JP5106501B2 - マルチアンテナ通信装置の通信方法及びマルチアンテナ通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信システムに用いられるマルチアンテナ通信装置の通信方法及びマルチアンテナ通信装置に関する。

従来、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信システムのように、送信装置側で複数のアンテナから同一時間に異なる変調信号を送信し、受信装置側で伝搬路上で混ざり合った変調信号を分離することで、データ伝送速度を高める技術が提案されている。

この種の通信システムの構成例を図１８に示す。マルチアンテナ送信装置２０は、チャネルＡ〜Ｄの送信ディジタル信号１Ａ〜１Ｄを変調信号生成部２Ａ〜２Ｄに入力する。各変調信号生成部１Ａ〜１Ｄは、送信信号１Ａ〜１Ｄに対して、ＢＰＳＫ(Binariphase Phase Shift Keying)、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)等の変調処理を施すことにより、チャネルＡ〜Ｄの変調信号３Ａ〜３Ｄを形成し、これらを無線部４Ａ〜４Ｄに送出する。各無線部４Ａ〜４Ｄは、ベースバンドの変調信号３Ａ〜３Ｄに対して、周波数変換等の所定の無線処理を施すことにより、無線帯域のチャネルＡ〜Ｄの送信信号５Ａ〜５Ｄを形成し、これらをアンテナ６Ａ〜６Ｄに送出する。

マルチアンテナ受信装置３０は、マルチアンテナ送信装置２０の複数アンテナ６Ａ〜６Ｄによって送信された後、伝搬路上で混ざり合った信号を受信することになる。マルチアンテナ受信装置３０は、伝搬路上で混ざり合った信号をアンテナ７＿１〜７＿４で受信する。各アンテナ７＿１〜７＿４で受信された受信信号８＿１〜８＿４は、無線部９＿１〜９＿４に入力される。各無線部９＿１〜９＿４は、受信信号８＿１〜８＿４に対して、周波数変換等の所定の無線処理を施すことにより、無線帯域の受信信号８＿１〜８＿４からベースバンド信号１０＿１〜１０＿４を得、これらを分離・復調部１１に送出する。分離・復調部１１は、例えば各変調信号３Ａ〜３Ｄ中に挿入された既知プリアンブルに基づいて送信アンテナ６Ａ〜６Ｄと受信アンテナ７＿１〜７＿４との間の空間相関行列を求め、その逆行列を用いて各変調信号３Ａ〜３Ｄに相当する信号を分離抽出し、分離抽出した各変調信号３Ａ〜３Ｄに相当する信号を復調することにより、送信ディジタル信号１Ａ〜１Ｄに相当する受信ディジタル１２Ａ〜１２Ｄを得る。

さらに従来、このようなマルチアンテナ通信システムにおけるデータ伝送速度を向上させるために多くの技術が提案されている。例えば非特許文献１には、変調信号生成部２Ａ〜２Ｄにおいて、送信信号数や変調方式を適宜切り替えることで、データ伝送速度を向上させる技術が提案されている。

"送信チャネル選択時のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム伝送特性"電子情報通信学会、信学技報ＲＣＳ−２００３−２６３、２００４年１月

しかしながら、上記非特許文献１のように、送信信号数や変調方式を切り替える場合、送信方法の選択肢が多くなってしまい、送信方法の選択手順が複雑になってしまうという問題が発生する。例えば、各変調信号生成部２Ａ〜２ＤがＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ又は１６ＱＡＭのうちいずれかの変調方式を選択でき、かつ変調信号生成部２Ａ〜２Ｄのうち１つ、２つ、３つ又は４つを選択的に作動させて送信信号数を選択できる場合を考える。この場合、当然、変調方式としては１６ＱＡＭよりもＱＰＳＫ、ＱＰＳＫよりもＢＰＳＫを選択した方がデータ誤りを低減させることができ、送信信号数としては４つよりも３つ、３つよりも２つ、２つよりも１つとした方が伝搬路での送信信号間の干渉が減るので受信品質を高めることができる。但し、変調多値数の小さい変調方式を選択するほど、送信信号数を減らすほど、データ伝送速度は低下する。

すなわち、非特許文献１のような送信信号数や変調方式を切り替える場合には、データ伝送速度の低下を最小限に抑えつつ受信品質を高める上で、どの変調方式と、どの送信信号数との組み合わが、最も良い組合せかを選択しなければならず、その選択手順が複雑になってしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な選択手順で、データ伝送速度と伝送品質とを両立させることができるマルチアンテナ通信装置の通信方法及びマルチアンテナ通信装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明のマルチアンテナ通信装置の通信方法の一つの態様は、送信データの送信に用いるビーム数及び変調方式の組み合わせの候補を、ユーザに提示するステップと、前記ユーザによって選択された前記ビーム数及び変調方式の組み合わせを用いて、前記送信データを変調するステップと、同一周波数帯域において、マルチアンテナから前記選択されたビーム数に基づいて送信を行うステップと、を含む。

本発明のマルチアンテナ通信装置の一つの態様は、送信データの送信に用いるビーム数及び変調方式の組み合わせの候補を、ユーザに提示する提示部と、前記ユーザに選択された前記ビーム数及び変調方式の組み合わせを用いて、前記送信データを変調する変調部と、同一周波数帯域において、マルチアンテナから前記選択されたビーム数に基づいて送信する無線部と、を具備する。

本発明によれば、比較的簡単な選択手順で、データ伝送速度と伝送品質とを両立させることができるマルチアンテナ通信装置の通信方法及びマルチアンテナ通信装置を実現できる。

本発明の実施の形態１に係るマルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置の構成を示すブロック図 実施の形態１のマルチアンテナ送信装置の動作の説明に供する図 送信側と受信側とでチャネル状態情報を共有するための方法を示す図 実施の形態２のマルチアンテナ送信装置の構成を示すブロック図 実施の形態２のマルチアンテナ受信装置の構成を示すブロック図 ＣＲＣチェックを行うためのデータ構成を示す図 実施の形態２のＡＲＱ方法の説明に供する図 実施の形態２のＡＲＱ方法の説明に供する図 実施の形態２のＡＲＱ方法の説明に供する図 実施の形態３の変調方式テーブルを示す図 実施の形態３のマルチアンテナ送信装置の構成を示すブロック図 実施の形態３の変調方式選択方法の設定画面を示す図 実施の形態３の変調方式選択の決定手順を示すフローチャート 実施の形態３のマルチアンテナ送信装置の構成を示すブロック図 実施の形態３のマルチアンテナ受信装置の構成を示すブロック図 実施の形態３の変調方式テーブルとは異なるテーブルの例を示す図 アンテナエレメントモードを利用したＭＩＭＯ多重方式を実現するマルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置の構成を示すブロック図 従来のＭＩＭＯ通信システムの構成を示すブロック図

本発明の発明者らは、複数チャネルの送信信号を、複数の送受信アンテナ間の空間相関行列の固有値に属する固有ベクトルに応じたウェイトによって重み付け合成して、複数のアンテナに供給することにより、複数の送信ビームを形成するマルチアンテナ送信装置（すなわち、固有モードを用いてビーム送信するマルチアンテナ送信装置）において、固有値の大きさを積極的に活用すれば、比較的簡単な選択手順で、データ伝送速度と伝送品質とを両立させることができると考え、本発明に至った。

本発明の骨子は、他の信号に比して高い品質が要求される送信信号を送信する際には、送信ビーム数を減らすと共に、当該高い品質が要求される送信信号を大きな固有値に属する固有ベクトルを優先的に用いてベクトル多重して送信ビームを形成するようにしたことである。

先ず、本発明に係る実施の形態を具体的に説明する前に、本発明で用いる固有モードについて簡単に説明する。

ＭＩＭＯシステムでは、受信局だけでなく送信局側においてもチャネル状態情報（CSI:Channel State Information）が既知である場合に、送信局が送信のチャネルシグネチャベクトル（channel signature vector）を用いてベクトル化した信号を送信アレーアンテナより受信局に対して送信し、受信局が受信アレーアンテナの受信信号から送信のチャネルシグネチャベクトルに対応付けられた受信のチャネルシグネチャベクトルを用いて送信信号を検出し復調する、通信方法を実現できる。

特に、通信空間に複数のチャネルを構成し信号を同一時間で多重伝送する通信モードとして、チャネル行列（複数の送受信アンテナ間の空間相関行列、換言すれば、送信アレーアンテナの各アンテナ素子と受信アレーアンテナの各アンテナ素子の全て又は一部の組み合わせの複素チャネル係数を要素とする行列）の固有値に属する特異ベクトル（singular vector）又は固有ベクトル（eigen vector）を利用した固有モード（eigenmode）がある。なお本実施の形態では、上記特異ベクトルと固有ベクトルをまとめて固有ベクトルと呼ぶことにする。この固有モードは、固有ベクトルを前述したチャネルシグネチャベクトルとして利用する方法である。この固有モードを用いれば、通信空間で同一時間で多重された各チャネルは、独立のパスと見なすことができるようになる。

固有モードは、特にＭＩＭＯシステムの無線チャネルが狭帯域のフラットフェージング過程として扱える場合には、ＭＩＭＯシステムのチャネルキャパシティを最大にできるという特徴がある。例えば、ＯＦＤＭを採用した無線通信システムでは、マルチパス遅延波によるシンボル間干渉を取り除くためガードインターバルを挿入し、ＯＦＤＭの各サブキャリアはフラットフェージング過程となるような設計を行うのが一般的である。したがって、ＭＩＭＯシステムにおいてＯＦＤＭ信号を送信する場合、固有モードを用いることによって、例えば各サブキャリアで複数の信号を空間的に多重化して伝送することが可能となる。

因みに、送信局（基地局を想定する）が下り回線のチャネル状態情報を得る方法としては、無線回線の上りと下りで同一の周波数キャリアを利用するＴＤＤでは、チャネルの双対性（reciprocity）により、受信局（端末を想定する）からの上り回線を用いて送信局においてチャネル状態情報の推定（estimating）又は測定（measuring）をすることが可能である。一方で、上りと下りで異なる周波数キャリアを利用するＦＤＤでは、受信局において下り回線のチャネル状態情報を推定または測定し、その結果を送信局へ通知（reporting）することにより、送信局において下り回線の正確なＣＳＩを得ることできる。

ＭＩＭＯシステムを利用した通信方法としては、送信局及び受信局において下り回線のチャネル状態情報を既知とする固有モードに対して、受信局においてのみ無線チャネルのチャネル状態情報を既知とする方法がいくつか提案されている。固有モードと同じ目的である空間的に信号を多重化して伝送する方法としては、例えばＢＬＡＳＴが知られている。また信号の多重度を犠牲にし、つまりキャパシティを増加させるためでなくアンテナの空間ダイバーシチ効果得る方法としては、例えば時空間符号を用いた送信ダイバーシチが知られている。固有モードが送信アレーアンテナで信号をベクトル化して送信する、言い換えると信号をビーム空間（beam space）にマッピングしてから送信するビーム空間モードであるのに対して、ＢＬＡＳＴや送信ダイバーシチは信号をアンテナエレメント（antenna element）にマッピングすることからアンテナエレメントモードであると言うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係るマルチアンテナ送信装置と、マルチアンテナ受信装置の構成を示す。本実施の形態では、マルチアンテナ送信装置１００が基地局に設けられ、マルチアンテナ受信装置２００が端末に設けられた場合を例に説明する。

マルチアンテナ送信装置１００とマルチアンテナ受信装置２００は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムを構成し、固有モードに代表されるビーム空間モードを用いたチャネル多重通信を行うようになっている。

マルチアンテナ送信装置１００はチャネル解析部１０７を有する。チャネル解析部１０７は、マルチアンテナ送信装置１００とマルチアンテナ受信装置２００の複数の送受信アンテナ間の伝搬チャネルの推定結果であるチャネル状態情報に基づいて、複数の送受信アンテナ間のチャネル行列（空間相関行列）を求め、このチャネル行列の特異値を解析（ＳＶＤ（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition））することで、チャネル行列の固有値（例えば、λ_Ａ、λ_Ｂ、λ_Ｃ、・・・、λ_Ｘ）を求める。ここでこのチャネル行列の固有値は、各チャネルの固有パス（例えば、パスＡ、パスＢ、パスＣ、・・・、パスＸ）のパスゲインを示すものでもある。またチャネル解析部１０７は、チャネル状態情報に基づいて、多重化チャネルを構成するために複数の送信チャネルのチャネルシグネチャベクトル（本実施の形態の場合、固有ベクトル）を算出する。チャネル解析部１０７は、求めた固有値及びチャネルシグネチャベクトル（固有ベクトル）を制御部１０８に送出する。

ビーム制御手段としての制御部１０８は、固有値の大きさの順序を参考にして、多重フレーム生成部１０１、符号化・変調部１０３Ａ〜１０３Ｘ及びベクトル多重化部１０５を制御する制御信号１０９を形成する。実際上、制御部１０８は、制御信号１０９として、多重フレーム生成部１０１には多重フレーム構成を制御するための信号を、符号化・変調部１０３Ａ〜１０３Ｘには符号化率及び変調方式を制御するための信号を、ベクトル多重化部１０５にはベクトル多重に使用するチャネルシグネチャベクトル（固有ベクトル）を送出する。

マルチアンテナ送信装置１００は、多重フレーム生成部１０１に送信ディジタル信号及び制御信号１０９を入力する。多重フレーム生成部１０１は、制御信号１０９に基づき、多重化チャネルへマッピングするための複数の送信フレームとして、チャネルＡの送信ディジタル信号１０２Ａ、チャネルＢの送信ディジタル信号１０２Ｂ、・・・、チャネルＸの送信ディジタル信号１０２Ｘを形成し、これらを符号化・変調部１０３Ａ〜１０３Ｘに送出する。

各符号化・変調部１０３Ａ〜１０３Ｘは、制御信号１０９に基づき、符号化率及び変調方式を決定し、その符号化率及び変調方式で符号化及び変調を行うことにより、チャネルＡのベースバンド信号１０４Ａ〜チャネルＸのベースバンド信号１０４Ｘを得、これをベクトル多重化部１０５に送出する。

ベクトル多重化部１０５は、制御信号１０９に基づき、チャネルＡ〜Ｘのベースバンド信号１０４Ａ〜１０４Ｘに個別にチャネルシグネチャベクトルを乗算し加算することで、ベースバンド信号１０４Ａ〜１０４Ｘをベクトル多重し、ベクトル多重後の信号を送信アレイアンテナ１０６に供給する。換言すると、ベクトル多重化部１０５は、複数チャネルの送信信号を、複数の送受信アンテナ間の空間相関行列の固有値に属する固有ベクトルを用いてベクトル多重して、複数のアンテナに供給することにより、送信ビーム（固有パスの信号）を形成する。

このようにして、マルチアンテナ送信装置１００は、マルチアンテナ受信装置２００に対して、固有モードでの送信を行う。

次に、マルチアンテナ受信装置２００の構成について説明する。マルチアンテナ受信装置２００はチャネル解析部２０８を有する。チャネル解析部２０８は、複数の送受信アンテナ間の伝搬チャネルの推定結果であるチャネル状態情報に基づいて、多重化された送信信号を分離するために複数のチャネルシグネチャベクトル２０９を算出し、これを多重信号分離部２０２に送出する。

多重信号分離部２０２は、受信アレーアンテナ２０１で受信した各受信信号に、各々のチャネルシグネチャベクトルを掛け合わせることにより、チャネルＡ〜Ｘについての受信信号２０３Ａ〜２０３Ｘを得、これらを復号化部２０４Ａ〜２０４Ｘに送出する。

各復号化部２０４Ａ〜２０４Ｘは、チャネルＡ〜Ｘの受信信号２０３Ａ〜２０３Ｘを、送信方法情報（変調方式、符号化率の情報）２１１に基づいて復号することにより、チャネルＡ〜Ｘのディジタル信号２０５Ａ〜２０５Ｘを得、これらを受信データ合成部２０６に送出する。

ここで、送信方法情報２１１は、送信方法情報検出部２１０によって、チャネルＡのディジタル信号２０５Ａから抽出される。送信方法情報２１１には、変調方式や符号化率の情報に加えて、多重フレームの情報等も含まれる。

受信データ合成部２０６は、チャネルＡ〜Ｘのディジタル信号２０５Ａ〜２０５Ｘ及び送信方法情報２１１を入力し、ディジタル信号２０５Ａ〜２０５Ｘを送信方法情報（多重フレームの情報）２１１に基づいて合成することにより、受信ディジタル信号を得る。

かかる構成に加えて、マルチアンテナ送信装置１００は、他の信号に比して高い品質が要求される信号は、大きな固有値に属する固有ベクトルを優先的に用いてベクトル多重するようになっている。これにより、高い品質が要求される信号の固有パス（送信ビームと呼ぶこともできる）を太くすることができるので、この信号の伝送品質を高めることができる。因みに、固有値λの固有パスの振幅利得（パスゲイン）は√λとなる。

さらに、マルチアンテナ送信装置１００は、他の信号に比して高い品質が要求される信号を送信している時間は、他の信号を送信しないようになっている。つまり、高い品質が要求される信号をパスゲインの大きな固有パスで送信している時間は、他の固有パスで他の信号を送信しないようになっている。これにより、固有パス間での干渉がなくなるので、高い品質が要求される信号の伝送品質を一段と高めることができる。

つまり、本実施の形態のマルチアンテナ送信装置１００においては、他の信号に比して高い品質が要求される送信信号を送信する際には、送信ビーム数を減らす（送信に用いる固有パス数を減らす）と共に当該送信信号を大きな固有値に属する固有ベクトルを優先的に用いてベクトル多重して送信ビームを形成する（すなわち高い品質が要求される信号を優先的にパスゲインの大きな固有パスで送信する）ことにより、高い品質が要求される信号の伝送品質を高めることができる。

図２を用いて、マルチアンテナ送信装置１００の動作を具体的に説明する。本実施の形態では、他の信号に比して高い品質が要求される送信信号を、プリアンブル及び制御情報シンボルとする。すなわち、プリアンブルは受信側で伝搬路や時間による伝送路の変動及び周波数オフセット量の変動を推定するために用いられ、制御情報シンボルは受信側に変調方式、符号化率、データ伝送量等の送受信機間のプロトコルに関する制御情報を通知するために用いられるので、これらの信号は通信を確立するために重要な信号なので、データシンボル等の他の信号に比して高い品質で正確に伝送する必要がある。

図２は、マルチアンテナ送信装置１００（以下これを基地局と呼ぶこともある）から送信する信号のフレーム構成を示すものである。図２の中で、２０１はプリアンブルを示し、マルチアンテナ受信装置２００（以下これを端末と呼ぶこともある）はこのプリアンブルを利用することで、信号の検出や周波数オフセットの推定等を行う。２０２は制御情報シンボルを示し、基地局はこのシンボルによって端末に各チャネルの変調方式、符号化率、送信するデータの伝送量等の情報を伝送する。２０３はデータシンボルを示す。２０４はパイロットシンボルを示し、既知のシンボルであり、端末はこのシンボルを用いてデータシンボルの伝送路歪みによる影響（チャネル変動）を推定する。

ここで、本実施の形態では、固有値λ_Ａ、λ_Ｂ、λ_Ｃ、・・・、λ_Ｘが、λ_Ａ＞λ_Ｂ＞λ_Ｃ＞・・・＞λ_Ｘの関係にあったと仮定する。このとき、マルチアンテナ送信装置１００は、図２（Ａ）に示すように、最大固有値λ_Ａが得られる固有パス（パスＡつまりチャネルＡに相当）でプリアンブル２０１、制御情報シンボル２０２を送信する。加えて、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、残りの固有パス（パスＢ〜ＸつまりチャネルＢ〜Ｘに相当）では、信号を送信しない。

このように、高い伝送品質が求められるプリアンブル２０１、制御情報シンボル２０２を、最もパスゲインの高い固有パスで送信しかつ他の固有パスでは信号を送信しないようにしたことにより、プリアンブル２０１、制御シンボル２０２を高品質伝送できるようになる。

因みに、図２中の時間０〜４の期間はチャネルＡからのみ信号を送信し、この期間は他のチャネルＢ〜Ｘでは信号を送信しないので、その分だけデータ伝送量が少なくなるが、プリアンブル２０１や制御情報シンボル２０２のシンボル数はデータシンボルのシンボル数と比較して非常に少ないので、データ伝送速度の低下は僅かである。最終的なデータ伝送速度を考えると、プリアンブル２０１、制御情報シンボル２０２のみを送信する期間を設けることに起因する伝送速度の低下よりも、プリアンブル２０１、制御情報シンボル２０２を高品質伝送できることによってシステムが安定化ことによる伝送速度の向上効果の方が大きくなる。

さらに、本実施の形態においては、図２からも分かるように、固有値の大きなチャネルのデータほど変調多値数の大きな変調方式で変調するようになっている。図２の場合には、チャネルＡの固有値λ_Ａの方がチャネルＢの固有値λ_Ｂよりも大きいので、チャネルＢのデータはＱＰＳＫで変調するのに対して、チャネルＡのデータはそれよりも変調多値数の大きい１６ＱＡＭで変調するようになっている。これにより、誤り率特性を劣化させずに一段と多くのデータをできるようになる。すなわち、チャネルＡは固有値λ_Ａが大きい固有パスで送信されるので、変調多値数を大きくしても誤りは生じ難い。よって、チャネルＡに関しては、変調多値数の大きな変調方式を用いて高速データ伝送を行う。これに対して、チャネルＢはチャネルＡよりも小さな固有値λ_Ｂの固有パスで送信されるので、チャネルＡと同じ変調多値数の変調方式を用いる誤り率特性が劣化するおそれがある。よって、チャネルＢに関しは、チャネルＡよりも変調多値数の小さな変調方式を用いる。これにより、高速データ伝送と高品質伝送とを一段と両立できるようになる。

かくして本実施の形態によれば、他の信号に比して高い品質が要求される送信信号を送信する際には、送信ビーム数を減らす（すなわち送信に用いる固有パス数を減らす）と共に当該送信信号を大きな固有値に属する固有ベクトルを優先的に用いてベクトル多重して送信ビームを形成する（すなわち高い品質が要求される信号を優先的にパスゲインの大きな固有パスで送信する）ようにしたことにより、比較的簡単な選択手順で、データ伝送速度と伝送品質とを両立させることができるマルチアンテナ送信装置１００を実現できる。

また固有値の大きな固有パスで送信されるデータの変調多値数を、固有値の小さな固有パスで送信されるデータの変調多値数よりも大きくしたことにより、一段とデータ伝送速度と伝送品質を両立させることができるようになる。

なお本実施の形態では、本発明をシングルキャリア通信に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＯＦＤＭやスペクトル拡散通信方式に適用した場合でも同様の効果を得ることができる。

最後に、参考のために、マルチアンテナ送信装置１００とマルチアンテナ受信装置２００とでのチャネル状態情報を共有するための一つの方法を、図３を用いて説明する。

＜１＞はじめに、端末は、基地局に対し、通信の要求を行う。
＜２＞次に、基地局は、端末に対し、チャネル情報を推定するためのトレーニングシンボル（例えば既知信号）の送信を要求する。
＜３＞端末は、トレーニングシンボルを送信する。
＜４＞基地局は、端末が送信したトレーニングシンボルから、チャネル状態を推定する。
＜５＞基地局は、推定したチャネル状態の情報を端末に送信する。
＜６＞端末は、チャネル状態の情報を取得したことの通知、及び、データ送信の要求を基地局に対し行う。
＜７＞基地局は、各ビーム（各チャネル）の変調方式、符号化率を決定し、データを端末に送信する。

以上のような方法をとることで、基地局と端末はチャネル状態情報を共有することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、比較的簡単な手順で、データ伝送速度と伝送品質を両立させることができる再送方法について説明する。

本実施の形態の特徴は、再送信号を送信する際には、前回送信時よりも送信ビーム数を減らす（すなわち送信に用いる固有パス数を減らす）と共に再送信号を前回送信時よりも大きな固有値に属する固有ベクトルを用いてベクトル多重して送信ビームを形成する（前回よりもパスゲインの大きな固有パスで送信する）ようにすることである。

図４に、本実施の形態のマルチアンテナ送信装置の構成を示す。また図５に、本実施の形態のマルチアンテナ受信装置の構成を示す。本実施の形態では、マルチアンテナ送信装置４００が基地局に設けられ、マルチアンテナ受信装置５００が端末に設けられた場合を例に説明する。よって、以下の説明では、マルチアンテナ送信装置４００を基地局と呼び、マルチアンテナ受信装置５００を端末と呼ぶことがある。

マルチアンテナ送信装置４００は、受信アンテナ４１８及び受信部４１９を介してチャネル解析部４２０にチャネル状態情報を入力する。また受信アンテナ４１８及び受信部４１９を介してフレーム構成部４１６に端末からのＡＣＫ（Acknowledge）／ＮＡＣＫ（Negative Acknowledge）信号４１５を入力する。

因みに、受信部４１９では、上述した図３でも説明したように、端末が送信したトレーニングシンボルに基づいてチャネル状態を推定し、推定結果をチャネル状態情報として出力する。

チャネル解析部４２０は、マルチアンテナ送信装置４００とマルチアンテナ受信装置５００の複数の送受信アンテナ間の伝搬チャネルの推定結果であるチャネル状態情報に基づいて、複数の送受信アンテナ間のチャネル行列（空間相関行列）を求め、このチャネル行列の特異値を解析することで、チャネル行列の固有値を求める。またチャネル解析部４２０は、チャネル状態情報に基づいて、多重化チャネルを構成するために複数の送信チャネルのチャネルシグネチャベクトル（本実施の形態の場合、固有ベクトル）を算出する。チャネル解析部４２０は、求めた固有値及びチャネルシグネチャベクトル（固有ベクトル）を制御部４２１に送出する。

ビーム制御手段としての制御部４２１は、固有値の大きさの順序を参考にして、ベクトル多重化部４０６を制御する制御信号４２２を形成する。実際上、制御部４２１は、制御信号４２２として、ベクトル多重に使用するチャネルシグネチャベクトル（固有ベクトル）を送出する。

フレーム構成信号生成部４１６は、端末が送信したＡＣＫ（Acknowledge）／ＮＡＣＫ（Negative Acknowledge）信号４１５の情報に基づき、フレーム構成を制御するためのフレーム構成信号４１７を生成し、これを符号化・変調部４０４Ａ、４０４Ｂに送出する。フレーム構成については図７を用いて後で詳しく説明する。

またマルチアンテナ送信装置４００は、チャネルＡの送信ディジタル信号４０１Ａ、チャネルＢの送信ディジタル信号４０１Ｂをそれぞれ、符号化・変調部４０４Ａ、４０４Ｂ及び記憶部４０２Ａ、４０２Ｂに入力する。記憶部４０２Ａ、４０２Ｂは記憶した送信ディジタル信号４０３Ａ、４０３Ｂを符号化・変調部４０４Ａ、４０４Ｂに送出する。記憶部４０２Ａ、４０２Ｂに記憶された送信ディジタル信号４０３Ａ、４０３Ｂは再送信号として用いられる。

符号化・変調部４０４Ａは、チャネルＡのディジタル信号４０１Ａ、記憶されたチャネルＡのディジタル信号４０３Ａ、フレーム構成信号４１７を入力とし、フレーム構成信号４１７に従って、チャネルＡのディジタル信号４０１Ａ又は記憶されたチャネルＡのディジタル信号４０３Ａのいずれかを符号化及び変調し、これにより得たチャネルＡの変調信号４０５Ａをベクトル多重化部４０６に送出する。同様に、符号化・変調部４０４Ｂは、チャネルＢのディジタル信号４０１Ｂ、記憶されたチャネルＢのディジタル信号４０３Ｂ、フレーム構成信号４１７を入力とし、フレーム構成信号４１７に従って、チャネルＢのディジタル信号４０１Ｂ又は記憶されたチャネルＢのディジタル信号４０３Ｂのいずれかを符号化及び変調し、これにより得たチャネルＢの変調信号４０５Ｂをベクトル多重化部４０６に送出する。

ベクトル多重化部４０６は、制御情報４２２に基づき、チャネルＡ、Ｂの変調信号４０５Ａ、４０５Ｂにチャネルシグネチャベクトルを乗算し加算することで、変調信号４０５Ａ、４０５Ｂをベクトル多重し、ベクトル多重後の変調信号＃１（４０７＿１）、＃２（４０７＿２）を出力する。

ベクトル多重後の変調信号＃１（４０７＿１）、＃２（４０７＿２）はそれぞれ、シリアルパラレル変換部（Ｓ／Ｐ）４０８＿１、４０８＿２によってシリアルパラレル変換されてパラレル信号４０９＿１、４０９＿２とされ、逆フーリエ変換部（ｉｆｆｔ）４１０＿１、４１０＿２によって逆フーリエ変換されてＯＦＤＭ信号４１１＿１、４１１＿２とされる。ＯＦＤＭ信号４１１＿１、４１１＿２は、無線部４１２＿１、４１２＿２によって周波数変換等の所定の無線処理が施されることで送信信号＃１（４１３＿１）、＃２（４１３＿２）とされ、各送信信号＃１（４１３＿１）、＃２（４１３＿２）がアンテナ４１４＿１、４１４＿２から送信される。

図５のマルチアンテナ受信装置５００は、アンテナ５０１＿１、５０１＿２で受信した受信信号＃１（５０２＿１）、＃２（５０２＿２）を、無線部５０３＿１、５０３＿２に入力する。無線部５０３＿１、５０３＿２は、受信信号＃１（５０２＿１）、＃２（５０２＿２）に対して、周波数変換等の所定の無線処理を施すことで、ベースバンドのＯＦＤＭ信号＃１（５０４＿１）、＃２（５０４＿２）を得、これをフーリエ変換部（ｆｆｔ）５０５＿１、５０５＿２に送出する。

フーリエ変換部５０５＿１、５０５＿２は、ベースバンドのＯＦＤＭ信号＃１（５０４＿１）、＃２（５０４＿２）をフーリエ変換する。フーリエ変換後の信号＃１（５０６＿１）、＃２（５０６＿２）は、多重信号分離部５０９及びチャネル状態情報検出部５０７に送出される。

チャネル状態情報検出部５０７は、図３のように手続きを取った場合に、フーリエ変換後の信号＃１（５０６＿１）、＃２（５０６＿２）に挿入された基地局からのチャネル状態情報を検出し、さらに、多重化された送信信号を分離するために複数のチャネルシグネチャベクトル５０８を算出し、これを多重信号分離部５０９に送出する。

多重信号分離部５０９は、フーリエ変換後の信号＃１（５０６＿１）、＃２（５０６＿２）に、各々のチャネルシグネチャベクトルを掛け合わせることにより、チャネルＡの変調信号５１０Ａ、チャネルＢの変調信号５１０Ｂを得、これらを復号部５１５Ａ、５１５Ｂ、伝送路推定部５１１Ａ、５１１Ｂ、周波数オフセット推定部５１３Ａ、５１３Ｂに送出する。またチャネルＡの変調信号５１０Ａを制御情報検出部５１７に送出する。

制御情報検出部５１７は、チャネルＡの変調信号５１０Ａから図２における制御情報シンボル２０２を検出し、各復号部５１５Ａ、５１５Ｂに、変調方式、符号化率等の情報を含む制御情報５１８を送出する。

各伝送路推定部５１１Ａ、５１１Ｂは、チャネルＡ、Ｂの変調信号５１０Ａ、５１０Ｂから図２におけるチャネルＡ、Ｂのパイロットシンボル２０４を抽出し、パイロットシンボルに基づいて各チャネルのチャネル変動を推定し、推定結果をチャネルＡ、Ｂのチャネル変動推定信号５１２Ａ、５１２Ｂとして復号部５１５Ａ、５１５Ｂに送出する。

各周波数オフセット推定部５１３Ａ、５１３Ｂは、チャネルＡ、Ｂの変調信号５１０Ａ、５１０Ｂから図２におけるプリアンブル２０１、パイロットシンボル２０４を抽出し、これらの信号に基づいて各チャネルの周波数オフセットを推定し、推定結果を周波数オフセット推定信号５１４Ａ、５１４Ｂとして復号部５１５Ａ、５１５Ｂに送出する。この実施の形態の場合には、無線部５０３＿１、５０３＿２にも周波数オフセット推定信号５１４Ａ、５１４Ｂを送出し、無線部５０３＿１、５０３＿２でも周波数オフセット除去を行うようになっている。

各復号部５１５Ａ、５１５Ｂは、チャネル変動推定信号５１２Ａ、５１２Ｂ、周波数オフセット推定信号５１４Ａ、５１４Ｂに基づいて、変調信号５１０Ａ、５１０Ｂから歪み成分を除去した後、制御情報５１８の変調方式、符号化率等の情報に基づいて、変調信号５１０Ａ、５１０Ｂを復調及び復号することにより、チャネルＡ、Ｂのディジタル信号５１６Ａ、５１６Ｂを得る。チャネルＡ、Ｂのディジタル信号５１６Ａ、５１６Ｂは、ＣＲＣチェック部５１９Ａ、５１９Ｂに送出される。

各ＣＲＣチェック部５１９Ａ、５１９Ｂは、ディジタル信号５１６Ａ、５１６ＢのＣＲＣチェックを行う。つまり、チャネルＡ、Ｂのディジタル信号５１６Ａ、５１６Ｂはそれぞれ、図６に示すように、データとパリティで構成されており、ＣＲＣチェック部５１９Ａ、５１９Ｂは、このように構成されたディジタル信号をチェックすることで、誤りが発生していたか否かをチェックすることができる。そしてＣＲＣチェック部５１９Ａ、５１３Ｂは、受信データ５２０Ａ、５２０Ｂと共に、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号５２１Ａ、５２１Ｂを出力する。

次に、本実施の形態のマルチアンテナ送信装置４００による再送動作（ＡＲＱ（Automatic Repeat Request））について説明する。

図７は、本実施の形態のＡＲＱ方法を説明するための、基地局（マルチアンテナ送信装置４００）と端末（マルチアンテナ受信装置５００）のデータのやりとりの一例を示す図である。ここでは、条件として、パス＃１の固有値λ_１がパス＃２の固有値λ_２よりも大きいと仮定する。また再送でないデータの変調方式は、パス＃１を用いるときには１６ＱＡＭとし、パス＃２を用いるときにはＱＰＳＫとする。

＜１＞先ず、基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ１Ａを、パス＃２でチャネルＢのデータ１Ｂを送信する。
＜２＞端末は、データ１Ａに誤りがあったので、基地局に、データ１Ａの再送を要求する。
＜３＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＡのデータ１Ａの再送データに相当するデータ１Ａ’を送信する。
＜４＞端末は、データ１Ａに誤りがないため、再送要求をしない。
＜５＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ２Ａを、パス＃２でチャネルＢのデータ２Ｂを送信する。
＜６＞端末は、データ２Ａ、データ２Ｂに誤りがあったので、基地局に、データ２Ａ、データ２Ｂの再送を要求する。
＜７＞＜８＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＡのデータ２Ａの再送データに相当するデータ２Ａ’、及び、チャネルＢのデータ２Ｂの再送データに相当するデータ２Ｂ’を送信する。
＜９＞端末は、データ２Ａ、データ２Ｂに誤りがないため、再送要求をしない。
＜１０＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ３Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ３Ｂを送信する。
＜１１＞端末は、データ３Ｂに誤りがあったので、基地局に、データ３Ｂの再送を要求する。
＜１２＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＢのデータ３Ｂの再送データに相当するデータ３Ｂ’を送信する。

なお、再送データ（例えば、データ１Ａ’）は、元のデータ（例えば、データ１Ａ）と同一のデータであってもよいし、復元可能なデータ（例えば、パンクチャしたデータ等）であってもよい。

以上の処理で重要なことは、次の２点である。

第１に、再送する際に、パス数を減少させている点である。図７の例では、データ送信時はパス数２、再送時はパス数１としている。これにより、再送時に、パス数が減少する、つまり、干渉が減るため、データの受信品質が向上する。この結果、再送回数を減少させることができ、データのスループットを向上させることができる。

第２に、再送する際、再送データを前回送信時よりも固有値の大きいパスを優先的に用いて再送している点である。これは、上記第１の点と組み合わせて考えると、パス数を減少させる際に、固有値の小さいパスを優先的に削除して、再送データは固有値の大きいパスを使用して再送していると言うこともできる。これにより、固有値の大きいパス、つまり、パスゲインの大きいパスを利用して、再送データを伝送するため、データの受信品質が向上する。この結果、再送回数を減少させることができ、データのスループットを向上させることができる。

因みに、元のデータと再送するデータの変調方式を同一とすると、送信装置の構成を簡単化することができる。つまり、図７において、例えばチャネルＡのデータ１Ａと再送データ１Ａ’の変調方式を同一とし、チャネルＢでデータ２Ｂと再送データ２Ｂ’の変調方式を同一とする。本実施の形態では、再送時には、パス数を減少させたり、再送信号を前回送信時よりも固有値の大きい固有パスで再送するようにしているので、再送時に変調多値数を小さくしなくても、十分な誤り率特性の向上が期待できる。このように、元のデータと再送するデータの変調方式を同一とすることで、送信装置で再送データを生成するのに、再度、符号化やインターリーブを施す必要がなくなるので、送信装置の構成を簡単化できるようになる。

ただし、送信装置の構成を簡略化することよりも、データの品質を向上させることを優先させる場合には、再送データの変調多値数を減少させたほうがよい。

なお図７では、送信アンテナ数が２つの場合を例にとって、本発明のＡＲＱ方法について説明したが、本発明のＡＲＱ方法は、当然、送信アンテナ数が３つ以上の場合にも適用できる。以下では、送信アンテナ数が３つで、３つの変調信号を送信するときのＡＲＱ方法を、図８、図９を例にとって説明する。

先ず、図８における基地局と端末のデータのやりとりについて詳しく説明する。図８では、条件として、パス＃１の固有値λ_１、パス＃２の固有値λ_２、パス＃３の固有値λ_３が、λ_１＞λ_２＞λ_３の関係にあると仮定する。また再送でないデータの変調方式は、パス＃１を用いるときには１６ＱＡＭとし、パス＃２を用いるときにはＱＰＳＫとし、パス＃３を用いるときにはＢＰＳＫとする。

＜１＞先ず、基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ１Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ１Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ１Ｃを送信する。
＜２＞端末は、データ１Ｃに誤りがあったので、基地局に、データ１Ｃの再送を要求する。
＜３＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＣのデータ１Ｃの再送データに相当するデータ１Ｃ’を送信する。
＜４＞端末は、データ１Ｃに誤りがないため、再送要求をしない。
＜５＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ２Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ２Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ２Ｃを送信する。
＜６＞端末は、データ２Ａ、データ２Ｂに誤りがあったので、基地局に、データ２Ａ、データ２Ｂの再送を要求する。
＜７＞＜８＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＡのデータ２Ａの再送データに相当するデータ２Ａ’、及び、チャネルＢのデータ２Ｂの再送データに相当するデータ２Ｂ’を送信する。
＜９＞端末は、データ２Ａ、データ２Ｂに誤りがないため、再送要求をしない。
＜１０＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ３Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ３Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ３Ｃを送信する。
＜１１＞端末は、データ３Ｂに誤りがあったので、基地局に、データ３Ｂの再送を要求。
＜１２＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＢのデータ３Ｂの再送データに相当するデータ３Ｂ’を送信する。

次に、図９における基地局と端末のデータのやりとりについて詳しく説明する。図９では、図８と場合と同様に、条件として、パス＃１の固有値λ_１、パス＃２の固有値λ_２、パス＃３の固有値λ_３が、λ_１＞λ_２＞λ_３の関係にあると仮定する。また再送でないデータの変調方式は、パス＃１を用いるときには１６ＱＡＭとし、パス＃２を用いるときにはＱＰＳＫとし、パス＃３を用いるときにはＢＰＳＫとする。

＜１＞先ず、基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ１Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ１Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ１Ｃを送信する。
＜２＞端末は、データ１Ａ、データ１Ｂ、データ１Ｃに誤りがあったので、基地局に、データ１Ａ、データ１Ｂ、データ１Ｃの再送を要求する。
＜３＞基地局は、はじめに、パス＃１を用いて、チャネルＢのデータ１Ｂの再送データに相当するデータ１Ｂ’を、パス＃２を用いて、チャネルＣのデータ１Ｃの再送データに相当するデータ１Ｃ’を送信する。基地局は、次に、チャネルＡのデータ１Ａの再送データに相当するデータ１Ａ’をパス＃１を用いて送信する。このとき、パス２＃では、他の変調信号は存在しない。
＜４＞端末は、データ１Ａ、１Ｂ、１Ｃに誤りがないため、再送要求をしない。
＜５＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ２Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ２Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ２Ｃを送信する。
＜６＞端末は、データ２Ｂ、データ２Ｃに誤りがあったので、基地局に、データ２Ｂ、データ２Ｃの再送を要求する。
＜７＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＢのデータ２Ｂの再送データに相当するデータ２Ｂ’、パス＃２を用いて、チャネルＣのデータ２Ｃの再送データに相当するデータ２Ｃ’を送信する。
＜８＞端末は、データ２Ｂ、データ２Ｃに誤りがないため、再送要求をしない。
＜９＞基地局は、パス＃１でチャネルＡのデータ３Ａ、パス＃２でチャネルＢのデータ３Ｂ、パス＃３でチャネルＣのデータ３Ｃを送信する。
＜１０＞端末は、データ３Ｃに誤りがあったので、基地局に、データ３Ｃの再送を要求する。
＜１１＞基地局は、パス＃１を用いて、チャネルＣのデータ３Ｃの再送データに相当するデータ３Ｃ’を送信する。

ここで図８で説明したＡＲＱ方法の特徴は、再送データを、固有値が最大の固有パスを用いて送信するようにしたことである。また再送データを送信している間は、他の固有パスでは信号を送信しないようにしたことである。これにより、再送データの品質を、データを送信したとき（すなわち通常送信時）より高めることができるため、再送回数を減少させることができる。その結果、データのスループットを向上させることができるようになる。

また図９で説明したＡＲＱ方法の特徴は、以下の点である。
・再送時には、使用するパス数を減少させる。
・再送時には、パスゲインの大きいパスを優先的に使用する。
・前回送信時に最大ゲインのパスで送信したデータ以外のデータの再送は、前回送信時よりもパスゲインの大きいパスを用いて行う。
・前回送信時に最大ゲインのパスで送信したデータの再送は、再び最大ゲインのパスを用いるのに加えて、他のパスを用いずに単独で行う。

このようにすることで、再送データの品質を、前回送信時よりも向上させることができるため、再送回数を減少させることができる。その結果、データのスループットを向上させることができるようになる。また、再送データを前回送信時よりもパスゲインの大きいパスを用いて行うことで再送時の品質向上を達成しつつ、再送データを複数のパスを用いて送信することも実現しているので（例えば図９の＜３＞や＜７＞）、図８のＡＲＱ方法と比較し、再送データの伝送速度を高速化できる効果もある。

このように本実施の形態によれば、再送信号を送信する際には、前回送信時よりも送信ビーム数を減らす（すなわち送信に用いる固有パス数を減らす）と共に再送信号を前回送信時よりも大きな固有値に属する固有ベクトルを用いてベクトル多重して送信ビームを形成する（前回よりもパスゲインの大きな固有パスで送信する）ようにしたことにより、比較的簡単な選択手順で、再送回数を減らすことができ、データのスループットを上げることができるようになる。

なお、本実施の形態では、便宜上、図２のフレーム構成を流用して説明したが、本実施の形態はＯＦＤＭ方式を用いた例なので、図２のシンボルは複数のサブキャリアで構成されたシンボルに相当するものとする。

また本実施の形態では、本発明をＯＦＤＭ方式に適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、スペクトル拡散通信方式やシングルキャリア方式に適用した場合にも同様の効果を得ることができる。

また本実施の形態では、チャネル状態情報の共有の仕方について詳しく触れていないが、チャネル状態の情報の共有は、再送時に行ってもよいし、再送時に行わなくてもよい。つまり、チャネル状態の情報の共有の仕方は、本実施の形態の特徴に影響を与えない。

さらに本実施の形態では、送信方法のパラメータとして、特に変調方式について説明しているが、それ以外に符号化方法、符号化率等のパラメータも考慮して再送を行ってもよく、これらのパラメータが加わった場合でも、本発明を同様に実施することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２のような送信方法を実施するにあたっての、変調方式の好適な決定、設定方法について説明する。

本実施の形態では、基地局のアンテナ数が２で、２つの変調信号を送信する場合を例に説明する。

変調方式として、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの中で変更が可能な通信方法を採用している場合について考える。また固有値の大きいパスにおいて送信するチャネルをチャネルＡ、固有値の小さいパスにおいて送信するチャネルをチャネルＢと名付ける（ただし、再送データを送信する場合を除く）。このとき、送信チャネルと変調方式との全ての組み合わせを考えた場合、図１０のような変調方式の設定表を作成することができる。そして、図１０が規格としてサポートされている送信方法であるものとする。

ところで、例えば、図１０の設定＃２と設定＃５、設定＃３と設定＃９は、同一の送信速度である。このように同一伝送速度の送信方法を２種類以上存在させたり、図１０のように送信方法の選択できる可能性を多くすると（すなわち全組合せを用意すると）、送信方法の決定が複雑になるという課題が発生する。

そこで、本実施の形態では、例えばパーソナルコンピュータ等で、変調方式の選択方法を、規格でサポートされている送信方法の中からユーザの要望に合った送信方法に限定できる方法について説明する。

図４との対応部分に同一符号を付して示す図１１に、本実施の形態のマルチアンテナ送信装置の構成を示す。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１０１は、送信方法設定情報１１０２をフレーム構成信号生成部４１６に送出する。フレーム構成信号生成部４１６は、送信方法設定情報１１０２に基づいて、送信方法を限定する。

図１２に、ＰＣ１１０１による送信方法の設定画面の一例を示す。ここで特に重要となる点は、品質優先モードと高速伝送優先モードが選択できる点、及び、最大遅延時間を設定できる点である。

これらがシステムにおいて重要となる理由について以降で詳しく説明する。

１チャネルのみでＢＰＳＫを用いて伝送することで、例えば５００ｋビット/秒を送信できるシステムを考える。そして、５０ｋビットのデータを伝送する際に、伝搬環境を考慮した際、図１０の設定＃１４でデータを送信できる環境であったとする。そして、設定＃１４で送信したとする。しかし、設定＃１４でデータを送信すると、誤る可能性は非常に高く、再送を要求される可能性が高く、再送による伝送時間を費やしてしまい、図１０の設定＃１の送信方法で送信した方が結果的にデータの伝送時間が短くなる場合がある。

このような状況は、データの伝送速度に対し、データ量が非常に少ない場合に発生する。この課題のために、外部から（例えばＰＣを使用して）以下のような設定を行う機能を有することが重要となる。
（方法１）品質優先モード、高速伝送優先モード等の設定を可能とする。
（方法２）最大遅延時間を設定することを可能とする。

図１０において、１チャネルの信号のみを送信した場合の方が、２チャネルの信号を送信した場合と比較し、データの品質が良い。そこで、（方法１）のように設定できる構成を採り、ユーザが、容量の小さいデータを伝送することを目的として主に利用する場合、品質優先モードを選択し、容量の大きいデータを伝送することを目的として主に利用する場合は、高速データ伝送モードを選択する、というようにすることで、上記課題を回避することができる。このとき、図１２のように、品質優先モードは、設定＃１から＃４を中心に構成されたテーブルとなり、高速伝送優先モードは、設定＃５から設定＃１４からを中心に構成されたテーブルとなる。そして、品質優先モードでは、１チャネルの信号のみを送信する送信方法を優先的に割り当てるようにする。

このとき、重要な役割を果たすことになるのが、最大遅延時間の設定である。最大遅延時間とは、ユーザが許容する最大の遅延時間である。このとき、図１３のような送信方法の決定を行うことになる。

先ず、ステップＳＰ１において、送信するデータの伝送量から、テーブル（例えば、図１２に示したテーブル）における各送信方法で送信した場合の送信に要する時間を計算する。

次に、ステップＳＰ２において、最大遅延時間より送信に要する時間が短い送信方法がテーブルに存在するか否か判断する。

そして、最大遅延時間より送信に要する時間が短い送信方法がテーブルに存在しない場合には、ステップＳＰ４に移って、伝搬環境等から伝送速度、伝送品質を両立する送信方法を選択する。

これに対して、最大遅延時間より送信に要する時間が短い送信方法がテーブルに存在する場合には、ステップＳＰ３に移って、最大遅延時間より短い送信時間となる送信方法の中から、最も受信品質がよい送信方法を選択する。

以上のように、最大遅延時間に基づき送信方法を選択することで、データ量が少ないときに過大な伝送速度の送信方法を選択する可能性なくなり、これによりデータ伝送速度と伝送品質が安定したシステムを構築することができることになる。

品質優先モード、高速伝送優先モード以外にもシステム上、有効なモードとして、学習モード、ユーザ設定モード、セーブモードを提案する。

学習モード、ユーザ設定モードがある場合、図１４のような構成を採るとよい。図１４において、図４と同様に動作するものについては同一符号を付している。マルチアンテナ送信装置１４００のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１４０１は、モード設定情報１４０２を送信方法設定・学習部１４０３に送出する。送信方法設定・学習部１４０３は、モード設定情報１４０２に基づいた設定モードに設定され、設定モードの方法に基づいて、ＡＣＫ／ＮＡＣＫから送信方法を決定し、これを送信方法決定情報１４０４としてフレーム構成信号生成部４１６に送出する。

フレーム構成信号生成部４１６は、送信方法決定情報１４０４を参照して、決定された送信方法に基づくフレーム構成に関する情報であるフレーム構成信号４１７を出力する。

このとき、例えば、セルラの基地局や無線ＬＡＮのアクセスポイント等の場合、学習モードの設定を送信方法テーブルを学習して作成すると、送信方法の決定が簡略化できるというメリットがある。

セルラの基地局や無線ＬＡＮのアクセスポイントは、移動することは少ない。したがって、伝搬環境は設置された場所に大きく依存することになる。そこで、通信を確立できる可能性の大きい送信方法を学習し、テーブルを作成することで、送信方法の決定の簡略化を図ることができる。そこで、学習モードを設定する方法が有効となる。

学習モードでは、例えば、図１０のテーブルにおいて、設定＃１から設定＃１４のそれぞれにおいて、例えば、ＮＡＣＫの回数／ＡＣＫの回数の統計をとり、ＮＡＣＫの確率の大きい送信方法からテーブルから削除し、送信方法の種類を限定する。これにより、送信方法の決定の簡略化を図ることができる。そして、ＰＣ１４０１から、あるいは、外部からリセットできる構成とすると、場所を移動させた場合、リセットし、再学習することで、移動した場所に適したテーブルを学習して再作成することができる。

ユーザ設定モードは、ユーザが自ら送信方法の種類を限定しテーブルを作成する方法である。これにより、送信方法の決定の簡略化を図ることができる。また、外部から、テーブルの表のソフトウェアをダウンロードし、入手し、設定するような方法でもよい。

次に、セーブモードについて説明する。これは、特に、端末の受信装置を設定するためのモードである。図５との対応部分に同一符号を付して示す図１５に、セーブモードの設定を実現するための、端末のマルチアンテナ受信装置１５００の構成例を示す。

マルチアンテナ受信装置１５００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１５０１によってモードを設定し、これをモード設定情報１５０２として制御部１５０３に送出する。制御部１５０３は、モード設定情報１５０２と、変調方式、符号化率等の情報を含む制御情報５１８とを入力とし、セーブモードに設定されており、かつ、制御情報５１８が一つのチャネルの変調信号しか存在しない送信方法を示しているとき、無線部５０３＿１、５０３＿２のいずれか一方の動作を停止させるような制御信号１５０４を出力する。

これにより、端末の受信装置の消費電力を低減することができる。ここでは、無線部のみ動作を停止させようにしたが、これに限ったものではなく、ディジタル信号処理を行っている部分の動作を停止させるようにしても同様の効果を得ることができる。

以上のように、外部からの情報に基づいて、送信方法を限定したり、学習モード、セーブモードに設定できるようにすることで、送受信機の簡略化、低消費電力化、データの伝送速度と受信品質の両立を図ることができる。特に、ＭＩＭＯ伝送を用いた送信方法を含んでいる場合に、これらの効果が大きい。

上述の送信方法の切り替えを、再送時に同様に適用しても、上述と同様の効果を得ることができる。

次に、図１２のテーブルとは異なる、図１６のようなテーブルの作成方法を説明する。図１６では、パーソナルコンピュータの画面においてアプリケーションモードを設定できるようになっている。例えば、“動画モード”、“インターネットモード”、“ファイルダウンロードモード”、“ゲームモード”、“学習モード”、“ユーザ設定モード”のうち、ユーザはいずれかのモードを選択することができる。そして、“学習モード”、“ユーザ設定モード”以外のモードを選択したときには、伝送モード、最大遅延時間、再送遅延時間が自動的に設定され、“学習モード”、“ユーザ設定モード”を選択したときには、最大遅延時間、再送遅延時間はユーザが設定できるようにする。このようなテーブルを作成し、パーソナルコンピュータを用いてモードを設定したときも、上述と同様に実施することができ、同様の効果を得ることができる。

なお本実施の形態では、送信方法のパラメータとして、特に変調方式について説明しているが、それ以外に符号化方法、符号化率等のパラメータも考慮して送信方法のテーブルを作成してもよく、これらのパラメータが加わった場合でも、本発明を同様に実施することができる。

また本実施の形態の特徴は、固有モードのＭＩＭＯシステムだけでなく、例えばアンテナエレメントモードを利用したＭＩＭＯ多重方式にも適用可能である。以下では、参考までに、アンテナエレメントモードを利用したＭＩＭＯ多重方式について説明する。

図１７は、アンテナエレメントモードを利用したＭＩＭＯ多重方式を実現するマルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置の構成例を示すものである。

マルチアンテナ送信装置１７００は、各変調信号生成部１７０２Ａ、１７０２Ｂ、１７０２Ｃに、チャネルＡ、Ｂ、Ｃの送信ディジタル信号１７０１Ａ、１７０１Ｂ、１７０１Ｃを入力し、これを変調することでチャネルＡ、Ｂ、Ｃの変調信号１７０３Ａ、１７０３Ｂ、１７０３Ｃを得る。各無線部１７０４Ａ、１７０４Ｂ、１７０４Ｃは、チャネルＡ、Ｂ、Ｃの変調信号１７０３Ａ、１７０３Ｂ、１７０３Ｃに対して、周波数変換等の所定の無線処理を施すことで送信信号１７０５Ａ、１７０５Ｂ、１７０５Ｃを得、これをアンテナ１７０６Ａ、１７０６Ｂ、１７０６Ｃに供給する。

マルチアンテナ受信装置１８００は、無線部１７０９＿１、１７０９＿２、１７０９＿３に、アンテナ１７０７＿１、１７０７＿２、１７０７＿３で受信した受信信号１７０８＿１、１７０８＿２、１７０８＿３を入力する。各無線部１７０９＿１、１７０９＿２、１７０９＿３は、受信信号１７０８＿１、１７０８＿２、１７０８＿３に対して、周波数変換等の所定の無線処理を施すことでベースバンド信号１７１０＿１、１７１０＿２、１７１０＿３を得、これを分離・復調部１７１１に送出する。

分離・復調部１７１１は、ベースバンド信号１７１０＿１、ベースバンド信号１７１０＿２、ベースバンド信号１７１０＿３から、送信された元の変調信号１７０３Ａ、１７０３Ｂ、１７０３Ｃを分離し、さらにこれらを復調することで、チャネルＡ、Ｂ、Ｃの受信ディジタル信号１７１２Ａ、１７１２Ｂ、１７１２Ｃを得る。

ここで、チャネルＡの変調信号１７０３Ａ、チャネルＢの変調信号１７０３Ｂ、チャネルＣの変調信号１７０３ＣをそれぞれＴｘａ（ｔ）、Ｔｘｂ（ｔ）、Ｔｘｃ（ｔ）とし、ベースバンド信号１７１０＿１、ベースバンド信号１７１０＿２、ベースバンド信号１７１０＿３をそれぞれＲｘ１（ｔ），Ｒｘ２（ｔ），Ｒｘ３（ｔ）とすると、次式の関係式が成立する。但し、ｈ１１（ｔ）〜ｈ３３（ｔ）は、各送受信アンテナ間のチャネル変動値である。

すなわち、分離・復調部１７１１は、（１）式の関係式に基づいて、チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣの信号を分離する。

ところで、変調信号Ｔｘａ（ｔ）、Ｔｘｂ（ｔ）、Ｔｘｃ（ｔ）は、それぞれ、独立の変調方式とすることが可能である。すると、本実施の形態で説明したように、送信方法の種類が多くなってしまい、送信方法の選択方法が複雑になってしまうという課題が発生する。しかし、本実施の形態で説明したような処理をこのようなＭＩＭＯ多重方式に適用することで、送信方法の選択手順を簡略化することができるようになる。

本発明は、例えばＭＩＭＯシステムやＯＦＤＭ−ＭＩＭＯシステム等のマルチアンテナ通信システムに用いられるマルチアンテナ通信装置の通信方法及びマルチアンテナ通信装置に適用して好適である。

１００、４００、１１００ マルチアンテナ送信装置
１０１ 多重フレーム生成部
１０３Ａ〜１０３Ｘ、４０４Ａ、４０４Ｂ 符号化・変調部
１０５、４０６ ベクトル多重化部
１０６、２０１ アレイアンテナ
１０７ チャネル解析部
１０８ 制御部
２００、５００ マルチアンテナ受信装置
２０２、５０９ 多重信号分離部
２０４Ａ〜２０４Ｘ 復号化部
２０６ 受信データ合成部
２０８ チャネル解析部
２１０ 送信方法情報検出部

Claims (5)

1. 送信データの送信に用いるビーム数及び変調方式の組み合わせであり、以前に選択したビーム数及び変調方式の組み合わせのうち、再送要求の少ない組み合わせの候補を、ユーザに提示するステップと、
   前記ユーザによって選択された前記ビーム数及び変調方式の組み合わせを用いて、前記送信データを変調するステップと、
   同一周波数帯域において、マルチアンテナから前記選択されたビーム数に基づいて送信を行うステップと、
   を含むマルチアンテナ通信装置の通信方法。
2. 前記ビーム数及び変調方式の組み合わせは、前記送信データの受信時の誤り耐性、又は、送信容量によって、グループ分けされた組み合わせである、
   請求項１に記載のマルチアンテナ通信装置の通信方法。
3. 前記ビーム数及び変調方式の組み合わせは、前記送信データのアプリケーションの種類によって、グループ分けされた組み合わせである、
   請求項１に記載のマルチアンテナ通信装置の通信方法。
4. 前記ビーム数及び変調方式の組み合わせは、前記送信データを伝送するのに要する時間が、所定の時間よりも少ない組み合わせである、
   請求項１に記載のマルチアンテナ通信装置の通信方法。
5. 送信データの送信に用いるビーム数及び変調方式の組み合わせであり、以前に選択したビーム数及び変調方式の組み合わせのうち、再送要求の少ない組み合わせの候補を、ユーザに提示する提示部と、
   前記ユーザに選択された前記ビーム数及び変調方式の組み合わせを用いて、前記送信データを変調する変調部と、
   同一周波数帯域において、マルチアンテナから前記選択されたビーム数に基づいて送信する無線部と、
   を具備するマルチアンテナ通信装置。

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