WO2007099998A1

WO2007099998A1 - 無線通信システム、無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法

Info

Publication number: WO2007099998A1
Application number: PCT/JP2007/053753
Authority: WO
Inventors: Masayuki Hoshino; Kenichi Miyoshi; Yasuaki Yuda; Katsuhiko Hiramatsu; Ryohei Kimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2007-09-07
Also published as: JP4776565B2; JP2007267376A; US20090185634A1; US8081702B2; EP1981199A1

Abstract

　上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合にも、無線通信システムのスループット低下を防止する。最大固有値算出部（１１５）は、チャネル行列から最大固有値を算出する。最大固有値比較部（１１６）は、この最大固有値と、基地局から別途通知された下り回線の最大固有値とを比較する。固有モード主導権指示部（１１７）は、最大固有値比較部（１１６）での比較結果に基づいて、固有モード主導権を通信相手または自機のいずれに渡すかを決定し、自機に渡す場合には、当該事実を固有ビーム補正部（１１８）に通知する。固有ビーム補正部（１１８）は、固有モード主導権を得た場合には、下り回線と上り回線の双方の固有値を用いて相関行列を補正し、補正後の相関行列に基づいて、指向性形成部（１０３）に固有ビーム形成を指示する。

Description

明細書

無線通信システム、無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法技術分野

[0001] 本発明は、 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)方式を採用した無線通信システム、当該システムで使用される無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯電話機等に代表される移動体通信システムにおいて、サービス態様が多様化し、音声だけではなぐ静止画像、動画像等の大容量データも伝送することが要求される。そして、次世代の移動体通信システムにおける高速大容量のデータ伝送方式として、 MIMO通信システムの研究が盛んに行われている。 MIMOシステムは、送受信双方に複数のアンテナを配し、複数の独立なストリームを同一帯域において同時に送受信するシステムであって、周波数帯域を拡張することなしに通信システムのスループットを増大させることができる。特に、アレーアンテナを用いる固有モード伝送は、複数の固有ベクトルにより独立な信号を同一帯域において同時に送受信すること力 Sできる。

[0003] そして、セルラ向けの TDD (Time Division Duplex)システムにおいて、固有モード伝送を適用することが検討されている（例えば、非特許文献 1参照）。固有モード伝送方式を用いた通信のイメージを図 1に示す。ここで、無線送信装置 10が M本のァレ一アンテナを有し、無線受信装置 20が N本のアレーアンテナを有するとする（M、 N は、 2以上の自然数)。無線送信装置 10は、送信信号に対し固有ビーム Bl、 B2を形成して送信処理を行い、無線受信装置 20は、受信信号に対し固有ビーム B3、 B4を形成して受信処理を行う。

[0004] このとき、 MIMOチャネルの応答行列 Aは、固有ベクトル # i (i= l, 2, 3, · · · , M )

0 における固有値えを用いて、以下の式（1)〜（5)によって表現される。 A = E DE

M₀ = rmn(M,N) … （ ₂ ) D = diag ， … ,

= [^,い ^ei,2，" '，^eo/₀ ]

( 4 )

式（1)〜（5)において、 e はチャネル相関行列 A^HAの固有値 λに属する無線送

t， i i

信装置 10の固有ベクトルであり、 e はチャネル相関行列 AA^Hの固有値えに属する無線受信装置 20の固有ベクトルである。

[0005] この固有モード伝送方式を用いることにより、周波数帯域の拡張なしに通信システムの伝送容量の拡大を図ることができる。

非特許文献 1 : "2.1. Uplink Sounding", 3GPP TSG RAN WG1 # 42, Rl— 0515 16、 2005年 11月

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0006] TDD方式は、送信と受信とに同一の周波数を用い、時分割で切り替えて通信を行う方式である。送信と受信とを切り替える速さは、一般的にフェージング変動速度よりも十分に速くなるように設計される。よって、例えば図 2に示すような無線通信システムを考えると、理想的には、基地局（node B)から通信端末 (UE)に信号 S1を送信する際に生じるフェージング変動 (h )は、通信端末から送信された信号 S2を基地

DL

局で受信する際のフェージング変動 (h )と同じものとみなすことができる。すなわち

UL

、一方の無線通信装置で受信した信号のチャネル相関行列を、逆回線のチャネル相関行列と同一とみなして固有ビームを形成することができる。この性質を TDD方式における伝搬路の可逆性 (対称性）と呼ぶ。

[0007] しかし、現実のセルラシステムでは、基地局と通信端末とが異なる干渉の影響を受けるため、伝搬路の可逆性を用いて固有モード伝送を適用すると、上下回線で最適となる解（固有ビーム）が異なるという問題がある。図 3は、この問題を具体的に説明するための図である。この図で、 H および H は、それぞれ上り回線と下り回線の M

UL DL

IMOチャネル応答行列（A)を表す。

[0008] 例えば、図 3に示すように、セルエッジに位置する通信端末 50には、自機宛ての信号 S13以外に、周辺セルからの送信信号 S14、 S15が到来するため、これらの信号による干渉（セル間干渉）を受ける。これに対し、セルの中心に位置する基地局 60は、このような他セル干渉を受けにくい代わりに、複数の通信端末からの信号 Sl l、 SI 2を受信するため、これらの受信信号間で干渉 (ユーザ間干渉）が生じる。よって、理想的には同一とみなせるチャネル相関行列も、実際には上り回線と下り回線とで干渉成分が異なるため、非対称となる。その結果、各チャネル相関行列に対して最適となる解（固有ビーム)も異なることとなり、無線通信システムのスループットは低下することとなる。

[0009] 本発明の目的は、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合、すなわち、各回線の伝搬路環境が異なる場合にも、無線通信システムのスループット低下を防止することができる無線通信システム等を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明の無線通信システムは、 2つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第 1チャネル相関行列および第 2チャネル相関行列のうち、前記第 1チャネル相関行列の特徴を示す第 1特徴値を取得する第 1取得手段と、前記第 2チャネル相関行列の特徴を示す第 2特徴値を取得する第 2取得手段と、前記第 1特徴値および前記第 2特徴値に基づレ、て、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列を補正する際の基準チャネル相関行列を決定する決定手段と、前記基準チヤネル相関行列に基づレ、て、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列の一方または双方を補正する補正手段と、を具備する構成を採る。発明の効果

[0011] 本発明によれば、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、無線通信システムのスループットを改善することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]固有モード伝送方式を用いた通信のイメージを示す図

[図 2]無線通信システムの一例を示す図

[図 3]現実のセルラシステムの問題を説明するための図

[図 4]本発明の実施の形態 1に係るチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図

[図 5]実施の形態 1に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図

[図 6]本発明の実施の形態 2に係るプリコーディング制御方法の手順を示すシーケンス図

[図 7]実施の形態 2に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図

[図 8]本発明の実施の形態 3に係るチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図

[図 9]実施の形態 3に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明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] (実施の形態 1)

図 4は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信システムにおけるチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図である。当該無線通信システム力無線通信装置 100aおよび無線通信装置 100bを有する場合を例にとって説明する。

[0015] 本実施の形態に係る無線通信システムにおいて、まず、無線通信装置 100aから順回線を用いてパイロットチャネルが送信される（ST1010)。

[0016] 無線通信装置 100bは、受信パイロットチャネルに基づいてチャネル相関行列ほたは単に、チャネル行列あるいは相関行列と呼ぶ）の固有値を算出し (ST1020)、今度は逆に、逆回線を使って無線通信装置 100aにパイロットチャネルを送信すると共に、算出された固有値も無線通信装置 100aに報告する（ST1030、 1040)。ここで、報告される固有値は、複数存在する固有値のうち最大のものである。

[0017] 無線通信装置 100aは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルを受信し、逆回線の固有値を算出する（ST1050)。そして、算出された固有値のうち最大のものと、別途報告された無線通信装置 100bの最大固有値とを比較することにより、無線通信装置 100aと無線通信装置 100bのいずれが固有ビーム形成において主導権を握る力、、すなわち固有モード主導権を無線通信装置 100aと無線通信装置 100b のいずれに属すべきか決定する（ST1060)。より詳細には、順回線と逆回線のそれぞれの最大固有値を比較し、大きな値をとる方の回線の無線通信装置に固有モード主導権を与える。ここでは、無線通信装置 100aが固有モード主導権を与えられたとする。

[0018] 無線通信装置 100aは、無線通信装置 100bに対し自機が固有モード主導権を有している旨を通知する（ST1070)。次に、無線通信装置 100aは、上記の順回線および逆回線の各固有値に基づいて相関行列の補正を行う（ST1080)。補正方法の詳細については後述する。そして、無線通信装置 100aは、補正後の相関行列を用レ、て送信用固有ビームの形成を行レヽ (ST1090)、そのビームを用いてデータを送信する（ST1100)。

[0019] 無線通信装置 100bは、パイロットチャネルを観測して得られる相関行列を用いて受信用固有ビームの形成を行レ、 (ST1110)、そのビームを用いてデータを受信する。ここで、受信用固有ビーム形成のためのパイロットチャネルは、 ST1020で得られる固有値を流用しても良いし、無線通信装置 100aにおいて別途データ送信時にパイロットチャネルを付加するようにしても良い。

[0020] このように、本実施の形態に係る無線通信システムでは、無線通信装置 100aの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、無線通信装置 100bの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、これらの最大固有値に基づいて、無線通信装置 100aの受信チャネルの相関行列を補正する。

[0021] これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、チャネル相関行列を補正することにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境の対称性を維持することができる。 [0022] なお、無線通信装置 100bが固有モード主導権を握る場合は、 ST1080以降の手順が、無線通信装置 100aと無線通信装置 100bとで逆となる。

[0023] 図 5は、上記の動作を実現する無線通信装置 100a、 100b (総称して無線通信装置 100)の主要な構成を示すブロック図である。なお、ここでは、無線通信装置 100 が移動体通信システムにおける基地局装置である場合を例にとって説明する。

[0024] 無線通信装置 100は、符号化部 101、 MIMO変調部 102、指向性形成部 103、送信 RF部 104— 1〜： 104— N、アンテナ 105— 1〜105— N、受信 RF部 111— 1〜： 11 1 _N、 MIMO復調部 112、チャネル推定部 113、複号化部 114、最大固有値算出部 115、最大固有値比較部 116、固有モード主導権指示部 117、および固有ビーム補正部 118を備える。無線通信装置 100は、大別すると、符号化部 101〜送信 RF 部 104からなる送信系統と、受信 RF部 111〜固有ビーム補正部 118からなる受信系統とを有する。なお、本明細書において、同様の機能を有する複数の構成に対し同一の符号を付すこととし、さらに各符号に続けて異なる枝番を付して互いを区別する

[0025] 本実施の形態に係る無線通信装置の各部は以下の動作を行う。まず、送信系統について説明する。

[0026] 符号化部 101は、送信データに対し、ターボ符号等により誤り訂正符号化を施し、 MIMO変調部 102へ出力する。

[0027] MIMO変調部 102は、符号化部 101から出力される送信データに対し、 MIMO変調を施す。すなわち、 MIMO変調部 102は、符号化部 101から出力される送信データを複数ストリーム（ここでは N本）に分割し、各ストリームに対し、 QPSK、 16QAM 等の所定の変調方式で変調し、得られる N本の変調信号を指向性形成部 103へ出力する。

[0028] 指向性形成部 103は、 MIMO変調部 102から出力される N本のストリームからなる変調信号に対し、固有ビーム補正部 118から指示される固有ビーム形成用のウェイトをそれぞれ乗算し、送信 RF部 104—1〜： 104— Nへ出力する。

[0029] 送信 RF部 104—1〜： 104— Nは、 N本のストリームに対し、 D/A変換、アップコンパート等の所定の無線 (RF)送信処理を施し、得られる無線信号をアンテナ 105—：！〜 105— Nを介して送信する。

[0030] 次いで、本実施の形態に係る無線通信装置の受信系統について説明する。

[0031] 受信 RF部 111 111 Nは、アンテナ 105— :! 105— Nを介して受信された無線信号に対し、ダウンコンバート、 A/D変換等の所定の無線受信処理を施し、得られる信号を MIMO復調部 112およびチャネル推定部 113へ出力する。

[0032] チャネル推定部 113は、受信 RF部 111— 1〜： 111—Nから出力される複数の受信ストリームに対してパイロットチャネルに基づいてチャネル推定を行レ、、各ストリームについて得られるチャネル推定値からチャネル相関行列を生成し、このチャネル相関行列を MIMO復調部 112および最大固有値算出部 115へ出力する。

[0033] MIMO復調部 112は、受信 RF部 111 _ 1〜： 111 _Nから出力される複数ストリームに対し、 MIMO復調を施す。すなわち、 MIMO復調部 112は、受信 RF部 111 _ 1 _{ι η} _Νから出力される複数ストリームに対し、チャネル推定部 113から出力されるチャネル相関行列に基づいてチャネル変動補償を行った後、 QPSK 16QAM等の所定の変調方式に対応する復調処理を施す。 MIMO復調部 112は、得られた復調信号の複数ストリームを単一ストリームに合成し、合成信号を復号ィヒ部 114へ出力する。

[0034] 復号化部 114は、 MIMO復調部 112から出力される合成信号に対し、送信側で使用された誤り訂正符号化に対応する復号処理を施し、受信データを得る。

[0035] 最大固有値算出部 115は、チャネル推定部 113で得られたチャネル行列から最大固有値を算出し、最大固有値比較部 116へ出力する。

[0036] 最大固有値比較部 116は、最大固有値算出部 115で算出された最大固有値と、通信端末力別途通知された下り回線の最大固有値とを比較し、この比較結果を固有モード主導権指示部 117へ出力する。

[0037] 固有モード主導権指示部 117は、最大固有値比較部 116から受け取った比較結果に基づレ、て、固有モード主導権を基地局（自機)および通信端末のレ、ずれに渡す力、を決定し、当該主導権を通信端末に渡す場合には、図示しない送信部を介して通信端末に通知する。また、当該主導権を自機に渡す場合には、当該事実を固有ビーム補正部 118に通知する。 [0038] 固有ビーム補正部 118は、固有モード主導権指示部 117での決定結果に従レ、、固有モード主導権を得た場合には下り回線と上り回線の双方の固有値を用いて、相関行列を補正し、補正した相関行列に基づいて、指向性形成部 103に固有ビームを形成するウェイトを指示する。

[0039] 次いで、上記の最大固有値算出部 115〜固有ビーム形成補正部 118で行われる、本実施の形態に係るチャネル相関行列の決定方法について、より詳細に説明する。

[0040] なお、無線通信装置 100から他の無線通信装置へ信号が送信される回線を下り回線 (DL)とし、下り回線の最大固有値を; I 、逆回線である上り回線の最大固有

max, DL

値を I とし、さらに λ > λ である場合を例にとって説明する。

max, UL max, UL max, DL

[0041] かかる場合、無線通信装置 100が固有モード主導権を得る。このとき、システムのおかれた環境は、下り回線の受信端、すなわち通信相手である他の無線通信装置で観測される干渉が大きぐ上り回線の受信端、すなわち自機 (無線通信装置 100) で観測される干渉が小さいものと想定される。こうした状況から、上り回線では干渉の影響が小さく誤差の少なレ、状態でチャネル行列を得ることができる力 S、このチャネル行列をそのまま適用すると、下り回線において大きな干渉が発生した場合に対応できない。すなわち、力かる場合の固有ビームは適当なものとは言うことができなレ、。よつて、本実施の形態では、この点に着目し、上り回線で得られたチャネル行列に、下り回線で見込まれる干渉量を補正する処理を施す。

[0042] チャネル行列から得られる固有値の大きさは、 SINR等の受信品質に比例するので、干渉の大きさを反映した値である。そこで、下り回線と上り回線の各固有値の比を用いることで、干渉量の相対的な値を表現することが可能である。具体的には、上り回線のチャネル推定値を用いて送信用相関行列を得たときに、単位行列を用いて以下の式 (6)、式（7)に従って干渉量の補正を行う。

[数 2] a = \ - -^≡- … ( 6 ) , H_M = ， H_M +

·ひ¹ · · · ( ⁷ ) 但し、

E_{t H} ：送信用相関行列

I ：単位行列

E_{t H} ：補正後の相関行列式（7)において、右辺第 2項は、下り回線の最大固有値を用いて生成される補正行列である。この補正行列を上り回線のチャネル行列に加算することにより補正を行う。すなわち式（7)は、下り回線のチャネル行列の方を基準に考え、上り回線のチャネル行列を下り回線のチャネル行列に合わせるように補正を行っていることに相当する。これらの手順によって得られた補正後の相関行列を用いて、無線通信装置 100は、送信用固有ビームを形成する。

[0043] 一方、無線通信装置 100の通信相手である他の無線通信装置は、上記手順において自機には固有モード主導権が無い旨の通知を受けているので、自機が受信した信号に基づいてチャネル行列を生成し、これを用いて受信用固有ビームを形成して無線通信装置 100からの信号を受信する。

[0044] このように、本実施の形態において、第 1チャネル相関行列は他の無線通信装置からの回線の特性を示し、第 2チャネル相関行列は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、本実施の形態に係る無線通信装置は、前記第 1チャネル相関行列の最大固有値を算出する算出手段と、前記他の無線通信装置から、前記第 2チャネル相関行列の最大固有値を取得する取得手段と、前記第 1チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第 2チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記第 2 チャネル相関行列を基準として、前記第 1チャネル相関行列を補正する補正手段と、を具備する構成を採る。 [0045] これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、チャネル相関行列を補正することにより上り回線と下り回線の伝搬路環境の対称性が維持されるので、固有モード伝送の性能を向上させることができ、無線通信システムのスループットを改善すること力 Sできる。

[0046] また、本実施の形態によれば、複数存在する固有値のうち最も信頼度が高いと考えられる最大固有値を使用してチャネル相関行列を補正してレ、る。

[0047] また、本実施の形態によれば、送受信間で最大固有値を共有し、共通の基準に基づレ、て、チャネル相関行列の補正を行ってレ、る。

[0048] なお、本実施の形態では、チャネル相関行列決定方法にぉレ、て、最大固有値を使用する構成を例にとって説明したが、最大固有値の代わりに最小固有値を使用したり、全固有値の総和や平均値等を使用する構成としても良い。

[0049] また、本実施の形態では、受信品質の悪い回線のチャネル相関行列を基準に考え、他方の回線のチャネル相関行列を当該受信品質の悪い回線のチャネル相関行列に合わせるように補正を行う構成を例にとって説明したが、この逆、すなわち受信品質の良好な回線のチャネル相関行列を基準にとるような構成であっても良い。

[0050] また、本実施の形態では、補正の基準となるチャネル相関行列として、いずれかの回線のチャネル相関行列を設定し、これを用いて他方の回線のチャネル相関行列を補正する構成を例にとって説明したが、基準となるチャネル相関行列を、例えば、 2 つの回線のチャネル相関行列の平均的な特性を有する行列とし、この基準行列に基づいて、 2つの回線のチャネル相関行列の双方をそれぞれ補正するような構成としても良い。

[0051] また、本実施の形態では、補正したチャネル相関行列を固有ビーム形成に用いる場合を例にとって説明したが、当該チャネル相関行列は他の用途にも使用することができる。

[0052] また、本実施の形態では、符号化部 101〜送信 RF部 104からなる送信系統と、受信 RF部 111〜固有ビーム補正部 118からなる受信系統とが、単一の装置内に搭載されている場合を例にとって説明したが、これらは必ずしも同一の装置内に搭載されている必要はなぐ例えば、上記送信系統と上記受信系統とが別々の装置に搭載されていても良い。

[0053] (実施の形態 2)

図 6は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信システムにおけるプリコーディング制御方法の手順を示すシーケンス図である。なお、図 6において、図 4と共通する部分には、図 4と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0054] 無線通信装置 200bは、受信パイロットチャネルに基づくチャネル相関行列の最大固有ベクトルと、プリコーディングベクトルとの最も小さい誤差を算出し（ST1210)、算出された誤差を無線通信装置 200aに報告する（ST1220)。

[0055] 無線通信装置 200aは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルに基づく逆回線の最大固有ベクトルと、プリコーディングベクトルとの最も小さい誤差を算出し ( ST1230)、算出した誤差と別途報告された無線通信装置 200bにおける誤差とを比較することにより、無線通信装置 200aと無線通信装置 200bのいずれがプリコーディング制御にぉレ、て主導権を握るか、すなわちプリコーディング制御主導権を無線通信装置 200aと無線通信装置 200bのレ、ずれに属すべきか決定する（ST1240)。ここでは、無線通信装置 200aがより小さい誤差を示し、プリコーディング制御主導権を与えられたとする。

[0056] 無線通信装置 200aは、無線通信装置 200bに対し自機がプリコーディング制御主導権を有している旨を通知する（ST1250)。そして、無線通信装置 200aは、ブリコーデイングベクトルの形成を行い（ST1260)、そのプリコーディングベクトルを用いてデータを送信する（ST1270)。その際、用いたプリコーディングベクトルの IDを制御信号として通知する。

[0057] 無線通信装置 200bは、制御信号として取り出したプリコーディングベクトルの IDに対応するプリコーディングベクトルの形成を行い（ST1280)、そのプリコーディングべタトルを用いてデータを受信する。

[0058] このように、本実施の形態に係る無線通信システムでは、無線通信装置 200aの受信チャネルの相関行列に対しプリコーディングベクトルを適用することにより得られる回線の特徴を示す誤差と、同様に無線通信装置 200bの受信チャネルの相関行列に対しプリコーディングベクトルを適用することにより得られる回線の特徴を示す誤差とに基づいて、プリコーディング制御の主導権をどちらの通信装置とするか決定する

[0059] これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、より高い信頼度でプリコーディング制御を実施することができる。

[0060] なお、無線通信装置 200bがプリコーディング制御主導権を握る場合は、 ST1260 以降の手順が、無線通信装置 200aと無線通信装置 200bとで逆となる。具体的には、制御信号として無線通信装置 200bが指示したプリコーディングベクトル IDに沿つて無線通信装置 200aがデータ送信を行う。

[0061] また、ここでは、最大固有ベクトルを用いる場合について説明したが、品質に応じて上位から複数の固有ベクトルと対応するプリコーディングベクトルとの誤差を用いても良い。さらに、報告する値を第 1固有ベクトルと第 2固有ベクトルとの SINR差としても良い。

[0062] 図 7は、上記の動作を実現する無線通信装置 200a、 200b (総称して無線通信装置 200)の主要な構成を示すブロック図である。なお、図 7において、図 5と共通する部分には、図 5と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0063] 最大固有ベクトル算出部 201は、チャネル推定部 113で得られたチャネル相関行歹 IJを用いて最大固有べ外ルを算出し、算出した最大固有べ外ルを誤差算出部 20 2へ出力する。

[0064] 誤差算出部 202は、既定のプリコーディングベクトルを参照し、最大固有ベクトル算出部 201から受け取った最大固有ベクトルとの誤差が最も小さくなるプリコーディングベ外ルを探索し、最も小さい誤差の値を誤差比較部 203に、誤差を最も小さくするプリコーディングベクトルを指向性形成部 103にそれぞれ出力する。

[0065] 誤差比較部 203は、誤差算出部 202で算出された誤差と、通信端末から別途通知された逆回線の誤差とを比較し、この比較結果をプリコーディング制御主導権指示部 204へ出力する。

[0066] プリコーディング制御主導権指示部 204は、誤差比較部 203から受け取った比較結果に基づいて、プリコーディング制御主導権を基地局（自機）および通信端末のいずれに渡すかを決定し、例えば、通信端末がより小さい誤差を示し、当該主導権を通信端末に渡す場合には、図示しない送信部を介して通信端末に通知する。また、当該主導権を自機に渡す場合には、当該事実を指向性形成部 103に通知する。

[0067] このように、本実施の形態において、第 1チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの誤差は他の無線通信装置から回線の特性を示し、第 2 チャネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの誤差は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、本実施の形態に係る無線通信装置は、前記第 1チャネル相関行列の最大固有べ外ルを算出する算出手段と、前記第 1チヤネル相関行列の最大固有ベクトルとプリコーディングベクトルとの第 1誤差を算出する誤差算出手段と、前記他の無線通信装置から、前記第 2チャネル相関行列の最大固有ベ外ルとプリコーディングベクトルとの第 2誤差を取得する取得手段と、前記第 1誤差及び前記第 2誤差に基づレ、て、プリコーディング制御の主導権を自装置又は前記他の無線通信装置のレ、ずれにするか決定する決定手段と、を具備する構成を採る。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、より高い信頼度でプリコーディング制御を行うことができ、無線通信システムのスループットを改善すること力 Sできる。

[0068] (実施の形態 3)

図 8は、本発明の実施の形態 3に係る無線通信システムにおけるチャネル相関行列決定方法の手順を示すシーケンス図である。なお、図 8において、図 4と共通する部分には、図 4と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0069] 無線通信装置 300aは、逆回線を用いて送信されてきたパイロットチャネルを受信することにより、逆回線の最大固有値を算出する（ST1050)。算出された最大固有値と、別途報告された無線通信装置 300bにおける最大固有値とを参照し、どちら力一方が既定の閾値を下回った場合には、送信モードを送信ダイバーシチに切り替えるものと判断する（ST1310)。ここでは、無線通信装置 300aが固有モード主導権を与えられたとする。

[0070] 無線通信装置 300aは、無線通信装置 300bに対し自機が固有モード主導権を有している旨を通知するとともに、モード切替の有無を通知する（ST1320)。具体的には、初期に設定した空間多重数のまま (空間多重）とするか、あるいは前述の判断により送信ダイバーシチとするかを指示する。

[0071] このように、本実施の形態係る無線通信システムでは、無線通信装置 300aの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、無線通信装置 300bの受信チャネルの相関行列の特徴を示す最大固有値を取得し、これらの最大固有値のうち、小さい方の最大固有値に基づいて、送信モードを切り替える。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、どちらかの回線で空間多重による品質劣化が生じるのを回避することができ、無線通信システムのスループットを改善すること力 Sできる。

[0072] 図 9は、上記の動作を実現する無線通信装置 300a、 300b (総称して無線通信装置 300)の主要な構成を示すブロック図である。なお、図 9において、図 5と共通する部分には、図 5と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0073] 最大固有値比較部 301は、最大固有値算出部 115で算出された最大固有値と、通信端末力別途通知された下り回線の最大固有値とを比較し、この比較結果を固有モード主導権指示部 117へ出力するとともに、比較結果のうち小さい値をとる最大固有値を送信モード決定部 302に出力する。

[0074] 送信モード決定部 302は、最大固有値比較部 301から受け取った最大固有値が予め定めた閾値よりも小さい場合、送信モードを送信ダイバーシチに決定し、受け取つた最大固有値が閾値以上の場合、送信モードを空間多重に決定し、決定した送信モードを固有モード主導権指示部 117および MIMO変調部 102に出力する。

[0075] このように、本実施の形態において、前記第 1チャネル相関行列の最大固有値または前記第 2チャネル相関行列の最大固有値のうち、小さい方の最大固有値に基づいて、送信モードを決定する送信モード決定手段を具備する構成を採る。これにより、上り回線と下り回線の伝搬路環境が非対称の場合でも、どちらかの回線で空間多重による品質劣化が生じるのを回避することができ、無線通信システムのスループットを改善することができる。

[0076] なお、本実施の形態では、送信モードとして、空間多重と送信ダイバーシチを例に挙げて説明したが、送信モードに空間多重の多重数を含めるようにしてもよい。例えば、第 1チャネル相関行列の最大固有値または第 2チャネル相関行列の最大固有値のうち、小さい方の最大固有値と、複数の閾値との閾値判定結果に基づいて、空間多重数を切り替えることが考えられる。

[0077] 以上、本発明の実施の形態について説明した。

[0078] なお、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、およびチャネル相関行列決定方法は、上記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。

[0079] また、本発明に係る無線通信装置は、移動体通信システムにおける移動局装置（通信端末装置装置）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移動局装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供すること力 Sできる。

[0080] 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、本発明に係るチャネル相関行列決定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、本発明に係る無線通信装置と同様の機能を実現することができる。

[0081] また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路である LSIとして実現される。これらは個別に 1チップィ匕されても良いし、一部または全てを含むように 1チップ化されても良レ、。

[0082] また、ここでは LSIとした力集積度の違いによって、 IC、システム LSI、スーパー L SI、ゥノレトラ LSI等と呼称されることもある。

[0083] また、集積回路化の手法は LSIに限るものではなぐ専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。 LSI製造後に、プログラム化することが可能な FPGA (Field Pro grammable Gate Array)や、 LSI内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギユラブル.プロセッサを利用しても良い。

[0084] さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、 LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用レ、て機能ブロックの集積化を行っても良い。ノォ技術の適応等が可能性としてあり得る。

[0085] 2006年 2月 28曰出願の特願 2006— 053901の曰本出願および 2007年 2月 26 日出願の特願 2007— 045423の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

産業上の利用可能性

本発明に係る無線通信装置およびチャネル相関行列決定方法は、移動体通信システムにおける移動局装置、基地局装置等の用途に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 2つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第 1チャネル相関行列および第 2チャネル相関行列のうち、前記第 1チャネル相関行列の特徴を示す第 1特徴値を取得する第 1取得手段と、

前記第 2チャネル相関行列の特徴を示す第 2特徴値を取得する第 2取得手段と、前記第 1特徴値および前記第 2特徴値に基づいて、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列を補正に用いる基準チャネル相関行列を決定する決定手段と、

前記基準チャネル相関行列に基づレ、て、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列の一方または双方を補正する補正手段と、

を具備する無線通信システム。

[2] 前記第 1取得手段は、

前記第 1特徴値として、前記第 1チャネル相関行列の最大固有値を取得し、前記第 2取得手段は、

前記第 2特徴値として、前記第 2チャネル相関行列の最大固有値を取得する、請求項 1記載の無線通信システム。

[3] 前記決定手段は、

前記第 1チャネル相関行列の最大固有値と前記第 2チャネル相関行列の最大固有値とを比較し、小さい方の最大固有値に対応するチャネル相関行列を前記基準チヤネル相関行列と決定し、

前記補正手段は、

当該基準チャネル相関行列に基づいて、大きい方の最大固有値に対応するチヤネル相関行列を補正する、

請求項 2記載の無線通信システム。

[4] 第 1チャネル相関行列は他の無線通信装置からの回線の特性を示し、第 2チヤネル相関行列は当該他の無線通信装置への回線の特性を示し、

前記第 1チャネル相関行列の最大固有値を算出する算出手段と、

前記他の無線通信装置から、前記第 2チャネル相関行列の最大固有値を取得する取得手段と、

前記第 1チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第 2チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記第 2チャネル相関行列を基準として、前記第 1チヤネル相関行列を補正する補正手段と、

を具備する無線通信装置。

[5] 前記補正手段は、

前記第 2チャネル相関行列の最大固有値に基づいて補正行列を生成し、当該補正行列を用いて前記第 1チャネル相関行列を補正することにより、前記第 2チャネル相関行列を基準とした補正を行う、

請求項 4記載の無線通信装置。

[6] 前記補正手段は、

前記第 2チャネル相関行列の最大固有値と前記第 1チャネル相関行列の最大固有値との差を用いて前記補正行列を生成し、当該補正行列を前記第 1チャネル相関行列に加算することにより、前記補正を行う、

請求項 5記載の無線通信装置。

[7] 前記補正を行う旨を前記他の無線通信装置に通知する通知手段、

をさらに具備する請求項 4記載の無線通信装置。

[8] 前記第 1チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第 2チャネル相関行列の最大固有値よりも大きい場合、前記補正手段によって補正された前記第 1チャネル相関行列に従って送信信号の固有ビームを形成する形成手段、

をさらに具備する請求項 4記載の無線通信装置。

[9] 前記形成手段は、

前記第 1チャネル相関行列の最大固有値の方が前記第 2チャネル相関行列の最大固有値よりも小さい場合、補正されていない前記第 1チャネル相関行列に従って受信信号の固有ビームを形成する、

請求項 8記載の無線通信装置。

[10] 前記第 1チャネル相関行列の最大固有値及び前記第 2チャネル相関行列の最大固有値に基づレ、て、送信モードを決定する送信モード決定手段、をさらに具備する請求項 4記載の無線通信装置。

[11] 前記送信モード決定手段は、

前記第 1チャネル相関行列の最大固有値又は前記第 2チャネル相関行列の最大固有値の小さい方の値と所定の閾値との閾値判定の結果に応じて、送信モードとして MIMO多重又は送信ダイバーシチを決定する、

請求項 10記載の無線通信装置。

[12] 請求項 4記載の無線通信装置を具備する通信端末装置。

[13] 請求項 4記載の無線通信装置を具備する基地局装置。

[14] 2つの無線通信装置間の双方向の回線の特性を示す第 1チャネル相関行列および第 2チャネル相関行列のうち、前記第 1チャネル相関行列の特徴を示す第 1特徴値を取得するステップと、

前記第 2チャネル相関行列の特徴を示す第 2特徴値を取得するステップと、前記第 1特徴値および前記第 2特徴値に基づいて、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列を補正する際の基準チャネル相関行列を決定するステツプと、

前記基準チャネル相関行列に基づレ、て、前記第 1チャネル相関行列および前記第 2チャネル相関行列の一方または双方を補正するステップと、

を具備するチャネル相関行列決定方法。