JPH11168453A - 多重アンテナ通信システムおよびその方法 - Google Patents
多重アンテナ通信システムおよびその方法Info
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- JPH11168453A JPH11168453A JP10270703A JP27070398A JPH11168453A JP H11168453 A JPH11168453 A JP H11168453A JP 10270703 A JP10270703 A JP 10270703A JP 27070398 A JP27070398 A JP 27070398A JP H11168453 A JPH11168453 A JP H11168453A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、無線通信システムにおける多重ア
ンテナ通信システムに関し、特に費用効果が高く、比較
的単純な方法で高いビットレートを実現する無線通信シ
ステムがを提供する。 【解決手段】 本発明は、ＭもしくはＮが１より大きい
ときに、第１のユニットのＭ本の送信アンテナと第２の
ユニットのＮ本の受信アンテナとの間の実際の通信チャ
ネルから、該第１のユニットと該第２のユニットにおい
て該実際の通信チャネルの特性を表す伝搬情報を使用す
ることにより仮想サブチャネルを生成し、該伝搬情報の
少なくとも一部分を使用して該仮想サブチャネルの少な
くとも一個の部分集合を通じて該第１のユニットにより
仮想送信信号を送ることからなることを特徴とする。多
重アンテナシステムは、同じ周波数帯の中で並列の独立
したサブチャネルを効果的に提供することにより高い容
量を実現し、多くの情報を送信するために強力な仮想サ
ブチャネルが用いられ、性能が強化される。
ンテナ通信システムに関し、特に費用効果が高く、比較
的単純な方法で高いビットレートを実現する無線通信シ
ステムがを提供する。 【解決手段】 本発明は、ＭもしくはＮが１より大きい
ときに、第１のユニットのＭ本の送信アンテナと第２の
ユニットのＮ本の受信アンテナとの間の実際の通信チャ
ネルから、該第１のユニットと該第２のユニットにおい
て該実際の通信チャネルの特性を表す伝搬情報を使用す
ることにより仮想サブチャネルを生成し、該伝搬情報の
少なくとも一部分を使用して該仮想サブチャネルの少な
くとも一個の部分集合を通じて該第１のユニットにより
仮想送信信号を送ることからなることを特徴とする。多
重アンテナシステムは、同じ周波数帯の中で並列の独立
したサブチャネルを効果的に提供することにより高い容
量を実現し、多くの情報を送信するために強力な仮想サ
ブチャネルが用いられ、性能が強化される。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、無線通信システムに関し、さ
らに詳細には、多重アンテナ通信システムに関する。
らに詳細には、多重アンテナ通信システムに関する。
【０００２】
【従来技術】デジタル無線通信システムがデータをやり
とりする際の最高ビットレートは、シャノンの情報理論
から導くことができる（通常、シャノンの限界と呼ばれ
る）。最高ビットレートは、送信機の総放射電力、送信
機および受信機のアンテナ数、帯域幅、受信機での雑音
電力、伝搬環境の特性など、多数の異なるパラメータに
基づいている。いわゆるレイリーフェージング環境(Rey
leigh fading environment) で送信機や受信機に多数の
アンテナを用いる無線送信では、最高ビットレートは非
常に大きな数字になることがある。たとえば、送信機と
受信機の両方が３０本のアンテナを使っている、平均信
号対雑音比が１６ｄＢのシステムの場合、これは、１ヘ
ルツあたり毎秒数百ビットにもなることがある。
とりする際の最高ビットレートは、シャノンの情報理論
から導くことができる（通常、シャノンの限界と呼ばれ
る）。最高ビットレートは、送信機の総放射電力、送信
機および受信機のアンテナ数、帯域幅、受信機での雑音
電力、伝搬環境の特性など、多数の異なるパラメータに
基づいている。いわゆるレイリーフェージング環境(Rey
leigh fading environment) で送信機や受信機に多数の
アンテナを用いる無線送信では、最高ビットレートは非
常に大きな数字になることがある。たとえば、送信機と
受信機の両方が３０本のアンテナを使っている、平均信
号対雑音比が１６ｄＢのシステムの場合、これは、１ヘ
ルツあたり毎秒数百ビットにもなることがある。
【０００３】費用効果が高く、比較的単純な方法で高い
ビットレートを実現する無線通信システムが必要とされ
ている。
ビットレートを実現する無線通信システムが必要とされ
ている。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、ＭもしくはＮが１より大きい
とき、第１のユニットのＭ本の送信アンテナと第２のユ
ニットのＮ本の受信アンテナとの間の実際の通信チャネ
ルにおいて、実際の通信チャネルから複数の仮想サブチ
ャネルを作り出すことにより、高いビットレートを実現
する通信システムに関する。多重アンテナシステムは、
第１のユニットおよび第２のユニットにおいて実際の通
信チャネルの特性を表す伝搬情報を用いることにより、
実際の通信チャネルから複数の仮想サブチャネルを作り
出す。第１のユニットから第２のユニットへの送信を行
うには、第１のユニットは、伝搬情報の少なくともある
一部分を用いて、仮想サブチャネルの少なくとも一つの
部分集合を通じて仮想送信信号を送る。第２のユニット
は、上記伝搬情報のうちから、上記のものとは別の少な
くとも一部分を用いて、仮想サブチャネルの同じ集合か
ら対応する仮想受信信号を検索する。
とき、第１のユニットのＭ本の送信アンテナと第２のユ
ニットのＮ本の受信アンテナとの間の実際の通信チャネ
ルにおいて、実際の通信チャネルから複数の仮想サブチ
ャネルを作り出すことにより、高いビットレートを実現
する通信システムに関する。多重アンテナシステムは、
第１のユニットおよび第２のユニットにおいて実際の通
信チャネルの特性を表す伝搬情報を用いることにより、
実際の通信チャネルから複数の仮想サブチャネルを作り
出す。第１のユニットから第２のユニットへの送信を行
うには、第１のユニットは、伝搬情報の少なくともある
一部分を用いて、仮想サブチャネルの少なくとも一つの
部分集合を通じて仮想送信信号を送る。第２のユニット
は、上記伝搬情報のうちから、上記のものとは別の少な
くとも一部分を用いて、仮想サブチャネルの同じ集合か
ら対応する仮想受信信号を検索する。
【０００５】一般に、伝搬係数の伝搬行列により、第１
のユニットの送信アンテナと第２のユニットの受信アン
テナとの間の通信信号の伝搬特性が表される。実際の通
信チャネル（多重アンテナチャネル）の伝搬特性を知る
ことにより、多重アンテナシステムは、実際の通信チャ
ネルを複数の仮想サブチャネルに分解することができ
る。第１のユニットから第２のユニットへの送信にあた
っては、第１のユニットと第２のユニットの双方が、第
１のユニットから第２のユニットへの送信の特性を示す
伝搬情報を入手する。いくつかの実施形態では、第１の
ユニットが伝搬情報のうちの少なくとも一部分を入手
し、第２のユニットが伝搬情報のうち、これとは別の少
なくとも一部分を入手する。伝搬情報のそれぞれの部分
を用いて、第１のおよび第２のユニットは協力して実際
の通信チャネルを仮想サブチャネルにし、これにより比
較的単純な方法で高いビットレートもしくはスループッ
トを実現する。
のユニットの送信アンテナと第２のユニットの受信アン
テナとの間の通信信号の伝搬特性が表される。実際の通
信チャネル（多重アンテナチャネル）の伝搬特性を知る
ことにより、多重アンテナシステムは、実際の通信チャ
ネルを複数の仮想サブチャネルに分解することができ
る。第１のユニットから第２のユニットへの送信にあた
っては、第１のユニットと第２のユニットの双方が、第
１のユニットから第２のユニットへの送信の特性を示す
伝搬情報を入手する。いくつかの実施形態では、第１の
ユニットが伝搬情報のうちの少なくとも一部分を入手
し、第２のユニットが伝搬情報のうち、これとは別の少
なくとも一部分を入手する。伝搬情報のそれぞれの部分
を用いて、第１のおよび第２のユニットは協力して実際
の通信チャネルを仮想サブチャネルにし、これにより比
較的単純な方法で高いビットレートもしくはスループッ
トを実現する。
【０００６】いくつかの実施形態では、第１のおよび第
２のユニットは、第１のユニットから第２のユニットへ
の送信用の伝搬情報として伝搬行列を入手する。まず、
第１のユニットおよび第２のユニットが、信号の交換に
より伝搬行列を入手する。たとえば、第１のユニットは
第２のユニットにトレーニング信号を送信する。実際の
通信チャネルで送信されたトレーニング信号並びに受信
されたトレーニング信号から、伝搬行列を決定すること
ができる。ひとたび伝搬行列が決定されれば、各ユニッ
トは伝搬行列の特異値分解を行うことができる。伝搬行
列の特異値分解により、Ｄ、Φ、Ψ+の３つの因子の積
としての伝搬行列が得られる。ここで、Ｄは対角行列、
ΦおよびΨ+は二つのユニタリ行列であり、上付文字の
「＋」は共役転置(conjugate transpose)を示してい
る。特異値分解は、伝搬行列を対角化する役目を果た
す。対角行列Ｄの非ゼロ対角要素の数は、実際の通信チ
ャネルに対する並列の独立仮想サブチャネルの数に対応
する。いくつかの実施形態では、第１のユニットから第
２のユニットへの送信にあたって、第１のユニットが対
角行列Ｄおよびユニタリ行列Φを含む伝搬情報の少なく
とも一部分を取得する。第１のユニットは対角行列Ｄを
チャネル符号器／変調器に供給し、対角行列Ｄの数値に
従って、入ってくるビットまたは情報ストリームを符号
化し、変調して、独立した仮想サブチャネルに流して、
仮想送信信号を生成する。こうして、対角行列Ｄはビッ
トレートの相対的スケーリングを提供することができ
る。第１のユニットは、次に、仮想送信信号をユニタリ
行列Ψの共役転置を用いて乗じることにより、仮想送信
信号のユニタリ変換を行い、実際の送信信号を生成す
る。
２のユニットは、第１のユニットから第２のユニットへ
の送信用の伝搬情報として伝搬行列を入手する。まず、
第１のユニットおよび第２のユニットが、信号の交換に
より伝搬行列を入手する。たとえば、第１のユニットは
第２のユニットにトレーニング信号を送信する。実際の
通信チャネルで送信されたトレーニング信号並びに受信
されたトレーニング信号から、伝搬行列を決定すること
ができる。ひとたび伝搬行列が決定されれば、各ユニッ
トは伝搬行列の特異値分解を行うことができる。伝搬行
列の特異値分解により、Ｄ、Φ、Ψ+の３つの因子の積
としての伝搬行列が得られる。ここで、Ｄは対角行列、
ΦおよびΨ+は二つのユニタリ行列であり、上付文字の
「＋」は共役転置(conjugate transpose)を示してい
る。特異値分解は、伝搬行列を対角化する役目を果た
す。対角行列Ｄの非ゼロ対角要素の数は、実際の通信チ
ャネルに対する並列の独立仮想サブチャネルの数に対応
する。いくつかの実施形態では、第１のユニットから第
２のユニットへの送信にあたって、第１のユニットが対
角行列Ｄおよびユニタリ行列Φを含む伝搬情報の少なく
とも一部分を取得する。第１のユニットは対角行列Ｄを
チャネル符号器／変調器に供給し、対角行列Ｄの数値に
従って、入ってくるビットまたは情報ストリームを符号
化し、変調して、独立した仮想サブチャネルに流して、
仮想送信信号を生成する。こうして、対角行列Ｄはビッ
トレートの相対的スケーリングを提供することができ
る。第１のユニットは、次に、仮想送信信号をユニタリ
行列Ψの共役転置を用いて乗じることにより、仮想送信
信号のユニタリ変換を行い、実際の送信信号を生成す
る。
【０００７】いくつかの実施形態では、第２のユニット
は、ユニタリ行列Ψ+および対角行列Ｄを含む伝搬情報
のうち、上記とは別の少なくとも一部分を取得する。第
２のユニットは、ユニタリ行列Ψを用いて実際の受信信
号を乗じることにより、実際の受信信号についてユニタ
リ変換を行い、仮想受信信号を生成する。第１のユニッ
トおよび第２のユニットでのユニタリ行列による乗算に
より、仮想送信信号と仮想受信信号との間の実際の通信
チャネルから仮想チャネルが確立される。これは、並列
の独立した仮想サブチャネルとして扱うことができる。
第２のユニットは対角行列Ｄをチャネル復号器／復調器
に提供し、行列Ｄに従って仮想受信信号の復号および復
調を行い、情報ストリームを生成する。こうして、多重
アンテナシステムは、同じ周波数帯の中で並列の独立し
たサブチャネルを効果的に提供することにより、高い容
量を実現する。また、多重アンテナシステムは、対角行
列Ｄの数値に関連する仮想サブチャネル上でビットを送
信することから、多くの情報を送信するために強力な仮
想サブチャネルが用いられることになるため、性能も強
化される。
は、ユニタリ行列Ψ+および対角行列Ｄを含む伝搬情報
のうち、上記とは別の少なくとも一部分を取得する。第
２のユニットは、ユニタリ行列Ψを用いて実際の受信信
号を乗じることにより、実際の受信信号についてユニタ
リ変換を行い、仮想受信信号を生成する。第１のユニッ
トおよび第２のユニットでのユニタリ行列による乗算に
より、仮想送信信号と仮想受信信号との間の実際の通信
チャネルから仮想チャネルが確立される。これは、並列
の独立した仮想サブチャネルとして扱うことができる。
第２のユニットは対角行列Ｄをチャネル復号器／復調器
に提供し、行列Ｄに従って仮想受信信号の復号および復
調を行い、情報ストリームを生成する。こうして、多重
アンテナシステムは、同じ周波数帯の中で並列の独立し
たサブチャネルを効果的に提供することにより、高い容
量を実現する。また、多重アンテナシステムは、対角行
列Ｄの数値に関連する仮想サブチャネル上でビットを送
信することから、多くの情報を送信するために強力な仮
想サブチャネルが用いられることになるため、性能も強
化される。
【０００８】本発明の他の態様および利点は、以下の詳
細な説明を読み、以下の図面を参照することにより明ら
かになるであろう。
細な説明を読み、以下の図面を参照することにより明ら
かになるであろう。
【０００９】
【発明の詳細な記述】本発明の原理による多重アンテナ
通信システムの実施形態を、高ビットレートおよび高性
能を実現する多重アンテナ通信システムとして、以下に
説明する。多重アンテナシステムは、送信機および受信
機のいずれかまたは両方において多重アンテナ列を用
い、また、第１のユニットのアンテナと第２のユニット
のアンテナとの間の多重アンテナチャネルについて得た
伝搬特性を利用することにより、これを達成する。第１
のユニットと第２のユニットの実際の通信チャネル（多
重アンテナチャネル）のいくつかの伝搬特性を知ること
により、多重アンテナシステムは、第１のユニットと第
２のユニットが協力して実際の通信チャネルを多数の仮
想サブチャネルに分解することで、高いビットレートを
実現することができる。第１のユニットから第２のユニ
ットへの送信にあたって、第１のユニットおよび第２の
ユニットは、第１のユニットから第２のユニットへの送
信の特性を表す伝搬情報の少なくとも一部分をそれぞれ
取得する。第１のおよび第２のユニットは、実際の通信
チャネルを、伝搬情報のうち少なくともそれぞれの一部
分を用いて、通信信号が送信される多重仮想サブチャネ
ルに分解する。こうして、多重アンテナ通信システム
は、同じ周波数帯の中の仮想サブチャネルを用いること
により、総電力や帯域幅を増加させることなく、比較的
単純な方法で、高いビットレートを達成する。さらに、
多重アンテナシステムは、伝搬情報によって決まるさら
に強力なサブチャネルを通じてさらに多数のビットを送
信することにより、性能を強化する。
通信システムの実施形態を、高ビットレートおよび高性
能を実現する多重アンテナ通信システムとして、以下に
説明する。多重アンテナシステムは、送信機および受信
機のいずれかまたは両方において多重アンテナ列を用
い、また、第１のユニットのアンテナと第２のユニット
のアンテナとの間の多重アンテナチャネルについて得た
伝搬特性を利用することにより、これを達成する。第１
のユニットと第２のユニットの実際の通信チャネル（多
重アンテナチャネル）のいくつかの伝搬特性を知ること
により、多重アンテナシステムは、第１のユニットと第
２のユニットが協力して実際の通信チャネルを多数の仮
想サブチャネルに分解することで、高いビットレートを
実現することができる。第１のユニットから第２のユニ
ットへの送信にあたって、第１のユニットおよび第２の
ユニットは、第１のユニットから第２のユニットへの送
信の特性を表す伝搬情報の少なくとも一部分をそれぞれ
取得する。第１のおよび第２のユニットは、実際の通信
チャネルを、伝搬情報のうち少なくともそれぞれの一部
分を用いて、通信信号が送信される多重仮想サブチャネ
ルに分解する。こうして、多重アンテナ通信システム
は、同じ周波数帯の中の仮想サブチャネルを用いること
により、総電力や帯域幅を増加させることなく、比較的
単純な方法で、高いビットレートを達成する。さらに、
多重アンテナシステムは、伝搬情報によって決まるさら
に強力なサブチャネルを通じてさらに多数のビットを送
信することにより、性能を強化する。
【００１０】図１は、実際の通信チャネル１０のベース
バンドを表しており、ここで第１のユニット１２が、同
一周波数の搬送波上の実際の送信信号ｓt1，ｓt2および
ｓt3の各構成成分に対応するＲＦ信号を、それぞれの多
重アンテナ１６ａ−ｃを通じて第２のユニット１４へ送
信する。この特定の実施形態においては、第１のユニッ
ト１２は３本のアンテナ１６ａ−ｃを備えており、第２
のユニット１４は３本のアンテナ１８ａ−ｃを備えてい
る。第２のユニット１４は、実際の受信信号の構成成分
ｘt1，ｘt2およびｘt3に対応するそれぞれの受信アンテ
ナ１８ａ−ｃでＲＦ信号を受信する。各受信アンテナ１
８ａ−ｃは、複素数をとるスカラー伝搬係数ｈmnを通じ
て、各送信アンテナ１６ａ−ｃに応答する。ここで、ｍ
は各送信アンテナ１６ａ−ｃを、ｎは各受信アンテナ１
８ａ−ｃを示す。こうして、実際の受信信号ｘt1，ｘt2
およびｘt3については、以下のように特性を示すことが
できる。
バンドを表しており、ここで第１のユニット１２が、同
一周波数の搬送波上の実際の送信信号ｓt1，ｓt2および
ｓt3の各構成成分に対応するＲＦ信号を、それぞれの多
重アンテナ１６ａ−ｃを通じて第２のユニット１４へ送
信する。この特定の実施形態においては、第１のユニッ
ト１２は３本のアンテナ１６ａ−ｃを備えており、第２
のユニット１４は３本のアンテナ１８ａ−ｃを備えてい
る。第２のユニット１４は、実際の受信信号の構成成分
ｘt1，ｘt2およびｘt3に対応するそれぞれの受信アンテ
ナ１８ａ−ｃでＲＦ信号を受信する。各受信アンテナ１
８ａ−ｃは、複素数をとるスカラー伝搬係数ｈmnを通じ
て、各送信アンテナ１６ａ−ｃに応答する。ここで、ｍ
は各送信アンテナ１６ａ−ｃを、ｎは各受信アンテナ１
８ａ−ｃを示す。こうして、実際の受信信号ｘt1，ｘt2
およびｘt3については、以下のように特性を示すことが
できる。
【外１】 ここで、｛ｗt1，ｗt2，ｗt3｝は、第２のユニット１４
において付加される受信ノイズである。ベクトル表現に
おいて、ｘt ＝［ｘt1，ｘt2，ｘt3］、ｓt ＝［ｓt1，
ｓt2，ｓt3］、ｗt ＝［ｗt1，ｗt2，ｗt3］のとき、ｘ
t ＝ｓt ×Ｈ＋ｗt であり、伝搬行列は以下のように表す
ことができる。
において付加される受信ノイズである。ベクトル表現に
おいて、ｘt ＝［ｘt1，ｘt2，ｘt3］、ｓt ＝［ｓt1，
ｓt2，ｓt3］、ｗt ＝［ｗt1，ｗt2，ｗt3］のとき、ｘ
t ＝ｓt ×Ｈ＋ｗt であり、伝搬行列は以下のように表す
ことができる。
【外２】
【００１１】この特定の実施形態において、第２のユニ
ット１４は、第１のユニット１２とは反対方向に信号を
送信することができる。第２のユニット１４は、その受
信アンテナ１８ａ−ｃを用いて信号を送信することがで
き、第１のユニット１２はその送信アンテナ１６ａ−ｃ
を用いて信号を受信することができる。同一の周波数が
双方向に用いられた場合（いくつかの二方向通信の実施
形態では時分割二重送信（ＴＤＤ）方式を用いて）、第
２のユニット１４から第１のユニット１２への送信の際
の伝搬係数は、第１のユニット１２から第２のユニット
１４への送信の際の伝搬係数と同等であると考えること
ができ（相互性の原理により）、したがって、Ｈ2to1＝
ＨT 1to2 である。ここで、上付文字のＴは、転置を示
す。両方向で別々の周波数が用いられる場合（周波数分
割二重方式を用いて）、両方向に伝搬する信号について
の伝搬係数は決まってくる。適切なトレーニングとセッ
トアップの体系を用いることにより、第１のユニット１
２および第２のユニット１４は、第１のユニット１２か
ら第２のユニット１４への伝搬係数と、第２のユニット
１４から第１のユニット１２への伝搬係数との両方を知
ることができる。たとえば、ユニット１２および１４
は、１本のアンテナで複数の既知のトレーニング信号を
一度に送信するか、各アンテナで同時に送信される直交
信号を用いてトレーニング信号を送信するかのいずれか
または両方を行うことができる。
ット１４は、第１のユニット１２とは反対方向に信号を
送信することができる。第２のユニット１４は、その受
信アンテナ１８ａ−ｃを用いて信号を送信することがで
き、第１のユニット１２はその送信アンテナ１６ａ−ｃ
を用いて信号を受信することができる。同一の周波数が
双方向に用いられた場合（いくつかの二方向通信の実施
形態では時分割二重送信（ＴＤＤ）方式を用いて）、第
２のユニット１４から第１のユニット１２への送信の際
の伝搬係数は、第１のユニット１２から第２のユニット
１４への送信の際の伝搬係数と同等であると考えること
ができ（相互性の原理により）、したがって、Ｈ2to1＝
ＨT 1to2 である。ここで、上付文字のＴは、転置を示
す。両方向で別々の周波数が用いられる場合（周波数分
割二重方式を用いて）、両方向に伝搬する信号について
の伝搬係数は決まってくる。適切なトレーニングとセッ
トアップの体系を用いることにより、第１のユニット１
２および第２のユニット１４は、第１のユニット１２か
ら第２のユニット１４への伝搬係数と、第２のユニット
１４から第１のユニット１２への伝搬係数との両方を知
ることができる。たとえば、ユニット１２および１４
は、１本のアンテナで複数の既知のトレーニング信号を
一度に送信するか、各アンテナで同時に送信される直交
信号を用いてトレーニング信号を送信するかのいずれか
または両方を行うことができる。
【００１２】わかりやすくするために、本発明の原理に
よる多重アンテナ方式を、第１のユニット１２から第２
のユニット１４への送信を特に考えながら説明する。多
重アンテナ方式が一方向通信にも二方向通信にも適用で
きることはもちろんである。この特定の実施形態によれ
ば、ユニット１２および１４の両方が、ユニット１２お
よび１４の両方の取得した３×３伝搬行列Ｈの特異値分
解（ＳＶＤ）を行う。この特定の実施形態で、ＨのＳＶ
Ｄから、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+である。ここで、Ｄは実数値
を取る、非負の３ｘ３の対角行列で、
よる多重アンテナ方式を、第１のユニット１２から第２
のユニット１４への送信を特に考えながら説明する。多
重アンテナ方式が一方向通信にも二方向通信にも適用で
きることはもちろんである。この特定の実施形態によれ
ば、ユニット１２および１４の両方が、ユニット１２お
よび１４の両方の取得した３×３伝搬行列Ｈの特異値分
解（ＳＶＤ）を行う。この特定の実施形態で、ＨのＳＶ
Ｄから、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+である。ここで、Ｄは実数値
を取る、非負の３ｘ３の対角行列で、
【外３】 であって、ΦおよびΨ+は３ｘ３の複素数ユニタリ行列
であって、上付文字「＋」は「共役転置」を示す。ユニ
タリ行列の列は単位長があり、互いに直交している。ベ
クトルにユニタリ行列を乗じても、ベクトルの長さは変
わらず、単にベクトルの方向が変わるだけである。ユニ
タリ行列の逆行列は、この行列の共役転置に等しく、た
とえば、Φ+ ×Φ＝Ｉである。あるいは、ｌ＝１から３
のとき、ΣΦij * ｘ×Φijは、ｉ＝ｊならば、１に等し
く、ｉ≠ｊならば、０に等しい。ここで、上付文字
「＊」は、「複素共役」を示している。
であって、上付文字「＋」は「共役転置」を示す。ユニ
タリ行列の列は単位長があり、互いに直交している。ベ
クトルにユニタリ行列を乗じても、ベクトルの長さは変
わらず、単にベクトルの方向が変わるだけである。ユニ
タリ行列の逆行列は、この行列の共役転置に等しく、た
とえば、Φ+ ×Φ＝Ｉである。あるいは、ｌ＝１から３
のとき、ΣΦij * ｘ×Φijは、ｉ＝ｊならば、１に等し
く、ｉ≠ｊならば、０に等しい。ここで、上付文字
「＊」は、「複素共役」を示している。
【００１３】第２のユニット１４は、行列Ψを用いて、
受信信号ｘt に３×３ユニタリ行列Ψを乗じ、ｒt ＝
［ｒt1，ｒt2，ｒt3］＝ｘt ×Ψを得る。第１のユニッ
ト１２は、行列Φを用いて仮想送信信号ｙtを実際の送
信信号ｓt に変換する。これは、実際の送信信号ｓt
を、仮想送信信号ｙt ，ｓt ＝ｙt ×Φ+ のΦ倍の３ｘ
３ユニタリ行列を共役転置したものに等しくさせて行
う。ここで、ｙt ＝［ｙt1，ｙt2，ｙt3］である。ユニ
タリ行列の乗算は可逆演算であり、情報の損失はない。
実際に、仮想送信信号ｙt と仮想受信信号ｒt との間に
はリンクが確立される。ここで
受信信号ｘt に３×３ユニタリ行列Ψを乗じ、ｒt ＝
［ｒt1，ｒt2，ｒt3］＝ｘt ×Ψを得る。第１のユニッ
ト１２は、行列Φを用いて仮想送信信号ｙtを実際の送
信信号ｓt に変換する。これは、実際の送信信号ｓt
を、仮想送信信号ｙt ，ｓt ＝ｙt ×Φ+ のΦ倍の３ｘ
３ユニタリ行列を共役転置したものに等しくさせて行
う。ここで、ｙt ＝［ｙt1，ｙt2，ｙt3］である。ユニ
タリ行列の乗算は可逆演算であり、情報の損失はない。
実際に、仮想送信信号ｙt と仮想受信信号ｒt との間に
はリンクが確立される。ここで
【外４】 上記の式にＨ＝ΦｘＤｘΨ+ を代入すると、以下の通り
となる。
となる。
【外５】 このように、ｓt とｘt の間の元々のリンク１０は、図
２に示すｙt とｒt との間のずっと単純な仮想リンク２
０と同等である。実際の通信チャネルでは、Ｎ本の受信
アンテナのそれぞれは、Ｍ本の送信アンテナのそれぞれ
に応答する。仮想リンクまたは仮想チャネル１０の利点
は、これが仮想サブチャネルからなり、複数の仮想受信
アンテナのそれぞれが、正確にそれぞれの仮想送信アン
テナに応答するということである。実際に、図１で交差
結合している実際の通信チャネル１０は、本発明の原理
により、図２に示す並列で独立した３つの仮想サブチャ
ネルｄ11，ｄ22，ｄ33として扱うことができる。
２に示すｙt とｒt との間のずっと単純な仮想リンク２
０と同等である。実際の通信チャネルでは、Ｎ本の受信
アンテナのそれぞれは、Ｍ本の送信アンテナのそれぞれ
に応答する。仮想リンクまたは仮想チャネル１０の利点
は、これが仮想サブチャネルからなり、複数の仮想受信
アンテナのそれぞれが、正確にそれぞれの仮想送信アン
テナに応答するということである。実際に、図１で交差
結合している実際の通信チャネル１０は、本発明の原理
により、図２に示す並列で独立した３つの仮想サブチャ
ネルｄ11，ｄ22，ｄ33として扱うことができる。
【００１４】第１および第２のユニット１２および１４
は、他の方法でも、第１のユニット１２と第２のユニッ
ト１４との間の仮想サブチャネルの確立に必要なそれぞ
れの伝搬情報を定めることができる。たとえば、行列Ｈ
Ｈ+ ＝Φ×Ｄ×Ｄ+ ×Φ+ であるので、第１のユニット
１２や第２のユニット１４は、行列ＨＨ+ の固有ベクト
ルからユニタリ行列Φ+ を、ＨＨ+ の固有値から対角行
列Ｄを定めることができる。また、Ｈ+ Ｈ＝Ψ×Ｄ+ ×
Ｄ×Ψ+ であるので、第１のユニット１２や第２のユニ
ット１４は、Ｈ+ Ｈの固有ベクトルからユニタリ行列Ψ
を、Ｈ+ Ｈの固有値から対角行列Ｄを定めることができ
る。
は、他の方法でも、第１のユニット１２と第２のユニッ
ト１４との間の仮想サブチャネルの確立に必要なそれぞ
れの伝搬情報を定めることができる。たとえば、行列Ｈ
Ｈ+ ＝Φ×Ｄ×Ｄ+ ×Φ+ であるので、第１のユニット
１２や第２のユニット１４は、行列ＨＨ+ の固有ベクト
ルからユニタリ行列Φ+ を、ＨＨ+ の固有値から対角行
列Ｄを定めることができる。また、Ｈ+ Ｈ＝Ψ×Ｄ+ ×
Ｄ×Ψ+ であるので、第１のユニット１２や第２のユニ
ット１４は、Ｈ+ Ｈの固有ベクトルからユニタリ行列Ψ
を、Ｈ+ Ｈの固有値から対角行列Ｄを定めることができ
る。
【００１５】図３は、第１のユニット１２と第２のユニ
ット１４との間で送信を行うための、本発明の原理によ
る多重アンテナ通信システム１０の一実施形態を示して
いる。この特定の実施形態において、第１のユニット１
２は送信側として、第２のユニット１４は受信側として
示されている。逆方向の送信に関して、第１のユニット
１２は、第２のユニット１４に関して以下に述べる受信
側構成部品（図示せず）を標準的に含み、第２のユニッ
ト１４は、第１のユニット１２に関して以下に述べる送
信側構成部品（図示せず）を標準的に含んでいる。本発
明のいくつかの実施形態によれば、第１のユニット１２
は多重アンテナ列１６を使って通信信号の送受信を行
い、第２のユニット１４は多重アンテナ列１８を使って
通信信号の送受信を行っている。
ット１４との間で送信を行うための、本発明の原理によ
る多重アンテナ通信システム１０の一実施形態を示して
いる。この特定の実施形態において、第１のユニット１
２は送信側として、第２のユニット１４は受信側として
示されている。逆方向の送信に関して、第１のユニット
１２は、第２のユニット１４に関して以下に述べる受信
側構成部品（図示せず）を標準的に含み、第２のユニッ
ト１４は、第１のユニット１２に関して以下に述べる送
信側構成部品（図示せず）を標準的に含んでいる。本発
明のいくつかの実施形態によれば、第１のユニット１２
は多重アンテナ列１６を使って通信信号の送受信を行
い、第２のユニット１４は多重アンテナ列１８を使って
通信信号の送受信を行っている。
【００１６】第１のユニット１２から第２のユニット１
４への送信を行うこの特定の実施形態において、実際の
通信チャネル１０での信号の伝搬はベースバンドの特徴
を備えており、送信アンテナ１６ａ−ｃと受信アンテナ
１８ａ−ｃとの間に、複素数（実数部分と虚数部分があ
る）を取る伝搬係数の行列からなる。この特定の実施形
態において、第１のユニット１２および第２のユニット
１４は、伝搬行列の数値を習得し、適切な伝搬情報を決
定して、第１のユニット１２と第２のユニット１４との
間に仮想サブチャネルを確立する。あるいは、第１のユ
ニット１２および第２のユニット１４のいずれかまたは
両方は伝搬行列を習得せず、そのかわり、ユニット１２
および１４が、対角行列Ｄなどの伝搬情報の一部分を入
手もしくは決定し、また、第２のユニット１４がユニタ
リ行列Ψを入手もしくは決定している間に、第１のユニ
ット１２は、ユニタリ行列Φ+などの他の伝搬情報を入
手または決定する。
４への送信を行うこの特定の実施形態において、実際の
通信チャネル１０での信号の伝搬はベースバンドの特徴
を備えており、送信アンテナ１６ａ−ｃと受信アンテナ
１８ａ−ｃとの間に、複素数（実数部分と虚数部分があ
る）を取る伝搬係数の行列からなる。この特定の実施形
態において、第１のユニット１２および第２のユニット
１４は、伝搬行列の数値を習得し、適切な伝搬情報を決
定して、第１のユニット１２と第２のユニット１４との
間に仮想サブチャネルを確立する。あるいは、第１のユ
ニット１２および第２のユニット１４のいずれかまたは
両方は伝搬行列を習得せず、そのかわり、ユニット１２
および１４が、対角行列Ｄなどの伝搬情報の一部分を入
手もしくは決定し、また、第２のユニット１４がユニタ
リ行列Ψを入手もしくは決定している間に、第１のユニ
ット１２は、ユニタリ行列Φ+などの他の伝搬情報を入
手または決定する。
【００１７】第１のユニット１２から第２のユニット１
４への通信に用いる伝搬行列を知るために（もしくは一
定の実施形態について適切な伝搬情報を導くために）、
第１のユニット１２は、ユニット１４にトレーニング信
号を送ることができる。ユニット１４は、この信号から
伝搬行列（または伝搬情報）を決定するか、または予測
する。ユニット１４は、次に、第１のおよび第２のユニ
ット１２および１４の単数または複数のアンテナを用い
て、従来の通信方式によりユニット１２へ伝搬行列（ま
たは伝搬情報）を送ることができる。あるいは、ユニッ
ト１４は、電話線など、他の通信リンクを用いてユニッ
ト１２に伝搬行列（または伝搬情報）を送ることができ
る。さらに、ユニット１４は、ユニット１２から受信し
たトレーニング信号を、ユニット１２に対して単に返送
することもでき、ユニット１２が、伝搬行列（または伝
搬情報）を決定する。ユニット１２は、次に、伝搬行列
（または伝搬情報）をユニット１４に送る。
４への通信に用いる伝搬行列を知るために（もしくは一
定の実施形態について適切な伝搬情報を導くために）、
第１のユニット１２は、ユニット１４にトレーニング信
号を送ることができる。ユニット１４は、この信号から
伝搬行列（または伝搬情報）を決定するか、または予測
する。ユニット１４は、次に、第１のおよび第２のユニ
ット１２および１４の単数または複数のアンテナを用い
て、従来の通信方式によりユニット１２へ伝搬行列（ま
たは伝搬情報）を送ることができる。あるいは、ユニッ
ト１４は、電話線など、他の通信リンクを用いてユニッ
ト１２に伝搬行列（または伝搬情報）を送ることができ
る。さらに、ユニット１４は、ユニット１２から受信し
たトレーニング信号を、ユニット１２に対して単に返送
することもでき、ユニット１２が、伝搬行列（または伝
搬情報）を決定する。ユニット１２は、次に、伝搬行列
（または伝搬情報）をユニット１４に送る。
【００１８】同じように、ユニット１４からユニット１
２へと伝搬する信号に用いる伝搬行列（または伝搬情
報）を知るために、ユニット１４はユニット１２にトレ
ーニング信号を送り、ユニット１２はこの信号から伝搬
行列（または伝搬情報）を決定、または予測する。ここ
でも、ユニット１２からユニット１４への送信について
の伝搬行列（または伝搬情報）の決定に関連して述べた
ように、ユニット１２は、実施形態によって異なる、様
々な形態または分量の伝搬情報をユニット１４に対し
て、様々な通信方式を用いて、提供するか、または導き
出すことができる。
２へと伝搬する信号に用いる伝搬行列（または伝搬情
報）を知るために、ユニット１４はユニット１２にトレ
ーニング信号を送り、ユニット１２はこの信号から伝搬
行列（または伝搬情報）を決定、または予測する。ここ
でも、ユニット１２からユニット１４への送信について
の伝搬行列（または伝搬情報）の決定に関連して述べた
ように、ユニット１２は、実施形態によって異なる、様
々な形態または分量の伝搬情報をユニット１４に対し
て、様々な通信方式を用いて、提供するか、または導き
出すことができる。
【００１９】ユニット１２とユニット１４との間の二方
向送信は、時分割二重（Ｔime Ｄivision Ｄuplex：Ｔ
ＤＤ）または周波数分割二重（Ｆrequency Ｄivision
Ｄuplex：ＦＤＤ）などの様々な方式を用いて行うこと
ができる。ＴＤＤには、第１のユニット１２から第２の
ユニット１４へ伝搬する信号のチャネル特性が、一般
に、第２のユニット１４から第２のステーション１２に
伝搬する信号のチャネル特性と同一であるという利点が
ある。ＴＤＤの場合、ユニット１２および１４とも、同
じ周波数帯を占有する。従って、第１のユニット１２か
ら第２のユニット１４への送信に関する伝搬行列は、
Ｄ．Ｓ．Jones の「音響および電磁波(Acoustic and El
ectromagnetic Waves)」(Oxford University Press, 19
89，第６３頁乃至第６４頁）に記載の相互性の原理によ
り、互いの転置であると考えられ、それ以上のトレーニ
ング信号の交換は不要である（ただし、伝搬行列や伝搬
情報の更新は行うことができる）。いくつかの実施形態
で利用しているＦＤＤでは、第２のユニット１４は第１
のユニット１２に対して、第１のユニット１２から第２
のユニット１４への送信のための伝搬行列（または伝搬
情報）を送信する。さらに、第２のユニット１４から第
１のユニット１２への送信のために適切なセットアップ
またはトレーニングの体系が実施された後で、第１のユ
ニット１２は、第２のユニット１４に対し、第２のユニ
ット１４から第１のユニット１２への送信に関する伝搬
行列（または伝搬情報）を送ることができる。
向送信は、時分割二重（Ｔime Ｄivision Ｄuplex：Ｔ
ＤＤ）または周波数分割二重（Ｆrequency Ｄivision
Ｄuplex：ＦＤＤ）などの様々な方式を用いて行うこと
ができる。ＴＤＤには、第１のユニット１２から第２の
ユニット１４へ伝搬する信号のチャネル特性が、一般
に、第２のユニット１４から第２のステーション１２に
伝搬する信号のチャネル特性と同一であるという利点が
ある。ＴＤＤの場合、ユニット１２および１４とも、同
じ周波数帯を占有する。従って、第１のユニット１２か
ら第２のユニット１４への送信に関する伝搬行列は、
Ｄ．Ｓ．Jones の「音響および電磁波(Acoustic and El
ectromagnetic Waves)」(Oxford University Press, 19
89，第６３頁乃至第６４頁）に記載の相互性の原理によ
り、互いの転置であると考えられ、それ以上のトレーニ
ング信号の交換は不要である（ただし、伝搬行列や伝搬
情報の更新は行うことができる）。いくつかの実施形態
で利用しているＦＤＤでは、第２のユニット１４は第１
のユニット１２に対して、第１のユニット１２から第２
のユニット１４への送信のための伝搬行列（または伝搬
情報）を送信する。さらに、第２のユニット１４から第
１のユニット１２への送信のために適切なセットアップ
またはトレーニングの体系が実施された後で、第１のユ
ニット１２は、第２のユニット１４に対し、第２のユニ
ット１４から第１のユニット１２への送信に関する伝搬
行列（または伝搬情報）を送ることができる。
【００２０】特に図３を参照すると、第１のおよび第２
のユニット１２および１４は、伝搬行列（あるいは、伝
搬行列または他の伝搬情報を導き出すのに用いることの
できる伝搬行列または伝搬情報から導き出せる伝搬情
報）を承知しているので、伝搬行列（またはそれぞれの
伝搬情報）を使って、複雑な多重アンテナチャネル１０
を多数の独立した仮想サブチャネルに効率的に分解する
ことができる。この特定の実施形態において、ユニット
１２および１４は、伝搬行列の特異値分解から導かれる
伝搬情報を使うことにより、多重アンテナチャネル１０
から多数の仮想サブチャネルを導き出す。第１のユニッ
ト１２から第２のユニット１４への送信についての伝搬
行列を習得した後、第１のユニット１２は、伝搬行列Ｈ
を、特異値分解ブロック２２に与える。特異値分解ブロ
ック２２は、伝搬行列Ｈの特異値分解を行い、ここか
ら、対角行列Ｄならびに二通りのユニタリ行列Φおよび
Ψ+などの伝搬情報が生成される。ここで、上付文字「+
」は共役転置を示している。行列Ｄでの非ゼロ対角要
素の数が、並列の独立した仮想サブチャネルの数を表
す。
のユニット１２および１４は、伝搬行列（あるいは、伝
搬行列または他の伝搬情報を導き出すのに用いることの
できる伝搬行列または伝搬情報から導き出せる伝搬情
報）を承知しているので、伝搬行列（またはそれぞれの
伝搬情報）を使って、複雑な多重アンテナチャネル１０
を多数の独立した仮想サブチャネルに効率的に分解する
ことができる。この特定の実施形態において、ユニット
１２および１４は、伝搬行列の特異値分解から導かれる
伝搬情報を使うことにより、多重アンテナチャネル１０
から多数の仮想サブチャネルを導き出す。第１のユニッ
ト１２から第２のユニット１４への送信についての伝搬
行列を習得した後、第１のユニット１２は、伝搬行列Ｈ
を、特異値分解ブロック２２に与える。特異値分解ブロ
ック２２は、伝搬行列Ｈの特異値分解を行い、ここか
ら、対角行列Ｄならびに二通りのユニタリ行列Φおよび
Ψ+などの伝搬情報が生成される。ここで、上付文字「+
」は共役転置を示している。行列Ｄでの非ゼロ対角要
素の数が、並列の独立した仮想サブチャネルの数を表
す。
【００２１】この特定の実施形態における第１のユニッ
ト１２から第２のユニット１４への送信に際して、第１
のユニット１２は、対角行列Ｄをチャネル符号器／変調
器２４に送り、データソース２８から入ってくる情報ス
トリームを符号化し、変調する。チャネル符号器／変調
器２４は、情報ストリームを符号化し、変調して、対角
行列Ｄの非ゼロ値によって異なる複数のサブ情報ストリ
ームを形成し、仮想送信信号を作り出す。仮想送信信号
はベクトルとして表すことができ、その各構成成分は、
各仮想サブチャネルで送信される。この特定の実施形態
で、ユニタリ変換ブロック３０は、ユニタリ行列Φの共
役転置を用いて仮想送信信号を多重化することにより、
仮想送信信号についてユニタリ変換を行う。最後に、第
１のユニット１２は、ユニタリ変換３０の結果を利用し
て、実際の送信信号のベースバンドバージョンを生成す
る。
ト１２から第２のユニット１４への送信に際して、第１
のユニット１２は、対角行列Ｄをチャネル符号器／変調
器２４に送り、データソース２８から入ってくる情報ス
トリームを符号化し、変調する。チャネル符号器／変調
器２４は、情報ストリームを符号化し、変調して、対角
行列Ｄの非ゼロ値によって異なる複数のサブ情報ストリ
ームを形成し、仮想送信信号を作り出す。仮想送信信号
はベクトルとして表すことができ、その各構成成分は、
各仮想サブチャネルで送信される。この特定の実施形態
で、ユニタリ変換ブロック３０は、ユニタリ行列Φの共
役転置を用いて仮想送信信号を多重化することにより、
仮想送信信号についてユニタリ変換を行う。最後に、第
１のユニット１２は、ユニタリ変換３０の結果を利用し
て、実際の送信信号のベースバンドバージョンを生成す
る。
【００２２】この特定の実施形態で、第２のユニット１
４も、伝搬行列Ｈを特異値分解３２に送り、特異値分解
３２の結果を用いて、実際の受信信号のユニタリ変換３
４を行う。この特定の実施形態で、ユニタリ変換ブロッ
ク３４は、ユニタリ行列Ψを用いて実際の受信信号を多
重化し、仮想受信信号を生成する。この特定の実施形態
で、ユニタリ変換３０および３４でのユニタリ行列によ
る多重化は、ノイズを増幅する傾向が無く、可逆演算で
あるので情報が失われない。ユニタリ行列による多重化
でリンクができる。これは、第１のユニット１２の仮想
送信信号と、第２のユニット１４の仮想受信信号との間
の並列で独立した仮想サブチャネルとして扱うことがで
きる。第２のユニット１４は、チャネル復調／復号器３
６に対角行列Ｄを送る。チャネル復調／復号器は対角行
列Ｄを使って仮想受信信号ベクトルを復号および復調
し、第１のユニット１２においてチャネル符号器／変調
器２４に送られた情報ストリームに対応する単独の情報
ストリームを生成する。さらに、第１のユニット１２
は、対角行列の非ゼロ値に従う強力な仮想サブチャネル
上にさらに多くのビットを送ることにより、対角行列Ｄ
を用いて性能を強化することができる。行列Ｄの非ゼロ
値の振幅が一定のレベルより低い場合、多重アンテナシ
ステムは、対応する仮想サブチャネルを利用しないこと
ができるという利点がある。これにより、強力な仮想サ
ブチャネルから成る部分集合を利用できることになる。
こうして、多重アンテナシステムは、同一の周波数帯の
中に並列で独立の仮想サブチャネルを効果的に提供し、
性能を強化することにより、狭い帯域幅の中でデータレ
ートを高めることができる。
４も、伝搬行列Ｈを特異値分解３２に送り、特異値分解
３２の結果を用いて、実際の受信信号のユニタリ変換３
４を行う。この特定の実施形態で、ユニタリ変換ブロッ
ク３４は、ユニタリ行列Ψを用いて実際の受信信号を多
重化し、仮想受信信号を生成する。この特定の実施形態
で、ユニタリ変換３０および３４でのユニタリ行列によ
る多重化は、ノイズを増幅する傾向が無く、可逆演算で
あるので情報が失われない。ユニタリ行列による多重化
でリンクができる。これは、第１のユニット１２の仮想
送信信号と、第２のユニット１４の仮想受信信号との間
の並列で独立した仮想サブチャネルとして扱うことがで
きる。第２のユニット１４は、チャネル復調／復号器３
６に対角行列Ｄを送る。チャネル復調／復号器は対角行
列Ｄを使って仮想受信信号ベクトルを復号および復調
し、第１のユニット１２においてチャネル符号器／変調
器２４に送られた情報ストリームに対応する単独の情報
ストリームを生成する。さらに、第１のユニット１２
は、対角行列の非ゼロ値に従う強力な仮想サブチャネル
上にさらに多くのビットを送ることにより、対角行列Ｄ
を用いて性能を強化することができる。行列Ｄの非ゼロ
値の振幅が一定のレベルより低い場合、多重アンテナシ
ステムは、対応する仮想サブチャネルを利用しないこと
ができるという利点がある。これにより、強力な仮想サ
ブチャネルから成る部分集合を利用できることになる。
こうして、多重アンテナシステムは、同一の周波数帯の
中に並列で独立の仮想サブチャネルを効果的に提供し、
性能を強化することにより、狭い帯域幅の中でデータレ
ートを高めることができる。
【００２３】図４は、本発明の原理に従って、ユニット
１２または１４で用いる３本のアンテナ１６ａ−ｃを具
備する多重アンテナ列１６を備えた送信機４０のブロッ
ク図である。わかりやすくするために、送信機４０は、
ユニット１２の中に含まれている（図３）ものとして説
明する。本発明の原理による多要素アンテナ通信システ
ムについては、第１のユニット１２（図３）から第２の
ユニット１４（図３）へ送信を行うという場合でここま
で説明してきたからである。しかし、この特定の実施形
態におけるユニット１２および１４（図３）は、本発明
の原理に従って信号の送信、受信の両方を行うことがで
きる。それにより、ユニット１２および１４は、トレー
ニング信号を交換して、両者間で通信を行うための伝搬
行列（または伝播情報。いくつかの実施形態ではこれを
実際のトレーニング信号とすることができる）を予測す
る。第１のユニット１２（図３）から第２のユニット１
４（図３）へ伝搬する信号についての伝搬行列Ｈを習得
した後、送信機４０は、伝搬行列Ｈを特異値分解ブロッ
ク２２に送る。
１２または１４で用いる３本のアンテナ１６ａ−ｃを具
備する多重アンテナ列１６を備えた送信機４０のブロッ
ク図である。わかりやすくするために、送信機４０は、
ユニット１２の中に含まれている（図３）ものとして説
明する。本発明の原理による多要素アンテナ通信システ
ムについては、第１のユニット１２（図３）から第２の
ユニット１４（図３）へ送信を行うという場合でここま
で説明してきたからである。しかし、この特定の実施形
態におけるユニット１２および１４（図３）は、本発明
の原理に従って信号の送信、受信の両方を行うことがで
きる。それにより、ユニット１２および１４は、トレー
ニング信号を交換して、両者間で通信を行うための伝搬
行列（または伝播情報。いくつかの実施形態ではこれを
実際のトレーニング信号とすることができる）を予測す
る。第１のユニット１２（図３）から第２のユニット１
４（図３）へ伝搬する信号についての伝搬行列Ｈを習得
した後、送信機４０は、伝搬行列Ｈを特異値分解ブロッ
ク２２に送る。
【００２４】特異値分解ブロック２２は、伝搬行列Ｈの
特異値分解を行って（これはどのようなＨに対してでも
行うことができる）、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+ を得る。ここ
で、Ｄは実数値を取る、非負の対角行列であり、Φおよ
びΨ+ はユニタリ行列である。非ゼロ対角要素の数は、
送信機４０および第２のユニット１４（図３）のアンテ
ナ１６の数の少ない方と同じか、これより少なく、同じ
周波数帯の中で利用できる並列で独立の仮想サブチャネ
ルの数を表している。さらに、非ゼロ対角要素の大きさ
は、仮想サブチャネルの相対的な信号対雑音比を示して
いる。本発明のある態様によれば、送信機４０は、対角
行列Ｄの非ゼロ対角要素の値によって決まるサブチャネ
ルの相対的信号対雑音比により、仮想サブチャネルに電
力を割り当てる。こうして、条件のよいサブチャネルの
方が送信機の電力を多く得ることができ、多くのデータ
を運ぶことができる。本発明のこの態様の特定の実施形
態によれば、送信機４０は、総電力に制限があるため、
一般には電力を様々なサブチャネルに割り当てて、より
高い、信頼できるビットレートを得る。こうすること
で、送信機４０は、Robert G. Gallagerの 「情報理論と
信頼性ある通信(Information Theory and Reliable Com
munication)」(John Wiley & Sons, 1968,第343頁乃至
第345頁)に開示されたWater Pouring アルゴリズムの一
種を用いて、様々なサブチャネルに電力を割り当てるこ
とができる。
特異値分解を行って（これはどのようなＨに対してでも
行うことができる）、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+ を得る。ここ
で、Ｄは実数値を取る、非負の対角行列であり、Φおよ
びΨ+ はユニタリ行列である。非ゼロ対角要素の数は、
送信機４０および第２のユニット１４（図３）のアンテ
ナ１６の数の少ない方と同じか、これより少なく、同じ
周波数帯の中で利用できる並列で独立の仮想サブチャネ
ルの数を表している。さらに、非ゼロ対角要素の大きさ
は、仮想サブチャネルの相対的な信号対雑音比を示して
いる。本発明のある態様によれば、送信機４０は、対角
行列Ｄの非ゼロ対角要素の値によって決まるサブチャネ
ルの相対的信号対雑音比により、仮想サブチャネルに電
力を割り当てる。こうして、条件のよいサブチャネルの
方が送信機の電力を多く得ることができ、多くのデータ
を運ぶことができる。本発明のこの態様の特定の実施形
態によれば、送信機４０は、総電力に制限があるため、
一般には電力を様々なサブチャネルに割り当てて、より
高い、信頼できるビットレートを得る。こうすること
で、送信機４０は、Robert G. Gallagerの 「情報理論と
信頼性ある通信(Information Theory and Reliable Com
munication)」(John Wiley & Sons, 1968,第343頁乃至
第345頁)に開示されたWater Pouring アルゴリズムの一
種を用いて、様々なサブチャネルに電力を割り当てるこ
とができる。
【００２５】送信機４０はデータソース２８から情報信
号を受信し、情報ストリームはバッファ４３に入力され
る。本発明のいくつかの態様によれば、対角行列Ｄの非
ゼロ対角要素がすべて、この特定の実施形態において同
等または相対的に類似していた場合、チャネル符号器／
変調器２４は、バッファ４３からのビットストリーム４
２の第１のビットをエンコーダ／変調器４４ａに送り、
ビットストリームの第２のビットをエンコーダ／変調器
４４ｂに送り、ビットストリーム４２の第三ビットをエ
ンコーダ／変調器４４ｃに送ることができる。この特定
の実施形態において、第１の仮想サブチャネルに対応す
る行列Ｄの非ゼロ対角値の振幅が、第２のおよび第３の
仮想サブチャネルに対応する行列Ｄの非ゼロ対角値の２
倍の大きさであった場合、チャネル符号器／変調器２４
は、ビットストリーム４２の最初の２ビットをエンコー
ダ／変調器４４ａに送り、ビットストリーム４２の次の
２ビットをエンコーダ／変調器４４ｂとエンコーダ／変
調器４４ｃとの間で分割して送ることができる。ノイズ
の影響に対抗するため、チャネル符号器／変調器２４
は、従来の付加的なガウスノイズチャネルに一般的に用
いられる通常の誤り補正コードを利用することができ
る。このことは、四相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）などの
従来の変調方式との組み合わせで、当業者であれば当然
理解されるとおりである。
号を受信し、情報ストリームはバッファ４３に入力され
る。本発明のいくつかの態様によれば、対角行列Ｄの非
ゼロ対角要素がすべて、この特定の実施形態において同
等または相対的に類似していた場合、チャネル符号器／
変調器２４は、バッファ４３からのビットストリーム４
２の第１のビットをエンコーダ／変調器４４ａに送り、
ビットストリームの第２のビットをエンコーダ／変調器
４４ｂに送り、ビットストリーム４２の第三ビットをエ
ンコーダ／変調器４４ｃに送ることができる。この特定
の実施形態において、第１の仮想サブチャネルに対応す
る行列Ｄの非ゼロ対角値の振幅が、第２のおよび第３の
仮想サブチャネルに対応する行列Ｄの非ゼロ対角値の２
倍の大きさであった場合、チャネル符号器／変調器２４
は、ビットストリーム４２の最初の２ビットをエンコー
ダ／変調器４４ａに送り、ビットストリーム４２の次の
２ビットをエンコーダ／変調器４４ｂとエンコーダ／変
調器４４ｃとの間で分割して送ることができる。ノイズ
の影響に対抗するため、チャネル符号器／変調器２４
は、従来の付加的なガウスノイズチャネルに一般的に用
いられる通常の誤り補正コードを利用することができ
る。このことは、四相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）などの
従来の変調方式との組み合わせで、当業者であれば当然
理解されるとおりである。
【００２６】この特定の実施形態において、チャネル符
号器／変調器２４は、仮想送信信号の３種の信号ベクト
ル構成成分ｙt1，ｙt2，ｙt3を生成する。仮想送信信号
の構成成分は、実施方法によって固定小数点または浮動
小数点とすることのできる、デジタルな複素数である。
エンコーダ／変調器４４ａ−ｃからの仮想送信信号の３
つの構成成分ｙt1，ｙt2，ｙt3は、ユニタリ変換ブロッ
ク３０に送られる。ユニタリ変換ブロックは、ユニタリ
行列Φ+を用いて、構成成分ｙt1，ｙt2，ｙｔ３に対し
て３ｘ３行列乗算を行う。ユニタリ変換３０の結果は、
構成成分としてｓｔ１，ｓt2，ｓt3を有する実際の送信
信号であり、各送信回路４８ａ−ｃへ送られ、必要に応
じて高周波（ＲＦ）領域に変換される。この特定の実施
形態において、送信回路４８ａ−ｃは、実際の送信信号
の構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3を同じ搬送波上で変調し、
実際の送信信号の各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3を、それ
ぞれのアンテナ１６ａ−ｃを通じて送信する。
号器／変調器２４は、仮想送信信号の３種の信号ベクト
ル構成成分ｙt1，ｙt2，ｙt3を生成する。仮想送信信号
の構成成分は、実施方法によって固定小数点または浮動
小数点とすることのできる、デジタルな複素数である。
エンコーダ／変調器４４ａ−ｃからの仮想送信信号の３
つの構成成分ｙt1，ｙt2，ｙt3は、ユニタリ変換ブロッ
ク３０に送られる。ユニタリ変換ブロックは、ユニタリ
行列Φ+を用いて、構成成分ｙt1，ｙt2，ｙｔ３に対し
て３ｘ３行列乗算を行う。ユニタリ変換３０の結果は、
構成成分としてｓｔ１，ｓt2，ｓt3を有する実際の送信
信号であり、各送信回路４８ａ−ｃへ送られ、必要に応
じて高周波（ＲＦ）領域に変換される。この特定の実施
形態において、送信回路４８ａ−ｃは、実際の送信信号
の構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3を同じ搬送波上で変調し、
実際の送信信号の各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3を、それ
ぞれのアンテナ１６ａ−ｃを通じて送信する。
【００２７】図５は、送信回路４８の実施形態について
の一般的な図である。この特定の実施形態において、仮
想送信信号ベクトルの各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3は、
ブロック５０により実数部分と虚数部分に分割される。
各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3の実数部分と虚数部分はデ
ジタル／アナログコンバータに５１に入力される。乗算
器５２は、各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3のアナログ実数
部分にｃｏｓωc ｔを乗じ（ωc は搬送波周波数（ラジ
アン／秒））、各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3のアナログ
虚数部分にｓｉｎωc ｔを乗じる。この後、各構成成分
ｓt1，ｓt2，ｓt3の実数部分、虚数部分のそれぞれを合
計器５３によって合計し、同一の搬送波周波数ωc 上の
各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3についてＲＦ信号を生成す
る。この特定の実施形態では、各ＲＦ信号は、次に、そ
れぞれのＲＦ電力増幅器５４により増幅され、各アンテ
ナ１６ａ−ｃを通じて送信される。送信回路４８につい
ては、これと異なる実施形態も可能である。
の一般的な図である。この特定の実施形態において、仮
想送信信号ベクトルの各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3は、
ブロック５０により実数部分と虚数部分に分割される。
各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3の実数部分と虚数部分はデ
ジタル／アナログコンバータに５１に入力される。乗算
器５２は、各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3のアナログ実数
部分にｃｏｓωc ｔを乗じ（ωc は搬送波周波数（ラジ
アン／秒））、各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3のアナログ
虚数部分にｓｉｎωc ｔを乗じる。この後、各構成成分
ｓt1，ｓt2，ｓt3の実数部分、虚数部分のそれぞれを合
計器５３によって合計し、同一の搬送波周波数ωc 上の
各構成成分ｓt1，ｓt2，ｓt3についてＲＦ信号を生成す
る。この特定の実施形態では、各ＲＦ信号は、次に、そ
れぞれのＲＦ電力増幅器５４により増幅され、各アンテ
ナ１６ａ−ｃを通じて送信される。送信回路４８につい
ては、これと異なる実施形態も可能である。
【００２８】図６は、本発明の原理に従って、ユニット
１２または１４（図３）で用いる３本のアンテナ１８ａ
−ｃを具備する多重アンテナ列１８を備えた受信機６０
のブロック図である。わかりやすくするために、受信機
６０は、ユニット１４の中に含まれている（図３）もの
として説明する。本発明の原理による多要素アンテナ通
信システムについては、第１のユニット１２（図３）か
ら第２のユニット１４（図３）へ送信を行うという場合
でここまで説明してきたからである。上述の通り、この
特定の実施形態におけるユニット１２および１４（図
３）は、本発明の原理に従って信号の送信、受信の両方
を行うことができる。
１２または１４（図３）で用いる３本のアンテナ１８ａ
−ｃを具備する多重アンテナ列１８を備えた受信機６０
のブロック図である。わかりやすくするために、受信機
６０は、ユニット１４の中に含まれている（図３）もの
として説明する。本発明の原理による多要素アンテナ通
信システムについては、第１のユニット１２（図３）か
ら第２のユニット１４（図３）へ送信を行うという場合
でここまで説明してきたからである。上述の通り、この
特定の実施形態におけるユニット１２および１４（図
３）は、本発明の原理に従って信号の送信、受信の両方
を行うことができる。
【００２９】この特定の実施形態について上述したとお
り、受信機６０は、送信機４０（図４）からトレーニン
グ信号を受信し、送信機４０（図４）から受信機６０へ
の通信のための伝搬行列Ｈを予測する。送信機４０（図
４）から受信機６０へ伝搬する信号についての伝搬行列
Ｈを習得した後、受信機６０は、伝搬行列Ｈを特異値分
解ブロック３２に送る。送信機４０（図４）の場合と同
様、特異値分解ブロック３２は、伝搬行列Ｈの特異値分
解を行って、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+ を得る。ここで、Ｄは実
数値を取る、非負の対角行列であり、ΦおよびΨ+は３
×３の複素数ユニタリ行列である。上付文字「＋」は
「共役転置」を示す。
り、受信機６０は、送信機４０（図４）からトレーニン
グ信号を受信し、送信機４０（図４）から受信機６０へ
の通信のための伝搬行列Ｈを予測する。送信機４０（図
４）から受信機６０へ伝搬する信号についての伝搬行列
Ｈを習得した後、受信機６０は、伝搬行列Ｈを特異値分
解ブロック３２に送る。送信機４０（図４）の場合と同
様、特異値分解ブロック３２は、伝搬行列Ｈの特異値分
解を行って、Ｈ＝Φ×Ｄ×Ψ+ を得る。ここで、Ｄは実
数値を取る、非負の対角行列であり、ΦおよびΨ+は３
×３の複素数ユニタリ行列である。上付文字「＋」は
「共役転置」を示す。
【００３０】受信機６０は、多重アンテナ列１８を通じ
て送信機４０（図４）から伝搬する信号を受信し、受信
回路６２ａ−ｃは、各アンテナ１８ａ−ｃからベースバ
ンドに受信した信号を処理する。この特定の実施形態に
おいて、実際の受信信号ベクトルｘt は、デジタル化さ
れた上でユニタリ変換ブロック３４に送られる。ユニタ
リ変換ブロック３４は、伝搬行列Ｈから導き出したその
伝搬情報を使って実際の受信信号ｘt に３×３ユニタリ
行列Φを乗じ、仮想受信信号ｒt ＝［ｒt1，ｒt2，
ｒt3］＝ｘt ×Ψを得る。チャネル復調器／復号器３６
は、ユニタリ変換ブロック３４から仮想受信信号ｒt
を、それぞれの並列構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3と共に受
け取る。構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3は、各並列復調器／
復号器６８ａ−ｃに送られる。並列復調器／復号器６８
ａ−ｃは、送信機４０（図４）が用いている変調および
符号化の方式に従って、仮想受信信号ｒt を復調および
復号する。
て送信機４０（図４）から伝搬する信号を受信し、受信
回路６２ａ−ｃは、各アンテナ１８ａ−ｃからベースバ
ンドに受信した信号を処理する。この特定の実施形態に
おいて、実際の受信信号ベクトルｘt は、デジタル化さ
れた上でユニタリ変換ブロック３４に送られる。ユニタ
リ変換ブロック３４は、伝搬行列Ｈから導き出したその
伝搬情報を使って実際の受信信号ｘt に３×３ユニタリ
行列Φを乗じ、仮想受信信号ｒt ＝［ｒt1，ｒt2，
ｒt3］＝ｘt ×Ψを得る。チャネル復調器／復号器３６
は、ユニタリ変換ブロック３４から仮想受信信号ｒt
を、それぞれの並列構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3と共に受
け取る。構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3は、各並列復調器／
復号器６８ａ−ｃに送られる。並列復調器／復号器６８
ａ−ｃは、送信機４０（図４）が用いている変調および
符号化の方式に従って、仮想受信信号ｒt を復調および
復号する。
【００３１】ＳＶＤブロック３２から得た対角行列Ｄの
非ゼロ対角値を使い、送信機４０（図４）での行列Ｄの
利用を反映して、チャネル復調器／復号器３６は、仮想
受信信号の並列構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3から情報ビッ
トの単独のストリーム７０を構成する。こうして、受信
機６０において並列ストリーム６４ａ−ｃから情報スト
リーム７０を構築するのに用いられた対角行列Ｄは、送
信機４０（図４）において単独のストリーム４２（図
４）を並列なストリーム４６ａ−ｃに分割するのに用い
られたものと同じ行列Ｄである。そして、情報ストリー
ム７０は、その送り先３８に出力される前に、データバ
ッファも含めた追加処理または追加回路７２を通ること
ができる。
非ゼロ対角値を使い、送信機４０（図４）での行列Ｄの
利用を反映して、チャネル復調器／復号器３６は、仮想
受信信号の並列構成成分ｒt1，ｒt2，ｒt3から情報ビッ
トの単独のストリーム７０を構成する。こうして、受信
機６０において並列ストリーム６４ａ−ｃから情報スト
リーム７０を構築するのに用いられた対角行列Ｄは、送
信機４０（図４）において単独のストリーム４２（図
４）を並列なストリーム４６ａ−ｃに分割するのに用い
られたものと同じ行列Ｄである。そして、情報ストリー
ム７０は、その送り先３８に出力される前に、データバ
ッファも含めた追加処理または追加回路７２を通ること
ができる。
【００３２】図７は、受信回路６２の実施形態について
の一般的な図を示している。この特定の実施形態におい
て、送信回路４８（図５）から送信されたＲＦ信号は、
アンテナ１８ａ−ｃにより受信される。各アンテナ１８
ａ−ｃで受信されたＲＦ信号は、それぞれの前置増幅器
８０により増幅される。乗算器８２は、各ＲＦ信号にｃ
ｏｓωc ｔおよびｓｉｎωc ｔを乗じる。ここで、ωc
は、同じ周波数ωc の搬送波に変調された実際の受信信
号の構成成分の実数部分と虚数部分のアナログバージョ
ンを生成する搬送波周波数である。実際の受信信号の各
構成成分についての実数部分と虚数部分のアナログバー
ジョンは、フィルタ８３によりローパスフィルタにかけ
られ、アナログ／デジタルコンバータ８４に送られて、
各構成成分の実数部分と虚数成分のデジタルバージョン
を生成する。結合器８６は、各構成成分の実数部分と虚
数部分とを結合して、実際の受信信号の構成成分ｘt1，
ｘt2，ｘt3を複素数デジタル値として生成する。上記の
この特定の実施形態において、実際の受信信号の構成成
分ｘt1，ｘt2，ｘt3は、ユニタリ変換ブロック３４（図
６）に送られる。受信回路６２は、図ではホモダイン受
信機となっているが、受信回路６２については他の実施
形態も可能である。
の一般的な図を示している。この特定の実施形態におい
て、送信回路４８（図５）から送信されたＲＦ信号は、
アンテナ１８ａ−ｃにより受信される。各アンテナ１８
ａ−ｃで受信されたＲＦ信号は、それぞれの前置増幅器
８０により増幅される。乗算器８２は、各ＲＦ信号にｃ
ｏｓωc ｔおよびｓｉｎωc ｔを乗じる。ここで、ωc
は、同じ周波数ωc の搬送波に変調された実際の受信信
号の構成成分の実数部分と虚数部分のアナログバージョ
ンを生成する搬送波周波数である。実際の受信信号の各
構成成分についての実数部分と虚数部分のアナログバー
ジョンは、フィルタ８３によりローパスフィルタにかけ
られ、アナログ／デジタルコンバータ８４に送られて、
各構成成分の実数部分と虚数成分のデジタルバージョン
を生成する。結合器８６は、各構成成分の実数部分と虚
数部分とを結合して、実際の受信信号の構成成分ｘt1，
ｘt2，ｘt3を複素数デジタル値として生成する。上記の
この特定の実施形態において、実際の受信信号の構成成
分ｘt1，ｘt2，ｘt3は、ユニタリ変換ブロック３４（図
６）に送られる。受信回路６２は、図ではホモダイン受
信機となっているが、受信回路６２については他の実施
形態も可能である。
【００３３】本発明のいくつかの実施形態によると、多
重アンテナシステムは、動作条件が変化するにつれて、
伝搬行列または情報を、定期的にまたは連続的に更新す
る。こうして、アンテナ１６（図４）または１８が利用
できなくなった場合、多重アンテナシステムは、伝搬行
列もしくは伝搬情報を、二つのユニット１２および１４
で更新し、それによりユニット１２と１４との間の通信
を維持して、なおも高いビットレートを提供する。さら
に、仮想サブチャネルの条件によって（これは対角行列
Ｄの非ゼロ対角値により測定することができる）、多重
アンテナシステムを用いている二つのユニット１２と１
４との間のビットレートを測定することができる。従っ
て、信号対雑音比、仮想サブチャネル利得またはその他
の仮想サブチャネルに関する測定値が、一定のしきい値
レベルおよび他のサブチャネルと比較した相対的なレベ
ルのいずれかまたは両方よりも低くなった場合、多重ア
ンテナシステムは、仮想サブチャネルで送信されるビッ
ト数を減らすか、あるいは仮想サブチャネルを打ち切る
ことができる。これにより、伝搬行列もしくは情報か
ら、仮想サブチャネルが上記のしきい値レベルや相対レ
ベルを超えたことがわかるまで、ビットレートを落とし
ておく。さらに、同様の方法により、本発明のいくつか
の原理による多重アンテナシステムは、対角行列Ｄの非
ゼロ値、または仮想サブチャネルに対応するその他の測
定値により定められる様々な仮想サブチャネルの条件に
基づいて、様々な仮想サブチャネルに電力を割り当てる
ことができる。
重アンテナシステムは、動作条件が変化するにつれて、
伝搬行列または情報を、定期的にまたは連続的に更新す
る。こうして、アンテナ１６（図４）または１８が利用
できなくなった場合、多重アンテナシステムは、伝搬行
列もしくは伝搬情報を、二つのユニット１２および１４
で更新し、それによりユニット１２と１４との間の通信
を維持して、なおも高いビットレートを提供する。さら
に、仮想サブチャネルの条件によって（これは対角行列
Ｄの非ゼロ対角値により測定することができる）、多重
アンテナシステムを用いている二つのユニット１２と１
４との間のビットレートを測定することができる。従っ
て、信号対雑音比、仮想サブチャネル利得またはその他
の仮想サブチャネルに関する測定値が、一定のしきい値
レベルおよび他のサブチャネルと比較した相対的なレベ
ルのいずれかまたは両方よりも低くなった場合、多重ア
ンテナシステムは、仮想サブチャネルで送信されるビッ
ト数を減らすか、あるいは仮想サブチャネルを打ち切る
ことができる。これにより、伝搬行列もしくは情報か
ら、仮想サブチャネルが上記のしきい値レベルや相対レ
ベルを超えたことがわかるまで、ビットレートを落とし
ておく。さらに、同様の方法により、本発明のいくつか
の原理による多重アンテナシステムは、対角行列Ｄの非
ゼロ値、または仮想サブチャネルに対応するその他の測
定値により定められる様々な仮想サブチャネルの条件に
基づいて、様々な仮想サブチャネルに電力を割り当てる
ことができる。
【００３４】多重アンテナシステムは、単独アンテナシ
ステムに比べて、電力や帯域幅を増やすことなく、ビッ
トレートを向上させることができる。いくつかの実施形
態によれば、信号の伝搬は、平坦なフェージング（フェ
ージングに周波数依存がない）としてモデル化できる。
さらに、受信機のノイズや外部の干渉が生じた場合、多
重アンテナシステムは、そうした受信機のノイズや外部
の干渉の特性を示す共分散行列等を利用して効果的に伝
搬情報を修正したり、その共分散行列等を伝搬情報の一
部分に含めたりすることができる。伝搬行列Ｈの全要素
が、統計的に独立で、同じように分布しており、振幅は
レイリー分布に、位相は均一な分布になっているなら、
チャネルの容量は、送信機と受信機のアンテナ数の少な
い方の数値に対して線形を描いて増加する。理論的に
は、多重アンテナシステムで使用できるアンテナの数に
制限はなく、これにより、狭い帯域幅で膨大な容量を実
現する潜在的な可能性を示している。たとえば、送信機
と受信機に１７０本のアンテナがあり、帯域幅は３０ｋ
Ｈｚ（ＨＤＴＶ）、信号対雑音比は２０ｄＢである場
合、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）の２０Ｍｂ／ｓのデータ
を、本発明の原理に従って１７０の仮想サブチャネルに
分割した後、多重アンテナチャネルを通じて送ることが
できる。
ステムに比べて、電力や帯域幅を増やすことなく、ビッ
トレートを向上させることができる。いくつかの実施形
態によれば、信号の伝搬は、平坦なフェージング（フェ
ージングに周波数依存がない）としてモデル化できる。
さらに、受信機のノイズや外部の干渉が生じた場合、多
重アンテナシステムは、そうした受信機のノイズや外部
の干渉の特性を示す共分散行列等を利用して効果的に伝
搬情報を修正したり、その共分散行列等を伝搬情報の一
部分に含めたりすることができる。伝搬行列Ｈの全要素
が、統計的に独立で、同じように分布しており、振幅は
レイリー分布に、位相は均一な分布になっているなら、
チャネルの容量は、送信機と受信機のアンテナ数の少な
い方の数値に対して線形を描いて増加する。理論的に
は、多重アンテナシステムで使用できるアンテナの数に
制限はなく、これにより、狭い帯域幅で膨大な容量を実
現する潜在的な可能性を示している。たとえば、送信機
と受信機に１７０本のアンテナがあり、帯域幅は３０ｋ
Ｈｚ（ＨＤＴＶ）、信号対雑音比は２０ｄＢである場
合、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）の２０Ｍｂ／ｓのデータ
を、本発明の原理に従って１７０の仮想サブチャネルに
分割した後、多重アンテナチャネルを通じて送ることが
できる。
【００３５】本発明の原理による多要素アンテナシステ
ムは、送信機と受信機との両方で多重アンテナを用い
て、多重アンテナチャネルを多重独立仮想サブチャネル
に分解することにより、狭い帯域幅で、単純な方法で、
このような高いビットレートを実現することができる。
多重アンテナシステムを用いている一対のユニットは、
多重アンテナチャネルを通じて互いに通信するに当た
り、別個の周波数帯を利用する。こうして、ユニットの
様々な対に、周波数分割多重処理が施される。一対のユ
ニットは、たとえば無線ローカルエリアネットワークで
音声やデータを扱うことのできるユニットなど、多様な
形態を取ることができる。さらに、多重アンテナシステ
ムは、一対のユニット間での通信において機密を保持す
ることができる。対になっているユニットの間での実際
の通信チャネルの特性を表す伝搬情報は、その対に固有
だからである。そこで、たとえ第三者がその対の伝搬情
報を入手しても、第三者とその一対のユニットのそれぞ
れとの間の実際の通信チャネルについての伝搬情報はそ
れとは別のものとなるので、その対の間の通信にその第
三者が割り込むのは困難である。
ムは、送信機と受信機との両方で多重アンテナを用い
て、多重アンテナチャネルを多重独立仮想サブチャネル
に分解することにより、狭い帯域幅で、単純な方法で、
このような高いビットレートを実現することができる。
多重アンテナシステムを用いている一対のユニットは、
多重アンテナチャネルを通じて互いに通信するに当た
り、別個の周波数帯を利用する。こうして、ユニットの
様々な対に、周波数分割多重処理が施される。一対のユ
ニットは、たとえば無線ローカルエリアネットワークで
音声やデータを扱うことのできるユニットなど、多様な
形態を取ることができる。さらに、多重アンテナシステ
ムは、一対のユニット間での通信において機密を保持す
ることができる。対になっているユニットの間での実際
の通信チャネルの特性を表す伝搬情報は、その対に固有
だからである。そこで、たとえ第三者がその対の伝搬情
報を入手しても、第三者とその一対のユニットのそれぞ
れとの間の実際の通信チャネルについての伝搬情報はそ
れとは別のものとなるので、その対の間の通信にその第
三者が割り込むのは困難である。
【００３６】上記の実施形態に加え、構成部品の省略や
追加を行ったり、あるいは上記の多重アンテナシステム
の変種もしくは部分を用いたりして、本発明の原理によ
る多重アンテナシステムを別の形で構成することもでき
る。たとえば、多重アンテナシステムは、第１のユニッ
トと第２のユニットの双方にアンテナ３本を備えて３本
の仮想サブチャネルを提供するものとして説明してきた
が、第１のユニットおよび第２のユニットにおけるアン
テナ数が異なってもよい。さらに、多重アンテナシステ
ムは、第１のユニットから第２のユニットへの多重アン
テナチャネルを通じての通信に関連して用いるものとし
て説明した。しかし、多重アンテナシステムは、本発明
の原理に従って送信や受信を行うユニットを含んでい
る。いくつかの実施形態では、ユニットは、送信と受信
の両方に同じ多重アンテナを使用する。しかし、多重ア
ンテナシステムを利用するユニットとしては、多重アン
テナチャネルの他端にあるユニットのアンテナ数によっ
て、あるいは反対方向の対角行列の数値によって、送信
や受信に多重アンテナの部分集合を用いる、別の実施形
態も可能である。
追加を行ったり、あるいは上記の多重アンテナシステム
の変種もしくは部分を用いたりして、本発明の原理によ
る多重アンテナシステムを別の形で構成することもでき
る。たとえば、多重アンテナシステムは、第１のユニッ
トと第２のユニットの双方にアンテナ３本を備えて３本
の仮想サブチャネルを提供するものとして説明してきた
が、第１のユニットおよび第２のユニットにおけるアン
テナ数が異なってもよい。さらに、多重アンテナシステ
ムは、第１のユニットから第２のユニットへの多重アン
テナチャネルを通じての通信に関連して用いるものとし
て説明した。しかし、多重アンテナシステムは、本発明
の原理に従って送信や受信を行うユニットを含んでい
る。いくつかの実施形態では、ユニットは、送信と受信
の両方に同じ多重アンテナを使用する。しかし、多重ア
ンテナシステムを利用するユニットとしては、多重アン
テナチャネルの他端にあるユニットのアンテナ数によっ
て、あるいは反対方向の対角行列の数値によって、送信
や受信に多重アンテナの部分集合を用いる、別の実施形
態も可能である。
【００３７】上記の多重アンテナシステムは、複数の構
成部品もしくはブロックから成るものとして説明した
が、多重アンテナシステムおよびその部分は、この開示
から通常の当業者に理解されるような、ＡＳＩＣ、ソフ
トウェア駆動の処理回路、またはその他の個別部品配列
として実現できるものであることはもちろんである。上
述の内容は、単に本発明の原理の利用法を説明するもの
である。当業者であれば、本書において説明、記載して
いる例示としての利用法に厳密に従うことなく、かつ本
発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記のよ
うな、またはその他の修正、調整および方法を本発明に
施せることが、容易に認識されるであろう。
成部品もしくはブロックから成るものとして説明した
が、多重アンテナシステムおよびその部分は、この開示
から通常の当業者に理解されるような、ＡＳＩＣ、ソフ
トウェア駆動の処理回路、またはその他の個別部品配列
として実現できるものであることはもちろんである。上
述の内容は、単に本発明の原理の利用法を説明するもの
である。当業者であれば、本書において説明、記載して
いる例示としての利用法に厳密に従うことなく、かつ本
発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記のよ
うな、またはその他の修正、調整および方法を本発明に
施せることが、容易に認識されるであろう。
【図１】本発明の原理に従って用いられた多重アンテナ
チャネルもしくは実際の通信チャネルのベースバンドを
表す図である。
チャネルもしくは実際の通信チャネルのベースバンドを
表す図である。
【図２】本発明のいくつかの原理に従って実際の通信チ
ャネルから導かれた仮想サブチャネルのベースバンドを
表す図である。
ャネルから導かれた仮想サブチャネルのベースバンドを
表す図である。
【図３】本発明の原理による多重アンテナシステムの実
施形態のブロック図である。
施形態のブロック図である。
【図４】本発明の特定の原理に従った多重アンテナ送信
機の実施形態のブロック図である。
機の実施形態のブロック図である。
【図５】図４の送信機の送信回路の特定の実施形態のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図６】本発明のいくつかの原理に従った多重アンテナ
受信機の実施形態のブロック図である。
受信機の実施形態のブロック図である。
【図７】図６の受信機の受信回路の実施形態のブロック
図である。
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ルイス マーゼッタ アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，オークレイ アヴェニュー 21
Claims (14)
- 【請求項１】 通信信号の送信方法であって、該方法
が、 ＭもしくはＮが１より大きいときに、第１のユニットの
Ｍ本の送信アンテナと第２のユニットのＮ本の受信アン
テナとの間の実際の通信チャネルから、該第１のユニッ
トと該第２のユニットにおいて該実際の通信チャネルの
特性を表す伝搬情報を使用することにより、仮想サブチ
ャネルを生成する段階と、 該伝搬情報の少なくとも一部分を使用して該仮想サブチ
ャネルの少なくとも一個の部分集合を通じて該第１のユ
ニットにより仮想送信信号を送る信号送信段階とからな
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、該信号
送信段階は、 該伝搬情報の該少なくとも一部分を使用して、該仮想送
信信号を実際の送信信号に変換する段階と、 該実際の送信信号を、該Ｍ本の送信アンテナにより、該
実際の通信チャネルへと送り出す送信段階とからなるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、該送信
段階は、 該Ｍ本の送信アンテナのそれぞれ１本を使って該実際の
送信信号の各構成成分を送信する段階を含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項４】 請求項２に記載の方法において、 該伝搬情報の該少なくとも一部分からユニタリ行列を生
成する段階を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の方法において、 該ユニタリ行列を使って、該仮想送信信号を該実際の送
信信号にユニタリ変換する段階と、 該実際の送信信号の各構成成分を同一周波数の搬送波に
送信する段階を特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、 第１のユニットがデータソースから情報ストリームを受
信する段階と、 該伝搬情報の少なくとも一部分を使って該情報ストリー
ムを複数の信号ストリームに分割し、該仮想送信信号を
形成する分割段階を特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、 該実際の通信チャネルの該仮想サブチャネルに対応す
る、非ゼロ対角値を含む該伝搬情報の少なくとも該一部
分から対角行列Ｄを生成する段階を特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項６に記載の方法において、該分割
段階が、 該伝搬情報の少なくとも該一部分からの対角行列Ｄの数
値を用いて、該情報ストリームを該対角行列Ｄの該数値
に従って複数の信号ストリームに分割する段階を含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、 該対角行列Ｄの該数値を用いて、該仮想送信信号の各構
成成分を送信するための電力を割り当てる段階を含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 通信信号の受信方法であって、該方法
が、 ＭもしくはＮが１より大きいときに、第１のユニットの
Ｍ本の送信アンテナと第２のユニットのＮ本の受信アン
テナとの間の実際の通信チャネルから、該第１のユニッ
トと該第２のユニットにおいて該実際の通信チャネルの
特性を表す伝搬情報を使用することにより、仮想サブチ
ャネルを作り出す段階と、 該第２のユニットが該伝搬情報の少なくとも一部分を使
用して該仮想サブチャネルの少なくとも一個の部分集合
から仮想受信信号を検索する検索段階とからなることを
特徴とする方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の方法において、該
検索段階が該Ｎ本の受信アンテナによる該実際の通信チ
ャネルから実際の受信信号を受信する段階と、 該伝搬情報の該少なくとも一部分を使用して、該実際受
信信号を該仮想受信信号に変換する段階とを含むことを
特徴とする方法。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、該
検索段階が、 該Ｎ本の受信アンテナのそれぞれを使って該実際の受信
信号の各構成成分を受信する段階を含むことを特徴とす
る方法。 - 【請求項１３】 情報信号を送信する送信機であって、
該送信機は、 複数のアンテナと、 該複数のアンテナと複数の受信アンテナとの間の実際の
通信チャネルについての伝搬情報を入手するように構成
された処理回路と、 情報信号ストリームおよび該伝搬情報の少なくとも一部
分を受信するように構成されたチャネル符号器とからな
り、該チャネル符号器は、該伝搬情報の該少なくとも一
部分を使って該情報信号ストリームを分割し、該通信チ
ャネルのサブチャネルに対応する構成成分の仮想送信信
号を形成するように構成されており、 該処理回路は、該伝搬情報の別の少なくとも一部分を使
って、該仮想送信信号についてユニタリ変換を行い、実
際の送信信号を形成するように構成されており、そし
て、 該複数のアンテナと結合し、同一周波数の搬送波上で該
複数のアンテナのそれぞれを通じて該実際の送信信号の
各構成成分を送信するように構成された送信回路とから
なることを特徴とする送信機。 - 【請求項１４】 情報信号を受信する受信機であって、
該受信機は、 複数のアンテナと、 該複数のアンテナへ結合され、該複数のアンテナのそれ
ぞれを通じて実際の受信信号の各構成成分を受信するよ
うに構成された受信回路と、 該複数のアンテナと複数の送信アンテナとの間の通信チ
ャネルについて伝播情報を入手するように構成された処
理回路とからなり、該処理回路は該伝搬情報の少なくと
も一部分を使って該実際の受信信号についてユニタリ変
換を行い、仮想受信信号を形成するように構成されてお
り、 該仮想受信信号と、該伝搬情報のうち少なくとも別の一
部分とを受信するように構成されたチャネル復号器とか
らなり、該チャネル復号器は、該伝搬情報の少なくとも
別の一部分を使って該仮想受信信号を情報ストリームに
結びつけるように構成されていることを特徴とする受信
機。
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