JP2009130454A - 受信装置、通信システム、及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性を向上させることが可能な受信装置を提供すること。
【解決手段】Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置が提供される。当該受信装置は、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する合成量子化部と、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部とを備え、前記合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを送信側に帰還する。
【選択図】図５

Description

本発明は、受信装置、通信システム、及び信号処理方法に関する。特に、移動通信システムにおけるマルチユーザＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に係る受信装置に関する。

無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。

しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、パイロットシンボル等を用いて推定される。

しかしながら、伝送路内で付加されるノイズやサブストリーム間に生じる干渉等の影響を十分に除去してサブストリーム毎に送信信号を精度良く再現するには特別な工夫が必要である。近年、ＭＩＭＯ信号検出に関する様々な技術が開発されてきている。特に最近は、ＭＩＭＯ方式の信号伝送が可能な複数の通信装置を含むマルチユーザＭＩＭＯシステムに関する話題に注目が集まっている。マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける信号検出方法としては、例えば、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）検出を利用する方法が知られている。この方法は、受信側でＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を算出して送信側に帰還し、そのＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲに基づいて伝送制御パラメータを設定することで伝送特性を向上させる技術である。

さらに、上記のＭＭＳＥ検波方式よりも伝送特性を向上させることが可能な方式として、例えば、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）検波方式等をマルチユーザＭＩＭＯシステムの受信側に利用したいという要望もある。そのため、受信装置毎にサブチャネルを分離する技術が求められている。これに関連する技術として、例えば、下記の非特許文献１には、各受信装置から帰還されたサブチャネル行列を特異値分解してビームフォーミング行列を算出する技術が開示されている。

上記の技術を適用する場合、各受信装置は、ビームフォーミング行列の算出に利用されるサブチャネル行列の情報を送信装置に帰還する必要がある。しかしながら、サブチャネル行列の情報をそのまま帰還するには膨大な通信量が消費される。そこで、帰還情報量を削減するためにベクトル量子化と呼ばれる技術が考案された。この技術は、例えば、下記の非特許文献２に記載されているように、受信装置で推定されたアンテナ毎のチャネルベクトルと、予め設定された量子化ベクトルとを比較し、当該チャネルベクトルとの間の角度差が小さい量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還するというものである。そのため、当該技術を用いると、帰還情報量を大幅に削減することができる。

Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ ｅｔ ａｌ，"Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ ｃｈａｎｎｅｌｓ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ．５２， ｎｏ．２， ｐｐ．４６１−４７１， Ｆｅｂ ２００４ Ｎｉｈａｒ Ｊｉｎｄａｌ，"Ａｎｔｅｎｎａ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＩＭＯ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｃｈａｎｎｅｌ"， Ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ ｔｏ ＩＥＥＥ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ａｐｒｉｌ ２００７

上記の技術を適用すると、チャネルベクトルの量子化による量子化誤差に起因して伝送特性が劣化してしまう。この問題に関し、複数のアンテナで受信した信号に基づく複数のチャネルベクトルを合成して量子化する合成量子化手法が考案された。しかしながら、この合成量子化手法を用いても、量子化しない場合に比べ、量子化誤差に起因して伝送特性が劣化してしまうという問題は依然として残る。そこで、本発明は、この合成量子化手法の技術的特徴を利用して伝送特性を改善する手段を提供することを目的とする。

つまり、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アンテナ置換を利用して周波数ダイバーシチゲインを得ることが可能な、新規かつ改良された受信装置、通信システム、及び信号処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置が提供される。当該受信装置は、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する合成量子化部と、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部とを備え、前記合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを送信側に帰還することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置が提供される。当該受信装置は、前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する複数の合成量子化部と、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、各前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部とを備え、前記各合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを送信側に帰還することを特徴とする。

また、前記アンテナ置換部は、隣接する前記サブキャリア間で前記チャネルベクトルの組み合わせが異なるように前記合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するものであってもよい。

また、前記アンテナ置換部は、前記隣接するサブキャリアに対し、当該サブキャリアが割り当てられた周波数軸上の所定方向を基準として所定の前記チャネルベクトルの組み合わせを巡回的に適用して、前記合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のアンテナを有する送信装置と、Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、当該各アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する複数の受信装置とを含む通信システムが提供される。
前記受信装置は、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する合成量子化部と、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、前記合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを前記送信装置に帰還するインデックス帰還部とを備える。
そして、前記送信装置は、各前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて再生されたチャネル行列に基づき、前記受信装置のアンテナ間でチャネルを直交化させるためのビームフォーミング行列を生成する直交化行列生成部と、前記ビームフォーミング行列に基づき、送信信号にビームフォーミングを施して前記各受信装置に送信するビームフォーミング処理部とを備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のアンテナを有する送信装置と、Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、当該各アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する複数の受信装置と、を含む通信システムが提供される。
前記受信装置は、前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する複数の合成量子化部と、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、各前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、前記各合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを前記送信装置に帰還するインデックス帰還部とを備える。
前記送信装置は、各前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて再生されたチャネル行列に基づき、前記各受信装置のアンテナ間でチャネルが直交せず、前記受信装置単位でチャネルを直交化させるためのビームフォーミング行列を生成する直交化行列生成部と、前記ビームフォーミング行列に基づき、送信信号にビームフォーミングを施して前記各受信装置に送信するビームフォーミング処理部とを備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置における信号処理方法が提供される。当該信号処理方法は、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせが置換されるアンテナ置換ステップと、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルが合成量子化され、量子化ベクトルが生成される合成量子化ステップと、前記量子化ベクトルに対応するインデックスが送信側に帰還される帰還ステップと、
を含むことを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置における信号処理方法が提供される。当該信号処理方法は、前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせが置換されるアンテナ置換ステップと、前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルが複数組合成量子化され、複数の量子化ベクトルが生成される合成量子化ステップと、各前記量子化ベクトルに対応するインデックスが送信側に帰還される帰還ステップとを含むことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、アンテナ置換を利用して周波数ダイバーシチゲインを得ることが可能になる。その結果、伝送特性を改善することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明に係る好適な実施形態について説明するに先立ち、以下で説明する実施形態に関係する基礎的な技術について簡単に説明する。

［ＺＦＢＦ対応型の通信システム１］
まず、図１を参照しながら、ゼロフォーシング・ビームフォーミング（以下、ＺＦＢＦ）に対応した通信システム１の構成例について簡単に説明する。図１は、ＺＦＢＦに対応した通信システム１の構成例を示す説明図である。

図１に示すように、通信システム１は、マルチユーザＭＩＭＯシステムの一例であり、主に、送信装置１０と、複数の受信装置５０（＃１〜＃４）とにより構成されている。

以下の説明において、下記の式（１）〜式（４）に示すように、受信装置５０（＃１）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃１）、受信装置５０（＃２）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃２）、受信装置５０（＃３）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃３）、受信装置５０（＃４）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃４）と表記する。また、下記の式（５）に示すように、マルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列をＨと表記する。尚、各受信装置が推定したチャネル行列をサブチャネル行列と呼ぶことがある。

また、受信装置５０（＃１）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃１）、受信装置５０（＃２）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃２）、受信装置５０（＃３）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃３）、受信装置５０（＃４）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃４）と表記する。さらに、送信装置１０から送信される送信シンボルベクトルをｓ＝［ｓ_（＃１），ｓ_（＃２），ｓ_（＃３），ｓ_（＃４）］^Ｔと表記する。

同様に、受信装置５０（＃１）により受信される受信シンボルをｒ_（＃１）、受信装置５０（＃２）により受信される受信シンボルをｒ_（＃２）、受信装置５０（＃３）により受信される受信シンボルをｒ_（＃３）、受信装置５０（＃４）により受信される受信シンボルをｒ_（＃４）と表記する。そして、通信システム１の受信シンボルベクトルをｒ＝［ｒ_（＃１），ｒ_（＃２），ｒ_（＃３），ｒ_（＃４）］^Ｔと表記する。但し、上付きのＴは転置記号である。

［送信装置１０の機能構成］
まず、図１を参照しながら、通信システム１に含まれる送信装置１０の機能構成について説明する。図１は、ＺＦＢＦに対応した送信装置１０の機能構成を示す説明図である。

尚、図１の例では、送信装置１０のアンテナ数を４本、各受信装置５０のアンテナ数を２本としている。尚、図１の例では、各受信装置５０が２本のアンテナをアンテナ合成に利用するため、受信装置５０（＃１、＃２、＃３、＃４）の各々に対して送信されるストリーム数は１である点に注意されたい。

図１に示すように、送信装置１０は、主に、量子化ベクトル再生部１２と、ユーザ選択部１４と、ビームフォーミング行列生成部２０と、チャネル符号化部２４と、変調マッピング部２６と、ビームフォーミング処理部２８と、アンテナ３０とにより構成される。

（量子化ベクトル再生部１２）
量子化ベクトル再生部１２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置５０から帰還されたコードブックインデックスに基づいて、各受信装置５０により推定されたチャネルベクトルに対応する量子化ベクトルを選出する。量子化ベクトル再生部１２により選出された量子化ベクトルの情報は、ユーザ選択部１４に入力される。

（ユーザ選択部１４）
まず、ユーザ選択部１４は、量子化ベクトル再生部１２から入力された各受信装置５０に対応する量子化ベクトルｑ_（＃１）、ｑ_（＃２）、ｑ_（＃３）、ｑ_（＃４）に基づいてビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなるように、信号が同時に送信される送信先となる受信装置５０の組合せを選択する。ユーザ選択部１４は、各受信装置５０を示すユーザインデックスを用いて、選択した受信装置５０の組合せをビームフォーミング行列生成部２０に通知する。

また、送信装置１０は、ユーザ選択部１４により選択された受信装置５０の組合せ（ユーザインデックスの組合せ）に応じてストリーム毎に割り当てるデータ（データｕ_１、データｕ_２、データｕ_３、データｕ_４）を決定し、チャネル符号化部２４に入力する。チャネル符号化部２４は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化し、変調マッピング部２６に入力する。変調マッピング部２６は、所定の変調方式に基づき、ストリーム毎にチャネル符号化されたデータを所定の変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定してビームフォーミング処理部２８に入力する。

（ビームフォーミング行列生成部２０）
ビームフォーミング行列生成部２０は、量子化ベクトル再生部１２により再生されたマルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列Ｈに対し、下記の式（６）に示す逆行列演算を施してビームフォーミング行列Ｗを生成する。この演算は、受信装置５０が有する各アンテナを個々の受信装置に見立てて、全アンテナ間の干渉成分を除去する処理である。ビームフォーミング行列生成部２０により生成されたビームフォーミング行列Ｗは、ビームフォーミング処理部２８に入力される。

（ビームフォーミング処理部２８）
ビームフォーミング処理部２８は、ビームフォーミング行列生成部２０により生成されたビームフォーミング行列Ｗを送信シンボルベクトルｓに作用させ、複数のアンテナ３０を介して各成分を各受信装置５０に送信する。このとき、通信システム１における受信シンボルベクトルｒは、下記の式（７）のように表現される。下記の式（７）から明らかなように、ビームフォーミング後の実効的なチャネル行列ＨＷは、ビーム間干渉を示す非対角要素が全て除去された対角行列になる。

以上説明した方法によると、各ユーザが備える複数アンテナ間の干渉成分が除去されるため、ダイバーシティゲインが失われてしまう。しかしながら、上記の式（６）に示した比較的単純な逆行列演算によりビームフォーミング行列が算出されるため、演算量が少ないという利点がある。

［受信装置５０の機能構成］
次に、図２を参照しながら、受信装置５０の機能構成について簡単に説明する。図２は、受信装置５０の機能構成の一例を示す説明図である。受信装置５０は、複数アンテナを介して受信した受信信号に基づいて各々推定されたチャネルベクトルを合成量子化する機能構成を有する点に特徴がある。

図２に示すように、受信装置５０は、主に、チャネル推定ブロックとして、チャネル推定部５２、５４と、記憶部５６と、合成量子化部５８とを備える。さらに、受信装置５０は、チャネル推定ブロックの他に、信号合成部７０と、合成係数取得部７２とを備える。尚、図２の中で、説明の便宜上、送信装置１０のアンテナ数を３本に設定している。但し、以下で説明する合成量子化の概念は、送信アンテナ数が４本以上の場合でも、実質的に同一のものとして理解できるであろう。

チャネル推定部５２は、一のアンテナから受信した信号に基づいて、送信装置１０の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_１＝［ｈ_１１，ｈ_１２，ｈ_１３］^Ｔを推定する。同様に、チャネル推定部５４は、他のアンテナから受信した信号に基づいて、送信装置１０の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_２＝［ｈ_２１，ｈ_２２，ｈ_２３］^Ｔを推定する。チャネル推定部５２、５４により推定されたチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２は、合成量子化部５８に入力される。

次いで、合成量子化部５８は、チャネル推定部５２、５４により推定された２つのチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２を合成し、合成チャネルベクトルｈ’＝ａ×ｈ_１＋ｂ×ｈ_２を生成する。但し、ａ、ｂは、合成係数である。さらに、合成量子化部５８は、記憶部５６に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルｈ’に適合する量子化ベクトルを選択して、そのインデックスを送信装置１０に帰還する。例えば、合成量子化部５８は、図３に示すように、合成チャネルベクトルｈ’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルｑ＝［ｑ_１，ｑ_２，ｑ_３］^Ｔを選出する。

図３の例では、送信装置１０の各アンテナに対応する３本の軸（Ｔｘ１〜Ｔｘ３）が設定され、当該３本の軸で規定される空間に複数の量子化ベクトルと、チャネル推定部５２、５４により推定されたチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２と、その合成チャネルベクトルｈ’とが記載されている。図３に示すように、合成量子化部５８は、合成チャネルベクトルｈ’との間の角度差が最も小さくなる量子化ベクトルｑを選出する。このとき、合成量子化部５８は、例えば、合成チャネルベクトルｈ’が量子化ベクトルｑに近似するように、合成係数ａ、ｂを決定する。尚、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２の合成方法には、例えば、選択合成法、最大比合成法、又は量子化誤差最小合成法等を用いることができる。

次いで、合成係数取得部７２は、合成量子化部５８で決定した合成係数ａ、ｂを取得し、信号合成部７０に入力する。尚、合成係数ａ、ｂは、合成係数取得部７２により、合成量子化部５８によって選択された量子化ベクトルｑの情報と、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２の情報とに基づいて算出されてもよい。この場合、合成量子化部５８では、例えば、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２を単純に合成した合成チャネルベクトルに基づいて量子化ベクトルｑが決定されてもよい。

上記の方法を適用すると、合成チャネルベクトルｈ’と量子化ベクトルｑとの間の角度差が合成係数ａ、ｂを用いて調整されるため、量子化ビット数を増大させることなく、量子化精度を向上させることが可能になる。尚、帰還されたインデックスに基づいてビームフォーミングされた送信信号を受信する場合、受信装置５０は、信号合成部７０により、各アンテナで受信した信号に合成係数を乗算してから、各信号を合成する。例えば、チャネルベクトルｈ_１に乗算される合成係数ａは、そのチャネルベクトルｈ_１に対応するアンテナを介して受信した信号に乗算される。

以上説明したように、受信装置５０は、チャネルベクトルを合成量子化することにより、送信装置１０でビームフォーミング等に利用されるサブチャネル行列の情報を少ない帰還ビット数で帰還することができる。但し、図２の例では、受信装置５０が複数のアンテナを有しているにも関わらず、１ストリームの信号しか取得できないため、アンテナ間のチャネル利得を得ることができない。また、チャネルベクトルを量子化しない場合に比べると、量子化誤差に起因して伝送特性が劣化してしまうという問題がある。これに対し、下記の実施形態では、合成量子化の特徴を生かして伝送特性を改善する技術を開示する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（ＭＩＭＯ−Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に関し、受信側でチャネルベクトルの合成量子化を行う際に、隣接するサブキャリア毎に合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせが異なるように、受信アンテナの組み合わせを置換する構成に特徴がある。

この特徴的な構成により、隣接するサブキャリア毎に異なる合成チャネルベクトルが生成されるため、送信側で当該合成チャネルベクトルに基づくビームフォーミングを施すことで受信信号の周波数選択性が増大させることができる。その結果、誤り訂正の際に高い周波数ダイバーシチゲインが得られ、結果として、信号特性が改善される。以下、当該技術の詳細について説明する。

［通信システム１０００の構成］
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１０００の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る通信システム１０００の機能構成の一例を示す説明図である。図４に示すように、通信システム１０００は、ＯＦＤＭ伝送に係るマルチユーザＭＩＭＯシステムの一例であり、主に、送信装置１００と、複数の受信装置２００（＃１〜＃４）とにより構成される。

尚、上記の通信システム１の場合と同様に、受信装置２００（＃１）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃１）、受信装置２００（＃２）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃２）、受信装置２００（＃３）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃３）、受信装置２００（＃４）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃４）と表記する。また、マルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列をＨと表記する。

また、受信装置２００（＃１）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃１）、受信装置２００（＃２）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃２）、受信装置２００（＃３）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃３）、受信装置２００（＃４）に対して送信される送信シンボルをｓ_（＃４）と表記する。さらに、送信装置１００から送信される送信シンボルベクトルを纏めてｓ＝［ｓ_（＃１），ｓ_（＃２），ｓ_（＃３），ｓ_（＃４）］^Ｔと表記する。

同様に、受信装置２００（＃１）により受信される受信シンボルをｒ_（＃１）、受信装置２００（＃２）により受信される受信シンボルをｒ_（＃２）、受信装置２００（＃３）により受信される受信シンボルをｒ_（＃３）、受信装置２００（＃４）により受信される受信シンボルをｒ_（＃４）と表記する。そして、受信シンボルベクトルを纏めてｒ＝［ｒ_（＃１），ｒ_（＃２），ｒ_（＃３），ｒ_（＃４）］^Ｔと表記する。

［送信装置１００の機能構成］
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る送信装置１００の機能構成について説明する。図４は、本実施形態に係る送信装置１００の機能構成を示す説明図である。

尚、図４の例では、送信装置１００のアンテナ数を４本、各受信装置２００のアンテナ数を３本としている。また、図４の例では、各受信装置２００が少なくとも２本のアンテナをアンテナ合成に利用するため、受信装置２００（＃１、＃２、＃３、＃４）の各々に対して送信されるストリーム数は１である。

図４に示すように、送信装置１００は、主に、量子化ベクトル再生部１０２と、ユーザ選択部１０４と、ビームフォーミング行列生成部１１０と、チャネル符号化部１１２と、変調マッピング部１１４と、シリアル／パラレル変換部１１６と、ビームフォーミング処理部１１８と、ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０と、アンテナ１２２とにより構成される。

（量子化ベクトル再生部１０２）
量子化ベクトル再生部１０２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置２００から帰還されたコードブックインデックスに基づいて、各受信装置２００により推定されたチャネルベクトルに対応する量子化ベクトルを選出する。量子化ベクトル再生部１０２により選出された量子化ベクトルの情報は、ユーザ選択部１０４に入力される。

（ユーザ選択部１０４）
まず、ユーザ選択部１０４は、量子化ベクトル再生部１０２から入力された各受信装置２００に対応する量子化ベクトルｑ_（＃１）、ｑ_（＃２）、ｑ_（＃３）、ｑ_（＃４）に基づいてビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなるように、信号が同時に送信される送信先となる受信装置２００の組合せを選択する。ユーザ選択部１０４は、各受信装置２００を示すユーザインデックスを用いて、選択された受信装置２００の組合せをビームフォーミング行列生成部１１０に通知する。

また、送信装置１００は、ユーザ選択部１０４により選択された受信装置２００の組合せ（ユーザインデックスの組合せ）に応じてストリーム毎に割り当てるデータ（データｕ_１、データｕ_２、データｕ_３、データｕ_４）を決定し、チャネル符号化部１１２に入力する。チャネル符号化部１１２は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化し、変調マッピング部１１４に入力する。このとき、チャネル符号化部１１２は、ターボ符号を利用したターボ符号化を施してもよい。

変調マッピング部１１４は、所定の変調方式に基づき、ストリーム毎にチャネル符号化されたデータを所定の変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定してシリアル／パラレル変換部１１６に入力する。シリアル／パラレル変換部１１６は、入力された送信シンボル系列を直並列変換し、割り当てるサブチャネル（ｓｃ_１〜ｓｃ_４）単位に分けてサブキャリア信号を生成する。各サブキャリア信号は、ビームフォーミング処理部１１８に入力される。

（ビームフォーミング行列生成部１１０、ビームフォーミング処理部１１８）
ビームフォーミング行列生成部１１０は、量子化ベクトル再生部１０２により再生されたマルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列Ｈに対し、例えば、上記の式（６）に示す逆行列演算を施してビームフォーミング行列Ｗを生成する。ビームフォーミング行列生成部１１０により生成されたビームフォーミング行列Ｗは、ビームフォーミング処理部１１８に入力される。ビームフォーミング処理部１１８は、ビームフォーミング行列生成部１１０により生成されたビームフォーミング行列Ｗを送信シンボルベクトルｓに作用させ、ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０に入力する。

（ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０）
ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０は、シリアル／パラレル変換部１１６により変換され、ビームフォーミング処理部１１８によりビームフォーミングが施されたサブキャリア信号を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により時間領域信号へと変換する。また、ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０は、送信シンボル間の干渉を避けるため、時間領域信号にガードインターバル（ＧＩ；Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を付加し、アンテナ１２２を介して送信する。

［受信装置２００の機能構成］
次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明する。図５は、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成を示す説明図である。

図５に示すように、受信装置２００は、主に、ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２と、アンテナ巡回置換部２０４と、チャネル推定部２０６、２１６と、合成量子化部２０８と、記憶部２１０と、合成係数算出部２１２と、サブキャリア信号合成部２１４と、信号再生部２１８と、ＬＬＲ計算部２２０と、誤り訂正復号部２２２とにより構成される。尚、ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２、及び誤り訂正復号部２２２以外の構成要素は、サブキャリア毎に設けられている点に注意されたい。

（ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２）
ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２は、受信した時間領域信号からガードインターバルを除去した後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いてサブキャリア信号に変換する。さらに、ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２は、サブキャリア信号により構成されり受信信号ベクトルをサブキャリア毎にアンテナ巡回置換部２０４に入力する。

（アンテナ巡回置換部２０４）
アンテナ巡回置換部２０４は、合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせがサブキャリア毎に異なるように、チャネル推定部２０６に入力される信号の組み合わせを置換する。つまり、アンテナ巡回置換部２０４は、複数のアンテナに各々対応するチャネルベクトルの組み合わせを切り替えるアンテナ置換処理を実現する手段である。特に、アンテナ巡回置換部２０４は、周波数軸上で隣接するサブキャリア間で、異なるアンテナの組み合わせに基づく合成量子化が実現されるようにアンテナ置換処理を実行する。

例えば、アンテナ巡回置換部２０４は、図６に示すようなアンテナ置換処理を実現する。尚、サブキャリア＃１〜＃３は、＃１と＃２、＃２と＃３が周波数軸上で隣接しており、例えば、＃１、＃２、＃３の順で当該周波数軸の所定方向（以下、サブキャリア方向）に沿って並んで割り当てられているものと仮定する。

図６の例では、サブキャリア＃１のアンテナ巡回置換部２０４は、アンテナ＃１、＃２に対応するチャネルベクトルが合成量子化されるようにアンテナの組み合わせを設定している。また、サブキャリア＃２のアンテナ巡回置換部２０４は、アンテナ＃１、＃３に対応するチャネルベクトルが合成量子化されるようにアンテナの組み合わせを設定している。さらに、サブキャリア＃３のアンテナ巡回置換部２０４は、アンテナ＃２、＃３に対応するチャネルベクトルが合成量子化されるようにアンテナの組み合わせを設定している。

このように、隣接するサブキャリア毎に合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを変えることで、サブキャリア毎に異なる伝送経路を想定したビームフォーミングが実行されるため、周波数選択性が近似する隣接サブキャリア間で周波数ダイバーシチ効果を得ることができるようになる。結果として、伝送特性を向上させることができる。尚、アンテナ巡回置換部２０４は、サブキャリア方向に準じて、図６に示すような所定の組み合わせパターンを巡回的に適用してもよい。図６の例では、受信アンテナ数が３であり、その中から２本を組み合わせるため、図６に示した３通りの組み合わせとなる。

（チャネル推定部２０６）
再び図５を参照する。チャネル推定部２０６は、アンテナ巡回置換部２０４により選択されたｉ及びｊ番目のアンテナから受信した信号に基づき、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_ｉ＝［ｈ_ｉ１，ｈ_ｉ２，ｈ_ｉ３，ｈ_ｉ４］^Ｔ及びｈ_ｊ＝［ｈ_ｊ１，ｈ_ｊ２，ｈ_ｊ３，ｈ_ｊ４］^Ｔを推定する。チャネル推定部２０６により推定されたチャネルベクトルｈ_ｉ、ｈ_ｊは、合成量子化部２０８に入力される。

（合成量子化部２０８）
次いで、合成量子化部２０８は、サブチャネル＃ｋに対応するチャネル推定部２０６により推定された２つのチャネルベクトルｈ_ｉ、ｈ_ｊを合成し、合成チャネルベクトルｈ_ｋ’＝ａ_ｋ×ｈ_ｉ＋ｂ_ｋ×ｈ_ｊを生成する。但し、ａ_ｋ、ｂ_ｋは、合成係数である。さらに、合成量子化部２０８は、記憶部２１０に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルｈ_ｋ’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置１００に帰還する。例えば、合成量子化部２０８は、合成チャネルベクトルｈ_ｋ’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルｑ_ｋ＝［ｑ_ｋ１，ｑ_ｋ２，ｑ_ｋ３，ｑ_ｋ４］^Ｔを選出する。尚、チャネルベクトルの合成方法には、例えば、選択合成、最大比合成、又は量子化誤差最小合成等の方法が利用される。

（合成係数算出部２１２）
合成係数算出部２１２は、合成チャネルベクトルｈ_ｋ’と、合成量子化部２０８により選出された量子化ベクトルｑ_ｋとの間の角度差が小さくなるように、複数のチャネルベクトルｈ_ｉ、ｈ_ｊに各々乗算される合成係数ａ_ｋ、ｂ_ｋを算出する手段である。合成係数算出部２１２は、算出した合成係数ａ_ｉ，ｂ_ｊの情報をサブキャリア信号合成部２１４に入力する。

（サブキャリア信号合成部２１４）
サブキャリア信号合成部２１４は、合成量子化部２０８に対応する複数のアンテナｉ及びｊから受信した複数の受信信号（ｒ_ｉ、ｒ_ｊ）を合成する。このとき、サブキャリア信号合成部２１４は、合成係数算出部２１２により算出された合成係数ａ_ｋ，ｂ_ｋを各受信信号に乗算してから合成する。具体的には、サブキャリア信号合成部２１４は、アンテナｉから受信した受信信号ｒ_ｉに対して合成係数ａ_ｋを乗算し、アンテナｊから受信した受信信号ｒ_ｊに対して合成係数ｂ_ｋを乗算する。サブキャリア信号合成部２１４は、合成係数ａ_ｋ、ｂ_ｋを乗算した受信信号ｒ_ｉ、ｒ_ｊを合成して合成信号Ｒ_ｋ＝ａ_ｋ×ｒ_ｉ＋ｂ_ｋ×ｒ_ｊを生成する。

（チャネル推定部２１６）
チャネル推定部２１６は、サブキャリア信号合成部２１４により生成された合成信号Ｒ_ｋに基づき、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_ｉ＝［ｈ_ｉ１，ｈ_ｉ２，ｈ_ｉ３，ｈ_ｉ４］^Ｔ及びｈ_ｊ＝［ｈ_ｊ１，ｈ_ｊ２，ｈ_ｊ３，ｈ_ｊ４］^Ｔを推定する。チャネル推定部２１６、２３４により推定されたチャネルベクトルｈ_ｉ’、ｈ_ｊ’は、信号再生部２１８に入力される。

（信号再生部２１８、ＬＬＲ計算部２２０、誤り訂正復号部２２２）
信号再生部２１８は、チャネル推定部２１６により推定されたチャネルベクトルに基づき、サブキャリア信号合成部２１４により合成されたサブキャリア毎の信号を再生する。この信号は、ＬＬＲ計算部２２０に入力される。ＬＬＲ計算部２２０では、対数尤度比（ＬＬＲ；Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ）が算出される。誤り訂正復号部２２２は、ＬＬＲ計算部２２０で算出された対数尤度比に基づいて誤り訂正を行う。尚、送信側でターボ符号化が施された場合、誤り訂正復号部２２２は、ターボ復号を行う。

以上、本実施形態に係る通信システム１０００の構成、送信装置１００、及び受信装置２００の機能構成について説明した。また、合成量子化に係る信号処理方法についても説明した。

上記のように、受信側でサブキャリア毎にアンテナ巡回置換を実施することにより、隣接サブキャリア間で異なった合成チャネルベクトルが得られる。そのため、送信側で当該合成チャネルベクトルに基づくサブキャリア毎のビームフォーミングが施されると、受信信号の周波数選択性が増大するため、受信側で誤り訂正する際に周波数ダイバーシチ利得をより多く得ることが出来るようになる。その結果、伝送特性が向上する。また、図６の例のように、巡回的にアンテナの組み合わせを置換する場合、アンテナ３本からチャネルを合成して帰還する場合に比べて合成量子化の演算量が低減される上、より大きな周波数選択性が得られるという利点もある。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記の第１実施形態に係る技術を基本とし、複数のサブストリームを各受信装置に送信する構成に特徴がある。これに伴い、送信側ではビームフォーミング処理に係る機能構成が変更され、受信側では合成量子化に係る機能構成が多重化されると共に信号分離手段が追加される。この特徴的な構成により、アンテナ間の多重利得が得られるため、より伝送特性が向上する。尚、上記の第１実施形態と実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一の符号を付することにより、詳細な説明を省略する。

［通信システム２０００］
まず、図７を参照しながら、本実施形態に係る通信システム２０００の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る通信システム２０００の機能構成の一例を示す説明図である。図７に示すように、通信システム２０００は、ＯＦＤＭ伝送に係るマルチユーザＭＩＭＯシステムの一例であり、主に、送信装置１００と、複数の受信装置２００（＃１、＃２）とにより構成される。

［送信装置１００の機能構成］
図７を参照しながら、送信装置１００の機能構成について説明する。図７は、本実施形態に係る送信装置１００の機能構成の一例を示す説明図である。

図７に示すように、送信装置１００は、主に、量子化ベクトル再生部１０２と、ユーザ選択部１０４と、ビームフォーミング行列生成部１５０と、シリアル／パラレル変換部１１６、１５２と、チャネル符号化部１１２と、変調マッピング部１１４と、ビームフォーミング処理部１５８と、ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部１２０と、アンテナ１２２とにより構成される。上記の第１実施形態に係る送信装置１００との主な相違点は、ビームフォーミング行列生成部１５０、及びビームフォーミング処理部１５８にある。そこで、これらの構成要素についてのみ、詳細に説明する。尚、シリアル／パラレル変換部１５２は、受信装置２００毎の送信データを複数のサブストリームに分けるための直並列変換部である。

（ビームフォーミング行列生成部１５０）
ビームフォーミング行列生成部１５０は、チャネル行列Ｈを受信装置２００単位でブロック対角化するためのビームフォーミング行列Ｗを生成する手段である。ビームフォーミング行列生成部１５０は、例えば、以下に示すように、特異値分解を利用してビームフォーミング行列Ｗを生成することができる。また、ビームフォーミング行列生成部１５０は、逆行列演算を用いてビームフォーミング行列Ｗを生成することも可能である。

（特異値分解に基づくビームフォーミング行列Ｗの算出方法）
一例として、特異値分解に基づくビームフォーミング行列Ｗの算出方法について述べる。例えば、ビームフォーミング行列生成部１５０は、受信装置２００（＃２）から帰還されたサブチャネル行列Ｈ_（＃２）に対して特異値分解（下記の式（８））を施し、特異値ベクトルＶ_（＃２）を算出する。このとき、特異値０に対応する右特異値ベクトルＶ_（＃２） ^（０）は、サブチャネル行列Ｈ_（＃１）に対する零空間ベクトルを与える。そこで、ビームフォーミング行列生成部１５０は、この右特異値ベクトルＶ_（＃２） ^（０）を受信装置２００（＃１）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。

同様に、ビームフォーミング行列生成部１５０は、受信装置２００（＃１）から帰還されたサブチャネル行列Ｈ_（＃１）に対して特異値分解（下記の式（９））を施し、特異値ベクトルＶ_（＃１）を算出する。このとき、特異値０に対応する右特異値ベクトルＶ_（＃１） ^（０）は、サブチャネル行列Ｈ_（＃２）に対する零空間ベクトルを与える。そこで、ビームフォーミング行列生成部１５０は、この右特異値ベクトルＶ_（＃１） ^（０）を受信装置２００（＃２）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。つまり、ビームフォーミング行列生成部１５０は、ビームフォーミング行列Ｗ＝［Ｖ_（＃２） ^（０），Ｖ_（＃１） ^（０）］を得ることができる。

このビームフォーミング行列Ｗは、他の受信装置のサブチャネル行列に対する零空間ベクトルを要素としているため、このビームフォーミング行列Ｗを用いることで受信装置２００間の干渉成分が除去される。つまり、チャネル行列Ｈが実質的にブロック対角化される効果が得られる。

以上説明した方法によると、各受信装置２００が備える複数アンテナ間の干渉成分を残しつつ、受信装置２００間の干渉成分を除去することが可能になる。つまり、受信装置間の干渉を０にしつつ、受信装置２００毎にＭＩＭＯサブチャネルが形成される。

（逆行列演算に基づくビームフォーミング行列Ｗの算出方法）
他の例として、逆行列演算に基づくビームフォーミング行列Ｗの算出方法について述べる。ビームフォーミング行列生成部１５０は、チャネル行列Ｈの要素に基づき、一の受信装置２００が有するアンテナの１つ（＃ｉ）と、他の受信装置２００が有する全アンテナとに関するサブセット行列Ｈ_ｉ’を設定する。

このとき、ビームフォーミング行列生成部１５０は、通信システム２０００に含まれる全ての受信装置２００に対し、各受信装置２００が備えるアンテナ（＃ｉ）毎にサブセット行列Ｈ_ｉ’を設定する。但し、＃ｉは、全ての受信装置２００が有するアンテナに順次付番した場合のｉ番目のアンテナを示すインデックスである。以下の説明では、受信装置２００（＃１）のアンテナを＃１〜＃４とし、受信装置２００（＃２）のアンテナを＃５〜＃８とする。

例えば、ビームフォーミング行列生成部１５０は、下記の式（１０）に示すように、受信装置２００（＃１）のアンテナ＃１と、受信装置２００（＃２）の全アンテナ（＃５〜＃８）とに関するサブセット行列Ｈ_１’を設定する。同様に、ビームフォーミング行列生成部１５０は、サブセット行列Ｈ_２’（式（１１））、サブセット行列Ｈ_３’、…、サブセット行列Ｈ_８’を設定する。

次いで、ビームフォーミング行列生成部１５０は、各サブセット行列Ｈ_ｉ’に対し、下記の式（１２）に示す逆行列演算を施して、サブセット行列Ｈ_ｉ’毎のビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’を算出する。この演算を施しても、サブセット行列に含まれないアンテナ成分に対する干渉成分が除去されない点に注意されたい。

次いで、ビームフォーミング行列生成部１５０は、サブセット行列Ｈ_ｉ’毎に算出されたビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’を用いて、チャネル行列Ｈを受信装置２００単位でブロック対角化するためのビームフォーミング行列Ｗ’を生成する。まず、ビームフォーミング行列生成部１５０は、ビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’＝｛ｗ_ｊ ^（ｉ）；ｊ＝１，２，…｝の構成要素（以下、ウェイトベクトル）の中から、アンテナ＃ｉに対応するウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）を抽出する。但し、ｋは、アンテナ＃ｉに対応する構成要素のインデックスを表す。そして、ビームフォーミング行列生成部１５０は、抽出したウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）（ｋ＝１，２，…）を用いてビームフォーミング行列Ｗ’を生成する。

一例として、アンテナ＃１に対応するウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）を選択する方法について考える。まず、上記の式（１０）を参照すると、アンテナ＃１に対応するサブセット行列Ｈ_１’の第１行目に、受信装置２００のアンテナ＃１に対応した行列要素が存在することが分かる。上記の式（１２）に従って、このサブセット行列Ｈ_１’に逆行列演算を施すと、下記の式（１３）が得られる。このとき、サブセット行列Ｈ_１’の第１行目の成分は、ビームフォーミングウェイトＷ_１’の第１列目の成分に対応する。そのため、ビームフォーミング行列生成部１５０は、ビームフォーミングウェイトＷ_１’の第１番目に位置するベクトルｗ_１ ^（１）をウェイトベクトルとして抽出する。

同様に、ビームフォーミング行列生成部１５０は、受信装置２００のアンテナ＃ｉ（ｉ＝２，３，４，…，８）についても、ウェイトベクトル（ｗ_１ ^（２），ｗ_３ ^（３），ｗ_３ ^（４），…，ｗ_７ ^（８））を抽出する。そして、ビームフォーミング行列生成部１５０は、抽出されたウェイトベクトルｗ_１ ^（１）、ｗ_１ ^（２）、ｗ_３ ^（３）、ｗ_３ ^（４）、…、ｗ_７ ^（８）を用いて、下記の式（１４）に示すように、ビームフォーミング行列Ｗ’を得る。

（ビームフォーミング処理部１５８）
ビームフォーミング処理部１５８は、ビームフォーミング行列生成部１５０により生成されたビームフォーミング行列Ｗ又はＷ’を用いて送信シンボルベクトルｓにビームフォーミングを施す。ビームフォーミング後の実効的なチャネル行列ＨＷは、実質的に受信装置２００毎にブロック対角化され、受信装置２００間の干渉成分が除去される。

以上、本実施形態に係る送信装置１００の主な機能構成について説明した。本実施形態に係る送信装置１００の構成によると、受信装置２００が有する一のアンテナに向けたビームが他のアンテナに対してナルを形成せず、さらに、他のアンテナに向けたビームが前記一のアンテナに対してナルを形成しないように制御される。

［受信装置２００の機能構成］
次に、図８を参照しながら、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明する。図８は、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成を示す説明図である。

図８に示すように、受信装置２００は、主に、ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部２０２と、アンテナ巡回置換部２０４と、チャネル推定部２０６、２１６と、合成量子化部２０８と、記憶部２１０と、合成係数算出部２１２と、サブキャリア信号合成部２１４と、最尤推定部２５８と、ＬＬＲ計算部２２０と、誤り訂正復号部２２２とにより構成される。尚、図中では明示しないが、誤り訂正復号部２２２により並列に誤り訂正復号されたデータは並直列変換されて再生データとして出力される。

上記の第１実施形態に係る受信装置２００との主な相違点は、サブキャリア毎の処理が複数のサブストリームに対応して多重化されている点にある。また、多重信号から複数のサブストリームを分離するための最尤推定部２５８が設けられている点が異なる。そこで、これらの相違点について説明すると共に、この例におけるアンテナ巡回置換方法について簡単に説明を加える。

最尤推定部２５８は、チャネル推定部２１６により推定されたチャネル行列に基づき、サブキャリア信号合成部２１４により算出されたサブキャリア毎の受信信号を複数のサブストリームに分離する。このとき、最尤推定部２５８は、サブストリーム毎にユークリッド距離を算出し、累積尤度が最小となる信号点の組み合わせを選出することで、受信信号を各サブストリームに分離する。つまり、最尤推定部２５８は、最尤検出に基づく信号分離手段である。

ここで、図９を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ巡回置換の処理について説明を加える。図９は、本実施形態に係るアンテナ巡回置換処理を示す説明図である。図９の例では、各２本のアンテナに対応するチャネルベクトルが合成量子化に利用されるものと仮定している。４本のアンテナを２本の組にする組み合わせは、図９に示すように６通りある。そこで、アンテナ巡回置換部２０４は、図９に示す組み合わせをサブキャリア方向に巡回的に切り替えることで、隣接サブキャリア間で異なる周波数選択性が得られる。

以上、本発明の第２実施形態に係る通信システム２０００の構成について説明した。同実施形態は、受信装置２００毎に複数のサブストリームを送信できるように構成されている。そのため、上記の第１実施形態が奏する効果に加え、アンテナ間の多重利得が得られるため、更なる伝送特性の向上が図れる。以下、こうした効果について具体的に述べる。

［シミュレーション結果］
図１０に、誤り訂正を施していない場合における平均ビット誤り率特性のシミュレーション結果を示す。また、図１１に、誤り訂正後の平均パケット誤り率特性のシミュレーション結果を示す。

図１０の中で、一点鎖線は、受信側で２本の受信アンテナを備え、送信側において、各受信装置からチャネル行列の情報が完全に得られた場合に得られる平均ビット誤り率特性である。鎖線は、チャネルベクトルに対して１６ビットの量子化を行なった場合の平均ビット誤り率特性である。実線は、受信側で４本の受信アンテナを備え、２本ずつのアンテナに対して１６ビットの量子化をし、その誤差が最小となるように合成量子化を行なった場合の平均ビット誤り率特性である。

鎖線で示されるように、量子化誤差に起因して平均ビット誤り率特性が大幅に劣化することがわかる。また、実線と比較すると、アンテナの合成量子化により特性劣化が大きく改善されることが分かる。しかしながら、一点鎖線と比較すると、チャネル行列が完全に既知である場合に比べて平均ビット誤り率１０^−２において約２ｄＢの特性劣化が見られる。次に、図１１を参照する。

図１１の中で、一点鎖線は、受信側で２本の受信アンテナを備え、送信側において、各受信装置からチャネル行列の情報が完全に得られる場合の平均パケット誤り率特性である。鎖線は、チャネルベクトルに対して１６ビットの量子化を行なった場合に得られる平均パケット誤り率特性である。また、実線は、受信側で４本の受信アンテナを備え、アンテナ巡回置換をせずに、２本ずつのアンテナに対して１６ビットの合成量子化を行なった場合に得られる平均パケット誤り率特性である。点線は、アンテナ巡回置換を施し、２本ずつのアンテナに対して１６ビットの合成量子化を行なった場合に得られる平均パケット誤り率特性である。

実線で示される方式の場合、誤り訂正前に約２ｄＢの劣化が見られたが、アンテナの合成量子化に起因して隣接サブキャリア間で合成チャネルベクトルが大きく異なっている場合が発生するため、周波数ダイバーシチ利得の向上による特性向上が見られている。実際に、実線は、チャネル行列が完全に既知の場合に近い平均パケット誤り率特性となっている。本発明の実施形態に対応する点線の方式では、積極的に周波数選択性を増大させる処理が施されているため、より多くの周波数ダイバーシチ利得が得られる。そのため、点線で示されるように、チャネル行列が完全に既知の場合よりも良好な平均パケット誤り率特性が得られる場合がある。

以上説明したように、上記の実施形態に係る技術は、マルチストリーム伝送に適合するＺＦＢＦ技術を応用したマルチユーザＭＩＭＯシステムに適用され、伝送特性を向上させることができる。当該技術によると、受信側では、アンテナに対応するチャネルベクトルの合成量子化を行なう際にアンテナの組み合わせをサブキャリア方向に沿って巡回的に変えることにより、隣接サブキャリア間で異なる合成チャネルベクトルを得る。また、送信側では、合成チャネルベクトルを用いて各サブキャリアにビームフォーミングが施される。そのため、受信信号の周波数選択性が増大し、誤り訂正の際に大きな周波数ダイバーシチゲインを得ることが可能になり、伝送特性が向上するのである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の各実施形態に関する説明において、送信装置、及び受信装置のアンテナ数を４本としたが、これに限定されるものではない。また、上記の説明において、受信装置のアンテナを同本数のアンテナの組に分ける例を示したが、組毎に異なる本数のアンテナで構成されていてもよい。

ビームフォーミングを利用して通信するマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す説明図である。 チャネルベクトルを合成量子化する受信装置の構成例を示す説明図である。 チャネルベクトルの合成量子化方法を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る通信システムの構成を示す説明図である。 同実施形態に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。 同実施形態に係るアンテナ巡回置換方法を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る通信システムの構成を示す説明図である。 同実施形態に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。 同実施形態に係るアンテナ巡回置換方法を示す説明図である。 誤り訂正前の平均ビット誤り率特性のシミュレーション結果である。 誤り訂正後の平均ビット誤り率特性のシミュレーション結果である。

符号の説明

１０００、２０００ 通信システム
１００ 送信装置
１０２ 量子化ベクトル再生部
１０４ ユーザ選択部
１１０、１５０ ビームフォーミング行列生成部
１１２ チャネル符号化部
１１４ 変調マッピング部
１１６、１５２ シリアル／パラレル変換部
１１８、１５８ ビームフォーミング処理部
１２０ ＩＦＦＴ＆ＧＩ処理部
１２２ アンテナ
２００ 受信装置
２０２ ＧＩ除去＆ＦＦＴ処理部
２０４ アンテナ巡回置換部
２０６、２１６ チャネル推定部
２０８ 合成量子化部
２１０ 記憶部
２１２ 合成係数算出部
２１４ サブキャリア信号合成部
２１８ 信号再生部
２２０ ＬＬＲ計算部
２２２ 誤り訂正復号部
２５８ 最尤推定部

Claims (8)

1. Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置であって、
   Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する合成量子化部と、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、
   を備え、
   前記合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを送信側に帰還することを特徴とする、受信装置。
2. Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置であって、
   前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する複数の合成量子化部と、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、各前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、
   を備え、
   前記各合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを送信側に帰還することを特徴とする、受信装置。
3. 前記アンテナ置換部は、隣接する前記サブキャリア間で前記チャネルベクトルの組み合わせが異なるように前記合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換することを特徴とする、請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記アンテナ置換部は、前記隣接するサブキャリアに対し、当該サブキャリアが割り当てられた周波数軸上の所定方向を基準として所定の前記チャネルベクトルの組み合わせを巡回的に適用して、前記合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換することを特徴とする、請求項３に記載の受信装置。
5. 複数のアンテナを有する送信装置と、Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、当該各アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する複数の受信装置とを含む通信システムであって、
   前記受信装置は、
   Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する合成量子化部と、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、
   前記合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを前記送信装置に帰還するインデックス帰還部と、
   を備え、
   前記送信装置は、
   各前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて再生されたチャネル行列に基づき、前記受信装置のアンテナ間でチャネルを直交化させるためのビームフォーミング行列を生成する直交化行列生成部と、
   前記ビームフォーミング行列に基づき、送信信号にビームフォーミングを施して前記各受信装置に送信するビームフォーミング処理部と、
   を備えることを特徴とする、通信システム。
6. 複数のアンテナを有する送信装置と、Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、当該各アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する複数の受信装置と、を含む通信システムであって、
   前記受信装置は、
   前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルを合成量子化して量子化ベクトルを生成する複数の合成量子化部と、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、各前記合成量子化部により合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせを置換するアンテナ置換部と、
   前記各合成量子化部により生成された量子化ベクトルに対応するインデックスを前記送信装置に帰還するインデックス帰還部と、
   を備え、
   前記送信装置は、
   各前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて再生されたチャネル行列に基づき、前記各受信装置のアンテナ間でチャネルが直交せず、前記受信装置単位でチャネルを直交化させるためのビームフォーミング行列を生成する直交化行列生成部と、
   前記ビームフォーミング行列に基づき、送信信号にビームフォーミングを施して前記各受信装置に送信するビームフォーミング処理部と、
   を備えることを特徴とする、通信システム。
7. Ｎ（Ｎ≧３）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置における信号処理方法であって、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせが置換されるアンテナ置換ステップと、
   Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ−１）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルが合成量子化され、量子化ベクトルが生成される合成量子化ステップと、
   前記量子化ベクトルに対応するインデックスが送信側に帰還される帰還ステップと、
   を含むことを特徴とする、信号処理方法。
8. Ｎ’（Ｎ’≧４）本のアンテナを有し、各前記アンテナを介して受信した信号からチャネルベクトルを推定する受信装置における信号処理方法であって、
   前記信号が割り当てられたサブキャリア毎に、合成量子化されるチャネルベクトルの組み合わせが置換されるアンテナ置換ステップと、
   前記Ｎ’本のアンテナの中で、Ｍ（２≦Ｍ≦Ｎ’−２）本の前記アンテナに各々対応するＭ個の前記チャネルベクトルが複数組合成量子化され、複数の量子化ベクトルが生成される合成量子化ステップと、
   各前記量子化ベクトルに対応するインデックスが送信側に帰還される帰還ステップと、
   を含むことを特徴とする、信号処理方法。

Images