JP4776565B2 - 無線通信システム、無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）方式を採用した無線通信システム、当該システムで使用される無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法に関する。

近年、携帯電話機等に代表される移動体通信システムにおいて、サービス態様が多様化し、音声だけではなく、静止画像、動画像等の大容量データも伝送することが要求される。そして、次世代の移動体通信システムにおける高速大容量のデータ伝送方式として、ＭＩＭＯ通信システムの研究が盛んに行われている。ＭＩＭＯシステムは、送受信双方に複数のアンテナを配し、複数の独立なストリームを同一帯域において同時に送受信するシステムであって、周波数帯域を拡張することなしに通信システムのスループットを増大させることができる。特に、アレーアンテナを用いる固有モード伝送は、複数の固有ベクトルにより独立な信号を同一帯域において同時に送受信することができる。

そして、セルラ向けのＴＤＤ（Time Division Duplex）システムにおいて、固有モード伝送を適用することが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。固有モード伝送方式を用いた通信のイメージを図１に示す。ここで、無線送信装置１０がＭ本のアレーアンテナを有し、無線受信装置２０がＮ本のアレーアンテナを有するとする（Ｍ、Ｎは、２以上の自然数）。無線送信装置１０は、送信信号に対し固有ビームＢ１、Ｂ２を形成して送信処理を行い、無線受信装置２０は、受信信号に対し固有ビームＢ３、Ｂ４を形成して受信処理を行う。

このとき、ＭＩＭＯチャネルの応答行列Ａは、固有ベクトル＃ｉ（ｉ＝１，２，３，…，Ｍ_０）における固有値λ_ｉを用いて、以下の式（１）〜（５）によって表現される。

式（１）〜（５）において、ｅ_ｔ，ｉはチャネル相関行列Ａ^ＨＡの固有値λ_ｉに属する無線送信装置１０の固有ベクトルであり、ｅ_ｒ，ｉはチャネル相関行列ＡＡ^Ｈの固有値λ_ｉに属する無線受信装置２０の固有ベクトルである。

この固有モード伝送方式を用いることにより、周波数帯域の拡張なしに通信システムの伝送容量の拡大を図ることができる。
"2.1. Uplink Sounding"，３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４２，Ｒ１−０５１５１６、２００５年１１月

ＴＤＤ方式は、送信と受信とに同一の周波数を用い、時分割で切り替えて通信を行う方式である。送信と受信とを切り替える速さは、一般的にフェージング変動速度よりも十分に速くなるように設計される。よって、例えば図２に示すような無線通信システムを考えると、理想的には、基地局（ｎｏｄｅ Ｂ）から通信端末（ＵＥ）に信号Ｓ１を送信する際に生じるフェージング変動（ｈ_ＤＬ）は、通信端末から送信された信号Ｓ２を基地局で受信する際のフェージング変動（ｈ_ＵＬ）と同じものとみなすことができる。すなわち、一方の無線通信装置で受信した信号のチャネル相関行列を、逆回線のチャネル相関行列と同一とみなして固有ビームを形成することができる。この性質をＴＤＤ方式における伝搬路の可逆性（対称性）と呼ぶ。

しかし、現実のセルラシステムでは、基地局と通信端末とが異なる干渉の影響を受けるため、伝搬路の可逆性を用いて固有モード伝送を適用すると、上下回線で最適となる解（固有ビーム）が異なるという問題がある。図３は、この問題を具体的に説明するための図である。この図で、Ｈ_ＵＬおよびＨ_ＤＬは、それぞれ上り回線と下り回線のＭＩＭＯチャネル応答行列（Ａ）を表す。

例えば、図３に示すように、セルエッジに位置する通信端末５０には、自機宛ての信号Ｓ１３以外に、周辺セルからの送信信号Ｓ１４、Ｓ１５が到来するため、これらの信号による干渉（セル間干渉）を受ける。これに対し、セルの中心に位置する基地局６０は、このような他セル干渉を受けにくい代わりに、複数の通信端末からの信号Ｓ１１、Ｓ１２を受信するため、これらの受信信号間で干渉（ユーザ間干渉）が生じる。よって、理想的には同一とみなせるチャネル相関行列も、実際には上り回線と下り回線とで干渉成分が異なるため、非対称となる。その結果、各チャネル相関行列に対して最適となる解（固有ビーム）も異なることとなり、無線通信システムのスループットは低下することとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合、すなわち、各回線の伝搬路環境が異なる場合にも、無線通信システムのスループット低下を防止することができる無線通信システム等を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、２つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第１チャネル相関行列および第２チャネル相関行列のうち、前記第１チャネル相関行列の特徴を示す第１特徴値を取得する第１取得手段と、前記第２チャネル相関行列の特徴を示す第２特徴値を取得する第２取得手段と、前記第１特徴値および前記第２特徴値に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列を補正する際の基準チャネル相関行列を決定する決定手段と、前記基準チャネル相関行列に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列の一方または双方を補正する補正手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、無線通信システムのスループットを改善することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムにおけるチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図である。当該無線通信システムが、無線通信装置１００ａおよび無線通信装置１００ｂを有する場合を例にとって説明する。

本実施の形態に係る無線通信システムにおいて、まず、無線通信装置１００ａから順回線を用いてパイロットチャネルが送信される（ＳＴ１０１０）。

無線通信装置１００ｂは、受信パイロットチャネルに基づいてチャネル相関行列（または単に、チャネル行列あるいは相関行列と呼ぶ）の固有値を算出し（ＳＴ１０２０）、今度は逆に、逆回線を使って無線通信装置１００ａにパイロットチャネルを送信すると共に、算出された固有値も無線通信装置１００ａに報告する（ＳＴ１０３０、１０４０）。ここで、報告される固有値は、複数存在する固有値のうち最大のものである。

無線通信装置１００ａは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルを受信し、逆回線の固有値を算出する（ＳＴ１０５０）。そして、算出された固有値のうち最大のものと、別途報告された無線通信装置１００ｂの最大固有値とを比較することにより、無線通信装置１００ａと無線通信装置１００ｂのいずれが固有ビーム形成において主導権を握るか、すなわち固有モード主導権を無線通信装置１００ａと無線通信装置１００ｂのいずれに属すべきか決定する（ＳＴ１０６０）。より詳細には、順回線と逆回線のそれぞれの最大固有値を比較し、大きな値をとる方の回線の無線通信装置に固有モード主導権を与える。ここでは、無線通信装置１００ａが固有モード主導権を与えられたとする。

無線通信装置１００ａは、無線通信装置１００ｂに対し自機が固有モード主導権を有している旨を通知する（ＳＴ１０７０）。次に、無線通信装置１００ａは、上記の順回線および逆回線の各固有値に基づいて相関行列の補正を行う（ＳＴ１０８０）。補正方法の詳細については後述する。そして、無線通信装置１００ａは、補正後の相関行列を用いて送信用固有ビームの形成を行い（ＳＴ１０９０）、そのビームを用いてデータを送信する（ＳＴ１１００）。

無線通信装置１００ｂは、パイロットチャネルを観測して得られる相関行列を用いて受信用固有ビームの形成を行い（ＳＴ１１１０）、そのビームを用いてデータを受信する。ここで、受信用固有ビーム形成のためのパイロットチャネルは、ＳＴ１０２０で得られる固有値を流用しても良いし、無線通信装置１００ａにおいて別途データ送信時にパイロットチャネルを付加するようにしても良い。

このように、本実施の形態に係る無線通信システムでは、無線通信装置１００ａの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、無線通信装置１００ｂの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、これらの最大固有値に基づいて、無線通信装置１００ａの受信チャネルの相関行列を補正する。

これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、チャネル相関行列を補正することにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境の対称性を維持することができる。

なお、無線通信装置１００ｂが固有モード主導権を握る場合は、ＳＴ１０８０以降の手順が、無線通信装置１００ａと無線通信装置１００ｂとで逆となる。

図５は、上記の動作を実現する無線通信装置１００ａ、１００ｂ（総称して無線通信装置１００）の主要な構成を示すブロック図である。なお、ここでは、無線通信装置１００が移動体通信システムにおける基地局装置である場合を例にとって説明する。

無線通信装置１００は、符号化部１０１、ＭＩＭＯ変調部１０２、指向性形成部１０３、送信ＲＦ部１０４−１〜１０４−Ｎ、アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎ、受信ＲＦ部１１１−１〜１１１−Ｎ、ＭＩＭＯ復調部１１２、チャネル推定部１１３、復号化部１１４、最大固有値算出部１１５、最大固有値比較部１１６、固有モード主導権指示部１１７、および固有ビーム補正部１１８を備える。無線通信装置１００は、大別すると、符号化部１０１〜送信ＲＦ部１０４からなる送信系統と、受信ＲＦ部１１１〜固有ビーム補正部１１８からなる受信系統とを有する。なお、本明細書において、同様の機能を有する複数の構成に対し同一の符号を付すこととし、さらに各符号に続けて異なる枝番を付して互いを区別する。

本実施の形態に係る無線通信装置の各部は以下の動作を行う。まず、送信系統について説明する。

符号化部１０１は、送信データに対し、ターボ符号等により誤り訂正符号化を施し、ＭＩＭＯ変調部１０２へ出力する。

ＭＩＭＯ変調部１０２は、符号化部１０１から出力される送信データに対し、ＭＩＭＯ変調を施す。すなわち、ＭＩＭＯ変調部１０２は、符号化部１０１から出力される送信データを複数ストリーム（ここではＮ本）に分割し、各ストリームに対し、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の所定の変調方式で変調し、得られるＮ本の変調信号を指向性形成部１０３へ出力する。

指向性形成部１０３は、ＭＩＭＯ変調部１０２から出力されるＮ本のストリームからなる変調信号に対し、固有ビーム補正部１１８から指示される固有ビーム形成用のウェイトをそれぞれ乗算し、送信ＲＦ部１０４−１〜１０４−Ｎへ出力する。

送信ＲＦ部１０４−１〜１０４−Ｎは、Ｎ本のストリームに対し、Ｄ/Ａ変換、アップコンバート等の所定の無線（ＲＦ）送信処理を施し、得られる無線信号をアンテナ１０５−１〜１０５−Ｎを介して送信する。

次いで、本実施の形態に係る無線通信装置の受信系統について説明する。

受信ＲＦ部１１１−１〜１１１−Ｎは、アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎを介して受信された無線信号に対し、ダウンコンバート、Ａ/Ｄ変換等の所定の無線受信処理を施し、得られる信号をＭＩＭＯ復調部１１２およびチャネル推定部１１３へ出力する。

チャネル推定部１１３は、受信ＲＦ部１１１−１〜１１１−Ｎから出力される複数の受信ストリームに対してパイロットチャネルに基づいてチャネル推定を行い、各ストリームについて得られるチャネル推定値からチャネル相関行列を生成し、このチャネル相関行列をＭＩＭＯ復調部１１２および最大固有値算出部１１５へ出力する。

ＭＩＭＯ復調部１１２は、受信ＲＦ部１１１−１〜１１１−Ｎから出力される複数ストリームに対し、ＭＩＭＯ復調を施す。すなわち、ＭＩＭＯ復調部１１２は、受信ＲＦ部１１１−１〜１１１−Ｎから出力される複数ストリームに対し、チャネル推定部１１３から出力されるチャネル相関行列に基づいてチャネル変動補償を行った後、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の所定の変調方式に対応する復調処理を施す。ＭＩＭＯ復調部１１２は、得られた復調信号の複数ストリームを単一ストリームに合成し、合成信号を復号化部１１４へ出力する。

復号化部１１４は、ＭＩＭＯ復調部１１２から出力される合成信号に対し、送信側で使用された誤り訂正符号化に対応する復号処理を施し、受信データを得る。

最大固有値算出部１１５は、チャネル推定部１１３で得られたチャネル行列から最大固有値を算出し、最大固有値比較部１１６へ出力する。

最大固有値比較部１１６は、最大固有値算出部１１５で算出された最大固有値と、通信端末から別途通知された下り回線の最大固有値とを比較し、この比較結果を固有モード主導権指示部１１７へ出力する。

固有モード主導権指示部１１７は、最大固有値比較部１１６から受け取った比較結果に基づいて、固有モード主導権を基地局（自機）および通信端末のいずれに渡すかを決定し、当該主導権を通信端末に渡す場合には、図示しない送信部を介して通信端末に通知する。また、当該主導権を自機に渡す場合には、当該事実を固有ビーム補正部１１８に通知する。

固有ビーム補正部１１８は、固有モード主導権指示部１１７での決定結果に従い、固有モード主導権を得た場合には下り回線と上り回線の双方の固有値を用いて、相関行列を補正し、補正した相関行列に基づいて、指向性形成部１０３に固有ビームを形成するウェイトを指示する。

次いで、上記の最大固有値算出部１１５〜固有ビーム形成補正部１１８で行われる、本実施の形態に係るチャネル相関行列の決定方法について、より詳細に説明する。

なお、無線通信装置１００から他の無線通信装置へ信号が送信される回線を下り回線（ＤＬ）とし、下り回線の最大固有値をλ_{ｍａｘ，ＤＬ}、逆回線である上り回線の最大固有値をλ_{ｍａｘ，ＵＬ}とし、さらにλ_{ｍａｘ，ＵＬ}＞λ_{ｍａｘ，ＤＬ}である場合を例にとって説明する。

かかる場合、無線通信装置１００が固有モード主導権を得る。このとき、システムのおかれた環境は、下り回線の受信端、すなわち通信相手である他の無線通信装置で観測される干渉が大きく、上り回線の受信端、すなわち自機（無線通信装置１００）で観測される干渉が小さいものと想定される。こうした状況から、上り回線では干渉の影響が小さく誤差の少ない状態でチャネル行列を得ることができるが、このチャネル行列をそのまま適用すると、下り回線において大きな干渉が発生した場合に対応できない。すなわち、かかる場合の固有ビームは適当なものとは言うことができない。よって、本実施の形態では、この点に着目し、上り回線で得られたチャネル行列に、下り回線で見込まれる干渉量を補正する処理を施す。

チャネル行列から得られる固有値の大きさは、ＳＩＮＲ等の受信品質に比例するので、干渉の大きさを反映した値である。そこで、下り回線と上り回線の各固有値の比を用いることで、干渉量の相対的な値を表現することが可能である。具体的には、上り回線のチャネル推定値を用いて送信用相関行列を得たときに、単位行列を用いて以下の式（６）、式（７）に従って干渉量の補正を行う。

式（７）において、右辺第２項は、下り回線の最大固有値を用いて生成される補正行列である。この補正行列を上り回線のチャネル行列に加算することにより補正を行う。すなわち式（７）は、下り回線のチャネル行列の方を基準に考え、上り回線のチャネル行列を下り回線のチャネル行列に合わせるように補正を行っていることに相当する。これらの手順によって得られた補正後の相関行列を用いて、無線通信装置１００は、送信用固有ビームを形成する。

一方、無線通信装置１００の通信相手である他の無線通信装置は、上記手順において自機には固有モード主導権が無い旨の通知を受けているので、自機が受信した信号に基づいてチャネル行列を生成し、これを用いて受信用固有ビームを形成して無線通信装置１００からの信号を受信する。

このように、本実施の形態において、第１チャネル相関行列は他の無線通信装置からの回線の特性を示し、第２チャネル相関行列は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、本実施の形態に係る無線通信装置は、前記第１チャネル相関行列の最大固有値を算出する算出手段と、前記他の無線通信装置から、前記第２チャネル相関行列の最大固有値を取得する取得手段と、前記第１チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第２チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記第２チャネル相関行列を基準として、前記第１チャネル相関行列を補正する補正手段と、を具備する構成を採る。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、チャネル相関行列を補正することにより上り回線と下り回線の伝搬路環境の対称性が維持されるので、固有モード伝送の性能を向上させることができ、無線通信システムのスループットを改善することができる。

また、本実施の形態によれば、複数存在する固有値のうち最も信頼度が高いと考えられる最大固有値を使用してチャネル相関行列を補正している。

また、本実施の形態によれば、送受信間で最大固有値を共有し、共通の基準に基づいて、チャネル相関行列の補正を行っている。

なお、本実施の形態では、チャネル相関行列決定方法において、最大固有値を使用する構成を例にとって説明したが、最大固有値の代わりに最小固有値を使用したり、全固有値の総和や平均値等を使用する構成としても良い。

また、本実施の形態では、受信品質の悪い回線のチャネル相関行列を基準に考え、他方の回線のチャネル相関行列を当該受信品質の悪い回線のチャネル相関行列に合わせるように補正を行う構成を例にとって説明したが、この逆、すなわち受信品質の良好な回線のチャネル相関行列を基準にとるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、補正の基準となるチャネル相関行列として、いずれかの回線のチャネル相関行列を設定し、これを用いて他方の回線のチャネル相関行列を補正する構成を例にとって説明したが、基準となるチャネル相関行列を、例えば、２つの回線のチャネル相関行列の平均的な特性を有する行列とし、この基準行列に基づいて、２つの回線のチャネル相関行列の双方をそれぞれ補正するような構成としても良い。

また、本実施の形態では、補正したチャネル相関行列を固有ビーム形成に用いる場合を例にとって説明したが、当該チャネル相関行列は他の用途にも使用することができる。

また、本実施の形態では、符号化部１０１〜送信ＲＦ部１０４からなる送信系統と、受信ＲＦ部１１１〜固有ビーム補正部１１８からなる受信系統とが、単一の装置内に搭載されている場合を例にとって説明したが、これらは必ずしも同一の装置内に搭載されている必要はなく、例えば、上記送信系統と上記受信系統とが別々の装置に搭載されていても良い。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信システムにおけるプリコーディング制御
方法の手順を示すシーケンス図である。なお、図６において、図４と共通する部分には、図４と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

無線通信装置２００ｂは、受信パイロットチャネルに基づくチャネル相関行列の最大固有ベクトルと、プリコーディングベクトルとの最も小さい誤差を算出し（ＳＴ１２１０）、算出された誤差を無線通信装置２００ａに報告する（ＳＴ１２２０）。

無線通信装置２００ａは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルに基づく逆回線の最大固有ベクトルと、プリコーディングベクトルとの最も小さい誤差を算出し（ＳＴ１２３０）、算出した誤差と別途報告された無線通信装置２００ｂにおける誤差とを比較することにより、無線通信装置２００ａと無線通信装置２００ｂのいずれがプリコーディング制御において主導権を握るか、すなわちプリコーディング制御主導権を無線通信装置２００ａと無線通信装置２００ｂのいずれに属すべきか決定する（ＳＴ１２４０）。ここでは、無線通信装置２００ａがより小さい誤差を示し、プリコーディング制御主導権を与えられたとする。

無線通信装置２００ａは、無線通信装置２００ｂに対し自機がプリコーディング制御主導権を有している旨を通知する（ＳＴ１２５０）。そして、無線通信装置２００ａは、プリコーディングベクトルの形成を行い（ＳＴ１２６０）、そのプリコーディングベクトルを用いてデータを送信する（ＳＴ１２７０）。その際、用いたプリコーディングベクトルのＩＤを制御信号として通知する。

無線通信装置２００ｂは、制御信号として取り出したプリコーディングベクトルのＩＤに対応するプリコーディングベクトルの形成を行い（ＳＴ１２８０）、そのプリコーディングベクトルを用いてデータを受信する。

このように、本実施の形態に係る無線通信システムでは、無線通信装置２００ａの受信チャネルの相関行列に対しプリコーディングベクトルを適用することにより得られる回線の特徴を示す誤差と、同様に無線通信装置２００ｂの受信チャネルの相関行列に対しプリコーディングベクトルを適用することにより得られる回線の特徴を示す誤差とに基づいて、プリコーディング制御の主導権をどちらの通信装置とするか決定する。

これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、より高い信頼度でプリコーディング制御を実施することができる。

なお、無線通信装置２００ｂがプリコーディング制御主導権を握る場合は、ＳＴ１２６０以降の手順が、無線通信装置２００ａと無線通信装置２００ｂとで逆となる。具体的には、制御信号として無線通信装置２００ｂが指示したプリコーディングベクトルＩＤに沿って無線通信装置２００ａがデータ送信を行う。

また、ここでは、最大固有ベクトルを用いる場合について説明したが、品質に応じて上位から複数の固有ベクトルと対応するプリコーディングベクトルとの誤差を用いても良い。さらに、報告する値を第１固有ベクトルと第２固有ベクトルとのＳＩＮＲ差としても良い。

図７は、上記の動作を実現する無線通信装置２００ａ、２００ｂ（総称して無線通信装置２００）の主要な構成を示すブロック図である。なお、図７において、図５と共通する部分には、図５と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

最大固有ベクトル算出部２０１は、チャネル推定部１１３で得られたチャネル相関行列を用いて最大固有ベクトルを算出し、算出した最大固有ベクトルを誤差算出部２０２へ出力する。

誤差算出部２０２は、既定のプリコーディングベクトルを参照し、最大固有ベクトル算出部２０１から受け取った最大固有ベクトルとの誤差が最も小さくなるプリコーディングベクトルを探索し、最も小さい誤差の値を誤差比較部２０３に、誤差を最も小さくするプリコーディングベクトルを指向性形成部１０３にそれぞれ出力する。

誤差比較部２０３は、誤差算出部２０２で算出された誤差と、通信端末から別途通知された逆回線の誤差とを比較し、この比較結果をプリコーディング制御主導権指示部２０４へ出力する。

プリコーディング制御主導権指示部２０４は、誤差比較部２０３から受け取った比較結果に基づいて、プリコーディング制御主導権を基地局（自機）および通信端末のいずれに渡すかを決定し、例えば、通信端末がより小さい誤差を示し、当該主導権を通信端末に渡す場合には、図示しない送信部を介して通信端末に通知する。また、当該主導権を自機に渡す場合には、当該事実を指向性形成部１０３に通知する。

このように、本実施の形態において、第１チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの誤差は他の無線通信装置から回線の特性を示し、第２チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの誤差は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、本実施の形態に係る無線通信装置は、前記第１チャネル相関行列の最大固有ベクトルを算出する算出手段と、前記第１チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの第１誤差を算出する誤差算出手段と、前記他の無線通信装置から、前記第２チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの第２誤差を取得する取得手段と、前記第１誤差及び前記第２誤差に基づいて、プリコーディング制御の主導権を自装置又は前記他の無線通信装置のいずれにするか決定する決定手段と、を具備する構成を採る。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、より高い信頼度でプリコーディング制御を行うことができ、無線通信システムのスループットを改善することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る無線通信システムにおけるチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図である。なお、図８において、図４と共通する部分には、図４と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

無線通信装置３００ａは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルを受信することにより、逆回線の最大固有値を算出する（ＳＴ１０５０）。算出された最大固有値と、別途報告された無線通信装置３００ｂにおける最大固有値とを参照し、どちらか一方が既定の閾値を下回った場合には、送信モードを送信ダイバーシチに切り替えるものと判断する（ＳＴ１３１０）。ここでは、無線通信装置３００ａが固有モード主導権を与えられたとする。

無線通信装置３００ａは、無線通信装置３００ｂに対し自機が固有モード主導権を有している旨を通知するとともに、モード切替の有無を通知する（ＳＴ１３２０）。具体的には、初期に設定した空間多重数のまま（空間多重）とするか、あるいは前述の判断により送信ダイバーシチとするかを指示する。

このように、本実施の形態係る無線通信システムでは、無線通信装置３００ａの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、無線通信装置３００ｂの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、これらの最大固有値のうち、小さい方の最大固有値に基づいて、送信モードを切り替える。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、どちらかの回線で空間多重による品質劣化が生じるのを回避することができ、無線通信システムのスループットを改善することができる。

図９は、上記の動作を実現する無線通信装置３００ａ、３００ｂ（総称して無線通信装置３００）の主要な構成を示すブロック図である。なお、図９において、図５と共通する部分には、図５と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

最大固有値比較部３０１は、最大固有値算出部１１５で算出された最大固有値と、通信端末から別途通知された下り回線の最大固有値とを比較し、この比較結果を固有モード主導権指示部１１７へ出力するとともに、比較結果のうち小さい値をとる最大固有値を送信モード決定部３０２に出力する。

送信モード決定部３０２は、最大固有値比較部３０１から受け取った最大固有値が予め定めた閾値よりも小さい場合、送信モードを送信ダイバーシチに決定し、受け取った最大固有値が閾値以上の場合、送信モードを空間多重に決定し、決定した送信モードを固有モード主導権指示部１１７およびＭＩＭＯ変調部１０２に出力する。

このように、本実施の形態において、前記第１チャネル相関行列の最大固有値または前記第２チャネル相関行列の最大固有値のうち、小さい方の最大固有値に基づいて、送信モードを決定する送信モード決定手段を具備する構成を採る。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、どちらかの回線で空間多重による品質劣化が生じるのを回避することができ、無線通信システムのスループットを改善することができる。

なお、本実施の形態では、送信モードとして、空間多重と送信ダイバーシチを例に挙げて説明したが、送信モードに空間多重の多重数を含めるようにしてもよい。例えば、第１チャネル相関行列の最大固有値または第２チャネル相関行列の最大固有値のうち、小さい方の最大固有値と、複数の閾値との閾値判定結果に基づいて、空間多重数を切り替えることが考えられる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法は、上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。

また、本発明に係る無線通信装置は、移動体通信システムにおける移動局装置（通信端末装置装置）および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する移動局装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。

また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るチャネル相関行列決定方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る無線通信装置と同様の機能を実現することができる。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。

また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

本発明に係る無線通信装置およびチャネル相関行列決定方法は、移動体通信システムにおける移動局装置、基地局装置等の用途に適用することができる。

固有モード伝送方式を用いた通信のイメージを示す図 無線通信システムの一例を示す図 現実のセルラシステムの問題を説明するための図 本発明の実施の形態１に係るチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図 実施の形態１に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るプリコーディング制御方法の手順を示すシーケンス図 実施の形態２に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係るチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図 実施の形態３に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図

符号の説明

１０２ ＭＩＭＯ変調部
１０３ 指向性形成部
１１２ ＭＩＭＯ復調部
１１３ チャネル推定部
１１５ 最大固有値算出部
１１６、３０１ 最大固有値比較部
１１７ 固有モード主導権指示部
１１８ 固有ビーム補正部
２０１ 最大固有ベクトル算出部
２０２ 誤差算出部
２０３ 誤差比較部
２０４ プリコーディング制御主導権指示部
３０２ 送信モード決定部

Claims (14)

1. ２つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第１チャネル相関行列および第２チャネル相関行列のうち、前記第１チャネル相関行列の特徴を示す第１特徴値を取得する第１取得手段と、
   前記第２チャネル相関行列の特徴を示す第２特徴値を取得する第２取得手段と、
   前記第１特徴値および前記第２特徴値に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列を補正に用いる基準チャネル相関行列を決定する決定手段と、
   前記基準チャネル相関行列に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列の一方または双方を補正する補正手段と、
   を具備する無線通信システム。
2. 前記第１取得手段は、
   前記第１特徴値として、前記第１チャネル相関行列の最大固有値を取得し、
   前記第２取得手段は、
   前記第２特徴値として、前記第２チャネル相関行列の最大固有値を取得する、
   請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記決定手段は、
   前記第１チャネル相関行列の最大固有値と前記第２チャネル相関行列の最大固有値とを比較し、小さい方の最大固有値に対応するチャネル相関行列を前記基準チャネル相関行列と決定し、
   前記補正手段は、
   当該基準チャネル相関行列に基づいて、大きい方の最大固有値に対応するチャネル相関行列を補正する、
   請求項２記載の無線通信システム。
4. 第１チャネル相関行列は他の無線通信装置からの回線の特性を示し、第２チャネル相関行列は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、
   前記第１チャネル相関行列の最大固有値を算出する算出手段と、
   前記他の無線通信装置から、前記第２チャネル相関行列の最大固有値を取得する取得手段と、
   前記第１チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第２チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記第２チャネル相関行列を基準として、前記第１チャネル相関行列を補正する補正手段と、
   を具備する無線通信装置。
5. 前記補正手段は、
   前記第２チャネル相関行列の最大固有値に基づいて補正行列を生成し、当該補正行列を用いて前記第１チャネル相関行列を補正することにより、前記第２チャネル相関行列を基準とした補正を行う、
   請求項４記載の無線通信装置。
6. 前記補正手段は、
   前記第２チャネル相関行列の最大固有値と前記第１チャネル相関行列の最大固有値との差を用いて前記補正行列を生成し、当該補正行列を前記第１チャネル相関行列に加算することにより、前記補正を行う、
   請求項５記載の無線通信装置。
7. 前記補正を行う旨を前記他の無線通信装置に通知する通知手段、
   をさらに具備する請求項４記載の無線通信装置。
8. 前記第１チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第２チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記補正手段によって補正された前記第１チャネル相関行列に従って送信信号の固有ビームを形成する形成手段、
   をさらに具備する請求項４記載の無線通信装置。
9. 前記形成手段は、
   前記第１チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第２チャネル相関行列の最大固有値よりも小さい場合、補正されていない前記第１チャネル相関行列に従って受信信号の固有ビームを形成する、
   請求項８記載の無線通信装置。
10. 前記第１チャネル相関行列の最大固有値及び前記第２チャネル相関行列の最大固有値に基づいて、送信モードを決定する送信モード決定手段、
    をさらに具備する請求項４記載の無線通信装置。
11. 前記送信モード決定手段は、
    前記第１チャネル相関行列の最大固有値又は前記第２チャネル相関行列の最大固有値の小さい方の値と所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、送信モードとしてＭＩＭＯ多重又は送信ダイバーシチを決定する、
    請求項１０記載の無線通信装置。
12. 請求項４記載の無線通信装置を具備する通信端末装置。
13. 請求項４記載の無線通信装置を具備する基地局装置。
14. ２つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第１チャネル相関行列および第２チャネル相関行列のうち、前記第１チャネル相関行列の特徴を示す第１特徴値を取得するステップと、
    前記第２チャネル相関行列の特徴を示す第２特徴値を取得するステップと、
    前記第１特徴値および前記第２特徴値に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列を補正する際の基準チャネル相関行列を決定するステップと、
    前記基準チャネル相関行列に基づいて、前記第１チャネル相関行列および前記第２チャネル相関行列の一方または双方を補正するステップと、
    を具備するチャネル相関行列決定方法。

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