システムに符号誤り特性の劣化をもたらす。

上述した問題を解決するために、本発明を開示する。本発明の目的は、マルチアンテナの送信における再送性能をさらに向上させることができる、マルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置を提供することである。

本発明の他の目的は、現在再送するサブストリームのＳＩＮＲおよび再送時刻のチャネル特性に基づいて、適応的にそれぞれの再送サブストリームのために適度な特性の送信アンテナを選択する、マルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置を提供することである。アンテナの選択において、まず、再送するそれぞれのサブストリームの、現在の検出合成後のＳＩＮＲ値を算出する。そして、これに基づいて、それぞれの再送サブストリームのために特性の適度な送信アンテナを選択し、再送を行う。一方では、選択されたアンテナによる再送後にはデータの正確な受信を確保しなければならず、他方では、優れすぎる送信アンテナの占用により他のアンテナによる送信特性を劣化させてはいけない。

本発明のさらに他の目的は、毎回の再送に用いられる送信アンテナを最適化することにより、システムの周波数利用効率特性を効率的に向上させることができる、マルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置を提供することである。

ＭＩＭＯシステムでは、ＭＩＭＯ検出後の誤りがあるサブストリームに対して、当該サブストリーム中のどのビットに誤りが生じたかを知ることはできないが、当該サブストリームのＭＩＭＯ検出後のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音電力比）を知ることはできる。さらにいうと、これにより当該サブストリームに、誤りが基本的に生じないのに必要なＳＩＮＲを算出することができる。そして、当該ＳＩＮＲの数値に基づいて、適度な特性の送信アンテナを選択して再送を行うことができる。これにより、前述した従来のＭＩＭＯシステムにおける問題、すなわち、再送アンテナの
特性が優れすぎたり劣りすぎたりすることにより生じる問題を解決することができる。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、再送を要するサブストリームの受信品質を取得するステップと、再送に使用されるアンテナの候補としての送信アンテナの中に、再送に使用された場合に前記受信品質に関する目標値を満たす送信アンテナが有るか否かを、前記サブストリームに対して判断するステップと、前記目標値を満たす送信アンテナが有る場合、前記目標値を満たす送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も劣るものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する一方、前記目標値を満たす送信アンテナが無い場合、前記候補としての送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も優れるものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定するステップと、を具備するようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、前記取得するステップは、再送を要する複数のサブストリームの受信品質をそれぞれ取得し、取得された受信品質の高い順に、前記複数のサブストリームの各々を選択するステップをさらに具備し、前記判断するステップは、再送に使用された場合に前記目標値を満たす送信アンテナが有るか否かの判断を、選択されたサブストリームに対して行う、ようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、受信された全てのサブストリームに対する巡回冗長検査復号の結果に基づいて、再送を要するサブストリームを確定するステップをさらに具備する、ようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、前記取得するステップは、前記複数のサブストリームのうち今回の送信が初回送信であるサブストリームに対しては、多入力多出力検出のみの後の受信品質を算出し、前記複数のサブストリームのうち今回の送信が初回送信でないサブストリームに対しては、前回の受信時の受信品質を算出する、ようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、前記複数のサブストリームのうちいずれか一つのサブストリームを前記選択するステップにおいて選択した後で、且つ、前記複数のサブストリームのうち他のサブストリームを前記選択するステップにおいて選択する前に、前記候補としての送信アンテナの中から、前記一つのサブストリームに対して選択された送信アンテナを除外するステップをさらに具備する、ようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、再送を要する各サブストリームに対して送信アンテナを前記指定するステップにおいて選択した後に、前記各サブストリームと選択された送信アンテナとを関連させるためのアンテナ選択情報をフィードバックするステップをさらに具備する、ようにした。

本発明のマルチアンテナ通信方法は、上記構成において、前記アンテナ選択情報に基づいて前記各サブストリームを再送するステップと、再送された前記各サブストリームを、前記アンテナ選択情報に基づいて検出するステップと、をさらに具備するようにした。

本発明のマルチアンテナ通信装置は、再送を要するサブストリームの受信品質を取得する手段と、再送に使用されるアンテナの候補として送信アンテナの中に、再送に使用された場合に前記受信品質に関する目標値を満たす送信アンテナが有るか否かを、前記サブストリームに対して判断する手段と、前記目標値を満たす送信アンテナが有る場合、前記目標値を満たす送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も劣るものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する一
方、前記目標値を満たす送信アンテナが無い場合、前記候補としての送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も優れるものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する手段と、を具備する構成を採る。

添付図面と合わせて用いられた最良の実施の形態の詳細な説明を参考することにより、本発明の上述の目的、利点および特徴が明らかになる。

以下、添付図面を参照して本発明の具体的な実施の形態を説明する。

図２は、本発明の一実施の形態に係るＭＩＭＯシステムの構成を概略的に示す図である。本実施の形態に係るＭＩＭＯシステムは、データソース１０１、Ｓ／Ｐ部１０２、ｎ_Ｔ個のＣＲＣ符号化部１０３、ｎ_Ｔ個のチャネル符号化変調部１０４、ｎ_Ｔ個の送信アンテナ１０５、ｎ_Ｒ個の受信アンテナ１０６、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７、ｎ_Ｒ個のＣＲＣ復号部１０８、Ｐ／Ｓ部１０９、チャネル推定部１１０およびアンテナ選択部２０１を有する。データソース１０１、Ｓ／Ｐ部１０２、ＣＲＣ符号化部１０３、チャネル符号化変調部１０４および送信アンテナ１０５は、送信装置に含まれ、受信アンテナ１０６、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７、ＣＲＣ復号部１０８、Ｐ／Ｓ部１０９、チャネル推定部１１０およびアンテナ選択部２０１は、受信装置に含まれる。なお、データソース１０１、Ｓ／Ｐ部１０２、ＣＲＣ符号化部１０３、チャネル符号化変調部１０４、送信アンテナ１０５、受信アンテナ１０６、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７、ＣＲＣ復号部１０８、Ｐ／Ｓ部１０９およびチャネル推定部１１０は、図１を用いて説明したものと同様であるため、それぞれ図１と同一の参照番号を付す。

この構成において、送信側および受信側は、それぞれｎ_Ｔ個の送信アンテナ１０５およびｎ_Ｒ個の受信アンテナ１０６を用いて信号の送受信を行う。

送信側では、送信されるデータは、まずデータソース１０１からＳ／Ｐ部１０２に出力され、Ｓ／Ｐ部１０２によって、ｎ_Ｔ個のデータサブストリームに分割される。分割されたｎ_Ｔ個のデータサブストリームはｎ_Ｔ個の送信アンテナ１０５にそれぞれ対応する。

それぞれのデータサブストリームは、送信される前に、順次に、ＣＲＣ符号化部１０３のＣＲＣ符号化処理、ならびにチャネル符号化変調部１０４のチャネル符号化および変調処理を施される。

受信側では、まずｎ_Ｒ個の受信アンテナ１０６により空間のすべての信号が受信される。また、チャネル推定部１１０によって、パイロット信号に基づいて、または他の方式を用いて、チャネル推定が行われ、現在のチャネル特性マトリクスＨが得られる。

無線受信処理後の信号は、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７によって、ＭＩＭＯ検出処理および合成処理を施される。ＭＩＭＯ検出処理では、チャネル特性マトリクスＨが用い
られ、各受信アンテナ１０６により受信された信号に対して検出処理が行われる。また、同一信号再送後の受信信号に対して合成が行われる。

ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７から出力されたそれぞれのデータサブストリームは、ＣＲＣ復号部１０８によりＣＲＣ復号を施される。これにより、受信合成処理を施されたそれぞれのデータサブストリームに符号誤りがあるか否かが判断されるとともに、ＣＲＣ復号後の結果に基づいて、相応的にＡＣＫまたはＮＡＣＫの信号が送信側に返され、送信側の再送動作に対して行われる制御に用いられる。

図１の従来のＭＩＭＯシステムの構成と比べると、本発明の技術を用いたＭＩＭＯシステムとの相違点は、受信側にアンテナ選択部２０１を加えたことにある。

アンテナ選択部２０１は、チャネル推定部１１０から推定されたチャネル特性マトリクスＨを取得する。また、アンテナ選択部２０１は、ＣＲＣ復号部１０８から生成された信号を取得する。

アンテナ選択部２０１は、現在時刻の受信処理後の再送を必要とするサブストリームの集合、つまり現在の再送サブストリーム集合Ｓ＝｛Ｓ_ｋ１、Ｓ_ｋ２、…｝における各サブストリームのために、次回の再送時に用いられる再送アンテナ集合Ｓ’＝｛Ｓ’_ｋ１、Ｓ’_ｋ２、…｝を送信アンテナ１０５の中から選択する。ここで、Ｓ’の意味は次のようである。つまり、再送サブストリームＳ_ｋ１は、次回再送時において送信アンテナＳ’_ｋ１を利用し、サブストリームＳ_ｋ２は、次回再送時において送信アンテナＳ’_ｋ２を利用し、他のサブストリームについても、利用する送信アンテナが同様に類推される。

また、アンテナ選択部２０１は、選択された再送アンテナ集合Ｓ’を取得した後に、それをフィードバックチャネル１１１を介して送信側にフィードバックする。フィードバックチャネル１１１を介して送信側にフィードバックされた再送アンテナ集合Ｓ’は、Ｓ／Ｐ部１０２からの再送サブストリームの出力先を決定するのに用いられる。

より具体的には、次回の再送時刻において、送信側のデータソース１０１は、受信側からフィードバックしてきたそれぞれのサブストリームに対応するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号に基づいて、再送するデータを記憶バッファから抽出してＳ／Ｐ部１０２に出力する。また、送信側のＳ／Ｐ部１０２は、受信側からフィードバックしてきたそれぞれの再送データサブストリームに対応する再送アンテナ集合Ｓ’に基づいて、それぞれの再送サブストリームを対応する送信アンテナ１０５に割り当てる。割り当て後の各再送サブストリームは、対応するＣＲＣ符号化部１０３およびチャネル符号化変調部１０４でＣＲＣ符号化、チャネル符号化および変調を施され、そして、対応する送信アンテナ１０５から送信される。初回送信する新規データは、再送アンテナ集合Ｓ’に示されたアンテナ以外の送信アンテナ１０５に随意に割り当てることができる。

また、アンテナ選択部２０１は、再送アンテナ集合Ｓ’をＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７にも送信する。再送アンテナ集合Ｓ’は、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７において、再送後の信号に対して受信合成を行うのに用いられる。

前述のように、従来のＭＩＭＯシステムでは、サブストリームデータに対して再送を行うときにアンテナ選択の動作が行われない。本実施の形態に係るＭＩＭＯシステムでは、本発明の技術を用いることにより毎回の再送に用いられる送信アンテナに対して最適化して選択するため、従来のシステムにおける再送アンテナの特性が優れすぎるまたは劣りすぎることによりもたらされる問題を解決することができ、システム全体の性能を向上させることができる。

なお、データソース１０１、Ｓ／Ｐ部１０２、ＣＲＣ符号化部１０３、チャネル符号化変調部１０４、送信アンテナ１０５、受信アンテナ１０６、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７、ＣＲＣ復号部１０８、Ｐ／Ｓ部１０９およびチャネル推定部１１０に関するその他の機能および動作は、図１を用いて説明したものと同様であるため、その詳細な説明を省略する。

また、本実施の形態では、アンテナ選択部２０１は受信側に設けられている。つまり、本実施の形態では、本発明のマルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置が、受信装置に実装されている。しかし、アンテナ選択部２０１を送信側に設け再送アンテナ選択処理を送信側に行わせることによって、本発明のマルチアンテナ通信方法およびマルチアンテナ通信装置を送信装置に実装してもよい。

本実施の形態に係るアンテナ選択部２０１は、図３に示すように細分化することができる。図３は、アンテナ選択部２０１の構成を示す概略図である。

アンテナ選択部２０１は、サブストリーム集合算出部３０１、ＳＩＮＲ値算出部３０２および再送アンテナ集合取得部３０３を有する。

まず、サブストリーム集合算出部３０１は、ＣＲＣ復号部１０８から、現在のＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７が出力した各サブストリームのＣＲＣ復号後の結果を取得して、この結果に基づいて、現在の再送サブストリーム集合Ｓ（Ｓ＝｛Ｓ_ｋ１、Ｓ_ｋ２、…｝）を算出し、これを再送アンテナ集合取得部３０３に出力する。

次いで、ＳＩＮＲ値算出部３０２は、チャネル推定部１１０から推定されたチャネル特性マトリクスＨを取得し、チャネル特性マトリクスＨに基づいて、再送サブストリーム集合Ｓ中の各サブストリームの、現在のＭＩＭＯ検出および再送合成後のＳＩＮＲ値を算出し、ＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲ＝｛ＳＩＮＲ_ｋ１、ＳＩＮＲ_ｋ２、…｝を取得し、これを再送アンテナ集合取得部３０３に出力する。

最後に、再送アンテナ集合取得部３０３は、サブストリーム集合算出部３０１によって算出された再送サブストリーム集合Ｓ、ＳＩＮＲ値算出部３０２によって算出されたＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲ、および、チャネル推定部１１０によって推定されたチャネル特性マトリクスＨをそれぞれ取得し、再送サブストリーム集合Ｓ、ＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲおよびチャネル特性マトリクスＨに基づいて、再送サブストリーム集合Ｓ中の各サブストリームの次回の再送時に用いられる送信アンテナの選択を行い、再送アンテナ集合Ｓ’＝｛Ｓ’_ｋ１、Ｓ’_ｋ２、…｝を取得し、これをＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７に出力するとともに、フィードバックチャネル１１１を介して送信側にフィードバックする。再送アンテナ集合Ｓ’において、再送サブストリームＳ_ｋ１は、次回の再送時に送信アンテナＳ’_ｋ１を使用し、再送サブストリームＳ_ｋ２は、次回の再送時に送信アンテナＳ’_ｋ２を使用し、他の再送サブストリームについても同様に、使用する送信アンテナが類推される。

本発明において採用した、ＭＩＭＯの再送に用いられるアンテナ選択の技術は図４を用いて説明することができる。図４は、本実施の形態に係るアンテナ選択を用いて再送を行う方法におけるアンテナ選択処理を示すフロー図である。

より具体的に、当該方法の実現は主に次の三つのステップを有する。

初期：初期ステップは、ステップ４０１に示される。ＭＩＭＯシステムの送信側の送信
アンテナ１０５の数はｎ_Ｔであり、受信側の受信アンテナ１０６の数はｎ_Ｒである。また、送信アンテナ１０５により送信されるデータサブストリームをＳ＝｛Ｓ_１、Ｓ_２、…、Ｓ_ｎＴ｝と示す。仮に、ＭＩＭＯのチャネル特性マトリクスＨが受信側において既知であるとすると、チャネル特性マトリクスＨは通常のＭＩＭＯのチャネル推定方法により取得することができる。さらに、選択用の再送アンテナ集合をＰと示す。初期の場合には、送信アンテナ１０５のすべてが再送サブストリームを送信するのに用いることができ、すなわちＰ＝｛１、２、…、ｎ_Ｔ｝である。

さらに、ここで１つの重要なパラメータを確定する必要がある。すなわち目標の受信品質、例えば目標ＳＩＮＲであり、ＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔと示す。ＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔが指すのは、希望される、データの再送合成後に達することができるＳＩＮＲ値であり、アンテナ選択過程での１つの重要な参照値である。なお、本実施の形態では目標の受信品質を表す指標としてＳＩＮＲを使用するが、他の適切な指標を代替的にまたは追加的に使用してもよい。

ＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔは、次のように選択することができる。つまり、ある目標ビット誤り率（Bit Error Rate、ＢＥＲ）を基に、当該符号化変調パラメータが白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）環境におけるＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）閾値をＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔにする。例えば、システムにおいて用いられる符号化変調パラメータが１／２ターボ符号化およびＱＰＳＫ変調であり、１／２ターボ符号化およびＱＰＳＫ変調にとって、目標ＢＥＲが１０^−４であるときに、ＡＷＧＮのＳＮＲ閾値はおよそ２.２ｄＢである。よって、この場合のＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔは２.２ｄＢに決定される。

第一ステップは、図４に示すステップ４０２およびステップ４０３を含む。第一ステップでは、現在の再送サブストリーム集合Ｓ＝｛Ｓ_ｋ１、Ｓ_ｋ２、…｝が算出される（ステップ４０２）とともに、および再送サブストリーム集合Ｓ中の各サブストリームの現在の検出合成後におけるＳＩＮＲ値を算出し、Ｓ_ＳＩＮＲ＝｛ＳＩＮＲ_ｋ１、ＳＩＮＲ_ｋ２、…｝が取得される（ステップ４０３）。

ステップ４０２では、現在の再送サブストリーム集合Ｓは、サブストリーム集合算出部３０１により、各サブストリームのＣＲＣ復号後の結果に基づいて、簡単に確定することができる。すなわち、ＣＲＣ復号部１０８を介して返されたＮＡＣＫ信号に対応するサブストリームの集合である。

ステップ４０３での、ＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲ＝｛ＳＩＮＲ_ｋ１、ＳＩＮＲ_ｋ２、…｝の算出には、例えば次の２つの場合がある。（１）サブストリームが初回送信である。つまり、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７において、当該サブストリームに対してＭＩＭＯ検出だけが行われ、再送合成が行われていない。このとき、サブストリームＳ_ｋに対応するＳＩＮＲ_ｋが指すのは、ＭＩＭＯ検出のみが行われた後でのＳＩＮＲの数値である。これは、現在のＭＩＭＯのチャネル特性マトリクスＨおよび用いられるＭＩＭＯ検出方法に基づいて簡単に算出することができる。（２）サブストリームが初回送信でない。つまり、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７において、ＭＩＭＯ検出および再送合成が行われる。このとき、当該サブストリームの検出合成後の現在のＳＩＮＲの数値は、前回受信時刻のアンテナ選択動作におけるステップ４０８で取得することができる。前回受信時刻のステップ４０８では、すでに当該ＳＩＮＲの数値が算出されるとともに、記憶されている。

第二ステップ：第二ステップは、再送アンテナ集合取得部３０３によって実行されるステップ４０４〜４１０を含む。第二ステップでは、ＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲおよびチャネル特性マトリックスＨに基づいて、再送サブストリーム集合Ｓ中の各サブストリームのための送信アンテナが選択される。すなわち、再送アンテナ集合Ｓ’＝｛Ｓ’_ｋ１、Ｓ’
_ｋ２、…｝が取得される。

第二ステップは以下のステップ（１）〜（５）から成るサブステップを含む。

（１）このサブステップは、図４に示すステップ４０４を含む。ステップ４０４では、再送サブストリーム集合Ｓから、現在の検出合成後のＳＩＮＲ値が最大であるサブストリームが選択され、それはＳ_ｋと示される。すなわちｋ＝ａｒｇ ｍａｘ｛ＳＩＮＲ_ｋ１、ＳＩＮＲ_ｋ２、…｝である。

（２）このサブステップは、図４に示すステップ４０５〜４０７を含む。ステップ４０５では、選択用再送アンテナ集合Ｐに非空の部分集合Ｐ’が存在するか否かが判断される。この部分集合Ｐ’には、アンテナを用いてサブストリームＳ_ｋを再送したときに受信合成後のＳＩＮＲ値がＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔを上回るすべてのアンテナが含まれる。

選択用再送アンテナ集合Ｐに非空の部分集合Ｐ’が存在しない場合には、ステップ４０６で、選択用再送アンテナ集合Ｐから、対応する空間チャネルのチャネル特性が最も優れるアンテナが選択される。選択されたアンテナは、サブストリームＳ_ｋの再送アンテナとされ、Ｓ_ｋ’と示される。

選択用再送アンテナ集合Ｐに非空の部分集合Ｐ’が存在する場合には、ステップ４０７で、部分集合Ｐ’から、対応する空間チャネルのチャネル特性が最も劣るアンテナが選択される。選択されたアンテナは、サブストリームＳ_ｋの再送アンテナとされ、Ｓ_ｋ’と示される。

サブステップ（２）の主な動作は部分集合Ｐ’を確定することである。実際において、選択用再送アンテナ集合Ｐ中の各アンテナを用いてサブストリームＳ_ｋを再送する際に取得される信号の受信合成後のＳＩＮＲ値｛ＳＩＮＲ_ｐ１’、ＳＩＮＲ_ｐ２’、…｝は、簡単に算出されるとともに、ＳＩＮＲ＿ｔａｒｇｅｔと比較して取得される。ここでＳＩＮＲ_ｐｊ’が示すのは、サブストリームＳ_ｋが第ｐ_ｊ番目の送信アンテナを用いた再送合成後のＳＩＮＲ値である。検出を行ってから合成を行う状況においては、ＳＩＮＲ_ｐｊ’＝４×（ＳＩＮＲ_ｋ＋ＳＩＮＲ_ｐｊ’’）／（ＳＩＮＲ_ｋ×ＳＩＮＲ_ｐｊ’’）であり、合成を行ってから検出を行う状況においては、ＳＩＮＲ_ｐｊ’?ＳＩＮＲ_ｋ＋ＳＩＮＲ_ｐｊ’’である。ここで、ＳＩＮＲ_ｐｊ’’が示すのは、第Ｐ_ｊ番目の送信アンテナの再送後における検出のみ（合成はない）の後のＳＩＮＲ値であり、それは再送時のＭＩＭＯのチャネル特性マトリクスＨに基づいて簡単に取得される。

（３）このサブステップは、図４に示すステップ４０８を含む。ステップ４０８で、アンテナＳ_ｋ’を用いてサブストリームＳ_ｋを再送した場合の、現在時刻での受信側における検出合成後のＳＩＮＲ値が算出されるとともに、記憶される。

１つ前のサブステップ（２）において、実際に、それぞれのアンテナを用いてサブストリームＳ_ｋを再送する際に取得された信号の受信合成後のＳＩＮＲ値｛ＳＩＮＲ_ｐ１’、ＳＩＮＲ_ｐ２’、…｝がすでに算出された。ここでは、その中から最終的に確定された送信アンテナＳ_ｋ’が対応するＳＩＮＲ値だけを抽出すれば良い。当該ＳＩＮＲ値は、記憶され、次回の受信時刻におけるアンテナ選択動作中の第一ステップ内のステップ４０３に用いられる。

（４）このサブステップは、図４に示すステップ４０９を含む。ステップ４０９で、各集合Ｓ、Ｓ_ＳＩＮＲおよびＰが更新される。すなわち、再送サブストリーム集合ＳからサブストリームＳ_ｋが除去され、ＳＩＮＲ値集合Ｓ_ＳＩＮＲからＳＩＮＲ_ｋが除去され、選
択用再送アンテナ集合Ｐからサブステップ（２）で選択された再送アンテナＳ_ｋ’が除去される。

（５）このサブステップは、図４に示すステップ４１０を含む。ステップ４１０で、再送サブストリーム集合Ｓがすでに空になっているか否かが判断される。再送サブストリーム集合Ｓが空になっていない場合はステップ４０４に戻り、再送サブストリームが空になっている場合はステップ４１１に進む。

第三ステップ：第三ステップは、再送アンテナ集合取得部３０３によって実行されるステップ４１１を含む。ステップ４１１では、再送サブストリーム｛Ｓ_ｋ１、Ｓ_ｋ２、…｝の次回の再送に用いられる再送アンテナ集合Ｓ’＝｛Ｓ’_ｋ１、Ｓ’_ｋ２、…｝が取得され、現在時刻におけるアンテナ選択処理が終了する。ここで、再送サブストリームＳ_ｋ１は、次回の再送時に送信アンテナＳ'_ｋ１を利用し、サブストリームＳ_ｋ２は、次回の再送時に送信アンテナＳ’_ｋ２を利用し、他のサブストリームについても、利用する送信アンテナが同様に類推される。次いで、再送アンテナ集合Ｓ’は、アンテナ選択情報としてフィードバックチャネル１１１を介して送信側に送信される。

また、次回の再送時刻において、送信側は、まず受信側から返されてきた、各サブストリームに対応するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号に基づいて、再送するデータを記憶バッファから抽出するとともに、受信側から返されてきた、各再送データサブストリームに対応する再送アンテナ集合Ｓ’に基づいて、各再送サブストリームを対応する送信アンテナに割り当てて、送信する。初回送信の新規データに対しては、再送アンテナ集合Ｓ’以外のアンテナに随意に割り当てることができる。また、再送アンテナ集合Ｓ’は、ＭＩＭＯ検出／再送合成部１０７に出力され、次回再送の信号に対する受信合成に用いられる。

なお、図４に示されたアンテナ選択処理では、サブストリームの選択順序が、ＳＩＮＲの高い順となっている。しかし、選択順序は、システム内の条件や要求などに応じて様々なものに設定することができる。

図５は、本発明に用いられる方法と従来の方法の周波数利用効率特性の比較を示す概略図である。

シミュレーションに用いられる送信アンテナ１０５および受信アンテナ１０６の数はともに４である。チャネルは、フラットフェージングチャネルを採用し、ＱＰＳＫ変調を採用している。シミュレーションにおいて、一個のデータフレームに１０００個の符号が含まれており、目標ＢＥＲは１０^−３である。図５の結果から見られるように、従来の方法と比較すると、本発明の方法を用いることにより、より良い周波数利用効率特性を得ることができる。

以上、すでに本発明の最良の実施の形態を用いて本発明を説明したが、当業者にとっては、本発明の精神および範囲を離脱せずに、本発明に対して各種の修正、入れ替えおよび変更を行うことができることは明瞭である。よって、本発明は、上述の実施の形態に限定されるべきではなく、添付した請求の範囲およびその均等物によって限定されるべきである。

本明細書は、２００５年１月１３日出願の中国特許出願番号２００５１０００４３６４．８に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

従来のＭＩＭＯシステムの構成を示す概略図 本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯシステムの構成を示す概略図 本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯシステムにおける再送アンテナ選択部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るアンテナ選択を用いて再送を行う方法におけるアンテナ選択処理を示すフロー図 本発明に用いられる方法と従来の方法における特性の比較を示す概略図

Claims (8)

1. 再送を要するサブストリームの受信品質を取得するステップと、
   再送に使用されるアンテナの候補としての送信アンテナの中に、再送に使用された場合に前記受信品質に関する目標値を満たす送信アンテナが有るか否かを、前記サブストリームに対して判断するステップと、
   前記目標値を満たす送信アンテナが有る場合、前記目標値を満たす送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も劣るものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する一方、前記目標値を満たす送信アンテナが無い場合、前記候補としての送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も優れるものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定するステップと、
   を具備するマルチアンテナ通信方法。
2. 前記取得するステップは、再送を要する複数のサブストリームの受信品質をそれぞれ取得し、
   取得された受信品質の高い順に、前記複数のサブストリームの各々を選択するステップをさらに具備し、
   前記判断するステップは、
   再送に使用された場合に前記目標値を満たす送信アンテナが有るか否かの判断を、選択されたサブストリームに対して行う、
   請求項１記載のマルチアンテナ通信方法。
3. 受信された全てのサブストリームに対する巡回冗長検査復号の結果に基づいて、再送を要するサブストリームを確定するステップをさらに具備する請求項２記載のマルチアンテナ通信方法。
4. 前記取得するステップは、
   前記複数のサブストリームのうち今回の送信が初回送信であるサブストリームに対しては、多入力多出力検出のみの後の受信品質を算出し、前記複数のサブストリームのうち今回の送信が初回送信でないサブストリームに対しては、前回の受信時の受信品質を算出する、
   請求項２記載のマルチアンテナ通信方法。
5. 前記複数のサブストリームのうちいずれか一つのサブストリームを前記選択するステップにおいて選択した後で、且つ、前記複数のサブストリームのうち他のサブストリームを前記選択するステップにおいて選択する前に、前記候補としての送信アンテナの中から、前記一つのサブストリームに対して選択された送信アンテナを除外するステップをさらに具備する請求項２記載のマルチアンテナ通信方法。
6. 再送を要する各サブストリームに対して送信アンテナを前記指定するステップにおいて選択した後に、前記各サブストリームと選択された送信アンテナとを関連させるためのアンテナ選択情報をフィードバックするステップをさらに具備する請求項２記載のマルチアンテナ通信方法。
7. 前記アンテナ選択情報に基づいて前記各サブストリームを再送するステップと、
   再送された前記各サブストリームを、前記アンテナ選択情報に基づいて検出するステップと、
   をさらに具備する請求項６記載のマルチアンテナ通信方法。
8. 再送を要するサブストリームの受信品質を取得する手段と、
   再送に使用されるアンテナの候補として送信アンテナの中に、再送に使用された場合に前記受信品質に関する目標値を満たす送信アンテナが有るか否かを、前記サブストリームに対して判断する手段と、
   前記目標値を満たす送信アンテナが有る場合、前記目標値を満たす送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も劣るものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する一方、前記目標値を満たす送信アンテナが無い場合、前記候補としての送信アンテナから、対応するチャネル特性が最も優れるものを選択し、選択された送信アンテナを、前記サブストリームの再送に使用されるアンテナとして指定する手段と、
   を具備するマルチアンテナ通信装置。

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