JP5488627B2 - Ｍｉｍｏ−ｏｆｄｍ受信装置およびｍｉｍｏ−ｏｆｄｍ通信システム - Google Patents

Description

本発明はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置およびＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに関し、特に送信データストリームと送信アンテナとの組み合わせパターンまたはプリコーディングマトリックスを受信側から送信側にフィードバックするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置およびＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに関する。

複数入力−複数出力（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）通信システムは、データ通信のために複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備える。ＭＩＭＯ通信システムでは、送信ダイバーシチを得るために、複数のデータストリームを時空間符号化（ＳＴＢＣ：Space−time Block Coding）またはプリコーディングし、より多くのアンテナにマッピングして通信を行う。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムは、無線方式にＯＦＤＭを採用する。従来のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムでは、通信品質を向上するために、情報を受信側から送信側にフィードバックする。

特表２００５−５１０９３９号公報

しかし、従来、情報を受信側から送信側にフィードバックする際にフィードバック量が多いという問題があった。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、通信品質の低下を抑制しながら受信側から送信側へのフィードバック量を低減するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置およびＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置が提供される。このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置は、前記データを送信する送信装置の送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンをサブキャリアごとに算出する送信アンテナパターン算出手段と、前記送信アンテナパターン算出手段によって算出された前記組み合わせパターンを複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記組み合わせパターンを抽出する送信アンテナパターン抽出手段と、前記送信アンテナパターン抽出手段によって抽出された前記組み合わせパターンを前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、を有し、前記送信アンテナパターン抽出手段は、アンテナの前記組み合わせパターンの分散を求め、分散が小さい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記組み合わせパターンがフィードバックされるようにし、分散が大きい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする。

また、上記課題を解決するために、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置が提供される。このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置は、前記データを送信する送信装置のプリコーディング処理に用いられるプリコーディングマトリックスをサブキャリアごとに決定するプリコーディングマトリックス決定手段と、前記プリコーディングマトリックス決定手段によって決定された前記プリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記マトリックス識別情報を抽出するマトリックス識別情報抽出手段と、前記マトリックス識別情報抽出手段によって抽出された前記マトリックス識別情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、を有し、前記マトリックス識別情報抽出手段は、前記マトリックス識別情報の分散を求め、分散が小さい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記マトリックス識別情報がフィードバックされるようにし、分散が大きい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする。

開示の装置では、通信品質の低下を抑制しながら受信側から送信側へのフィードバック量を低減することができる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの概要を説明する図である。 第１の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信装置の構成例を示した図である。 第１の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信装置の構成例を示した図である。 ＳＴＢＣを説明する図のその１である。 ＳＴＢＣを説明する図のその２である。 アンテナマッピングの切り替えを行わない例を説明する図のその１である。 アンテナマッピングの切り替えを行わない例を説明する図のその２である。 サブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例を説明する図である。 複数のサブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例を説明する図である。 送信アンテナパターン決定部の送信アンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。 第２の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムのアンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。 第３の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムのアンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。 第４の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信装置の構成例を示した図である。 第４の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信装置の構成例を示した図である。

図１は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの概要を説明する図である。図には、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信を行う受信装置１と送信装置２とが示してある。受信装置１は、送信アンテナパターン算出手段１ａ、送信アンテナパターン抽出手段１ｂ、およびフィードバック手段１ｃを有し、送信装置２は、送信アンテナパターン受信手段２ａ、送信アンテナ切り替え手段２ｂ、および送信アンテナ２ｃ₁〜２ｃ_nを有している。

受信装置１の送信アンテナパターン算出手段１ａは、送信装置２の複数の送信データストリームｄｓ₁〜ｄｓ_nと、送信データストリームｄｓ₁〜ｄｓ_nを送信する送信アンテナ２ｃ₁〜２ｃ_nとの組み合わせパターン（以下、アンテナ組み合わせパターン）をサブキャリアごとに算出する。

例えば、図１の送信アンテナパターン算出手段１ａの右隣に示してあるように、送信アンテナパターン算出手段１ａは、サブキャリアｆ１，ｆ２，…ごとに送信装置２のアンテナ組み合わせパターンＰ３，Ｐ３，…を算出する。

送信アンテナパターン抽出手段１ｂは、送信アンテナパターン算出手段１ａによって算出されたアンテナ組み合わせパターンを複数のサブキャリアごとにブロック化し、その中から１つのアンテナ組み合わせパターンを抽出する。

例えば、図１の送信アンテナパターン抽出手段１ｂの右隣に示してあるように、送信アンテナパターン抽出手段１ｂは、５個のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化する。そして、ブロック化した送信アンテナ組み合わせパターンのうち、中央のサブキャリア（ｆ３，ｆ８，…）に対応する送信アンテナ組み合わせパターン（Ｐ３，Ｐ２，…）を抽出する。

フィードバック手段１ｃは、送信アンテナパターン抽出手段１ｂによって抽出されたアンテナ組み合わせパターンを送信装置２にフィードバックする。上記例に従えば、フィードバック手段１ｃは、アンテナ組み合わせパターンＰ３，Ｐ２，…を送信装置２にフィードバックする。

送信装置２の送信アンテナパターン受信手段２ａは、受信装置１からアンテナ組み合わせパターンを受信する。
送信アンテナ切り替え手段２ｂは、送信アンテナパターン受信手段２ａによって受信されたアンテナ組み合わせパターンに基づいて、送信データストリームｄｓ₁〜ｄｓ_nの送信アンテナ２ｃ₁〜２ｃ_nへの出力を複数のサブキャリアごとに切り替える。上記例に従えば、５個のサブキャリアごとの送信データストリームｄｓ₁〜ｄｓ_nに対し、送信アンテナ２ｃ₁〜２ｃ_nへの出力を切り替える。

このように、受信装置は、複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、その中から１つのアンテナ組み合わせパターンを抽出する。そして、抽出したアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックする。送信装置は、受信装置から受信したアンテナ組み合わせパターンに基づいて、送信データストリームの送信アンテナへの出力を複数のサブキャリアごとに切り替える。

これにより、受信装置から送信装置へのフィードバック量を低減することができる。また、通信品質は、サブキャリア間で相関関係があるので、アンテナ組み合わせパターンをブロック化し、その中から抽出したアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックするようにしても、通信品質の劣化を抑制することができる。

次に、第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第１の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信装置の構成例を示した図である。図に示す送信装置は、Ｎ_t個の送信アンテナを有し、後述する受信装置は、Ｎ_r個の受信アンテナを有するものとする。また、送信データストリーム数は、Ｎ_sであるとし、
Ｎ_s≦ｍｉｎ［Ｎ_r，Ｎ_t］ …（１）
とする。

ＦＥＣエンコーダ１１は、畳み込み符号化により、入力データストリームに誤り検出訂正用の符号化処理を施す。
パンクチュア部１２は、符号化されたデータ列に対して符号化率に応じたパンクチュア処理を施す。

空間インタリーブ（Spatial Interleave）１３は、パンクチュアしたデータビット列を複数個のデータストリームに分ける。図２の例では、Ｎ_s個のデータストリームに分けている。

空間インタリーブ１３は、ｓビットの連続ブロックを周期的に各データストリームに出力する。ここでｓは、以下の３つの中で１つ選択すればよい。
ｓ＝１ …（２）
ｓ＝ｍａｘ（Ｎ_BPSC／２，１） …（３）
ｓ＝Ｎ_BPSC …（４）
ただし、Ｎ_BPSCは、サブキャリアあたりのCodedビットの数である。例えば、（３）の場合、データ変調がＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）であればｓ＝１、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）であればｓ＝２、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）であればｓ＝４である。

周波数インタリーブ１４₁〜１４_Nsは、入力された直列データ（サブキャリア信号成分）の位置を入れ替える周波数インタリーブを行う。
コンステレーションマッパー１５₁〜１５_Nsは、ＢＰＳＫやＱＰＳＫなどの所定のデータ変調方式に従って、サブキャリア数の各信号成分をコンステレーションマッピングする。

ＳＴＢＣ部１６は、入力される直列データにＳＴＢＣエンコード処理を施し、Ｎ_s個のデータ系列をＮ_t個のデータ系列に変換する。
送信アンテナ切り替え部１７は、ＳＴＢＣ部１６でＮ_t個のデータ系列に変換されたデータの出力先を切り替えて出力する。すなわち、送信アンテナ切り替え部１７は、ＳＴＢＣ部１６から出力されるＮ_t個のデータの送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへのマッピングを切り替える。送信アンテナ切り替え部１７は、アンテナパターン受信部２２の指示に基づいて、Ｎ_t個のデータを送信アンテナ２１₁〜２１_Ntにマッピングする。

ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）１８₁〜１８_Ntは、それぞれ、直列入力されるデータをサブキャリア数の並列データに変換し、ＩＦＦＴ処理を施して合成し、離散時間信号（ＯＦＤＭ信号）にして出力する。

ＧＩ（Guard Interval）挿入部１９₁〜１９_Ntは、ＩＦＦＴ１８₁〜１８_Ntから出力されるＯＦＤＭ信号にガードインターバルを挿入する。
ＴＸ２０₁〜２０_Ntは、ガードインターバルが挿入されたＯＦＤＭ信号をデジタル−アナログ変換する。そして、ＯＦＤＭ信号の周波数をベースバンドから無線帯域に変換して高周波増幅し、送信アンテナ２１₁〜２１_Ntから出力する。

アンテナパターン受信部２２は、後述する受信装置からフィードバックされるアンテナ組み合わせパターンを受信する。
以下で詳述するが、受信装置は、サブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックするのではなく、複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、そのブロックの中から１つのアンテナ組み合わせパターンを抽出して送信装置にフィードバックする。送信装置のアンテナパターン受信部２２は、ブロックから抽出されたアンテナ組み合わせパターンを受信装置から受信し、送信アンテナ切り替え部１７は、複数のサブキャリアごとにおいて、受信されたアンテナ組み合わせパターンに基づき、送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへのデータマッピングを行う。

図３は、第１の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信装置の構成例を示した図である。図２で示した送信装置から送信された信号は、フェージングチャネル（伝搬路）を経て、受信装置に受信される。

ＲＸ３２₁〜３２_Nrは、受信アンテナ３１₁〜３１_Nrにより受信されたＲＦ（Radio Frequency）信号をベースバンド信号に変換し、アナログ−デジタル信号に変換する。
ＧＩ削除部３３₁〜３３_Nrは、ガードインターバルを削除するとともに、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理のタイミングでＯＦＤＭシンボルを切り出し、ＦＦＴ３４₁〜３４_Nrに出力する。

ＦＦＴ３４₁〜３４_Nrは、切り出されたＯＦＤＭシンボルごとにＦＦＴ処理を行い、周波数領域のサブキャリアサンプルに変換する。
ＭＩＭＯ処理部３５は、所定の信号アルゴリズムに従い、チャネル推定部４１より推定されたチャネルを用いて、Ｎ_r個のそれぞれの受信信号をサブキャリアごとのＮ_s個の送信データストリームに分離して出力する。

コンステレーションデマッパー３６₁〜３６_Nsは、ＭＩＭＯ処理部３５から出力されるＮ_s個のそれぞれのデータを、サブキャリア数の各信号成分にコンステレーションデマッピングする。

周波数デインタリーブ３７₁〜３７_Nsは、入力されるデータ（サブキャリア信号成分）の位置を入れ替える周波数デインタリーブを行う。
空間デインタリーブ３８は、空間デインタリーブ処理を行い、Ｎ_s個のデータストリームを１つのデータストリームとして出力する。

デパンクチュア部３９は、符号化率に応じたデパンクチュア処理を行う。
ＦＥＣデコーダ４０は、ＳＩＮＲ（Signal to Interference Noise Ratio）計算部４４によって計算されたＳＩＮＲを信号の信頼度とみなし、このＳＩＮＲをビタビデコーディングのパスメトリックに重み付け乗算し、重み付きの誤り訂正デコーダ処理を行う。

チャネル推定部４１は、周知の方法によりサブキャリアごとにチャネル推定を行う。
送信アンテナパターン決定部４２は、通信品質が向上するように、チャネル推定部４１で推定されたチャネルに基づいて、送信アンテナの組み合わせパターンを決定する。すなわち、送信アンテナパターン決定部４２は、図２で説明した送信アンテナ切り替え部１７の送信アンテナ２１₁〜２１_Ntのマッピングパターンを決定する。送信アンテナパターン決定部４２は、以下で詳述するが、複数のまとまったサブキャリアごとに１つのアンテナ組み合わせパターンを決定する。

送信部４３は、送信アンテナパターン決定部４２で決定されたアンテナ組み合わせパターンを、例えば、限定フィードバックチャネルを利用して送信装置に無線送信する。
ＳＩＮＲ計算部４４は、チャネル推定部４１で推定されたチャネルを用いてサブキャリアごとのＳＩＮＲを計算する。

図２と図３の動作について説明する。上記のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信では、Ｎ_t個の送信アンテナとＮ_r個の受信アンテナとを有する。また、送信データストリーム数をＮ_s個とする。

送信装置のＦＥＣエンコーダ１１は、送信データに誤り検出訂正用の符号化処理を施す。パンクチュア部１２は、符号化されたデータ列に対して符号化率に応じたパンクチュア処理を施す。

空間インタリーブ１３は、パンクチュアされたデータ列を空間インタリーブし、１からＮ_sの各データストリームに分ける。具体的には、ｓビットの連続ブロックを周期的に各データストリームに出力する。ｓは、上記の式（２）〜（４）から１つ選択すればよい。

周波数インタリーブ１４₁〜１４_Nsおよびコンステレーションマッパー１５₁〜１５_Nsは、データストリームごとに周波数インタリーブを行った後、コンステレーションにマッピングする。

ＳＴＢＣ部１６は、コンステレーションマッピングされたデータストリームを送信アンテナ２１₁〜２１_Ntにマッピングする。
図４は、ＳＴＢＣを説明する図のその１である。図４には、２データストリーム（Ｎ_s＝２）を４アンテナ（Ｎ_t＝４）にマッピングする例を示している。図４のＳＴＢＣエンコーダ１６ａ，１６ｂは、図２のＳＴＢＣ部１６に対応し、図４のｓ^*は、ｓの複素共役を示す。

図４の例では、コンステレーションマッパー１５₁から出力される周期Ｔの連続する２シンボルデータ［ｓ₁₁，ｓ₁₂］は、ＳＴＢＣエンコーダ１６ａにおいて２系列のシンボルデータ列［ｓ₁₁，−ｓ₁₂ ^*］，［ｓ₁₂，ｓ₁₁ ^*］に変換されて送信アンテナ２１₁，２１₂にマッピングされる。また、コンステレーションマッパー１５₂から出力される周期Ｔの連続する２シンボルデータ［ｓ₂₁，ｓ₂₂］は、ＳＴＢＣエンコーダ１６ｂにおいて２系列のシンボルデータ列［ｓ₂₁，−ｓ₂₂ ^*］，［ｓ₂₂，ｓ₂₁ ^*］に変換されて送信アンテナ２１₃，２１₄にマッピングされる。

図５は、ＳＴＢＣを説明する図のその２である。図５には、２データストリーム（Ｎ_s＝２）を３アンテナ（Ｎ_t＝３）にマッピングする例を示している。図５において図４と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図５の例では、コンステレーションマッパー１５₁から出力される周期Ｔの連続する２シンボルデータ［ｓ₁₁，ｓ₁₂］は、ＳＴＢＣエンコーダ１６ａにおいて２系列のシンボルデータ列［ｓ₁₁，−ｓ₁₂ ^*］，［ｓ₁₂，ｓ₁₁ ^*］に変換されて送信アンテナ２１₁，２１₂にマッピングされる。また、コンステレーションマッパー１５₂から出力される周期Ｔの連続する２シンボルデータ［ｓ₂₁，ｓ₂₂］は、ＳＴＢＣ処理がされずにそのまま送信アンテナ２１₃にマッピングされる。

図２、図３の動作説明に戻る。図２のアンテナパターン受信部２２は、受信装置からアンテナ組み合わせパターンを受信する。送信アンテナ切り替え部１７は、アンテナパターン受信部２２のアンテナ組み合わせパターンに基づいて、ＳＴＢＣ部１６から出力されるＮ_t個のデータの送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへの出力を切り替える。

受信装置からフィードバックされるアンテナ組み合わせパターンは、複数のサブキャリアごとに１つのブロックにまとめられ、そのブロックから１つ抽出されてフィードバックされる。従って、送信アンテナ切り替え部１７は、サブキャリアごとではなく、複数のサブキャリアごとにおいて、データの送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへのマッピングを切り替える。

ＩＦＦＴ１８₁〜１８_Ntは、それぞれ、直列入力されるデータをサブキャリア数の並列データに変換し、ＩＦＦＴ処理を施して合成し、離散時間信号にして出力する。
ここで、アンテナマッピングの切り替えについて説明する。説明のために、まず、ＳＴＢＣ部１６から出力されるデータを切り替えずに、そのまま送信アンテナ２１₁〜２１_Ntにマッピングする例について説明する。次いで、サブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例について説明し、最後に、複数のサブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例について説明する。

図６は、アンテナマッピングの切り替えを行わない例を説明する図のその１である。図６には、ＳＴＢＣの処理の例が示してある。ＳＴＢＣエンコーダ１６ａは、コンステレーションマッパー１５₁から出力される連続する２ＯＦＤＭシンボルに対し、図４で説明したようなＳＴＢＣエンコード処理を行い、２系列のデータを発生する。ＳＴＢＣエンコーダ１６ｂも同様である。

図７は、アンテナマッピングの切り替えを行わない例を説明する図のその２である。図７に示す直列−並列変換部１８₁ａおよびＩＦＦＴ処理部１８₁ｂは、図６のＩＦＦＴ１８₁が対応する。図６のＩＦＦＴ１８₂〜１８₄も図７と同様に直列−並列変換部およびＩＦＦＴ処理部を有するが、図示を省略している。

直列−並列変換部１８₁ａは、図６のＳＴＢＣエンコーダ１６ａから出力される直列データを、時刻ｔ０におけるｋ個の並列データ、時刻ｔ１におけるｋ個の並列データに変換する。

ＩＦＦＴ処理部１８₁ｂは、直列−並列変換されたデータ（シンボル）をＩＦＦＴ処理する。なお、直列−並列変換されたデータは、図に示すようにサブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kに割り当てられる。

図６に示すＩＦＦＴ１８₂〜１８₄も同様に、直列−並列変換されたデータをサブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kに割り当てる。例えば、ＩＦＦＴ１８₃では、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kのそれぞれに、時刻ｔ０においてはｓ_21,1，ｓ_21,2，…，ｓ_21,k-1，ｓ_21,kを割り当て、時刻ｔ１においては−ｓ_22,1 ^*，−ｓ_22,2 ^*，…，−ｓ_22,k-1 ^*，ｓ_22,k ^*を割り当てる。

次に、サブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える場合について説明する。
図８は、サブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例を説明する図である。図８には、図６で説明したＳＴＢＣエンコーダ１６ａ，１６ｂの出力データが示してある。図８では、サブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替えるので、図６のＳＴＢＣエンコーダ１６ａ，１６ｂとＩＦＦＴ１８₁〜１８_Ntの間には、図８に示すように、送信アンテナ切り替え部１７が挿入される。なお、図８では、ＳＴＢＣエンコーダ１６ａ，１６ｂとＩＦＦＴ１８₁〜１８_Ntの図示を省略している。

図６、図７では、図８の縦方向に並ぶデータｓは、それぞれ順に、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kに割り当てられることになる。例えば、データｓ_11,1，ｓ_12,1，ｓ_21,1，ｓ_22,1は、図に示すように、サブキャリアｆ１に割り当てられ、データｓ_11,2，ｓ_12,2，ｓ_21,2，ｓ_22,2は、サブキャリアｆ２に割り当てられる。しかし、図８では、送信アンテナ切り替え部１７によって、縦方向に並ぶデータｓは、サブキャリアごとに送信アンテナへのマッピングが切り替えられる。

図８の例の場合、送信アンテナは、４本存在する。従って、送信アンテナ切り替え部１７の４つの出力が、それぞれ上からアンテナＡ１〜Ａ４（ＩＦＦＴ１８₁〜１８₄）に割り当てられるとすると、アンテナ組み合わせパターンの全ての組み合わせは、次の６個が存在することになる。

［（Ａ１，Ａ２）（Ａ３，Ａ４）］，［（Ａ１，Ａ２）（Ａ４，Ａ３）］，［（Ａ１，Ａ３）（Ａ２，Ａ４）］，［（Ａ１，Ａ３）（Ａ４，Ａ２）］，［（Ａ１，Ａ４）（Ａ２，Ａ３）］，［（Ａ１，Ａ４）（Ａ３，Ａ２）］
このため、受信装置から送信装置にアンテナ組み合わせパターンをフィードバックするのに、３ビット必要である。すなわち、受信装置は、サブキャリアごとに３ビットのデータを送信装置にフィードバックし、送信アンテナ切り替え部１７は、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kごとにデータｓのアンテナマッピング（ＩＦＦＴ１８₁〜１８₄への出力）を切り替える。

例えば、上記の６個のアンテナ組み合わせパターンをそれぞれＰ１〜Ｐ６とする。そして、図８に示すように、各サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ_k-1，ｆ_kごとにアンテナ組み合わせパターンＰが受信装置からフィードバックされたとする。この場合、送信アンテナ切り替え部１７は、データｓ_11,k，ｓ_12,k，ｓ_21,k，ｓ_22,kについては、パターンＰ４に従って、それぞれをアンテナＡ１，Ａ３，Ａ４，Ａ２に出力するように切り替える。データｓ_11,k―₁，ｓ_12,k―₁，ｓ_21,k―₁，ｓ_22,k―₁については、パターンＰ５に従って、それぞれをアンテナＡ１，Ａ４，Ａ２，Ａ３に出力するように切り替える。

送信アンテナ切り替え部１７で切り替えられたデータは、それぞれ、図示していないＩＦＦＴ１８₁〜１８₄に出力され、図７で説明したように直列−並列変換されてサブキャリアに割り当てられる。

なお、図５で説明した３アンテナの例の場合、アンテナ組み合わせパターンの全ての組み合わせは、次の３個が存在することになる。
［Ａ１，Ａ２，Ａ３］，［Ａ１，Ａ３，Ａ２］，［Ａ３，Ａ１，Ａ２］
このため、受信装置から送信装置にアンテナ組み合わせパターンをフィードバックするのに、２ビット必要である。

次に、複数のサブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える場合について説明する。
図９は、複数のサブキャリアごとにアンテナマッピングを切り替える例を説明する図である。図９において、図８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図９では、図８に対し、送信装置は、複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンを受信装置から受信する。送信アンテナ切り替え部１７は、受信したアンテナ組み合わせパターンに従って、複数のサブキャリアごとにアンテナマッピングを行う。

例えば、送信装置は、受信装置から８個のサブキャリアを１つのブロックとして、アンテナ組み合わせパターンを受信するとする。より具体的には、送信装置は、ｆ_kー7〜ｆ_kのサブキャリアを１つのブロックとして、アンテナ組み合わせパターンＰ４を受信したとする。この場合、送信アンテナ切り替え部１７は、サブキャリアｆ_kー7〜ｆ_kの各データｓに対しては、パターンＰ４に基づいてアンテナマッピングを行う。また、送信装置は、ｆ₁〜ｆ₈のサブキャリアを１つのブロックとして、アンテナ組み合わせパターンＰ５を受信したとする。この場合、送信アンテナ切り替え部１７は、サブキャリアｆ₁〜ｆ₈のデータｓに対しては、パターンＰ５に基づいてアンテナマッピングを行う。

図２、図３の動作説明に戻る。図２のＧＩ挿入部１９₁〜１９_Ntは、ＩＦＦＴ１８₁〜１８_Ntから出力されるＯＦＤＭ信号にガードインターバルを挿入する。ＴＸ２０₁〜２０_Ntは、ガードインターバルが挿入されたＯＦＤＭ信号を無線帯域に変換し、高周波増幅して送信アンテナ２１₁〜２１_Ntから無線送信する。

送信アンテナ２１₁〜２１_Ntから送信された信号は、フェージングチャネルを経て、図３の受信装置の受信アンテナ３１₁〜３１_Nrに受信される。ＲＸ３２₁〜３２_Nrは、受信アンテナ３１₁〜３１_Nrより受信されたＲＦ信号をベースバンド信号に変換し、アナログ−デジタル変換する。ＧＩ削除部３３₁〜３３_Nrは、ガードインターバルを削除するとともに、ＦＦＴのタイミングでＯＦＤＭシンボルを切り出す。ＦＦＴ３４₁〜３４_Nrは、切り出されたＯＦＤＭシンボルごとにＦＦＴ処理を行い、周波数領域のサブキャリアサンプルに変換する。

ＭＩＭＯ処理部３５は、所定の信号アルゴリズムに従い、チャネル推定部４１より推定されたチャネルを用いて、Ｎ_r個のそれぞれの受信信号をサブキャリアごとのＮ_s個の送信データストリームに分離して出力する。

例えば、図４のＮ_s＝２，Ｎ_t＝４のＳＴＢＣエンコード処理を行う場合、データｓ₁₁，ｓ₁₂，ｓ₂₁，ｓ₂₂の受信信号ｙ₁₁，ｙ₁₂，ｙ₂₁，ｙ₂₂は、サブキャリアのインデックスｋを無視して、以下の式（５）で示される。

式（５）において、ｈ_i,jは、ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへのチャネル応答を示す。ｓ_i,jは、ｉ番目のデータストリームにおけるｊ番目のシンボルを示す。ｙ_i,jは、ｉ番目の受信アンテナにおけるｊ番目の受信シンボルを示す。ｗ_i,jは、ｉ番目の受信アンテナにおけるｊ番目の受信シンボルＡＷＧＮ（Add White Gaussian Noise）を示す。

式（５）から簡単な変換で以下の式（６）が成立する。この変換は、式（５）の左辺における２行２列のマトリックスを４行１列のマトリックスにするための変換である。なお、以下の式（６）〜（１５）は、サブキャリアのインデックスｋを付加しない一般表現になっているが、サブキャリアごとに成立する式である。

ただし、

であり、（．）^Tは、マトリックス転置を示す。式（５）のチャネルマトリックスと式（８）のチャネルマトリックスは異なっているが、式（５）と式（６）は同等であるため、式（８）は、パラメータを並べ替えた同等のチャネルマトリックスである。

同様に、図５のＮ_s＝２，Ｎ_t＝３のＳＴＢＣエンコード処理を行う場合も、簡単な変換で以下の式（１１）、式（１２）が得られる、

なお、ｙ_eとｗ_eは、それぞれ式（９）、式（１０）と同様である。
上記では、Ｎ_s＝２，Ｎ_t＝４およびＮ_s＝２，Ｎ_t＝３の例を示したが、２以上の送信データストリーム、３以上の送信アンテナにも適用できることは明らかである。

受信装置においてｙ_eとＨ_eは、既知（Ｈ_eはチャネル推定部４１より既知）であるから、ＭＩＭＯ処理部３５は、送信信号を求めるために、ＭＬ（Maximum Likelihood）を用いることができる。しかし、複雑度が膨大となるため、複雑度の小さい線形デコーダを採用する。線形デコーダにおいては、次の式（１３）が成立する。

ここで、Ｇｅは、２Ｎ_s×２Ｎ_rのマトリックスである。
ＺＦ（Zero Forcing）線形デコーダを用いる場合、Ｇｅは、次の式（１４）により与えられる。

ただし、（．）⁺は、マトリックスpseudo−inverseを表す。（．）^`は、複素共役転置を表す。
ＭＭＳＥ（Minimum Means Square Error）線形デコーダを用いる場合は、Ｇｅは、次の式（１５）により与えられる。

ただし、（．）^-1は、マトリックス反転を表す。Ｎ_oは、アンテナ受信雑音電力を示す。ε_sは、ｋ番目のサブキャリアのトータル送信電力を示す。Ｉ₂×_Nsは、２Ｎ_s×２Ｎ_sの単位行列である。

式（１３）、式（１４）により、または、式（１３）、式（１５）によりＭＩＭＯ処理部３５が分離した

の各データストリームは、コンステレーションデマッパー３６₁〜３６_Ns、周波数デインタリーブ３７₁〜３７_Ns、空間デインタリーブ３８、デパンクチュア部３９、およびＦＥＣデコーダ４０によって、送信側とは逆の処理であるコンステレーションデマッピング、周波数デインタリーブ、空間デインタリーブ、デパンクチュア、および復号処理（重み付けビタビデコーディング処理）が行われる。

送信アンテナパターン決定部４２は、送信装置−受信装置間の通信品質が向上するように、チャネル推定部４１で推定された各サブキャリアのチャネルに基づいて、送信アンテナの組み合わせパターンを決定する。アンテナ組み合わせ基準には、（１）容量（Capacity）選択基準、（２）特異値（Singular value）選択基準、（３）条件数（Condition Number）選択基準、（４）ＭＭＳＥ（Minimum Means Square error）選択基準がある。

図１０は、送信アンテナパターン決定部の送信アンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。図１０に示すアンテナ組み合わせパターンＰは、送信アンテナパターン決定部４２により、サブキャリアごとに算出されるアンテナ組み合わせパターンを示している。

例えば、アンテナ組み合わせパターンＰは、上述したように、パターンＰ１〜Ｐ６の６個存在するとする。送信アンテナパターン決定部４２は、上記のアンテナ組み合わせ基準に基づいて、図１０に示すように、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ１８，…ごとにパターンＰ３，Ｐ３，…，Ｐ４，…を算出する。

図１０に示す送信部への出力は、送信アンテナパターン決定部４２から送信部４３に出力されるアンテナ組み合わせパターンを示す。送信アンテナパターン決定部４２は、サブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンを送信部４３に出力するのではなく、隣接する複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、１ブロックにまとめられたアンテナ組み合わせパターンのうち、そのブロックの中心のサブキャリアに対応するアンテナ組み合わせパターンを抽出し、送信部４３に出力する。

例えば、図１０において、アンテナ組み合わせパターンＰは、隣接する８個のサブキャリアごとにブロック化されている。送信アンテナパターン決定部４２は、ブロック化したアンテナ組み合わせパターンのうち、各ブロックの中央のサブキャリアｆ５，ｆ１３，…に対応するアンテナ組み合わせパターンＰ５，Ｐ４，…を送信部４３に出力する。

なお、８個（偶数）のサブキャリアでアンテナ切り替えパターンをブロック化した場合、サブキャリアの中央値は、ｆ４，ｆ５の２つ存在する。図１０の例では、２つの中央値のうち、サブキャリアインデックスの大きい方のアンテナ切り替えパターンＰ５を送信部４３に出力しているが、サブキャリアインデックスの小さい方のアンテナ切り替えパターンＰ３を送信部４３に出力するようにしてもよい。

送信部４３は、送信アンテナパターン決定部４２から出力されるアンテナ切り替えパターンを送信装置にフィードバックする。上記のように、アンテナ組み合わせパターンが６パターン存在する場合、３ビットのデータを必要とする。図１０の例の場合、８個のサブキャリアごとに３ビットのデータを送信装置にフィードバックするので、サブキャリアごとに毎回３ビットの情報をフィードバックする場合に対し、フィードバック量が低減される。

このように、受信装置は、複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、そのブロックの１つのアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックする。これにより、受信装置から送信装置へのフィードバック量を低減することができる。

また、通信品質は、サブキャリア間で相関関係がある。従って、アンテナ組み合わせパターンを複数のサブキャリアでブロック化し、そのうちの１つを送信装置にフィードバックするようにしても、通信品質の劣化を抑制することができる。

次に、第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第１の実施の形態では、受信装置は、複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、ブロック化したアンテナ組み合わせパターンのうちの、中央のサブキャリアのパターンを抽出して送信装置にフィードバックしていた。第２の実施の形態では、ブロック化されたアンテナ組み合わせパターンのうち、そのブロックの中でもっとも多いアンテナ組み合わせパターンを抽出して送信装置にフィードバックする。

図１１は、第２の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムのアンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。第２の実施の形態に係る送信装置および受信装置の構成は、図２の送信装置および図３の受信装置と同様であるが、受信装置の送信アンテナパターン決定部４２の機能が異なる。従って、以下では、図２の送信装置および図３の受信装置を用いてアンテナ組み合わせパターン出力を説明する。

図１１に示すアンテナ組み合わせパターンＰは、送信アンテナパターン決定部４２によって、サブキャリアごとに算出されるアンテナ組み合わせパターンを示している。
例えば、アンテナ組み合わせパターンＰは、上述したように、パターンＰ１〜Ｐ６の６個存在するとする。この場合、送信アンテナパターン決定部４２は、アンテナ組み合わせ基準に基づいて、図１１に示すように、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ１８，…ごとにそれぞれ、パターンＰ３，Ｐ３，…，Ｐ４，…を算出する。

図１１に示す送信部への出力は、送信アンテナパターン決定部４２から送信部４３に出力されるアンテナ組み合わせパターンを示す。送信アンテナパターン決定部４２は、隣接する複数のサブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをブロック化し、１ブロックにまとめられたアンテナ組み合わせパターンのうち、もっとも多いアンテナ組み合わせパターンを送信部４３に出力する。

例えば、図１１において、アンテナ組み合わせパターンＰは、隣接する８個のサブキャリアごとにブロック化されている。最左枠に囲まれたアンテナ組み合わせパターンのブロックでは、パターンＰ３のアンテナ組み合わせパターンが多い。その右隣のブロックでは、パターンＰ４のアンテナ組み合わせパターンが多い。従って、図１１の例の場合、送信アンテナパターン決定部４２は、各ブロックからパターンＰ３，Ｐ４，…のアンテナ組み合わせパターンを抽出し、送信部４３に出力する。

なお、送信装置および受信装置のその他の機能は、図２の送信装置および図３の受信装置と同様なので、その説明を省略する。
このように、受信装置は、複数のサブキャリアごとにブロック化したアンテナ組み合わせパターンのうち、そのブロック内でもっとも数の多いアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックする。これにより、受信装置から送信装置へのフィードバック量を低減することができる。

また、通信品質は、サブキャリア間で相関関係がある。従って、アンテナ組み合わせパターンを複数のサブキャリアでブロック化し、そのブロック内でもっとも数の多いアンテナ組み合わせパターンを送信装置にフィードバックするようにしても、通信品質の劣化を抑制することができる。

また、第２の実施の形態は、第１の実施の形態より、基本的に通信品質の劣化を抑制することができる。例えば、第１の実施の形態では、ブロックの中央値にノイズが混入した場合、ノイズに応じたデータがフィードバックされることになる。これに対し、第２の実施の形態では、ブロック内のパターンの最も多いものをフィードバックするので、通信品質の劣化を抑制できる。

また、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、ブロックサイズは、固定であってもよいし、適応的に変更するようにしてもよい。
例えば、マルチパスの数が多い場合、より詳細なアンテナ組み合わせパターンをフィードバックするように、ブロックサイズを小さくする。すなわち、受信装置は、ブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近いアンテナ組み合わせパターンをフィードバックするようにする。一方、マルチパスの数が少ない場合、フィードバック量を低減するために、ブロックサイズを大きくする。

マルチパスの数の算出は、周知の方法により求めることができる。例えば、周波数領域のチャネルを時間領域に変換し、しきい値以上のパスをカウントすることにより求まる。チャネルは、チャネル推定部４１より得られる。

また、サブキャリアごとに算出したアンテナ組み合わせパターンの分散を求め、分散が小さければブロックサイズを小さくし、分散が大きければブロックサイズを大きくするように変更するようにしてもよい。

例えば、サブキャリアｘ個におけるアンテナ組み合わせパターンの分散を求める。分散が小さければ、パターンＰ１〜Ｐ６は、それぞればらつきなく出現することになる。すなわち、パターンＰ１〜Ｐ６は、それぞれ同じような頻度で出現するので、ブロックサイズを小さくし、サブキャリアごとに近いアンテナ組み合わせパターンをフィードバックするようにする。

一方、分散が大きければ、パターンＰ１〜Ｐ６のうちのどれかのパターンのみが、頻繁に出現することになる。例えば、サブキャリアｘ個の中において、パターンＰ１のみが頻繁に出現するようになる。従って、この場合、ブロックサイズを大きくし、フィードバック量を低減するようにする。

次に、第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第３の実施の形態では、サブキャリアごとに算出されるアンテナ組み合わせパターンを、同じアンテナ組み合わせパターンが算出され続ける間、１つのブロックとしてまとめる。そして、そのブロックにおいて続いたアンテナ組み合わせパターンと、そのパターンが続く数とを送信装置にフィードバックする。

図１２は、第３の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムのアンテナ組み合わせパターン出力を説明する図である。第３の実施の形態に係る送信装置および受信装置の構成は、図２の送信装置および図３の受信装置と同様であるが、受信装置の送信アンテナパターン決定部４２の機能が異なる。従って、以下では、図２の送信装置および図３の受信装置を用いてアンテナ組み合わせパターン出力を説明する。

図１２に示すアンテナ組み合わせパターンＰは、送信アンテナパターン決定部４２によって、サブキャリアごとに算出されるアンテナ組み合わせパターンを示している。
例えば、アンテナ組み合わせパターンＰは、上述したように、パターンＰ１〜Ｐ６の６個存在するとする。この場合、送信アンテナパターン決定部４２は、アンテナ組み合わせ基準に基づいて、図１２に示すように、サブキャリアｆ１，ｆ２，…，ｆ１８，…ごとにそれぞれ、パターンＰ３，Ｐ３，…，Ｐ４，…を算出する。

図１２に示す送信部への出力は、送信アンテナパターン決定部４２から送信部４３に出力されるアンテナ組み合わせパターンを示す。図１２の送信部への出力に示す６ビットのデータの、左側の３ビットは、送信アンテナパターンを示し、続く３ビットは、その送信アンテナパターンが続く数を示している。なお、パターンＰ１〜Ｐ６は、それぞれ００１〜１１０の２進数で表されるとする。

送信アンテナパターン決定部４２は、サブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンを算出し、隣接するサブキャリアにおいて、同じアンテナ組み合わせパターンを算出する間、１つのブロックとしてまとめる。そして、そのブロックにおいて続いたアンテナ組み合わせパターンと、そのパターンが続く数とを送信部４３に出力する。

例えば、図１２において、送信アンテナパターン決定部４２は、サブキャリアｆ１，ｆ２，…の順にアンテナ組み合わせパターンＰ３，Ｐ３，…を算出する。アンテナ組み合わせパターンＰ３は、隣接するサブキャリアｆ１からｆ４の間で、連続して算出されている。従って、送信アンテナパターン決定部４２は、サブキャリアｆ１〜ｆ４を１つのブロックとしてまとめ、このブロックのアンテナ組み合わせパターンＰ３のデータ‘０１１’と、パターンＰ３が連続した数‘１００’との６ビットのデータを送信部４３に出力する。

また、サブキャリアｆ４に続く隣接するサブキャリアｆ５，ｆ６では、アンテナ組み合わせパターンＰ５が２つ連続して算出されている。従って、送信アンテナパターン決定部４２は、サブキャリアｆ５，ｆ６を１つのブロックとしてまとめ、このブロックのアンテナ組み合わせパターンＰ５のデータ‘１０１’と、パターンＰ５が連続した数‘０１０’との６ビットのデータを送信部４３に出力する。

送信装置のアンテナパターン受信部２２は、送信部４３からアンテナ組み合わせパターンを受信する。送信アンテナ切り替え部１７は、アンテナパターン受信部２２によって受信されたアンテナ組み合わせパターンに基づいて、データの送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへのマッピングを切り替える。

アンテナ組み合わせパターンには、アンテナ組み合わせパターンと、それが続く数とが含まれている。従って、送信アンテナ切り替え部１７は、サブキャリアごとにデータの送信アンテナ２１₁〜２１_Ntへのマッピング切り替えを行うことができる。

なお、送信装置および受信装置のその他の機能は、図２の送信装置および図３の受信装置と同様なので、その説明を省略する。
このように、受信装置は、同じアンテナ組み合わせパターンが算出され続ける間、１つのブロックとしてまとめる。そして、そのブロックにおいて続いたアンテナ組み合わせパターンと、そのパターンが続く数とを送信装置にフィードバックする。これにより、受信装置から送信装置へのフィードバック量を低減することができる。

例えば、サブキャリアｆ１〜ｆ１６のアンテナ組み合わせパターンを、サブキャリアごとに送信装置にフィードバックする場合、４８ビット（１６サブキャリア×３ビットのパターンデータ）のデータを送信装置にフィードバックする必要がある。これに対し、図１２では、３０ビットのデータに低減されて、送信器にフィードバックされる。

また、送信装置は、アンテナ組み合わせパターンとそれが続く数とが含まれるフィードバック情報を受信するので、サブキャリアごとにデータのアンテナ切り替えを行うことができる。従って、送信装置および受信装置は、サブキャリアごとにアンテナ組み合わせパターンをフィードバックする場合と同じ通信品質を有することができる。

次に、第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第１の実施の形態から第３の実施の形態では、ＳＴＢＣのアンテナマッピングにおけるフィードバック量低減について説明した。第４の実施の形態では、プリコーディングにおけるフィードバック量低減について説明する。

図１３は、第４の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信装置の構成例を示した図である。図１３において、図２と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

プリコーダ５１は、コンステレーションマッパー１５₁〜１５_Nsから出力されるＮ_s個の各データストリームに、所定のプリコーディングマトリックスを乗算し、Ｎ_s個のデータストリームをＮ_t個のデータストリームに変換する。すなわち、プリコーダ５１は、プリコーディングマトリックスを用いて、Ｎ_s個のデータストリームをＮ_t個の送信アンテナ２１₁〜２１_Ntにマッピングする。

プリコーダ５１は、コードブックを有している。コードブックは、予め決められたユニタリーマトリックスの集合（テーブル）であり、コードワードは、コードブックの中の、１つのユニタリーマトリックスを定義する。プリコーダ５１は、コードワード受信部５２から出力されるコードワードインデックスに基づいて、コードブックの中から、対応するコードワード（プリコーディングマトリックス）を抽出し、Ｎ_s個のデータストリームに乗算する。

なお、コードワードインデックスとは、コードワードに付されたインデックスである。例えば、コードワードが８個存在する場合、それぞれを識別するために、コードワードインデックスは、０００〜１１１の３ビットのデータを有する。すなわち、３ビットのコードワードインデックスで、所定のコードワードを指定することができる。

コードワード受信部５２は、受信装置からコードワードインデックスを受信する。受信装置から受信したコードワードインデックスは、プリコーダ５１に出力される。コードワードインデックスは、受信装置から、サブキャリアごとではなく、複数のまとまったサブキャリアごとにフィードバックされる。従って、プリコーダ５１は、Ｎ_s個のデータストリームに対して、複数のサブキャリアごとにプリコーディングを行うことになる。

図１４は、第４の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信装置の構成例を示した図である。図１４において、図３と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

コードワード決定部６１は、送信装置のプリコーダ５１と同様にコードブックを有している。コードワード決定部６１は、チャネル推定部４１のチャネルを用いて、コードブックの中から最適なコードワードを選択する。コードワードの選択基準には、（１）ＭＭＳＥ選択基準、（２）容量選択基準、（３）特異値選択基準がある。

コードワード決定部６１は、サブキャリアごとにコードワードを算出する。コードワード決定部６１は、ＳＩＮＲ計算部６２に対しては、サブキャリアごとに算出したコードワードを出力する。送信部６３に対しては、複数のサブキャリアごとにコードワードインデックスをブロック化し、そのブロックの中から１つのコードワードインデックスを抽出して送信部６３に出力する。

ＳＩＮＲ計算部６２は、チャネル推定部４１のチャネルとコードワード決定部６１で算出されたコードワードとを用いてＳＩＮＲを算出する。
送信部６３は、コードワード決定部６１から出力されるコードワードインデックスを送信装置にフィードバックする。

ＭＩＭＯ処理部６４は、以上のコードワード選択処理と並行して、受信信号をＺＦ線形デコーダあるいはＭＭＳＥ線形デコーダを用いて分離する。
図１３の送信装置および図１４の受信装置の動作は、図２の送信装置および図３の受信装置と同様である。ただし、ＳＴＢＣではなくプリコーディングによってアンテナマッピングを行い、また、フィードバックされる情報がコードワードインデックスであることが異なる。

図１３のプリコーダ５１は、次の式（１６）に示すように、プリコーディングマトリックスＦ（ｋ）を用いて、Ｎ_s個の送信データストリームをＮ_t個の送信アンテナ２１₁〜２１_Ntにマッピングする。

ｘ（ｋ）＝Ｆ（ｋ）ｓ（ｋ） …（１６）
ただし、ｋは、サブキャリア番号、ｓ（ｋ）は、Ｎ_s×１の送信データベクトルで、ｘ（ｋ）は、Ｎ_t×１の送信アンテナデータベクトルである。

図１４のＦＦＴ３４₁〜３４_Nrから出力される周波数領域の信号ｙ（ｋ）は、以下の式（１７）で表現できる。
ｙ（ｋ）＝Ｈ（ｋ）Ｆ（ｋ）ｓ（ｋ）＋ｎ（ｋ） …（１７）
ただし、Ｈ（ｋ）は、ｋ番目のサブキャリアのチャネルマトリックス、ｎ（ｋ）は、Ｎｒ×１の雑音ベクトル、ｙ（ｋ）は、Ｎｒ×１の受信信号を示す。ｙ（ｋ）、Ｈ（ｋ）、およびＦ（ｋ）は、受信装置において測定により既知である。

ＭＩＭＯ処理部６４は、送信信号

を得るためにＭＬを使えるが、複雑度が膨大となる。そこで、複雑度の小さい次の式（１８）で示される線形デコーダを採用する。

ただし、Ｇ（ｋ）は、Ｎ_s×Ｎ_rのマトリックスである。
ＺＦ線形デコーダを用いる場合、Ｇ（ｋ）は、次の式（１９）で与えられる。

ＭＭＳＥ線形デコーダを用いる場合は、Ｇ（ｋ）は、次の式（２０）で与えられる。

ただし、Ｉ_Nsは、Ｎ_s×Ｎ_sの単位行列である。
送信信号

は、以上のようにして得ることができる。なお、送信信号を求める際、Ｈ（ｋ）Ｆ（ｋ）をまとめて１つのマトリックスとして使用するようにする。このマトリックスは、Ｈ（ｋ）と区別するため、有効チャネルマトリックスと定義される。

コードワードインデックスのフィードバック動作は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態と同様である。
例えば、図１０の例の場合、図１０に示すアンテナ組み合わせパターンの部分がコードワードインデックスとなる。コードワード決定部６１は、図１０に示すように、８個のサブキャリアを１つのブロックとし、そのブロックの中央のサブキャリアに対応するコードワードインデックスを送信部６３に出力する。

また、図１１の例の場合では、図１１に示すアンテナ組み合わせパターンの部分がコードワードインデックスとなる。コードワード決定部６１は、図１１に示すように、８個のサブキャリアを１つのブロックとし、そのブロック内でもっとも多いコードワードインデックスを送信部６３に出力する。

また、図１２の例の場合では、図１２に示すアンテナ組み合わせパターンの部分がコードワードインデックスとなる。コードワード決定部６１は、サブキャリアごとに算出されるコードワードインデックスを、同じコードワードインデックスが算出され続ける間、１つのブロックとしてまとめる。そして、そのブロックにおいて続いたコードワードインデックスと、そのインデックスが続く数とを送信装置にフィードバックする。

また、ブロックのサイズも、第２の実施の形態で説明したのと同様にして、パスの数またはコードワードインデックスの分散に応じて、変更することも可能である。
このように、コードワードインデックスを受信装置から送信装置にフィードバックする場合においても、通信品質の低下を抑制しながら受信側から送信側へのフィードバック量を低減することができる。

（付記１） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置において、
前記データを送信する送信装置の送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンをサブキャリアごとに算出する送信アンテナパターン算出手段と、
前記送信アンテナパターン算出手段によって算出された前記組み合わせパターンを複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記組み合わせパターンを抽出する送信アンテナパターン抽出手段と、
前記送信アンテナパターン抽出手段によって抽出された前記組み合わせパターンを前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記２） 前記送信アンテナパターン抽出手段は、ブロック化した前記組み合わせパターンのうち、中央の前記サブキャリアに対応する前記組み合わせパターンを抽出することを特徴とする付記１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記３） 前記送信アンテナパターン抽出手段は、ブロック化した前記組み合わせパターンのうち、もっとも多い前記組み合わせパターンを抽出することを特徴とする付記１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記４） 前記送信アンテナパターン抽出手段は、同じ前記組み合わせパターンが算出される間、前記組み合わせパターンを１つのブロックとし、そのブロックの前記組み合わせパターンと前記組み合わせパターンが続いた数とを抽出することを特徴とする付記１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記５） 前記送信アンテナパターン抽出手段は、前記組み合わせパターンのブロックサイズをマルチパスの数によって変更することを特徴とする付記１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記６） 前記送信アンテナパターン抽出手段は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを前記組み合わせパターンの分散によって変更することを特徴とする付記１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記７） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信装置において、
複数のサブキャリアごとにブロック化され、その中から抽出された送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンを、前記データを受信する受信装置から受信する送信アンテナパターン受信手段と、
前記送信アンテナパターン受信手段によって受信された前記組み合わせパターンに基づいて、前記送信データストリームの前記送信アンテナへの出力を複数の前記サブキャリアごとに切り替える送信アンテナ切り替え手段と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信装置。

（付記８） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、
送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンをサブキャリアごとに算出する送信アンテナパターン算出手段と、前記送信アンテナパターン算出手段によって算出された前記組み合わせパターンを複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記組み合わせパターンを抽出する送信アンテナパターン抽出手段と、前記送信アンテナパターン抽出手段によって抽出された前記組み合わせパターンをフィードバックするフィードバック手段と、を有する受信装置と、
前記受信装置の前記フィードバック手段から前記組み合わせパターンを受信する送信アンテナパターン受信手段と、前記送信アンテナパターン受信手段によって受信された前記組み合わせパターンに基づいて、前記送信データストリームの前記送信アンテナへの出力を複数の前記サブキャリアごとに切り替える送信アンテナ切り替え手段と、を有する送信装置と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。

（付記９） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置において、
前記データを送信する送信装置のプリコーディング処理に用いられるプリコーディングマトリックスをサブキャリアごとに決定するプリコーディングマトリックス決定手段と、
前記プリコーディングマトリックス決定手段によって決定された前記プリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記マトリックス識別情報を抽出するマトリックス識別情報抽出手段と、
前記マトリックス識別情報抽出手段によって抽出された前記マトリックス識別情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１０） 前記マトリックス識別情報抽出手段は、ブロック化した前記マトリックス識別情報のうち、中央の前記サブキャリアに対応する前記マトリックス識別情報を抽出することを特徴とする付記９記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１１） 前記マトリックス識別情報抽出手段は、ブロック化した前記マトリックス識別情報のうち、もっとも多い前記マトリックス識別情報を抽出することを特徴とする付記９記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１２） 前記マトリックス識別情報抽出手段は、同じ前記プリコーディングマトリックスが算出される間、前記マトリックス識別情報を１つのブロックとし、そのブロックの前記マトリックス識別情報と前記マトリックス識別情報が続いた数とを抽出することを特徴とする付記９記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１３） 前記マトリックス識別情報抽出手段は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズをマルチパスの数によって変更することを特徴とする付記９記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１４） 前記マトリックス識別情報抽出手段は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを前記マトリックス識別情報の分散によって変更することを特徴とする付記９記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。

（付記１５） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信装置において、
複数のサブキャリアごとにブロック化され、その中から抽出されたプリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を、前記データを受信する受信装置から受信するマトリックス識別情報受信手段と、
前記マトリックス識別情報受信手段によって受信された前記マトリックス識別情報に基づいて、前記プリコーディングマトリックスを複数の前記サブキャリアごとに送信データストリームに施すプリコーディング手段と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信装置。

（付記１６） ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、
プリコーディング処理に用いられるプリコーディングマトリックスをサブキャリアごとに決定するプリコーディングマトリックス決定手段と、前記プリコーディングマトリックス決定手段によって決定された前記プリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記マトリックス識別情報を抽出するマトリックス識別情報抽出手段と、前記マトリックス識別情報抽出手段によって抽出された前記マトリックス識別情報をフィードバックするフィードバック手段と、を有する受信装置と、
前記受信装置のフィードバック手段から前記マトリックス識別情報を受信するマトリックス識別情報受信手段と、前記マトリックス識別情報受信手段によって受信された前記マトリックス識別情報に基づいて、前記プリコーディングマトリックスを複数の前記サブキャリアごとに送信データストリームに施すプリコーディング手段と、を有する送信装置と、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。

１ 受信装置
１ａ 送信アンテナパターン算出手段
１ｂ 送信アンテナパターン抽出手段
１ｃ フィードバック手段
２ 送信装置
２ａ 送信アンテナパターン受信手段
２ｂ 送信アンテナ切り替え手段
２ｃ₁〜２ｃ_n 送信アンテナ

Claims (10)

1. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置において、
   前記データを送信する送信装置の送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンをサブキャリアごとに算出する送信アンテナパターン算出手段と、
   前記送信アンテナパターン算出手段によって算出された前記組み合わせパターンを複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記組み合わせパターンを抽出する送信アンテナパターン抽出手段と、
   前記送信アンテナパターン抽出手段によって抽出された前記組み合わせパターンを前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、を有し、
   前記送信アンテナパターン抽出手段は、
   アンテナの前記組み合わせパターンの分散を求め、
   分散が小さい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記組み合わせパターンがフィードバックされるようにし、
   分散が大きい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする、
   ことを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
2. 前記送信アンテナパターン抽出手段は、ブロック化した前記組み合わせパターンのうち、中央の前記サブキャリアに対応する前記組み合わせパターンを抽出することを特徴とする請求項１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
3. 前記送信アンテナパターン抽出手段は、ブロック化した前記組み合わせパターンのうち、もっとも多い前記組み合わせパターンを抽出することを特徴とする請求項１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
4. 前記送信アンテナパターン抽出手段は、同じ前記組み合わせパターンが算出される間、前記組み合わせパターンを１つのブロックとし、そのブロックの前記組み合わせパターンと前記組み合わせパターンが続いた数とを抽出することを特徴とする請求項１記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
5. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、
   送信データストリームと前記送信データストリームを送信する送信アンテナとの組み合わせパターンをサブキャリアごとに算出する送信アンテナパターン算出手段と、前記送信アンテナパターン算出手段によって算出された前記組み合わせパターンを複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記組み合わせパターンを抽出する送信アンテナパターン抽出手段と、前記送信アンテナパターン抽出手段によって抽出された前記組み合わせパターンをフィードバックするフィードバック手段と、を有する受信装置と、
   前記受信装置の前記フィードバック手段から前記組み合わせパターンを受信する送信アンテナパターン受信手段と、前記送信アンテナパターン受信手段によって受信された前記組み合わせパターンに基づいて、前記送信データストリームの前記送信アンテナへの出力を複数の前記サブキャリアごとに切り替える送信アンテナ切り替え手段と、を有する送信装置と、を備え、
   前記送信アンテナパターン抽出手段は、
   アンテナの前記組み合わせパターンの分散を求め、
   分散が小さい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記組み合わせパターンがフィードバックされるようにし、
   分散が大きい場合は、前記組み合わせパターンのブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする、
   ことを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。
6. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置において、
   前記データを送信する送信装置のプリコーディング処理に用いられるプリコーディングマトリックスをサブキャリアごとに決定するプリコーディングマトリックス決定手段と、
   前記プリコーディングマトリックス決定手段によって決定された前記プリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記マトリックス識別情報を抽出するマトリックス識別情報抽出手段と、
   前記マトリックス識別情報抽出手段によって抽出された前記マトリックス識別情報を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、を有し、
   前記マトリックス識別情報抽出手段は、
   前記マトリックス識別情報の分散を求め、
   分散が小さい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記マトリックス識別情報がフィードバックされるようにし、
   分散が大きい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする、
   ことを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
7. 前記マトリックス識別情報抽出手段は、ブロック化した前記マトリックス識別情報のうち、中央の前記サブキャリアに対応する前記マトリックス識別情報を抽出することを特徴とする請求項６記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
8. 前記マトリックス識別情報抽出手段は、ブロック化した前記マトリックス識別情報のうち、もっとも多い前記マトリックス識別情報を抽出することを特徴とする請求項６記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
9. 前記マトリックス識別情報抽出手段は、同じ前記プリコーディングマトリックスが算出される間、前記マトリックス識別情報を１つのブロックとし、そのブロックの前記マトリックス識別情報と前記マトリックス識別情報が続いた数とを抽出することを特徴とする請求項６記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信装置。
10. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信によりデータを送受信するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、
    プリコーディング処理に用いられるプリコーディングマトリックスをサブキャリアごとに決定するプリコーディングマトリックス決定手段と、前記プリコーディングマトリックス決定手段によって決定された前記プリコーディングマトリックスのマトリックス識別情報を複数の前記サブキャリアごとにブロック化し、その中から１つの前記マトリックス識別情報を抽出するマトリックス識別情報抽出手段と、前記マトリックス識別情報抽出手段によって抽出された前記マトリックス識別情報をフィードバックするフィードバック手段と、を有する受信装置と、
    前記受信装置のフィードバック手段から前記マトリックス識別情報を受信するマトリックス識別情報受信手段と、前記マトリックス識別情報受信手段によって受信された前記マトリックス識別情報に基づいて、前記プリコーディングマトリックスを複数の前記サブキャリアごとに送信データストリームに施すプリコーディング手段と、を有する送信装置と、を備え、
    前記マトリックス識別情報抽出手段は、
    前記マトリックス識別情報の分散を求め、
    分散が小さい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを小さくして、サブキャリアごとに近い前記マトリックス識別情報がフィードバックされるようにし、
    分散が大きい場合は、前記マトリックス識別情報のブロックサイズを大きくして、フィードバック量が低減されるようにする、
    ことを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。
    

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