WO2006098387A1

WO2006098387A1 - 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

Info

Publication number: WO2006098387A1
Application number: PCT/JP2006/305173
Authority: WO
Inventors: Xiaoming She; Jifeng Li
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-09-21
Also published as: CN101138182A; US20090052560A1; US7920640B2; CN101138182B; CN1835415A; JPWO2006098387A1

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

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技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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（MIM O)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。

[0003] MIMOシステムにお、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。

[0004] 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つとなつている。 OFDM技術の原理は、伝送しょうとする高速データを複数の直交サブキヤリァ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。

[0005] 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さる。

[0006] 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、 Ml MO 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— OF DM— AMCシステムと称す。

発明の開示

[0007] 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であり、送信アンテナの数が nである場合、データサブストリームの数は N * n個となる。従って、 Ml

T c T

MO— OFDM— AMCシステムにおいては、上記 N * n個のデータサブストリーム

c T

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。

[0008] 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。

[0009] 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ヮ一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、を有するよつにした。

[0010] 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!ゝ、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つのサブキヤ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。

[0011] 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

ヽ、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ァルゴリズムをさらに簡略ィ匕することができる。図面の簡単な説明

[0012] [図 1]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

[図 2]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 [図 3]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 Z送信ノヮ一配分部の詳細な構成を示すブロック図

[図 4]本発明の一実施の形態に係る伝送ビット Z送信パワー配分方法の手順を示すフロー図

[図 5]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 Z送信パワー配分部の詳細な構成を示すブロック図

[図 6]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

発明を実施するための最良の形態

[0013] 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

[0014] 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 (MI MO— OFDM— AMC)システム 100の構成を示すブロック図である。

[0015] 図 1において、 MIMO— OFDM— AMCシステム 100は、 n本の送信アンテナを

τ

用いて送信を行う無線送信装置 150、および n本の受信アンテナを用いて受信を行

R

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 Z並 (SZP)変換部 101、適応変調符号化 (AMC)部 102—l〜102—n、送信パワー制御部 103

T

1〜103— n、直 Z並（SZP)変換部 104— 1〜104— n、逆高速フーリエ変換 (I

T T

FFT)部 105— 1〜105— n、並

T Z直（PZS)変換部 106— 1〜106— n、巡回前

T

綴り（CP)揷入部 107— 1〜107— n、および送信アンテナ 108— 1 備

T 〜108— nを

T

える。無線受信装置 160は、受信アンテナ 109— l〜109—n、巡回前綴り（CP)除

R

去部 110— 1〜： L 10— n、直 Z並（SZP)変換部 111 1

R 〜111 n、高速フーリエ

R

変換 (FFT)部 112— 1〜112— n、並 Z直（PZS)変換部 113— 1〜113— n、チ

R R

ャネル推定部 114、 AMCパラメータ選択 Z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を、適応変調符号化 (AMC)部 102と略称する場合がある。 [0016] 無線送信装置 150において、直 Z並（SZP)変換部 101は、送信される周波数領域データ Tx Dataを η個のデータサブストリームに分割して各 AMC部 102に出力

T

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 Z並 (SZP)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、各送信パヮー制御部 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 Z並（SZP)変換部 104に出力する。次いで、直 Z並（SZP)変換部 104、逆高速フーリエ変換 (IFFT) 部 105、並 Z直 (PZS)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 Z直 (PZS)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。

[0017] 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 Z並 (SZP)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。

[0018] 無線受信装置 160において、まず n本の受信アンテナ 109は、空間多重信号を受

R

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 Z並 (SZP)変換部 111、高速フーリエ変換 (FFT)部 112、および並 Z直 (PZS)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 Z直 (PZS)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 Z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、て無線送信装置 150にフイードバックする。次いで、 MIMO検出部 116は、チャネル推定行列 H、および AM Cパラメータ選択 Z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。

[0019] 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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 図 2において、各サブキャリア 1〜Nは周波数領域の概念を示し、各送信アンテナ

108— 1〜108— n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

T

送単位を示す。なお、図 2において s (c= l, 2, · ··, N、 j = l, 2, · ··, n )は、 MI

c, j c T

MO— 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、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ヮ一の配分と同等である。

[0023] 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: !!¹, H², · ··, H^Nc}中の H^c (c= l, 2, · ··, Nc)は n * nの行列で、 MI

R T

MO— 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、第潘目受信アンテナ 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、 j = l, 2, · ··, nである。

R T

[0024] 図 3は、本実施の形態に係る AMCパラメータ選択 Ζ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。

[0025] 図 3において、 AMCパラメータ選択 Z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 Z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 Z送信パワー配分最適化部 503を備える。

[0026] 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 AMC 100における各データサブストリーム s の MIMO検出後の信号対干渉雑音比（SINR)ゲイン G を算出する。ここで c = l, 2, · ··, N、 j = l, 2, · ··, nである。

c T

[0027] 次いで、伝送ビット Ζ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 Ζ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 Z送信パヮー配分最適化部 502は、周波数領域のある 1つのサブキャリア上の n個のデータ

T

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。 [0028] 次いで、隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 503は、伝送ビット Z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ぐ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 Z送信パワー配分最適化部 503は、伝送ビット Z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一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。

[0029] 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。

[0030] 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!、、チャネル推定 (移転関数)行列 H: !!¹, H², · ··, 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)行歹 U (c = l, 2, · ··, Nc)である。また、ステップ S601【こお!/、て、 SINRゲイン算出咅 30 1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。

[0031] 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 の MIMO検出後の SINRゲイン G を算出する。

[0032] ここで、 SINRゲイン G の大きさは Hに依存するほ力、 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 に対して MIMO検出後の信号対干渉雑音比（SINR)ゲイン G は、 G = 1/[ (H^C) *H^C] — ¹となる。ここで H^cは MIMO— OFDM— AMCシステ j j jj

ム 100にお!/、て第 c番目サブキャリア上のチャネル推定行列である。

[0033] 次いでステップ S603において、伝送ビット Z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および Pを得る。ここで Mおよび Pは、 k番目のサブキャリア上の各データサ k k k k

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 ， m ，…， m }、 P = {p ， p ，…， p }でめる。

k, 1 k, 2 k, nT k k, 1 k, 2 k, nT

[0034] ここで伝送ビット Z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個のデータサブストリームに対して適応

T

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 Z送信パワー配分最適化部 502は、サブキャリア k上の n個のデータサブス

T

トリーム s ， s ，…， s に対して、 AMCパラメータを 1レベル向上する（伝送ビット k, 1 k, 2 k, nT

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 ϋ , ρ' , · · · , P _k を算出しこの n個の数値 p' , ρ' , · · · , ρ' を比較し、すなわち空間領域に限ら nT T k, 1 k, 2 k, nT

れた比較を行ってそのうちの最小値を得る。伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 5 02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 Z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 Z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個のデータサブストリームに所定数の伝

T

送ビットをすベて配分し、 M = {m , m , · · · , m }を得る。次いで、伝送ビット k k, 1 k, 2 k, nT

Z送信パワー配分最適化部 502は、 p = S (m ) /G に従い、 P = {p , ρ c, j BER c, j c, j k k, 1 k, , · ··, p }を求める。

2 k, nT

[0035] 次、でステップ S604にお、て、伝送ビット Ζ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。

[0036] 次いで、隣接サブキャリア伝送ビット Z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。

[0037] 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 Z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力判定する。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、な、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 Z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 1と記し、隣のサブキャリアをサブキャリア 1'と記す。

[0038] ステップ S605にお、て隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 50 3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のすベての N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。

[0039] ステップ S605にお、て隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 50 3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 1およびサブキャリア 1'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 1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 1' に対して適応伝送パラメータの配分を行うためである。

[0040] 次、で、ステップ S606にお、て、隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 503は、サブキャリア 1上に配分された伝送ビット配分パラメータ M = {m , m

1 1, 1

, · ··, m }をサブキャリア 1'上に配分する伝送ビット配分パラメータ Mの初期値と

1, 2 1, ηΤ

する。すなわちこのステップ（S606)において Μ =Μ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。

[0041] 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 Z送信パワー配分最適化部 503は、サブキャリア 1'上のすべてのデータサブストリームに対して AMC ノラメータを 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ノヮ一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 Z送信パヮ一配分最適化部 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 Z送信パワー配分最適化部 503は、 m =m — 1となるように、データサブストリーム nに対して AMC

1 ,η 1 ,η

パラメータを 1レベル低下させる。

n= argmax { (S (m )—S (m - 1) ) /G } , · · ( 1)

j BER l'j BER l'j l'j

[0042] 次、で、ステップ S608にお、て、隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 503は、サブキャリア 1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ヮ一が最も小さ!ヽかを比較する。隣接サブキャリア伝送ビット Z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 Z送信パワー配分最適化部 503 は、 m =m + 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 ,η Ι',η

1レベル向上させる。

n = argmin { (S (m + 1)—S (m ) ) /G } · ' · (2)

j BER l'j BER l'j l'j

[0043] 次、で、ステップ S609にお、て、隣接サブキャリア伝送ビット Z送信パワー配分最適化部 503は、 nと nとを比較する。

[0044] 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 Z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 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。 [0045] 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 Z送信パワー配分最適化部 503は、サブキャリア 1'上の伝送ビット配分パラメータ M を続けて調整する必要がな、と判断し、ステップ S610に移行する。

[0046] 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 Z送信パワー配分最適化部 503は、サブキャリア 1'上の伝送ビット配分パラメータ M に対する調整を終了し、サブキャリア 1'魏合 Uに追カ卩し、ステップ S605〖こ戻る。

[0047] MIMO— OFDM— AMCシステム 100においてすべての N *n個のデータサブス c T

トリーム上で伝送するビット数の配分を完了すると、 N *n個の m が得られる。そのう c T c, j

ち、 c= l, 2, · ··, N、j = l, 2, · ··, nである。次いで、数式 p =S (m )ZG に c T c， ] BER c，j c，j 従って、 N *n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。

c T

[0048] 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。

[0049] 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。

[0050] 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つた 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ヮ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ィ匕することができる。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。

[0051] 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ィ匕することができる。

[0052] 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。

[0053] 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ヮ一配分の最適化を行う AMCパラメータ選択 Z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 Z送信パワー配分部 11 5aは、伝送ビット Z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 Z 送信パワー最適化部 503とに代えて伝送ビット Z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 Z送信パワー配分部 115と相違する。

[0054] 図 5において、 AMCパラメータ選択 Z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 Z送信パワー配分部 302とヽぅ 2つの部分を備えて構成される。

[0055] 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 の MIMO 検出後の信号対干渉雑音比（SINR)ゲイン G を算出する。ここで c = l, 2, · ··, N

、 j = l, 2, · ··, nである。

τ

[0056] 伝送ビット Ζ送信パワー配分部 302は、各データサブストリーム s に配分された伝送ビット数 m および送信パワー p に対して、 SINRゲイン算出部 301で得られた G 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 = l, 2, · ··, N、 j = 1 , 2, · · · , n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

T

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。

[0057] 図 6は、 AMCパラメータ選択 Z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図である。

[0058] まず、ステップ S401〖こお、て、伝送ビット Z送信パワー配分部 302は、各データサブストリーム s に配分する伝送ビット数 m と送信パワー p とを両方とも 0に初期化する。ここで、 c = l , 2, · · · , N j = l , 2, · · · , nである。

c T

[0059] 次!ヽでステップ S402にお!/、て、伝送ビット Ζ送信パワー配分部 302は、 Ν * η個 c Τ の各データサブストリーム s 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 ρ を算出する。送信パワーの増加量 ρ' は下記の式（3)に従い算出される。

p = (S (m + 1) - S (m ) ) /G - (3)

c j BER c j BER c, j c, j

ここで、 S (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

BER

ビット数の平均値力となる場合、無線受信装置に必要とする受信パワーの閾値を表す。 S ( 1) , S (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

BER BER

数式の演算により得られたものである。

[0060] 次!、でステップ S403にお!/、て、伝送ビット Z送信パワー配分部 302は、すべての p の値を比較し、最小値 p 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 を用いて情報ビットを 1つ多く伝送する場合 (ステツプ 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。

[0061] 次いでステップ S404において、伝送ビット Z送信パワー配分部 302は、 m = c * , j * m + 1となるように、データサブストリーム s に配分する伝送ビット数を 1インク c * , j * c * , j *

リメントする。データサブストリーム s を用いて情報ビットを 1つより多く伝送すること c j *

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。

[0062] 次いでステップ S405において、伝送ビット Z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力否かを判定する。具体的には、スループット R=∑ ∑ (r )と、すべてのデータサブストリーム s に対応するスルー c j c, j c, j

プット総和の目標値 (全体的な平均スループット値) Rとが比較される。

b

[0063] ステップ S405において、 R< Rであると判定される場合、伝送ビット Z送信パワー b

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〖こ戻り、続けて伝送ビット配分を行う。

[0064] ステップ S405にお、て、 R≥Rであると判定される場合、伝送ビット配分の処理は b

終わる。この際、得られる各 m 値がすなわちデータサブストリーム s 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 は下記の式 (4)に従い、算出される。

p = S (m ) /G …（

c, j BER c, j c, j

[0065] 図 6のフローが示すように、 AMCパラメータ選択 Z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 に配分された伝送ビット数 m および送信パワー p 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 Z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 * n個のデータサブストリームの上記送信パワーの c T

増加量 (または遍歴総和）を 1回比較する。

[0066] 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ヮ一配分に対して、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が高いほど、処 b

理演算量はより膨大になる。

[0067] 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。

[0068] 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。

[0069] また、ここでは、本発明をノヽードウエアで構成する場合を例にとって説明した力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。

[0070] 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。

産業上の利用可能性

[0071] 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。

Claims

請求の範囲

[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ベ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、前記送信パヮ一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ヮ一の増加量を算出し、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ィ匕パラメータを 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カゝつたサブキャリアが存在するカゝ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ぉヽて、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ノ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ツプを、

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ヽ、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ヮ一配分最適化手段と、

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つのサブキヤ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。