JPWO2006098387A1 - マルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法および伝送装置 - Google Patents

Abstract

本発明はマルチアンテナインプット・マルチアンテナアウトプット（ＭＩＭＯ）無線通信システムにおいて、処理演算量を低減することができる伝送ビット及び送信パワー配分方法を開示する。この方法は、各送信サブストリームのＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインを算出するステップ（Ｓ６０１、Ｓ６０２）と、得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべての送信サブストリームに対して、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行って伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定するステップ（Ｓ６０３、Ｓ６０４）と、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定されたサブキャリア上に配分した伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行うステップ（Ｓ６０５〜Ｓ６１０）と、を有する。

Description

本発明は、無線通信システムにおける適応伝送方法および伝送装置に関し、特にマルチアンテナ無線通信システムに用いられ、処理演算量を低減することができる伝送方法および伝送装置に関する。

無線通信システムとインターネットとが次第に融合していくなかで、ユーザが無線通信サービスの種類および品質に対する要求は高まりつつある。このため無線マルチメディアおよび高速伝送の要求に応じた新世代の無線通信システムの開発が盛んに行われている。そのなか、マルチアンテナインプット・マルチアンテアウトプット（ＭＩＭＯ）と直交周波数多重化（ＯＦＤＭ）とを結合したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術がますます人々の注目を集めている。

ＭＩＭＯシステムにおいて、送信側は複数の送信アンテナを用いて信号を送信し、受信側は複数の受信アンテナを用いて信号を受信する。従来のシングルアンテナ伝送方法と比べ、ＭＩＭＯ技術ではチャネル容量が著しく向上され、情報伝送レートを向上することができる。なお、ＭＩＭＯシステムでは、用いられる送信アンテナおよび受信アンテナの数が多いほど、情報伝送レートはより高くなる。時間領域のリソースに比べ、空間領域のアンテナリソースはほぼ無限に利用することができるため、ＭＩＭＯ技術は従来技術のリソース不足問題におけるボトルネックを突破し、次世代無線通信システムの核心技術の１つとなっている。

また、ＯＦＤＭ技術は現在、高速無線データ伝送を実現する主流技術の１つとなっている。ＯＦＤＭ技術の原理は、伝送しようとする高速データを複数の直交サブキャリアを用いて伝送するため、各サブキャリア上の伝送レートは相対的に低くなることにある。ＯＦＤＭのサブキャリア直交多重技術は、通常の周波数多重化システムに比べ、システムの周波数利用効率をさらに向上することができる。ＯＦＤＭ技術を用いるシステムにおいては、信号全体の周波数帯域を複数の非常に狭いサブキャリア周波数帯域に分けるためフラットフェージングとなる。従って、シングルキャリアシステムと比べ、ＯＦＤＭシステムにおいては均衡を実現することがより容易である。

また、適応伝送技術によっても減衰チャネルにおける情報伝送レートを効果的に向上することができる。適応変調及び符号化（ＡＭＣ）技術は、重要な適応伝送技術の１つであって、その基本思想は、チャネル特性に基づき伝送に用いる変調パラメータ、符号化パラメータ、および送信パワーを適応的に変更することである。チャネル条件がより良い場合は情報をより多く伝送し、チャネル条件がより劣る場合は情報をより少なく伝送して、システムの性能を向上する。従って、適応伝送技術によれば、より高い情報伝送レート、より低い誤りビット率（ＢＥＲ）、およびより低い送信パワーを実現することができる。

そこで、上記のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣという２つの技術を結合して、単純に１つの技術を用いるのに比べ、より高いシステム性能を得ることが考えられる。以下、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣとの２つの技術を適用した無線通信システムをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムと称す。

しかしながら、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣの２つの技術を結合する場合、周波数領域の複数のサブキャリアが空間領域の各送信アンテナに対応して構成するデータサブストリームの数は大幅に増加する。例えば、サブキャリアの数がＮ_ｃであり、送信アンテナの数がｎ_Ｔである場合、データサブストリームの数はＮ_ｃ＊ｎ_Ｔ個となる。従って、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいては、上記Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のデータサブストリーム毎の適応伝送パラメータ（伝送ビット及び送信パワー配分パラメータ）を決定する処理の演算量が膨大となり、実現が困難であるという問題がある。

よって本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいて低い処理演算量で、各データサブストリームに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う伝送方法および伝送装置を提供することである。

本発明の伝送方法は、マルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法であって、各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインを算出するＳＩＮＲ算出ステップと、得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行って伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する空間領域上配分ステップと、前記伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う隣接サブキャリア上配分ステップと、を有するようにした。

本発明の伝送装置は、チャネル推定行列Ｈを用いて、適応伝送された各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎のＳＩＮＲゲインを算出するＳＩＮＲゲイン算出手段と、得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行い、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する伝送ビット及び送信パワー配分最適化手段と、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、前記ある１つのサブキャリに隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う隣接サブキャリア伝送ビット及び送信パワー最適化手段と、を具備するマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送装置である。

本発明の伝送方法および伝送装置によれば、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワーの配分を行い、伝送ビット及び送信パワー配分に用いられる場の次元数を減少し、従来の方法に比べ処理演算量を低減することができる。なお、隣接するサブキャリア上のチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分のアルゴリズムをさらに簡略化することができる。

本発明の一実施の形態に係るＡＭＣ技術を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム）の構成を示すブロック図 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおける適応伝送の概念を説明するための図 本発明の一実施の形態に係る適応変調符号化（ＡＭＣ）パラメータ選択／送信パワー配分部の詳細な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係る伝送ビット／送信パワー配分方法の手順を示すフロー図 周波数領域および空間領域の両領域で同時に、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行うＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部の詳細な構成を示すブロック図 Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムを用いて伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う方法の手順を示すフロー図

以下、本発明の最良の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るＡＭＣ技術を用いるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ）システム１００の構成を示すブロック図である。

図１において、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００は、ｎ_Ｔ本の送信アンテナを用いて送信を行う無線送信装置１５０、およびｎ_Ｒ本の受信アンテナを用いて受信を行う無線受信装置１６０を備えて構成される。無線送信装置１５０は、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２−１〜１０２−ｎ_Ｔ、送信パワー制御部１０３−１〜１０３−ｎ_Ｔ、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４−１〜１０４−ｎ_Ｔ、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１０５−１〜１０５−ｎ_Ｔ、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６−１〜１０６−ｎ_Ｔ、巡回前綴り（ＣＰ）挿入部１０７−１〜１０７−ｎ_Ｔ、および送信アンテナ１０８−１〜１０８−ｎ_Ｔを備える。無線受信装置１６０は、受信アンテナ１０９−１〜１０９−ｎ_Ｒ、巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０−１〜１１０−ｎ_Ｒ、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１１１−１〜１１１−ｎ_Ｒ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１２−１〜１１２−ｎ_Ｒ、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３−１〜１１３−ｎ_Ｒ、チャネル推定部１１４、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５、およびＭＩＭＯ検出部１１６を備える。同様の枝番を用いて示される複数の同様の構成要素は、以下、枝番を省略して略称する場合がある。例えば、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２−１〜１０２−ｎ_Ｔを、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２と略称する場合がある。

無線送信装置１５０において、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１は、送信される周波数領域データＴｘ Ｄａｔａをｎ_Ｔ個のデータサブストリームに分割して各ＡＭＣ部１０２に出力する。各データサブストリームは、それぞれ１つの送信アンテナ１０８に対応する。各適応変調符号化部１０２は、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１から入力される各データサブストリームに対し、チャネル伝送特性に基づいて適応変調符号化を行い、各送信パワー制御部１０３に出力する。各送信パワー制御部１０３は、適応変調符号化された各データサブストリームに対して送信パワーの制御を行い、各直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４に出力する。次いで、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１０５、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６は、送信パワー制御部１０３が出力する周波数領域のデータサブストリームを時間領域信号に変換する。次いで、各巡回前綴り（ＣＰ）挿入部１０７は、各並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６から入力される各時間領域信号に対して巡回前綴りを挿入する処理を行い、巡回前綴りが挿入された各時間領域信号は、それぞれ対応する送信アンテナ１０８により送信される。

無線送信装置１５０において、各データサブストリームに対してＡＭＣ動作および送信パワー制御動作を行うのに必要な適応伝送パラメータ、例えば適応変調符号化（ＡＭＣ）パラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰなどは、無線受信装置１６０で決定され、フィードバックチャネル１１７を通じてフィードバックされたものである。なお、無線送信装置１５０は無線受信装置１６０がフィードバックするＡＭＣパラメータＭに基づき、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１から出力される各データサブストリームの長さを制御する。

無線受信装置１６０において、まずｎ_Ｒ本の受信アンテナ１０９は、空間多重信号を受信する。次いで、巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０は、各受信アンテナ１０９により受信された信号それぞれに対してＣＰを除去する処理を行う。次いで、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１１１、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１２、および並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３は、さらに巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０から入力される時間領域信号を周波数領域信号に変換する。次いで、チャネル推定部１１４は、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３から入力される周波数領域信号のうちのパイロット信号に基づき、または他の方法を用いてチャネル推定を行ってチャネル推定（移転関数）行列Ｈを得る。次いで、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５は、チャネル推定行列Ｈに基づき無線送信装置１５０の適応伝送に用いられる各データサブストリーム毎のＡＭＣパラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰを決定し、フィードバックチャネル１１７を用いて無線送信装置１５０にフィードバックする。次いで、ＭＩＭＯ検出部１１６は、チャネル推定行列Ｈ、およびＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５から入力される各データサブストリーム毎の適応変調符号化パラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰに基づき、無線送信装置１５０により送信された各データサブストリームを検出し、元の送信データを得て、受信データ（Ｒｘ Ｄａｔａ）とする。

ＭＩＭＯ検出部１１６に用いられるＭＩＭＯ検出の方法は、多数あって、例えば一般的に使われるＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）方法、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）、または他の方法がある。ＭＩＭＯ検出部１１６は、まず上記のような検出方法で無線送信装置１５０の各送信アンテナ１０８により送信された各信号を分離し、得られた各信号に対して復調および復号を行う。実際のＭＩＭＯ検出において、各送信アンテナ１０８により送信された信号の分離と、復調復号との２つの動作は独立的に行われる場合が少ない。前者の出力が後者に用いられ、また前者の処理は後者の出力を必要とする場合が多い。

次に、上記構成のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における伝送ビットの配分および送信パワーの配分について説明する。そのうち、伝送ビットの配分は、即ちＡＭＣパラメータＭの選択と同等となる（伝送ビットの数とＡＭＣパラメータとは１対１で対応され、両者は等価と見なされて良い）ため、以下、伝送ビット配分パラメータをＭと記す。

図２は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における適応伝送の概念を説明するための図である。

図２において、各サブキャリア１〜Ｎ_ｃは周波数領域の概念を示し、各送信アンテナ１０８−１〜１０８−ｎ_Ｔは、空間領域の概念を示す。この図は、全体として１つの適応伝送単位を示す。なお、図２においてｓ_ｃ，ｊ（ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔ）は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８−ｊにより送信されるデータサブストリーム（または適応伝送部）を示す。図２において、各データサブストリームに対して行われる伝送ビット及び送信パワー配分は、実際には、各データサブストリームに対するＡＭＣパラメータの選択及び送信パワーの配分と同等である。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において、チャネル推定（移転関数）行列Ｈは３次元の行列であり、複数の２次元行列のセットで表せる。具体的に、チャネル推定行列Ｈ＝｛Ｈ^１，Ｈ^２，…，Ｈ^Ｎｃ｝中のＨ^ｃ（ｃ＝１，２，…，Ｎｃ）はｎ_Ｒ＊ｎ_Ｔの行列で、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定行列を示し、Ｈ^ｃの第ｉ行，第ｊ列の要素Ｈ^ｃ（ｉ，ｊ）はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８により送信され、第ｉ番目受信アンテナ１０９により受信された際の周波数領域チャネルゲインを示す。ここでｉ＝１，２，…，ｎ_Ｒ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

図３は、本実施の形態に係るＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５の詳細な構成を示すブロック図である。

図３において、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２、および隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３を備える。

信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１は、チャネル推定部１１４で得られたチャネル推定行列Ｈを用いて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ１００における各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。ここでｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

次いで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して、空間領域において伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う。ここで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、従来の適応伝送に用いられる任意の伝送ビット及び送信パワー配分最適化のアルゴリズム、例えば、貪欲（Ｇｒｅｅｄｙ）アルゴリズムを用いる。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームのみに対して適応伝送パラメータ（伝送ビット配分パラメータおよび送信パワー配分パラメータ）の最適化を行い、最適化の範囲は空間領域に限られる。

次いで、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２で適応伝送パラメータ（伝送ビット及び送信パワー配分パラメータ）が配分されたサブキャリア上に配分された適応伝送パラメータ情報を順次に利用して、その隣のサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において周波数が隣接するサブキャリア上のチャネル特性は非常に近く、そこで隣接するサブキャリア上に最終的に配分される適応伝送パラメータも非常に近いはずである。すなわち、適応伝送パラメータ配分において、ある１つのサブキャリア上の伝送ビット及び送信パワー配分の最適化が行われた場合、当該サブキャリアの配分最適化結果に対して微小な調整を行うだけで、隣接するサブキャリアの適応伝送パラメータＭおよびＰを得ることができる。隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２で得られたある１つのサブキャリアの適応伝送パラメータに対して調整を行うだけで、周波数領域のすべてのサブキャリアの適応伝送パラメータを決定することができる。各サブキャリアに対して重複に伝送ビット及び送信パワー配分を行うのに比べ、このような方法によれば適応伝送の処理演算量を大いに低減することができる。

図４は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における伝送ビット及び送信パワー配分方法の手順を示すフロー図である。

まずステップＳ６０１で、チャネル推定部１１４は、チャネル推定を行い、チャネル推定（移転関数）行列Ｈ＝｛Ｈ^１，Ｈ^２，…，Ｈ^Ｎｃ｝を得る。ここでＨ^ｃは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定（移転関数）行列（ｃ＝１，２，…，Ｎｃ）である。また、ステップＳ６０１において、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、既に伝送ビット及び送信パワー配分が行われたサブキャリアが構成する集合Ｕをクリアする。

次いでステップＳ６０２において、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、チャネル推定行列Ｈ、およびＭＩＭＯ検出部１１６に用いられるＭＩＭＯ検出方法に基づき、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後のＳＩＮＲゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。

ここで、ＳＩＮＲゲインＧ_ｃ，ｊの大きさはＨに依存するほか、ＭＩＭＯ検出部１１６で用いられるＭＩＭＯ検出方法に依存する。例えば、ＭＩＭＯ検出部１１６でＺＦ検出方法を用いる場合、第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８−ｊにより送信されるデータサブストリームｓ_ｃ，ｊに対してＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊは、Ｇ_ｃ，ｊ＝１／［（Ｈ^ｃ）^＊Ｈ^ｃ］_ｊｊ ^−１となる。ここでＨ^ｃはＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定行列である。

次いでステップＳ６０３において、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア、例えばｋ番目のサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行い、Ｍ_ｋおよびＰ_ｋを得る。ここでＭ_ｋおよびＰ_ｋは、ｋ番目のサブキャリア上の各データサブストリーム上の伝送ビット及び送信パワー配分結果をそれぞれ示し、すなわち、Ｍ_ｋ＝｛ｍ_ｋ，１，ｍ_ｋ，２，…，ｍ_ｋ，ｎＴ｝、Ｐ_ｋ＝｛ｐ_ｋ，１，ｐ_ｋ，２，…，ｐ_ｋ，ｎＴ｝である。

ここで伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、伝送ビット及び送信パワー最適化に用いられる従来の任意のアルゴリズム、例えばＧｒｅｅｄｙアルゴリズムを用いて、周波数領域のｋ番目のサブキャリア上の、ｎ_Ｔ個のデータサブストリームに対して適応伝送パラメータの最適化を行い、最適化の範囲を空間領域に限定する。具体的に伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、サブキャリアｋ上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームｓ_ｋ，１，ｓ_ｋ，２，…，ｓ_ｋ，ｎＴに対して、ＡＭＣパラメータを１レベル向上する（伝送ビットを１つ増加するのと同等である）のに必要な送信パワーの増加量ｐ’_ｋ，１，ｐ’_ｋ，２，…，ｐ’_ｋ，ｎＴを算出しこのｎ_Ｔ個の数値ｐ’_ｋ，１，ｐ’_ｋ，２，…，ｐ’_ｋ，ｎＴを比較し、すなわち空間領域に限られた比較を行ってそのうちの最小値を得る。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームの伝送ビット数を１インクリメントする。すなわち、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームのＡＭＣパラメータを実際に１レベル向上する。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、上記の処理を繰り返すことにより、ｋ番目のサブキャリア上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームに所定数の伝送ビットをすべて配分し、Ｍ_ｋ＝｛ｍ_ｋ，１，ｍ_ｋ，２，…，ｍ_ｋ，ｎＴ｝を得る。次いで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ）／Ｇ_ｃ，ｊに従い、Ｐ_ｋ＝｛ｐ_ｋ，１，ｐ_{ｋ， ２}，…，ｐ_ｋ，ｎＴ｝を求める。

次いでステップＳ６０４において、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ｋ番目のサブキャリアを集合Ｕに追加する。

次いで、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、適応伝送パラメータが配分されたｋ番目のサブキャリア上に配分された適応伝送パラメータ情報を順次に利用して、その隣のサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行い、ｋ番目のサブキャリア以外のすべてのサブキャリアのすべてのデータサブストリーム上の伝送ビット及び送信パワー配分結果を得る。

具体的には、ステップＳ６０５において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、適応伝送パラメータの配分が行われたサブキャリアが構成する集合Ｕに中に以下のような所定条件のサブキャリアが存在するか判定する。すなわち、当該サブキャリアの隣のサブキャリアがまだ伝送ビット及び送信パワー配分を行われていないかを判定する。このようなサブキャリアが存在すると判定する場合隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、当該サブキャリアをサブキャリアｌと記し、隣のサブキャリアをサブキャリアｌ’と記す。

ステップＳ６０５において隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、上記所定条件のサブキャリアが存在しないと判定する場合、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００のすべてのＮ_ｃ個のサブキャリア上で伝送ビット及び送信パワー配分を完了したと判断し、当該フローを終了する。

ステップＳ６０５において隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、上記所定条件のサブキャリアが存在すると判定する場合、サブキャリアｌおよびサブキャリアｌ’を抽出する。その目的は、既に適応伝送パラメータが配分されたサブキャリアｌ上に配分された適応伝送パラメータを利用して、以下でその隣のサブキャリアｌ’に対して適応伝送パラメータの配分を行うためである。

次いで、ステップＳ６０６において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ上に配分された伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ＝｛ｍ_ｌ，１，ｍ_ｌ，２，…，ｍ_ｌ，ｎＴ｝をサブキャリアｌ’上に配分する伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ’の初期値とする。すなわちこのステップ（Ｓ６０６）においてＭ_ｌ’＝Ｍ_ｌとして、ステップＳ６０６以降の処理で、当該初期値を基に調整を行う。

具体的には、ステップＳ６０７において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ’上のすべてのデータサブストリームに対してＡＭＣパラメータを１レベル低下させる場合、どのデータサブストリーム上で節約できる送信パワーが最も大きいかを比較する。すなわち、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、節約できる送信パワーが最も大きいデータサブストリームｎを下記の式（１）に従い求める。次いで隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｍ_１’，ｎ＝ｍ_１’，ｎ−１となるように、データサブストリームｎに対してＡＭＣパラメータを１レベル低下させる。
ｎ＝ａｒｇｍａｘ_ｊ｛（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１’，ｊ）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１’，ｊ−１））／Ｇ_１’，ｊ｝・・・（１）

次いで、ステップＳ６０８において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリヤｌ’上のすべてのデータサブストリームに対してＡＭＣパラメータを１レベル向上させる場合、どのデータサブストリーム上で増加すべき送信パワーが最も小さいかを比較する。隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、増加すべき送信パワーが最も小さいデータサブストリームｎ’を下記の式（２）に従い求める。次いで隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｍ_{１’，ｎ’}＝ｍ_{１’，ｎ’}＋１となるように、データサブストリームｎ’に対してＡＭＣパラメータを１レベル向上させる。
ｎ’＝ａｒｇｍｉｎ_ｊ｛（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１’，ｊ＋１）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１’，ｊ））／Ｇ_１’，ｊ｝・・・（２）

次いで、ステップＳ６０９において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｎとｎ’とを比較する。

ステップＳ６０９において、ｎとｎ’が等しくないと判定する場合、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ステップＳ６０７に戻り再びデータサブストリームｎを求め、次いでステップＳ６０８でデータサブストリームｎ’を再び求めて、伝送ビット配分パラメータＭ_１’に対して続けて調整を行う。なお、この場合ステップＳ６０７およびステップＳ６０８で求められるデータサブストリームｎおよびデータサブストリームｎ’は、前回ステップＳ６０７およびステップＳ６０８で求められたデータサブストリームｎおよびデータサブストリームｎ’と異なるものである。

ステップＳ６０９において、ｎとｎ’が等しいと判定する場合、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ’上の伝送ビット配分パラメータＭ_１’を続けて調整する必要がないと判断し、ステップＳ６１０に移行する。

次いでステップＳ６１０において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ’上の伝送ビット配分パラメータＭ_１’に対する調整を終了し、サブキャリアｌ’を集合Ｕに追加し、ステップＳ６０５に戻る。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００においてすべてのＮ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のデータサブストリーム上で伝送するビット数の配分を完了すると、Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のｍ_ｃ，ｊが得られる。そのうち、ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。次いで、数式ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ）／Ｇ_ｃ，ｊに従って、Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個の各データブストリームの送信パワー配分パラメータを算出する。

こうして、伝送ビット配分パラメータおよび送信パワー配分パラメータを得ることができる。

このように、本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００においては、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行ってから、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の結果およびサブキャリア上のチャネル特性の相関性を用いて、周波数領域でサブキャリア上で伝送ビット及び送信パワー配分を行う。

マルチアンテナ無線通信システムのチャネル容量に対する理論研究で明らかになった１つの事実とは、適応伝送において、周波数領域及び空間領域での結合配分を行うのに比べ、単純に空間領域で適応配分を行う場合のチャネル容量上の損失は、とても少ない。換言すれば伝送ビット及び送信パワー配分に対して、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行う方法を、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行う方法に変更することによっては、システム性能において大きな損失は生じない。かつ前者に比べ、後者の処理演算量はかなり低い。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において隣接するサブキャリアのチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分のアルゴリズムをさらに簡略化することができる。そこで、本発明に係る伝送方法は、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行って処理演算量を低減し、空間領域での伝送ビット及び送信パワー配分結果を用いて周波数領域のすべてのサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分を行うことにしている。

本発明の伝送方法は、伝送ビット及び送信パワー配分に対して周波数領域及び空間領域での結合最適化を行わず、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行うため、伝送ビット及び送信パワー配分に用いる場の次元数が低減され、処理演算量を低減することができる。なお、隣接するサブキャリア上のチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分アルゴリズムをさらに簡略化することができる。

仮に伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を、単純に空間領域のみで行わない伝送方法としては、空間領域および周波数領域で同時に行う方法が考えられる。しかし、このような方法は、本発明のように単純に空間領域のみで伝送ビット及び送信パワー配分を行う伝送方法と比べ、処理演算量が膨大になる。

図５は、周波数領域および空間領域の両領域で同時に、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行うＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａの詳細な構成を示すブロック図である。図５に示すＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａは、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２と、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー最適化部５０３とに代えて伝送ビット／送信パワー配分部３０２を備える点で、図３に示すＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５と相違する。

図５において、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａは、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１、および伝送ビット数／送信パワー配分部３０２という２つの部分を備えて構成される。

ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、チャネル推定部で得られたチャネル推定行列Ｈを用いて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおける各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。ここでｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分された伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊおよび送信パワーｐ_ｃ，ｊに対して、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１で得られたＧ_ｃ，ｊを用いて、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行い、伝送ビット配分パラメータＭおよび送信パワー配分パラメータＰを出力する。ここでｃ＝１，２，・・・，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。適応伝送に用いられる伝送ビット及び送信パワー配分の最適化アルゴリズムは多種あり、有名な例としては貪欲（Ｇｒｅｅｄｙ）アルゴリズムがある。

図６は、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａにおいて、Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムを用い、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う方法の手順を示すフロー図である。

まず、ステップＳ４０１において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分する伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊと送信パワーｐ_ｃ，ｊとを両方とも０に初期化する。ここで、ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

次いでステップＳ４０２において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個の各データサブストリームｓ_ｃ，ｊがＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量ｐ’_ｃ，ｊを算出する。送信パワーの増加量ｐ’_ｃ，ｊは下記の式（３）に従い算出される。
ｐ’_ｃ，ｊ＝（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ＋１）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ））／Ｇ_ｃ，ｊ…（３）
ここで、Ｓ_ＢＥＲ（ｎ）は、所定のビット誤り率（ＢＥＲ）要求を満たすために、伝送する情報ビット数の平均値がｎとなる場合、無線受信装置に必要とする受信パワーの閾値を表す。Ｓ_ＢＥＲ（１），Ｓ_ＢＥＲ（２），…の値は、システムの初期値として、シミュレーションまたは数式の演算により得られたものである。

次いでステップＳ４０３において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、すべてのｐ’_ｃ，ｊの値を比較し、最小値ｐ’_{ｃ＊，ｊ＊}を得る。すなわち、すべてのデータサブストリームの中で、データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}を用いて情報ビットを１つ多く伝送する場合（ステップＳ４０２に記述した、ＡＭＣパラメータを１レベル向上することと同等である）、必要とする送信パワーの増加量が最小となる。

次いでステップＳ４０４において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、ｍ_{ｃ＊，ｊ＊}＝ｍ_{ｃ＊，ｊ＊}＋１となるように、データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}に配分する伝送ビット数を１インクリメントする。データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}を用いて情報ビットを１つより多く伝送することとは、すなわち、ＡＭＣパラメータを１レベル向上することである。

次いでステップＳ４０５において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、かかる場合、システムのスループットが所定の目標値に達したか否かを判定する。具体的には、スループットＲ＝Σ_ｃΣ_ｊ（ｒ_ｃ，ｊ）と、すべてのデータサブストリームｓ_ｃ，ｊに対応するスループット総和の目標値（全体的な平均スループット値）Ｒ_ｂとが比較される。

ステップＳ４０５において、Ｒ＜Ｒ_ｂであると判定される場合、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、当該伝送ビット配分によりシステムのスループット要求が満たされていないと判断し、ステップＳ４０２に戻り、続けて伝送ビット配分を行う。

ステップＳ４０５において、Ｒ≧Ｒ_ｂであると判定される場合、伝送ビット配分の処理は終わる。この際、得られる各ｍ_ｃ，ｊ値がすなわちデータサブストリームｓ_ｃ，ｊ上の最終的な伝送ビット配分結果（伝送ビット配分パラメータ）となり、送信パワー配分パラメータｐ_ｃ，ｊは下記の式（４）に従い、算出される。
ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ）／Ｇ_ｃ，ｊ…（４）

図６のフローが示すように、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａにおいて、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分された伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊおよび送信パワーｐ_ｃ，ｊに対する周波数領域及び空間領域上で結合最適化は、主にステップＳ４０３で行われる。ステップＳ４０３において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、周波数領域上のすべてのサブキャリアおよび空間領域上のすべての送信アンテナに対応するすべてのデータサブストリームに対して、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量を比較する。簡単に言えば、当該アルゴリズムにおいて１つのビットを配分する度に、すべてのＮ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のデータサブストリームの上記送信パワーの増加量（または遍歴総和）を１回比較する。

明らかに、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいて、伝送ビット及び送信パワー配分に対して、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行う方法は、本発明のように単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う伝送方法と比べ、処理演算量が膨大となり、システムのスループット目標値Ｒ_ｂが高いほど、処理演算量はより膨大になる。

なお、本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法および伝送装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。

また、本発明に係る伝送装置は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ方式の移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。

また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る伝送ビット及び送信パワー配分方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る伝送ビット及び送信パワー配分装置と同様の機能を実現することができる。

本明細書は、２００５年３月１６日出願の中国特許出願第２００５１００５６３０４．０号に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法および伝送装置は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける適応伝送等の用途に適用することができる。

本発明は、無線通信システムにおける適応伝送方法および伝送装置に関し、特にマルチアンテナ無線通信システムに用いられ、処理演算量を低減することができる伝送方法および伝送装置に関する。

無線通信システムとインターネットとが次第に融合していくなかで、ユーザが無線通信サービスの種類および品質に対する要求は高まりつつある。このため無線マルチメディアおよび高速伝送の要求に応じた新世代の無線通信システムの開発が盛んに行われている。そのなか、マルチアンテナインプット・マルチアンテアウトプット（ＭＩＭＯ）と直交周波数多重化（ＯＦＤＭ）とを結合したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術がますます人々の注目を集めている。

ＭＩＭＯシステムにおいて、送信側は複数の送信アンテナを用いて信号を送信し、受信側は複数の受信アンテナを用いて信号を受信する。従来のシングルアンテナ伝送方法と比べ、ＭＩＭＯ技術ではチャネル容量が著しく向上され、情報伝送レートを向上することができる。なお、ＭＩＭＯシステムでは、用いられる送信アンテナおよび受信アンテナの数が多いほど、情報伝送レートはより高くなる。時間領域のリソースに比べ、空間領域のアンテナリソースはほぼ無限に利用することができるため、ＭＩＭＯ技術は従来技術のリソース不足問題におけるボトルネックを突破し、次世代無線通信システムの核心技術の１つとなっている。

また、ＯＦＤＭ技術は現在、高速無線データ伝送を実現する主流技術の１つとなっている。ＯＦＤＭ技術の原理は、伝送しようとする高速データを複数の直交サブキャリアを用いて伝送するため、各サブキャリア上の伝送レートは相対的に低くなることにある。ＯＦＤＭのサブキャリア直交多重技術は、通常の周波数多重化システムに比べ、システムの周波数利用効率をさらに向上することができる。ＯＦＤＭ技術を用いるシステムにおいては、信号全体の周波数帯域を複数の非常に狭いサブキャリア周波数帯域に分けるためフラットフェージングとなる。従って、シングルキャリアシステムと比べ、ＯＦＤＭシステムにおいては均衡を実現することがより容易である。

また、適応伝送技術によっても減衰チャネルにおける情報伝送レートを効果的に向上することができる。適応変調及び符号化（ＡＭＣ）技術は、重要な適応伝送技術の１つであって、その基本思想は、チャネル特性に基づき伝送に用いる変調パラメータ、符号化パラメータ、および送信パワーを適応的に変更することである。チャネル条件がより良い場合は情報をより多く伝送し、チャネル条件がより劣る場合は情報をより少なく伝送して、システムの性能を向上する。従って、適応伝送技術によれば、より高い情報伝送レート、より低い誤りビット率（ＢＥＲ）、およびより低い送信パワーを実現することができる。

そこで、上記のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣという２つの技術を結合して、単純に１つの技術を用いるのに比べ、より高いシステム性能を得ることが考えられる。以下、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣとの２つの技術を適用した無線通信システムをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムと称す。

しかしながら、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＡＭＣの２つの技術を結合する場合、周波数領域
の複数のサブキャリアが空間領域の各送信アンテナに対応して構成するデータサブストリームの数は大幅に増加する。例えば、サブキャリアの数がＮ_ｃであり、送信アンテナの数がｎ_Ｔである場合、データサブストリームの数はＮ_ｃ＊ｎ_Ｔ個となる。従って、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいては、上記Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のデータサブストリーム毎の適応伝送パラメータ（伝送ビット及び送信パワー配分パラメータ）を決定する処理の演算量が膨大となり、実現が困難であるという問題がある。

よって本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいて低い処理演算量で、各データサブストリームに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う伝送方法および伝送装置を提供することである。

本発明の伝送方法は、マルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法であって、各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインを算出するＳＩＮＲ算出ステップと、得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行って伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する空間領域上配分ステップと、前記伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う隣接サブキャリア上配分ステップと、を有するようにした。

本発明の伝送装置は、チャネル推定行列Ｈを用いて、適応伝送された各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎のＳＩＮＲゲインを算出するＳＩＮＲゲイン算出手段と、得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行い、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する伝送ビット及び送信パワー配分最適化手段と、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、前記ある１つのサブキャリに隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う隣接サブキャリア伝送ビット及び送信パワー最適化手段と、を具備するマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送装置である。

本発明の伝送方法および伝送装置によれば、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワーの配分を行い、伝送ビット及び送信パワー配分に用いられる場の次元数を減少し、従来の方法に比べ処理演算量を低減することができる。なお、隣接するサブキャリア上のチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分のアルゴリズムをさらに簡略化することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るＡＭＣ技術を用いるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ）システム１００の構成を示すブロック図である。

図１において、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００は、ｎ_Ｔ本の送信アンテナを用いて送信を行う無線送信装置１５０、およびｎ_Ｒ本の受信アンテナを用いて受信を行う無線受信装置１６０を備えて構成される。無線送信装置１５０は、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２−１〜１０２−ｎ_Ｔ、送信パワー制御部１０３−１〜１０３−ｎ_Ｔ、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４−１〜１０４−ｎ_Ｔ、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１０５−１〜１０５−ｎ_Ｔ、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６−１〜１０６−ｎ_Ｔ、巡回前綴り（ＣＰ）挿入部１０７−１〜１０７−ｎ_Ｔ、および送信アンテナ１０８−１〜１０８−ｎ_Ｔを備える。無線受信装置１６０は、受信アンテナ１０９−１〜１０９−ｎ_Ｒ、巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０−１〜１１０−ｎ_Ｒ、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１１１−１〜１１１−ｎ_Ｒ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１２−１〜１１２−ｎ_Ｒ、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３−１〜１１３−ｎ_Ｒ、チャネル推定部１１４、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５、およびＭＩＭＯ検出部１１６を備える。同様の枝番を用いて示される複数の同様の構成要素は、以下、枝番を省略して略称する場合がある。例えば、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２−１〜１０２−ｎ_Ｔを、適応変調符号化（ＡＭＣ）部１０２と略称する場合がある。

無線送信装置１５０において、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１は、送信される周波数領域データＴｘ Ｄａｔａをｎ_Ｔ個のデータサブストリームに分割して各ＡＭＣ部１０２に出力する。各データサブストリームは、それぞれ１つの送信アンテナ１０８に対応する。各適応変調符号化部１０２は、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１から入力される各データサブストリームに対し、チャネル伝送特性に基づいて適応変調符号化を行い、各送信パワー制御部１０３に出力する。各送信パワー制御部１０３は、適応変調符号化された各データサブストリームに対して送信パワーの制御を行い、各直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４に出力する。次いで、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０４、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１０５、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６は、送信パワー制御部１０３が出力する周波数領域のデータサブストリームを時間領域信号に変換する。次いで、各巡回前綴り（ＣＰ）挿入部１０７は、各並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１０６から入力される各時間領域信号に対して巡回前綴りを挿入する処理を行い、巡回前綴りが挿入された各時間領域信号は、それぞれ対応する送信アンテナ１０８により送信される。

無線送信装置１５０において、各データサブストリームに対してＡＭＣ動作および送信パワー制御動作を行うのに必要な適応伝送パラメータ、例えば適応変調符号化（ＡＭＣ）パラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰなどは、無線受信装置１６０で決定され、フィードバックチャネル１１７を通じてフィードバックされたものである。なお、無線送信装置１５０は無線受信装置１６０がフィードバックするＡＭＣパラメータＭに基づき、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１０１から出力される各データサブストリームの長さを制御する。

無線受信装置１６０において、まずｎ_Ｒ本の受信アンテナ１０９は、空間多重信号を受信する。次いで、巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０は、各受信アンテナ１０９により受信された信号それぞれに対してＣＰを除去する処理を行う。次いで、直／並（Ｓ／Ｐ）変換部１１１、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１２、および並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３
は、さらに巡回前綴り（ＣＰ）除去部１１０から入力される時間領域信号を周波数領域信号に変換する。次いで、チャネル推定部１１４は、並／直（Ｐ／Ｓ）変換部１１３から入力される周波数領域信号のうちのパイロット信号に基づき、または他の方法を用いてチャネル推定を行ってチャネル推定（移転関数）行列Ｈを得る。次いで、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５は、チャネル推定行列Ｈに基づき無線送信装置１５０の適応伝送に用いられる各データサブストリーム毎のＡＭＣパラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰを決定し、フィードバックチャネル１１７を用いて無線送信装置１５０にフィードバックする。次いで、ＭＩＭＯ検出部１１６は、チャネル推定行列Ｈ、およびＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５から入力される各データサブストリーム毎の適応変調符号化パラメータＭ、送信パワー配分パラメータＰに基づき、無線送信装置１５０により送信された各データサブストリームを検出し、元の送信データを得て、受信データ（Ｒｘ Ｄａｔａ）とする。

ＭＩＭＯ検出部１１６に用いられるＭＩＭＯ検出の方法は、多数あって、例えば一般的に使われるＺＦ（Zero Forcing）方法、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）、または他の方法がある。ＭＩＭＯ検出部１１６は、まず上記のような検出方法で無線送信装置１５０の各送信アンテナ１０８により送信された各信号を分離し、得られた各信号に対して復調および復号を行う。実際のＭＩＭＯ検出において、各送信アンテナ１０８により送信された信号の分離と、復調復号との２つの動作は独立的に行われる場合が少ない。前者の出力が後者に用いられ、また前者の処理は後者の出力を必要とする場合が多い。

次に、上記構成のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における伝送ビットの配分および送信パワーの配分について説明する。そのうち、伝送ビットの配分は、即ちＡＭＣパラメータＭの選択と同等となる（伝送ビットの数とＡＭＣパラメータとは１対１で対応され、両者は等価と見なされて良い）ため、以下、伝送ビット配分パラメータをＭと記す。

図２は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における適応伝送の概念を説明するための図である。

図２において、各サブキャリア１〜Ｎ_ｃは周波数領域の概念を示し、各送信アンテナ１０８−１〜１０８−ｎ_Ｔは、空間領域の概念を示す。この図は、全体として１つの適応伝送単位を示す。なお、図２においてｓ_ｃ，ｊ（ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔ）は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８−ｊにより送信されるデータサブストリーム（または適応伝送部）を示す。図２において、各データサブストリームに対して行われる伝送ビット及び送信パワー配分は、実際には、各データサブストリームに対するＡＭＣパラメータの選択及び送信パワーの配分と同等である。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において、チャネル推定（移転関数）行列Ｈは３次元の行列であり、複数の２次元行列のセットで表せる。具体的に、チャネル推定行列Ｈ＝｛Ｈ^１，Ｈ^２，…，Ｈ^Ｎｃ｝中のＨ^ｃ（ｃ＝１，２，…，Ｎｃ）はｎ_Ｒ＊ｎ_Ｔの行列で、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定行列を示し、Ｈ^ｃの第ｉ行，第ｊ列の要素Ｈ^ｃ（ｉ，ｊ）はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００の第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８により送信され、第ｉ番目受信アンテナ１０９により受信された際の周波数領域チャネルゲインを示す。ここでｉ＝１，２，…，ｎ_Ｒ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

図３は、本実施の形態に係るＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５の詳細な構成を示すブロック図である。

図３において、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２、および隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３を備える。

信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１は、チャネル推定部１１４で得られたチャネル推定行列Ｈを用いて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ１００における各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。ここでｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

次いで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して、空間領域において伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う。ここで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、従来の適応伝送に用いられる任意の伝送ビット及び送信パワー配分最適化のアルゴリズム、例えば、貪欲（Ｇｒｅｅｄｙ）アルゴリズムを用いる。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームのみに対して適応伝送パラメータ（伝送ビット配分パラメータおよび送信パワー配分パラメータ）の最適化を行い、最適化の範囲は空間領域に限られる。

次いで、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２で適応伝送パラメータ（伝送ビット及び送信パワー配分パラメータ）が配分されたサブキャリア上に配分された適応伝送パラメータ情報を順次に利用して、その隣のサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において周波数が隣接するサブキャリア上のチャネル特性は非常に近く、そこで隣接するサブキャリア上に最終的に配分される適応伝送パラメータも非常に近いはずである。すなわち、適応伝送パラメータ配分において、ある１つのサブキャリア上の伝送ビット及び送信パワー配分の最適化が行われた場合、当該サブキャリアの配分最適化結果に対して微小な調整を行うだけで、隣接するサブキャリアの適応伝送パラメータＭおよびＰを得ることができる。隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２で得られたある１つのサブキャリアの適応伝送パラメータに対して調整を行うだけで、周波数領域のすべてのサブキャリアの適応伝送パラメータを決定することができる。各サブキャリアに対して重複に伝送ビット及び送信パワー配分を行うのに比べ、このような方法によれば適応伝送の処理演算量を大いに低減することができる。

図４は、本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００における伝送ビット及び送信パワー配分方法の手順を示すフロー図である。

まずステップＳ６０１で、チャネル推定部１１４は、チャネル推定を行い、チャネル推定（移転関数）行列Ｈ＝｛Ｈ^１，Ｈ^２，…，Ｈ^Ｎｃ｝を得る。ここでＨ^ｃは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定（移転関数）行列（ｃ＝１，２，…，Ｎｃ）である。また、ステップＳ６０１において、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、既に伝送ビット及び送信パワー配分が行われたサブキャリアが構成する集合Ｕをクリアする。

次いでステップＳ６０２において、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、チャネル推定行列Ｈ、およびＭＩＭＯ検出部１１６に用いられるＭＩＭＯ検出方法に基づき、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後のＳＩＮＲゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。

ここで、ＳＩＮＲゲインＧ_ｃ，ｊの大きさはＨに依存するほか、ＭＩＭＯ検出部１１６
で用いられるＭＩＭＯ検出方法に依存する。例えば、ＭＩＭＯ検出部１１６でＺＦ検出方法を用いる場合、第ｃ番目サブキャリア信号が第ｊ番目送信アンテナ１０８−ｊにより送信されるデータサブストリームｓ_ｃ，ｊに対してＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊは、Ｇ_ｃ，ｊ＝１／[（Ｈ^ｃ）^＊Ｈ^ｃ]_jj ^ー１となる。ここでＨ^ｃはＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において第ｃ番目サブキャリア上のチャネル推定行列である。

次いでステップＳ６０３において、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、周波数領域のある１つのサブキャリア、例えばｋ番目のサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行い、Ｍ_ｋおよびＰ_ｋを得る。ここでＭ_ｋおよびＰ_ｋは、ｋ番目のサブキャリア上の各データサブストリーム上の伝送ビット及び送信パワー配分結果をそれぞれ示し、すなわち、Ｍ_ｋ＝｛ｍ_ｋ，１，ｍ_ｋ，２，…，ｍ_ｋ，ｎＴ｝、Ｐ_ｋ＝｛ｐ_ｋ，１，ｐ_ｋ，２，…，ｐ_ｋ，ｎＴ｝である。

ここで伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、伝送ビット及び送信パワー最適化に用いられる従来の任意のアルゴリズム、例えばＧｒｅｅｄｙアルゴリズムを用いて、周波数領域のｋ番目のサブキャリア上の、ｎ_Ｔ個のデータサブストリームに対して適応伝送パラメータの最適化を行い、最適化の範囲を空間領域に限定する。具体的に伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、サブキャリアｋ上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームｓ_ｋ，１，ｓ_ｋ，２，…，ｓ_ｋ，ｎＴに対して、ＡＭＣパラメータを１レベル向上する（伝送ビットを１つ増加するのと同等である）のに必要な送信パワーの増加量ｐ^' _ｋ，１，ｐ^' _ｋ，２，…，ｐ^' _ｋ，ｎＴを算出しこのｎ_Ｔ個の数値ｐ^' _ｋ，１，ｐ^' _ｋ，２，…，ｐ^' _ｋ，ｎＴを比較し、すなわち空間領域に限られた比較を行ってそのうちの最小値を得る。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームの伝送ビット数を１インクリメントする。すなわち、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームのＡＭＣパラメータを実際に１レベル向上する。伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、上記の処理を繰り返すことにより、ｋ番目のサブキャリア上のｎ_Ｔ個のデータサブストリームに所定数の伝送ビットをすべて配分し、Ｍ_ｋ＝｛ｍ_ｋ，１，ｍ_ｋ，２，…，ｍ_ｋ，ｎＴ｝を得る。次いで、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ）／Ｇ_ｃ，ｊに従い、Ｐ_ｋ＝｛ｐ_ｋ，１，ｐ_ｋ，２，…，ｐ_ｋ，ｎＴ｝を求める。

次いでステップＳ６０４において、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２は、ｋ番目のサブキャリアを集合Ｕに追加する。

次いで、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、適応伝送パラメータが配分されたｋ番目のサブキャリア上に配分された適応伝送パラメータ情報を順次に利用して、その隣のサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行い、ｋ番目のサブキャリア以外のすべてのサブキャリアのすべてのデータサブストリーム上の伝送ビット及び送信パワー配分結果を得る。

具体的には、ステップＳ６０５において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、適応伝送パラメータの配分が行われたサブキャリアが構成する集合Ｕに中に以下のような所定条件のサブキャリアが存在するか判定する。すなわち、当該サブキャリアの隣のサブキャリアがまだ伝送ビット及び送信パワー配分を行われていないかを判定する。このようなサブキャリアが存在すると判定する場合隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、当該サブキャリアをサブキャリアｌと記し、隣
のサブキャリアをサブキャリアｌ^'と記す。

ステップＳ６０５において隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、上記所定条件のサブキャリアが存在しないと判定する場合、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００のすべてのＮ_ｃ個のサブキャリア上で伝送ビット及び送信パワー配分を完了したと判断し、当該フローを終了する。

ステップＳ６０５において隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、上記所定条件のサブキャリアが存在すると判定する場合、サブキャリアｌおよびサブキャリアｌ^'を抽出する。その目的は、既に適応伝送パラメータが配分されたサブキャリアｌ上に配分された適応伝送パラメータを利用して、以下でその隣のサブキャリアｌ^'に対して適応伝送パラメータの配分を行うためである。

次いで、ステップＳ６０６において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ上に配分された伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ＝｛ｍ_ｌ，１，ｍ_ｌ，２，…，ｍ_ｌ，ｎＴ｝をサブキャリアｌ^'上に配分する伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ’の初期値とする。すなわちこのステップ（Ｓ６０６）においてＭ_ｌ’＝Ｍ_ｌとして、ステップＳ６０６以降の処理で、当該初期値を基に調整を行う。

具体的には、ステップＳ６０７において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ^'上のすべてのデータサブストリームに対してＡＭＣパラメータを１レベル低下させる場合、どのデータサブストリーム上で節約できる送信パワーが最も大きいかを比較する。すなわち、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、節約できる送信パワーが最も大きいデータサブストリームｎを下記の式（１）に従い求める。次いで隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｍ_１',ｎ＝ｍ_１',ｎ−１となるように、データサブストリームｎに対してＡＭＣパラメータを１レベル低下させる。
ｎ＝argmax_ｊ{（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１',ｊ）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１',ｊ−１））／Ｇ_１',ｊ} …（１）

次いで、ステップＳ６０８において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ^’上のすべてのデータサブストリームに対してＡＭＣパラメータを１レベル向上させる場合、どのデータサブストリーム上で増加すべき送信パワーが最も小さいかを比較する。隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、増加すべき送信パワーが最も小さいデータサブストリームｎ^’を下記の式（２）に従い求める。次いで隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｍ_１',ｎ’＝ｍ_１',ｎ’＋１となるように、データサブストリームｎ^’に対してＡＭＣパラメータを１レベル向上させる。
ｎ^'＝argmin_ｊ{（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１',ｊ＋１）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_１',ｊ））／Ｇ_１',ｊ} …（２）

次いで、ステップＳ６０９において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ｎとｎ^’とを比較する。

ステップＳ６０９において、ｎとｎ^’が等しくないと判定する場合、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、ステップＳ６０７に戻り再びデータサブストリームｎを求め、次いでステップＳ６０８でデータサブストリームｎ^’を再び求めて、伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ’に対して続けて調整を行う。なお、この場合ステップＳ６０７およびステップＳ６０８で求められるデータサブストリームｎおよびデータサブストリームｎ^’は、前回ステップＳ６０７およびステップＳ６０８で求められたデータサ
ブストリームｎおよびデータサブストリームｎ^’と異なるものである。

ステップＳ６０９において、ｎとｎ^’が等しいと判定する場合、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ^’上の伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ’を続けて調整する必要がないと判断し、ステップＳ６１０に移行する。

次いでステップＳ６１０において、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０３は、サブキャリアｌ^'上の伝送ビット配分パラメータＭ_ｌ’に対する調整を終了し、サブキャリアｌ^'を集合Ｕに追加し、ステップＳ６０５に戻る。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００においてすべてのＮ_ｃ*ｎ_Ｔ個のデータサブストリーム上で伝送するビット数の配分を完了すると、Ｎ_ｃ*ｎ_Ｔ個のｍ_ｃ，ｊが得られる。そのうち、ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。次いで、数式ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ,ｊ）／Ｇ_ｃ,ｊに従って、Ｎ_ｃ*ｎ_Ｔ個の各データブストリームの送信パワー配分パラメータを算出する。

こうして、伝送ビット配分パラメータおよび送信パワー配分パラメータを得ることができる。

このように、本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００においては、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行ってから、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の結果およびサブキャリア上のチャネル特性の相関性を用いて、周波数領域でサブキャリア上で伝送ビット及び送信パワー配分を行う。

マルチアンテナ無線通信システムのチャネル容量に対する理論研究で明らかになった１つの事実とは、適応伝送において、周波数領域及び空間領域での結合配分を行うのに比べ、単純に空間領域で適応配分を行う場合のチャネル容量上の損失は、とても少ない。換言すれば伝送ビット及び送信パワー配分に対して、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行う方法を、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行う方法に変更することによっては、システム性能において大きな損失は生じない。かつ前者に比べ、後者の処理演算量はかなり低い。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム１００において隣接するサブキャリアのチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分のアルゴリズムをさらに簡略化することができる。そこで、本発明に係る伝送方法は、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行って処理演算量を低減し、空間領域での伝送ビット及び送信パワー配分結果を用いて周波数領域のすべてのサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分を行うことにしている。

本発明の伝送方法は、伝送ビット及び送信パワー配分に対して周波数領域及び空間領域での結合最適化を行わず、単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分を行うため、伝送ビット及び送信パワー配分に用いる場の次元数が低減され、処理演算量を低減することができる。なお、隣接するサブキャリア上のチャネル特性の相関性を利用して、伝送ビット及び送信パワー配分アルゴリズムをさらに簡略化することができる。

仮に伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を、単純に空間領域のみで行わない伝送方法としては、空間領域および周波数領域で同時に行う方法が考えられる。しかし、このような方法は、本発明のように単純に空間領域のみで伝送ビット及び送信パワー配分を行う伝送方法と比べ、処理演算量が膨大になる。

図５は、周波数領域および空間領域の両領域で同時に、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行うＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａの詳細な構成を示すブ
ロック図である。図５に示すＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａは、伝送ビット／送信パワー配分最適化部５０２と、隣接サブキャリア伝送ビット／送信パワー最適化部５０３とに代えて伝送ビット／送信パワー配分部３０２を備える点で、図３に示すＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５と相違する。

図５において、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａは、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲイン算出部３０１、および伝送ビット数／送信パワー配分部３０２という２つの部分を備えて構成される。

ＳＩＮＲゲイン算出部３０１は、チャネル推定部で得られたチャネル推定行列Ｈを用いて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおける各データサブストリームｓ_ｃ，ｊのＭＩＭＯ検出後の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインＧ_ｃ，ｊを算出する。ここでｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分された伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊおよび送信パワーｐ_ｃ，ｊに対して、ＳＩＮＲゲイン算出部３０１で得られたＧ_ｃ，ｊを用いて、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行い、伝送ビット配分パラメータＭおよび送信パワー配分パラメータＰを出力する。ここでｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。適応伝送に用いられる伝送ビット及び送信パワー配分の最適化アルゴリズムは多種あり、有名な例としては貪欲（Greedy）アルゴリズムがある。

図６は、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａにおいて、Greedyアルゴリズムを用い、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う方法の手順を示すフロー図である。

まず、ステップＳ４０１において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分する伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊと送信パワーｐ_ｃ，ｊとを両方とも０に初期化する。ここで、ｃ＝１，２，…，Ｎ_ｃ、ｊ＝１，２，…，ｎ_Ｔである。

次いでステップＳ４０２において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、Ｎ_ｃ＊ｎ_Ｔ個の各データサブストリームｓ_ｃ，ｊがＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量ｐ^’ _ｃ，ｊを算出する。送信パワーの増加量ｐ^’ _ｃ，ｊは下記の式（３）に従い算出される。
ｐ^’ _ｃ，ｊ＝（Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ＋１）−Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ））／Ｇ_ｃ，ｊ …（３）
ここで、Ｓ_ＢＥＲ（ｎ）は、所定のビット誤り率（ＢＥＲ）要求を満たすために、伝送する情報ビット数の平均値がｎとなる場合、無線受信装置に必要とする受信パワーの閾値を表す。Ｓ_ＢＥＲ（１），Ｓ_ＢＥＲ（２），…の値は、システムの初期値として、シミュレーションまたは数式の演算により得られたものである。

次いでステップＳ４０３において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、すべてのｐ^’ _ｃ，ｊの値を比較し、最小値ｐ^’ _{ｃ＊，ｊ＊}を得る。すなわち、すべてのデータサブストリームの中で、データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}を用いて情報ビットを１つ多く伝送する場合（ステップＳ４０２に記述した、ＡＭＣパラメータを１レベル向上することと同等である）、必要とする送信パワーの増加量が最小となる。

次いでステップＳ４０４において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、ｍ_{ｃ＊，ｊ＊}＝ｍ_{ｃ＊，ｊ＊}＋１となるように、データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}に配分する伝送ビット数を１インクリメントする。データサブストリームｓ_{ｃ＊，ｊ＊}を用いて情報ビ
ットを１つより多く伝送することとは、すなわち、ＡＭＣパラメータを１レベル向上することである。

次いでステップＳ４０５において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、かかる場合、システムのスループットが所定の目標値に達したか否かを判定する。具体的には、スループットＲ＝Σ_ｃΣ_ｊ（ｒ_ｃ，ｊ）と、すべてのデータサブストリームｓ_ｃ，ｊに対応するスループット総和の目標値（全体的な平均スループット値）Ｒ_ｂとが比較される。

ステップＳ４０５において、Ｒ＜Ｒ_ｂであると判定される場合、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、当該伝送ビット配分によりシステムのスループット要求が満たされていないと判断し、ステップＳ４０２に戻り、続けて伝送ビット配分を行う。

ステップＳ４０５において、Ｒ≧Ｒ_ｂであると判定される場合、伝送ビット配分の処理は終わる。この際、得られる各ｍ_ｃ，ｊ値がすなわちデータサブストリームｓ_ｃ，ｊ上の最終的な伝送ビット配分結果（伝送ビット配分パラメータ）となり、送信パワー配分パラメータｐ_ｃ，ｊは下記の式（４）に従い、算出される。
ｐ_ｃ，ｊ＝Ｓ_ＢＥＲ（ｍ_ｃ，ｊ）／Ｇ_ｃ，ｊ …（４）

図６のフローが示すように、ＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部１１５ａにおいて、各データサブストリームｓ_ｃ，ｊに配分された伝送ビット数ｍ_ｃ，ｊおよび送信パワーｐ_ｃ，ｊに対する周波数領域及び空間領域上で結合最適化は、主にステップＳ４０３で行われる。ステップＳ４０３において、伝送ビット／送信パワー配分部３０２は、周波数領域上のすべてのサブキャリアおよび空間領域上のすべての送信アンテナに対応するすべてのデータサブストリームに対して、ＡＭＣパラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量を比較する。簡単に言えば、当該アルゴリズムにおいて１つのビットを配分する度に、すべてのＮ_ｃ＊ｎ_Ｔ個のデータサブストリームの上記送信パワーの増加量（または遍歴総和）を１回比較する。

明らかに、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいて、伝送ビット及び送信パワー配分に対して、周波数領域及び空間領域での結合最適化を行う方法は、本発明のように単純に空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う伝送方法と比べ、処理演算量が膨大となり、システムのスループット目標値Ｒ_ｂが高いほど、処理演算量はより膨大になる。

なお、本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法および伝送装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。

また、本発明に係る伝送装置は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣ方式の移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。

また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る伝送ビット及び送信パワー配分方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る伝送ビット及び送信パワー配分装置と同様の機能を実現することができる。

本明細書は、２００５年３月１６日出願の中国特許出願第２００５１００５６３０４．０号に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法および伝送装置は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける適応伝送等の用途に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係るＡＭＣ技術を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム）の構成を示すブロック図 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおける適応伝送の概念を説明するための図 本発明の一実施の形態に係る適応変調符号化（ＡＭＣ）パラメータ選択／送信パワー配分部の詳細な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係る伝送ビット／送信パワー配分方法の手順を示すフロー図 周波数領域および空間領域の両領域で同時に、伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行うＡＭＣパラメータ選択／送信パワー配分部の詳細な構成を示すブロック図 Greedyアルゴリズムを用いて伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う方法の手順を示すフロー図

Claims (13)

1. マルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送方法であって、
   各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）ゲインを算出するＳＩＮＲゲイン算出ステップと、
   得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対し、空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行って伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する空間領域上配分ステップと、
   前記伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う隣接サブキャリア上配分ステップと、
   を有する伝送方法。
2. 前記空間領域上配分ステップでは、
   貪欲（Ｇｒｅｅｄｙ）アルゴリズムを用いて、前記周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行う、
   請求項１記載の伝送方法。
3. 前記空間領域上配分ステップでは、
   前記ある１つのサブキャリア上の各データサブストリームに対して伝送ビット配分パラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量を算出し、前記送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームの伝送ビット配分パラメータを１レベル向上すると決定する、
   請求項１記載の伝送方法。
4. 前記空間領域上配分ステップでは、
   前記ある１つのサブキャリア上の各データサブストリームに対して伝送ビットを１つ増加するのに必要な送信パワーの増加量を算出し、前記送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームの伝送ビット配分パラメータを１レベル向上すると決定する、
   請求項１記載の伝送方法。
5. 前記空間領域上配分ステップでは、
   前記ある１つのサブキャリア上の各データサブストリームに対して、伝送ビット配分パラメータである適応変調及び符号化パラメータを１レベル向上するのに必要な送信パワーの増加量を算出し、前記各送信パワーの増加量が最小となるデータサブストリームの適応変調及び符号化パラメータを１レベル向上する、
   請求項３記載の伝送方法。
6. 前記隣接サブキャリア上配分ステップは、
   前記ある１つのサブキャリアと隣接するサブキャリアの中に、まだ伝送ビット及び送信パワー配分が行われなかったサブキャリアが存在するか否かを判断する判断ステップ、
   を有する請求項１記載の伝送方法。
7. 前記判断ステップの後に、
   前記ある１つのサブキャリアと隣接するサブキャリアに対しての伝送ビット及び送信パワー配分パラメータの配分において、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが配分された前記ある１つのサブキャリアに配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを用いる利用ステップを、
   さらに有する請求項６記載の伝送方法。
8. 前記利用ステップでは、
   前記ある１つのサブキャリアに配分された伝送ビット配分パラメータを、前記隣接するサブキャリアに配分する伝送ビット配分パラメータの初期値として用いる、
   請求項７記載の伝送方法。
9. 前記隣接サブキャリア上配分ステップは、
   前記初期値に基づき、前記隣接するサブキャリア上のすべてのデータサブストリームの中で、節約できる送信パワーが最も大きいデータサブストリームの伝送ビット配分パラメータを１レベル低下させる調整ステップ、
   さらに有する請求項８記載の伝送方法。
10. 前記調整ステップの調整に加え、前記隣接するサブキャリア上のすべてのデータサブストリームの中で、必要とする送信パワーの増加量が最も小さいデータサブストリームの伝送ビット配分パラメータを１レベル向上させ、伝送ビット配分パラメータを得るステップを、
    さらに有する請求項９記載の伝送方法。
11. 前記マルチアンテナ無線通信システムは、マルチアンテナインプット・マルチアンテナアウトプット直交周波数多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）無線通信システムである、
    請求項１記載の伝送方法。
12. マルチアンテナ無線通信システムに用いられる伝送装置であって、
    チャネル推定行列Ｈを用いて、適応伝送された各データサブストリームを検出し、各データサブストリーム毎のＳＩＮＲゲインを算出するＳＩＮＲゲイン算出手段と、
    得られたＳＩＮＲゲインに基づき、周波数領域のある１つのサブキャリア上のすべてのデータサブストリームに対して空間領域で伝送ビット及び送信パワー配分最適化を行い、伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを決定する伝送ビット及び送信パワー配分最適化手段と、
    伝送ビット及び送信パワー配分パラメータが決定された前記ある１つのサブキャリア上に配分された伝送ビット及び送信パワー配分パラメータを順次に用いて、前記ある１つのサブキャリと隣接するサブキャリアに対して伝送ビット及び送信パワー配分の最適化を行う隣接サブキャリア伝送ビット及び送信パワー最適化手段と、
    を具備する伝送装置。
13. 前記マルチアンテナ無線通信システムは、マルチアンテナインプット・マルチアンテナアウトプット直交周波数多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）無線通信システムである、
    請求項１２記載の伝送装置。

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