特許 7196687 無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置

(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】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/0413 20170101AFI20221220BHJP

   H04B 7/0417 20170101ALI20221220BHJP

   H04B 7/005 20060101ALI20221220BHJP

   H04L 27/01 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0413 200

H04B7/0417

H04B7/005

H04L27/01

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019033362

(22)【出願日】2019-02-26

(65)【公開番号】P2020141174

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2021-05-28

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗山 圭太

(72)【発明者】

【氏名】福園 隼人

(72)【発明者】

【氏名】立田 努

【審査官】吉江 一明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１１５３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０７３８５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】栗山 圭太 他，広帯域シングルキャリアＭＩＭＯ伝送のためのＦＩＲ型送信ビーム形成，電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．１１８ Ｎｏ．４３３，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2019年01月24日，pp.31-36

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０４１３

Ｈ０４Ｂ ７／０４１７

Ｈ０４Ｂ ７／００５

Ｈ０４Ｌ ２７／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、
前記送信局装置は、
既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、
送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と
を備え、
前記受信局装置は、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、
前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、
前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部と
を備え、
前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、
前記送信局装置は、
既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、
送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、
前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部と
を備え、
前記受信局装置は、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、
前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、
前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部と
を備え、
前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法であって、
前記送信局装置は、
既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成処理と、
送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化処理と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数の送信局通信処理と
を実行し、
前記受信局装置は、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数の受信局通信処理と、
前記送信局装置から受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定処理と、
前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出処理と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信処理により受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化処理と
を実行し、
前記受信側線形等化処理では、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項4】

送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法であって、
前記送信局装置は、
既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成処理と、
送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化処理と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数の送信局通信処理と、
前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出処理と
を実行し、
前記受信局装置は、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数の受信局通信処理と、
前記送信局装置から受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定処理と、
前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出処理と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信処理により受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化処理と
を実行し、
前記受信側線形等化処理では、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項5】

送信局装置が送信する複数の第２データ信号または既知のトレーニング信号を受信し、前記送信局装置の等化器で用いる送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数及び前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部が、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う送信局装置において、
前記受信局装置が通信路応答を推定するための前記トレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、
前記送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と
を備えることを特徴とする送信局装置。

【請求項6】

送信局装置が送信する複数の第２データ信号または既知のトレーニング信号を受信し、通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部が、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う送信局装置において、
前記受信局装置が通信路応答を推定するための前記トレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、
送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、
前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、
前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部と
を備えることを特徴とする送信局装置。

【請求項7】

既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部とを備える送信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う受信局装置において、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、
前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、
前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部と
を備え、
前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする受信局装置。

【請求項8】

既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部とを備える送信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う受信局装置において、
前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、
前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、
前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、
前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部と
を備え、
前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う
ことを特徴とする受信局装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳＣ－ＭＩＭＯ（Single Carrier Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行う無線通信システムにおいて、アンテナ間干渉とシンボル間干渉とを抑制する時間領域線形等化器の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数選択性のフェージングがある通信環境下で広帯域のＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う場合、複数のアンテナの空間的な広がりにより生じるＩＡＩ（Inter-Antenna Interference：アンテナ間干渉）と、通信路特性の時間的な広がりにより生じるＩＳＩ（Inter-Symbol Interference：シンボル間干渉）を抑制するための処理が必要となる。

【0003】

そこで、時間領域線形等化器を用いて時間／空間方向に送信ビーム形成を行うことで、低処理遅延でＩＡＩ／ＩＳＩを同時に等化する方法が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】栗山圭太,福園隼人,吉岡正文,立田努,“広帯域シングルキャリアＭＩＭＯ伝送のためのＦＩＲ型送信ビーム形成”信学技報,vol.118,no.435,RCS2018-247,pp.31-36,2019年1月.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、非特許文献１のように、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の逆行列Ｈ^－１（ｚ）を線形等化器の伝達関数に用いる手法では、等化器の伝達関数を算出する過程で伝達関数の一部が非最小位相となる場合に適用できないという問題がある。ここで、伝達関数の零点配置が単位円内に分布する場合に最小位相となり、伝達関数の零点配置が単位円外に分布する場合に非最小位相となる。非最小位相の場合、等化器の動作が不安定になってインパルス応答が発散する可能性があるため、等化器の伝達関数の一部が非最小位相となる場合に適用できないという問題が生じる。

【0006】

本発明は、ＳＣ－ＭＩＭＯ伝送において等化器の伝達関数が最小位相となるか非最小位相となるかを判定して等化方向を変えることによって、等化器の伝達関数の一部が非最小位相となる場合でも安定して動作し、ＩＡＩおよびＩＳＩを等化できる無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の発明は、送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、前記送信局装置は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部とを備え、前記受信局装置は、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【0008】

第２の発明は、送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、前記送信局装置は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部とを備え、前記受信局装置は、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【0009】

第３の発明は、送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法であって、前記送信局装置は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成処理と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化処理と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数の送信局通信処理とを実行し、前記受信局装置は、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数の受信局通信処理と、前記送信局装置から受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定処理と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出処理と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信処理により受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化処理とを実行し、前記受信側線形等化処理では、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【0010】

第４の発明は、送信局装置と受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法であって、前記送信局装置は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成処理と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化処理と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数の送信局通信処理と、前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出処理とを実行し、前記受信局装置は、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数の受信局通信処理と、前記送信局装置から受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定処理と、前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出処理と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信処理により受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化処理とを実行し、前記受信側線形等化処理では、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【0011】

第５の発明は、送信局装置が送信する複数の第２データ信号または既知のトレーニング信号を受信し、前記送信局装置の等化器で用いる送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数及び前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部が、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う送信局装置において、前記受信局装置が通信路応答を推定するための前記トレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、前記送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部とを備えることを特徴とする。

【0012】

第６の発明は、送信局装置が送信する複数の第２データ信号または既知のトレーニング信号を受信し、通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部が、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行う受信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う送信局装置において、前記受信局装置が通信路応答を推定するための前記トレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を前記受信局装置に送信し、前記通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部とを備えることを特徴とする。

【0013】

第７の発明は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を受信局装置に送信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部とを備える送信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う受信局装置において、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記送信側伝達関数に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数と、前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数とを算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【0014】

第８の発明は、既知のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と、送信側伝達関数を用いて複数の第１データ信号を等化した複数の第２データ信号を出力する送信側線形等化部と、前記トレーニング信号または複数の前記第２データ信号を受信局装置に送信し、通信路応答に関する情報を前記受信局装置から受信する複数のアンテナを有する送信局通信部と、前記受信局装置から受信する前記通信路応答に関する情報に基づいて、前記通信路応答の伝達関数行列Ｈの随伴行列を伝達関数とする前記送信側伝達関数を算出する送信側係数算出部とを備える送信局装置との間でＳＣ－ＭＩＭＯ伝送を行う受信局装置において、前記送信局装置が送信する複数の前記第２データ信号または前記トレーニング信号を受信し、前記通信路応答に関する情報を前記送信局装置に送信する複数のアンテナを有する受信局通信部と、前記受信局通信部により受信する前記トレーニング信号から前記通信路応答を推定する通信路推定部と、前記通信路応答の前記伝達関数行列Ｈの行列式の逆数を伝達関数とする受信側伝達関数を算出する受信側係数算出部と、前記受信側伝達関数を用いて前記受信局通信部が受信する複数の前記第２データ信号を等化した複数の第３データ信号を出力する受信側線形等化部とを備え、前記受信側線形等化部は、前記伝達関数行列Ｈの行列式が最小位相であるか否かを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置は、ＳＣ－ＭＩＭＯ伝送において等化器の伝達関数が最小位相となるか非最小位相となるかを判定して等化方向を変えることによって、等化器の伝達関数の一部が非最小位相となる場合でも安定して動作し、ＩＡＩおよびＩＳＩを等化できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態および第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。

【図2】１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））のインパルス応答の一例を示す図である。

【図3】１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の極の位置の一例を示す図である。

【図4】等化器の方向の一例を示す図である。

【図5】第１実施形態に係る送信局装置および受信局装置の一例を示す図である。

【図6】第２実施形態に係る送信局装置および受信局装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置の実施形態について説明する。

【0018】

図１は、第１実施形態および第２実施形態に係る無線通信システム１００の一例を示す。図１において、無線通信システム１００は、複数（Ｎ_Ｔ個：Ｎ_Ｔ≧２の整数）のアンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）を有する送信局装置１０１と、複数（Ｎ_Ｒ個：Ｎ_Ｒ≧２の整数）のアンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）を有する受信局装置１０２とを備え、送信局装置１０１と受信局装置１０２との間で無線通信を行う。ここで、以降の説明において、送信局装置１０１のアンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）に共通の説明を行う場合は符号末尾の（番号）を省略してアンテナＡＴｔと表記し、特定のアンテナを指す場合は符号末尾に（番号）を付加して例えばアンテナＡＴｔ（１）のように表記する。受信局装置１０２のアンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）についても同様に表記する。また、複数の同じブロックを有する場合についても同様に表記する。

【0019】

本実施形態に係る無線通信システム１００は、送信局装置１０１と受信局装置１０２の間で複数のアンテナを用いた広帯域のＳＣ－ＭＩＭＯ方式による無線通信を行う。ここで、送信局装置１０１と受信局装置１０２の間の無線通信路では、マルチパスなど遅延時間が異なる複数の遅延波が存在し、周波数選択性のフェージングが生じる。このため、アンテナ間干渉（ＩＡＩ）と通信路特性によるシンボル間干渉（ＩＳＩ）とを抑制する必要がある。図１の例では、送信局装置１０１のＮ_Ｔ個のアンテナと、受信局装置１０２のＮ_Ｒ個のアンテナとの間で空間的な広がりによるアンテナ間干渉（ＩＡＩ）が生じる。また、送信局装置１０１と受信局装置１０２のそれぞれのアンテナ間で送受信される信号には、時間的な広がりによるシンボル間干渉（ＩＳＩ）が生じる。ここで、送信局装置１０１と受信局装置１０２との間の無線通信路の通信路応答（ＣＩＲ）をＨ（ｚ）とすると、通信路応答Ｈ（ｚ）は、複数のアンテナの数に応じてＮ_Ｔ×Ｎ_Ｒを要素とする伝達関数の行列（伝達関数行列と称する）で表すことができる。

【0020】

図１において、送信局装置１０１は、ＱＡＭ変調部２０１、送信側線形等化部２０２、ＲＦ部２０３およびアンテナＡＴｔを備える。

【0021】

ＱＡＭ変調部２０１は、受信局装置１０２へ送信するデータ情報ビットのビット列を直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）したデータ信号Ｓ（ｎ）（送信データ信号と称する）を出力する。なお、ＱＡＭ変調部２０１は、ＱＡＭ変調部２０１（１）からＱＡＭ変調部２０１（Ｋ）を有し（Ｋ：Ｋ≧１の整数）、Ｋ個のストリームに対応するデータ信号Ｓ（ｎ）を出力する。ここで、データ信号Ｓ（ｎ）は、Ｋ×１を要素とする行列である。

【0022】

送信側線形等化部２０２は、送信局装置１０１と受信局装置１０２との間のＣＩＲに基づいて算出された送信側の伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）により等化処理を行う。伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）は、Ｎ_Ｔ×Ｋ個の伝達関数を要素とする行列である。なお、等化処理と同時に送信電力を正規化する処理も行われる。ここで、本実施形態では、送信側線形等化部２０２は、送信ビーム形成によりＩＡＩの等化を行う。送信側線形等化部２０２は、例えばＱＡＭ変調部２０１が出力するデータ信号を保持し、一定時間毎にシフトする遅延タップを有し、各遅延タップの信号に所定のタップ係数を乗算した信号の和を出力するＦＩＲ（Finite Impulse Response）型の等化器で実現できる。ここで、ＩＡＩ等化用の伝達関数行列は、送信局装置１０１から送信されるトレーニング信号により受信局装置１０２が推定したＣＩＲに基づいて算出される。

【0023】

ＲＦ部２０３は、Ｎ_Ｔ個のアンテナＡＴｔにそれぞれ対応するＮ_Ｔ個のＲＦ部２０３（１）からＲＦ部２０３（Ｎ_Ｔ）を有し、送信側線形等化部２０２が出力するＩＡＩの等化されたデータ信号またはトレーニング信号を高周波の送信信号に周波数変換して、ストリーム毎にアンテナＡＴｔから送出する。

【0024】

アンテナＡＴｔは、アンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）のＮ_Ｔ個の送受信用のアンテナを有し、ＲＦ部２０３が出力する高周波信号を電磁波として空間に放射する。

【0025】

このようにして、送信局装置１０１は、ＩＡＩを等化した送信信号を受信局装置１０２へ送信することができる。

【0026】

図１において、受信局装置１０２は、アンテナＡＴｒ、ＲＦ部３０１、受信側線形等化部３０２およびＱＡＭ復調部３０３を備える。

【0027】

アンテナＡＴｒは、アンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）のＮ_Ｒ個の送受信用のアンテナを有し、送信局装置１０１から送信された空間上の電磁波を高周波信号に変換する。

【0028】

ＲＦ部３０１は、Ｎ_Ｒ個のアンテナＡＴｒにそれぞれ対応するＮ_Ｒ個のＲＦ部３０１（１）からＲＦ部３０１（Ｎ_Ｒ）を有し、アンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）が出力するそれぞれの高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。

【0029】

受信側線形等化部３０２は、送信局装置１０１と受信局装置１０２との間のＣＩＲに基づいて算出された受信側の伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）で等化処理を行う。伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）は、Ｋ×Ｎ_Ｒ個の伝達関数を要素とする行列である。ここで、伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）は、送信局装置１０１から送信されるトレーニング信号により受信局装置１０２が推定したＣＩＲに基づいて算出され、ＩＳＩを等化する。特に、本実施形態では、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の逆行列Ｈ^－１（ｚ）を線形等化器の伝達関数に用いるので、受信側線形等化部３０２は、後述するように、伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）の各伝達関数が最小位相であるか非最小位相であるかを判定して、最小位相である場合は等化器の等化方向を順方向とし、非最小位相である場合は等化器の等化方向を逆方向とする制御を行う。

【0030】

ＱＡＭ復調部３０３は、受信側線形等化部３０２が出力するＩＳＩの等化されたＫ個のストリームのデータ信号Ｓ＾（ｎ）を情報ビットに復調し、ビット列を出力する。なお、受信側線形等化部３０２は、アンテナＡＴｒの数に応じてＮ_Ｒ個のストリームのデータ信号Ｓ＾（ｎ）を出力するので、ＱＡＭ復調部３０３は、ストリーム毎にデータ信号Ｓ＾（ｎ）を復調する。

【0031】

このようにして、受信局装置１０２は、Ｎ_Ｒ個のアンテナＡＴｒで受信する信号からＩＳＩを等化し、データ信号を復調することができる。

【0032】

なお、受信局装置１０２では、送信局装置１０１から送信されるトレーニング信号からＣＩＲを推定し、受信局装置１０２でＩＳＩ等化用の伝達関数行列を算出する。また、送信側線形等化部２０２が用いる伝達関数行列は、後述するように、受信局装置１０２側で算出して送信局装置１０１側に送信してもよいし、受信局装置１０２側から送信局装置１０１側にＣＩＲの情報を送信して、送信局装置１０１側で伝達関数行列を算出するようにしてもよい。

【0033】

図１において、ＱＡＭ変調部２０１が出力するデータ信号をＳ（ｎ）、送信側線形等化部２０２の伝達関数行列をＷ_Ｔ（Ｚ）、ＣＩＲの伝達関数行列をＨ（ｚ）、受信側線形等化部３０２の伝達関数行列をＷ_Ｒ（ｚ）、ＱＡＭ復調部３０３が出力するデータ信号をＳ＾（ｎ）、付加雑音をη（ｎ）とすると、本実施形態に係る無線通信システム１００において送受信される信号の関係は、式（１）で表すことができる。

【0034】

【数1】

ここで、Ｓ（ｎ）、Ｗ_Ｔ（Ｚ）、Ｈ（ｚ）、Ｗ_Ｒ（ｚ）、Ｓ＾（ｎ）およびη（ｎ）は、以下の通りである。

【0035】

【数2】

なお、Ｃは行列の要素の集合を表し、例えばＣ^Ｋ＋１は（Ｋ＋１）個の要素を有する。ここで、Ｋは、データ信号のストリーム数（ただし、Ｋ＝Ｎ_Ｔ）である。

【0036】

式（１）において、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）は、式（２）で表される。

【0037】

【数3】

ここで、伝達関数行列Ｈ（ｚ）の各要素の伝達関数Ｈ_ｎｒｎｔ（ｚ）は、式（３）で表される。なお、ｎ_ｒは１≦ｎ_ｒ≦Ｎ_Ｒの整数、ｎ_ｔは１≦ｎ_ｔ≦Ｎ_Ｔの整数である。また、式（３）の記号Ｈおよびｈの下付き文字ｎ_ｒおよびｎ_ｔは、文書中で記載する場合、Ｈ_ｎｒｎｔ（ｚ）のようにｎｒおよびｎｔと表記する。他の記号の下付き文字についても同様に表記する。

【0038】

【数4】

ここで、Ｚ^－ｌ：伝達関数の遅延作用素、ｈ^（ｌ） _ｎｒｎｔ：第ｎ_ｒ番目の受信アンテナと第ｎ_ｔ番目の送信アンテナ間のｌパス目のＣＩＲである。ｌは、０≦ｌ≦Ｌ－１（Ｌは正の整数）の整数で、パス数Ｌの中のパス番号を示す。なお、パス数Ｌは、マルチパスなどの数を示す。

【0039】

また、送信局装置１０１の送信側線形等化部２０２の伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）は、式（４）で表される。

【0040】

【数5】

ここで、伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）の各要素の伝達関数Ｗ_{Ｔ，ｎｔｋ}（ｚ）は、式（５）で表される。なお、Ｗ^（ｐ） _{Ｔ，ｎｔｋ}は、第ｋ番目（ｋは、１≦ｋ≦Ｋの整数）のストリームのデータ信号を入力し、第ｎ_ｔ番目の送信アンテナへ信号を出力する送信側線形等化部２０２のｐ番目のタップ係数を示す。ｐは、０≦ｐ≦Ｐ－１の整数で（Ｐは正の整数）、送信側線形等化部２０２のタップ数Ｐの中のタップ番号を示す。

【0041】

【数6】

また、受信局装置１０２の受信側線形等化部３０２の伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）は、式（６）で表される。

【0042】

【数7】

ここで、伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）の各要素の伝達関数Ｗ_Ｒ，ｎｒ（ｚ）は、式（７）で表される。なお、Ｗ^（ｑ） _Ｒ，ｎｒは、第ｎ_ｒ番目の受信アンテナの信号を入力し、等化処理を行う受信側線形等化部３０２のｑ番目のタップ係数を示す。ｑは、０≦ｑ≦Ｑ－１の整数で（Ｑは正の整数）、受信側線形等化部３０２のタップ数Ｑの中のタップ番号を示す。

【0043】

【数8】

（送信側線形等化部２０２および受信側線形等化部３０２の伝達関数の算出）
次に、Ｚｅｒｏ－ｆｏｒｃｉｎｇ規範での送信側線形等化部２０２および受信側線形等化部３０２の伝達関数行列の算出について説明する。

【0044】

本実施形態では、ＣＩＲ（Ｈ（ｚ））の等化を送信局装置１０１と受信局装置１０２とで分割して行うので、式（８）に示すように、送信側線形等化部２０２の伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）と、受信側線形等化部３０２の伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）とを乗算した行列がＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の逆行列Ｈ^－１（ｚ）となる。ここで、Ｈ^－１（ｚ）は、１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の伝達関数とａｄｊ（Ｈ（ｚ））の行列との積で表すことができる。

【0045】

【数9】

ここで、ｄｅｔ（・）、ａｄｊ（・）はそれぞれ行列式、随伴行列（adjugate matrix）を表す。なお、ａｄｊは、エルミート転置を表す随伴行列（adjoint matrix）とは異なる。

【0046】

式（８）において、通信路応答の伝達関数行列Ｈ（ｚ）の随伴行列を伝達関数行列とし、送信側線形等化部２０２の伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）を式（９）とする。

【0047】

【数10】

また、式（８）において、通信路応答の伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式の逆数を伝達関数行列とし、受信側線形等化部３０２の伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）を式（１０）とする。

【0048】

【数11】

ここで、Ｉは単位行列である。

【0049】

以上のような線形等化器の伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）および伝達関数行列Ｗ_Ｒ（ｚ）を乗算すれば、信号の入出力関係は式（１１）のようになり、データ信号Ｓ（ｎ）の復調が可能となる。

【0050】

【数12】

このようにして、本実施形態に係る無線通信システム１００は、送信側線形等化部２０２と受信側線形等化部３０２とが分担して、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の逆行列Ｈ^－１（ｚ）を乗算し、時間領域線形等化器によるＩＡＩおよびＩＳＩの等化を行うことができる。

【0051】

ここで、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の逆行列Ｈ^－１（ｚ）を線形等化器の伝達関数に用いる手法では、伝達関数の算出過程で伝達関数の一部が非最小位相となる場合に係数が発散してしまい、等化器の適用ができないという問題がある。

【0052】

式（１２）は、式（８）に対応し、無線通信システム１００全体の等化用の伝達関数行列ｗ（Ｚ）を示す。

【0053】

【数13】

式（１２）において、１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））は、式（１３）に示すように、ＩＩＲ型等化器を構成するが、式（１４）に示すように、無限級数を用いてＦＩＲ型等化器で近似することができる。ここで、ａ^（ｉ）（ｉは０≦ｉ≦Ｌ－１の整数）は、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の係数に相当する。

【0054】

【数14】

【0055】

【数15】

しかし、式（１３）を式（１４）で近似してＦＩＲ型等化器を適用するには、１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が安定であることが条件となる。そこで、本実施形態では、伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の条件によって、ＦＩＲ型等化器の適用可否を次のように判定する。

【0056】

・ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相となる場合：適用可能
・ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が非最小位相となる場合：適用不可能（等化器係数が発散）
図２は、１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））のインパルス応答の一例を示す。図２において、横軸はＦＩＲ型等化器の遅延タップ（Ｚ^－０，Ｚ^－１，Ｚ^－２・・・）に対応する時間、縦軸は各遅延タップに保持された信号の振幅、をそれぞれ示す。図２（ａ）は、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相となる場合の各遅延タップの振幅を示し、図２（ｂ）は、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が非最小位相となる場合の各遅延タップの振幅を示す。

【0057】

図２（ａ）において、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相となる場合は、遅延タップの信号の振幅が小さくなっていき、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））のインパルス応答は収束し、０に近づくのでＦＩＲ型で近似可能であり、等化器の動作は安定する。一方、図２（ｂ）において、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が非最小位相となる場合は、遅延タップの信号の振幅が大きくなっていき、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））のインパルス応答は発散するので、等化器の動作は不安定となり、ＦＩＲ型等化器の適用は難しい。

【0058】

図３は、１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の極の位置の一例を示す。図３において、式（１３）に示した１／ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））の極は、実軸Ｒｅと虚軸ＩｍとするＺ平面上で円周を除く単位円内にあるとき安定するが、複素Ｚ平面上で円周を除く単位円外にあるとき不安定となり、インパルス応答は発散する。ここで、極は、式（１３）の分母の多項式の根に対応する。

【0059】

（最小位相／非最小位相の判定方法）
最小位相と非最小位相とを判定する方法として、以下の２つの方法が考えられる。

【0060】

＜方法１＞
方法１では、ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））を式（１５）とした場合に、ｉ＝｛１，・・・，Ｎ（Ｌ－１）｝において、式（１６）を満足するときに最小位相とする。ここで、Ｎはアンテナ数、Ｌは遅延パス数である。

【0061】

【数16】

【0062】

【数17】

そして、式（１６）を満たさず、式（１７）のように、左辺が１以上となるａ^（ｉ）が１つ以上ある場合は、非最小位相であると判定する。

【0063】

【数18】

＜方法２＞
方法２では、図３で説明したように、式（１５）について、全ての零点が複素Ｚ平面上の単位円の内側にあれば、最小位相であると判定する。

【0064】

［非最小位相時の処理］
本実施形態に係る無線通信システム１００では、上述のいずれかの方法により、非最小位相であると判定されたときに、等化器の方向を逆方向に切り替える。

【0065】

図４は、等化器の方向の一例を示す。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２で説明した最小位相時のインパルス応答（図２（ａ））と非最小位相時のインパルス応答（図２（ｂ））とに対応する。図４（ｃ）および図４（ｄ）は、横軸の時間方向にＮサンプル分（Ｎは整数）の受信データ信号Ｙ（ｎ）を示す。図４（ｃ）に示す最小位相時には、受信側線形等化部３０２は、時間軸方向に順方向の等化を行う。順方向等化では、受信側線形等化部３０２は、先に説明した式（７）に示す等化器として動作する。一方、逆方向等化では、式（１８）に示す等化器として動作する。

【0066】

【数19】

式（１８）において、遅延タップＺ^－ｑは、式（７）の順方向等化と同じなので、各遅延タップの出力信号は順方向等化と同じであるが、伝達関数Ｗ_Ｒ，ｎｒのタップ係数の方向が式（７）とは逆になっている。式（７）の順方向等化では、遅延タップＺ^－ｑのタップ係数がｗ^（ｑ） _Ｒ，ｎｒであるのに対して、式（１８）の逆方向等化では、遅延タップＺ^－ｑのタップ係数がｗ^{（Ｑ－１－ｑ）} _Ｒ，ｎｒとなる。例えばタップ数Ｑ＝３の場合、遅延タップＺ^－ｑはｑ＝０のＺ^－０からｑ＝Ｑ－１＝２のＺ^－２までの３個なので、順方向等化のｑ＝０番目の遅延タップＺ^－０のタップ係数は、ｗ^（０） _Ｒ，ｎｒ、ｑ＝１番目の遅延タップＺ^－１のタップ係数は、ｗ^（１） _Ｒ，ｎｒ、ｑ＝２番目の遅延タップＺ^－２のタップ係数は、ｗ^（２） _Ｒ，ｎｒとなる。これに対して、逆方向等化の場合、ｑ＝０番目の遅延タップＺ^－０のタップ係数は、ｗ^{（３－１－０）} _Ｒ，ｎｒ＝ｗ^（２） _Ｒ，ｎｒ、ｑ＝１番目の遅延タップＺ^－１のタップ係数は、ｗ^{（３－１－１）} _Ｒ，ｎｒ＝ｗ^（１） _Ｒ，ｎｒ、ｑ＝２番目の遅延タップＺ^－２のタップ係数は、ｗ^{（３－１－２）} _Ｒ，ｎｒ＝ｗ^（０） _Ｒ，ｎｒとなる。このように、逆方向等化の遅延タップＺ^－ｑのタップ係数の順番は、順方向等化のタップ係数の順番と逆方向になる。

【0067】

このようにして、本実施形態に係る無線通信システム１００では、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相であるか非最小位相であるかを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うように制御する。これにより、非最小位相の場合でも、逆方向等化を行うことで、見かけ上は最小位相として計算することができ、インパルス応答が発散することがなくなる。

【0068】

［第１実施形態］
図５は、第１実施形態に係る送信局装置１０１および受信局装置１０２の一例を示す。なお、図５は、図１および図２で説明した送信局装置１０１および受信局装置１０２の詳細な構成例を示す。

【0069】

図５において、送信局装置１０１は、情報ビット生成部４０１、データ信号変調部４０２、トレーニング信号生成部４０３、送信側線形等化部４０４、送信信号変換部４０５、受信信号変換部４０６およびアンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）のＮ_Ｔ個のアンテナを有する。また、図５において、受信局装置１０２は、アンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）のＮ_Ｒ個のアンテナ、受信信号変換部５０１、通信路推定部５０２、線形等化器係数算出部５０３、受信側線形等化部５０４、データ信号復調部５０５、情報ビット検出部５０６および送信信号変換部５０７を有する。

【0070】

先ず、送信局装置１０１の構成について説明する。

【0071】

情報ビット生成部４０１は、受信局装置１０２へ送信するデータ情報ビットを生成する。データ情報ビットは、例えば外部（不図示）から入力するデータ信号、内部で生成するデータ信号などに対応するビット列である。なお、情報ビット生成部４０１は、所定の符号化率で誤り訂正符号を生成する誤り訂正符号化機能やインターリーブ機能などを有してもよい。

【0072】

データ信号変調部４０２は、情報ビット生成部４０１が出力するビット列を所定の変調方式（例えば直交振幅変調（ＱＡＭ）など）で変調したデータ信号Ｓ（ｎ）を出力する。なお、本実施形態では、情報ビット生成部４０１が出力するビット列をアンテナＡＴｔの数に応じて複数のストリームに分割し、各々のストリーム毎に変調したデータ信号Ｓ（ｎ）を出力するので、各ストリーム毎にデータ信号変調部４０２を有する。

【0073】

トレーニング信号生成部４０３は、通信路応答（ＣＩＲ）を推定するためのトレーニング信号を生成する（トレーニング信号生成処理に対応）。トレーニング信号は、信号検出用のプリアンブルなどの予め決められた情報（例えば”０１”の交互パターン等の特定パターン）をＰＳＫ（Phase Shift Keying）など干渉を受けにくい変調方式で変調した所定の信号であり、受信局装置１０２でＣＩＲを推定するために用いられる。なお、送信局装置１０１が送信するトレーニング信号の情報は、予め受信局装置１０２との間で既知である。

【0074】

送信側線形等化部４０４は、図１で説明した送信側線形等化部２０２に対応し、データ信号変調部４０２が出力するデータ信号Ｓ（ｎ）（第１データ信号に対応）からＩＡＩを等化した信号（第２データ信号に対応）を送信信号変換部４０５へ出力する（送信側線形等化処理に対応）。送信側線形等化部４０４は、例えば、データ信号変調部４０２が出力するデータ信号を保持し、一定時間毎にシフトする遅延タップを有し、各遅延タップの信号に所定のタップ係数を乗算した信号の和を出力するＦＩＲ型の等化器で実現できる。ここで、タップ係数は、受信局装置１０２が推定したＣＩＲに基づいて算出したＩＡＩ等化用の伝達関数を構成する係数であり、式（９）で説明したＷ_Ｔ（ｚ）の等化器を実現する。送信側線形等化部４０４は、ＩＡＩを等化するための線形等化処理を行う。また、線形等化処理と同時に送信電力を正規化する処理も行われる。なお、送信側線形等化部４０４は、トレーニング信号生成部４０３が出力するトレーニング信号については、線形等化処理を行わずにそのまま出力する。

【0075】

送信信号変換部４０５は、送信側線形等化部４０４が出力するデータ信号またはトレーニング信号をアンテナＡＴｔから送出するための高周波の送信信号に周波数変換する。例えば、送信信号変換部４０５は、２０ＭＨｚ帯域のデータ信号またはトレーニング信号を５ＧＨｚ帯の高周波信号にアップコンバートして、アンテナＡＴｔから送出する。ここで、複数のストリームに分割された各々のストリームは、それぞれ高周波信号に変換され、アンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）のそれぞれから送出される。

【0076】

受信信号変換部４０６は、アンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）のそれぞれのアンテナにより受信された高周波の受信信号を低周波のベースバンド信号に周波数変換する。例えば、受信信号変換部４０６は、５ＧＨｚ帯の高周波信号をダウンコンバートして２０ＭＨｚ帯域のベースバンド信号を出力する。ここで、本実施形態では、受信信号変換部４０６は、受信局装置１０２から送信側線形等化部２０２で使用する伝達関数を構成するタップ係数などの情報を含む制御信号を受け取り、ベースバンド信号に変換して送信側線形等化部４０４に出力する。なお、ベースバンド信号からタップ係数などの情報を復調する復調部の機能は、送信側線形等化部２０２が有してもよいし、受信信号変換部４０６がタップ係数などの情報を復調して送信側線形等化部４０４へ出力してもよい。ここで、送信信号変換部４０５および受信信号変換部４０６は、送信局通信処理を行う送信局通信部に対応する。

【0077】

アンテナＡＴｔは、アンテナＡＴｔ（１）からアンテナＡＴｔ（Ｎ_Ｔ）のＮ_Ｔ個の送受信用のアンテナを有し、送信信号変換部４０５が出力する高周波信号を電磁波として空間に放射する。或いは、アンテナＡＴｔは、受信局装置１０２から送信された空間上の電磁波を高周波信号に変換して、受信信号変換部４０６へ出力する。

【0078】

このようにして、送信局装置１０１は、送信側線形等化部２０２により、ＩＡＩを等化したデータ信号を受信局装置１０２へ送信することができる。

【0079】

次に、図５に示す受信局装置１０２の構成について説明する。

【0080】

アンテナＡＴｒは、アンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）のＮ_Ｒ個の送受信用のアンテナを有し、後述する送信信号変換部５０７が出力する高周波信号を電磁波として空間に放射する。或いは、アンテナＡＴｒは、送信局装置１０１から送信された空間上の電磁波を高周波信号に変換して、後述する受信信号変換部５０１へ出力する。

【0081】

受信信号変換部５０１は、送信局装置１０１の受信信号変換部４０６と同様に、アンテナＡＴｒ（１）からアンテナＡＴｒ（Ｎ_Ｒ）のそれぞれから受信される高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。ここで、送信局装置１０１から受信するトレーニング信号は、通信路推定部５０２へ出力され、送信局装置１０１から受信するデータ信号は、受信側線形等化部５０４へ出力される。

【0082】

通信路推定部５０２は、送信局装置１０１から送信されるトレーニング信号に基づいてＣＩＲを推定する（通信路推定処理に対応）。

【0083】

線形等化器係数算出部５０３は、通信路推定部５０２が推定したＣＩＲに基づいて、送信局装置１０１の送信側線形等化部４０４が用いるＩＡＩ等化用の伝達関数（送信側伝達関数に対応）を構成するタップ係数と、受信局装置１０２の受信側線形等化部５０４が用いるＩＳＩ等化用の伝達関数（受信側伝達関数に対応）を構成するタップ係数とをそれぞれ算出する。なお、各タップ係数の算出方法は、図１で説明した方法を用いる。そして、線形等化器係数算出部５０３が算出したＩＡＩ等化用の伝達関数を構成するタップ係数などの情報を送信局装置１０１側に送信する。ここで、送信側伝達関数は、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の随伴行列を伝達関数とし、受信側伝達関数は、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式の逆数を伝達関数とする。なお、線形等化器係数算出部５０３は、受信側係数算出処理を行う受信側係数算出部に対応する。

【0084】

受信側線形等化部５０４は、図１で説明した受信側線形等化部３０２に対応し、線形等化器係数算出部５０３が算出したＩＳＩ等化用の伝達関数を用いて、受信信号変換部５０１が出力する信号からＩＳＩを等化したデータ信号Ｓ＾（ｎ）（第３データ信号に対応）をデータ信号復調部５０５へ出力する（受信側線形等化処理に対応）。ここで、受信側線形等化部５０４は、図４で説明したように、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相であるか非最小位相であるかを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うように制御する。

【0085】

データ信号復調部５０５は、受信側線形等化部５０４が出力するＩＳＩの等化されたデータ信号Ｓ＾（ｎ）を情報ビットに復調し、ビット列を出力する。なお、受信側線形等化部５０４は、アンテナＡＴｒの数に応じて複数のストリームのデータ信号Ｓ＾（ｎ）を出力するので、データ信号復調部５０５は、データ信号Ｓ＾（ｎ）をストリーム毎に復調する。そして、データ信号復調部５０５は、送信局装置１０１側で複数のストリームに分割されたビット列を結合したビット列を情報ビット検出部５０６に出力する。なお、データ信号復調部５０５は、送信局装置１０１側の機能に応じて、誤り訂正復号機能やデインターリーブ機能を備えてもよい。

【0086】

情報ビット検出部５０６は、データ信号復調部５０５が出力するビット列をデジタルデータに変換した受信データを出力する。なお、誤り訂正復号機能やデインターリーブ機能を情報ビット検出部５０６側で行ってもよい。

【0087】

送信信号変換部５０７は、線形等化器係数算出部５０３が出力する情報を高周波信号に変換してアンテナＡＴｔから送出する。例えば、本実施形態では、線形等化器係数算出部５０３が算出したＩＡＩを等化するための伝達関数行列Ｗ_Ｔ（ｚ）を構成するタップ係数などの情報をアンテナＡＴｒから送信局装置１０１側に送信する。なお、タップ係数などの情報をベースバンド信号に変調する変調部の機能は、送信信号変換部５０７が有してもよいし、線形等化器係数算出部５０３が有してもよい。ここで、受信信号変換部５０１および送信信号変換部５０７は、受信局通信処理を行う受信局通信部に対応する。

【0088】

このようにして、受信局装置１０２は、送信局装置１０１が送信するトレーニング信号からＣＩＲを推定し、推定されたＣＩＲからＩＡＩおよびＩＳＩ等化用の伝達関数を構成するタップ係数を算出する。そして、ＩＳＩ等化用のタップ係数は受信側線形等化部５０４に設定され、ＩＡＩ等化用のタップ係数は送信局装置１０１に送信されて送信側線形等化部４０４に設定される。これにより、ＩＡＩの等化処理を送信局装置１０１側で行い、ＩＳＩの等化処理を受信局装置１０２側で行うことができる。特に、本実施形態では、受信側線形等化部５０４は、図４で説明したように、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相であるか非最小位相であるかを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うように制御する。これにより、非最小位相の場合でも、逆方向等化を行うことで、見かけ上は最小位相として計算することができ、インパルス応答が発散することなく、安定した等化処理を実現することができる。

【0089】

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る送信局装置１０１ａおよび受信局装置１０２ａの一例を示す。ここで、図６に示す無線通信システム１００ａと図５で説明した無線通信システム１００との違いは、送信局装置１０１ａが線形等化器係数算出部６０１を有することである。また、受信局装置１０２ａの線形等化器係数算出部５０３ａの処理も受信局装置１０２の線形等化器係数算出部５０３と少し異なる。なお、図６において、図５と同符号のブロックは、図５と同様の処理を行う。

【0090】

受信局装置１０２ａにおいて、線形等化器係数算出部５０３ａは、通信路推定部５０２が推定したＣＩＲに基づいて、図１で説明したように、受信局装置１０２の受信側線形等化部５０４でＩＳＩ等化用の伝達関数を構成するタップ係数を算出する。ここで、線形等化器係数算出部５０３ａは、送信局装置１０１の送信側線形等化部４０４でＩＡＩを等化する等化処理を行うための伝達関数を構成するタップ係数の算出を行わず、通信路推定部５０２が推定したＣＩＲに関する情報を送信局装置１０１へ送信する。なお、ＣＩＲに関する情報は、通信路推定部５０２から直接、送信信号変換部５０７を介してアンテナＡＴｒから送信局装置１０１へ送信するようにしてもよい。

【0091】

一方、送信局装置１０１ａにおいて、線形等化器係数算出部６０１は、受信局装置１０２ａから送信されたＣＩＲの情報を受信して、図１で説明したように、送信側線形等化部４０４でＩＡＩ等化用の伝達関数を構成するタップ係数を算出し、送信側線形等化部４０４に設定する。ここで、線形等化器係数算出部６０１は、送信側係数算出処理を行う送信側係数算出部に対応する。

【0092】

このようにして、本実施形態に係る無線通信システム１００ａは、第１実施形態に係る無線通信システム１００と同様に、送信局装置１０１ａが送信するトレーニング信号からＣＩＲを推定するが、ＣＩＲに関する情報は送信局装置１０１ａ側へ送信され、ＩＡＩ等化用の伝達関数を構成するタップ係数は送信局装置１０１ａ側で算出される。これにより、等化用伝達関数のタップ係数を算出する処理が送信局装置１０１ａ側と受信局装置１０２ａ側とに分散されるので、線形等化器係数算出部５０３ａの処理量は、第１実施形態の線形等化器係数算出部５０３の処理量よりも少なくできる。ここで、線形等化器係数算出部５０３ａは、受信側係数算出処理を行う受信側係数算出部に対応する。

【0093】

なお、本実施形態に係る無線通信システム１００ａにおいても、第１実施形態に係る無線通信システム１００と同様に、受信側線形等化部５０４は、図４で説明したように、ＣＩＲの伝達関数行列Ｈ（ｚ）の行列式ｄｅｔ（Ｈ（ｚ））が最小位相であるか非最小位相であるかを判定し、最小位相である場合には順方向等化を行い、非最小位相である場合には逆方向等化を行うように制御する。これにより、非最小位相の場合でも、逆方向等化を行うことで、見かけ上は最小位相として計算することができ、インパルス応答が発散することなく、安定した等化処理を実現することができる。

【0094】

以上、各実施形態で説明したように、本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、送信局装置および受信局装置は、ＳＣ－ＭＩＭＯ伝送において等化器の伝達関数が最小位相となるか非最小位相となるかを判定して等化方向を変えることによって、等化器の伝達関数の一部が非最小位相となる場合でも安定してＩＡＩおよびＩＳＩの等化を行うことができる。

【符号の説明】

【0095】

１００，１００ａ・・・無線通信システム；１０１，１０１ａ・・・送信局装置；１０２，１０２ａ・・・受信局装置；２０１・・・ＱＡＭ変調部；２０２，４０４・・・送信側線形等化部；２０３・・・ＲＦ部；３０１・・・ＲＦ部；３０２，５０４・・・受信側線形等化部；３０３・・・ＱＡＭ復調部；４０１・・・情報ビット生成部；４０２・・・データ信号変調部；４０３・・・トレーニング信号生成部；４０５，５０７・・・送信信号変換部；４０６，５０１・・・受信信号変換部；ＡＴｔ，ＡＴｒ・・・アンテナ；５０２・・・通信路推定部；５０３，５０３ａ・・・線形等化器係数算出部；５０５・・・データ信号復調部；５０６・・・情報ビット検出部；６０１・・・線形等化器係数算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】