特許 5894037 送信装置、及びチャネル推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5894037

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月23日

(54)【発明の名称】送信装置、及びチャネル推定方法

(51)【国際特許分類】

   H04J 99/00 20090101AFI20160310BHJP

   H04B 7/04 20060101ALI20160310BHJP

【ＦＩ】

   H04J15/00

   H04B7/04

【請求項の数】8

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2012-185804(P2012-185804)

(22)【出願日】2012年8月24日

(65)【公開番号】特開2014-45286(P2014-45286A)

(43)【公開日】2014年3月13日

【審査請求日】2015年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503021135

【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ ブリストル

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＢＲＩＳＴＯＬ

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】工藤 理一

(72)【発明者】

【氏名】溝口 匡人

(72)【発明者】

【氏名】サイモン エム ディ アーマー

(72)【発明者】

【氏名】ジョー マギーアン

【審査官】 北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０３９２４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１１１７８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０８１０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０７８１９３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２００９／１１４６３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２２４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４１４９２（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｊ ９９／００

Ｈ０４Ｂ ７／０４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＣｉＮｉｉ

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−２

ＣＴ ＷＧ１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ本（Ｎ≧２）アンテナを有し、１つ以上の端末装置と通信を行う送信装置であって、
Ｎ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを記憶し、当該ランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成するトレーニングウエイト生成回路と、
前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを生成し、当該ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成する送信信号生成回路と、
前記ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を前記端末装置に送信し、前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信する無線信号送受信回路と、を備え、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成する
ことを特徴とする送信装置。

【請求項2】

前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記新たなトレーニングウエイトを生成する際に、前記ランダムウエイトの選択されてないベクトルの数が、前記付加トレーニングウエイトが必要とするベクトル数未満または０の場合、前記ウエイトチャネル情報と前記トレーニングウエイトとに基づいて新たにＮ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを生成して記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。

【請求項3】

前記トレーニングウエイト生成回路は、
計時手段が計時する経過時間に応じて、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトとして選択するベクトル数を増加させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。

【請求項4】

前記端末装置から受信するウエイトチャネル情報は、前記端末装置側で推定したウエイトチャネル行列のうちフィードバックを要求された所定の数のベクトルで表される情報であり、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記所定の数の変更を前記端末装置に要求する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の送信装置。

【請求項5】

前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数との和を一定とし、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
前記所定のベクトル数の変更を前記端末装置に要求した場合、前記所定のベクトル数の変更に応じて前記付加トレーニングウエイトのベクトル数を増減させて前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数の和を一定にする
ことを特徴とする請求項４に記載の送信装置。

【請求項6】

前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが複数定められ、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
複数の前記端末装置の組み合わせごとにランダムウエイトを記憶し、前記トレーニングウエイトの生成を行う
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の送信装置。

【請求項7】

前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが定められ、
前記トレーニングウエイト生成回路は、
更新前のトレーニングウエイトについて記憶し、組み合わせに含まれる前記端末装置のうち一部の前記端末装置からウエイトチャネル情報を取得できなかった場合、当該端末装置からのウエイトチャネル情報を正常に取得した際のトレーニングウエイトを記憶し、ウエイトチャネル情報を正常に取得した端末装置からのウエイトチャネル情報と用いたトレーニングウエイトに加え、ウエイトチャネル情報を取得できなかった端末装置の過去のウエイトチャネル情報と当該ウエイトチャネル情報を推定した際のトレーニングウエイトを用いてトレーニングウエイトを生成して更新する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の送信装置。

【請求項8】

Ｎ本（Ｎ≧２）アンテナを有し、１つ以上の端末装置と通信を行う送信装置におけるチャネル推定方法であって、
Ｎ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成し、
前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成して前記端末装置に送信し、
前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信し、
前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、
前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成する
ことを特徴とするチャネル推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、複数のアンテナを用いて通信を行う送信装置、及びチャネル推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ： Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの物理層伝送速度を実現している。
これらのシステムでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は３０Ｍｂｐｓ程度であり、情報を必要とする通信相手が増えればこの特性は更に低下する。一方、有線ＬＡＮの世界ではＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−Ｔインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home）の普及から、１００Ｍｂｐｓの高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。
高速化の技術として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいて空間多重送信技術としてＭＩＭＯ（Multiple input multiple output）技術が導入され、オプションで４素子のアンテナ数までサポートされた。さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ(Multi User)−ＭＩＭＯ）通信方法が検討され、サポートするアンテナ素子数は８素子まで増やされている（例えば、非特許文献１参照）。

【0003】

例えば、この技術を用いたシステムの一例として、図６に示すような無線通信システムがある。図６に示す無線通信システムは、基地局装置１ａと端末装置２ａ−１〜２ａ−ｉを備える。基地局装置１ａは、Ｎ本の送受信アンテナ１ａ−４−１〜１ａ−４−Ｎを有しており、各端末装置２ａ−ｉ（ｉ＝１〜Ｋ）は、それぞれＭ_ｉ本の送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉを有している。ここで、Ｍ_ｉは、ｉ番目の端末装置の送受信アンテナ数であり、１≦ｉ≦Ｋである。Ｋは、端末装置の数である。

【0004】

基地局装置１ａから端末装置２ａ−ｉへの送信処理について説明する。まず、最初に基地局装置１aは、通信を行う対象となる各端末装置２a−ｉを送信方法選択回路１a−７により決定する。通信を行う対象は、データ選択出力回路から得られるデータを送る相手となる端末装置の情報、送信を行うデータの種類や優先度、端末装置に対する信号対雑音電力比の情報、などから決定することができる。基地局装置１ａは、データの送信を行う前に、各端末装置２ａ−ｉの送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉとの間の伝搬環境の情報を示すチャネル情報を収集する。送信信号生成回路１ａ−２は、各端末装置２ａ−ｉの送受信アンテナとの間のチャネル情報を推定するためトレーニングシンボルを生成し、生成したトレーニングシンボルにガードインターバルや制御信号の付加を行い信号を生成する。無線信号送受信回路１ａ−３は、生成された信号を搬送波周波数へアップコンバートして送受信アンテナ１ａ−４−１〜１ａ−４−Ｎを介して送信を行う。

【0005】

端末装置２ａ−iの無線信号送受信回路２ａ−ｉ−２は、基地局装置１ａが送信した信号を送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉを介して受信する。受信信号復調回路２ａ−ｉ−３は、無線信号送受信回路２ａ−ｉ−２が受信した信号に対して同期、復調を行う。チャネル推定回路２ａ−ｉ−４は、復調された信号に対してチャネル推定を行い、チャネル推定したチャネル情報を送信信号生成回路２ａ−ｉ−５に出力する。送信信号生成回路２ａ−ｉ−５は、チャネル情報を含めた送信信号を生成し、予め定められたタイミングで、無線信号送受信回路２ａ−ｉ−２に出力する。無線信号送受信回路２ａ−ｉ−２は、送信信号生成回路２ａ−ｉ−５が出力したチャネル情報を含む送信信号を送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉの少なくとも１つを介して送信する。 なお、チャネル推定回路２ａ−ｉ−４は、送信信号生成回路２ａ−ｉ−５に対してチャネル情報を出力するのではなく、チャネル情報を圧縮するなどの処理をして生成したチャネル関連情報を出力するようにしてもよい。

【0006】

基地局装置１ａの無線信号送受信回路１ａ−３は、送受信アンテナ１ａ−４−１〜１ａ−４−Ｎのうち少なくとも１つを介して端末装置２ａ−ｉから送信された信号を受信する。無線信号送受信回路１ａ−３は、受信した信号をダウンコンバートしデジタルデータに変換し、受信信号復調回路１ａ−５に出力する。受信信号復調回路１ａ−５は、受信信号を復調するとともに、受信信号に含まれるチャネル情報またはチャネル関連情報を読み出し、チャネル情報記憶回路１ａ−６に書き込んで記憶させる。

【0007】

次に、基地局装置１ａのデータ選択出力回路１ａ−１は、通信相手となる端末装置２ａ−ｉのチャネル情報がチャネル情報記憶回路１ａ−６に記憶されると、データを送信するため、選択した通信相手となる端末装置２ａ−ｉの情報を送信方法選択回路１ａ−７に出力し、送信するデータを送信信号生成回路１ａ−２に出力する。送信方法選択回路１ａ−７は、チャネル情報記憶回路１ａ−６に記憶されたチャネル情報から送信ウエイトを算出し、空間ストリーム数、変調方式、符号化率からなる送信モードと算出した送信ウエイトを送信信号生成回路１ａ−２に出力する。送信信号生成回路１ａ−２は、通信を行う端末装置２ａ−ｉに送信する送信信号に対して、出力された送信モードに従って変調、及び符号化を行い、送信ウエイトを乗算し、信号検出や通信情報伝達に用いるパイロット信号を挿入して無線信号送受信回路１ａ−３に出力する。無線信号送受信回路１ａ−３は、送信信号生成回路１ａ−２が出力した信号を搬送波周波数にアップコンバートし、送受信アンテナ１ａ−４−１〜１ａ−４−Ｎを介して送信する。

【0008】

データ選択出力回路１ａ−１において通信相手を選択する手法としては、送信を行うデータがメモリに記憶されており、その中から送信を行う準備ができている端末装置２ａ−ｉを選択する手法や、記憶されている複数のデータのうち最も古いデータに対応する端末装置２ａ−ｉから選択する手法がある。また、端末装置２ａ−ｉを利用するユーザに割り当てられているＱｏＳ（Quality of service）に基づいて選択したり、予めグループＩＤで決められたユーザに対応する端末装置２ａ−ｉの組み合わせを選択したり、チャネル情報の相関が低い端末装置２−ｉの組み合わせを選択したりする手法もある。

【0009】

上記の通信手順は、基地局装置１ａと複数の端末装置２ａ−ｉとの間の全体的な送信処理の流れであり、以下、空間多重方式を用いて通信を行う一例として、ブロック直交化（ＢＤ：Block Diagonalization）指向性制御法を用いた例について説明する（例えば、非特許文献２、３参照）。
基地局装置１ａは、端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋの送受信アンテナに対するチャネル情報を取得するため、送信信号生成回路１ａ−２が、チャネル推定用のトレーニングシンボルを生成する。図７は、トレーニングシンボルの構成例を示した図である。図７の四角いブロックＬＴ（１，１）〜ＬＴ（Ｎ，Ｎ）は、チャネル推定のためのＯＦＤＭシンボルを表しており、ガードインターバル（ＧＩ：Guard Interval）が付与されたものとなっている。ＬＴ（ｊ，ｋ）は、トレーニングシンボルブロックのうち、ｋ番目のタイミングにおいてｊ番目の送受信アンテナ１ａ−４−ｊから送信されるＯＦＤＭシンボルに対応する。ＬＴ（ｊ，ｋ）の生成は、周波数チャネルにおける既知信号ｓ_１〜ｓ_Ｆを逆フーリエ変換してＧＩを付与することによって行われる。ＬＴ（１，１）〜ＬＴ（Ｎ，Ｎ）のｎ番目の周波数チャネルの送信信号ｘ_{ｊ，ｋ，ｎ}からなる送信信号行列Ｘ_ｎは、以下の式（１）として表される。

【0010】

【数1】

【0011】

式（１）において、ｘ_{ｊ，ｋ，ｎ}は、ＬＴ（ｊ，ｋ）のｎ番目の周波数チャネルに対応する送信信号を表し、行列Ａは、トレーニングシンボル用の符号行列であり送信側と受信側の両側で既知の行列が用いられる。行列Ａとして、単位行列Ｉを用いれば、各送受信アンテナからそれぞれ異なるタイミングで、ｓ_ｎを送信することができる。また、行列ＡとしてＡ^ＨＡ＝Ｉとなるような直交行列を用いることもできる。
端末装置２ａ−ｉが、基地局装置１ａからの信号を受信すると、受信信号復調回路２ａ−ｉ−３は、受信信号に対し同期を行う。チャネル推定回路２ａ−ｉ−４は、ＬＴ（１，１）〜ＬＴ（Ｎ，Ｎ）に対応する受信信号から、チャネル情報である基地局装置１ａと端末装置２ａ−ｉの送受信アンテナ間の伝搬係数からなるチャネル行列を推定して送信信号生成回路２ａ−ｉ−５に出力する。ｊ番目のトレーニングシンボルに対応する受信信号において、送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉで受信されたｎ番目の周波数チャネルに対応する受信信号ｙ_{１，ｊ，ｉ，ｎ}〜ｙ_{Ｍｉ，ｊ，ｉ，ｎ} からなる受信信号ベクトルｙ_{ｊ，ｉ，ｎ}は、以下の式（２）として表される。

【0012】

【数2】

【0013】

式（２）において、行列Ｈ_ｉ，ｎは、端末装置２ａ−ｉのｎ番目の周波数チャネルに対するチャネル情報を表すチャネル行列（Ｍ_ｉ×Ｎ行列）である。チャネル行列Ｈ_ｉ，ｎのｐ列ｑ行目の要素は、基地局装置１ａのｐ番目の送信アンテナ（送受信アンテナ１ａ−４−ｐ）から、端末装置２ａ−ｉのｑ番目の受信アンテナ（送受信アンテナ２ａ−ｉ―１−ｑ）間の伝搬係数を表す。ベクトルｎ_{ｊ，ｉ，ｎ}は、ｊ番目のトレーニングシンボルの受信タイミングで、送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉが受信した端末装置２ａ−ｉのｎ番目の周波数チャネルにおける熱雑音ベクトルを表す。したがって、端末装置２ａ−ｉの第ｎの周波数チャネルにおける１〜Ｎ番目のトレーニングシンボルに対応する受信信号行列Ｙ_ｉ，ｎは、以下の式（３）として表すことができる。

【0014】

【数3】

【0015】

式（３）において、行列Ｎ_ｉ，ｎは、端末装置２ａ−ｉのｎ番目の周波数チャネルおいて、送受信アンテナ２ａ−ｉ−１−１〜２ａ−ｉ−１−Ｍ_ｉが１〜Ｎ番目の受信タイミングで受信した信号に対する熱雑音行列を表す。端末装置２ａ−ｉにおいて、行列Ａとｓ_ｎは既知であるため、Ｘ_ｎは既知である。したがって、チャネル行列Ｈ’_ｉ，ｎは、受信信号行列Ｙ_ｉ，ｎから、以下の式（４）によって求められる。

【0016】

【数4】

【0017】

端末装置２ａ−ｉは、式（４）によって算出されたチャネル行列Ｈ’_ｉ，ｎをそのまま基地局装置１ａへのフィードバック情報とすることもできるし、行列Ｈ’_ｉ，ｎの中からＬ_ｉ個の行ベクトルを選択してフィードバックすることもできる。また、行列Ｈ’_ｉ，ｎに対して特異値分解を行って式（５）のように表し、信号空間に対応する右特異行列Ｖ^（ｓ）_ｉ，ｎ（Ｎ×Ｍ_ｉ行列）のうちＬ_ｉ個の列ベクトルを選択してフィードバックすることもできる。

【0018】

【数5】

【0019】

式（５）において、行列Ｕ_ｉ，ｎは、左特異行列である。行列Σ_ｉ，ｎは、特異値を対角要素とし、非対角項が０のＭ_ｉ×Ｎの対角行列である。行列Ｖ^（ｎ）_ｉ，ｎ（Ｎ×（Ｎ−Ｍ_ｉ）行列）は、右特異行列のうち特異値に対応しないベクトルの集まりを表す。上記の説明では、基地局装置１ａの送受信アンテナ数Ｎが、端末装置２ａ−ｉの送受信アンテナ数Ｍ_ｉより多いことを前提としていた。これに対して、端末装置２ａ−ｉの送受信アンテナ数Ｍ_ｉの方がＮよりも多い場合には、右特異行列Ｖ^（ｓ）_ｉ，ｎ（Ｎ×Ｎ行列）の列ベクトルの全てが特異値と対応するため右特異行列Ｖ^（ｓ）_ｉ，ｎのうちＬ_ｉ個の列ベクトルを選択してフィードバックすることができる。また、Ｈ’_ｉ，ｎのエルミート行列の行ベクトルにグラムシュミットの直交化法を用いて得られる基底ベクトルのうち、Ｌ_ｉ個の列ベクトルを選択してフィードバックしてもよい。また、直交化法による基底ベクトルは、式（６）のようにＱＲ分解によっても得ることができる。

【0020】

【数6】

【0021】

式（６）により得られた直交行列（Ｑ^（ｓ）_ｉ，ｎ Ｑ^（ｎ）_ｉ，ｎ）のうちＭ_ｉ×Ｍ_ｉの三角行列Ｒ_ｉ，ｎに対応するＱ^（ｓ）_ｉ，ｎのうちＬ_ｉ個の列ベクトルをフィードバックするようにしてもよい。

【0022】

上記において、Ｌ_ｉは、基地局装置１ａが、端末装置２ａ−ｉにフィードバックを要求するチャネルの次元であり、実際に基地局装置１ａが端末装置２ａ−ｉに送信を行う空間ストリーム数Ｌ’_ｉはＬ_ｉ以下に設定される。行列Ｑ^（ｓ）_ｉ，ｎや行列Ｖ^（ｓ）_ｉ，ｎは、ユニタリ行列の一部となっており、以下、チャネル情報から得られるこれらの行列を信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎ、または信号空間情報と定義する。

【0023】

端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋの送信信号生成回路２ａ−１−５〜２ａ−Ｋ−５は、信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎの情報を含んだ送信信号を生成する。無線信号送受信回路２ａ−１−２〜２ａ−Ｋ−２が、生成された送信信号を無線信号送受信回路２ａ−１−２〜２ａ−Ｋ−２を介して基地局装置１ａに送信する。このとき空間相関や周波数相関やユニタリ行列の特徴等を用いて再生可能な形にＬ_ｉ個のベクトルを圧縮することもできる。
基地局装置１ａの無線信号送受信回路１ａ−３は、送受信アンテナ１ａ−４−１〜１ａ−４−Ｎを介して端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋからの信号を受信し、受信信号復調回路１ａ−５は、受信した信号からそれぞれチャネル情報、もしくはチャネル情報から算出された信号空間情報を読み出してチャネル情報記憶回路１ａ−６に書き込んで記憶させる。

【0024】

基地局装置１ａにおいて、端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋに対して送信を行う際には、送信方法選択回路１ａ−７が、フィードバックされたＬ_ｉ個のベクトルの情報をチャネル情報記憶回路１ａ−６から読み出す。端末装置２ａ−ｉに対して、第ｎ番目の周波数チャネルに対応して得られたＬ_ｉ個のベクトルからなるＮ×Ｌ_ｉの行列をＧ_ｉ，ｎと定義する。行列Ｇ_ｉ，ｎは、推定したチャネル行列のうちのＬ_ｉ個の行ベクトルの複素共役転置行列でもよい。また、行列Ｇ_ｉ，ｎは、Ｌ_ｉ個のデータストリームに対する受信ウエイト行列α_ｉ，ｎを端末装置２ａ−ｉにおいて予め定義して式（７）としてもよい。

【0025】

【数7】

【0026】

また、行列Ｇ_ｉ，ｎは、特異値分解により得られた右特異行列Ｖ^（ｓ）_ｉ，ｎやＱＲ分解により得られたＱ^（ｓ）により、式（８）、式（９）とすることもできる。

【0027】

【数8】

【0028】

【数9】

【0029】

式（８）、（９）において、［Ａ］_Ｌは、Ｎ×Ｍ行列ＡからＬ個の列ベクトルを選択してＮ×Ｌの行列を得る関数である。端末装置２ａ−ｉにおける受信ウエイト行列α_ｉ，ｎとしては、Ｈ’_ｉ，ｎをＱＲ分解して得られるＭ_ｉ×Ｍ_ｉのユニタリ行列のうち、対応する三角行列の対角成分が大きいものからＬ_ｉ個のベクトルをＭ_ｉ×Ｍ_ｉのユニタリ行列の中から選択して得られるＭ_ｉ×Ｌ_ｉの行列にエルミート共役をとることで得られるＬ_ｉ×Ｍ_ｉの行列を用いたり、Ｈ’_ｉ，ｎに対し特異値分解で得られる左特異行列のうち、大きい特異値に対応するＬ_ｉ個のベクトルを選択し得られるＭ_ｉ×Ｌ_ｉ行列に対し、エルミート共役をとることで得られるＬ_ｉ×Ｍ_ｉの行列などを用いることができる。

【0030】

次に、マルチユーザＭＩＭＯの通信方法の例として、ＢＤ法による送信ウエイトを算出する手法について説明する。ここで、Ｋユーザ（端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋ）に対し、通信を行うことを考える。ｉ番目の端末装置２ａ−ｉに対する送信ウエイトの算出方法を示す。まず、端末装置２ａ−ｉ以外の端末装置に対応する集合信号空間行列Ｇ^＋_ｉ，ｎを、式（１０）として定義する。

【0031】

【数10】

【0032】

このＧ^＋_ｉ，ｊに対し、特異値分解を行うと、式（１１）として表される。

【0033】

【数11】

【0034】

式（１１）において、行列Ｖ^（ｓ）＋_ｉ，ｎは、固有値Σ^＋_ｉ，ｎに対応する信号空間ベクトルであり、行列Ｖ^（ｎ）＋_ｉ，ｎは、固有値がない、または固有値０に対応するヌル空間ベクトルである。ここで、行列Ｖ^（ｎ）＋_ｉ，ｎで表せるヌル空間に対して送信を行うと、端末装置２ａ−ｉ以外の端末装置の受信ウエイトに対して干渉を生じない。したがって、複数の端末装置に空間多重方式を用いて通信するには、ｎ番目の周波数チャネルに用いる送信ウエイトとして、ここで得られたＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎに線形演算を行って得られる値を用いればよいことになる。
例えば、端末装置２ａ−ｉに対応する信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎのエルミート行列Ｇ_ｉ，ｎ^Ｈに、行列Ｖ^（ｎ）＋_ｉ，ｎを乗算してＧ_ｉ，ｎ^ＨＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎを得る。得られたＧ_ｉ，ｎ^ＨＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎの行ベクトルに対して直交化法を用いて得られる基底ベクトルのエルミート行列をＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎに乗算することにより得られる値を送信ウエイトとすることができる。また、得られたＧ_ｉ，ｎ^ＨＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎに特異値分解を行って得られる右特異ベクトルをＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎに乗算することにより得られる値を送信ウエイトとすることもできる。Ｇ_ｉ，ｎ^ＨＶ^（ｎ）＋_ｉ，ｎから得られた行列をＤ_ｉ，ｎとすると、送信ウエイトＷ_ｉ，ｎは、［Ｖ^（ｎ）＋_ｉ，ｎＤ_ｉ，ｎ］_L’iとして表される。

【0035】

以上、ＢＤ法に基づくＭＵ−ＭＩＭＯ送信法について説明したが、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法や、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法、Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ法、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ、Ｄｉｒｔｙ ｐａｐｅｒ ｃｏｄｉｎｇなどを用いて送信ウエイトＷ_ｉ，ｎを演算することもできる。
また、ユーザ数が１（Ｋ＝１）の場合には、信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎを送信ウエイトとして用いることができ、また信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎの右特異行列を送信ウエイトとして用いることもできる。

【0036】

このように各端末装置２ａ−ｉに対してそれぞれ送信ウエイトを算出することができ、得られた端末装置２ａ−１〜２ａ−Ｋに対するｎ番目の周波数チャネルに対する送信ウエイトＷ_ｎは、式（１２）として表される。

【0037】

【数12】

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0038】

【非特許文献1】IEEE, “Proposed specification framework for TGac,” doc.: IEEE 802.11-09/0992r21, Jan. 2011.

【非特許文献2】T. Yoo, and A. Goldsmith, “Optimality of zero-forcing beamforming with multiuser diversity,” in Proc. ICC 2005, vol. 1, pp. 542-546, May 2005.

【非特許文献3】Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, “Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexingin multiuser MIMO channels,”IEEE Trans. Sig. Processing, vol. 52, issue 2, Feb. 2004.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0039】

上述したＢＤ法、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法、ＭＭＳＥ法、Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ法、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ、Ｄｉｒｔｙ ｐａｐｅｒ ｃｏｄｉｎｇなど、いずれのＭＵ−ＭＩＭＯの送信ウエイトを算出する手法においても、送信ウエイトを用いて送信を行い受信側で復号演算を行うことで、ユーザ間干渉をキャンセルさせるか、または、ある期待値まで低減させることができる。

【0040】

しかしながら、いずれの手法でも、図７に示すように送信アンテナ数分のトレーニング信号が必要であり、アンテナ数が増えるほど、チャネル推定のためのパイロット信号の数が増大し、また、端末装置におけるチャネル推定の演算負荷及び端末装置からのフィードバック量も増大し、チャネル情報推定のために多くの時間を必要とし、スループットを低下させる問題があった。

【0041】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、伝送特性を維持しつつ、チャネル推定のためのトレーニング信号の数を低減させることを可能とする送信装置、及びチャネル推定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0042】

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、Ｎ本（Ｎ≧２）アンテナを有し、１つ以上の端末装置と通信を行う送信装置であって、Ｎ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを記憶し、当該ランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成するトレーニングウエイト生成回路と、前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを生成し、当該ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成する送信信号生成回路と、前記ウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を前記端末装置に送信し、前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信する無線信号送受信回路と、を備え、前記トレーニングウエイト生成回路は、前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成することを特徴とする送信装置である。

【0043】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記トレーニングウエイト生成回路は、前記新たなトレーニングウエイトを生成する際に、前記ランダムウエイトの選択されてないベクトルの数が、前記付加トレーニングウエイトが必要とするベクトル数未満または０の場合、前記ウエイトチャネル情報と前記トレーニングウエイトとに基づいて新たにＮ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトを生成して記憶することを特徴とする。

【0044】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記トレーニングウエイト生成回路は、計時手段が計時する経過時間に応じて、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトとして選択するベクトル数を増加させることを特徴とする。

【0045】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記端末装置から受信するウエイトチャネル情報は、前記端末装置側で推定したウエイトチャネル行列のうちフィードバックを要求された所定の数のベクトルで表される情報であり、前記トレーニングウエイト生成回路は、前記所定の数の変更を前記端末装置に要求することを特徴とする。

【0046】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数との和を一定とし、前記トレーニングウエイト生成回路は、前記所定のベクトル数の変更を前記端末装置に要求した場合、前記所定のベクトル数の変更に応じて前記付加トレーニングウエイトのベクトル数を増減させて前記端末装置ごとの前記所定のベクトル数の総和と前記付加トレーニングウエイトのベクトル数の和を一定にすることを特徴とする。

【0047】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが複数定められ、前記トレーニングウエイト生成回路は、複数の前記端末装置の組み合わせごとにランダムウエイトを記憶し、前記トレーニングウエイトの生成を行うことを特徴とする。

【0048】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記端末装置が複数の場合に、前記端末装置の組み合わせが定められ、前記トレーニングウエイト生成回路は、更新前のトレーニングウエイトについて記憶し、組み合わせに含まれる前記端末装置のうち一部の前記端末装置からウエイトチャネル情報を取得できなかった場合、当該端末装置からのウエイトチャネル情報を正常に取得した際のトレーニングウエイトを記憶し、ウエイトチャネル情報を正常に取得した端末装置からのウエイトチャネル情報と用いたトレーニングウエイトに加え、ウエイトチャネル情報を取得できなかった端末装置の過去のウエイトチャネル情報と当該ウエイトチャネル情報を推定した際のトレーニングウエイトを用いてトレーニングウエイトを生成して更新することを特徴とする。

【0049】

また、本発明の一態様は、Ｎ本（Ｎ≧２）アンテナを有し、１つ以上の端末装置と通信を行う送信装置におけるチャネル推定方法であって、Ｎ行Ｎ列のユニタリ行列で表されるランダムウエイトの一部のベクトルを選択してチャネル情報の推定に用いられるトレーニングシンボルの重みづけとなるトレーニングウエイトとして生成し、前記トレーニングウエイトと前記トレーニングウエイトのベクトル数に応じた大きさのトレーニングシンボルに基づいてウエイトトレーニングシンボルを含んだ送信信号を生成して前記端末装置に送信し、前記端末装置側で前記ウエイトトレーニングシンボルに基づいて推定されたウエイトチャネル情報を前記端末装置から受信し、前記端末装置からのウエイトチャネル情報を取得すると、ウエイトチャネル情報推定に用いた前記トレーニングウエイトとウエイトチャネル情報から信号空間トレーニングウエイトを算出し、前記ランダムウエイトの選択されていないベクトルから付加トレーニングウエイトを選択し、前記信号空間トレーニングウエイトと前記付加トレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成することを特徴とするチャネル推定方法である。

【発明の効果】

【0050】

この発明によれば、伝送特性を維持しつつ、チャネル推定のためのトレーニング信号の数を低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】本発明の一実施形態による無線通信システムを示す概略ブロック図である。

【図2】同実施形態によるトレーニングウエイトの生成及び更新の処理を示すフローチャートである。

【図3】同実施形態によるウエイトトレーニングシンボルの構成を示す図である。

【図4】同実施形態による伝送可能ビット数を示した図である。

【図5】同実施形態による伝送可能ビット数の累積確率分布を示した図である。

【図6】ＭＵ−ＭＩＭＯ方式による無線通信システムを示す概略ブロック図である。

【図7】トレーニングシンボルの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0052】

以下、本発明の一実施形態による無線通信システムおよび基地局装置１について図面を参照して説明する。
図１に本発明の一実施形態による無線通信システムを表す概略ブロック図を示す。図１において、無線通信システムは、指向性制御によるビームを前提としたシステムであり、基地局装置１と、複数の端末装置２−１〜２−ｉ〜２−Ｋを備える。ここで、Ｋは、端末装置の数であり、１≦ｉ≦Ｋである。基地局装置１は、Ｎ本の送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎ、データ選択出力回路１−１、送信信号生成回路１−２、無線信号送受信回路１−３、受信信号復調回路１−５、ウエイトチャネル情報記憶回路１−６、送信方法選択回路１−７、及びトレーニングウエイト生成回路１−８を備える。各端末装置２−ｉは、それぞれＭ_ｉ本の送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉ、無線信号送受信回路２−ｉ−２、受信信号復調回路２−ｉ−３、チャネル推定回路２−ｉ−４、及び送信信号生成回路２−ｉ−５を備える。ここで、Ｍ_ｉはｉ番目の端末装置の送受信アンテナ数である。なお、端末装置２−ｉと記載した場合は、いずれか１つの端末装置を代表して表す場合と、各々の端末装置を表す場合があり、端末装置が備える各機能ブロックについても同様とする。

【0053】

基地局装置１から端末装置２−ｉへの送信処理について説明する。基地局装置１はデータの送信を行う前に、各端末装置２−ｉのアンテナとの間の伝搬環境の情報を示すチャネル情報を収集する。本実施形態の基地局装置１では、チャネル情報を収集するためのトレーニングシンボルに重みづけをするトレーニングウエイトを用いて、新たなトレーニングシンボルを生成する。トレーニングウエイト生成回路１−８は、ランダムウエイトから選択してトレーニングウエイトを生成する。また、トレーニングウエイト生成回路１−８は、各端末装置２−ｉのウエイトチャネル情報と、ランダムウエイトと、既に生成したトレーニングウエイトに基づいて新たなトレーニングウエイトを生成してトレーニングウエイトの更新を行う。ランダムウエイト及び生成されたトレーニングウエイトは、トレーニングウエイト生成回路１−８が内部に備える記憶領域に記憶される。ウエイトチャネル情報記憶回路１−６は、各端末装置２−ｉのウエイトチャネル情報を記憶する。

【0054】

送信信号生成回路１−２は、トレーニングウエイト生成回路１−８から供給されたトレーニングウエイトを用いて、各端末装置２−ｉのアンテナとの間のチャネル情報を推定するための、トレーニングウエイトを用いたトレーニングシンボル（以下、ウエイトトレーニングシンボルという）を生成する。送信信号生成回路１−２は、ウエイトトレーニングシンボルに対し、ガードインターバルや、制御信号の付加を行い信号を生成する。無線信号送受信回路１−３は、送信信号生成回路１−２が生成した信号を搬送波周波数へアップコンバートし、送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎを介して送信を行う。

【0055】

各端末装置２−iの無線信号送受信回路２−ｉ−２は、基地局装置１が送信した信号を送受信アンテナ２−ｉ−１−Ｍ_ｉを介して受信する。受信信号復調回路２−ｉ−３は、無線信号送受信回路２−ｉ−２が受信した信号に対して同期、復調を行う。チャネル推定回路２−ｉ−４は、復調された信号に対してチャネル推定を行い、トレーニングウエイト込みの信号に対するチャネル情報（以下、ウエイトチャネル情報という）、を、送信信号生成回路２−ｉ−５へ出力する。送信信号生成回路２−ｉ−５は、ウエイトチャネル情報を含めた送信信号を生成し、予め定められたタイミングで、無線信号送受信回路２−ｉ−２へ出力する。無線信号送受信回路は、送信信号生成回路２−ｉ−５が出力したウエイトチャネル情報を含む信号を送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉの少なくとも１つを介して送信する。なお、チャネル推定回路２−ｉ−４は、送信信号生成回路２−ｉ−５に対して推定したウエイトチャネル情報をそのまま出力するのではなく、圧縮するなどの処理をして生成した情報をウエイトチャネル情報として出力するようにしてもよい。

【0056】

基地局装置１の無線信号送受信回路１−３は、送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎのうち少なくとも一つを介して端末装置２−ｉから送信された信号を受信する。無線信号送受信回路１−３は、受信した信号をダウンコンバートしデジタルデータに変換し、受信信号復調回路１−５へ出力する。受信信号復調回路１−５は、受信信号を復調するとともに、受信信号に含まれるウエイトチャネル情報を抽出し、ウエイトチャネル情報記憶回路１−６に書き込んで記憶させる。

【0057】

基地局装置１のデータ選択出力回路１−１は、通信相手となる端末装置２−ｉのウエイトチャネル情報がウエイトチャネル情報記憶回路１−６に記憶されると、選択した通信相手となる端末装置２−ｉの情報を送信方法選択回路１−７に出力し、送信するデータを送信信号生成回路１−２に出力する。送信方法選択回路１−７は、ウエイトチャネル情報記憶回路１−６に記憶されたウエイトチャネル情報と、トレーニングウエイト生成回路１−８の内部の記憶領域に記憶されているトレーニングウエイトから、送信ウエイトを算出し、空間ストリーム数、変調方式、符号化率からなる送信モードと算出した送信ウエイトを送信信号生成回路１−２に出力する。送信信号生成回路１−２は、通信を行う端末装置２−ｉに対し、送信信号に対して送信方法選択回路１−７から出力された送信モードに従い変調・符号化を行い、送信ウエイトを乗算し、信号検出や通信情報伝達に用いるパイロット信号を挿入し、無線信号送受信回路１−３へ出力する。無線信号送受信回路１−３は、送信信号生成回路１−２が出力した信号を搬送波周波数にアップコンバートし、送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎを介して送信する。

【0058】

データ選択出力回路１−１において通信相手となる端末装置２−ｉを選択する手法としては、送信を行うデータがメモリに記憶されており、その中から送信を行う準備ができている端末装置２−ｉを選択する手法や、記憶されている複数のデータのうち最も古いデータに対応する端末装置２−ｉから選択する手法がある。また、端末装置２−ｉを利用するユーザに割り当てられているＱｏＳ（Quality of service）に基づいて選択したり、予めグループＩＤで決められたユーザに対応する端末装置２−ｉの組み合わせを選択したり、チャネル情報の相関が低い端末装置２−ｉの組み合わせを選択したりする手法もある。

【0059】

次に、図２を参照しつつトレーニングウエイト生成回路１−８におけるトレーニングウエイトの生成処理の流れについて説明する。まず、最初に基地局装置１は、通信を行う対象となる各端末装置２−ｉを送信方法選択回路１−７により決定する。通信を行う対象は、データ選択出力回路から得られるデータを送る相手となる端末装置の情報、送信を行うデータの種類や優先度、端末装置に対する信号対雑音電力比の情報、などから決定することができる。基地局装置１は、各端末装置２−ｉのアンテナとの間の伝搬環境の情報を示すチャネル情報を収集する。通信相手となる端末装置が決定されると、送信信号生成回路１−２は、トレーニングウエイト生成回路１−８にトレーニングウエイトを要求する（ステップＳ１０１）。トレーニングウエイト生成回路１−８は、送信信号生成回路１−２からの要求を受けると、ウエイトチャネル情報記憶回路１−６に端末装置２−ｉのウエイトチャネル情報が記憶されていない場合、またはウエイトチャネル情報が、予め定めた時間Ｔ_ｆよりも古い情報である場合、内部の記憶領域に記憶しているランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎのみを用いてトレーニングウエイトとし、更新回数ｖに１（ｖ＝１）を設定する（ステップＳ１０２）。

【0060】

ランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎは、ｎ番目の周波数チャネルに対するランダムウエイトであり、初期値としては、全て同じＷ_Ｒとして設定しておくこともできる（Ｗ_Ｒ，１＝Ｗ_Ｒ，２＝・・・＝Ｗ_Ｒ，Ｆ＝Ｗ_Ｒ）。また、各周波数チャネルにおけるランダムウエイトは後述するように通信により更新されるため、全周波数チャネルに対し共通に用いることのできる共通ランダムウエイトＷ_Ｒを各周波数チャネルに記憶するランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎとは別に記憶しておくこともできる。各周波数チャネルのランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎとしては、通信相手となる当該端末装置の組み合わせが新たに決まった時点で、Ｗ_Ｒに初期化してもよいし、または、前回の通信終了時に記憶していた各周波数チャネルに対するＷ_Ｒ，ｎをそのまま用いることもできる。ランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎは、Ｎ×Ｎのユニタリ行列であり、対角要素１、非対角要素０とした行列、Ｎ×Ｎのウォルシュの直交符号行列を用いることができる。また、Ｎ×Ｎのフーリエ変換、逆フーリエ変換行列を用いてもよく、またランダム行列に対してＱＲ分解や特異値分解を適用することにより得られたユニタリ行列を用いるようにしてもよい。端末装置２−ｉのウエイトチャネル情報がない場合には、ｎ番目の周波数チャネルのトレーニングウエイトＷ’_ｎは、式（１３）として表される。

【0061】

【数13】

【0062】

式（１３）において、関数［Ａ］_ａ，ｂ は、行列Ａのa番目の列行列からｂ番目の列行列まで（ｂ−ａ）＋１の列ベクトルを選択する関数である。Ｌ_Ａは、トレーニング信号の数であり、式（１４）として表すことができる。

【0063】

【数14】

【0064】

式（１４）において、Ｌ_ｉはi番目の端末装置２−ｉに対してチャネル情報を推定する空間多重数であり、後述するように、端末装置２−ｉが基地局装置１にフィードバックするチャネルの次元である。端末装置２−ｉに対するフィードバックの要求は、例えば、基地局装置１の送信方法選択回路１−７が、端末装置との通信環境（信号対雑音費、送信ビット数、伝送品質、スループット、データの種類、優先度、バッファに残るデータビット数）からＬ_ｉを決定し、各端末装置２−ｉに対して送信することになる。Ｌ_ｉは端末装置２−ｉの受信アンテナ数Ｍ_ｉとすることで最大のチャネル情報量を得る。通信環境に応じ、Ｌ_ｉをＭ_ｉより少ない数とすることもできる。また、端末装置側において、基地局装置１に指定されたＬ_ｉ個のベクトルをフィードバックできず、（Ｌ_ｉ−γ）個のベクトルをフィードバックした場合には、以降の通信においてＬ_ｉ＝Ｌ_ｉ−γとして、チャネル推定を行うこともできる。このようにして、端末装置２−ｉがＬ_ｉを間接的に決定することもできる。Ｌ_０は、付加トレーニングウエイトに含まれる列ベクトルの数である。Ｌ_ｉは各端末装置に対してデータを送信する際の空間多重数と同数、またはそれより多い数に設定できる。式（１４）において、Ｌ_Ａを小さく設定するほど、ＭＡＣサブレイヤにおける伝送効率の低下を小さくすることができ、またフィードバック量を小さくすることができる一方、スループットの収束時間は長くなる。
トレーニングウエイトは、逐次的に更新されるため、ｖ回目の更新で得られるトレーニングウエイトをＷ’_ｎ^（ｖ）と定義する。したがって、式（１３）によって生成されたトレーニングウエイトはｖ＝１ととらえることができ、式（１５）のように表すことができる。

【0065】

【数15】

【0066】

このようにして、トレーニングウエイト生成回路１−８は、更新回数ｖ＝１においてランダムウエイトからＬ_Ａ個を選択してトレーニングウエイトとし、送信信号生成回路１−２に出力する（ステップＳ１０３）。送信信号生成回路１−２は、トレーニングウエイト生成回路１−８が出力したトレーニングウエイトを用いてウエイトチャネル推定用のウエイトトレーニングシンボルを生成して各端末装置２−ｉに送信する（ステップＳ１０４）。

【0067】

図３にトレーニングシンボルの構成例を示す。図３の四角いブロックＷＬＴ（１，１）〜ＷＬＴ（Ｎ，Ｌ_Ａ）は、チャネル推定のためのＯＦＤＭシンボルを表しており、ガードインターバル（ＧＩ）が付与されたものとなっている。ＷＬＴ（ｊ，ｋ）は、ウエイトトレーニングシンボルブロックのうち、ｋ番目のタイミングにおいてｊ番目のアンテナから送信されるＯＦＤＭシンボルに対応する。ＷＬＴ（ｊ，ｋ）の生成は、周波数チャネルにおける既知信号ｓ_１〜ｓ_ＦとトレーニングウエイトＷ’_１ 〜 Ｗ’_Ｆに基づく信号に逆フーリエ変換を行い、ＧＩを付与することによって行われる。ＷＬＴ（１，１）〜ＷＬＴ（Ｎ，Ｌ_Ａ）のｎ番目の周波数チャネルの送信信号ｘ_{ｊ，ｋ，ｎ}からなる送信信号行列Ｘ_ｎは、式（１６）として表される。

【0068】

【数16】

【0069】

式（１６）において、ｘ_{ｊ，ｋ，ｎ}は、ＷＬＴ（ｊ，ｋ）のｎ番目の周波数チャネルに対応する送信信号を表す。行列Ｗ’_ｎ^（ｖ）は、ｎ番目の周波数チャネルに対応するトレーニングウエイトである。行列Ａは、トレーニングシンボル用の符号行列であり、送信側と受信側の両側で既知の行列が用いられる。行列Ａは、本実施形態では、Ｌ_Ａ×Ｌ_Ａの行列として定義される。行列Ａとして、単位行列Ｉを用いれば、それぞれ異なるタイミングでトレーニングウエイトにしたがってｓ_ｎを送信することができる。また、行列Ａとして任意の行列やＡ^ＨＡ＝Ｉとなるような直交行列を用いることもできる。

【0070】

次に、端末装置２−ｉの無線信号送受信回路２−ｉ−２が、送受信アンテナ２−ｉ―１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉを介して基地局装置１からの信号を受信すると、受信信号復調回路２−ｉ−３は、受信信号に対し同期を行う。チャネル推定回路２−ｉ−４が、ＷＬＴ（１，１）〜ＷＬＴ（Ｎ，Ｌ_Ａ）に対応する受信信号から、チャネル情報、すなわち基地局装置１と端末装置２−ｉのアンテナ間の伝搬係数からなるトレーニングウエイト込みのチャネル行列（以下、ウエイトチャネル行列という）を推定する。ｊ番目のトレーニングシンボルに対応する受信信号において、送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉで受信されたｎ番目の周波数チャネルに対応する受信信号ｙ_{１，ｊ，ｉ，ｎ}〜ｙ_{Ｍｉ，ｊ，ｉ，ｎ} からなる受信信号ベクトルｙ_{ｊ，ｉ，ｎ}は、以下の式（１７）として表される。

【0071】

【数17】

【0072】

式（１７）において、行列Ｈ_ｉ，ｎは、端末装置２−ｉのｎ番目の周波数チャネルに対するチャネル情報を表すチャネル行列（Ｍ_ｉ×Ｎ行列）である。チャネル行列Ｈ_ｉ，ｎのｐ列ｑ行目の要素は、基地局装置１のｐ番目の送信アンテナ（送受信アンテナ１−４−ｐ）から、端末装置２−ｉのｑ番目の受信アンテナ（送受信アンテナ２−ｉ―１−ｑ）間の伝搬係数を表す。ベクトルｎ_{ｊ，ｉ，ｎ}は、ｊ番目のトレーニングシンボルの受信タイミングで、送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉが受信した端末装置２−ｉのｎ番目の周波数チャネルの熱雑音ベクトルを表す。したがって、端末装置２−ｉにおける、第ｎの周波数チャネルにおける、１〜Ｌ_Ａ番目のトレーニングシンボルに対応する受信信号行列Ｙ_ｉ，ｎは、式（１８）として表すことができる。

【0073】

【数18】

【0074】

式（１８）において、行列Ｎ_ｉ，ｎは、端末装置２−ｉのｎ番目の周波数チャネルにおいて、送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉが１〜Ｌ_Ａ番目の受信タイミングで受信した信号に対する熱雑音行列を表す。端末装置２−ｉにおいて、行列Ａとｓ_ｎは既知であるため、（Ａｓ_ｎ）^−１を受信信号行列Ｙ_ｉ，ｎに乗算することで、ウエイトチャネル行列を式（１９）のように求めることができる。

【0075】

【数19】

【0076】

式（１９）において、行列Ｈ’’_ｉ，ｎが、推定されたウエイトチャネル行列であり、Ｍ_ｉ×Ｌ_Ａの行列である。端末装置２−ｉは、得られたＨ’’_ｉ，ｎをそのままフィードバック情報とすることもできるし、Ｈ’’_ｉ，ｎの中からＬ_ｉ個の行ベクトルを選択してフィードバックすることもできる。また、Ｈ’’_ｉ，ｎに特異値分解を行って式（２０）のように表し、信号空間に対応する右特異行列Ｖ^（ｗｓ）_ｉ，ｎ（Ｌ_Ａ×Ｍ_ｉ行列）のうちＬ_ｉ個の列ベクトルを、フィードバックすることもできる。

【0077】

【数20】

【0078】

式（２０）において、Ｕ^（ｗ）_ｉ，ｎは、左特異行列である。行列Σ^（ｗ）_ｉ，ｎは、特異値を対角要素とし、非対角項が０のＭ_ｉ×Ｌ_Ａの対角行列である。行列Ｖ^（ｗｎ）_ｉ，ｎ（Ｌ_Ａ×（Ｌ_Ａ−Ｍ_ｉ）行列）は、右特異行列のうち、特異値に対応しないベクトルの集まりを表す。上記の説明では、基地局装置１のアンテナ数ＮがＬ_Ａより多いことを前提としていた。これに対して、端末装置２−ｉの送受信アンテナ数Ｍ_ｉの方がＬ_Ａより多い場合には、右特異行列の列ベクトルの全てが特異値と対応するため右特異行列Ｖ^（ｗｓ）_ｉ，ｎ（Ｌ_Ａ×Ｌ_Ａ行列）のうちＬ_ｉ個の列ベクトルを選択してフィードバックすることができる。また、Ｈ’’_ｉ，ｎのエルミート転置行列の列ベクトルにグラムシュミットの直交化法を用いて得られる基底ベクトルのうち、Ｌ_ｉ個の列ベクトルを選択して、フィードバックすることができる。直交化法による基底ベクトルは、式（２１）のようにＱＲ分解によっても得ることができる。

【0079】

【数21】

【0080】

式（２１）により得られた直交行列（Ｑ^（ｗｓ）_ｉ，ｎ Ｑ^（ｗｎ）_ｉ，ｎ）のうちＭ_ｉ×Ｍ_ｉの三角行列Ｒ_ｉ，ｎに対応するＱ^（ｗｓ）_ｉ，ｎのうち、Ｌ_ｉ個の列ベクトルをフィードバックするようにしてもよい。

【0081】

上述したように、Ｌ_ｉは、基地局装置が端末装置２−ｉにフィードバックを要求したチャネルの次元であり、実際に基地局装置が端末装置２−ｉに送信を行う空間ストリーム数Ｌ’_ｉはＬ_ｉ以下に設定される。Ｑ^（ｗｓ）_ｉ，ｎやＶ^（ｗｓ）_ｉ，ｎは、ユニタリ行列の一部となっている。チャネル情報から得られるこれらの行列、すなわちウエイトチャネル行列Ｈ’’_ｉ，ｎ、またはこの行列から選択したＬ_ｉ個のベクトルや、この行列に上述した特異値分解や直交化法を行うことにより得られた行列から選択したＬ_ｉ個のベクトルが上述したウエイトチャネル情報であり、ウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎ、と定義する。

【0082】

端末装置２−ｉの送信信号生成回路２−ｉ−５は、ウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎを再生可能な形に圧縮して送信信号を生成する。例えば、ユニタリ行列としての特徴を用いて角度情報に変換したり、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換したり、空間相関を利用してＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｅｎｓｉｎｇなどを用いることで情報を圧縮できる。そして、無線信号送受信回路２−ｉ−２が、生成された送信信号を基地局装置１に送受信アンテナ２−ｉ−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉを介して送信する。基地局装置１の無線信号送受信回路１−３は、送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎを介して端末装置２−１〜２−Ｋからの信号を受信し、受信信号復調回路１−５は、それぞれの信号からウエイトチャネル情報を読み出してウエイトチャネル情報記憶回路１−６に書き込んで記憶させる。

【0083】

上記のようにしてウエイトチャネル情報を取得することで、基地局装置１は、チャネル推定用に用いるＷＬＴのタイムスロットの数をＬ_Ａ個に削減でき、各端末装置２−ｉがフィードバックするウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎのサイズも、Ｌ_Ａ×Ｌ_ｉに削減できる。また、信号処理に用いるウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎのサイズが小さくなっているため送信ウエイトの演算量も低減することができる。
これに対して、ウエイトチャネル行列としては基地局装置１の送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎが有するＮ次元の信号空間のうち、Ｌ_Ａ次元の部分空間しか推定していないため、Ｎ個のトレーニング信号をそのまま用いた方式よりも特性が劣化する。この特性劣化を防ぐために、本実施形態の構成ではトレーニングウエイトを逐次的に更新する。

【0084】

基地局装置１が、端末装置２−ｉと一度以上通信を行うと、通信相手の信号空間に対するウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎがウエイトチャネル情報記憶回路１−６に記憶される。記憶されているウエイト信号空間行列が更新されると、更新回数ｖをｖ＝ｖ＋１として、トレーニングウエイトの更新回数を増加させ、トレーニングウエイト生成回路１−８は、ウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎをウエイトチャネル情報記憶回路１−６から読み出す（ステップＳ１０５）。更新回数が、２回目以降（ｖ≧２）の場合、新たにトレーニングウエイトを生成するにはウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎを用いる。まず、Ｋ個の端末装置２−１〜２−Ｋの組み合わせに対し式（２２）のようにしてＱＲ分解を行う。

【0085】

【数22】

【0086】

式（２２）によって得られた直交行列（Ｑ^（ｐｓ）_ｎ Ｑ^（ｐｎ）_ｉ，ｎ）のうち、ΣＬ_ｉ×ΣＬ_ｉの三角行列Ｒ^（ｐｓ）_ｎに対応するＬ_Ａ×ΣＬ_ｉ行列Ｑ^（ｐｓ）_ｉ，ｎとトレーニングウエイトＷ^（ｖ）_ｎを新たな（ｖ＋１）回目のトレーニングウエイトの生成に用いる。なお、ΣＬ_ｉは、Ｌ_ｉのｉ＝１〜Ｋまでの総和を表す。ｖ＝ｖ＋１とし、新たなトレーニングウエイトＷ’_ｎ^（ｖ）は、式（２３）として算出することができる（ｖ≧２）。

【0087】

【数23】

【0088】

式（２３）は、ΣＬ_ｉ個のＮ×１の列ベクトルＷ^{（ｖ−１）}_ｎＱ^（ｐｓ）_ｎに、ランダムウエイトから新たな列ベクトルをＬ_０個加えた構成となっている。ここで、Ｗ^{（ｖ−１）}_ｎＱ^（ｐｓ）_ｎを信号空間トレーニングウエイトと定義する。信号空間トレーニングウエイトはすでに用いられたランダムウエイトの部分空間となっているため、新たに加えたＬ_０個の列ベクトルは、信号空間トレーニングウエイトＷ^{（ｖ−１）}_ｎＱ^（ｐｓ）_ｎと直交しており、内積を計算すると０になる。ｖ＝１の段階でのトレーニングウエイト込みのチャネル情報推定では、１〜Ｌ_Ａ個のランダムウエイトに対応するチャネル情報を算出するのに対して、毎回Ｌ_Ａ個のトレーニングシンボルを用いながら、ｖ＝２ではＬ_Ａ＋Ｌ_０、ｖ＝３ではＬ_Ａ＋２Ｌ_０と、付加トレーニングウエイトにより徐々に推定する信号空間の次元を増やすことができるのが本実施形態の処理の特徴である。

【0089】

ここで、ランダムウエイトは、Ｎ個のベクトルであるため、Ｎと、ｖ、Ｌ_Ａ、Ｌ_ｉの関係が式（２４）になると、新たにランダムウエイトからベクトルを選択することができない。

【0090】

【数24】

【0091】

そこで、トレーニングウエイト生成回路１−８は、ステップＳ１０５においてｖ＝ｖ＋１とした後、ｖが式（２４）の関係を満たすか否か、すなわち選択されていないＬ_０個のベクトルがランダムウエイトに残っているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。トレーニングウエイト生成回路１−８は、ｖが式（２４）の関係を満たさないと判定した場合、すなわち、選択されていないＬ_０個のベクトルがランダムウエイトに残っている場合、式（２３）に従ってトレーニングウエイトを更新する。そして、ステップＳ１０４に戻り更新されたトレーニングウエイトを用いてチャネル推定を行い、選択されていないＬ_０個のベクトルがランダムウエイトに残っている間、ステップＳ１０４からの処理を繰り返す（ステップＳ１０７）。一方、ｖが式（２４）の関係を満たす場合、すなわち、選択されていないＬ_０個のベクトルがランダムウエイトに残っていない場合、トレーニングウエイト生成回路１−８は、ランダムウエイトを更新する（ステップＳ１０８）。

【0092】

ランダムウエイトの更新は、ウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎと前回のトレーニングウエイトＷ’_ｎ^{（ｖ−１）}を用いて式（２５）に示すようにＱＲ法により更新することができる。

【0093】

【数25】

【0094】

式（２５）において、左辺はＮ×Ｌ_Ａ行列のトレーニングウエイトとＬ_Ａ×（Ｌ_１＋Ｌ_２＋・・・＋Ｌ_Ｋ）行列となるＧ’_ｉ，ｎの集合行列の乗算で得られるＮ×（Ｌ_１＋Ｌ_２＋・・・＋Ｌ_Ｋ）＝Ｎ×ΣＬ_ｉ行列である。直交行列Ｑ^（ｒ）_ｎは、Ｎ×Ｎの行列となり、信号空間（上三角行列Ｒ^（ｒｓ）_ｎ）に対応するＮ×ΣＬ_ｉ行列のＱ^（ｒｓ）_ｎとＮ×（Ｎ−ΣＬ_ｉ）行列のＱ^（ｒｎ）_ｎから形成される。ランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎは新たに、式（２６）として求められる。

【0095】

【数26】

【0096】

トレーニングウエイト生成回路１−８は、式（２６）により求められたランダムウエイトを内部の記憶領域に書き込んで記憶させてステップＳ１０２に戻り、トレーニングウエイトの生成を繰り返す。これにより、ランダムウエイトは、初回は、チャネル情報となんら関係ない完全にランダムなものが用いられるのに対して、更新されることにより、ランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎそのものがチャネル情報から算出されたものとなり、ランダムウエイトのみからトレーニングウエイトを選択してもチャネルに最適化されたものを利用することが可能となる。ステップＳ１０２の式（１５）は、Ｑ^（ｒ）_ｎを用いて表すと、式（２７）として表される。

【0097】

【数27】

【0098】

チャネルが時間に対し全く変動しなければ、Ｑ^（ｒｓ）_ｎは全端末装置２−１〜２−Ｋのチャネル行列の信号空間と一致し、Ｑ^（ｒｓ）_ｎはヌル信号空間に対応するため、Ｑ^（ｒｓ）_ｎのいかなる列ベクトルを送信ウエイトとしても、各端末装置２−ｉに信号は届かないことになる。これに対して、実際のシステムではチャネルは変動し、チャネル情報には熱雑音や量子化雑音などの誤差が含まれてしまう。このチャネル情報のずれを補正するため、本実施形態の基地局装置１は、逐次的にＱ^（ｒｓ）_ｎのトレーニングウエイトを加え、継続的にウエイトチャネル情報を効率よく推定し続けることができる。したがって、本実施形態の基地局装置１は、トレーニングウエイトの更新、及びランダムウエイトの更新を繰り返し行うことで、Ｌ_Ａ個のトレーニングシンボルだけを用いて、送信アンテナ数分のトレーニングシンボルを送信した場合と同等の信号空間に対するチャネル情報を取得することができる。

【0099】

図２のフローチャートは、送信方法選択回路１−７において通信相手となる端末装置が決定された時に開始し、この通信相手の組み合わせが終了・変更された際に終了とすることができる。例えば、送信方法選択回路１−７の通信相手を示すグループＩＤの生成によりフローチャートを開始し、当該グループＩＤの割り当てを変更または取り消しした際に終了とすることができる。または、ステップＳ１０２からステップＳ１０８までのいずれかのステップにおいて、一定時間Ｔ_ｆ経過しても同じステップまで戻ってこない場合に終了とすることができる。例えば、Ｓ１０４におけるウエイトトレーニングシンボルの送信が１秒間行われなかった場合に、フローチャートを終了することができる。

【0100】

また、図２の処理の途中で、トレーニングウエイト生成回路１−８は、フィードバックを行うベクトル数Ｌ_ｉ、付加トレーニングウエイトに含まれる列ベクトルの数Ｌ_０、通信相手となる端末装置２−ｉの組み合わせを変更することができる。フィードバックを行うベクトル数Ｌ_ｉの変更は、送信方法選択回路１−７が端末装置２−ｉとの通信環境に応じて行う。または、端末装置２−ｉからフィードバックされた信号空間行列のベクトル数を元にＬ_ｉを更新することもできる。また、これらの変更は、基地局装置１の運用者の操作を受けて任意に変更させてもよいし、基地局装置１が内部に備える計時手段であるタイマが計測する時間の経過、あるいはネットワークを通じて受信する外部の時計やタイマなどの計時手段からの時間の情報に基づく時間の経過とともにトレーニングウエイト生成回路１−８が変化させてもよい（ステップＳ１０９）。これらが更新されることにより、ステップＳ１０３の式（１５）においてトレーニングウエイトをランダムウエイトから選択する数が変更され、ステップＳ１０４の式（２２）におけるウエイトチャネル行列Ｇ’_ｉ，ｎのベクトル数が変更され、ステップＳ１０６において選択するＬ_０の数が変更されることになる。

【0101】

Ｌ_Ａを一定値とした場合に、フィードバックを行うベクトル数Ｌ_ｉが変更されると、Ｌ_Ａが一定となるように、式（１４）に従ってＬ_０を変更することになる。このような条件では、Ｌ_０が時間的に変化するため、新たに選択可能なランダムウエイトが存在するかどうかの判定式は式（２４）で表現することができなくなる。この場合には、ステップＳ１０３におけるランダムウエイトからトレーニングウエイトを選択する数を初期値として、ステップＳ１０７においてランダムウエイトから新たにベクトルを選択するごとに、選択したベクトル数を累積して記憶領域に記憶しておき、ステップＳ１０６においてまだ使われていないＬ_０個のベクトルがランダムウエイトに残っているか判定する必要がある。この場合の判定条件は、ステップＳ１０３において初めにランダムウエイトから選択したベクトル数をＬ（１）、ステップＳ１０７において新たに追加するランダムウエイト数をＬ（ｖ）とした場合、式（２８）として表すことができる。

【0102】

【数28】

【0103】

式（２８）を満たしている場合には、トレーニングウエイト生成回路１−８は、ステップＳ１０６において、新たに選択できるランダムウエイトが残っていると判定することができ、ステップＳ１０７の処理に進むことができる。
フィードバックを行うベクトル数Ｌ_ｉを変化させることにより、端末装置２−ｉからのフィードバック量を増加または軽減することができる。これに伴って基地局装置１の演算量も増加または軽減することになるため使用する環境に応じた負荷の調整を行うことが可能となる。また、Ｌ_０を任意に変化させることで、例えば、上述したタイマが前回のチャネル推定から経過した時間を計測することにより、その計測した時間に従ってＬ_０を増加させることで、後述するようにサイクルタイムを一定にすることができ、それにより、伝送特性を維持することが可能となる。
また、ステップＳ１０６において、Ｌ_０個のベクトルが残っているか判定する代わりに、１つ以上のベクトルが残っているか判定することもできる。この場合、一つでもランダムウエイトの選択されていないベクトルが残っていれば、このランダムウエイトを付加トレーニングウエイトとして用いる。このときは、付加トレーニングウエイトの数を一時的にＮ−ΣＬ（ｉ）とするか、Ｌ_０に足りない分は既に選択されているランダムウエイトから重複して選択することができる。このようにして、Ｎ個のランダムウエイトのベクトルを使い切り、全ての信号空間に対応する情報を推定することで、チャネル情報の推定精度を高めることもできる。

【0104】

上記のようにして更新を繰り返したトレーニングウエイトを用いて、基地局装置１が、端末装置２−ｉに対して送信を行う処理について説明する。送信方法選択回路１−７は、端末装置２−ｉからフィードバックされたウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎ、をウエイトチャネル情報記憶回路１−６から読み出す。ウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎ、すなわち端末装置２−ｉにおける第ｎ番目の周波数チャネルに対して得られるＬ_ｉ個のベクトルからなるＬ_Ａ×Ｌ_ｉの行列は、推定したウエイトチャネル行列のうちのＬ_ｉ個の行ベクトルの複素共役転置行列であってもよい。また、受信ウエイト行列β_ｉ，ｎを端末装置２−ｉにおいて予め定義し式（２９）のようにウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎを表してもよい。

【0105】

【数29】

【0106】

また、前述したように、ウエイトチャネル行列Ｈ’’_ｉ，ｎに基づいて特異値分解やＱＲ分解することにより得られるＶ^（ｗｓ）_ｉ，ｎやＱ^（ｗｓ）_ｉ，ｎを用いて以下の式（３０）、（３１）としても表すことができる。

【0107】

【数30】

【0108】

【数31】

【0109】

式（３０）、（３１）において、［Ａ］_Ｌは、Ｎ×Ｍ行列ＡからＬ個の列ベクトルを選択してＮ×Ｌの行列を得る関数である。端末装置２−ｉにおける受信ウエイト行列β_ｉ，ｎとしては、Ｈ’_ｉ，ｎをＱＲ分解して得られるＭ_ｉ×Ｍ_ｉのユニタリ行列のうち、対応する三角行列の対角成分が大きいものからＬ_ｉ個のベクトルをＭ_ｉ×Ｍ_ｉのユニタリ行列の中から選択して得られるＭ_ｉ×Ｌ_ｉの行列にエルミート共役をとることで得られるＬ_ｉ×Ｍ_ｉの行列を用いたり、Ｈ’_ｉ，ｎに対し特異値分解で得られる左特異行列のうち、大きい特異値に対応するＬ_ｉ個のベクトルを選択し得られるＭ_ｉ×Ｌ_ｉ行列に対し、エルミート共役をとることで得られるＬ_ｉ×Ｍ_ｉの行列などを用いることができる。

【0110】

送信方法選択回路１−７は、これらのウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎを従来における信号空間行列Ｇ_ｉ，ｎとし、例えば、上述したＢＤ法による送信ウエイトを算出する手法などによりマルチユーザＭＩＭＯやシングルユーザＭＩＭＯなどの送信ウエイト演算手法を用いて送信ウエイトを算出することができる。ただし、算出した送信ウエイトは、トレーニングウエイトを含んだチャネル情報に基づく送信ウエイトとなる。そのため、ｖ回目の更新がされたトレーニングウエイトを含んだチャネル情報に基づいて算出されたｉ番目の端末装置のｎ番目の周波数チャネルにおける送信ウエイトＷ^（ｖ）_i，,nは、各送信アンテナ（送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎ）に対する送信ウエイトとはならない。各送信アンテナに対する送信ウエイトＷ_ｉ，ｎは、ｖ回目で用いたトレーニングウエイトＷ_ｎ’^（ｖ）と送信ウエイトＷ^（ｖ）_i，,nにより式（３２）として算出されることになる。

【0111】

【数32】

【0112】

以下、図４、５を参照しつつ、上記の実施形態の構成による効果を説明する。チャネルモデルとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎで提案されているＭｏｄｅｌ Ｃのシナリオを用いた。アンテナ間隔０．５λのアレーアンテナ、ベルシェイプのドップラー分布を用い、ドップラースプレッドを０．４１Ｈｚ、コヒーレンスタイム８００ｍｓとしている。また、端末装置数を２とし、基地局装置１と端末装置２−１、２−２の間の距離を５ｍ、帯域幅２０ＭＨｚ、フーリエ変換による周波数チャネル数を６４、そのうちデータを送信する周波数チャネル数を５２（Ｆ＝５２）としている。また、受信アンテナ数２、フィードバックを行うベクトル数を２（Ｌ_ｉ＝２）、データ送信時の空間多重数を２（Ｌ_ｉ’＝２）としている。図４は、この条件において、通信を開始してからの時間（ｍｓ）に対する伝送可能ビット数（Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ ｂｉｔ ｒａｔｅ）について測定した結果である。伝送可能ビット数は、式（３３）として定義している。

【0113】

【数33】

【0114】

式（３３）において、σ^２は熱雑音の分散値である。また、本実施形態では、ウエイトトレーニングシンボルを送信する時間間隔をＴ_０と定義した。図４では、Ｔ_０＝１０ [ｍｓ]としている。また、送信ウエイトＷ_ｋ，ｎは、１ｍｓ前のチャネル情報を元に算出されていると仮定し、データ通信中のチャネルの時変動は考慮しないものとしている。

【0115】

図４において、点線、破線、及び実線で示されているラインは、それぞれ送信アンテナ数が８、１６、３２の場合に従来のチャネル推定手法により、送信アンテナ数だけのトレーニングシンボルを送信し、チャネル情報の推定を行った場合の伝送可能ビット数を示している。一方、＋および×で示されるポイントが、それぞれ送信アンテナ数が１６および３２の場合に本実施形態の構成によるウエイトトレーニングシンボルを用いて算出されたチャネル情報を用いて通信を行った場合の、伝送可能な伝送可能ビット数である。１０ｍｓごとに、徐々に特性が改善していき送信アンテナ数が１６素子の場合には６０ｍｓ、３２素子の場合には、１４０ｍｓ経過した後には、ほぼ従来のチャネル推定手法、すなわち送信アンテナ数と同数のトレーニングシンボルをチャネル推定に用いた場合と同等の特性が得られていることがわかる。この収束に必要な時間は、式（３４）で示されるサイクルタイムＴ_Ｃで表すことができる。

【0116】

【数34】

【0117】

従来のチャネル推定手法を用いた場合、３２または１６のトレーニングシンボルを用いているのに対し、本実施形態の手法では、Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_０＝６のウエイトトレーニングシンボルしか用いていないため、チャネル推定のためのオーバヘッドを大きく削減できる。
また、６個のウエイトトレーニングシンボルのみを用いるだけでも、従来のチャネル推定手法を用いた８×２のＭＩＭＯ方式の伝送特性（図４の点線）を大きく上回る伝送特性が得られているもわかる。これは、例えば、トレーニングシンボルを送信できる数を標準化規格などで変更することなく、送信アンテナ数を増やすことができる効果があることを意味している。

【0118】

図４の結果は収束するものの、従来の送信アンテナ数だけトレーニングシンボルを送信するチャネル推定手法に対して特性が少し劣化する。これは、チャネルの時間変動のため、完全には信号空間に対応するトレーニングウエイトにならないためである。この特性劣化は、サイクルタイムが大きくなるに従って増加する。図５は、サイクルタイムを７０ｍｓ、１４０ｍｓ、２８０ｍｓ、５６０ｍｓとした場合の伝送可能ビット数の累積分布関数（ＣＤＦ：cumulative distribution function）に基づく累積確率分布を示した図である。×、□、○で示されているラインは、それぞれ送信アンテナ数が８、１６、３２の場合の従来のチャネル推定手法による分布を示したものである。従来の３２素子のアンテナ数だけチャネルを全て推定する方式（図５の○で示されるポイント）に比べ、収束に必要な時間であるサイクルタイムが増加するにつれ、伝送特性が徐々に劣化しているのが分かる。それでもなお、１６×２のＭＩＭＯチャネル方式における１６本のアンテナ数のチャネルを全て推定する方式（図５の□で示されるポイント）に比べ、パイロットシンボルを６つ（Ｌ_Ａ＝６）しか用いていないにもかかわらず、高い伝送特性を有していることがわかる。

【0119】

上記のように本実施形態の構成では、全ての自由度（送信アンテナ数）のチャネル情報を推定し終えるまでにかかるサイクルタイムに比例して特性が若干劣化する。したがって、式（３４）に基づいて付加トレーニングウエイトに含まれる列ベクトルの数Ｌ_０を設定することで、サイクルタイムＴ_Ｃをあらかじめ定めた値以下と伝送特性が劣化しすぎないようにすることができる。図４と図５のシミュレーションでは、チャネル推定を一定間隔Ｔ_０で行うことを仮定しているが、実際の通信において、このように定期的なチャネル推定を行えるとは限らない。そこで、前回チャネル推定を行ってから、経過した時間に応じてＬ_０を設定する。例えば、図５の結果から、Ｔ_Ｃを１４０ｍｓ以下になるように設定することを考える。この場合、１０ｍｓ間隔に、Ｌ_０＝２でチャネル推定が行われていれば、サイクルタイム１４０ｍｓで通信できる。チャネル推定が、２０ｍｓ間隔になってしまう場合には、Ｌ_０＝４とすることで、サイクルタイムを一定にできる。すなわち式（３５）に基づいてＬ_０を決めることができる。

【0120】

【数35】

【0121】

式（３５）において、Ｔは前回のチャネル推定からの経過時間であり、式（３５）において、以下の式（３６）の演算子はＡ以上で、最も小さい整数を表す関数である。

【0122】

【数36】

【0123】

なお、本実施形態の構成は、マルチユーザＭＩＭＯ通信のため選択された複数の端末装置組み合わせに対してそれぞれ独立に用いることができる。すなわち、送信方法選択回路が決定した端末装置２−ｉの組み合わせごとにランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎをトレーニングウエイト生成回路が記憶する。トレーニングウエイト生成回路１−８が、トレーニングウエイトの生成を行う場合には、送信方法選択回路１−７が指定する通信相手の端末装置の組み合わせに対応するランダムウエイトＷ_Ｒ，ｎを用いトレーニングウエイトの生成を行う。これにより、１つの基地局装置１を用いて複数の端末装置２−ｉの組み合わせを扱うことが可能である。

【0124】

また、マルチユーザＭＩＭＯ通信において、予め選択された端末装置の組み合わせの中で、一部の端末装置からのみ、チャネル情報のフィードバックを要求する場合や、パケット衝突などの問題により、一部の端末装置からのチャネル情報のフィードバックが取得できない場合もある。このような場合、式（２２）のＧ’_ｉ，ｎは、全ての端末装置から取得することができないため、ｚ番目の端末装置からのチャネル情報が取得できなかった場合には、Ｇ’_ｚ，ｎを用いずに式（２２）を計算するか、または前回の通信でｚ番目の端末装置からフィードバックされた過去の情報であるＧ’_ｚ，ｎを代わりに用いることもできる。ただし、過去のＧ’_ｚ，ｎを用いる場合には、対応するトレーニングウエイトが異なるため、信号空間トレーニングウエイトの演算に工夫が必要となる。ここで端末装置２−１〜２−３との通信を考え、チャネル情報のフィードバックを求めたにもかかわらず、端末装置２−３から正常に信号空間行列が取得できなかった場合を考える（ｚ＝３）。端末装置２−１と２−２からは信号空間行列が得られているため、これらの端末装置に対しては式（２２）と同様に、式（３７）として、信号空間行列が得られた端末に対するユニタリ行列をＱ’^（ｐｓ）_ｎとして得ることができる。

【0125】

【数37】

【0126】

端末装置２−３からは前回信号空間行列を取得した際のトレーニングウエイトを用いる。すなわち、相手からのチャネル情報についてフィードバックがない場合に対応するため、トレーニングウエイト生成回路１−８が過去のトレーニングウエイトを記憶しておくことができる。端末装置２−３に対応する信号空間トレーニングウエイトは、信号空間行列取得時の更新回数をｑとし、Ｗ^（ｑ）_ｎＧ’_３，ｎと表わすことができる。よって、トレーニングウエイトは、式（３８）として得られる。

【0127】

【数38】

【0128】

または、予め、信号空間トレーニングウエイトのベクトルが互いに直交するように変換しておくこともできる。ＱＲ分解を用いて、式（３９）として得られたＱ^{（ｐｐｓ）}_ｎを用いて、式（４０）とすることができる。

【0129】

【数39】

【0130】

【数40】

【0131】

このようにすることで、ある特定の端末装置のウエイトチャネル情報が取得できなくてもウエイトチャネル情報の更新を行うことができる。

【0132】

上記の実施形態の構成により、基地局装置１は、トレーニング信号の数を低減しつつ、従来の方式と同等の伝送特性のＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行うことが可能となる。
また、上記の実施形態の構成により、トレーニングウエイトを用いたトレーニングシンボルによるチャネル推定を行うことで、システムに対するチャネル推定フレームのオーバヘッド、チャネル関連情報のフィードバック量、チャネル関連情報をフィードバックするまでの時間差、を減らすことができ、高いシステムスループットを有する無線通信システムを実現することができる。
また、上記の実施形態の構成により、基地局装置１は、チャネル推定用に用いるウエイトトレーニングシンボルのタイムスロットの数をＬ_Ａ個に削減することができる。これにより、各端末装置２−ｉにおけるウエイトチャネル行列の推定の演算量を軽減させることができ、フィードバックするウエイト信号空間行列Ｇ’_ｉ，ｎのサイズも、Ｌ_Ａ×Ｌ_ｉに削減することができる。これにより、チャネル推定におけるトラフィック量を減らすことができるとともに、基地局装置１における送信ウエイトの演算量も低減することができる。
また、上記の実施形態の構成により、基地局装置１は、付加トレーニングウエイトを加えてトレーニングウエイトを更新し、また、付加トレーニングウエイトの選択元のランダムウエイトが不足した場合にはランダムウエイトを更新してトレーニングウエイトを逐次的に更新することが可能となる。これにより、基地局装置１の送受信アンテナ１−４−１〜１−４−Ｎが有するＮ次元の信号空間のうちＬ_Ａ次元の部分空間しか推定していないために生じる特性劣化を防き、Ｎ個のトレーニング信号をそのまま用いた方式と同程度の伝送特性を維持することが可能となる。
なお、本発明に記載の送信装置とは、例えば、本実施形態の基地局装置１である。また、本発明に記載の所定の数のベクトルとは、例えば、本実施形態のＬ_ｉ個のベクトルである。

【0133】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0134】

１ 基地局装置
１−１ データ選択出力回路
１−２ 送信信号生成回路
１−３ 無線信号送受信回路
１−４−１〜１−４−Ｎ 送受信アンテナ
１−５ 受信信号復調回路
１−６ ウエイトチャネル情報記憶回路
１−７ 送信方法選択回路
１−８ トレーニングウエイト生成回路
２−１〜２−ｉ 端末装置
２−１−１−１〜２−ｉ−１−Ｍ_ｉ 送受信アンテナ
２−１−２〜２−ｉ−２ 無線信号送受信回路
２−１−３〜２−ｉ−３ 受信信号復調回路
２−１−４〜２−ｉ−４ チャネル推定回路
２−１−５〜２−ｉ−５ 送信信号生成回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】