JP4884722B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信の技術分野に関連し、特にマルチアンテナシステムに使用される無線通信装置及び無線通信方法に関連する。

この種の技術分野では、情報伝送の高速化及び高品質化等観点から、いくつかのマルチアンテナシステム又はマルチアンテナ伝送法が将来的な移動通信システムに提案されている。マルチアンテナシステムでは、送信及び／又は受信に複数のアンテナを用いてデータ伝送が行われ、周波数や時間だけでなく空間も有効に活用される。概して、マルチアンテナ伝送法には、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ（ＡＡＡ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｒｙ Ａｎｔｅｎｎａ）法がある。

図１ＡはＭＩＭＯ多重法の概念を説明するための図である。ＭＩＭＯ多重法は、複数の送信アンテナから異なるデータを同時に並列伝送し、データ伝送量をアンテナ数倍に増やそうとする技術である。簡単のため、送信側及び受信側にそれぞれ２本のアンテナが使用されているものとする。図示の例では、各アンテナから別々の信号系列（Ａ，Ｂ，．．．と、Ｃ，Ｄ，．．．との２系列の信号）が送信される。送信及び受信アンテナが２つなので、それが１つの場合に比べて２倍多くのデータを一度に伝送することができる。受信側では適切な信号分離法が行われる。当該技術分野で知られているように、信号分離法には、例えばブラスト（ＢＬＡＳＴ）法、ＭＭＳＥ法、ＭＬＤ法等が使用されてもよい。ＭＩＭＯ多重法で良好にデータ伝送を行うには、送信アンテナ数Ｎ_ＴＸ及び受信アンテナ数Ｎ_ＲＸの間に、Ｎ_ＴＸ≦Ｎ_ＲＸの関係が成立しなければならない。ＭＩＭＯ多重法については、例えば、非特許文献１に記載されている。

図１Ｂは、ＭＩＭＯダイバーシチ法の概念を説明するための図である。ＭＩＭＯダイバーシチ法は、複数の送信アンテナから同一内容の複数のストリームを並列に伝送し、受信側での信頼性を向上させようとする技術である。図示の例では、２つのシンボルＡ，Ｂが、一方の送信アンテナからＢ，Ａの順に送信され、他方のアンテナからＡ^＊，−Ｂ^＊の順に送信される。記号“−”は負の符号を表し、上付の“＊”は複素共役を表す。送信するシンボルＡ，Ｂをこのような２系統のストリームに変換する技術は、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）又は単に線形処理と呼ばれる。受信側では、Ｂ＋Ａ^＊とＡ−Ｂ^＊とが順に受信され、これらの受信信号から送信されたシンボルＡ，Ｂが推定される。２つのアンテナから送信された２つの信号は、別々のフェージングに委ねられるので、受信側で適切に合成することで、受信信号の信頼度が向上する。ＭＩＭＯダイバーシチ法については、例えば、非特許文献２に記載されている。

図１Ｃは、適応アレーアンテナ法の概念を説明するための図である。適応アレーアンテナ法は、送信する１つのシンボル系列をアンテナ数に合わせて複製し、それらに送信ウエイトを乗算しながら送信する。送信ウエイトを適切に調整することで、メインローブが通信相手の方向に向くような指向性ビームが形成され、通信相手側における受信品質を向上させることができる。

また、データ誤りに対処する技術の一つとしてハイブリッドＡＲＱ(Automatic Repeat Request)がある。これは、誤り検出符号(ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check)による誤り検出時のパケットの再送要求と誤り訂正符号化（チャネル符号化）による誤り訂正復号とを結合させたものである。

図２は一般的なハイブリッドＡＲＱの処理を示す図であり、送信側ではＣＲＣビット付与（ステップＳ１）および誤り訂正符号化（ステップＳ２）を行い、受信側では誤り訂正復号（ステップＳ３）の後、ＣＲＣビットを用いた誤り検出を行い（ステップＳ４）、誤りがある場合は送信側に再送要求を行い、誤りがなければ送信（受信）を完了するものである（ステップＳ５）。

また、図３Ａ、図３Ｂおよび図３ＣはハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す図であり、図３Ａに示すように、パケットＰ１に復調誤りがあった場合はパケットＰ１を廃棄し、同内容のパケットＰ２の再送を受けて再度復調処理を行うタイプと、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、パケットＰ１に復調誤りがあった場合はそのパケットＰ１を廃棄せずに保持しておき、このパケットＰ１と再送を受けたパケットＰ２とをパケット合成してパケットＰ３を生成し、このパケットＰ３に対して復調処理を行うタイプとがある。ここで、図３Ｂは同じパケットの再送を受けるものであり、パケット合成により受信ＳＩＲが改善するものである。また、図３Ｃは異なるパターンでのパンクチャリングを行ったパケットの再送を受けるものであり、パケット合成により符号化利得が改善するものである。

また、上述したＭＩＭＯ多重方式におけるタイプについて、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。ＭＩＭＯ多重方式のタイプには、図４Ａに示すように送信アンテナ＃１、＃２毎に送信データ（送信ストリーム）＃１、＃２をそれぞれ流すタイプと、図４Ｂに示すように、送信データ（送信ストリーム）＃１、＃２にウエイトｗ_1,1、ｗ_1,2、ｗ_2,1、ｗ_2,2を乗じて送信アンテナ＃１、＃２に流すことで、それぞれの送信データ（送信ストリーム）＃１、＃２に対応するアンテナビームパタンを形成するタイプとがある。後述する本発明にあっては両者のタイプを対象としている。
Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ，Ｊｒ："Ｌａｙｅｒｅｄ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｆａｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎｔｅｎｎａｓ"，Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｐｐ．４１−５９，Ａｕｔｕｍｎ １９９６． Ｖ．Ｔａｒｏｋｈ，Ｈ．Ｊａｆａｒｋｈａｎｉ，ａｎｄ Ｒ．Ｃａｌｄｅｒｂａｎｋ："Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒｅｓｕｌｔｓ"，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔ．Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．３，ｐｐ．４５１−４６０，Ｍａｒ．１９９９． Paulraj et al., "Transmit Optimization for Spatial Multiplexing in Presence of Spatial Fading Correlation,"

本発明の発明者等は、本発明の基礎研究において、ＭＩＭＯ多重法及びＭＩＭＯダイバーシチ法によるスループットを比較した。

図５Ａは、そのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションでは、１００ＭＨｚの帯域を利用して、２本の送信アンテナを有する基地局が、ＭＩＭＯ多重法及びＭＩＭＯダイバーシチ法により、９０Ｍｂｐｓのデータ伝送を行うことを想定している。シミュレーションでは、マルチパス数Ｌは６であり、最大ドップラー周波数ｆ_Ｄは２０Ｈｚであり、遅延分散σは０．２６μｓであることが仮定されている。

ＭＩＭＯ多重法では、ＱＰＳＫ方式及び１／３の符号化率が採用される。即ち、ＱＰＳＫ方式で変調され、Ｒ＝１／３で符号化された２系列の異なるデータが、２本のアンテナからそれぞれ別々に送信される。ＭＩＭＯダイバーシチ法ではＱＰＳＫ方式及び２／３の符号化率が採用される。この場合は、ＱＰＳＫ方式で変調され、Ｒ＝２／３で符号化された同一内容の２系列のデータが、２本のアンテナからそれぞれ伝送される。

グラフの横軸は、移動局の１アンテナ当たりの平均受信電力Ｅ_ｂ／Ｎ_０を示す。従って、横軸上で小さな値の近辺は、受信電力が小さいことを示し、これは基地局から遠い地域に関連付けることができる。逆に、横軸上で大きな値の近辺は、受信電力が大きいことを示し、これは基地局から近い地域に関連付けることができる。グラフの縦軸は、横軸に示されるような電力が測定される地点で達成可能なスループット（Ｍｂｐｓ）を示す。目下の例では、基地局は９０Ｍｂｐｓで送信しているので、達成可能なスループットの最大値は９０Ｍｂｐｓである。

シミュレーション結果によれば、Ｅ_ｂ／Ｎ_０が同じなら、ＭＩＭＯ多重法よりもＭＩＭＯダイバーシチ法の方が高いスループットを達成できることが分かる。これは、情報ビットレートが比較的遅く、変調多値数が小さて済む場合には、ＭＩＭＯ多重法による高スループット化の効果よりも、ＭＩＭＯダイバーシチ法による信号品質の改善効果の方が有効であることを示す。

図５Ｂも、図５Ａと同様なシミュレーション結果を示すが、基地局から送信する伝送レートが異なる。この例では、基地局の送信する情報が、２９０Ｍｂｐｓの場合と、３８０Ｍｂｐｓの場合とが比較されている。２９０Ｍｂｐｓの場合におけるＭＩＭＯ多重法では、１６ＱＡＭ方式及び１／２の符号化率が採用される。ＭＩＭＯダイバーシチ法では６４ＱＡＭ方式及び２／３の符号化率が採用される。３８０Ｍｂｐｓの場合におけるＭＩＭＯ多重法では、１６ＱＡＭ方式及び２／３の符号化率が採用される。ＭＩＭＯダイバーシチ法では６４ＱＡＭ方式及び８／９の符号化率が採用される。ＭＩＭＯダイバーシチ法で２９０Ｍｂｐｓや３８０Ｍｂｐｓのような高ビットレートを達成するには、変調多値数及び符号化率を比較的大きくする必要がある。

シミュレーション結果によれば、ＭＩＭＯダイバーシチ法よりもＭＩＭＯ多重法の方が、高いスループットを達成できることが分かる。ＭＩＭＯダイバーシチ法では、変調多値数及び符号化率が増えることで、シンボルコンステレーション上のシンボル間のユークリッド距離の判別が、ＭＩＭＯ多重法よりも複雑化すること、及び符号化利得が減少すること（冗長度が少なくなること）等に起因して、推定精度が劣化してしまうことに起因する。図示されているように、同一の受信電力で達成可能なスループットの隔たりは、２９０Ｍｂｐｓの場合よりも３８０Ｍｂｐｓの場合の方が大きく、基地局から送信するビットレートが大きくなるにつれて更に大きくなる。

このように、提案されているマルチアンテナ伝送法は、通信環境やユーザ等によっては必ずしも最適ではない場合がある。図５Ａ，図５Ｂでは、ＭＩＭＯ多重法とＭＩＭＯダイバーシチ法のみが比較されたが、適応アレーアンテナ法についても、環境によっては最適でなくなることも予想される。

本発明の課題は、マルチアンテナシステムにおけるデータ伝送のスループットを向上させる無線通信装置及び無線通信方法を提供することである。

本発明では、複数のアンテナを有する無線通信装置が使用される。無線通信装置は、複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、及びＭＩＭＯダイバーシチ法のいずれかの伝送法にしたがって、制御チャネルを伝送する制御情報送信部と、複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、ＭＩＭＯダイバーシチ法、及びＭＩＭＯ多重法のいずれかの伝送法にしたがって、データを伝送するデータ送信部と、割り当てられた周波数帯域を複数の周波数ブロックに分割し、該周波数ブロックを単位として各ユーザに割り当てる送信制御部とを備え、データ送信部は、ＭＩＭＯ多重法を使用する場合に、各送信ブロックで独立に適応変復調処理を行い、かつ各送信ブロックで独立にＨＡＲＱ処理を行い、制御情報送信部は、前記複数のアンテナをグループ化したグループ毎の前記制御チャネルとして、ＡＭＣ用ビット、ＨＡＲＱ用ビット、スケジューリング用ビットおよびＭＩＭＯ用ＣＱＩ用ビットのうち少なくとも１の情報を伝送し、ＡＭＣ用ビットとして、変調スキームおよびトランスポートブロック情報のうち少なくとも一方を送信し、ＨＡＲＱ用ビットとして、ＨＡＲＱプロセス情報、冗長バージョンとコンスタレーションパターンバージョンおよび新規データを示す情報のうち少なくとも１つを送信し、制御チャネルとして、周波数ブロック割り当て情報を送信する。

本発明によれば、マルチアンテナシステムにおけるデータ伝送のスループットを向上させることができる。

本発明の一態様によれば、通信相手から受信した通知信号に基づいて、複数のマルチアンテナ信号伝送法の中から１つの伝送法が選択され、選択された伝送法が通信相手に通知される。通信相手の通信状況に相応しいマルチアンテナ伝送法が適宜変更されるので、伝送法を切り換えることのできないシステムに比較して、スループットを向上させることができる。言い換えれば、所定値以上のスループットを達成できる地域を広げることができる。複数のマルチアンテナ伝送法には、ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法の内の２以上が含まれる。更に、複数のマルチアンテナ伝送法は、ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法の組み合わせによる伝送法を含んでもよい。

前記通知信号は、前記通信相手側での受信信号品質（例えば、ＳＩＲ）を含んでもよい。通知信号には、必要に応じて、通信相手側で使用されるアンテナ数の情報が含まれてもよい。受信信号品質は、通信相手側で測定されてもよいし、当該通信装置で測定されてもよい。マルチアンテナ伝送法では、送受信に使用されるべきアンテナ数に制限があり、例えば、受信側のアンテナ数が送信側よりも少ない場合は、受信信号品質は非常に劣化してしまう。本発明の一態様によれば、受信機（通信相手）側から送信機に受信信号品質やアンテナ数等の情報が報告され、適切なマルチアンテナ伝送法が採用されるので、アンテナ数の相違に起因する信号品質の劣化を効果的に回避又は軽減できる。

前記通知信号は、前記複数のアンテナに関する複数の無線伝搬路に影響するフェージングの類似性を示す量を含んでもよい。フェージングの類似性を示す量は、あるアンテナで受信された信号と、別のアンテナで受信された信号との相関値で評価されてもよい。無線伝搬路の類否を調べることで、適応アレーアンテナ法を用いるべきか否かを適切に決定することができる。

無線通信装置は、更に記憶手段を備えてもよく、その記憶手段は、複数の無線伝搬路のフェージングの類似性、受信信号品質、変調方式及び符号化率の対応関係を定めるテーブルを記憶してもよい。テーブルは、マルチアンテナ伝送法の選択肢ごとに用意されてもよい。各テーブルから導出される変調方式及び符号化率の組み合わせの内、どのテーブルがより大きなビットレートを与えるかを判定することによって、伝送法が選択されてもよい。これにより、スループットを向上させる伝送法を簡易に選択することができる。

本発明の一態様では、データを送信する側で、データ伝送に使用されるマルチアンテナ伝送法が指定される。この場合における無線送信装置は、通信相手から通知信号を受信する手段と、複数のアンテナに結合され、ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法の内の２以上の伝送法の各々に従って、送信するデータ系列を複数のデータ系列にそれぞれ変換する２以上の手段と、前記２以上の手段の中から少なくとも１つを、前記通知信号に基づいて選択する選択手段と、選択した手段に対応する伝送法を前記通信相手に通知する送信手段とを備える。

本発明の一態様では、データを受信する側で、データ伝送に使用されるマルチアンテナ伝送法が指定される。この場合における無線受信装置は、複数のアンテナでそれぞれ受信した複数のデータ系列を１つのデータ系列に変換する手段を２以上有する変換手段を有する。該２以上の手段は、ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法の内の２以上の伝送法の各々に対応して設けられる。更に、無線受信装置は、通信相手から通知された情報に基づいて、前記２以上の手段の中から少なくとも１つを選択する選択手段と、選択した手段に対応する伝送法を前記通信相手に通知する送信手段とを備える。

以下、本発明の実施例が、「送信機」や「受信機」の用語を用いて説明されるが、それらの用語は便宜的なものに過ぎない。送信機は信号を送信するだけでなく、必要に応じて信号を受信することができ、受信機は信号を受信するだけでなく、必要に応じて信号を送信することができる。

図６は、本発明の一実施例による送信機のブロック図を示す。送信機３００は、典型的には基地局に設けられるが、別の装置に設けられてもよい。１例として、送信機は２つの送信アンテナを有するが、適切ないかなる本数の送信アンテナが備わっていてもよい。送信機３００は、チャネル符号化部３０２と、データ変調部３０４と、切替器３０６，３０７−１，２と、ビームフォーミング部（ＡＡＡ−ＢＦ）３０８と、ＭＩＭＯダイバーシチ部３１０と、ＭＩＭＯ多重部３１２と、合成部３１４−１，２と、送信法制御部３１６と、記憶部３１８と、制御情報送信部３２０とを含む。

チャネル符号化部３０２は、送信データ系列を適切な符号化アルゴリズムに従って符号化する。チャネル符号化部３０２は、例えばターボ符号器から構成される。符号化率は、送信法制御部３１６により決定される。

データ変調部３０４は、データ系列を多値変調する。変調方式には、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等が採用されてもよく、これも送信法制御部３１６により決定される。

切替器３０６は、送信法制御部３１６からの指示に従って、データ変調後の信号を、ビームフォーミング部３０８、ＭＩＭＯダイバーシチ部３１０又はＭＩＭＯ多重部３１２に接続する。切替器３０７−１，２は、送信法制御部３１６からの指示に従って、ビームフォーミング部３０８、ＭＩＭＯダイバーシチ部３１０又はＭＩＭＯ多重部３１２からの出力を、各送信アンテナに対応する合成部３１４−１，２にそれぞれ接続する。

ビームフォーミング部（ＡＡＡ−ＢＦ）３０８は、分配器３１１と、送信ウエイト制御部３１３と、乗算部３１５−１，２とを有する。分配器３１１は、そこに入力されたデータ系列を複数の系列に分配又は複製する。分配数は、送信アンテナ数に対応し、図示の例では２つの送信アンテナが用意されているので、分配数は２である。送信ウエイト制御部３１３は、通信相手が位置する方向でアンテナ利得が高くなる指向性ビームを実現する送信ウエイトを生成し、出力する。乗算部３１５−１，２は、分配器３１１から出力されたデータ系列に、送信ウエイトをそれぞれ乗算し、出力する。送信ウエイトは、適切な既知の様々な適応アルゴリズムを用いて算出できる。

ＭＩＭＯダイバーシチ部３１０は、時空間符号化部３１７を有する。時空間符号化部３１７は、そこに入力されたデータ系列から、送信アンテナ数に合わせて複数のデータ系列を導出し、出力する。図示の例では、２つのデータ系列が出力される。時空間符号化部３１０では、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）が行われる。複数のデータ系列に含まれるシンボルの内容は、送信時間間隔（ＴＴＩ）毎に比較すれば異なるが、所定の期間毎に比較すれば実質的に同じである。例えば、図１Ｂに示される例では、一方の送信アンテナからＢ，Ａが順に送信され、他方のアンテナからＡ^＊，−Ｂ^＊が順に送信される。従って、ＴＴＩ毎に比較すれば、各アンテナは異なるシンボルを出力しているが、２ＴＴＩに含まれる内容を比較すると、いずれもシンボルＡ，Ｂに関する情報しか含んでいない。このような時空間符号化又は線形処理が、時空間符号化部３１７で行われる。

ＭＩＭＯ多重部３１２は、直並列変換部３１９を有する。直並列変換部３１９は、そこに入力されたデータ系列を、送信アンテナ数に合わせて複数のデータ系列を導出し、出力する。例えば、図１Ａに関して説明されたように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのようなシンボル系列が入力されると、Ａ，Ｂのデータ系列と、Ｃ，Ｄのデータ系列が導出される。

合成部３１４−１，２は、送信アンテナから送信される信号に、制御信号を必要に応じて合成する。合成は、時間多重、周波数多重又は符号多重の１以上により行われてもよい。

送信法制御部３１６は、送信アンテナ数Ｎ_ＴＸ、受信アンテナ数Ｎ_ＲＸ、受信ＳＩＲ及びフェージング相関値に基づいて、送信法を決定する。決定される内容には、送信に使用すべき変調方式及び符号化率が含まれる。更に、決定される内容には、送信機３００からの送信を、適応アレーアンテナ法、ＭＩＭＯダイバーシチ法又はＭＩＭＯ多重法の何れのマルチアンテナ伝送法で行うべきかが含まれる。受信ＳＩＲは、通信相手（典型的には移動局）の側で測定された受信信号品質の１例である。ＳＩＲだけでなく、適切ないかなるチャネル状態情報（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が使用されてもよい。フェージング相関値は、ある送信アンテナに関する無線伝搬路で受けるフェージングと、別の送信アンテナに関する無線伝搬路で受けるフェージングとの相関値を示す。フェージング相関値は、送信アンテナ各々に関する無線伝搬路の類似する度合いを表す。

制御情報送信部３２０は、制御チャネルで送信する信号を作成する。制御チャネルは、基地局を特定する情報その他の一般的な報知チャネルに加えて、送信法決定部３１６で決定された内容に関する情報が含まれる。この情報には、マルチアンテナ伝送法を特定する情報、変調方式や符号化率を特定する情報等が含まれる。制御チャネルは、複数の送信アンテナから送信されてもよいし、１つの送信アンテナからしか送信されなくてもよい。制御チャネルは、ビームフォーミングによる指向性ビームで送信されてもよいし、時空間符号化後に送信されてもよい。但し、制御チャネルは様々な環境の通信相手（移動局）と通信しなければならないので、なるべく固定的な送信法であることが望ましい。

記憶部３１８は、ＭＣＳテーブルを格納する。即ち、本実施例では、適応変調符号化（ＡＭＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄＣｏｄｉｎｇ）方式が採用され、変調方式及び符号化率が、逐次調整される。一般的なＡＭＣについては、図７，８を参照しながら後述される。本実施例におけるＭＣＳテーブルは、受信ＳＩＲと、変調方式及び符号化率の組み合わせだけでなく、その組み合わせとフェージング相関値との対応関係も含んでいる。本実施例におけるＭＣＳテーブルは、少なくとも３種類用意され、それらはビームフォーミング法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及びＭＩＭＯ多重法の各伝送法に関連する。後述されるように、送信法制御部３１６の選択肢に、これらのマルチアンテナ伝送法の組み合わせも含まれる場合は、そのような組み合わせの各々についてもＭＣＳテーブルが用意される。例えば、３つの伝送法に加えて、ＭＩＭＯ多重法とＭＩＭＯダイバーシチ法の組み合わせでデータ伝送が行われてもよい場合には、３種類のＭＣＳテーブルに加えて、その組み合わせに関するＭＣＳテーブルも用意され、全部で４つのＭＣＳテーブルが記憶部３１８に格納される。

図７は、一般的な適応変調符号化（ＡＭＣ）方式を説明するための概念図である。基地局からの送信電力が一定であったとすると、基地局１０に近い端末１１は、基地局１０から遠い端末１２よりも大きな電力で信号を受信できる。従って、端末１１に対するチャネル状態は良いことが推定されるので、変調多値数及び符号化率に大きな値が採用される。これに対して、端末１２は、端末１１よりも小さな電力でしか信号を受信できない。従って、端末１２に対するチャネル状態は良くないことが推定されるので、変調多値数及び符号化率に小さな値が採用される。

図８は、変調方式（変調多値数）と、チャネル符号化率との組み合わせの例を示す。図表中、右端の列は、変調方式ＭがＱＰＳＫ方式であってチャネル符号化率Ｒが１／３である場合のビットレートを１とした場合の相対的なビットレートを示す。例えば、Ｍ＝ＱＰＳＫ（２ビット／シンボル），Ｒ＝１／２ならば、１．５倍のビットレートが得られる。Ｍ＝１６ＱＡＭ（４ビット／シンボル），Ｒ＝１／２ならば、３倍のビットレートが得られる。一般に、ビットレートが大きくなると、信頼度は低くなる傾向がある。図示の例では、ＭＣＳ番号が増えるにつれて、ビットレートも増えるように番号が付されている。実際には、チャネル状態を表す量と、変調方式及び符号化率との組み合わせが一覧テーブルで予め定められており、チャネル状態に応じて、変調方式等が適宜変更される。受信ＳＩＲが良いほど、ＭＣＳ番号の大きい組み合わせが使用される。

次に、ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成について説明する。すなわち、図６を参照して説明したチャネル符号化部３０２、データ変調部３０４、ＭＩＭＯ多重部３１２の具体的構成について説明する。

ここでは、送信機３００が２本のアンテナを備える場合について説明するが、２本以上の場合についても同様である。また、ここでは、割り当てられた周波数帯域を２の周波数ブロックに分割する場合について説明するが２以上の周波数ブロックに分割して割り当てる場合についても同様である。

図９Ａ〜図９Ｄにおいて、ＰＤはパケットデータ、すなわちレイヤ２ＰＤＵ(L2PDU: Layer 2 Protocol Data Unit)であり、送りたいデータの１ブロックを示す。ＣＲＣは、ＣＲＣ付加部であり、チャネル符号化を行うときに、誤り検出符号を付加する。ＥＮＣは、符号化部であり、例えばターボ符号、畳み込み符号で符号化を行う。

ＲＭは、レートマッチング部であり、符号化率の変更を行う。例えば、ＲＭでは、符号化したビットの一部を抜くことにより符号化率を大きくしたり（パンクチャリング(puncturing)）、符号化したビットを何個かコピーして繰り返して送信することにより符号化率を下げたり（リピティション(repetition)）が行われる。また、ＲＭでは、Ｈ−ＡＲＱの処理が行われる。

ＭＯＤは、データ変調部であり、データ変調が行われる。例えば、ＭＯＤでは、伝搬状態に応じて、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの変調方式により変調処理を行う。また、ＭＯＤでは、拡散処理(spreading)とスクランブル処理(scrambling)も行われる。Ｓ／Ｐは、直並列変換部であり、直並列変換を行う。

最初に、アンテナと周波数ブロックとを区別しない場合について参照して説明する。

この場合、図９Ａに示すように、各アンテナで独立に適用変復調(AMC: Adaptive Modulation and channel Coding)処理が行われ（以下、アンテナ独立ＡＭＣと呼ぶ）、各アンテナで共通のＨＡＲＱ処理が行われる（以下、アンテナ共通ＨＡＲＱと呼ぶ）ように送信機が構成される（以下、構成Ａと呼ぶ）。

具体的には、この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＲＭと、ＲＭと接続されたＳ／Ｐと、アンテナ毎にＳ／Ｐにより直並列変換された信号が入力されるＭＯＤとを備える。

この送信機では、送信データは、ＣＲＣ付加部においてＣＲＣが付加され、ＥＮＣにおいてチャネル符号化が行われ、ＲＭで例えばＡＭＣで決定される所望の符号化率に変更され、Ｓ／Ｐでアンテナ数×周波数ブロック数、ここでは４の信号に分割され、分割された信号は各アンテナで独立にＭＯＤにおいて、ＡＭＣで決定される変調方式によりでマッピングが行われ、それぞれの周波数ブロック、アンテナから送信される。この送信機では、データ変調がＳ／Ｐ変換後に行われるため、アンテナ間で独立にＡＭＣを行うことができ、ＨＡＲＱは共通に行われる。しかし、ＲＭがＳ／Ｐの前にあるため、ＡＭＣのうち符号化率を変化させることはできない。

ＡＭＣに関しては、アンテナ毎にＡＭＣを行うことにより、現実におけるアンテナ間のレベル差、例えば受信電力の差に基づいた処理を行うことができるため、よい特性が得られる。また、このようにアンテナ毎のレート制御を変調のみで行うことにより、符号化単位がアンテナにまたがる場合に、よい特性が得られる。チャネル符号化したデータを複数のアンテナ、周波数ブロックにより送信する場合に、ＡＭＣで周波数ブロック、アンテナ毎に伝送レートを変化させる場合には、符号化率ではなく変調方式を変化させる方が、よい特性を得ることができる。

また、ＨＡＲＱに関しては、各アンテナで共通にＨＡＲＱ処理を行うことにより、ダイバーシチによりよい特性が得られる。

また、図９Ｂに示すように、各アンテナで共通に適用変復調処理が行われ（以下、アンテナ共通ＡＭＣと呼ぶ）、アンテナ共通ＨＡＲＱが行われるように送信機を構成するようにしてもよい（以下、構成Ｂと呼ぶ）。

具体的には、この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＲＭと、ＲＭと接続されたＭＯＤと、ＭＯＤを接続されたＳ／Ｐとを備える。

この送信機では、送信データは、ＣＲＣ付加部においてＣＲＣが付加され、ＥＮＣにおいてチャネル符号化が行われ、ＲＭで例えばＡＭＣで決定される所望の符号化率に変更され、ＭＯＤにおいて、ＡＭＣで決定される変調方式によりでマッピングが行われ、Ｓ／Ｐでアンテナ数×周波数ブロック数、ここでは４の信号に分割し、分割された信号はそれぞれの周波数ブロック、アンテナから送信される。この送信機では、アンテナ間で同様の変調方式、符号化率が適用される。

また、図９Ｃに示すように、各アンテナで独立に適用変復調処理が行われ（以下、アンテナ独立ＡＭＣと呼ぶ）、アンテナ共通ＨＡＲＱが行われるように送信機を構成するようにしてもよい（以下、構成Ｃと呼ぶ）。

具体的には、この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＳ／Ｐと、アンテナ毎にＳ／Ｐにより直並列変換された信号が入力されるＲＭと、ＲＭと接続されたＭＯＤとを備える。Ｓ／Ｐでは、アンテナ数×周波数ブロック数、ここでは４の信号に分割される。この送信機では、レートマッチングおよびデータ変調がＳ／Ｐ変換後に行われるため、ＨＡＲＱはアンテナ間で共通に行われ、ＡＭＣはアンテナ間で独立に行われる。

また、図９Ｄに示すように、アンテナ独立ＡＭＣ、アンテナ独立ＨＡＲＱが行われるように送信機を構成するようにしてもよい（以下、構成Ｄと呼ぶ）。

この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＲＭと、ＲＭと接続されたＭＯＤとを備える送信機を複数、すなわちアンテナ数×周波数ブロック分備える。この送信機では、ＨＡＲＱもアンテナ毎に行われる。

次に、アンテナ間は独立した送信ブロック（ＰＡＲＣ）を備え、周波数ブロックが下位レイヤに位置する場合について説明する。

この場合、図１０Ａに示すように、アンテナ独立ＡＭＣ、アンテナ独立ＨＡＲＱが行われるように送信機が構成される（以下、構成Ｅと呼ぶ）。この送信機では、周波数ブロックのサイズにしたがってレートマッチングが行われる。

具体的には、この送信機は、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＲＭと、ＲＭと接続されたＳ／Ｐと、周波数ブロック毎にＳ／Ｐにより直並列変換された信号が入力されるＭＯＤとからなる送信機をアンテナの数だけ備える。

この送信機では、各送信機において送信データは、ＣＲＣ付加部においてＣＲＣが付加され、ＥＮＣにおいてチャネル符号化が行われ、ＲＭで例えばＡＭＣで決定される所望の符号化率に変更され、Ｓ／Ｐで周波数ブロック数、ここでは２の信号に分割され、分割された信号毎にＭＯＤにおいて、ＡＭＣで決定される変調方式によりでマッピングが行われ、それぞれの周波数ブロックから送信される。

ＡＭＣに関しては、アンテナ毎にＡＭＣを行うことにより、現実におけるアンテナ間のレベル差、例えば受信電力の差に基づいた処理を行うことができるため、よい特性が得られる。また、このようにアンテナ毎のレート制御を変調のみで行うことにより、符号化単位がアンテナにまたがる場合に、よい特性が得られる。チャネル符号化したデータを複数のアンテナ、周波数ブロックにより送信する場合に、ＡＭＣで周波数ブロック、アンテナ毎に伝送レートを変化させる場合には、符号化率ではなく変調方式を変化させる方が、よい特性を得ることができる。

また、ＨＡＲＱに関しては、アンテナ共通にＨＡＲＱを行うことにより、ダイバーシチによりよい特性が得られる。実際には、マルチパスなどによりアンテナ毎の平均的なレベル差は大きくない。復号化器の点からはアンテナ独立ＨＡＲＱの方が望ましい。例えば、１００Ｍｂｐｓのデータを送信する場合について説明する。復号化器、例えばターボ復号化器が１台である場合には、この１台で１００Ｍｂｐｓの処理を行う必要がある。一方、復号化器が２台である場合には、２台で５０Ｍｂｐｓの処理を平行して行うことができる。２台で平行して処理を行う方が好ましい。

また、図１０Ｂに示すように、アンテナ独立ＡＭＣ、アンテナ独立ＨＡＲＱが行われるように送信機を構成するようにしてもよい（以下、構成Ｆと呼ぶ）。この送信機では、周波数ブロックが符号化されたシンボルに割り当てられた後にレートマッチングが行われる。

具体的には、この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＳ／Ｐと、周波数ブロック毎にＳ／Ｐにより直並列変換された信号が入力されるＲＭと、ＲＭと接続されたＭＯＤとを備える送信機をアンテナ数分備える。この送信機では、Ｓ／Ｐ後にレートマッチング、データ変調が行われる。

また、図１０Ｃに示すように、アンテナ独立ＡＭＣ、アンテナ独立ＨＡＲＱが行われるように送信機を構成するようにしてもよい（以下、構成Ｇと呼ぶ）。

具体的には、この送信機では、ＰＤが入力されるＣＲＣと、ＣＲＣと接続されたＥＮＣと、ＥＮＣと接続されたＲＭと、ＲＭと接続されたＭＯＤと、ＭＯＤと接続されたＳ／Ｐとからなる送信機をアンテナの数だけ備える。すなわち、図９Ａを参照して説明した送信機をアンテナの数分備えたものである。周波数ブロックに対しては同じＭＣＳを使用する。このようにすることによりシグナリングのビット数を減少させることができる。

図１１は、本発明の一実施例による受信機のブロック図を示す。この受信機は、典型的には移動局に設けられるが、別の装置に設けられてもよい。１例として、受信機は２つの送信アンテナを有するが、適切ないかなる本数の受信アンテナが備わっていてもよい。受信機１０００は、制御チャネル復調部１００２と、切替器１００４−１，２，１００６と、ビームフォーミング用受信部１００８と、ＭＩＭＯダイバーシチ用受信部１０１０と、ＭＩＭＯ多重用受信部１０１２と、チャネル復号部１０１４と、チャネル推定器１０１６と、受信品質測定部（受信ＳＩＲ測定部）１０１８と、フェージング相関測定部１０２０と、制御情報送信部１０２２とを有する。

制御チャネル復調部１００２は、受信アンテナで受信された制御チャネルを復調し、複数のマルチアンテナ伝送法の内のどの伝送法で通信すべきか、変調方式は何であるか、符号化率は何であるか等の情報を見出す。

切替器１００４−１，２は、制御チャネル復調部１００２で見出されたマルチアンテナ伝送法に従って、各アンテナで受信した信号を、ビームフォーミング用受信部１００８、ＭＩＭＯダイバーシチ用受信部１０１０又はＭＩＭＯ多重用受信部１０１２に与える。切替器１００６は、各受信部からの出力をチャネル復号部１０１４に与える。

ビームフォーミング用受信部１００８は、最大比合成部１０１１と、データ復調部１０１３とを有する。最大比合成部１０１１は、各アンテナで受信された信号を、利得が最大になるように合成する。本実施例では最大比合成が使用されるが、当該技術分野で周知の適切ないかなる他の合成法等が使用されてもよい。例えば、より良好な品質を示す一方のアンテナからの信号を選択し、他方が破棄されてもよい。データ復調部１０１３は、指定された変調方式及び符号化率に従って、データを復調し、出力する。

ＭＩＭＯダイバーシチ用受信部１０１０は、時空間復号化部１０１５と、データ復調部１０１７とを有する。時空間復号化部１０１５は、そこに入力された複数のデータ系列から、１つのデータ系列を導出し、出力する。時空間復号化部１０１５では、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）に対する復号化が行われる。例えば、図１Ｂに示される例では、最初のＴＴＩでＲ_１＝Ｂ＋Ａ^＊が受信され、次のＴＴＩでＲ_２＝Ａ−Ｂ^＊が受信される。従って、（Ｒ_１ ^＊＋Ｒ_２）／２及び（Ｒ_１＋Ｒ_２ ^＊）／２を算出することで、送信されたシンボルＡ，Ｂを導出することができる。このような時空間復号化又は線形処理が、時空間復号化部１０１５で行われる。データ復調部１０１７は、指定された変調方式及び符号化率に従って、データを復調し、出力する。

ＭＩＭＯ多重用受信部１０１２は、信号分離部１０１９を有し、ＭＩＭＯ多重法で伝送された信号を、適切な信号分離法で分離し、復調する。信号分離法には、例えばブラスト（ＢＬＡＳＴ）法、ＭＭＳＥ法、ＭＬＤ法等が使用されてもよい。

チャネル復号部１０１４は、復調されたデータに対して誤り訂正復号化を行い、出力する。

チャネル推定器１０１６は、受信アンテナ毎にチャネル推定を行い、チャネル推定値を出力する。チャネル推定値は、最大比合成部１０１１、時空間復号化部１０１５及び信号分離部１０１９等の各受信部に与えられる。

受信品質測定部１０１８は、受信信号の品質（本実施例ではＳＩＲ）をアンテナ毎に測定し、受信ＳＩＲとして出力する。

フェージング相関測定部１０２０は、受信信号に基づいてフェージング相関値を測定する。フェージング相関値は、送信アンテナ各々に関する無線伝搬路の類似する度合いを表す。例えば、２つの無線伝搬路で同様なフェージングが観測されるならば、フェージング相関値は１に近い値になり、それらが類似していることを示す。逆に、２つの無線伝搬路で全く異なるフェージングが観測されるならば、フェージング相関値は０に近い値になり、それらが類似していないことを示す。

制御情報送信部１０２２は、受信ＳＩＲ及びフェージング相関値を含む制御チャネルを作成し、それらを送信機に報告する。制御チャネルには、必要に応じて受信機の受信アンテナ数Ｎ_ＲＸが含まれる。

次に、ＭＩＭＯ伝送時の制御チャネルの伝送方法について説明する。

最初に、ＭＩＭＯ伝送時に必要な制御ビット、すなわち制御チャネルのビット構成について、図１２〜図１５を参照して説明する。

最初に、ＭＩＭＯ伝送、すなわちＭＩＭＯ多重およびＭＩＭＯダイバーシチが選択された場合に送信される制御ビットについて説明する。

ＭＩＭＯ多重およびＭＩＭＯダイバーシチが選択された場合には、送信アンテナ番号を示す情報およびＭＩＭＯ伝送方法の種別を示す情報が共有制御チャネルで送信される。

送信アンテナ番号を示す情報には、送信アンテナ数も含まれる。例えば基地局が４本のアンテナを備える場合に、送信アンテナ数を１、２、３、４から選択する場合には、その組み合わせにより表され、４＋６＋４＋１＝１５種類の情報が必要である。すなわち、４ビット必要である。

ＭＩＭＯ伝送方法の種別を示す情報には、例えばＭＩＭＯ多重、ＭＩＭＯダイバーシチ、アダプティブビームフォーミングを示す情報の３種類の情報が必要であるため、２ビット必要である。通信開始時に決定するだけであれば、共有制御チャネルで送信する必要はない。

また、ＭＩＭＯ多重時において、周波数ブロックを割り当てる場合には、全アンテナにおいて、共通する周波数帯域の周波数ブロックは同一ユーザに割り当てる方が望ましい。このようにすることにより、割り当てられた周波数ブロックを示す周波数ブロック割り当て情報用制御ビットのビット数を増やさないですむ。また、共通する周波数帯域の周波数ブロックを異なるユーザに割り当てた場合には、ＭＭＳＥ受信以外では、特性が劣化してしまい、他ユーザ向けの送信信号の信号検出精度が劣化する。また、受信機側において、自受信機に送信された信号の復調を行うために、他ユーザの受信信号も復調する必要があるため処理が複雑になる。

以下、全アンテナにおいて、共通する周波数帯域の周波数ブロックを同一ユーザに割り当てる場合に必要とされる制御ビットについて、スケジューリングに必要な制御ビットと適応変復調・チャネル符号化に必要な制御ビットに分けて説明する。

本実施例においては、１アンテナ伝送の場合、ＭＩＭＯ多重を行う場合（構成Ａ、構成Ｆ）の場合について説明する。

最初にスケジューリングに必要な制御ビットについて、図１２を参照して説明する。

スケジューリングに必要な制御ビットには、ユーザＩＤなど、割り当てた受信機、例えばユーザ番号情報を示すUE identityと、周波数割り当て情報とがある。

送信側はUE identityをCRCに畳み込み、受信側はCRCを復号し、復号できることにより、自受信機宛であることを確認する。したがって、UE identityに必要な制御ビット数は、１アンテナ伝送の場合、ＭＩＭＯ多重を行う場合ともに０となる。

周波数ブロック割り当て情報に必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれＮ_ｕｓｅｒ×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}、Ｎ_ｕｓｅｒ×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}およびＮ_ｕｓｅｒ×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}となる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数、Ｎ_ｕｓｅｒは１フレーム中に多重する最大ユーザ数である。

次に、適応変復調・チャネル符号化に必要な制御ビットについて、図１３を参照して説明する。

ＭＩＭＯで伝送時に必要な制御ビットとしては、ＡＭＣ用ビット、ＨＡＲＱ用ビット、スケジューリング用ビット、ＭＩＭＯ用ＣＱＩがある。

ＡＭＣ用ビットは、使用している変調法・チャネル符号化率の情報、ＭＩＭＯ伝送法などを示す情報であり、１０−２０ビット／ユニット程度である。ＡＭＣ用ビットは、送信アンテナ毎、送信アンテナ共通および送信アンテナグループ毎のいずれか１つの方法により送信される。送信アンテナ共通で送信される場合には１ユニット／フレーム、送信アンテナ独立で送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレーム、送信アンテナグループ毎に送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレームである。ここで、送信アンテナ独立で送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナ数であり、送信アンテナグループ毎に送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナグループ数である。

具体的には、図１４に示すように、ＡＭＣ用ビットは変調スキーム情報およびトランスポートブロックサイズ情報により構成される。

変調スキーム情報は、データ変調、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭおよび６４ＱＡＭを示す情報である。変調スキーム情報に必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれ２×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}、２×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔおよび２×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔとなる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数である。すなわち、ＭＩＭＯ多重時には、１アンテナ時のアンテナ数倍になる。

トランスポートブロックサイズ情報、例えば符号化率を示す情報により構成され、必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれ８×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}、８×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}および８×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔとなる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数である。すなわち、ＭＩＭＯ多重時には、構成Ａの場合には１アンテナ時と同じであり、構成Ｆの場合には１アンテナ時のアンテナ数倍となる。

ＨＡＲＱ用ビットは、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ、再送パケットか否か、再送パケットの送信パターン情報などを示す情報であり、７ビット程度である。ＨＡＲＱ用ビットは、送信アンテナ毎、送信アンテナ共通および送信アンテナグループ毎のいずれか１つの方法により送信される。送信アンテナ共通で送信される場合には１ユニット／フレーム、送信アンテナ独立で送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレーム、送信アンテナグループ毎に送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレームである。ここで、送信アンテナ独立で送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナ数であり、送信アンテナグループ毎に送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナグループ数である。

具体的には、図１５に示すように、ＨＡＲＱ用ビットは、ＨＡＲＱプロセス情報(Hybrid-ARQ process information)、冗長(Redundancy)バージョンとコンスタレーションバージョン、および新規データを示す情報(New data indicator)により構成される。

ＨＡＲＱプロセス情報は、Ｎチャネル ストップ アンド ウエイトのプロセス番号である。例えばＲＴＴ＝６ＴＴＩである場合には、３ｂｉｔ必要となる。

ＨＡＲＱプロセス情報に必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれ３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}、３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}および３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔとなる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数である。すなわち、ＭＩＭＯ多重時には、構成Ａの場合には１アンテナ時と同じであり、構成Ｆの場合には１アンテナ時のアンテナ数倍となる。

冗長バージョンとコンスタレーションバージョンを示す情報は、コンスタレーションパターンとして、コンスタレーションリアレンジメント用に４種類とパンクチャパターン用に４種類であり、合計１６種類のうちの８種類が適用される。したがって、３ビット必要である。

冗長バージョンとコンスタレーションバージョンを示す情報に必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれ３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}、３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}および３×Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔとなる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数である。すなわち、ＭＩＭＯ多重時には、構成Ａの場合には１アンテナ時と同じであり、構成Ｆの場合には１アンテナ時のアンテナ数倍となる。

新規データを示す情報は、新規もしくは再送パケットであることを示す情報であり、ＡＣＫ／ＮＡＣＫビット誤りを考慮し、間違った合成を行わないための情報である。この新規データを示す情報には、１ビット必要である。

新規データを示す情報に必要とされるビット数は、１アンテナ伝送、ＭＩＭＯ多重（構成Ａ）およびＭＩＭＯ多重（構成Ｆ）に対して、それぞれＮ_{ｃｈｕｎｋ}、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}およびＮ_{ｃｈｕｎｋ}×Ｎ_ａｎｔとなる。ここで、Ｎ_{ｃｈｕｎｋ}は１フレーム中の周波数ブロック数である。すなわち、ＭＩＭＯ多重時には、構成Ａの場合には１アンテナ時と同じであり、構成Ｆの場合には１アンテナ時のアンテナ数倍となる。

スケジューリング用ビットは、上述したように誰に割り当てられているかを示す情報であり、１０ビット程度である。スケジューリング用ビットは、送信アンテナ毎、送信アンテナ共通および送信アンテナグループ毎のいずれか１つの方法により送信される。送信アンテナ共通で送信される場合には１ユニット／フレーム、送信アンテナ独立で送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレーム、送信アンテナグループ毎に送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレームである。ここで、送信アンテナ独立で送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナ数であり、送信アンテナグループ毎に送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナグループ数である。

ＭＩＭＯ用のＣＱＩは、ＡＭＣ、アンテナの切り替え制御用のチャネル状態フィードバック情報を示す情報であり、７ビット程度である。ＭＩＭＯ用のＣＱＩは、例えばアンテナ毎のＳＩＲ、フェージング相関などを示す。ＭＩＭＯ用のＣＱＩは、送信アンテナ毎、送信アンテナ共通および送信アンテナグループ毎のいずれか１つの方法により送信される。送信アンテナ共通で送信される場合には１ユニット／フレーム、送信アンテナ独立で送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレーム、送信アンテナグループ毎に送信される場合にはＮ_ａｎｔユニット／フレームである。ここで、送信アンテナ独立で送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナ数であり、送信アンテナグループ毎に送信される場合のＮ_ａｎｔは送信アンテナグループ数である。

つぎに、ＭＩＭＯ多重時におけるＡＭＣ、ＣＱＩビット数削減方法について、図１６Ａから図１６Ｃを参照して説明する。

各アンテナに対する各サブフレームまたはフレームにおける各周波数ブロックのＣＱＩ情報は、上り制御チャネルにより基地局にフィードバックされる。

制御情報送信部３２０は、時間、周波数、アンテナ間において、ＣＱＩビットを間引くことにより、ＣＱＩビット数を削減する。アンテナ、周波数ブロックおよびサブフレームをグループ化し、グループ内では１つだけＣＱＩビットがフィードバックされる。この場合、アンテナ間、周波数および時間におけるＣＱＩビットの平均値が通知される。

ここでは、アンテナをグループ化してＣＱＩビットを削減する方法について説明するが、時間、周波数ブロックをグループ化する場合についても同様である。また、これらのグループ化を組み合わせるようにしてもよい。

この場合、グループ化するアンテナを固定する場合（固定のグループ化）と、グループ化するアンテナを適応的に変更する場合（適応的なグループ化）とがある。

固定のグループ化の場合および適応的なグループ化の場合に、各グループの平均的なＣＱＩを報告するようにしてもよいし、選択したグループ内の各アンテナのＣＱＩを報告するようにしてもよい。

ここでは、送信機３００が４アンテナを備え、これらのアンテナを２グループに分ける場合について、図１６Ｂを参照して説明する。

例えば、Ａｎｔｅｎｎａ１、Ａｎｔｅｎｎａ２、Ａｎｔｅｎｎａ３およびＡｎｔｅｎｎａ４を備える送信機において、送信アンテナを固定的にグループ化する。

送信アンテナを固定的にグループ化する場合には、例えばグループ１としてＡｎｔｅｎｎａ１と２、グループ２としてＡｎｔｅｎｎａ３と４をグループ化する。

制御情報送信部３２０は、グループ１とグループ２の平均ＣＱＩを比較し、平均ＣＱＩが大きい方のグループの２つのアンテナのＣＱＩを報告する。

このようにすることにより、グループ化情報を送信する必要がない。

次に、適応的なグループ化を行う場合、例えば、チャネル状態に基づいてグループ化する場合には、チャネル状態のよい順にＮ（＜４）個のアンテナのＣＱＩを報告する。

また、グループ化せずに、受信品質のよい周波数ブロックを合成し送信するようにしてもよい。

ここで、アンテナ間のグループ化について説明する。

制御情報送信部３２０は、送信アンテナをグループ化し、アンテナ毎のＡＭＣおよびＨＡＲＱ処理のうち少なくとも一方をまとめることにより制御ビット数を減少させるようにしてもよい。また、制御情報送信部３２０は、送信アンテナのグループを選択することにより、まとめて処理することによる特性劣化を低減する。

例えば、送信機３００が４アンテナを備え、これらのアンテナを２グループに分ける場合について、図１６Ｃを参照して説明する。

例えば、Ａｎｔｅｎｎａ１、Ａｎｔｅｎｎａ２、Ａｎｔｅｎｎａ３およびＡｎｔｅｎｎａ４を備える送信機において、送信アンテナを固定的にグループ化する。また、適応的にグループ化するようにしてもよい。例えば、適応的にグループ化する場合として、チャネル状態に基づいてグループ化してもよい。

送信アンテナを固定的にグループ化する場合には、例えばグループ１としてＡｎｔｅｎｎａ１と２、グループ２としてＡｎｔｅｎｎａ３と４をグループ化する。このようにすることにより、受信機１０００にグループ化情報を送信しないで、グループ化して送信することができる。

チャネル状態に基づいてグループ化する場合には、Ａｎｔｅｎｎａ２、Ａｎｔｅｎｎａ３、Ａｎｔｅｎｎａ１、Ａｎｔｅｎｎａ４の順にチャネル状態がよい場合、グループ１としてＡｎｔｅｎｎａ２と３、グループ２としてＡｎｔｅｎｎａ１と４とする場合、グループ１としてＡｎｔｅｎｎａ２、グループ２としてＡｎｔｅｎｎａ１と３と４とする場合、グループ１としてＡｎｔｅｎｎａ１と２と３、グループ２としてＡｎｔｅｎｎａ４とする場合が考えられる。例えば、チャネル状態の閾値を予め設定しておき、この閾値との比較することによりグループ化を行う。このようにすることにより、チャネル状態に基づいて、グループ化を行っているため、伝送品質を改善することができる。

また、制御情報送信部３２０は、ＭＩＭＯ多重時におけるＡＭＣ、ＣＱＩビット数を削減するために、差分情報を通知するようにしてもよい。

アンテナ毎のＡＭＣ情報、ＣＱＩ情報について、アンテナ間では、それほど大きな差がない。このため、制御情報送信部３２０は、アンテナ毎に絶対値情報を送るのではなく、基準アンテナを予め決めておき、この基準アンテナの絶対値情報と他のアンテナについては、基準アンテナに対する差分情報を送信する。このようにすることにより、送信する制御ビット数を低減できる。

例えば、４アンテナを備える送信機が、アンテナで独立して、ＡＭＣ情報を送信する場合について、図１７を参照して説明する。ここでは、一例として、ＭＣＳの数が１６である場合について説明する。

ＭＣＳ数が１６であるので、絶対情報を送信するには４ビットが必要である。すなわち、絶対情報を送信する場合には、４ビット×４アンテナ＝１６ビット必要である。

差分情報を通知する場合には、差分情報の送信に必要なビット数を２ビットとすると、４ビット＋２ビット×３アンテナ＝１０ビット必要である。

したがって、絶対情報を送信する場合と比較して、差分情報を送信する場合には４ビットの削減ができる。

ここでは、ＡＭＣ情報を送信する場合について説明したが、ＭＣＳ、ＣＱＩについても同様である。

次に、複数の送信アンテナを用いた制御チャネル送信方法について説明する。

制御情報送信部３２０は、図１８Ａに示すように、制御情報を、１アンテナを用いて送信する。この場合、制御情報送信部３２０は、制御情報を合成部３１４−１に入力する。その結果、制御情報は送信アンテナ１から送信される。このようにすることにより、送信アンテナ数の異なる端末が共通の送信法を用いるため、システム、例えば送信機の構成が容易である。また、受信機１０００の受信アンテナが複数である場合でも構成が容易である。

また、制御情報送信部３２０は、図１８Ｂに示すように、制御情報を、２アンテナを用いて送信するようにしてもよい。この場合、制御情報送信部３２０は、制御情報をコピーし、合成部３１４−１および３１４−２に入力する。その結果、制御情報は送信アンテナ１および２から送信される。このようにすることにより、システム、例えば送信機の構成が容易である。また、受信側では、２送信アンテナからのパイロットチャネルを認識した上で、チャネル推定を行い、合成受信信号の位相を検出する。例えば、受信側は同期検波を行う。また、また、図１８Ａを参照して説明した方法と比較して、２アンテナからの送信なのでアンテナ毎の送信電力を小さくできる。また、トータルの送信電力を大きくできる。すなわち、１アンテナで送信する場合よりも送信電力を上げることができる。

また、制御情報送信部３２０は、図１８Ｃに示すように、制御情報を、２アンテナを用いて、ＭＩＭＯダイバーシチにより送信するようにしてもよい。このようにすることにより、送信ダイバーシチ効果を得ることができる。また、図１８Ａを参照して説明した方法と比較して、アンテナ毎の送信電力を小さくできる。

また、制御情報送信部３２０は、図１８Ｄに示すように、制御情報を、２アンテナを用いて、ＭＩＭＯ多重により送信するようにしてもよい。このようにすることにより、情報ビットレートを送信アンテナ数倍に増大させることができる。また、周波数利用効率を改善することができる。また、図１８Ａを参照して説明した方法と比較して、アンテナ毎の送信電力を小さくできる。

次に、上述した複数の送信アンテナを用いた制御チャネル送信方法において、以下示す伝送方法により、制御情報がアンテナから送信される。

制御情報送信部３２０は、図１９Ａに示すように、１フレーム内で全てのアンテナ用の情報を送信するように制御する。また、制御情報送信部３２０は、１スロット内で全てのアンテナ用の情報を送信するように制御するようにしてもよい。このようにすることにより、複数アンテナにより制御情報を送信する場合においても、制御遅延の増大を防ぐことができる。

また、制御情報送信部３２０は、図１９Ｂに示すように、１フレーム毎に異なるアンテナ用の情報を順番に送信するように制御するようにしてもよい。また、制御情報送信部３２０は、１スロット毎に異なるアンテナ用の情報を順番に送信するように制御するようにしてもよい。このようにすることにより、１アンテナで送信する場合と同様の制御チャネル構成を使用できる。すなわち、アンテナ数の異なる端末毎に制御チャネル構成を切り替える必要がなくなる。また、制御ビットを小さくできる。

上述した制御チャネル送信方法は、図４Ａを参照して説明した送信アンテナ毎に異なるデータを送信する場合、および図４Ｂを参照して説明した送信ビーム毎に異なるデータを送信する場合のいずれにも適用できる。

図２０は、マルチアンテナシステムで行われる、本発明の一実施例による方法の概要を示す。説明の便宜上、送信機は基地局であり、受信機は移動局であるとするが、本発明は必ずしもそのような形式に限定されない。ステップ６０２では、受信機から送信機に受信アンテナ数Ｎ_ＲＸが報告される。受信アンテナ数Ｎ_ＲＸは、送信機に頻繁に送信する必要はなく、通信中に１度報告されればよい。例えば、受信機に関する無線通信リンクの設立時に１度報告されてもよい。送信機は、受信した受信アンテナ数Ｎ_ＲＸと、自身の送信アンテナ数Ｎ_ＴＸとを知ることで、送信に相応しいアンテナ数を導出することができる。例えば、ＭＩＭＯ多重法が行われるならば、送信アンテナ数Ｎ_ＴＸ及び受信アンテナ数Ｎ_ＲＸのうちの小さい方で送信が行われる必要がある。ＭＩＭＯダイバーシチ法又は適応アレーアンテナ法が行われるならば、Ｎ_ＴＸ個の送信アンテナをそのまま使用することができる。

ステップ６０４では、送信機は、受信機から制御チャネルを受信する。制御チャネルには、少なくとも、受信機における受信信号品質（本実施例では、受信ＳＩＲ）と、フェージング相関値とを含む。ステップ６０４では、受信ＳＩＲ及びフェージング相関値に基づいて、送信法が決定される。上述したように、決定される内容には、送信機３００からの送信をどのマルチアンテナ伝送法（適応アレーアンテナ法、ＭＩＭＯダイバーシチ法又はＭＩＭＯ多重法）で行うべきかが含まれる。

図２１は、受信ＳＩＲ、フェージング相関値及びマルチアンテナ伝送法の対応関係を模式的に示す。縦軸は受信ＳＩＲを示し、横軸はフェージング相関値を示す。概して、受信ＳＩＲが大きい場合は、無線伝搬路の状態が良いので、ＭＩＭＯ多重法でビットレートを増やすことが望ましい。逆に、受信ＳＩＲが小さい場合は、無線伝搬路の状況が悪いので、信頼度を増すマルチアンテナ伝送法が望ましく、それにはＭＩＭＯダイバーシチ法や適応アレーアンテナ法が利用されてもよい。一方、フェージング相関が小さい場合は、送信アンテナ各々に関する無線伝搬路は類似していないので、各無線伝搬路を独立に使用するマルチアンテナ伝送法が望ましい。そのような伝送法として、ＭＩＭＯ多重法やＭＩＭＯダイバーシチ法が使用されてもよい。逆に、フェージング相関が大きい場合は、送信アンテナ各々に関する無線伝搬路は類似しているので、適応アレーアンテナ法が望ましい。図８では更に、ＭＩＭＯ多重法が望ましい領域と、ＭＩＭＯダイバーシチ法が望ましい領域の間に、双方を組み合わせる領域が用意されている。また、ＭＩＭＯ多重法が望ましい領域と、適応アレーアンテナ法が望ましい領域の間に、双方を組み合わせる領域も用意されている。

なお、縦軸に受信ＳＩＲが示されているが、縦軸に基地局から送信するビットレートが関連付けられてもよい。例えば、低ビットレート（２ビット／秒／Ｈｚ以下）範囲に、ＭＩＭＯダイバーシチ法又は適応アレーアンテナ法を関連付け、高ビットレート（５ビット／秒／Ｈｚ以上）の範囲に、ＭＩＭＯ多重法が関連付けられてもよい。中ビットレート（４−５ビット／秒／Ｈｚ以下）の範囲に、組み合わせによる伝送法が関連付けられてもよい。例えば、図２Ａの例では、９０Ｍｂｐｓ／１００ＭＨｚ＝０．９ビット／秒／Ｈｚの情報ビットが送信され、これは低ビットレートに属するので、ＭＩＭＯダイバーシチ又は適応アレーアンテナ法が導出される。

図２２は、主にフェージング相関の大小に依存して、マルチアンテナ伝送法を変更する様子を模式的に示す。フェージング相関が小さい場合（０に近い場合）は、送信アンテナ毎の無線伝搬路が互いに非類似であるので、ＭＩＭＯダイバーシチやＭＩＭＯ多重法が使用される。逆に、フェージング相関が大きい場合（１に近い場合）は、送信アンテナ毎の無線伝搬路が互いに類似するので、適応アレーアンテナ法が使用される。各送信アンテナ毎の無線伝搬路の類否は、アンテナ間隔だけでなく、送信機及び受信機間の距離やその他の環境のパラメータに依存して相対的に決定される。例えば、ある送信機のアンテナ間隔が１／２波長程度に互いに離れていたとする。この場合に、屋内環境下の受信機との間では、図２１上側に示されるように、各無線伝搬路が互いに類似しておらず、ＭＩＭＯ方式が使用されるかもしれない。しかしながら、屋外環境下の遠方の受信機との間では、図２１下側に示されるように、各無線伝搬路が互いに類似し、適応アレーアンテナ法が使用されるかもしれない。

図２３は、図２１に示されるようなマルチアンテナ伝送法の切り替えに使用されるテーブルの一例を示す。ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法の伝送法の各々についてテーブルが用意されている。どのテーブルも、受信ＳＩＲの値と、フェージング相関の値と、ＭＣＳ番号との対応関係を定める。ＭＣＳ番号は、図８に示されるような変調方式及び符号化率の組み合わせに対応する。上述したように、ＭＣＳ番号が増えるほど、信頼性が低くなり、ビットレートが高くなる。図２３に示されるどのテーブルでも、受信ＳＩＲが高くなるにつれて、ＭＣＳ番号も大きくなっている。受信ＳＩＲが高ければ、無線伝搬路の状態は良好であるので、ビットレートを大きくしても良好に通信できるからである。ＭＩＭＯ多重及びＭＩＭＯダイバーシチ用のテーブルでは、概して、フェージング相関が低い場合にＭＣＳ番号は大きく、フェージング相関が高い場合にＭＣＳ番号は小さくなっている。フェージング相関が低ければ、アンテナ毎の無線伝搬路は互いに類似していないので、空間を多様に使用でき、ＭＩＭＯ方式による多重化やダイバーシチが望ましいからである。逆に、フェージング相関が高ければ、各無線伝搬路は互いに類似しているので、ＭＩＭＯ方式による多重化やダイバーシチの効果は充分に発揮できない。適応アレーアンテナ用のテーブルでは、フェージング相関が高い場合にＭＣＳ番号が大きい。各無線伝搬路が互いに類似しているほど、指向性ビームを形成する適応アレーアンテナ法が望ましいからである。このテーブルでは、フェージング相関が低い場合にＭＣＳ番号は小さい。各無線伝搬路は互いに類似しておらず、ビームフォーミングでアンテナ利得を向上させにくくなるからである。

図２０のステップ６０４では、送信機は、図６の送信法制御部３１６を用いて、受信機から通知された受信ＳＩＲ及びフェージング相関値に基づいて、マルチアンテナ伝送法及びＭＣＳ番号を選択する。図２３に示される１つのテーブルに対して、受信ＳＩＲ及びフェージング相関を参照することで１つのＭＣＳ番号が導出され、３つのテーブルから３つのＭＣＳ番号が導出される。導出されたＭＣＳ番号に基づいて、最も大きなビットレートになるマルチアンテナ伝送法を、送信機は選択する。ビットレートは、ＭＩＭＯダイバーシチ法及びビームフォーミング法については、ＭＣＳ番号で特定される変調方式及びチャネル符号化率から導出されるビットレートであるが、ＭＩＭＯ多重法についてはＭＣＳ番号から導出されるビットレートに送信アンテナ数Ｎ_ＴＸを乗じたものである。例えば、ある受信ＳＩＲ及びフェージング相関値が送信機に通知され、ＭＩＭＯ多重用のテーブルからＭＣＳ２が導出され、ＭＩＭＯダイバーシチ用のテーブルからＭＣＳ３が導出され、ビームフォーミング用のテーブルからＭＣＳ２が導出されたとする。この場合、ビットレートはそれぞれＲ_２×Ｎ_ＴＸ，Ｒ_３及びＲ_２になる（但し、Ｒ_２はＭＣＳ２から導出されるビットレートであり、Ｒ_３はＭＣＳ２から導出されるビットレートであるとする。）。Ｒ_２×Ｎ_ＴＸ＞Ｒ_３＞Ｒ_２であったとすると、送信機は、より大きなビットレートに関連するＭＩＭＯ多重法を伝送法として選択し、ＭＣＳ２に対応する変調方式及び符号化率（ＱＰＳＫ，１／２）が選択される。なお、ＭＩＭＯ多重用とそれ以外のテーブルから同じビットレートが導出された場合は、信頼性を向上させる観点から、ＭＩＭＯ多重以外の伝送法が採用されてもよい。また、送信法制御部３１６は、ＭＩＭＯ多重法が採用された場合に、割り当てられた周波数帯域を複数の周波数ブロックに分割し、該周波数ブロックを単位として各ユーザに割り当てるようにしてもよい。

図２０に示されるステップ６０６では、選択されたＭＣＳ番号（又はその内容）及びマルチアンテナ伝送法が受信機に通知される。この通知は、例えば下りリンクの報知チャネルのような何らかの制御チャネルを通じて行うことができる。制御チャネルは、図６の制御情報送信部３２０で作成され、合成部３１４−１及び／又は３１４−２でデータチャネルに多重化され、送信される。受信機は、通知されたマルチアンテナ伝送法及びＭＣＳ（変調方式及び符号化率）に従って、データチャネルを復調する。制御チャネルは、ただ１つのアンテナから送信されてもよい。送信されるデータチャネルは、図６の送信法制御部３１６で選択された符号化率に従って符号化され（３０２）、選択された変調方式に従って変調される（３０４）。更に、データチャネルは、ビームフォーミング部３０８、ＭＩＭＯダイバーシチ部３１０又はＭＩＭＯ多重部３１２の何れかに与えられ、選択されたマルチアンテナ伝送法に関する処理が行われ、各アンテナに出力される。

以後、ステップ６０４及びステップ６０６に関する動作が更に行われる。ステップ６０４におけるマルチアンテナ伝送法を切り換える頻度と、ＭＣＳ番号を切り換える頻度は、同一でもよいし、異なっていてもよい。受信機から送信機への受信ＳＩＲを報告する頻度と、フェージング相関値を報告する頻度も、同一でもよいし、異なっていてもよい。フェージング相関の変動は、受信ＳＩＲの変動に比べて緩慢であることが多いので、フェージング相関を報告する頻度が減らされてもよい。

本実施例では、フェージング相関値は受信機で測定され、測定値が送信機に報告されていた。しかしながら、送受信に時分割二重化（ＴＤＤ）方式が使用される場合（送信機から受信機への回線で使用される周波数と、逆方向の回線で使用される周波数が同じである場合）や、一方の回線の状態が他方の（逆方向の）回線の状態で近似できる等の場合には、送信機側でフェージング相関値が測定されてもよい。この場合には、図２３に示されるフェージング相関測定部１０２０が、図６に示される送信機に設けられ、その出力が送信法制御部３１６に入力される必要がある。但し、送信機から受信機へ向かう回線の状態を正確に測定する観点からは、受信機でフェージング相関値を測定し、それを送信機にフィードバックすることが望ましい。

実施例１では、典型的には基地局である送信機３００が、通信に使用すべきマルチアンテナ伝送法を決定し、典型的には移動局である受信機１０００に通知していた。しかし、マルチアンテナ伝送法の決定が受信機１０００で行われ、送信機３００に通知されてもよい。

図２４は、そのような本発明の一実施例による方法の概要を示す図である。ステップ１１０２では、送信機から受信機に送信アンテナ数Ｎ_ＴＸが報告される。送信アンテナ数Ｎ_ＴＸは、受信機に頻繁に送信する必要はなく、通信中に１度報告されればよい。例えば、受信機に関する無線通信リンクの設立時に１度報告されてもよい。受信機は、受信した受信アンテナ数Ｎ_ＴＸと、自身の受信アンテナ数Ｎ_ＲＸとを知ることで、送信に相応しいアンテナ数を導出することができる。例えば、ＭＩＭＯ多重法が行われるならば、送信アンテナ数Ｎ_ＴＸ及び受信アンテナ数Ｎ_ＲＸのうちの小さい方で送信が行われる必要がある。ＭＩＭＯダイバーシチ法又は適応アレーアンテナ法が行われるならば、Ｎ_ＴＸ個の送信アンテナをそのまま使用することができる。

ステップ１１０４では、受信機は、送信機に制御チャネルを送信する。制御チャネルには、少なくとも、選択されたマルチアンテナ伝送法及びＭＣＳ番号を含む。ステップ１１０４では、受信ＳＩＲ及びフェージング相関値に基づいて、マルチアンテナ伝送法及びＭＣＳ番号が、受信機で決定される。本実施例では、図８や２３で説明されたようなテーブルが、受信機１０００の何らかの記憶部に格納されている必要がある。伝送法やＭＣＳ番号の決定法は、説明済みの手法と同様であるため、重複的な説明は省略される。

ステップ１１０６では、送信機はデータチャネル及び制御チャネルを受信機に送信する。データチャネルの伝送に使用したＭＣＳ番号及びマルチアンテナ伝送法は、受信機に通知される。受信機は、通知されたマルチアンテナ伝送法及びＭＣＳ（変調方式及び符号化率）に従って、データチャネルを復調する。

実施例１，２では、３つのマルチアンテナ伝送法の内、最適な１つの伝送法が送信機又は受信機で選択された。しかしながら、伝送法の選択肢は、２つに減らしてよいのはもちろんのこと、３つ以上に増やされてもよい。例えば、ＭＩＭＯ多重法とＭＩＭＯダイバーシチ法の組み合わせ（ハイブリッドと呼んでもよい）や、ＭＩＭＯ多重法とビームフォーミング法の組み合わせが、伝送法の選択肢に加えられてもよい。但し、そのような選択肢についても、図２３に示されるようなＭＣＳテーブルが別途用意される必要がある。

図２５は、ＭＩＭＯ多重方式とＭＩＭＯダイバーシチ方式を結合させた方式の概念図を示す。図２５には、データ変調部７０２と、直並列変換部７０４と、第１，第２の時空間符号化部（送信ダイバーシチ部）７０６−１，２と、送信アンテナ７１１〜７２２とが描かれている。

データ変調部７０２は、図６のデータ変調部３０４と同様の構成及び機能を有する。直並列変換部７０４は図６の直並列変換部３１９と同様の構成及び機能を有する。第１及び第２の送信ダイバーシチ部７０６−１，２は、それぞれ図６の時空間符号化部３１７と同様な構成及び機能を有する。

動作時にあっては、データ変調部７０２で変調されたデータチャネルは、直並列変換部７０４で、互いに異なるシンボルシーケンスに分けられ、第１及び第２の時空間符号化部７０６−１，２にそれぞれ入力される。例えば、変調後のシンボルシーケンスがＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４がであり、これが２つの系列に変換され、一方の系列のＳ_１，Ｓ_２は第１の時空間符号化部７０６−１へ入力され、他方の系列のＳ_３，Ｓ_４は第２の時空間符号化部７０６−２へ入力されてもよい。第１の時空間符号化部７０６−１は、入力されたシンボルを複製し、所定の対応関係を有する２つのシンボルシーケンスを作成し、それらを送信アンテナからそれぞれ送信する。例えば、第１の送信アンテナ７１１からＳ_１，Ｓ_２を順に無線送信し、−Ｓ_２ ^＊，Ｓ_１ ^＊を第２の送信アンテナ７１２から無線送信する。同様に、第２の時空間符号化部７０６−２も、入力されたシンボルを複製し、所定の対応関係を有する２つのシンボルシーケンスを作成し、それらを送信アンテナからそれぞれ送信する。例えば、第１の送信アンテナ７２１からＳ_３，Ｓ_４を順に無線送信し、−Ｓ_４ ^＊，Ｓ_３ ^＊を第２の送信アンテナ７２２から無線送信する。その結果、この送信機は、最初にＳ_１−Ｓ_２ ^＊＋Ｓ_３−Ｓ_４ ^＊ を無線送信し、次の時点でＳ_２＋Ｓ_１ ^＊＋Ｓ_４＋Ｓ_３ ^＊ を無線送信する。

受信機は、最初にＲ_１＝Ｓ_１−Ｓ_２ ^＊＋Ｓ_３−Ｓ_４ ^＊ を受信し、次の時点でＲ_２＝Ｓ_２＋Ｓ_１ ^＊＋Ｓ_４＋Ｓ_３ ^＊ を受信する。受信機は、第１の受信信号Ｒ_１に基づいて、何らかの信号分離法を実行し、４つの送信アンテナの各々から送信された一群のシンボルを推定する。その結果、最初の時点で、４つの送信アンテナからＳ_１，−Ｓ_２ ^＊，Ｓ_３，−Ｓ_４ ^＊がそれぞれ送信されたことが推定できる。また、受信機は、第２の受信信号Ｒ_２に基づいて、何らかの信号分離法を実行し、４つの送信アンテナの各々から送信された一群のシンボルも推定する。その結果、次の時点で、４つの送信アンテナからＳ_２，Ｓ_１ ^＊，Ｓ_４，Ｓ_３ ^＊がそれぞれ送信されたことも推定できる。これら２種類の一群のシンボルは、実質的に同じ内容であるので（符号が相違したり、共役複素数であったりするに過ぎない）、受信機はこれらを用いてから４つのシンボルＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を高精度に推定することができる。

また、ＭＩＭＯダイバーシチの代わりに、ビームフォーミング法が使用されてもよい。この場合は、アンテナ７１１，７１２からシンボルＳ_１，Ｓ_２が順に指向性ビームで送信され、アンテナ７２１，７２２からシンボルＳ_３，Ｓ_４が順に指向性ビームで送信される。受信機では、信号分離及び最大比合成を行うことで、送信されたシンボルを高精度に推定することができる。

本実施例によれば、ＭＩＭＯ多重法によりデータ伝送の高速化を図りつつ、ＭＩＭＯダイバーシチ又はビームフォーミングにより信頼性の向上を図ることができる。送信アンテナ数、並列的な信号系列数、ダイバーシチコーディング方法等は、上記以外に様々に変更されてもよい。

上述した実施例においては、ＭＩＭＯ多重法、ＭＩＭＯダイバーシチ法及び適応アレーアンテナ法のうち、２以上の伝送法を備える送信機について説明した。

ここで、３つのマルチアンテナ伝送法のうちＭＩＭＯ多重が選択された場合のフィードバックに基づく制御方法について説明する。

ＭＩＭＯ多重の場合おける信号分離、例えばＱＰＳＫで２つのアンテナから送信する場合、一方がフェージングにより位相回転する。受信機では、これらの信号が混信して受信される。例えば、フェージングが異なると、４×４＝１６点に分かれて受信される。一般に、ＭＩＭＯ多重ではフェージング相関があると特性が悪くなる。この問題を解決するために、送信側で予め位相をまわして送信する。

例えば、図２６Ａに示すように、２アンテナでＭＩＭＯ送信（ＱＰＳＫによるデータ変調）の場合、一方を４５度回転させることにより、相関が１の場合に特性がよくなることが示されている（例えば、非特許文献３参照）。

本実施例においては、ＭＬＤベースの信号検出を前提とし、Ｅ−ＳＤＭのように、受信信号検出を簡略化するのではなく、送信アンテナ間のフェージング相関が大きい場合の特性劣化を補償するクローズドループ送信位相制御を行う。

受信側でアンテナ相関を測定し、その相関の大きさをフィードバックしそれに基づいて位相を変更することも考えられるが、最適な送信位相はフェージング相関によらず同じであり、フェージング相関に応じて送信位相を切り替える効果は小さい。例えば、４本のアンテナを備える送信局、例えば基地局は、この基地局の近傍に在圏する４本のアンテナを備える端末に対しては４本のアンテナから例えば１６ＱＡＭで送信が行われ、基地局から遠い位置に在圏する端末に対しては４本のアンテナから例えばＱＰＳＫで送信が行われる。

このように４本のアンテナから例えばＱＰＳＫで送信を行う場合、図２６Ｂに示すように２２．５度（９０度／４）回転が最適である。

また、基地局の近傍に在圏する場合でも、２本のアンテナを備える端末に対しては、２本のアンテナを使用して、例えば１６ＱＡＭで送信が行われる。

また、ＭＩＭＯ多重において、送信アンテナ間のフェージング相関が小さい場合には、受信側では、受信信号から各送信機において送信された信号を検出できる。例えば、図２７Ａに示すように、送信信号Ｘと送信信号Ｙが、どの点であるのかを受信信号Ｚにより検出できる。

一方、アンテナ間のフェージング相関が大きくなると、すなわち１に近づくと、受信側では、受信信号から各送信機において送信された信号を検出することが困難になる。例えば、図２７Ｂに示すように、いくつかの送信パタンでは、受信信号Ｚから送信信号Ｘと送信信号Ｙを一意に認識できない。

したがって、アンテナのフェージング相関が大きくなると、信号分離が困難になる。

次に、本実施例にかかる送信機の構成について、図２８を参照して説明する。

本実施例にかかる送信機では、端末の送信アンテナ数と各アンテナの変調方式に応じて、予め位相回転を決定しておき、その位相回転に応じて送信する。具体的には、基地局では、移動局から送信されたアンテナ数と、ＣＱＩの情報に基づいて、アンテナ数とＭＣＳとを決定する。そのため、予め移動回転を決定しておき、移動局と基地局に移動回転量、アンテナ数およびＣＱＩの情報を関連付けて記憶する。

また、送信ＲＦ回路のキャリブレーションが行われる。送信側では、データ変調まではベースバンド、すなわちデジタル信号で処理が行われる。その後、電波を送信するためにＤ／Ａ変換されアナログ信号に変換され、キャリア周波数で送信される。ＭＩＭＯ多重では、アンテナ毎にＲＦ回路が用意される。しかし、各ＲＦは位相回転量が同じではない。したがって、デジタル信号の段階で最適化を行っても、ＲＦ回路で位相回転量を同じにすることはできない。したがって、本実施例においては、予め位相回転量を測定しておき、その位相回転量を補償する。

本実施例にかかる送信装置４００は、送信アンテナ数と、ＭＣＳを決定する送信アンテナ数・ＭＣＳ決定部４１２と、データおよびパイロット信号が入力されるＲＦキャリブレーション部４０２と、ＲＦキャリブレーション部４０２と接続されたデータ変調部４０４と、データ変調部４０４と接続された位相回転補償手段としての位相回転部４０６と、位相回転部４０６と接続され、アンテナを備えるＲＦ４０８と、位相回転量決定手段としての位相回転テーブル４１０と、ＲＦ回路キャリブレーション部４１４とを備える。

ＲＦキャリブレーション部４０２、データ変調部４０４、位相回転部４０６およびＲＦ４０８は、アンテナ数だけ備える。

ＲＦ回路キャリブレーション部４１４は、ＲＦキャリブレーション部４０２とＲＦ４０８と接続される。

また、送信アンテナ数・ＭＣＳ決定部４１２は、データ変調部４０４と位相回転テーブル４１０と接続される。位相回転テーブル４１０は位相回転部４０６と接続される。

移動局からのフィードバック情報は、送信アンテナ数・ＭＣＳ決定部４１２に入力される。例えば、移動局はフィードバック情報として、ＣＱＩ、アンテナ数を示す情報を送信する。

送信アンテナ数・ＭＣＳ決定部４１２は、各アンテナに対する送信アンテナＭＣＳを決定し、決定されたＭＣＳを示す番号を、データ変調部４０４および位相回転テーブル４１０に入力する。

位相回転テーブル４１０は、各アンテナに対する位相回転量としてのデータシンボルの位相回転を示す情報を位相回転部４０６に入力する。位相回転テーブル４１０には、送信アンテナ数と、ＭＣＳと、各アンテナに対する位相回転量とが関係付けられ記憶されている。

移動局では、データとパイロットの送信位相差を知る必要があるが、アンテナ数とＭＣＳに対して、送信位相が一対一に対応しているので、送信位相情報を制御情報として別途送信する必要はない。

ＲＦ回路キャリブレーション部４１４は、各アンテナ（各サブキャリア）に対するキャリブレーションファクタをＲＦキャリブレーション部４０２に入力する。ＲＦキャリブレーション部４０２は、キャリブレーションファクタにしたがって、キャリブレーションを行う。

位相回転部４０６は、位相回転量にしたがって、位相回転量を補償する。位相回転された信号は、Ａ／Ｄ変換され、ＲＦ部４０８を介して送信される。

したがって、端末側で受信位相を測定した結果に基づいて、送信側で位相制御を行うのではなく、送信側、例えば基地局で送信回路のキャリブレーションを行ったうえで、アンテナ送信端での送信位相を、アンテナ数と変調多値数に応じて、予め定めておいた固定的な最適位相に制御する。

次に、本実施例にかかる受信装置について説明する。

本実施例にかかる受信装置５００は、アンテナを備えるＲＦ部５０２と、ＲＦ部５０２と接続された信号分離部５０４、チャネル推定部５０８および下り制御チャネル復調部５１０と、チャネル推定部５０８と接続された送信位相補正部５０６および下り制御チャネル復調部５１０と、送信位相補正部５０６および下り制御チャネル復調部５１０と接続された送信位相記憶手段としての送信位相テーブル５１２と、信号分離部５０４と接続されたチャネル復号部５１４と、チャネル復号部５１４と接続された並直列変換部５１６とを備える。送信位相テーブル５１２には、データ変調および送信アンテナ数毎に、送信アンテナから送信される信号に対して使用される位相回転量が記憶される。

信号分離部５０４は、送信位相補正部５０６および下り制御チャネル復調部５１０と接続される。ＲＦ部５０２およびチャネル復号部５１４は、アンテナの数だけ備えられる。

受信信号は、ＲＦ部５０２によりＲＦ処理が行われ、信号分離部５０４、チャネル推定部５０８および下り制御チャネル復調部５１０に入力される。

チャネル推定部５０８では、パイロットシンボルを使用してチャネル推定が行われ、チャネル推定値は送信位相補正部および下り制御チャネル復調部５１０に入力される。

下り制御チャネル復調部５１０では、下り制御チャネルの復調が行われ、送信アンテナ数を示す情報と、データ変調情報が信号分離部５０４および送信位相テーブルに入力される。

送信位相補正部５０６は、送信位相テーブルから送信アンテナ毎の位相回転量としての送信位相制御値を収集し、入力されたチャネル推定値に対して送信位相を補正し、送信位相を考慮したチャネル推定値を信号分離部５０４に入力する。例えば、送信位相補正部５０６は、各チャネル推定値に対して、対応する送信アンテナで使用される送信位相回転量θだけ位相を回転する。

信号分離部５０４は、入力された送信位相を考慮したチャネル推定値、送信アンテナ数およびデータ変調情報に基づいて、ＲＦ処理された受信信号を分離し、分離した受信信号をチャネル復号部５１４に入力する。

チャネル復号部５１４は、入力された信号を復号し、並直列変換部５１６に入力する。

並直列変換部５１６は、入力された信号を並直列変換する。その結果、情報ビット系列が再生される。

次に、上述した受信装置５００におけるチャネル推定値に対する送信位相の補正について、図３０を参照して詳細に説明する。図３０においては、２アンテナ送信とし、２アンテナともＱＰＳＫデータ変調、受信側のアンテナとして１アンテナのみ示す。

下りリンクパイロットシンボルの送信信号点は、データシンボルの送信位相制御値によらず一定である。これは、下りリンクパイロットシンボルは、データを送信しているユーザの復調以外の目的、例えばその他のユーザのセル検出、チャネル状態推定などにも用いられるためである。

一方、受信装置では、パイロットシンボルの受信信号点から各送信アンテナ・受信アンテナ間のフェージング変動が推定される。

ここで、アンテナ２のデータシンボルは、パイロットシンボルに対して位相がθだけ回転しているので、パイロットを用いて推定したフェージング変動値２にθを加えた値をデータシンボルに対するフェージング推定値と考えれば、送信装置の各アンテナのデータ変調の位相回転を行わなかった場合と同じ受信処理を行うことにより、復調（信号分離）処理を行うことができる。

本発明にかかる無線通信装置及び無線通信方法は、移動通信システムに適用できる。

ＭＩＭＯ多重法を説明するための概念図を示す。 ＭＩＭＯダイバーシチ法を説明するための概念図を示す。 アダプティブアレーアンテナ法を説明するための概念図を示す。 一般的なハイブリッドＡＲＱの処理を示す説明図である。 ハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す説明図である。 ハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す説明図である。 ハイブリッドＡＲＱの処理のタイプを示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重方式のタイプを示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重方式のタイプを示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重法及びＭＩＭＯダイバーシチ法による移動局でのスループットの比較例を示す図（情報ビットレートが９０Ｍｂｐｓ／１００ＭＨｚの場合）である。 ＭＩＭＯ多重法及びＭＩＭＯダイバーシチ法による移動局でのスループットの比較例を示す図（情報ビットレートが２９０又は３８０Ｍｂｐｓ／１００ＭＨｚの場合）である。 本発明の一実施例による送信機のブロック図を示す。 ＡＭＣ方式を説明するための概念図を示す。 変調方式及び符号化率の組み合わせの例を示す図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 ＭＩＭＯ多重時における送信機の構成を示す部分ブロック図である。 本発明の一実施例による受信機のブロック図を示す。 下り共有制御チャネルの制御ビットの構成を示す説明図である。 ＭＩＭＯ伝送における制御ビット構成を示す説明図である。 下り共有制御チャネルの制御ビットの構成を示す説明図である。 下り共有制御チャネルの制御ビットの構成を示す説明図である。 ＡＭＣ、ＣＱＩビット数削減を示す説明図である。 ＡＭＣ、ＣＱＩビット数削減を示す説明図である。 ＡＭＣ、ＣＱＩビット数削減を示す説明図である。 ＡＭＣ、ＣＱＩビット数削減を示す説明図である。 制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 送信アンテナ毎の制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 送信アンテナ毎の制御チャネルの伝送方法を示す説明図である。 本発明の一実施例による方法の概要を示す図である。 受信ＳＩＲ、フェージング相関値及びマルチアンテナ伝送法の対応関係を示す図である。 フェージング相関の大小に依存して、マルチアンテナ伝送法を変更する様子を示す図である。 マルチアンテナ伝送法の各々に用意されたＭＣＳテーブルを模式的に示す図である。 本発明の一実施例による方法の概要を示す図である。 ＭＩＭＯ多重法とＭＩＭＯダイバーシチ法の組み合わせによる伝送法を説明するための図である。 ＭＩＭＯ多重における適応送信位相制御を示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重における適応送信位相制御を示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重における受信処理を示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重における受信処理を示す説明図である。 ＭＩＭＯ多重における適応送信位相制御を行う送信装置を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ多重における適応送信位相制御を行う受信装置を示すブロック図である。 受信装置でのチャネル推定値補正を示す説明図である。

符号の説明

１０ 基地局； １１，１２ 端末；
３００ 送信機； ３０２ チャネル符号化部； ３０４ データ変調部； ３０６，３０７−１，２ 切替器； ３０８ ビームフォーミング部（ＡＡＡ−ＢＦ）； ３１０ ＭＩＭＯダイバーシチ部； ３１１ 分配器； ３１２ ＭＩＭＯ多重部； ３１３ 送信ウエイト制御部； ３１４−１，２ 合成部； ３１５−１，２ 乗算部； ３１６ 送信法制御部； ３１７ 時空間符号化部； ３１８ 記憶部； ３１９ 直並列変換部； ３２０ 制御情報送信部；
７０２ データ変調部； ７０４ 直並列変換部； ７０６−１，２ 時空間符号化部； ７１１，７１２，７２１，７２２ 送信アンテナ；
１０００ 受信機； １００２ 制御チャネル復調部； １００４−１，２，１００６切替器； １００８ ビームフォーミング用受信部； １０１０ ＭＩＭＯダイバーシチ用受信部； １０１１ 最大比合成部； １０１２ ＭＩＭＯ多重用受信部； １０１３，１０１７ データ変調部； １０１５ 時空間符号化； １０１４ チャネル復号部； １０１６ チャネル推定器； １０１８ 受信品質測定部； １０１９ 信号分離部； １０２０ フェージング相関測定部； １０２２ 制御情報送信部

Claims (2)

1. 複数のアンテナを有する無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、及びＭＩＭＯダイバーシチ法のいずれかの伝送法にしたがって、制御チャネルを伝送する制御情報送信部と、
   前記複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、ＭＩＭＯダイバーシチ法、及びＭＩＭＯ多重法のいずれかの伝送法にしたがって、データを伝送するデータ送信部と、
   割り当てられた周波数帯域を複数の周波数ブロックに分割し、該周波数ブロックを単位として各ユーザに割り当てる送信制御部とを備え、
   前記データ送信部は、ＭＩＭＯ多重法を使用する場合に、各送信ブロックで独立に適応変復調処理を行い、かつ各送信ブロックで独立にＨＡＲＱ処理を行い、
   前記制御情報送信部は、前記複数のアンテナをグループ化したグループ毎の前記制御チャネルとして、ＡＭＣ用ビット、ＨＡＲＱ用ビット、スケジューリング用ビットおよびＭＩＭＯ用ＣＱＩ用ビットのうち少なくとも１の情報を伝送し、ＡＭＣ用ビットとして、変調スキームおよびトランスポートブロック情報のうち少なくとも一方を送信し、ＨＡＲＱ用ビットとして、ＨＡＲＱプロセス情報、冗長バージョンとコンスタレーションパターンバージョンおよび新規データを示す情報のうち少なくとも１つを送信し、前記制御チャネルとして、周波数ブロック割り当て情報を送信することを特徴とする無線通信装置。
2. マルチアンテナシステムにおける無線通信方法であって、
   複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、及びＭＩＭＯダイバーシチ法のいずれかの伝送法にしたがって、制御チャネルを伝送するステップと、
   前記複数のアンテナのうちの１アンテナによる送信法、ＭＩＭＯダイバーシチ法、及びＭＩＭＯ多重法のいずれかの伝送法にしたがって、データを伝送するステップと、
   割り当てられた周波数帯域を複数の周波数ブロックに分割し、該周波数ブロックを単位として各ユーザに割り当てるステップとを備え、
   前記複数のアンテナをグループ化したグループ毎の前記制御チャネルとして、ＡＭＣ用ビット、ＨＡＲＱ用ビット、スケジューリング用ビットおよびＭＩＭＯ用ＣＱＩ用ビットのうち少なくとも１つの情報を伝送し、前記ＡＭＣ用ビットとして、変調スキームおよびトランスポートブロック情報のうち少なくとも一方を送信し、前記ＨＡＲＱ用ビットとして、ＨＡＲＱプロセス情報、冗長バージョンとコンスタレーションパターンバージョンおよび新規データを示す情報のうち少なくとも１つを送信し、前記制御チャネルとして、周波数ブロック割り当て情報を送信することを特徴とする無線通信方法。

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