JP5218977B2 - 通信装置、無線通信システムおよびフィードバック情報演算時の近似方法ならびにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、無線通信システムおよびフィードバック情報演算時の近似方法ならびにプログラムに関する。

次世代の通信方式として、非特許文献１または２に示す３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)で標準化されているＬＴＥ(Long Term Evolution)などのＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が注目されている。ＯＦＤＭでは、通信チャネルの状態を送信装置に知らせるために、受信装置において受信品質を表すＣＱＩ(Channel Quality Indication)を算出し、送信装置にフィードバックを行うことがある。

送信装置側では、フィードバック情報を元に、常に最適な周波数割当てや変調方式、符号化率などを制御する。これにより、受信特性を良好な状態に保つことができる。

特許文献１では、通信容量ベースでＣＱＩ算出用のＳＮＲ(Signal to Noise power Ratio)を算出すること、および通信容量を求める際に、ｌｏｇ（ＳＮＲ）によって近似する手法が提案されている。しかしながら、この手法では、受信装置で行う詳細な処理については具体的に触れられていない。

以下では、ＬＴＥの場合を例として、サブバンド（ｓｕｂｂａｎｄ）毎のＳＮＲを全帯域にわたって平均し、ＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩ用のＳＮＲを算出する周知の手法について説明する。

ＬＴＥの場合には、受信装置から送信装置へのフィードバック情報としては主に３つの情報がある。すなわち、帯域における受信品質を表すＣＱＩ、帯域に対して最適なＰｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ（以下では、プリコーディング行列と記す）を表すＰＭＩ(Precoding Matrix Indicator)、送信装置から受信装置へ情報を送信する際に最適なランク情報を表すＲＩ(Rank Indication)である。ここで、プリコーディング(Precoding)とは、送受信間のチャネル状態に適した線形処理を送信側で事前に行うことにより、受信信号特性を改善する技術を意味する。

非特許文献２（３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１３ ｖ８．３．０）において、ＰＵＳＣＨ(Physical Uplink Shared Channel)、ＰＵＣＣＨ(Physical Uplink Control Channel)でフィードバック情報を送信する場合について、それぞれ図１０および図１１のように、各受信装置から送信装置への報告モードが規定されている。すなわち、図１０および図１１における横方向がモードの種類である。例えば、１−０、１−１、２−０、２−１、２−２、３−０、３−１などと記されている。これに対し、縦方向がフィードバック情報の種類である。図１０および図１１に示すＷｉｄｅｂａｎｄ
ＣＱＩ（ＰＭＩ）は全帯域で共通のＣＱＩ（ＰＭＩ）情報、図１０に示すＳｕｂｂａｎｄ ＣＱＩ（ＰＭＩ）はある特定のサブバンドにおけるＣＱＩ（ＰＭＩ）情報、図１０に示すＢｅｓｔ−Ｍ ＣＱＩは全帯域中で良い方からＭ個のＣＱＩを抽出した情報、図１１に示すＵＥ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ
Ｓｕｂｂａｎｄ ＣＱＩはＵＥ(User Equipment)が選択したサブバンドにおけるＣＱＩ情報、図１０に示すＢｅｓｔ−Ｍ
ＰＭＩはＢｅｓｔ−Ｍ ＣＱＩ報告に選択されたサブバンドにおけるＰＭＩ情報、図１０に示すＩｎｄｅｘ
ｒはＢｅｓｔ−Ｍで選択された帯域の情報、図１１に示すＩｎｄｅｘ ｊはＵＥが選択した帯域の情報を表す。ここで、２重丸で示すものが報告を必要とするフィードバック情報を示している。

ここで、受信装置から送信装置に対してＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩをフィードバックする際、サブバンド毎のＳＮＲのみが既知の場合は、サブバンド毎のＳＮＲを全帯域にわたって平均化する処理が必要となる。

この手法において正確な平均ＳＮＲを算出するためには、冪根を算出する処理が必要となる。この冪根を算出する処理がボトルネックとなって演算量が増大してしまう可能性がある。よって、冪根を算出する際には適切な近似手法を導入する必要がある。

冪根を算出するための一般的な近似手法としては、例えばＮｅｗｔｏｎ法が挙げられる。Ｎｅｗｔｏｎ法は多項式の近似解を求める反復法の一種である。Ｎｅｗｔｏｎ法は、再急降下法などに比べて高速であるという特徴を持つ。しかし、非特許文献３に記載されているように、Ｎｅｗｔｏｎ法の収束速度は設定する初期値に大きく依存することが知られている。よって、適用する問題に応じて適切な初期値を設定する必要がある。

特表２００８−５２６１１７号公報 ３ＧＰＰ，ＴＳ ３６．２１１ ｖ８．３．０（６．３．４ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）２００８年５月 ３ＧＰＰ，ＴＳ ３６．２１３ ｖ８．３．０（７．２ ＵＥ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ（ＣＱＩ），ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＰＭＩ）ａｎｄ ｒａｎｋ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ（ＲＩ））２００８年５月 理工学系の数学入門コース８ 数値計算、川上一郎著、岩波書店、１９８９年４月

上述したように、例えば、Ｎｅｗｔｏｎ法の収束速度は設定する初期値に大きく依存することが知られている。よって、適用する問題に応じて適切な初期値を設定する必要がある。しかしながら、適切な初期値の導出手法については、これまで提案が無い。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、演算を簡単化できる初期値を設定することができる通信装置、無線通信システムおよびフィードバック情報演算時の近似方法ならびにプログラムを提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置において、ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いて計算する演算手段を備え、近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳがマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、演算手段は、初期値ｐ₀（Ｌ）を、
ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
として算出するものである。

あるいは、本発明の通信装置は、受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置において、ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いるときに、ＳＮＲの値が高いときには、この近似手法における初期値をそのまま近似手法による近似演算結果として用いる演算手段を備えるものである。

本発明のフィードバック情報演算時の近似方法は、受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置が行うフィードバック情報演算時の近似方法において、ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いて計算する演算ステップを有し、近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳがマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、演算ステップの処理は、初期値ｐ₀（Ｌ）を、
ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
として算出するものである。

あるいは、本発明のフィードバック情報演算時の近似方法は、受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置が行うフィードバック情報演算時の近似方法において、ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いるときに、ＳＮＲの値が高いときには、この近似手法における初期値をそのまま近似手法による近似演算結果として用いる演算ステップを有するものである。

本発明のプログラムは、情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、本発明の通信装置の機能を実現するものである。

本発明によれば、演算を簡単化できる初期値を設定することができる。

（本発明の第一の実施の形態に係る無線通信システムの構成）
本発明の第一の実施の形態に係る無線通信システム１の構成を図１を参照して説明する。図１は、無線通信システム１のブロック構成図である。通信装置となる送信装置１０は、チャネル符号化部１１、変調部１２、レイヤマッピング部１３、プリコーディング部１４、ＲＥ(Resource Element)マッピング部１５、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)部１６を具備する。また、通信装置となる受信装置２０は、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)部２１、ＲＥデマッピング部２２、チャネル推定部２３、復調部２４、チャネル復号化部２５、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０を具備する。

なお、チャネル符号化部１１、変調部１２、ＲＥマッピング部１５、ＩＦＦＴ部１６、ＦＦＴ部２１、ＲＥデマッピング部２２、復調部２４、チャネル復号化部２５がそれぞれ２つずつ有るのは、データ中の２つのコードワード(Codeword)の異なる成分を並列処理するためである。

また、図２はＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０の構成例を表したものである。ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０は、ＳＮＲ推定部３１、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ推定部３２、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ選択部３３を具備する。

なお、送信装置１０、受信装置２０の各部は、所定のソフトウェアにより動作する汎用のコンピュータ装置（ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＤＳＰ(Digital Signal
Processor)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）など）によって構成されてもよい。また、送信装置１０、受信装置２０において、各部を制御するための制御部については図示を省略してある。

（本発明の第一の実施の形態に係る無線通信システムの動作の説明）
本発明の第一の実施の形態に係る無線通信システム１の送信装置１０および受信装置２０の動作を説明する。送信装置１０では、送信データは、まずチャネル符号化部１１において、所望の符号化操作が行われる。例えば、誤り検出符号化および誤り訂正符号化が施される。続いて、変調部１２において、指定された変調方式に基づいてＩ成分（同相成分）およびＱ成分（直交位相成分）へとマッピングされる。変調されたデータは、受信装置２０からのフィードバック情報４０に基づいて、レイヤマッピング部１３で送信レイヤにマッピングされる。そして、送信レイヤにマッピングされたデータは、プリコーディング部１４において、指定されたプリコーディング行列が乗算される。続いて、ＲＥマッピング部１５で、ＤＦＴ(Discrete Fourier transform)処理され、 周波数リソース上のＲＥにマッピングされる。続いて、ＩＦＦＴ部１６で時間領域の信号に変換された後、送信アンテナから送信信号として送信される。

一方、受信装置２０では、受信アンテナで受信した信号は、まずＦＦＴ部２１においてフーリエ変換により周波数成分のデータに分けられた後、ＲＥデマッピング部２２で周波数リソースからデマッピングされる。すなわち、ＲＥデマッピング部２２は、ＲＥマッピング部１５と逆の処理を行う。チャネル推定部２３では、周波数リソース上に予めマッピングされていた既知信号(Reference Signal)を用いてチャネル状態を表すチャネル推定行列を推定する。復調部２４では、チャネル推定部２３で推定したチャネル推定行列などを元に、Ｉ成分とＱ成分から尤度情報へと復調され、チャネル復号化部２５で誤り訂正復号化および誤り検出が行われる。

また、受信装置２０中のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０では、チャネル推定部２３で推定したチャネル推定行列を元にＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを推定し、フィードバック情報４０として送信装置１０に送信する。フィードバック情報４０は送信装置１０におけるレイヤマッピング部１３およびプリコーディング部１４での処理に反映される。

次に、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０の動作を、閉ループ空間多重(Closed Loop Spatial Multiplexing)のケースについて、図２および図３を用いて説明する。まず、ＳＮＲ推定部３１では、全帯域を定められた数の細かい帯域に分割する。以下、分割されたそれぞれの帯域のことをサブバンド(Subband)と称する。そして、チャネル推定部２３で算出されたチャネル推定行列を元に、サブバンド毎のＳＮＲ(Signal to Noise power Ratio)を算出する（ステップＳ１）。

Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ推定部３２では、あらかじめ用意されたＣｏｄｅｂｏｏｋのＩｎｄｉｃａｔｏｒが示すそれぞれのＰＭＩが適用された場合のＳＮＲの値を表すＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲを推定する（ステップＳ２）。図４はＬＴＥにおけるＣｏｄｅｂｏｏｋのうち、送信アンテナ数が１もしくは２の場合に関する例を表しており、詳細は３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１１ ｖ８．３．０において規定されている。ここで、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ（＝ＳＩＮＲ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ））は、式１に従って算出される。
ＳＩＮＲ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ）＝（ＳＮＲ（Ｋ）／［ＳＮＲ（Ｋ）^-1Ｉ_R＋Ｖ^H _PRＨ（ｆ）^HＨ（ｆ）Ｖ_PR］_LL ^-1）−１ …（１）

ただし、Ｐ_RはランクＲの場合のＰ番目のＣｏｄｅｂｏｏｋが表すＰＭＩを表し、Ｌはレイヤ番号を表し、ｆは周波数軸上のＲＳ(Reference Signal)がマッピングされているサブキャリア番号を表し、Ｋはサブバンド番号を表し、Ｉ_RはＲ×Ｒの単位行列を表し、Ｖ_PRはランクＲの場合のＰ番目のＣｏｄｅｂｏｏｋが表すプリコーディング行列を表し、Ｈ（ｆ）はｆ番目のサブキャリアにおけるチャネル推定値を表す。また、［］_LLは行列におけるＬ行Ｌ列の成分を表す。

ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ選択部３３では、まずＳｈａｎｎｏｎの定理に従って、それぞれのＰＭＩが適用された場合のシステム全体の通信容量Ｃ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ）を次の式２に従って算出する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２、Ｓ３は全てのＰＭＩ、全てのレイヤ、選択したサブバンドおよび全てのＲＳに対して行われる。
Ｃ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ）＝ｌｏｇ₂（１＋ＳＩＮＲ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ））…（２）

次に、上記で算出した通信容量が最大になるようなＷｉｄｅｂａｎｄ ＰＭＩ ＝Ｐ＾_wおよびＲＩ＝Ｒ＾を、式３に従って選択する（ステップＳ４）。
Ｒ＾，Ｐ＾_w＝ａｒｇ ｍａｘ_Re(1,2)ｍａｘ_PR∈ΩRΣ_KΣ_fΣ_L=1toRＣ（Ｐ_R，Ｌ，ｆ，Ｋ）…（３）
ただし、Ω_RはランクＲにおける全てのＰＭＩの集合を表す。

次に、選択したＰＭＩおよびランクを適用した場合のチャネル品質を表すＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩを算出するための平均ＳＮＲ値
ＳＩＮＲ_wCQI（Ｌ）を、式４に従って算出する（ステップＳ５）。
ＳＩＮＲ_wCQI（Ｌ）＝［Π_ＫΠ_f（１＋ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））］^1/Ｋ−１
…（４）
このようにして求めたＳＮＲから、図５に示すようなＳＮＲとＣＱＩｉｎｄｅｘとの関連とを表す表を元にＣＱＩｉｎｄｅｘに変換する（ステップＳ６）。そして、受信装置２０は、求めたＣＱＩｉｎｄｅｘをフィードバック情報４０として送信装置１０へ送信する。ここで、図５の中のＳＮＲ＿ｔｈ１〜ＳＮＲ＿ｔｈ１５の値は実装によって決定される値である。

以上の処理は周知の技術である。以下では、無線通信システム１の特徴を説明する。

上述した式４において、Ｋ乗根を算出する処理がある。しかしながらこの処理を実装するのは困難であり、何らかの近似手法を用いる必要がある。Ｋ乗根を算出する手法としては、一般的にＮｅｗｔｏｎ法が用いられることが多い。既に説明したように、Ｎｅｗｔｏｎ法は方程式を数値計算により解くための反復法の１つであり、再急降下法などに比べて高速であるという特徴を持つ。

ここで、
ａ＝Π_ＫΠ_f（１＋ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）） …（５）
とおくと、ａのＫ乗根演算を行うことは、式６の多項式の解を求めることと同義である。
ｆ（ｘ）＝ｘ^Ｋ−ａ＝０ …（６）

よって、以下に示すようなＮｅｗｔｏｎ法のアルゴリズムにより、ａのＫ乗根を算出することができる。ただし、Ｉｎｐｕｔは、初期近似値ｐ₀、許容誤差限度ＴＯＬ、最大の繰り返し回数Ｎ₀であり、Ｏｕｔｐｕｔは、近似解ｐ（またはエラーメッセージ）である。
（１）ｉ＜−Ｌ；
（２）ｗｈｉｌｅ（ｉ≦Ｎ₀）ｄｏ（３）−（６）
（３）ｐ＜ｐ₀−ｆ（ｐ₀）／ｆ’（ｐ₀）＝ｐ₀−（ｐ₀ ^Ｋ−ａ）／Ｋｐ₀ ^Ｋ-1＝（１−Ｌ／Ｋ）ｐ₀＋ａ／Ｋｐ₀ ^Ｋ-1．
（４）ｉｆ（｜ｐ−ｐ₀｜＜ＴＯＬ）ｔｈｅｎ
ＯＵＴＰＵＴ（Ｐ）；
ＳＴＯＰ．
（５）ｉ＜−ｉ＋Ｌ
（６）Ｐ₀＜−Ｐ．
（７）ＯＵＴＰＵＴ（Ｅｒｒｏｒ！）；
ＳＴＯＰ．

ここで、Ｎｅｗｔｏｎ法の収束速度は初期値の設定に大きく依存することが知られている。初期値ｐ₀を実際の解にできるだけ近い値に設定することで、収束速度を大幅に改善することができる。無線通信システム１では、初期値ｐ₀を式７に従って設定することとする。
ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
…（７）
ただし、Ｎ_fは算出に用いるサブキャリア数を表す。

また、ｐ₀が１よりも小さい場合は、計算中に、ａ／Ｋｐ₀ ^Ｋ-1の値が大きくなってしまうために、値が収束せず発散してしまう。この場合は、式８に示すように、初期値ｐ₀に１を加えることで、この問題を回避する。
ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}＋１
…（８）

上記の値で初期値を設定した場合のＮｅｗｔｏｎ法による収束の様子を様々なＳＮＲ値によりシミュレーションした結果を図６に示す。図中の括弧内にはそれぞれのＳＮＲ値を記す。ただし、ｘ軸はループ回数、ｙ軸はＳＮＲを表す。また、実線はＮｅｗｔｏｎ法の各ループで求めた値を表し、点線は正しい値を表している。また、ループ回数が“０”の箇所の値は、設定した初期値を表している。本結果により適切な初期値を設定することで、高々１０回強のループで正しい値に収束することがわかる。

また、図６における初期値の値を見ればわかるように、高ＳＮＲの場合には初期値として設定した値が、近似値とほぼ等しいことがわかる。それにも関わらず、従来は、高ＳＮＲの場合にもＮｅｗｔｏｎ法演算を行っている。よって、無駄な演算が発生している。

そこで、無線通信システム１では、求めた初期値の値に応じてＮｅｗｔｏｎ法の演算を行うかどうかを切替える。これにより、常に十分な近似精度を確保しつつ、受信装置２０における演算量を削減することができる。以下では、本手法をハイブリッド法と呼ぶことにする。

ハイブリッド法の処理の詳細を図７に示す。まず、全てのサブバンドについてＳＮＲを算出する（ステップＳ１０）。次に、各サブバンドのＳＮＲをｌｏｇ値に変換し、式７もしくは式８に従って単純平均を求めることで、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）を算出する（ステップＳ１１）。以下では、本手法をＬｏｇ Ａｖｅｒａｇｅ法と呼ぶことにする。

次に、Ｌｏｇ Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲであるＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）と、事前に設定した閾値ＳＮＲ_thとを比較する（ステップＳ１２）。閾値よりも求めた値が大きい場合には、Ｌｏｇ
Ａｖｅｒａｇｅ法で求めたＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）を平均ＳＮＲとして出力する（ステップＳ１３）。また、求めた値が閾値以下の場合には、Ｎｅｓｔｏｎ法によって平均ＳＮＲを算出し、その値を出力する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１２における大小の比較を「＞」ではなく「≧」で行うようにしてもよい。

図８に、Ｌｏｇ Ａｖｅｒａｇｅ法、ハイブリッド法およびＮｅｗｔｏｎ法による近似値を求めた結果を示す。図８において、点線はＬｏｇ
Ａｖｅｒａｇｅ法による近似値を求めた結果を示し、実線はハイブリッド法による近似値を求めた結果を示す。ただし、ｘ軸は実際のＳＮＲを、ｙ軸は近似によって算出されたＳＮＲを表す。よって、実際のＳＮＲと近似によって算出されたＳＮＲとは比例することが好ましい。本結果により、ハイブリッド法による近似値を求めた結果は、実際のＳＮＲと近似によって算出されたＳＮＲとが比例していることを表している。したがって、Ｌｏｇ
Ａｖｅｒａｇｅ法では特に低ＳＮＲの際には十分な近似精度を得られていないが、ハイブリッド法によれば十分な近似精度が得られることがわかる。

また、切替えの閾値ＳＮＲ_thを１０ｄＢとしたときのシミュレーションプログラムにおける近似演算の実行時間を図９に示す。図９において、点線はＮｅｗｔｏｎ法による近似演算の実行時間を示し、実線はハイブリッド法による近似演算の実行時間を示す。ただし、ｘ軸は実際のＳＮＲを表し、ｙ軸はプログラムの実行時間を表す。本結果により、無線通信システム１は近似精度を落とすことなく、高ＳＮＲ時における演算時間を大幅に削減できることがわかる。

（本発明の第二の実施の形態）
上述した第一の実施の形態では、Ｋ乗根の近似演算にＮｅｗｔｏｎ法を用いている。しかしながら、これでもなお（Ｋ−１）乗の演算が必要となってしまう。よって、この演算を避けるために、例えばＨｏｎｏｒ法を導入してもよい。Ｈｏｎｏｒ法は多項式のある点における値を求めるアルゴリズムである。Ｈｏｎｏｒ法を導入した場合のｆ（ｐ₀）およびｆ’（ｐ₀）の項の近似演算アルゴリズムを示す。ただし、Ｉｎｐｕｔは、次数Ｋ、初期近似値ｐ₀であり、Ｏｕｔｐｕｔは、ｙ＝ｆ（ｐ₀），ｚ＝ｆ’（ｐ₀）である。
（１）ｙ＜−Ｌ；
ｚ＜−Ｌ；
（２）ｆｏｒ ｊ＝Ｋ−１，Ｋ−２，…，Ｌ ｄｏ
ｙ＜＾ｐ₀＊ｙ；
ｚ＜＾ｐ₀＊ｚ＋ｙ；
（３）ｙ＜＾ｐ₀＊ｙ−ａ；
（４）ＯＵＴＰＵＴ（ｙ，ｚ）；
ＳＴＯＰ．

このアルゴリズムが示すとおり、本手法の導入により単純なループ計算のみでｆ（ｐ₀）およびｆ’（ｐ₀）を算出することができる。これにより（Ｋ−１）乗演算を回避することができる。

（プログラムの実施の形態）
次に、情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、本発明の実施の形態の送信装置１０、受信装置２０の機能を実現するプログラムの実施の形態を説明する。ここで、情報処理装置とは、例えば、汎用のコンピュータ装置であり、ＣＰＵやＤＳＰあるいはマイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）などが含まれる。

例えば、マイクロプロセッサは、メモリ、ＣＰＵ、入出力ポートなどを有する。マイクロプロセッサのＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、マイクロプロセッサにより、送信装置１０、受信装置２０の各部の機能としてチャネル符号化部１１、変調部１２、レイヤマッピング部１３、プリコーディング部１４、ＲＥマッピング部１５、ＩＦＦＴ部１６、ＦＦＴ部２１、ＲＥデマッピング部２２、チャネル推定部２３、復調部２４、チャネル復号化部２５、ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０が実現される。

なお、マイクロプロセッサが実行する制御プログラムは、送信装置１０、受信装置２０の出荷前に、マイクロプロセッサのメモリなどに記憶されたものであっても、送信装置１０、受信装置２０の出荷後に、マイクロプロセッサのメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、制御プログラムの一部が、送信装置１０、受信装置２０の出荷後に、マイクロプロセッサのメモリなどに記憶されたものであってもよい。送信装置１０、受信装置２０の出荷後に、マイクロプロセッサのメモリなどに記憶される制御プログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

なお、本実施の形態のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

（本発明の実施の形態に係る効果）
以上のように、無線通信システム１ではサブバンド毎のＳＮＲを全帯域にわたって平均し、ＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩ用のＳＮＲを算出する際に、適切な初期値を設定して閾値と比較を行う。このときに、ＳＮＲが閾値を超えている場合は初期値をそのまま近似値として出力する。また、ＳＮＲが閾値以下の場合にはＮｅｗｔｏｎ法により近似演算を行う。これにより、近似解の精度を十分に確保しつつ、受信装置２０における演算量を削減することができる。また、Ｈｏｎｏｒ法を用いることにより、さらに演算量を削減することができる。

（変形例）
上述した本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り、様々に変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、ＬＴＥを利用した携帯電話機における通信について説明したが、ＦＤＭ、ＯＦＤＭを利用した携帯電話機やＷｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮなどのＭＩＭＯプリコーディングを用いた無線通信システムにおいても同様の手法を適用することが可能である。あるいは、受信装置における受信品質に基づき、送信装置にフィードバック情報を通知するあらゆる通信システムに本発明の実施の形態の手法を適用することができる。この場合、必ずしも無線通信システムでなくてもよい。

本発明の第一の実施の形態に係る無線通信システムのブロック構成図である。 図１に示す通信装置（受信装置）のＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部のブロック構成図である。 図２に示すＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部のＣＱＩの生成手順を示すフローチャートである。 図２に示すＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ推定部に用いられるＬＴＥにおけるＣｏｄｅｂｏｏｋのうち、送信アンテナ数が１もしくは２の場合に関する例を表す図である。 図２に示すＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の演算におけるＳＮＲとＣＱＩＩｎｄｅｘとの関連を表す図である。 Ｎｅｗｔｏｎ法による収束の様子をシミュレーションした結果を示す図であり、ｘ軸にループ回数を示し、ｙ軸にＳＮＲを示す。 図２に示すＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の演算におけるハイブリッド法の演算手順を示すフローチャートである。 図２に示すＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の演算におけるハイブリッド法とＬｏｇＡｖｅｒａｇｅ法、Ｎｅｗｔｏｎ法による近似値を求めた結果を示す図であり、ｘ軸に実際のＳＮＲを示し、ｙ軸に近似によって算出されたＳＮＲを示す。 図２に示すＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部の演算において切替えの閾値を１０ｄＢとしたときのシミュレーションプログラムにおける近似演算の実行時間をハイブリッド法とＮｅｗｔｏｎ法とを比較して示す図であり、ｘ軸にＳＮＲを示し、ｙ軸に処理時間を示す。 ＬＴＥのＰＵＳＣＨにおける受信装置から送信装置への報告モードの規定を示す図であり、ＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩ、Ｓｕｂｂａｎｄ ＣＱＩ、Ｂｅｓｔ−ＭＣＱＩ、Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＰＭＩ、ＳｕｂｂａｎｄＰＭＩ、Ｂｅｓｔ−Ｍ ＰＭＩ、ＲＩ、Ｉｎｄｅｘｒを示す図である。 ＬＴＥのＰＵＣＣＨにおける受信装置から送信装置への報告モードの規定を示す図であり、ＷｉｄｅｂａｎｄＣＱＩ、ＵＥ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｓｕｂｂａｎｄ ＣＱＩ、Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＰＭＩ、ＲＩ、Ｉｎｄｅｘ ｊを示す図である。

符号の説明

１…無線通信システム、１０…送信装置（通信装置）、１１…チャネル符号化部、１２…変調部、１３…レイヤマッピング部、１４…プリコーディング部、１５…ＲＥマッピング部、１６…ＩＦＦＴ部、２０…受信装置（通信装置）、２１…ＦＦＴ部、２２…ＲＥデマッピング部、２３…チャネル推定部、２４…復調部、２５…チャネル復号化部、３０…ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ推定部３０（演算手段）、３１…ＳＮＲ推定部、３２…Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ推定部（演算手段）、３３…ＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩ選択部

Claims (12)

1. 受信信号の受信品質を表すＣＱＩ(Channel Quality Indication)を算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置において、
   上記ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲ(Signal to Noise power Ratio)を上記受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、
   この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いて計算する演算手段を備え、
   上記近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、
   Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ(Precoding Matrix Indicator)、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳ(Reference Signal)がマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
   Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、
   上記演算手段は、
   初期値ｐ₀（Ｌ）を、
   ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
   ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
   として算出する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置において、
   上記ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲ(Signal to Noise power Ratio)を上記受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、
   この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いるときに、上記ＳＮＲの値が設定された閾値よりも大きい、または閾値以上のときには、この近似手法における初期値をそのまま上記近似手法による近似演算結果として用いる演算手段を備える、
   ことを特徴とする通信装置。
3. 請求項２記載の通信装置において、
   前記近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、
   Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ(Precoding Matrix Indicator)、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳ(Reference Signal)がマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
   Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、
   前記演算手段は、
   前記初期値ｐ₀（Ｌ）を、
   ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
   ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
   として算出する、
   ことを特徴とする通信装置。
4. 請求項１または３記載の通信装置において、
   前記演算手段は、
   前記初期値ｐ₀（Ｌ）が“１”よりも小さいときには、初期値ｐ₀（Ｌ）に“１”を加算したものを初期値として用いる、
   ことを特徴とする通信装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の通信装置において、
   前記演算手段は、
   前記近似手法としてＨｏｎｏｒ法を用いる、
   ことを特徴とする通信装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の通信装置と、
   この通信装置からフィードバックされるフィードバック情報に基づき生成された送信信号を上記通信装置に送信する他の通信装置と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
7. 受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置が行うフィードバック情報演算時の近似方法において、
   上記ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを上記受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、
   この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いて計算する演算ステップを有し、
   上記近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、
   Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳがマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
   Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、
   上記演算ステップの処理は、
   初期値ｐ₀（Ｌ）を、
   ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
   ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
   として算出する、
   ことを特徴とするフィードバック情報演算時の近似方法。
8. 受信信号の受信品質を表すＣＱＩを算出し、このＣＱＩを他の通信装置にフィードバックする通信装置が行うフィードバック情報演算時の近似方法において、
   上記ＣＱＩには、受信帯域を所定数に分割して生成された複数のサブバンド毎のＳＮＲを上記受信帯域の全帯域にわたって平均化した情報を含み、
   この平均化を計算する際の冪根演算に代えて所定の近似手法を用いるときに、上記ＳＮＲの値が設定された閾値よりも大きい、または閾値以上のときには、この近似手法における初期値をそのまま上記近似手法による近似演算結果として用いる演算ステップを有する、
   ことを特徴とするフィードバック情報演算時の近似方法。
9. 請求項８記載のフィードバック情報演算時の近似方法において、
   前記近似手法はＮｅｗｔｏｎ法であり、
   Ｐ^{^} _wを通信容量が最大となる全帯域で共通のＰＭＩ、Ｌをレイヤ番号、ｆを周波数軸上のＲＳがマッピングされているサブキャリア番号、Ｋをサブバンド番号、ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ）をＥｆｆｅｃｔｉｖｅ ＳＮＲ、ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）をＬｏｇ
   Ａｖｅｒａｇｅ法により求めた平均ＳＮＲとするときに、
   前記演算ステップの処理として、
   前記初期値ｐ₀（Ｌ）を、
   ＳＮＲ_{est_ave}（Ｌ）＝（１／ＫＮ_f）Σ_ＫΣ_f（１０ｌｏｇ₁₀ＳＩＮＲ（Ｐ^{^} _w，Ｌ，ｆ，Ｋ））
   ｐ₀（Ｌ）＝１０^{SNRest_ave(L)/10}
   として算出する、
   ことを特徴とするフィードバック情報演算時の近似方法。
10. 請求項７または９記載のフィードバック情報演算時の近似方法において、
    前記演算ステップの処理として、
    前記初期値ｐ₀（Ｌ）が“１”よりも小さいときには、初期値ｐ₀（Ｌ）に“１”を加算したものを初期値として用いる、
    ことを特徴とするフィードバック情報演算時の近似方法。
11. 請求項７から１０のいずれか１項記載のフィードバック情報演算時の近似方法において、
    前記演算ステップの処理としてＨｏｎｏｒ法を用いる、
    ことを特徴とするフィードバック情報演算時の近似方法。
12. 情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、請求項１から５のいずれか１項記載の通信装置の機能を実現することを特徴とするプログラム。

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