WO2006106762A1

WO2006106762A1 - マルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法

Info

Publication number: WO2006106762A1
Application number: PCT/JP2006/306525
Authority: WO
Inventors: Qiang Wu; Jifeng Li
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN1841961A

Abstract

　マルチアンテナ無線通信システムにおいて送信アンテナを選択する方法を開示する。この方法は、受信側において、送信側から送信されるトレーニングシーケンスに基づきチャネル推定を行い、すべての送信アンテナに対応するチャネル行列Ｈ_ｅを得て、得られるＨ_ｅを定期的に送信側にフィードバックするステップと、フィードバックされるチャネル行列Ｈ_ｅに基づき、総数がＭである送信アンテナの中からＫ個の送信アンテナを選択するステップと、新しく選択された送信アンテナのチャネル行列に対応する条件数と、候補チャネル行列条件数との比が所定の閾値αより小さい場合、新しく選択されたチャネル行列を候補チャネル行列と更新し、選択された送信アンテナを送信に用いると決定するステップと、を有する。

Description

明細書

マルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法技術分野

[0001] 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送信アンテナを選択する方法に関する。特に、線形 MIMO検出器の信号検出に基づき送信アンテナを選択することにより、システムのビット誤り率を向上することができるマルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法に関する。

背景技術

[0002] 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)技術は無線移動通信分野の技術における重大な進歩である。 MIMO技術とはデータの送信および受信において両方とも複数のアンテナを用いる技術を言う。研究によると、 MIMO技術を用いればチャネルの容量を向上するとともに、チャネルの信頼度を向上し、ビット誤り率を低減することができる。 MIMOシステムの容量上限は送信側のアンテナ数または受信側のアンテナ数の小さい方の増加とともに線形的に増加する。これに対して、受信側または送信側においてマルチアンテナまたはアレーアンテナを使う一般のィンテリジエンスアンテナシステムの容量上限はアンテナ数の対数に従って増加する。このため、 MIMO技術は無線通信システムの容量を向上するのに対して極めて大きい潜在力を有し、次世代移動通信システムが採用する重要な技術である。

[0003] 図 1は、 MIMO技術を用いる MIMO無線通信システム 100の構成を示すブロック図である。この構成において、送信側および受信側はそれぞれ nおよび n本のアン

T R

テナを用いて信号の送信および受信を行う。送信側は直列/並列変換部 101および複数の送信アンテナ 102— 1、 102— 2、 ·■·、 102-nを備える。受信側は複数の

T

受信アンテナ 103— 1、 · · ·、 103— n 、チャネル推定部 104、および MIMO検出器 1

R

05を有する。

[0004] 送信側において、送信データはまず直列/並列変換部 101により n個のデータス

T

トリームに分けられ、各データストリームはそれぞれ 1つの送信アンテナ 102と対応する。受信側において、 n本の受信アンテナ 103は信号を受信し、チャネル推定部 10

R

4はこの受信信号に基づきチャネル推定を行って、チャネル特性行列 Hを得る。 Ml MO検出器 105は、チャネル特性行列 Hを用レ、て受信信号に対して MIMO検出を行い、送信側から送信された信号を復調して検出データを得る。

[0005] MIMOシステムにおいて、無線周波数 (RF)に関連する設備のコストが高ぐアンテナ数が増えるのに従って、 MIMOシステムのコストが増加し処理演算量も増加する。このため、現れたのが MIMOシステムにおいて送信アンテナを選択する方法である。 M本の送信アンテナの中からチャネル特性が比較的に良い K本のみを選択することにより RFに関連する設備の数量を減らし、処理演算量を低減することができる。発明の開示

[0006] 本発明の目的は、送信アンテナの選択を行い、システムのビット誤り率を向上することができる、マルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法を提供することである。

[0007] 本発明の送信アンテナ選択方法は、複数の送信アンテナを備えるマルチアンテナ無線通信システムに用いられる送信アンテナ選択方法であって、この方法は、受信側は、送信側から送信されるトレーニングシーケンスに基づきチャネル推定を行い、すべての送信アンテナに対応する第 1チャネル行列を得て、得られた前記第 1チヤネル行列を定期的に送信側にフィードバックするステップと、フィードバックされる前記第 1チャネル行列に基づき、 M本のすベての送信アンテナの中力 K本の送信アンテナを選択する処理において、変数 Iを用いて、前記 K本の送信アンテナの選択を力ゥントする（ここで I、 M、および Kは自然数であり、かつ、 Kは Mより小さい）ステップと、新しく選択された送信アンテナに対応する第 2チャネル行列の条件数と、仮決定された送信アンテナに対応する第 3チャネル行列の条件数との比が所定の閾値ひより小さい場合、前記第 2チャネル行列を用いて前記第 3チャネル行列を更新し、前記新しく選択された送信アンテナを送信に用いる送信アンテナと新たに仮決定するステツプと、を有する、を有するようにした。

[0008] 本発明のもう 1つの態様は、複数の送信アンテナを備えるマルチアンテナ無線通信システムであって、この装置において、受信側は、送信側から送信されるトレーニングシーケンスに基づきチャネル推定を行い、すべての送信アンテナに対応する第 1チヤネル行列を得て、得られた前記第 1チャネル行列を定期的に送信側にフィードバックするチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段の推定結果を用いて、送信側から送信されたデータを復元する MIMO検出手段と、を具備し、送信側は、フィードバックされる前記第 1チャネル行列に基づき、データ送信に用いる送信アンテナを選択する送信アンテナ選択手段と、送信データに対して直列並列変換、符号化、および変調の処理を行い、前記処理が施されたデータを、前記送信アンテナ選択手段で選択された送信アンテナを用いて送信するデータ処理手段と、を具備するという構成を採る。

[0009] 本発明によれば、送信アンテナ選択においてチャネル行列の条件数およびノルムの 2つの要素を同時に考慮し、マルチアンテナ無線通信システムのビット誤り率を向上すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]ΜΙΜΟ技術を用いる MIMO無線通信システムの構成を示すブロック図

[図 2]本発明の一実施の形態に係る MIMO無線通信システムの構成を示すブロック図

[図 3]本発明の一実施の形態に係る線形検出器を備える MIMO無線通信システムに用いられる送信アンテナ選択方法を示すフロー図

[図 4]MIMO検出器が ZF検出器である場合、異なる送信アンテナ選択方法の性能比較を示す図

[図 5]MIMO検出器が格子減少 (LR)検出器である場合、異なる送信アンテナ選択方法の性能比較を示す図

発明を実施するための最良の形態

[0011] 送信アンテナ選択方法は、以下の幾つの方法が考えられる。

[0012] 1.容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法

M本の送信アンテナの中から K本を選択する場合の可能な組合せは、全部で C ^κ

M

種ほたは Cと表記することもある）ある。容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテ

M k

ナ選択方法は容量演算式に従い、この C κ種の組合せを遍歴して、すなわち、すべての組合せそれぞれにおけるシステム容量を全部一回算出して、容量が最大となる

1つの組合せを選択する。

[0013] 2.行列簡略化に基づく送信アンテナ選択方法

上記「1.」に示した容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法の演算量はとても多いため、 Gorokhovは行列簡略化に基づく順次除去の送信アンテナ選択方法を提案した。 Gorokhovが提案したこの方法は、行列演算の原理に基づき、 K本の送信アンテナが残るまで、候補送信アンテナを M本から 1つずつ順次に削除する。その削除の基準は、削除によるシステム容量の減少を最小限に抑えることである。

[0014] 3. ノルムに基づく送信アンテナ選択方法

ノルムに基づく送信アンテナ選択方法は、チャネル行列 Hのすベての列（または行 )、 M列ほたは行）の中からノルムが最大となる K列（または行）を選択し、選択された列ほたは行）に対応する送信アンテナを送信に用いる送信アンテナとして選択する。前述した 2種の方法に比べ、この方法は最も簡単である一方、性能は最も劣る。

[0015] 本発明は、線形 MIMO検出器を備えるマルチアンテナ無線通信システムに用いられる送信アンテナ選択方法を提供し、 MIMO検出器の性能を向上し、 MIMO検出器のビット誤り率を向上することができる。

[0016] 以下、本発明の一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。

[0017] 図 2は、本実施の形態に係る MIMO無線通信システム 200の構成を示すブロック図である。図 2において、 MIMO無線通信システム 200は無線送信装置 250と無線受信装置 260とを含む。簡略化のために、ここでは送信アンテナ選択と関連する構成要素のみを記述する。無線送信装置 250はデータ処理部 201、送信アンテナ選択部 204、および M本の送信アンテナ 205—：！〜 205— Mを備える。無線受信装置 260は、 N本の受信アンテナ 207—：！〜 207— N、チヤネノレ推定部 202、および Ml MO検出部 206を備える。

[0018] データ処理部 201は、データに対して直列 Z並列変換、符号化、および変調などの処理を行レ、、得られるデータサブストリームを送信アンテナ選択部 204に出力する。送信アンテナ選択部 204は、無線受信装置 260からフィードバックされるチャネル行列 H_eに基づき、 M本の送信アンテナの中から送信に用いる K本を選択する。送信アンテナ選択部 204は、データ処理部 201から入力されるデータサブストリームを、選択された K本の送信アンテナを通じて送信する。無線受信装置 260において、 N 本の受信アンテナ 207は、送信アンテナ 205から送信されるトレーニングシーケンスを含む空間信号を受信し、チャネル推定部 202に出力する。チャネル推定部 202は、トレーニングシーケンスに基づきすベての送信アンテナに対応するチャネル行列 H _eを得、得られた H_eをフィードバックチャネル 203を通じて定期的に無線送信装置 2 50の送信アンテナ選択部 204にフィードバックする。 MIMO検出部 206は、 MIMO 検出を行い、無線送信装置 250から送信されるデータを検出する。なお、 MIMO検出部 206は、 ZF (Zero Forcing)検出器、または、格子減少（LR)検出器などの線形検出器力構成される。

[0019] 図 3は、本実施の形態に係る線形検出器を備える MIMO無線通信システム 200に用いられる送信アンテナ選択方法を示すフロー図である。

[0020] このフロー図の説明において、受信アンテナ 207の本数を N (Nは自然数）、送信ァンテナ 205の総数を M (Mは自然数）と仮定し、 M本の送信アンテナ 205の中から K 本を選択して送信に用いる送信アンテナとする。以下の説明において、条件数の定義は、行列の最大特異値および最小特異値の比である。

[0021] まず、ステップ S301で、無線送信装置 250の送信アンテナ選択部 204は、無線受信装置 260のチャネル推定部 202からフィードバックされるシステム全体のチャネル行列 H_eを得、送信に用いる送信アンテナの本数 K、および送信アンテナ選択に用レ、られる閾値 αを設定する。なお、送信アンテナ選択部 204は、 1= 1、 Η =空集合、 Hs_e = H_eとなるように初期化を行う。ここで Iは、 1力 Kまで 1インクリメントしながら、送信に用いるために選択する送信アンテナをカウントするパラメータである。 1= 1という初期化処理により、送信に用いる K本の送信アンテナのうちの 1本目を選択する処理を開始する。 Hは、すでに選択された複数の送信アンテナに対応するチャネル行列を示し、 Hの列数は、 1から Kまで 1インクリメントしながら、選択された送信アンテナの本数をカウントする。 Hs_eは、候補送信アンテナに対応するチャネル行列である。

Hs_eの各列は、各候補送信アンテナに対応するチャネル特性を示す。送信アンテナ選択部 204は、すでに選択された送信アンテナの本数を 1から Kまで 1インクリメントするに従って、 Hs_eの列数（すなわち候補送信アンテナの本数）を、 Mから M— Kまで 1デクリメントする。ここでは、受信アンテナ 207の本数は N = 2であり、送信アンテナ 205の総数は M = 4であり、その中で K = 2本を選択して発射アンテナ（送信に用レ、る送信アンテナ）とし、ひ =0. 9と仮定し、 H_eは以下のようである場合を例にとつて説明する。

H_e =

-0.6545+0.28301 0.0174+0.1978i -0.4687+0.5468i -0.1779_0.0918i -0.0758+0.3787i -0.3209+0.7723i 0.2373+0.1131i 0.1379-0.3496i

[0022] 次いでステップ S302で、送信アンテナ選択部 204は、 I≤Kであるか否かを判定する。

[0023] ステップ S302において Ι >Κと判定される場合、送信アンテナ選択部 204は、送信アンテナ選択が終わったと判断し、ステップ S312に移行する。

[0024] 次いで、ステップ S312で、送信アンテナ選択部 204は、選択された送信アンテナおよび対応するチャネル行列 Ηを出力する。

[0025] ステップ S302において、 Ι≤Κと判定される場合、フローはステップ S303に移行する。例えば、 1= 1、 Κ= 2である場合、 Ι<Κであるため、フローはステップ S303に移行する。

[0026] 次レ、でステップ S303で、送信アンテナ選択部 204は、 Hs_eの列数 Cを算出し、 J = 1、条件数の最小値 con_minが∞となるように初期化を行う。ここで Hs_eの列数 Cは、式 C = M— 1 + 1に従い算出され、 1= 1である場合は、送信アンテナ 205の総数 Mとなる。 Jは、送信に用いる K本の送信アンテナの I本目を選択する処理で、 M— 1 + 1 回の選択ループの中の J回目を示すカウンターであり、 1≤J≤M_I+ 1である。また送信アンテナ選択部 204は、既に選択された I一 1本の送信アンテナに対応するチヤネル行列 Hに Hs_eの 1列目を追加することにより、 Heを初期化する。ここで Heは、すでに選択された I一 1本の送信アンテナに対応するチャネル行列 Hに、候補送信アンテナに対応するチャネル行列 Hs_eの J番目の列を追加して得られる、すでに選択された送信アンテナと、新しく選択される送信アンテナに対応するチャネル行列である。以下、 Heを新しく選択される送信アンテナに対応するチャネル行列と略称する。 H cは送信アンテナ選択の演算に用いられる中間パラメータであり、 1つの Iの値に対して、 M— 1 + 1個の可能な Heが存在する。この M— 1+ 1個の可能な Heの中力らべストの 1つを選択すると、送信に用いる送信アンテナの 1つが決まる。 Hc = [H Hs_e(: , 1)]の中の Hs_e (：， 1)は、 Hs_eの 1列目を表す。ステップ S303において、 C = 4、 H =空集合、 1= 1、 J= lである場合、 Heは Hs_eの 1列目力なる 1列行列となり、すなわち、

Hc =

-0.6545+0.28301

-0.0758+0.37871

Hs_e = H_e =

-0.6545+0.2830i 0.0174+0.1978i -0.4687+0.5468i -0.1779_0.0918i -0.0758+0.3787i -0.3209+0.7723i 0.2373+0.1131i 0.1379-0.3496i となる。

[0027] 次いで、ステップ S304で、送信アンテナ選択部 204は、 J≤Cであるか否かを判定する。

[0028] ステップ S304において、 J≤Cと判定される場合、フローはステップ S306に移行する。ステップ S306で、送信アンテナ選択部 204は、 He = [H Hs_e (：, J)]となるようにし、 Heの条件数 conlを算出する。ここで、 Heはすでに選択された 1—1本の送信ァンテナに対応するチャネル行列 Hに、候補送信アンテナに対応するチャネル行列 Hs _eの J列目を追加して得られる行列である。例えば、 1= 1、 J= l、 H =空集合である場合、 Heは、

Hc =

-0.6545+0.28301

-0.0758+0.37871

となり、その条件数は 1である。

[0029] 次レ、でステップ S307で、送信アンテナ選択部 204は、 conl≤con_min X αであるか否かを判定する。

[0030] ステップ S307において、 conl≤con_min Xひであると判定される場合、フローはステツプ S308に移行する。例えば、 conl = l、 con_min=∞、 a = 0. 9である場合、フローはステップ S308に移行する。

[0031] 次レ、でステップ S308で、送信アンテナ選択部 204は、 Hs = Hc、 con_min = conlとなるようにする。ここで Hsは、送信に用いる K本の送信アンテナの I番目を選択するため、 Jを 1から Cまで 1インクリメントするループの処理に用いられる中間パラメータ的な行列であり、上記 I番目の送信アンテナとして仮決定された送信アンテナと、すでに選択された 1—1本の送信アンテナとに対応するチャネル行列である。以下、 Hsを仮決定された送信アンテナに対応するチャネル行列と略称する。このステップで、仮決定された送信アンテナに対応するチャネル行列 Hsの条件数 conjninは、 con_min = c onl = lとなり、は、

Hs = Hc =

-0.6545+0.2830i

-0.0758+0.3787i

となる。

[0032] 次いで、ステップ S311で、送信アンテナ選択部 204は、 Jを 1インクリメントし、すなわち、 J=J+ 1となるようにし、ステップ S304に戻る。

[0033] ステップ S307において conl≤ conjnin X αでなレ、と判定される場合、フローはステップ S 309に移行する。

[0034] 次いでステップ S309で、送信アンテナ選択部 204は、 | con 1— conjnin | ≤con_ min X (1 α )であるか否かを判定する。

[0035] ステップ S309において、 I con 1— conjnin I ≤ conjnin X (1— α )であると判定される場合、すなわち、新しく選択された送信アンテナに対応するチャネル行列 Heの条件数と仮決定された送信アンテナに対応するチャネル行列 Hsの条件数との差の絶対値と、仮決定された送信アンテナに対応するチャネル行列 Hsの条件数との比が (1—ひ）より小さいと判定される場合、フローはステップ S310に移行する。

[0036] 次いでステップ S310で、送信アンテナ選択部 204は、新しく選択された送信アンテナに対応するチャネル行列 Heの列のノルム、および仮決定された送信アンテナに対応するチャネル行列 Hsの列のノルムを算出し、ノルムが大きい方の 1つの列に対応する送信アンテナを選択し、 Hsを更新する。例えば 1= 1、 J = 2、 C = 4である場合、 ^¾は前回1= 1、】= 1、 C = 4に対応するループのステップ S308において算出されたものであり、

Hs =

-0.6545+0.28301

-0.0758+0.37871

である。すなわち、 Hsは Hs_eの 1列目を追加して得られた行列であり、 Hsの条件数は 1である（ステップ S308の con_min = conlによる）。 Heは、 Hc= [H Hs_e (：, 2 ) ]であり、 Hs_eの 2列目を追加して得られた行列であり、

Hc =

0.0174+0.19781

-0.3209+0.77231

である。

[0037] 要するに、 1= 1、 J = 2、 C = 4である場合、ステップ S304、 S306、 S307、および S 309を経て、フローはステップ S310に至っている。そして、ステップ S310で、送信ァンテナ選択部 204は、 Hsの新しく追加された列のノルム（本例では、 Hs_eの 1列目）および Heの新しく追加された列のノルム（本例では、 Hs_eの 2列目）を比較し、ノルムが大きい方の列を選択して Hに加え、新しい Hsを構成し、ステップ S31 1に移行する。本例では、 Hs_eの 2列目のノルムが 1列目のノルムより大きいため、 Hsは、

Hs =

0.0174+0.1978i

-0.3209+0.7723i

に更新される。

[0038] ステップ S309において、 I conl _con_min I ≤con_min X (1—ひ）でないと判定される場合、フローはステップ S311に移行する。

[0039] ステップ S304において、 J≤Cでなレ、と判定される場合、フローはステップ S305に移行する。

[0040] 次レ、でステップ S305で、送信アンテナ選択部 204は、 H = Hs、 1 = 1 + 1となるようにする。また送信アンテナ選択部 204は、 Hs_eに対して、選択された列を除去して新しい Hs_eに更新し、ステップ S302に戻る。例えば 1= 1である場合、選択される列は Hs— eの 2列目であり、新しい Hs— eは、

Hs_e =

-0.6545+0.2830i -0.4687+0.5468i -0.1779-0.0918i

-0.0758+0.3787i 0.2373+0.1131i 0.1379-0.3496i

と更新される。

[0041] 以下、図 3に示した本実施の形態に係る送信アンテナ選択方法の具体的な処理について、例をあげて説明する。

[0042] 本例において、受信アンテナ 207の数を N = 2、送信アンテナ 205の総数を M = 4

、その中力 K = 2本を選択して送信に用いると仮定する。なお、ひ =0. 9と仮定し、

H_eは、

H_e =

-0.6545+0.2830i 0.0174+0.1978i -0.4687+0.5468i -0.1779_0.0918i -0.0758+0.3787i -0.3209+0.7723i 0.2373+0.1131i 0.1379-0.3496i であると仮定する。

[0043] 上記の仮定を基に、図 3に示す方法に従い送信アンテナ選択を行う際、送信アンテナ選択部 204は、まずステップ S301で、 H =空集合、 1= 1、および Hs_e = H_eとなるように初期化を行う。この場合、 1から 4までの Jの値に対応して、ステップ S306で生成する 4つの Heは互いに異なり、 Hs_eの 4つの列それぞれに対応する。この 4つの Heの条件数は何れも 1とし、ステップ S310のノルム比較によって送信に用いる送信アンテナを仮決定する = 2， 3, 4の場合)。 J= lの場合は、ステップ S304, S30 6, S307, S308を通じて、

con_min = 1;

Hs =

-0.6545+0.2830i

-0.0758+0.3787i

が得られる。次レヽでステップ S311で、 J=J+ 1 = 2とし、ステップ S304、 S306に戻って、 Hc =

0.0174+0.1978i

-0.3209+0.7723i

が得られる。

[0044] また、ステップ S306で、 Heの条件数を算出した結果は 1となり、ステップ S307の比較を経てステップ S309に移行する。次いでステップ S309の比較結果によってフロ一はステップ S 310に移行する。

[0045] この場合、 J = 2に対応する Hsは、 J= lに対応するループ処理のステップ S308で、 Hs = Hc = [H Hs_e (：, 1) ]により得られたものであり、 Hs_eの 1列目を追加されて得られた行列である。また、ここで Hは空集合で、 J = 2に対応する Heは、 Hc = [H Hs_e (：， 2) ]であり、 Hs_eの 2列目を追加して得られた行列である。ステップ S310で送信アンテナ選択部 204は、 Hsに追加された Hs_eの列のノルムと、 Heに追加された Hs_eの列のノルムとを比較して、ノルムが大きい方の列を Hに追加し新しい Hsを構成する。ここでは Hs_eの 2列目のノルムが 1列目のノルムより大きいため、 Hsは、 Hs =

0.0174+0.1978i

-0.3209+0.7723i

に更新される。

[0046] J = 3、 J=4の場合も、 J = 2の場合と同様の処理が行われる。

[0047] J = 5の場合、送信に用いる 1本目の送信アンテナはすでに選択され、ステップ S30 5で、

H =

0.0174+0.19781

-0.3209+0.77231

が得られる。

また、 Hs_eの 2列目を除去して、

Hs_e = -0.6545+0.2830i -0.4687+0.5468i -0.1779_0.0918i

-0.0758+0.3787i 0.2373+0.1131i 0.1379-0.3496i

が得られる。

[0048] 次いで、ステップ S305で送信アンテナ選択部 204は、送信に用いる 2本目の送信アンテナを選択するために、 1 = 2とし、ステップ S302にもどる。送信に用いる 2本目の送信アンテナは候補送信アンテナとして 3つの選択肢がある。 3つの選択肢に対応して、 Jに対応するループが 3回実行され、

1回目、 J= l、 Hl =Hc= [H Hs_e ( : , 1)コ、

2回目、 J = 2、 H2 = Hc= [H Hs_e ( : , 2)コ、

3回目、 J = 3、 H3 = Hc= [H Hs_e ( : , 3)コ、

が得られる。すなわち、

Hl =

0.0174+0.1978i -0.6545+0.2830i

-0.3209+0.7723i -0.0758+0.3787i

となり、その条件数は 1.8060である。

H2 =

0.0174+0.1978i -0.4687+0.5468i

-0.3209+0.7723i 0.2373+0.1131i

となり、その条件数は 1.3176である。

H3 =

0.0174+0.1978i -0.1779_0.0918i

-0.3209+0.7723i 0.1379-0.3496i

となり、その条件数は 6.3734である。

[0049] 次いでステップ S303で送信アンテナ選択部 204は、、 C = 3を算出し、 con_min = ∞に設定する。次いでステップ S304の判定において、 J= l、 J≤Cであるため、フロ一はステップ S306に移行する。ステップ S306で送信アンテナ選択部 204は、 Hc = HIと設定し、 Heの条件数 conl = 1.8060を算出する。次いで、ステップ S307の判断を経てフローは、ステップ S308に移行し、 Hs = Hc、 con_min = 1.8060が算出される。次レヽで、ステップ S311で J=J+ 1 = 2とし、フローはステップ S304に戻る。

[0050] ステップ S304で、送信アンテナ選択部 204は、 J≤Cと判断する。次いで、フローはステップ S306に移行し、 Hc = H2とし、 Heの条件数 conl = 1.3176が算出される。次いでステップ S307の判断を経てフローは、ステップ S308に移行し、 Hs = Hc、 con_ min= 1.3176が得られる。次レヽでステップ S311に移行し、 J=J+ 1 = 3とし、フローは、ステップ S304に戻る。

[0051] ステップ S304で送信アンテナ選択部 204は、 J≤Cと判断し、ステップ S306に移行する。ステップ S306で送信アンテナ選択部 204は、 Hc = H3と設定し、 Heの条件数 conl = 6.3734を算出する。次いでステップ S307の判断を経てフローは、ステップ S3 09に移行し、ステップ S309の半 IJ断を経てステップ S311に移行する。ステップ S311 で、 J=J + 1 =4とし、フローは、ステップ S304に戻る。

[0052] ステップ S304で送信アンテナ選択部 204は、 J > Cと判断し、ステップ S305に移行する。ステップ S305で、送信アンテナ選択部 204は、 1 = 1+ 1 = 3とし、 1 = 2の場合に選択された列を除去し、

H = Hs =

0.0174+0.1978i _0.4687+0.5468i

-0.3209+0.7723i 0.2373+0.1131i

Hs_e =

-0.6545+0.2830i -0.1779_0.0918i

-0.0758+0.3787i 0.1379-0.3496i

を得て、ステップ S302に戻る。

[0053] ステップ S302の判断において、 I >Kであるため、ステップ S312に移行し、送信ァンテナ選択部 204は、 Ηおよび選択された送信アンテナとして、総数 Μ本の中の 2本目と 4本目を出力する。ここまでで、送信アンテナ選択処理は終わる。

[0054] 図 4は、 ΜΙΜΟ検出器力 ¾F (Zero Forcing)検出器である場合、異なる送信アンテナ選択方法の性能比較を示す図である。シミュレーションにおいて、変調方式は 16 QAMを用レ、、受信アンテナの本数は N = 2で、送信アンテナの総数は M = 2で、 2 本 (K= 2)のアンテナを送信に用いる発射アンテナとして選択する。 [0055] 図 4において、「無選択 ZF」が示すのは、送信アンテナ選択をせず、 2本の送信ァンテナ、 2本の受信アンテナをそのまま用いる場合のビット誤り率（BER)性能を示す。「ノルム」はノルムに基づく送信アンテナ選択方法の BER性能を示す。「遍歴条件数 ZF」は、 C^K 種を遍歴して、条件数が最小となるチャネル行列 Hに対応する送信

M

アンテナを送信に用いる発射アンテナとして選択する方法の BER性能を示す。「重ね ZF」は、本実施の形態に係る送信アンテナ選択方法の BER性能を示す。図 4において、「容量最適」は、容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法の BE R性能を示す。

[0056] 図 5は、 MIMO検出器力 SLR (格子減少）検出器である場合、異なる送信アンテナ選択方法の性能比較を示す図である。図 5において、「遍歴条件数 LR」は図 4における「遍歴条件数 ZF」方法に対応し、「重ね LR」は、図 4における「重ね ZF」に対応する。

[0057] 図 4および図 5が示すように、同様の MIMO検出方法にとって、本発明に係る送信アンテナ選択方法および容量最大化に基づく遍歴的な送信アンテナ選択方法の性能は十分近づき、他の方法より優れる。かつ、本実施の形態に係る送信アンテナ選択方法の処理演算量はかなり低い。 K = Nと仮定すれば、最適な送信アンテナ選択方法は K階の行列式を C^K 回算出する必要がある。本発明に係る送信アンテナ選択

M

方法は、条件数を算出する際に、 SVD (特異値分解)を算出する必要がなぐ冪法および反冪乗を用いて最大特異値および最小特異値を求めて、条件数を算出することができる。行列が K階である場合、複雑さは ο (κ²)となり、全体的な複雑さは下記の式（1)に示すようになる。

[数 1]

^( - J + l) x (0(J²)) … 、丄）ここで〇は階数を示す。

[0058] また、図 4および図 5が示すように、同様の MIMO検出方法にとって、重ねの方法（本実施の形態に係る方法）は、「遍歴条件数」の方法より良ぐかつ、処理演算量も低レ、。その原因は、条件数が最小のものを選択するだけでは、最適な検出方法にはならず、条件数およびノルムを同時に考慮しなければならないためである。例えば、行列 H_eがお互いに直交する 2つの列を含んでュニタリ行列 Q (条件数 = 1)を構成し、 2本の発射アンテナを選択する場合を仮定し、なお最後得られるチャネル行列 H = Q が最適であると仮定する。条件数を用いる場合も同様の仮定をする。なお、 Qのある 1つの列を X倍に拡大し (H_eの対応する列を X倍拡大する）、 Q1になり、 H = Q1が最適な選択であると仮定する。しかし、この場合、もし条件数だけに基づいて選択を行うと最適な選択が得られるとは限らなレ、。、チャネル行列の各列のノルムが条件数の変化を起こし、もしチャネル行列の各列のノルム（受信側の信号電力に正比例するノルム）が等しければ、条件数の選択法は最適である。一方、もし各列のノルムが等しくなければ、最適な送信アンテナ選択を行うためには、チャネル行列の各列のノルムをも考慮する必要がある。力かる場合チャネル行列を選択する原則は、チャネル行列の各列のノルムはより大きぐ同時に条件数はより小さいようにすることである。こうして、受信側が線形検出器を使うことによる雑音の増大を抑えることができる。本発明は、このような結果を達することを試みる（実際に、送信に用いる 1本目の発射アンテナを選択する際、まさしくノルムが最大となる列を選択している）。次いで、条件数およびノルムを合わせて考慮する原則に従つて選択を行う。

[0059] このように、本実施の形態によれば、チャネル行列の条件数およびノルム両方に基づき、送信アンテナの選択を行うため、マルチアンテナ無線通信システムのビット誤り率を向上することができる。

[0060] 本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法は、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。

[0061] 本発明に係る送信アンテナ選択方法は、マルチアンテナ無線通信を行う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。

[0062] なお、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、本発明に係る送信アンテナ選択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、本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムと同様の機能を実現することができる。

[0063] 本明細書は、 2005年 3月 30日出願の中国特許出願第 200510062910. 3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

[0064] 本発明に係るマルチアンテナ無線通信システムおよび送信アンテナ選択方法は、 MIMO無線通信システムにおいて送信アンテナを選択する等の用途に好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の送信アンテナを備えるマルチアンテナ無線通信システムに用いられる送信アンテナ選択方法であって、

受信側は、送信側から送信されるトレーニングシーケンスに基づきチャネル推定を行レ、、すべての送信アンテナに対応する第 1チャネル行列を得て、得られた前記第 1 チャネル行列を定期的に送信側にフィードバックするステップと、

前記送信側は、前記受信側からフィードバックされる前記第 1チャネル行列に基づき、 M本のすベての送信アンテナの中から K本の送信アンテナを選択する処理において、変数 Iを用いて、前記 K本の送信アンテナの選択をカウントする（ここで I、 M、および Kは自然数であり、かつ、 Kは Mより小さレヽ）ステップと、

新しく選択された送信アンテナに対応する第 2チャネル行列の条件数と、仮決定された送信アンテナに対応する第 3チャネル行列の条件数との比が所定の閾値 αより小さい場合、前記第 2チャネル行列を用いて前記第 3チャネル行列を更新し、前記新しく選択された送信アンテナを送信に用いる送信アンテナと新たに仮決定するステツプと、

を有する送信アンテナ選択方法。

[2] 前記送信アンテナを選択する処理は、

候補送信アンテナに対応する第 4チャネル行列は、前記第 1チャネル行列と等しく、前記第 4チャネル行列の各列は各候補送信アンテナに対応するチャネル特性を示すステップ、

をさらに有する請求項 1記載の送信アンテナ選択方法。

[3] すでに選択された 1—1本の送信アンテナに対応する第 5チャネル行列に、前記第

4チャネル行列の J列目を追加することによって前記第 2チャネル行列を M_I + 1個得、前記 M— I + 1個の前記第 2チャネル行列の条件数を算出して、条件数が最小となる前記第 2チャネル行列に追加された、前記第 4チャネル行列の列に対応する送信アンテナを送信に用いる I番目の送信アンテナと仮決定するステップ、

をさらに有する請求項 1記載の送信アンテナ選択方法。

[4] 前記第 2チャネル行列の条件数と前記第 3チャネル行列の条件数との差の絶対値と、前記第 3チャネル行列の条件数との比力 SI— _αより小さい場合、前記第 2チャネル行列に追加された、前記第 4チャネル行列の列のノルムと、前記第 2チャネル行列に追加された、前記第 4チャネル行列の列のノルムとを比較し、ノルムの大きい方の前記第 4チャネル行列の列に対応する送信アンテナを選択し、送信に用いる I番目の送信アンテナと仮決定するステップ、

をさらに有する請求項 1記載の送信アンテナ選択方法。

[5] 前記所定の閾値ひは、 0より大きぐ 1より小さい数値である、

請求項 1記載の送信アンテナ選択方法。

[6] 前記前記第 5チャネル行列に、前記第 4チャネル行列の J列目を追加するステップにおいて、

前言は、前記第 1チャネル行列の各列それぞれを示し、前のすべての値に対して前記仮決定に関する処理が終わると、送信アンテナ選択の仮決定結果を、送信に用レ、る K本の送信アンテナのうちの I本目の選択結果とする、

請求項 3記載の送信アンテナ選択方法。

O)検出器は、線型検出器である、

請求項 1記載の送信アンテナ選択方法。

[8] 前記線型検出器は、 ZF (Zero Forcing)検出器である、

請求項 7記載の送信アンテナ選択方法。

[9] 前記線型検出器は、格子減少 (LR)検出器である、

請求項 7記載の送信アンテナ選択方法。

[10] 複数の送信アンテナを備えるマルチアンテナ無線通信システムであって、

受信側は、

送信側から送信されるトレーニングシーケンスに基づきチャネル推定を行レ、、すべての送信アンテナに対応する第 1チャネル行列を得て、得られた前記第 1チャネル行列を定期的に送信側にフィードバックするチャネル推定手段と、

前記チャネル推定手段の推定結果を用いて、送信側から送信されたデータを復元する MIMO検出手段と、を具備し、

送信側は、

前記受信側からフィードバックされる前記第 1チャネル行列に基づき、データ送信に用レ、る送信アンテナを選択する送信アンテナ選択手段と、

送信データに対して直列並列変換、符号化、および変調の処理を行い、前記処理が施されたデータを、前記送信アンテナ選択手段で選択された送信アンテナを用いて送信するデータ処理手段と、

を具備する、

マルチアンテナ無線通信システム。