JP5417141B2 - チャネル情報圧縮装置及び方法、コンピュータプログラム、受信機 - Google Patents

Description

本発明は、チャネル情報圧縮装置及び方法、コンピュータプログラム、受信機に関する。

次世代の無線通信システムにおいては、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムを採用することが検討されている。ＭＩＭＯシステムでは、送信機が送信データに対して信号伝送路（通信チャネル）の状態を表すチャネル情報（ＣＳＩ：Channel State Information）に基づいたプリコーディング（Precoding）を行うことにより、プリコーディングを行わない場合に比べて周波数利用効率を向上できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

また、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）の場合、一般的にチャネル情報は受信機で取得されるが、そのチャネル情報に基づいた送信データのプリコーディングを行う方法として以下の２通りの方法（１）、（２）が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
（１）受信機が取得したチャネル応答行列を送信機へ送信し、送信機が該チャネル応答行列に応じたプリコーディングを行う。
（２）複数のプリコーダー（Precoder）のインデックス（Index）を有するコードブック（Codebook）を送信機と受信機で共有し、受信機が取得したチャネル応答行列に応じたプリコーダーのインデックスを送信機へ送信し、送信機が該インデックスのプリコーダーを使用する。

M. Vu, A. Paulraj,"MIMO Wireless Linear Precoding", IEEE Signal Processing Magazine, Sep. 2007. 3GPP TS 36.211 V.8.7.0, May 2009.

しかし、上述した従来の方法（１）では、送信機は受信機で得られたチャネル応答行列を用いてプリコーディングを行うことができるが、受信機から送信機へ送るチャネル応答行列の情報量が多いため、その情報送信に使用する無線リソース量が多くなる。従来の方法（２）では、受信機から送信機へ送る情報量を削減できるが、コードブックで表すことのできるプリコーダーの種類が限られるので、受信機で得られたチャネル応答行列に的確なプリコーダーがない場合にはプリコーディング効果が薄れる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、チャネル情報の精度を良好に保ちながら情報圧縮を行うことのできる、チャネル情報圧縮装置及び方法、コンピュータプログラム、受信機を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るチャネル情報圧縮装置は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、を備え、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力することを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報圧縮装置において、前記適応選択部は、電力の高いほうから順に所定数の周波数成分を選択することを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報圧縮装置において、前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択することを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報圧縮装置において、前記時間−周波数領域変換部は離散コサイン変換を行うことを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報圧縮装置において、前記時間−周波数領域変換部は離散コサイン変換を行い、前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択することを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報展開装置は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報の周波数領域データの圧縮データに対して、該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報に基づいて不足の周波数成分を補完する情報補完部と、前記補完により得られた周波数領域データを周波数領域から時間領域に変換する周波数−時間領域変換部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報展開装置において、前記周波数−時間領域変換部は逆離散コサイン変換を行うことを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報圧縮方法は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を時間領域から周波数領域に変換するステップと、前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択するステップと、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係るチャネル情報展開方法は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報の周波数領域データの圧縮データに対して、該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報に基づいて不足の周波数成分を補完するステップと、前記補完により得られた周波数領域データを周波数領域から時間領域に変換するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係るコンピュータプログラムは、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を時間領域から周波数領域に変換するステップと、前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択するステップと、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
これにより、前述のチャネル情報圧縮装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。

本発明に係るコンピュータプログラムは、通信チャネルの状態を表すチャネル情報の周波数領域データの圧縮データに対して、該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報に基づいて不足の周波数成分を補完するステップと、前記補完により得られた周波数領域データを周波数領域から時間領域に変換するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
これにより、前述のチャネル情報展開装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。

本発明に係る受信機は、ＭＩＭＯシステムの受信機において、前記ＭＩＭＯシステムの送信機と自受信機との間のチャネル情報を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを前記送信機へ送信する送信部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る送信機は、ＭＩＭＯシステムの送信機において、自送信機と前記ＭＩＭＯシステムの受信機との間のチャネル情報の周波数領域データの圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを前記受信機から受信する受信部と、前記圧縮データに対して、該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報に基づいて不足の周波数成分を補完する情報補完部と、前記補完により得られた周波数領域データを周波数領域から時間領域に変換する周波数−時間領域変換部と、前記周波数−時間領域変換部により取得されたチャネル情報を用いて、送信データのプリコーディングを行うプリコーディング部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、チャネル情報の精度を良好に保ちながら情報圧縮を行うことができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略構成図である。 図１に示すチャネル情報圧縮部２４の構成を示すブロック図である。 図１に示すチャネル情報展開部１４の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るチャネル情報圧縮方法及びチャネル情報展開方法を説明するための便宜上の具体例である。 本発明の一実施形態に係るチャネル情報圧縮方法及びチャネル情報展開方法を説明するための便宜上の具体例である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略構成図である。この無線通信システムは、ＭＩＭＯ送信機１とＭＩＭＯ受信機２を有し、ＭＩＭＯ送信機１からＭＩＭＯ受信機２へＭＩＭＯ伝送を行う。

図１において、ＭＩＭＯ送信機１は、プリコーディング部１１と送信部１２と制御情報受信部１３とチャネル情報展開部１４を有する。プリコーディング部１１は、チャネル情報（ＣＳＩ）を用いて送信データのプリコーディングを行う。送信部１２は、複数の送信アンテナを有し、プリコーディングされた送信データを複数の送信アンテナから送信する。制御情報受信部１３は、ＭＩＭＯ受信機２から制御情報を受信する。この制御情報は、チャネル情報圧縮符号化データＢと制御データＣを有する。チャネル情報展開部１４は、チャネル情報圧縮符号化データＢと制御データＣを用いてチャネル情報を取得する。チャネル情報展開部１４は、取得したチャネル情報をプリコーディング部１１へ供給する。

ＭＩＭＯ受信機２は、受信部２１とチャネル推定部２２と受信処理部２３とチャネル情報圧縮部２４と制御情報送信部２５を有する。受信部２１は、複数の受信アンテナを有し、ＭＩＭＯ送信機１の複数の送信アンテナから送信された信号を複数の受信アンテナで受信する。チャネル推定部２２は、各受信アンテナの受信信号を用いてチャネル情報（ＣＳＩ）を推定する。受信処理部２３は、チャネル情報を用いて受信処理を行い、受信データを取得する。

チャネル情報圧縮部２４は、チャネル推定部２２で推定されたチャネル情報からチャネル情報圧縮符号化データＢを生成する。チャネル情報圧縮部２４は、チャネル情報圧縮符号化データＢと制御データＣを制御情報送信部２５へ出力する。制御情報送信部２５は、チャネル情報圧縮符号化データＢと制御データＣをＭＩＭＯ送信機１へ送信する。

図２は、図１に示すチャネル情報圧縮部２４の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示すチャネル情報展開部１４の構成を示すブロック図である。
まず、図２を参照してチャネル情報圧縮部２４を説明する。図２において、チャネル情報圧縮部２４は、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）部４１と情報圧縮部４２と可変長符号化部４３と制御部４４を有する。情報圧縮部４２は、適応選択部４５と量子化部４６を有する。

ＤＣＴ部４１には、チャネル推定部２２からチャネル情報（ＣＳＩ）が入力される。ＤＣＴ部４１は、チャネル情報を離散コサイン変換する。チャネル情報の離散コサイン変換により得られた離散コサイン変換データは、情報圧縮部４２へ出力される。離散コサイン変換データは、各周波数成分の情報としてＤＣＴ係数を有する。

情報圧縮部４２は、離散コサイン変換データに含まれる周波数成分の情報を、電力に基づいて圧縮（情報のビット数の削減または情報の削除）する。情報圧縮部４２は、離散コサイン変換データを情報圧縮した圧縮データ（以下、単に圧縮データと称する）を可変長符号化部４３へ出力する。可変長符号化部４３は、情報圧縮部４２から受け取った圧縮データを可変長符号化する。可変長符号化部４３は、圧縮データの可変長符号化により得られたチャネル情報圧縮符号化データＢを制御情報送信部２５へ出力する。

情報圧縮部４２では、適応選択部４５と量子化部４６によって離散コサイン変換データの情報圧縮が行われる。適応選択部４５は、離散コサイン変換データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する。適応選択部４５は、離散コサイン変換データの中から選択した周波数成分の情報を、量子化部４６へ出力する。量子化部４６は、適応選択部４５から入力された周波数成分の情報に対し、制御部４４からの指示に従ってビットを割り当てる。これにより、圧縮データが生成される。

適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａを制御部４４へ出力する。ＤＣＴポイントインデックス情報Ａは、圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報である。具体的には、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａは、ＤＣＴ係数の識別子（ＤＣＴポイントインデックス）から構成される情報であって、圧縮データに含まれるＤＣＴ係数を特定する。

制御部４４は、量子化部４６及び可変長符号化部４３の動作を制御する。制御部４４は、チャネル情報圧縮符号化データＢに係る制御データＣを制御情報送信部２５へ出力する。制御データＣは、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａを含む。

次に、図３を参照してチャネル情報展開部１４を説明する。図３において、チャネル情報展開部１４は、可変長復号化部５１と情報展開部５２と逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ：Inverse Discrete Cosine Transform）部５３と制御部５４を有する。情報展開部５２は、逆量子化部５５と情報補完部５６を有する。これら図３の各部は図２の各部に対応したものである。

可変長復号化部５１には、制御情報受信部１３からチャネル情報圧縮符号化データＢが入力される。可変長復号化部５１は、チャネル情報圧縮符号化データＢを可変長復号化する。可変長復号化部５１は、チャネル情報圧縮符号化データＢの可変長復号化により得られた圧縮データを情報展開部５２へ出力する。

情報展開部５２は、可変長復号化部５１から受け取った圧縮データを情報展開する。情報展開部５２では、逆量子化部５５と情報補完部５６によって圧縮データの情報展開が行われる。情報展開部５２は、圧縮データの情報展開により得られた離散コサイン変換データをＩＤＣＴ部５３へ出力する。ＩＤＣＴ部５３は、離散コサイン変換データを逆離散コサイン変換する。ＩＤＣＴ部５３は、逆離散コサイン変換により得られたチャネル情報（ＣＳＩ）をプリコーディング部１１へ出力する。

制御部５４には、制御情報受信部１３から制御データＣが入力される。制御部５４は、制御データＣに基づいて、可変長復号化部５１及び情報展開部５２の動作を制御する。制御データＣは、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａを含む。制御部５４は、制御データＣに含まれるＤＣＴポイントインデックス情報Ａを情報補完部５６へ出力する。

逆量子化部５５は、制御部４４からの指示に従って、圧縮データから、離散コサイン変換データの周波数成分の情報を取得する。情報補完部５６は、逆量子化部５５により取得された周波数成分の情報から構成される離散コサイン変換データに対して、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａに基づいて不足の周波数成分の情報を補完する。これにより、周波数成分の充足した離散コサイン変換データが生成される。

なお、本実施形態では、チャネル情報を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換としてＤＣＴを用いるが、他の時間−周波数領域変換を用いるようにしてもよい。例えば、時間−周波数領域変換として、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）又は離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ：Discrete wavelet transform）を用いてもよい。

次に、図２に示す情報圧縮部４２及び図３に示す情報展開部５２について、実施例を挙げて説明する。

実施例１では、適応選択部４５が、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、電力の高いほうから順に所定数の周波数成分を選択する。以下、実施例１に係る情報圧縮部４２及び情報展開部５２の動作を詳細に説明する。

まず、実施例１に係る情報圧縮部４２の動作を説明する。
適応選択部４５は、ＤＣＴ部４１から離散コサイン変換データを受け取る。離散コサイン変換データは、各周波数成分の情報としてＤＣＴ係数を有する。ここでは、説明の便宜上の具体例として、ＤＣＴ結果の離散コサイン変換データは、ＤＣＴポイントインデックスが０から１４までの１５個のＤＣＴ係数から構成される、とする。なお、ＤＣＴポイントインデックス「０」は直流（ＤＣ）成分のＤＣＴ係数に対応し、ＤＣＴポイントインデックスの値が大きいほどに高周波成分のＤＣＴ係数に対応する、とする。

まず、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス毎に、ＤＣＴポイントインデックスで特定されるＤＣＴ係数を用いて周波数成分の電力値を計算する。具体的には、ＤＣＴ係数は実数部と虚数部とから成り、ＤＣＴ係数に対応する周波数成分の電力値として、ＤＣＴ係数の実数部の二乗と虚数部の二乗との和を計算する。これにより、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」までに各々対応する１５個の電力値を算出する。この算出結果の説明の便宜上の具体例として、図４及び図５に示す。

次いで、適応選択部４５は、１５個の電力値を比較し、最大の電力値であるＤＣＴポイントインデックスを選択する。次いで、適応選択部４５は、該選択したＤＣＴポイントインデックスの電力値を除いて、残りの１４個の電力値を比較し、最大の電力値であるＤＣＴポイントインデックスを選択する。このＤＣＴポイントインデックス選択の操作を所定数分だけ繰り返す。ここでは、説明の便宜上の具体例として、所定数は７とする。これにより、適応選択部４５は、１５個の電力値のうち電力値の大きい方から７個の電力値に各々対応する７個のＤＣＴポイントインデックスを選択する。図４及び図５の例では、電力値の大きい順に、ＤＣＴポイントインデックス「０」、「４」、「２」、「３」、「９」、「１」、「７」の合計７個が選択される。なお、図４及び図５の例では、ＤＣＴポイントインデックス「７」と「１２」の電力値は「１２」で等しいが、選択数の制限により、小さい方（低周波成分の方）のＤＣＴポイントインデックス「７」を選択している。

次いで、適応選択部４５は、ＤＣＴ結果の離散コサイン変換データを構成する１５個のＤＣＴ係数の中から、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のＤＣＴポイントインデックス「０」、「１」、「２」、「３」、「４」、「７」及び「９」に各々対応する７個のＤＣＴ係数のみを、量子化部４６へ出力する。又、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のＤＣＴポイントインデックス「０」、「１」、「２」、「３」、「４」、「７」及び「９」を、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａとして制御部４４へ出力する。制御部４４は、このＤＣＴポイントインデックス情報Ａ（ＤＣＴポイントインデックス「０」、「１」、「２」、「３」、「４」、「７」及び「９」）を、制御データＣに含める。

量子化部４６は、適応選択部４５から入力された７個のＤＣＴ係数に対し、制御部４４からの指示に従ってビットを割り当てる。例えば、７個のＤＣＴ係数に対し、各々一律に所定数のビットを割り当てる。又は、割当可能なビット数の中から、７個のＤＣＴ係数に対し、電力値が大きいほどにより多くのビット数を割り当てる。制御部４４は、このビット割当情報を制御データＣに含める。量子化部４６は、ビット割当後の７個のＤＣＴ係数を、圧縮データとして可変長符号化部４３へ出力する。

可変長符号化部４３は、量子化部４６から受け取った圧縮データを可変長符号化し、圧縮データの可変長符号化により得られたチャネル情報圧縮符号化データＢを制御情報送信部２５へ出力する。制御部４４は、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａ及びビット割当情報を含む制御データＣを制御情報送信部２５へ出力する。これにより、制御情報送信部２５は、チャネル情報圧縮符号化データＢと制御データＣ（ＤＣＴポイントインデックス情報Ａ及びビット割当情報）をＭＩＭＯ送信機１へ送信する。

次に、実施例１に係る情報展開部５２の動作を説明する。なお、説明の便宜上、上述の実施例１に係る情報圧縮部４２の説明で用いた具体例を用いることとする。
ＭＩＭＯ送信機１において制御情報受信部１３で受信されたチャネル情報圧縮符号化データＢは、可変長復号化部５１で可変長復号化される。このチャネル情報圧縮符号化データＢの可変長復号化により得られた圧縮データは、情報展開部５２の逆量子化部５５へ入力される。又、制御情報受信部１３で受信された制御データＣ（ＤＣＴポイントインデックス情報Ａ及びビット割当情報）は、制御部５４へ入力される。制御部５４は、入力された制御データＣに含まれる、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａを情報補完部５６へ、ビット割当情報を逆量子化部５５へ、それぞれ出力する。

逆量子化部５５は、制御部５４から受け取ったビット割当情報に基づいて、可変長復号化部５１から受け取った圧縮データから、離散コサイン変換データのＤＣＴ係数を取得する。ここでは、７個のＤＣＴ係数が取得される。逆量子化部５５は、取得した７個のＤＣＴ係数を情報補完部５６へ出力する。

次いで、情報補完部５６は、逆量子化部５５から７個のＤＣＴ係数を受け取ると、制御部５４から受け取ったＤＣＴポイントインデックス情報Ａに基づいて不足のＤＣＴ係数を補完する。ここでは、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａは、ＤＣＴポイントインデックス「０」、「１」、「２」、「３」、「４」、「７」及び「９」を有する。このため、ＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」までの１５個のＤＣＴ係数のうち、ＤＣＴポイントインデックス「５」、「６」、「８」、「１０」、「１１」、「１２」、「１３」及び「１４」の合計８個のＤＣＴ係数が不足する。これにより、情報補完部５６は、ＤＣＴポイントインデックス「５」、「６」、「８」、「１０」、「１１」、「１２」、「１３」及び「１４」の各ＤＣＴ係数を所定値「０」で補完する。

情報補完部５６は、補完によって充足した１５個のＤＣＴ係数を有する離散コサイン変換データを、ＩＤＣＴ部５３へ出力する。ＩＤＣＴ部５３は、離散コサイン変換データを逆離散コサイン変換し、逆離散コサイン変換により得られたチャネル情報（ＣＳＩ）をプリコーディング部１１へ出力する。

本実施例１によれば、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、電力の高いほうから順に所定数の周波数成分を選択する。これにより、電力の高い周波数成分の情報がＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ供給されるので、チャネル情報の精度を高く保つ情報圧縮を実現することができる。特に、ＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ送信可能な制御情報量が固定化されている場合には、本実施例１が有効である。又、圧縮データに含める周波数成分を電力の高いほうから順に選択しているので、電力の比較的高い周波数成分を破棄してチャネル情報の精度劣化を招くことを防止する効果が得られる。

なお、ＤＣＴによれば低周波成分に情報が集中する特性を有するが、その集中度は他の時間−周波数領域変換（例えば、ＤＦＴ及びＤＷＴ）に比べて顕著である。このため、圧縮データに含める周波数成分の数が一定の場合、ＤＣＴを用いることによりチャネル情報の高精度化が可能である。

実施例２では、適応選択部４５が、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する。以下、実施例２に係る情報圧縮部４２の動作を詳細に説明する。なお、情報展開部５２の動作は、上述の実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

まず、実施例２に係る情報圧縮部４２の動作を説明する。なお、上述の実施例１と同様に、説明の便宜上の具体例として図３及び図４の例を用いる。
適応選択部４５は、ＤＣＴ部４１から離散コサイン変換データを受け取る。離散コサイン変換データは、各周波数成分の情報としてＤＣＴ係数を有する。このＤＣＴ結果の離散コサイン変換データは、ＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」の１５個のＤＣＴ係数から構成される。ＤＣＴポイントインデックス「０」は直流（ＤＣ）成分のＤＣＴ係数に対応し、ＤＣＴポイントインデックスの値が大きいほどに高周波成分のＤＣＴ係数に対応する。

まず、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス毎に、ＤＣＴポイントインデックスで特定されるＤＣＴ係数を用いて周波数成分の電力値を計算する。この電力値計算方法は、上述の実施例１と同様である。これにより、適応選択部４５は、図４及び図５に示される、ＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」までに各々対応する１５個の電力値を算出する。

次いで、適応選択部４５は、１５個の電力値を比較し、最大の電力値であるＤＣＴポイントインデックスを選択し、該最大の電力値を適応選択部４５内の電力値加算レジスタに初期設定する。次いで、適応選択部４５は、該選択したＤＣＴポイントインデックスの電力値を除いて、残りの１４個の電力値を比較し、最大の電力値であるＤＣＴポイントインデックスを選択し、該最大の電力値を電力値加算レジスタの保持値に加算して電力値加算レジスタを更新設定する。このＤＣＴポイントインデックス選択及び電力値加算の操作を、電力値加算レジスタの保持値が所定値に達するまで繰り返す。つまり、電力値加算レジスタの設定の度に、電力値加算レジスタの保持値と所定値とを比較し、電力値加算レジスタの保持値が所定値以上になった場合に、ＤＣＴポイントインデックス選択及び電力値加算の操作を終了する。

ここでは、説明の便宜上の具体例として、所定値は４０とする。これにより、適応選択部４５は、電力値の総和が４０に達するまで、１５個の電力値のうち電力値の大きい方から順に、ＤＣＴポイントインデックス「０」（電力値＝１０）、「４」（電力値＝９）、「２」（電力値＝８）、「３」（電力値＝７）、「９」（電力値＝７）の合計５個を選択する。なお、電力の総和に係る所定値は、固定値であってもよく、又は、平均電力に対する割合で与えられてもよい。

次いで、適応選択部４５は、ＤＣＴ結果の離散コサイン変換データを構成する１５個のＤＣＴ係数の中から、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のＤＣＴポイントインデックス「０」、「２」、「３」、「４」及び「９」に各々対応する５個のＤＣＴ係数のみを、量子化部４６へ出力する。又、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のＤＣＴポイントインデックス「０」、「２」、「３」、「４」及び「９」を、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａとして制御部４４へ出力する。制御部４４は、このＤＣＴポイントインデックス情報Ａ（ＤＣＴポイントインデックス「０」、「２」、「３」、「４」及び「９」）を、制御データＣに含める。

なお、量子化部４６、可変長符号化部４３及び制御部４４の動作は、上述の実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施例２によれば、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する。これにより、電力の高い周波数成分の情報がＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ供給されるので、チャネル情報の精度を高く保つ情報圧縮を実現することができる。さらに、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値以上となるので、チャネル情報の精度を一定に保つことが可能になる。特に、チャネル情報の精度一定が要求される場合には、本実施例２が有効である。又、圧縮データに含める周波数成分を電力の高いほうから順に選択しているので、電力の比較的高い周波数成分を破棄してチャネル情報の精度劣化を招くことを防止する効果が得られる。

なお、ＤＣＴによれば低周波成分に情報が集中する特性を有するが、その集中度は他の時間−周波数領域変換（例えば、ＤＦＴ及びＤＷＴ）に比べて顕著である。このため、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が一定の場合、ＤＣＴを用いることにより、ＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ送信するＤＣＴポイントインデックスの数の低減化が可能である。

実施例３は、チャネル情報を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換としてＤＣＴを用いる場合の実施例である。実施例３では、適応選択部４５が、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する。これは、ＤＣＴの場合、低周波成分に情報が集中することから、高周波成分の情報が削減または削除されてもチャネル情報の精度を良好に保つことができるので、特に低周波成分の情報を圧縮データに含めるのである。以下、実施例３に係る情報圧縮部４２及び情報展開部５２の動作を詳細に説明する。なお、上述の実施例１と同様に、説明の便宜上の具体例として図３及び図４の例を用いる。

まず、実施例３に係る情報圧縮部４２の動作を説明する。
適応選択部４５は、ＤＣＴ部４１から離散コサイン変換データを受け取る。離散コサイン変換データは、各周波数成分の情報としてＤＣＴ係数を有する。このＤＣＴ結果の離散コサイン変換データは、ＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」の１５個のＤＣＴ係数から構成される。ＤＣＴポイントインデックス「０」は直流（ＤＣ）成分のＤＣＴ係数に対応し、ＤＣＴポイントインデックスの値が大きいほどに高周波成分のＤＣＴ係数に対応する。

まず、適応選択部４５は、１５個のＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」の中から最小のＤＣＴポイントインデックス「０」を選択し、選択したＤＣＴポイントインデックス「０」のＤＣＴ係数を用いて周波数成分の電力値を計算し、計算結果の電力値を適応選択部４５内の電力値加算レジスタに初期設定する。電力値計算方法は、上述の実施例１と同様である。次いで、適応選択部４５は、該選択したＤＣＴポイントインデックス「０」を除いて、残りの１４個のＤＣＴポイントインデックス「１」から「１４」の中から最小のＤＣＴポイントインデックス「１」を選択し、選択したＤＣＴポイントインデックス「１」のＤＣＴ係数を用いて周波数成分の電力値を計算し、計算結果の電力値を電力値加算レジスタの保持値に加算して電力値加算レジスタを更新設定する。このＤＣＴポイントインデックス選択及び電力値加算の操作を、電力値加算レジスタの保持値が所定値に達するまで繰り返す。つまり、電力値加算レジスタの設定の度に、電力値加算レジスタの保持値と所定値とを比較し、電力値加算レジスタの保持値が所定値以上になった場合に、ＤＣＴポイントインデックス選択及び電力値加算の操作を終了する。

ここでは、説明の便宜上の具体例として、所定値は４０とする。これにより、適応選択部４５は、電力値の総和が４０に達するまで、１５個のＤＣＴポイントインデックス「０」から「１４」の中からＤＣＴポイントインデックスの小さい方から順に、ＤＣＴポイントインデックス「０」（電力値＝１０）、「１」（電力値＝５）、「２」（電力値＝８）、「３」（電力値＝７）、「４」（電力値＝９）、「５」（電力値＝１）の合計６個を選択する。なお、電力の総和に係る所定値は、固定値であってもよく、又は、平均電力に対する割合で与えられてもよい。

次いで、適応選択部４５は、ＤＣＴ結果の離散コサイン変換データを構成する１５個のＤＣＴ係数の中から、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のＤＣＴポイントインデックス「０」から「５」に各々対応する６個のＤＣＴ係数のみを、量子化部４６へ出力する。又、適応選択部４５は、ＤＣＴポイントインデックス選択結果のうち最大のＤＣＴポイントインデックス「５」のみを、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａとして制御部４４へ出力する。制御部４４は、このＤＣＴポイントインデックス情報Ａ（ＤＣＴポイントインデックス「５」）を、制御データＣに含める。

なお、量子化部４６、可変長符号化部４３及び制御部４４の動作は、上述の実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

次に、実施例３に係る情報展開部５２の動作を説明する。なお、可変長復号化部５１、逆量子化部５５及び制御部５４の動作は、上述の実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

情報補完部５６は、逆量子化部５５から６個のＤＣＴ係数を受け取ると、制御部５４から受け取ったＤＣＴポイントインデックス情報Ａに基づいて不足のＤＣＴ係数を補完する。ここでは、ＤＣＴポイントインデックス情報Ａは、ＤＣＴポイントインデックス「５」を有する。このＤＣＴポイントインデックス「５」は、逆量子化部５５から受け取ったＤＣＴ係数のＤＣＴポイントインデックスの最大値である。従って、ＤＣＴポイントインデックス「６」以降のＤＣＴ係数が不足している。これにより、情報補完部５６は、ＤＣＴポイントインデックス「６」から「１４」の各ＤＣＴ係数を所定値「０」で補完する。

情報補完部５６は、補完によって充足した１５個のＤＣＴ係数を有する離散コサイン変換データを、ＩＤＣＴ部５３へ出力する。ＩＤＣＴ部５３は、離散コサイン変換データを逆離散コサイン変換し、逆離散コサイン変換により得られたチャネル情報（ＣＳＩ）をプリコーディング部１１へ出力する。

本実施例３によれば、離散コサイン変換データの中から圧縮データに含める周波数成分を選択する際に、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する。これにより、電力の高い周波数成分の情報がＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ供給されるので、チャネル情報の精度を高く保つ情報圧縮を実現することができる。さらに、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値以上となるので、チャネル情報の精度を一定に保つことが可能になる。さらに、ＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ送信するＤＣＴポイントインデックスは１つでよいので、ＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ送信する制御情報量の最小化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、チャネル情報は、ＭＩＭＯ送信機１の複数の送信アンテナとＭＩＭＯ受信機２の複数の受信アンテナとの間のチャネル応答行列であってもよい。この場合、チャネル応答行列の精度を良好に保ちながら情報圧縮を行うことができる。これにより、ＭＩＭＯシステムにおいて、ＭＩＭＯ受信機２で得られたチャネル応答行列に的確なプリコーディングをＭＩＭＯ送信機１で行うことができると共に、ＭＩＭＯ受信機２からＭＩＭＯ送信機１へ送るチャネル応答行列の情報量を削減することができるようになる。この結果、プリコーディング効果の確保と共に、チャネル応答行列の伝達に使用する無線リソース量の削減を図ることが可能になる。

また、本発明に係る無線通信システムは、マルチキャリア伝送方式を使用するものであってもよく、又は、シングルキャリア伝送方式を使用するものであってもよい。マルチキャリア伝送方式としては、例えば、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が挙げられる。また、本発明は、ＭＩＭＯシステム以外の無線通信システムに適用し、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を情報圧縮することも可能である。

また、図２に示すチャネル情報圧縮部２４の機能または図３に示すチャネル情報展開部１４の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、チャネル情報圧縮処理またはチャネル情報展開処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１…ＭＩＭＯ送信機、２…ＭＩＭＯ受信機、１１…プリコーディング部、１２…送信部、１３…制御情報受信部、１４…チャネル情報展開部、２１…受信部、２２…チャネル推定部、２３…受信処理部、２４…チャネル情報圧縮部、２５…制御情報送信部、４１…ＤＣＴ部、４２…情報圧縮部、４３…可変長符号化部、４４…制御部、４５…適応選択部、４６…量子化部、５１…可変長復号化部、５２…情報展開部、５３…ＩＤＣＴ部、５４…制御部、５５…逆量子化部、５６…情報補完部

Claims (8)

1. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機に設けられるチャネル情報圧縮装置であって、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、
   前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、を備え、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するチャネル情報圧縮装置であり、
   前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とするチャネル情報圧縮装置。
2. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機に設けられるチャネル情報圧縮装置であって、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、
   前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、を備え、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するチャネル情報圧縮装置であり、
   前記時間−周波数領域変換部は離散コサイン変換を行い、
   前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とするチャネル情報圧縮装置。
3. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機におけるチャネル情報圧縮方法であって、
   前記受信機が、前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
   前記受信機が、前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する選択ステップと、
   前記受信機が、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、を含み、
   前記選択ステップは、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とするチャネル情報圧縮方法。
4. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機におけるチャネル情報圧縮方法であって、
   前記受信機が、前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する変換ステップと、
   前記受信機が、前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する選択ステップと、
   前記受信機が、前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、を含み、
   前記変換ステップは離散コサイン変換を行い、
   前記選択ステップは、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とするチャネル情報圧縮方法。
5. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機におけるチャネル情報圧縮処理を行うためのコンピュータプログラムであって、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
   前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する選択ステップと、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであり、
   前記選択ステップは、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する、
   コンピュータプログラム。
6. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの、前記受信機におけるチャネル情報圧縮処理を行うためのコンピュータプログラムであって、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する変換ステップと、
   前記変換により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する選択ステップと、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを出力するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであり、
   前記変換ステップは離散コサイン変換を行い、
   前記選択ステップは、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する、
   コンピュータプログラム。
7. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの前記受信機において、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、
   前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを前記送信機へ送信する送信部と、を備え、
   前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、電力の高いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とする受信機。
8. 送信機が受信機から受け取ったチャネル応答行列の情報に基づいて送信データのプリコーディングを行うＭＩＭＯシステムの前記受信機において、
   前記送信機の複数の送信アンテナと前記受信機の複数の受信アンテナとの間の前記チャネル応答行列を時間領域から周波数領域に変換する時間−周波数領域変換部と、
   前記時間−周波数領域変換部により得られた周波数領域データの中から、電力に基づいて、圧縮データに含める周波数成分を選択する適応選択部と、
   前記選択された周波数成分から構成される圧縮データと該圧縮データを構成する周波数成分を特定する情報とを前記送信機へ送信する送信部と、を備え、
   前記時間−周波数領域変換部は離散コサイン変換を行い、
   前記適応選択部は、圧縮データに含める周波数成分の電力の総和が所定値に達するまで、周波数の低いほうから順に周波数成分を選択する、
   ことを特徴とする受信機。

Images