JP3869402B2

JP3869402B2 - Ｍｉｍｏ無線信号伝送装置

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Publication number: JP3869402B2
Application number: JP2003318354A
Authority: JP
Inventors: 大誠内田; 裕介浅井; 聰黒崎; 隆利杉山; 正弘梅比良
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005086655A

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを構成するＭＩＭＯ無線信号伝送装置に関する。

無線通信システムにおいては、受信局側の受信電力が、送信局と受信局間の距離、周辺の反射物などの影響を受ける。したがって、無線通信システムにおいては、受信局側の受信電力が、送信局並びに受信局の位置に著しく依存する。たとえば、位置固定の基地局と位置移動可の移動局とから構成される移動無線通信システムにおいては、受信局側の受信電力が、移動局の位置に依存している。

また、１送信アンテナと１受信アンテナを用いて無線信号を伝送するＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−ＩｎｐｕｔＳｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送では、受信信号の信号品質が、受信電力と１受信系の雑音電力の比ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ）に依存する。ただし、この熱雑音電力の平均値は移動局の位置によらず一定であるため、実質的には、受信信号の信号品質が受信電力に依存していると考えて良い。

このようなＳＩＳＯ伝送の場合、送信局側の送信電力が一定の場合、移動局が移動するごとに受信局側の受信電力が変動するため、受信信号品質を一定に保つことが困難であり、安定した無線通信サービスを提供することが難しい。

これを防ぐために、相手局側の受信電力を一定に保つよう、自局の受信電力や制御信号などにより相手局の受信電力を把握し、この相手局の受信電力に応じて自局の送信電力を制御（以下、「受信電力一定送信電力制御」という。）する方法が良く適用される（非特許文献１参照）。

この受信電力一定送信電力制御を送信局側に適用すると、送信局側の送信可能な送信電力値の範囲において、移動局の位置によらず基地局側、移動局側とともに一定の受信電力で受信できるため、安定した通信サービスを提供することが可能となる。このことを具体的に示した概念図を図５に示す。

図５では、基地局を送信局とし、移動局を受信局としている。基地局の送信電力を一定にした場合（図５におけるグラフ５−１）、移動局の位置によって移動局の受信電力が変動する（図５におけるグラフ５−２）伝搬環境においては、移動局の受信電力がある信号品質に対する所要受信電力に対して少ない分、基地局の送信電力を増加させることにより（図５におけるグラフ５−３）移動局の受信電力を所要受信電力の値に保つことが可能となる（図５におけるグラフ５−４）。これにより、移動局に対して一定の無線信号品質を保つことが可能であり、安定した無線通信サービスを提供することが可能となる。
「ｐｒｏｐｏｓａｌｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｐｌｉｎｋｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｎＨＹＰＥＲＬＡＮ／２」，ＥＴＳＩＥＰＢＲＡＮ＃１３．５ＨＬ１３．５ＥＲＩ８Ａ

しかしながら、上記受信電力一定送信電力制御を、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを構成し、受信側において、各受信アンテナの受信信号から推定した各ＭＩＭＯチャネルの伝達応答を用いてＩＣＩ（Ｉｎｔｅｒ−Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）をキャンセルするなどのＭＩＭＯチャネル復調を行うことにより各送信アンテナからの送信信号を全て復元するＭＩＭＯ伝送に適用した場合、以下の問題が生じる。

送信アンテナ数をＮとし（２≦Ｎ）、各送信アンテナから送信される無線信号をベクトルＴ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、^ｔは転置ベクトル、Ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）とおく。また、受信アンテナ数をＭとし、各受信アンテナ受信する無線信号をＲ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、^ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）とおく。送信アンテナｊ番目と受信アンテナｉの伝達応答をｈ_ｉｊとおき、ｈ_ｉｊを各要素とする伝達応答行列をＨとおくと、Ｔ，Ｒ，Ｈ，の間には以下の関係がある。

なお、ここで、ベクトルＮ（Ｎ＝（ｎ_１，ｎ_２，・・・，ｎ_Ｍ））の各要素ｎ_ｉは、各受信アンテナｉに接続される受信ブランチから発生する熱雑音信号成分を示す。
受信信号Ｒから、推定した伝達応答行列Ｈに基づき送信信号ｔ_ｊを復元するＭＩＭＯチャネル復調処理をＷ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ））とおくと、この復調処理後の復元信号Ｔ^〜（Ｔ^〜＝（ｔ_１ ^〜，ｔ_２ ^〜，・・・，ｔ_Ｎ ^〜）^ｔ、^ｔは転置ベクトル、ｔ_ｊ ^〜は無線信号ｔ_ｊに対す復元信号）は、下記のように表される。

したがって、各復元信号ｔ_ｊ ^〜に対するＳＮＲ_ｊは以下のように表される。

したがって、ＳＮＲ_ｊ、｜ｔ_ｊ｜、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜のサンプル（時間）平均を（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲ、｜ｔ_ｊ｜_ＡＶＲ、｜（Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ））｜_ＡＶＲとおくと、（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲは、

となる。これから、各復元信号ｔ_ｊ ^〜に対する平均（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲは、復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）の関数形と受信ブランチに発生する熱雑音信号成分Ｎ（Ｎ＝（ｎ_１，ｎ_２，・・・，ｎ_Ｍ））に依存する。

この系に前記受信電力一定送信電力制御を適用した場合の受信電力、（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを示した図を図６に示す。各受信アンテナｉの受信電力｜Ｌｉ｜^２は下記のように表される。

前記受信電力一定送信電力制御を適用した場合、この受信電力｜Ｌｉ｜^２を一定値｜Ｌ｜^２にするよう送信電力｜ｔ_ｊ｜_ＡＶＲの値を制御する（図６の６−１、６−２）。すなわち、

に基づき無線信号ｔ_ｊに対する増幅度α_ｊが決定される。このとき、（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲは数４、数６より、

となる。

したがって、（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲは、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲ、｜Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲに依存するが、増幅度α_ｊが｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲとは無関係の数６に従って決定されるため、増幅度α_ｊによって（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定にすることができない。
よって、移動局の位置によって｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの値が変化した場合（図６の６−３）、受信電力一定送信電力制御では数７の（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定にすることができない（図６の６−４）。すなわち、移動局の位置によって｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲが変化するような環境でＭＩＭＯ伝送を用いるとき、受信電力一定送信電力制御適用しても、安定した無線通信サービスを提供することが困難な問題があった。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑み、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの値に基づいて送信電力を制御することにより、ＭＩＭＯ伝送において（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段によって解決される。

第１の発明は、Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）を送信する無線信号送信装置と、Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、
前記無線信号受信装置は、前記推定した伝達応答行列Ｈを前記無線信号送信装置に定常的に通知する手段を具備し、前記無線信号送信装置は、前記無線信号受信装置における任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記復調処理Ｗｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、前記通知された伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段と、を具備する、ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置である。

第２の発明は、Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）を送信する無線信号送信装置と、Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、
前記無線信号受信装置は、前記推定した任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、前記推定した伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ，Ｈ_ａｌｌ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊを前記無線信号送信装置に定常的に通知する手段と、を具備し、前記無線信号送信装置は、前記通知された雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段を具備する、ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置である。

第３の発明は、Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）をＴＤＤ方式で送信する無線信号送信装置と、Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、前記無線信号受信装置は、パイロット信号を定常的に送信する手段を具備し、前記無線信号送信装置は、前記パイロット信号を受信することによって前記伝達応答行列Ｈを推定し、任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記無線信号受信装置の前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、前記推定した伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段と、を具備する、ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置である。

以上説明したように、本発明に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置よれば、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの値に基づいて送信電力を制御することにより、ＭＩＭＯ伝送において（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定とすることができる。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す図である。実施例１は、第１の発明に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置の実施例である。

図１に示すように、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、無線信号送信装置１と無線信号受信装置２とを備えている。
無線信号送信装置１においては、まず、Ｎ個の独立な無線信号Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔが入力される。なお、この無線信号Ｔは、ＰＣなどの外部から独立なＮ個のデータ信号列が供給され、それを各々独立に無線変調するような形態でもよいし、また、同じくＰＣなどの外部から１個のデータ信号列が供給され、このデータ信号系列をこの無線装置がシリアル−パラレル変換によりＮ個のデータ信号系列に分解した後、各々を独立に無線変調するような形態でもよいし、また、この無線装置自体がＮ個の独立なデータ信号を発生し、これらを無線変調するような形態でもよい。

無線信号送信装置１は、この無線信号Ｔに対して、
・無線信号受信装置２が伝達応答行列Ｈを推定するための経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を生成する経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段１−１、
・無線信号Ｔに経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を付加するＮ個の信号多重手段１−２−１〜１−２−Ｎ、
・Ｎ個の信号多重手段１−２−１〜１−２−Ｎの出力信号を無線周波数へ変換するＮ個の周波数変換手段１−３−１〜１−３−Ｎ、
・Ｎ個の周波数変換手段の出力信号に対して増幅する増幅度可変の可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎ、
・Ｎ個の可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎが増幅したＮ個の信号を各々無線送信するＮ個の送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎ、
・後述する無線信号受信装置２が推定した経路伝達応答行列Ｈの情報を取得するための受信アンテナ１−６、
・受信アンテナで受信した信号を復調する復調手段１−７、
・後述する無線信号受信装置２における任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）、並びに無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力を既知として、復調手段が復調した伝達応答行列Ｈと復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と熱雑音電力を用いて無線信号受信装置における復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、この算出した雑音電力ａ_ｊに比例して、可変アンプ１−４−ｊの増幅度を制御する送信電力制御手段１−８、から構成される。

また、無線信号受信装置２は、
・Ｍ個の受信アンテナ２−１−１〜２−１−Ｍ
・受信アンテナ２−１−１〜２−１−Ｍが受信した信号に対してベースバンド帯へ周波数変換する周波数変換手段２−２−１〜２−２−Ｎ、
・前記Ｍ個の受信アンテナで受信した経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号から経路伝達応答行列Ｈを推定する伝達応答行列Ｈ推定手段２−３、
・伝達応答行列Ｈ推定手段２−３が推定した伝達応答行列Ｈに基づいて、Ｍ個の受信アンテナ２−１−１〜２−１−Ｍが受信したＭ個の受信信号Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎ）^ｔについて、元のＮ個の無線信号Ｔを復元するための復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）、（１≦ｊ≦Ｎ））を行うＭＩＭＯチャネル復調手段２−４、
・伝達応答行列Ｈ推定手段２−３が推定した伝達応答行列Ｈを前記無線信号送信装置１に通知するために、推定した伝達応答行列Ｈの情報を無線信号に変調する変調手段２−５、
・変調手段が変調した無線信号を無線送信する送信アンテナ２−６、
から構成される。

まず、無線信号送信装置１は、送信したいＮ個の無線信号Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔに先立ち、無線信号受信装置２が経路伝達応答行列Ｈを推定するための無線信号受信装置２が既知の信号パターンである前記伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を前記伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段１−１により生成し、Ｎ個の信号多重手段１−２−１〜１−２−ＮによってＮ個の無線信号Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔの前に伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を付加する。

なお、伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号は、無線信号受信装置２が伝達応答行列Ｈを推定できればどんなパイロット信号パターンでも良い。たとえば、各送信アンテナから同じパイロット信号パターンを時分割に送信するような形態が考えられる。この信号パターンを図３に示す。

図３では、例えば送信アンテナ１から順に同じパイロット信号パターンを送信しており、ある送信アンテナからパイロット信号を送信している間は、他の送信アンテナは送信していない。この場合、たとえば、送信アンテナｊからパイロット信号が送信された場合、無線信号受信装置２の受信アンテナｉでは、送信アンテナｊから受信アンテナｉを経由したパイロット信号のみが受信されるため、無線信号受信装置２がパイロット信号パターンを既知であれば、送信アンテナｊと受信アンテナｉ間の伝達応答ｈ_ｉｊが推定可能である。

以下、同様な動作を各送信アンテナから順番に送信されるパイロット信号について、各受信アンテナで行えば、Ｎ個の送信アンテナとＭ個の受信アンテナの全ての組み合わせの伝達応答ｈ_ｉｊ、すなわち伝達応答行列Ｈが推定可能である。なお、無線信号受信装置において自動利得制御（ＡＧＣ）が装備されている場合、自動利得制御（ＡＧＣ）後は、各受信電力｜Ｌ_ｉ｜^２がｈ_ｉｊによらず一定のレベルを保つよう調整される。本伝達応答ｈ_ｉｊは、この自動利得制御（ＡＧＣ）による電力増幅を含まない送信アンテナｊから受信アンテナｉまでの空間上の純粋な伝達応答とする。このような伝達応答ｈ_ｉｊを推定する方法としては、上記の方法で推定したｈ_ｉｊを、さらに自動利得制御（ＡＧＣ）の電力増幅度で割るような方法が考えられる。

以上の無線信号受信装置２における伝達応答行列Ｈの推定動作は、図１において、伝達応答行列Ｈ手段２−２で行われる。
Ｎ個の多重手段１−２−１〜１−２−ＮがＮ個の無線信号Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔに伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を付加したＮ個の信号はＮ個の周波数変換手段１−３−１〜１−３−Ｎによって無線周波数帯へ周波数変換される。

実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、無線信号送信装置１側で無線信号受信装置２における復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）を用いるため、無線信号送信装置１から無線信号受信装置２方向の伝達応答行列Ｈを取得する必要がある。

実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置では、ＦＤＤ伝送のような無線信号送信装置側で伝達応答行列Ｈを推定することができない状況を想定し、無線信号受信装置２が推定した伝達応答行列Ｈを無線信号送信装置１に通知する。そのために、無線信号受信装置２は、伝達応答行列Ｈ推定手段２−２で推定した伝達応答行列Ｈの情報を変調手段２−４、送信アンテナ２−５により、無線信号送信装置１へ無線送信する。無線信号送信装置１は、受信アンテナ１−６、復調手段１−７により、伝達応答行列Ｈの情報を取得する。その後、取得した伝達応答行列Ｈは前記送信電力制御手段１−７に伝えられる。

送信電力制御手段１−８は、予め任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）、並びに無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｍ ^２）_ＡＶＲを既知とする。

なお、送信電力制御手段１−８が復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）を既知とする方法は、あらかじめ送信電力制御手段１−８に復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）の伝達応答行列Ｈに対する関数形を登録するような方法が考えられる。

また、送信電力制御手段１−８が前記雑音信号の平均電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｍ ^２）_ＡＶＲを既知とする方法は、（ＮＦ_ｉ×所要帯域Ｂ×温度Ｔ×ボルツマン定数ｋ）の値を送信電力制御手段１−８にあらかじめ登録するような方法がある。ここで、ＮＦ_ｉは、無線信号受信装置２が備える受信ブランチｉのＮｏｉｓｅＦｉｇｕｒｅ（ＮＦ）である。

なお、各受信ブランチの回路構成が同じ構成であれば、無線信号受信装置の各受信ブランチのＮＦ_ｉ（＝ＮＦ）を等しいものとし、各受信ブランチの雑音信号の平均電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｍ ^２）_ＡＶＲを（ＮＦ×所要帯域Ｂ×温度Ｔ×ボルツマン定数ｋ）として登録する方法もある。
また、無線信号送信装置のＮＦと無線信号受信装置のＮＦが等しいと仮定して、送信電力制御手段１−８に自無線信号送信装置１のＮＦを予め登録するような方法がある。

送信電力制御手段１−８は、通知された伝達応答行列Ｈに基づき、無線信号受信装置２の復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）を定める。そして、互いに独立であり分散が熱雑音電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｎ ^２）_ＡＶＲに各々等しいガウス雑音変数ｎ_１，ｎ_２，・・・，ｎ_Ｎを復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）に代入し、その絶対値の２乗のサンプル平均値｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを計算する。

サンプル平均値｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲは、数７から分かる通り、無線信号受信装置２における復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の無線信号ｔ_ｊに対する雑音電力を反映したものとなる。送信電力制御手段１−８は算出したサンプル平均値｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲに比例して、無線信号Ｔ_ｊに対する可変アンプ１−４−ｊの増幅度β_ｊを定める。すなわち、

ここで、ｋ^２は比例定数であり、送信アンテナ番号ｊに依存しない量である。

Ｎ個の周波数変換手段３−３−１〜３−３−ＮからのＮ個の出力信号は、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎにより、数８に従った増幅度β_１〜β_Ｎで増幅された後、送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎから送信される。

以上のように、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎの増幅度β_１〜β_Ｎを制御した場合の送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎから送信される無線信号をＴ^ｔ＝（ｔ_１ ^ｔ，ｔ_２ ^ｔ，・・・ｔ_Ｎ ^ｔ）^ｔとおくと、

となる。

このとき、無線信号受信装置２で受信する受信信号Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎ）^ｔは、下記のように表される。

無線信号受信装置２は、ＭＩＭＯチャネル復調手段２−３にて、受信信号Ｒに対して伝達応答行列Ｈ手段２−２で推定した伝達応答行列Ｈに基づき定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）を行い、元の無線信号Ｔ^ｔを復元する。その復元信号をＴ^ｔ〜＝（ｔ_１ ^ｔ〜，ｔ_２ ^ｔ〜，・・・，ｔ_Ｎ ^ｔ〜）^ｔとおくと、数２と同様に、

となる。数９、数１０、数１１より、
各復元信号ｔ_ｊ ^〜に対するＳＮＲの平均値（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲは、

となる。

したがって、以上の可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎの増幅度β_１〜β_Ｎを制御する送信電力制御により、送信アンテナ番号ｊ、伝達応答行列Ｈによらず、復元信号Ｔ^ｔ＝（ｔ_１ ^ｔ，ｔ_２ ^ｔ，・・・ｔ_Ｎ ^ｔ）^ｔの各成分の平均ＳＮＲを一定値ｋ^２｜ｔ_ｊ｜^２ _ＡＶＲにすることが可能である。よって、たとえば所要の無線信号品質に対する所要ＳＮＲとこのｋ^２｜ｔ_ｊ｜^２ _ＡＶＲ以上に設定すれば、伝達応答行列Ｈによらず平均値（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを所要ＳＮＲ以上に保つことが可能である。以上の概念、並びに定性的なグラフを示した図４に示す。

図４では、図５，６と同様、無線信号送信装置１を基地局、無線信号受信装置２を移動局としている。基地局の送信電力を一定にした場合（図４におけるグラフ４−１）、移動局の位置によって移動局の｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲが変動する（図４におけるグラフ４−２）。

このとき、移動局のチャネル間干渉キャンセラ後の平均ＳＮＲ_ｊは数４のようになるため、移動局の位置により平均ＳＮＲは変動する（図４におけるグラフ４−３）。しかしながら、本発明の送信電力制御を用いると移動局の｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲに基づいて、基地局の送信電力を数８のように制御するため、移動局の前記復調処理後の平均ＳＮＲ_ｊは数１２のように移動局に位置によらずに一定に保つことが可能となる。

したがって、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置によれば、ＭＩＭＯ伝送において、安定して無線通信サービスを提供することが可能となる。

なお、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの具体的な値は、たとえば送信アンテナ数Ｎと受信アンテナ数Ｍが等しく、復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）が受信信号Ｒに対する伝達応答行列Ｈの逆行列Ｈ^−１の乗算、すなわち、逆行列Ｈ^−１の（ｉ，ｊ）成分をｈ^′ _ｉｊとおくと

とすると、数１１、数１３から｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲは下記のようになる。

無線信号受信装置２の各受信ブランチの熱雑音信号ｎ_１，ｎ_２，・・・，ｎ_Ｎの平均電力が等しい（＝σ^２）と仮定すると、

したがって、復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）が伝達応答行列Ｈの逆行列Ｈ^−１乗算の場合、無線信号送信装置１が伝達応答行列Ｈと無線信号受信装置２の各受信ブランチの平均熱雑音電力σ^２が把握できれば、容易に｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲが算出できる。

また、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、ＭＩＭＯ伝送にマルチキャリアシステムのＯＦＤＭ（ＯｔｈｒｏｇｉｃａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号伝送方式を適用するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式にも適用可能である。

ＯＦＤＭ信号伝送方式においては、マルチパス波の遅延時間がガードインターバル以内に入っていれば各サブキャリアを独立に復調することができる。すなわち、各サブキャリアの伝送を独立に扱うことが可能である。このような場合、各サブキャリア内で上記と全く同様の数８〜数１２が成立する。

したがって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式に実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置を適用すれば、あるサブキャリア成分においては、全送信アンテナに対するサブキャリア成分の平均ＳＮＲを一定にすることが可能である。

また、数１２における｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの値に対する可変アンプの増幅度を決定する比例定数ｋ^２を全サブキャリアにおいて一定とすると、全送信アンテナに対する全サブキャリア成分、すなわち全変調シンボルに対して、平均ＳＮＲを一定にすることが可能である。

したがって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式に、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置を適用することにより、安定して無線通信サービスを提供することが可能となる。

実施例２は、第２の発明に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置の実施例である。

実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、無線信号送信装置１が行っていた｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの算出を、無線信号受信装置２が行い、算出した｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを無線信号送信装置１に通知することによって、無線信号送信装置１は通知してもらった｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲに基づき送信電力制御を行うことを特徴としている。

実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が備える無線信号送信装置と無線信号受信装置のブロック構成は、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が備える無線信号送信装置と無線信号受信装置のブロック構成と全く同一である。｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの算出機能は、無線信号受信装置２における伝達応答行列Ｈ推定手段２−３が担う。

伝達応答行列Ｈ推定手段２−３は、あらかじめ任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）、並びに無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｍ ^２）_ＡＶＲを既知とする。

なお、伝達応答行列Ｈ推定手段２−３が復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）を既知とする方法はあらかじめ伝達応答行列Ｈ推定手段２−３に復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）の伝達応答行列Ｈに対する関数形を登録するような方法が考えられる。

また、伝達応答行列Ｈ推定手段２−３が雑音信号の平均電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｎ ^２）_ＡＶＲを既知とする方法は、実施例１の場合と同様である。

伝達応答行列Ｈ推定手段２−３は、実施例１の場合と同様に伝達応答行列Ｈを推定する。その後、推定した伝達応答行列Ｈ、復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）、雑音信号の平均電力（ｎ_１ ^２）_ＡＶＲ，（ｎ_２ ^２）_ＡＶＲ，・・・（ｎ_Ｎ ^２）_ＡＶＲを用いて、実施例１の無線信号送信装置１の送信電力制御手段１−７が｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出した方法と全く同様の方法により、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出する。その後、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの情報を変調手段２−５と送信アンテナにより、無線信号送信装置１に通知する。

無線信号送信装置１は、通知された｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの情報を受信アンテナ１−６と復調手段１−７により取得する。復調手段１−７は取得した該｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの情報を送信電力制御手段１−８はの情報を伝える。

送信電力制御手段１−８は、取得した｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの値に基づいて、実施例１の場合と全く同様に、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎの増幅度β_１〜β_Ｎを数８のように設定する。

その他のブロック、無線信号送信装置１における伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段１−１、信号多重手段１−２−１〜１−２−Ｎ、周波数変換手段１−３−１〜１−３−Ｎ、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎ、送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎ、並びに無線信号受信装置２における受信アンテナ２−１−１〜２−１−Ｍ、周波数変換手段２−２−１〜２−２−Ｍ、ＭＩＭＯチャネル復調手段２−４は、実施例１の場合と全く同様の動作をする。

実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置では、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出する機能を無線信号受信信号２が行うため、｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの算出を無線信号送信信号１が行う実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置よりも無線信号送信装置のハードウェア構成を軽減することができる。

したがって、たとえば、無線信号送信装置１が移動局、無線信号受信装置２が基地局のような無線通信システムでは、実施例２により移動局側のハードウェア負担を軽減することが可能となる。

実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、ＴＤＤ伝送を前提とし、無線信号送信装置１が無線信号受信装置２から通知してもらっていた伝達応答行列Ｈを、無線信号受信装置２から各受信アンテナ２−１−１〜２−１−Ｍから伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を送信してもらうことによって、無線信号送信装置１自身が伝達応答行列Ｈを推定することを特徴としている。

無線信号送信装置が行う送信電力制御方法において必要な伝達応答行列Ｈは、無線信号送信装置１から無線信号受信装置２方向の伝達応答行列Ｈであるが、無線信号送信装置１−１が推定できる伝達応答行列Ｈは、無線信号受信装置２から無線信号送信装置１方向の伝達応答行列Ｈである。

しかしながら、ＴＤＤ伝送であれば、無線信号送信装置１から無線信号受信装置１方向、無線信号受信装置２から無線信号送信装置１方向とも同じ周波数を用いるため、無線信号受信装置２から無線信号送信装置１方向の伝達応答行列Ｈと無線信号送信装置１から無線信号受信装置２方向の伝達応答行列Ｈが等しくなる。

したがって、無線信号送信装置１でも、無線信号送信装置が行う送信電力制御方法において必要な無線信号送信装置１から無線信号受信装置２方向の伝達応答行列Ｈを推定することが可能となる。

実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が備える無線信号送信装置３、無線信号受信装置４を図２に示す。

無線信号送信装置３は、
図１における無線信号送信装置１における経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段１−１、信号多重手段１−２−１〜１−２−Ｎ、周波数変換手段１−３−１〜１−３−Ｎ、可変アンプ１−３−１〜１−３−Ｎ、送信電力制御手段１−７と全く同一の、
・伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段３−１、
・Ｎ個の信号多重手段３−２−１〜３−２−Ｎ、
・Ｎ個の周波数変換手段３−３−１〜３−３−Ｎ、
・Ｎ個の可変アンプ３−４−１〜３−４−Ｎ、
・送信電力制御手段３−７、
を具備する。

さらに、前記伝達応答行列Ｈを推定するために、
・後述する無線信号受信装置４から送信される伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を受信し、また、前記無線信号Ｔを送信するためのＮ個の送受信アンテナ３−６−１〜３−６−Ｎ、・受信した伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号から伝達応答行列Ｈを推定する伝達応答行列Ｈ推定手段３−７、
・送受信アンテナ３−６−１〜３−６−Ｎの接続先を可変アンプ３−４−１〜３−４−Ｎと伝達応答行列Ｈ推定手段３−７に時分割に切り替えるＮ個のＴＤＤスイッチ３−５−１〜３−５−Ｎ、
を具備する。

一方、無線信号受信装置４は、図１における無線信号受信装置２における周波数変換手段２−２−１〜２−２−Ｍ、伝達応答行列Ｈ推定手段２−３、ＭＩＭＯチャネル復調手段２−４と全く同じ同一の、
・周波数変換手段４−３−１〜４−３−Ｎ
・伝達応答行列Ｈ推定手段４−４
・ＭＩＭＯチャネル復調手段４−５
を具備する。

また、無線信号送信装置３が伝達応答行列Ｈを推定できるよう、
・伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を生成する伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段４−６、
・伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を送信し、また前記無線信号Ｔを受信するためのＭ個の送受信アンテナ４−１−１〜４−１−Ｍ、
・送受信アンテナ４−１−１〜４−１−Ｍの接続先をＭＩＭＯチャネル復調手段４−５と伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段４−６に時分割に切り替えるＭ個のＴＤＤスイッチ４−２−１〜４−２−Ｍ、
を具備する。

なお、無線信号送信装置３における伝達応答行列Ｈ推定手段３−７、無線信号受信装置４における伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段４−６は、無線信号受信装置４における伝達応答行列Ｈ推定手段４−４、無線信号送信装置３における経路伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段３−１と各々全く同じ機能を有する。

無線信号受信装置４において、伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段４−６において伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を生成し、生成された伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を前記送受信アンテナ４−２−１〜４−２−Ｍから送信する。なお、伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号の信号パターンは実施例１で言及したパターンと全く同一のパターンを用いればよい。

無線信号送信装置３は、送受信アンテナ３−６−１〜３−６−Ｎから伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を受信することにより、伝達応答行列Ｈ推定手段３−７で伝達応答行列Ｈが推定できる。伝達応答行列Ｈ推定手段３−７は推定した伝達応答行列Ｈを前記送信電力制御手段３−８に伝える。

送信電力制御手段３−８は、伝達応答行列Ｈが伝えられた後は、実施例１の場合と全く同様にして、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎの増幅度β_１〜β_Ｎを制御する。

無線信号送信装置３におけるＴＤＤスイッチ３−５−１〜３−５−Ｎは、無線信号送信装置４が無線信号Ｔと伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を送信する場合は、送受信アンテナ３−６−１〜３−６−Ｎと可変アンプ３−４−１〜３−４−Ｎを接続し、無線信号受信装置２から送信される伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を受信する時は送受信アンテナ３−６−１〜３−６−Ｎと伝達応答行列Ｈ推定手段３−７を接続する。

無線信号受信装置４におけるＴＤＤスイッチ４−２−１〜４−２−Ｍは、無線信号送信装置３が送信する無線信号Ｔと伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を受信する場合は、送受信アンテナ４−１−１〜４−１−ＭとＭＩＭＯチャネル復調手段４−５を接続し、伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号を送信する場合は、送受信アンテナ４−１−１〜４−１−Ｍと伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段を接続する。

その他のブロック、無線信号送信装置３における伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段３−１、信号多重手段３−２−１〜３−２−Ｎ、周波数変換手段３−３−１〜３−３−Ｎ、可変アンプ３−４−１〜３−４−Ｎ、送信電力制御手段３−８、並びに無線信号受信装置４における周波数変換手段４−２−１〜４−２−Ｍ、ＭＩＭＯチャネル復調手段４−５は、実施例１の無線信号送信装置１における伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段１−１、信号多重手段１−２−１〜１−２−Ｎ、周波数変換手段１−３−１〜１−３−Ｎ、可変アンプ１−４−１〜１−４−Ｎ、送信電力制御手段１−７、並びに無線信号受信装置２における周波数変換手段２−２−１〜２−２−Ｍ、ＭＩＭＯチャネル復調手段２−５と全く同様の動作をする。

実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、無線信号送信装置自身が伝達応答行列Ｈを推定するため、無線信号受信装置から推定した伝達応答行列Ｈを通知してもらう実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置と比較して、無線信号送信装置はより瞬時に実際の伝搬の伝達応答行列Ｈを取得することができる。

したがって、実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置では、送信電力をより最近の伝達応答行列Ｈを用いて制御できるため、伝達応答行列Ｈの変動に対して平均値（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定にする制御がより高精度に行うことが可能となる。

以上説明したように、実施例１〜実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置によれば、ＭＩＭＯ伝送において、無線信号送信装置が無線信号受信装置側の復調処理後の雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを取得し、雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲに比例して送信アンテナｊの無線信号ｔ_ｊの電力を増幅するため、伝達応答行列Ｈによらず、無線信号受信装置側の復調処理後の平均ＳＮＲ_ｊを一定に保つことが可能である。したがって、実施例１〜実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置によれば、受信電力に基づいて送信電力値を制御する従来の送信電力制御では受信ＳＮＲを一定に保つことができないような、移動無線通信でのＭＩＭＯ伝送においても、安定した無線通信サービスを提供することが可能となる。

また、実施例１、実施例２、実施例３の違いは、無線信号送信装置による無線信号受信装置側の復調処理後の雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲの取得の方法にある。

実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、無線信号受信装置から推定した伝達応答行列Ｈを通知してもらうことにより、通知してもらった伝達応答行列Ｈを基に雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出する。

一方、実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、無線信号受信装置側が雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出し、算出した雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを無線信号装置装置に通知する。したがって、雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出する機能を無線信号送信装置から削除できるため、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置よりも無線信号送信装置のハードウェア構成を軽減することが可能となる。よって、実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置によれば、無線信号送信装置が移動局、無線信号受信装置が基地局となるような無線通信システムで移動局側のハードウェア構成を軽減できる。

一方、実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置は、ＴＤＤ伝送を前提として、無線信号送信装置自身が伝達応答行列Ｈを推定し、推定した伝達応答行列Ｈに基づいて雑音電力｜Ｗ_ｊ（ｎ_１，ｎ_２，・・・ｎ_Ｍ；Ｈ）｜^２ _ＡＶＲを算出している。したがって、実施例１に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置と比較すると、無線信号送信装置が実際の伝搬環境の伝達応答行列Ｈをより瞬時に取得できるため、伝達応答行列Ｈの変動に対して平均値（ＳＮＲ_ｊ）_ＡＶＲを一定にする制御をより高精度に行うことが可能となる。

実施例１および実施例２に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が備える無線信号送信装置１と無線信号受信装置２のブロック構成図である。実施例３に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が備える無線信号送信装置１と無線信号受信装置２のブロック構成図である。本発明の実施例において、伝達応答行列Ｈの推定を実現するパイロット信号の構成法の一例を示した図である。実施例に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が行う送信電力制御方法の概念、並びに実施例に係るＭＩＭＯ無線信号伝送装置が行う送信電力制御方法をＭＩＭＯ伝送に適用した場合の移動局のＳＮＲを定性的に示したグラフである。従来の送信電力制御方法の概念を示した図である。従来の送信電力制御方法をＭＩＭＯ伝送に適用した場合の移動局のＳＮＲを定性的に示したグラフである。

符号の説明

１無線信号送信装置
１−１伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段
１−２−１〜１−２−Ｎ信号多重手段
１−３−１〜１−３−Ｎ周波数変換手段
１−４−１〜１−４−Ｎ可変アンプ
１−５−１〜１−５−Ｎ送信アンテナ
１−６受信アンテナ
１−７受信信号復調手段
１−８送信電力制御手段
２無線信号受信装置
２−１−１〜２−１−Ｍ受信アンテナ
２−２−１〜２−２−Ｍ周波数変換手段
２−３伝達応答行列Ｈ推定手段
２−４ＭＩＭＯチャネル復調手段
２−５変調手段
２−６送信アンテナ
３無線信号送信装置
３−１伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段
３−２−１〜３−２−Ｎ信号多重手段
３−３−１〜３−３−Ｎ周波数変換手段
３−４−１〜３−４−Ｎ可変アンプ
３−５−１〜３−５−ＮＴＤＤスイッチ
３−６−１〜３−６−Ｎ送受信アンテナ
３−７伝達応答行列Ｈ推定手段
３−８送信電力制御手段
４無線信号受信装置４−１−１〜４−１−Ｍ送受信アンテナ
４−２−１〜４−２−ＭＴＤＤスイッチ
４−３−１〜４−３−Ｍ周波数変換手段
４−４伝達応答行列Ｈ推定手段
４−５ＭＩＭＯチャネル復調手段
４−６伝達応答行列Ｈ推定用パイロット信号生成手段

Claims

Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）を送信する無線信号送信装置と、
Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、
を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、
前記無線信号受信装置は、前記推定した伝達応答行列Ｈを前記無線信号送信装置に定常的に通知する手段を具備し、
前記無線信号送信装置は、
前記無線信号受信装置における任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記復調処理Ｗｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、
前記通知された伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段と、
を具備する、
ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置。
Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）を送信する無線信号送信装置と、
Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、
を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、
前記無線信号受信装置は、
前記推定した任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、
前記推定した伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ，Ｈ_ａｌｌ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊを前記無線信号送信装置に定常的に通知する手段と、
を具備し、
前記無線信号送信装置は、前記通知された雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段を具備する、
ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置。
Ｎ（Ｎ≧２）個の送信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナから同一の周波数を用いて無線信号Ｔ（Ｔ＝（ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｎ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｔ_ｉのｉは送信アンテナ番号）をＴＤＤ方式で送信する無線信号送信装置と、
Ｍ（Ｍ≧１）個の受信アンテナを具備し、前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｍ個の受信アンテナとの組み合わせであるＮ×Ｍ個の無線経路の伝達応答行列Ｈ（Ｈの（ｉ，ｊ）成分ｈ_ｉｊは送信アンテナｊと受信アンテナｉ間との伝達応答）が推定可能であり、Ｍ個の受信信号Ｒ（Ｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ）^ｔ、ｔは転置ベクトル、ｒ_ｊのｊは受信アンテナ番号）に前記推定した伝達応答行列Ｈを基に定まる復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）（１≦ｊ≦Ｎ）を施すことによって元の無線信号ｔ_ｊ（ｔ_ｊ＝Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，…ｒ_Ｍ；Ｈ））を復元する無線信号受信装置と、
を備えるＮ×ＭのＭＩＭＯ無線信号伝送装置において、
前記無線信号受信装置は、パイロット信号を定常的に送信する手段を具備し、
前記無線信号送信装置は、
前記パイロット信号を受信することによって前記伝達応答行列Ｈを推定し、任意の伝達応答行列Ｈ_ａｌｌに対する前記無線信号受信装置の前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記無線信号受信装置における各受信アンテナに接続される受信ブランチの熱雑音電力とを既知とする手段と、
前記推定した伝達応答行列Ｈと前記既知とした復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・ｒ_Ｍ；Ｈ_ａｌｌ）と前記既知とした熱雑音電力とを用いて前記無線信号受信装置における前記復調処理Ｗ_ｊ（ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｍ；Ｈ）後の雑音電力ａ_ｊを算出し、前記算出した雑音電力ａ_ｊに比例して前記送信アンテナｊ番目の送信電力を制御する手段と、
を具備する、
ことを特徴とするＭＩＭＯ無線信号伝送装置。