JP4447372B2 - 無線通信システム、無線通信装置、無線受信装置、無線通信方法及びチャネル推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に無線通信の技術分野に関し、特に、チャネル推定値を含むフィードバック信号が伝送される無線通信システム並びにそのような無線通信システムに使用される無線通信装置、無線受信装置、無線通信方法及びチャネル推定方法に関する。

この種の技術分野で注目されている多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）方式は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを用意することで形成される複数の伝搬路又はチャネルを利用し、通信容量を向上させようとする技術である。複数の送信アンテナより、同一時刻、同一周波数帯域で、独立な信号系列を送信することで、並列伝送を実現する空間分割多重方式（ＳＤＭ：Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）がある。このように送信された信号は受信機で合成されて受信されるが、受信機では、複数のアンテナで受信される受信信号を用いて、信号の分離を行なうことが可能である。また、ある信号系列を複数の送信アンテナから送信する場合、送信ウエイトを乗算することで、送信ビームを形成することが可能である。更に、ＭＩＭＯチャネル信号伝送においては、送信ウエイト及び受信ウエイトを適切に設定することにより、送受信機の間で複数の直交したビームを形成することができる。そこで、この性質を利用し、各送信アンテナから独立な送信信号を伝送するのではなく、複数の送信信号系列（ストリーム）を、これらの直交したビームを用いて複数の送信信号系列を送信する固有ビーム空間分割多重化（ＥＳＤＭ：Ｅｉｇｅｎ Ｂｅａｍ ＳＤＭ）方式がある。このＥＳＤＭ方式は、ＳＤＭ伝送と比べて、ストリーム間干渉を低減する観点から有利である。ＥＳＤＭ方式における送信側では、チャネル行列の固有ベクトルによる行列Ｗが送信ウエイトとして使用され、受信側では、チャネル行列と固有ベクトルより成る固有行列との積の共役転置（ＨＷ）^Ｈが受信ウエイトして使用され、各アンテナから送信された信号系列が検出される。更に、周波数利用効率を高める観点から、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式とＥＳＤＭ方式を組み合わせるシステムも提案されている。

図１は、ＥＳＤＭ方式とＯＦＤＭ方式を組み合わせて使用する無線通信装置（便宜上、送信機として説明される）に関するブロック図を示す。送信機１００は、第１の直並列変換部１０２と、複数の第２の直並列変換部１０４と、ＯＦＤＭ方式で使用されるサブキャリア数個のＥＳＤＭ信号生成部１０６と、複数の送信アンテナにそれぞれ対応する複数のＯＦＤＭ方式の変調部（逆フーリエ変換部、並直列変換部及びガードインターバル付加部を含む。）１０８と、複数の送信アンテナにそれぞれ対応する複数のパイロット挿入部１１０と、複数の送信アンテナ１１２とを有する。送信機１００は、更に、フィードバック信号受信部１１４と、分離部１１６と、複数のサブキャリアの各々に対応する複数の送信ウエイト生成部１１８とを有する。一般に、ＥＳＤＭ信号生成部に入力されるストリーム数Ｎ_ｓｔと、送信アンテナ数Ｎと、受信アンテナ数Ｍとの間には、１≦Ｎ_ｓｔ≦ｍｉｎ（Ｎ，Ｍ）の関係があり、ここでｍｉｎ（Ｎ，Ｍ）は、Ｎ及びＭの内小さい方を選択する操作を意味する。簡単のため、以下の説明ではＮ_ｓｔ＝Ｎとする。

図２は、ＥＳＤＭ方式とＯＦＤＭ方式を組み合わせて使用する無線通信装置（便宜上、受信機として説明される）に関するブロック図を示す。受信機２００は、複数の受信アンテナ２０２と、受信アンテナ毎に設けられた複数のＯＦＤＭ方式の復調部（ガードインターバル除去部、直並列変換部、高速フーリエ変換部等を含む。）２０４と、サブキャリア数個のＥＳＤＭ信号分離部２０６と、ストリーム数個（Ｎ個）の第３の並直列変換部２０８と、第４の並直列変換部２１０を有する。受信機２００は、受信アンテナ数個のパイロットチャネル推定部２１２と、多重分離部２１４と、サブキャリア数個の受信ウエイト生成部２１６と、フィードバック部２１８とを有する。

図１に示されるように、送信されるデータ信号（データシンボル）は、第１の直並列変換部１０２で複数の信号群（信号系列群又はストリーム群）に変換される。変換後のストリームの各々は、第２の直並列変換部１０４で更にサブキャリア数個の信号群に変換される。変換後の信号群には、サブキャリア数個のＥＳＤＭ信号生成部１０６により、サブキャリア成分毎に送信ウエイト又は重み係数が与えられる。この重み係数によって、各送信アンテナから送信される信号を互いに区別することが可能になる。重み係数は、チャネル行列の固有値及び固有ベクトルに基づいて決定される。重み付けされた信号群は、送信アンテナ数個のＯＦＤＭ方式の変調部１０８にて高速逆フーリエ変換されることによって変調される。複数のＯＦＤＭ方式の変調部からの出力には、第１パイロット挿入部１１０にてパイロット信号がそれぞれ加えられ、ガードインターバルが付加された後に送信アンテナ１１２の各々からそれらが無線送信される。

図２に示される複数のアンテナ２０２で受信された信号群は、ＯＦＤＭ方式の復調部２０４にて高速フーリエ変換されることによって、各サブキャリア信号に分離される。ＯＦＤＭ方式で復調された後のサブキャリア毎の信号群は、ＥＳＤＭ信号分離部２０６にて、受信ウエイト（重み係数）を用いて送信アンテナ数個の信号群に分離される。分離された信号群は、第３の並直列変換部２０８にて送信アンテナ数個の信号系列群（ストリーム群）に変換され、更に第４の並直列変換部２１０にて単独のデータシンボル（ストリーム）に変換される。

一方、複数の受信アンテナ２０２で受信された信号群に基づいて、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネルインパルス応答値（ＣＩＲ：ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が、パイロットチャネル推定部２１２にて推定される。この推定は、送信側及び受信側で既知のパイロット信号が伝搬路でどのように変化するかを調べることによって行なわれる。本願における個々のチャネルインパルス応答値は、ｈ_ｃｍｎで表され、これは、ｍ番目の受信アンテナ及びｎ番目の送信アンテナ間のチャネルインパルス応答値のうち、ｃ番目のサブキャリア成分に関する量を示す。以下の説明でたびたび登場する「ｃ」を添え字に有する記号は、その記号の表す量が、ｃ番目のサブキャリアに関する量であることを示すものとする。個々のチャネルインパルス応答値ｈ_ｃｍｎを行列要素とする行列Ｈ_ｃは、チャネル行列と呼ばれ、次式で表される。

但し、Ｎは送信アンテナ数を示し、Ｍは受信アンテナ数を示す。チャネルインパルス応答値に関する情報は、サブキャリア毎に用意された受信ウエイト生成部２１６に入力される。受信ウエイト生成部２１６は、Ｈ_ｃ ^ＨＨ_ｃで表現される行列の固有値λ_ｃｎ及び固有ベクトルｗ_ｃｎ（１≦ｎ≦Ｎ）を求め、（Ｈ_ｃｗ_ｃｎ）を表す量を、ＥＳＤＭ信号分離部２０６にそれぞれ与える。ここで、上付文字の「Ｈ」で示される演算子は、共役転置をとることを表す。固有ベクトルｗ_ｃｎは、送信アンテナ数個の成分を有するベクトルである。

ところで、受信信号に含まれるｃ番目のサブキャリア成分ｒ_ｃは、
ｒ_ｃ＝ｒ_ｃ１＋．．．＋ｒ_ｃＮ であり、ここで、ｒ_ｃｎは、
ｒ_ｃｎ＝Ｈ_ｃｗ_ｃｎｓ_ｃｎ
と表現することができる。また、ｒ_ｃｎ＝（ｒ_ｃ１ｎ ．．．ｒ_ｃＭｎ）^Ｔと表現することもできる。ここで、Ｔは転置を表す。ｓ_ｃｎは送信された信号の内、ｃ番目のサブキャリアに関する信号成分を表す。従って、ＥＳＤＭ信号分離部２０６の各々にて、受信信号ｒ_ｃｎ＝Ｈ_ｃｗ_ｃｎｓ_ｃｎに左から（Ｈ_ｃｗ_ｃｎ）^Ｈを乗算することで、送信された信号を求めることができる。なぜなら、固有値λ_ｃｎと固有ベクトルｗ_ｃｎとの間には、
（Ｈ_ｃｗ_ｃｎ）^Ｈ（Ｈ_ｃｗ_ｃｎ）＝λ_ｃｎ
（Ｈ_ｃｗ_ｃｎ）^Ｈ（Ｈ_ｃｗ_ｃｊ）＝０（ｎ≠ｊ）
のような関係が成立するためである。

一方、パイロットチャネル推定部２１２にて推定されたチャネルインパルス応答値又はチャネル行列に関する情報は、フィードバック部２１８により送信機側にフィードバックされる。

送信機１００（図１）は、受信機２００からフィードバックされた情報をフィードバック信号受信部１１４にて受信し、分離部１１６にてそれをサブキャリア毎の情報に分離する。分離された情報は、サブキャリア毎のチャネルインパルス応答値に関する情報であり、それらは、各サブキャリアに対応する送信ウエイト生成部１１８に与えられる。送信ウエイト生成部１１８は、サブキャリア毎に重み係数ｗ_ｃｎを算出する。送信機１００は、この重み係数を、以前使用した重み係数の代わりに次回の送信に使用することで重み係数を更新する。

ＥＳＤＭ方式の無線通信技術については、例えば、非特許文献１に記載されている。

このように、受信機から送信機にフィードバック信号を送信するのは、送信機から受信機への順方向リンクのチャネル推定値ｈと、受信機から送信機への逆方向リンクのチャネル推定値ｈ’が一般的には異なるからである（記号の添え字は省略されている。）。即ち、周波数分割多重化（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）方式を使用することが想定されている。上下のリンクでチャネル推定値が等しい時分割多重化（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）方式では、フィードバック信号を伝送することは必須ではない。

図３は、図２に示される受信機のフィードバック部２１８の詳細なブロック図を示す。図示されているように、チャネル推定値ｈを表すチャネル情報は、フィードバック用離散化部にて、フィードバック信号に適した量子化レベルに量子化される。この量子化レベルは、フィードバック信号の情報量を軽減するために、フィードバック用離散化部に入力されるチャネル情報を表現するのに使用されていた量子化レベルよりも粗いものである。量子化された２進信号は、符号化部にて誤り訂正符号化の処理が施され、インターリーブ部に出力される。インターリーブ部で信号の順序が並び替えられた信号は、シンボルマップ部で適切なシンボルにマッピングされる。マッピングされた信号は、パイロット信号と多重化される。多重化された信号は、破線枠内に示されるＯＦＤＭ方式の変調部にて、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）で複数の並列信号に変換され、ＯＦＤＭ方式の変調部にて、逆フーリエ変換される。このようにして、チャネル情報を含むフィードバック信号が作成され、送信機側に送信される。なお、ＯＦＤＭ方式ではなく、シングルキャリア方式が採用される場合は、図中の破線枠内に示される直並列変換部（Ｓ／Ｐ）及びＩＦＦＴ部は省かれる。

図４は、図１に示される送信機のフィードバック信号受信部１１４の詳細なブロック図を示す。図示されているように、受信したフィードバック信号は、破線枠内に示されるＯＦＤＭ方式の復調部にて、フーリエ変換され、周波数領域の信号群に変換され、並直列変換部（Ｐ／Ｓ）にて直列の信号に変換される。この信号に基づいてチャネル推定及びチャネル補償が行なわれる。チャネル補償後の信号に基づいて、デマップ部にてシンボル判定が行なわれる。判定後の信号は、デインターリーブ部により所定の順序に並び替えられる。並び替えられた信号は復号部にて誤り訂正復号され、復号結果のビット系列に基づいて再生されたチャネル推定値ｈがチャネル再生部から出力される。なお、ＯＦＤＭ方式ではなく、シングルキャリア方式が採用される場合は、図中の破線枠に示されるＦＦＴ部及び並直列変換部（Ｐ／Ｓ）及びは省かれる。
宮下ら、電子情報通信学会、信学技法 ＲＣＳ２００２−５３

このように、フィードバック信号の送信及び受信には多くの信号量及び信号処理量が必要とされる。ＦＤＤ方式のＥＳＤＭ伝送方式では、全てのチャネル情報を受信機から送信機にフィードバックする必要があり、フィードバック量が特に多くなる。このため、フィードバック信号以外のデータ信号等を伝送するためのリソースが少なくなってしまうことが懸念される。更に、無線通信が広帯域で行われると、更に多くのフィードバック信号が伝送されることになり、上記の懸念はいっそう深まる。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、チャネル推定値を含むフィードバック信号の伝送量を軽減する無線通信システム、無線通信装置、無線受信装置、無線通信方法及びチャネル推定方法を提供することである。

一実施例によれば、少なくともチャネル推定値を含むフィードバック信号が第１及び第２の無線通信装置の間で伝送される無線通信システムが使用される。
フィードバック信号を送信する前記第１の無線通信装置は、
パイロット信号を含む信号を受信し、無線リンクのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値をパイロット信号に乗算する乗算手段と、
前記乗算手段からの出力信号及びパイロット信号を多重化し、フィードバック信号を作成する多重化手段と
を備え、フィードバック信号を受信する第２の無線通信装置は、
前記フィードバック信号に多重化されている複数の信号を分離する分離手段と、
分離された複数の信号に基づいて、第２の無線通信装置から第１の無線通信装置に対して伝送する際の無線リンクのチャネル推定値を求める手段と
を備える。

本発明によれば、チャネル推定値を含むフィードバック信号の伝送量を軽減することができる。

本発明の一態様によれば、チャネル情報で重み付けられたパイロット信号と、チャネル情報で重み付けられていないパイロット信号とが多重化されたフィードバック信号を用いることで、フィードバック信号を受信する無線通信装置にて、所望のチャネル情報を簡易に得ることができる。

本発明の一態様によれば、パイロット信号と乗算される前のチャネル情報信号を、符号拡散する手段が、ＯＦＤＭ方式の無線通信装置に設けられる。これにより、各サブキャリアに関するチャネル推定値が無線伝送される場合におけるフェージング耐性を高めることができる。

本発明の一態様によれば、パイロット信号と乗算される前のチャネル推定値を示す信号を、所定の順序に並べるインターリーバが、ＯＦＤＭ方式の無線通信装置に設けられる。これにより、同じチャネル推定値を表す信号が、隣接するサブキャリアになるべくマッピングされないようにすることができる。

本発明の一態様によれば、チャネル推定値とパイロット信号の乗算された信号と、パイロット信号とが多重化されたフィードバック信号を受信する無線受信装置に、多重化された信号を分離し、分離された信号から逆方向リンクのチャネル推定値を求め、分離された別の信号及び前記チャネル推定値から順方向リンクのチャネル推定値を求める手段が設けられる。これにより、従来よりも簡易にチャネル情報を取得することができる。

本発明の一態様によれば、逆方向リンクのチャネル推定値から順方向リンクのチャネル推定値を求めるＭＭＳＥフィルタが、無線受信装置に設けられる。これにより、チャネル情報を高精度に推定することができる。

本発明の一形態によれば、更に、乗算手段に入力される前の順方向リンクのチャネル推定値を示す信号を、所定のスケール因子で規格化する手段が、無線通信装置に設けられる。これにより、チャネル推定値を示す信号の振幅を所望の範囲内に留め、非線形歪や雑音等の影響を抑制することができる。

本発明の一態様によれば、更に、乗算手段に入力される前の順方向リンクのチャネル推定値を示す信号を、複数の信号に複製する手段が無線通信装置に設けられる。同一内容の信号がフィードバック信号として複数回送信されるので、チャネル推定値を表す１つのチャネル情報当たりの受信エネルギを多くし、信号品質を高めることができる。本発明の一態様によれば、更に、チャネル推定値を示す複数の信号を平均化する手段が、無線通信装置に設けられる。平均化を行なうことによって、信号品質を向上させることができる。

本発明の一態様によれば、受信した信号の絶対レベルを示す量又は基準電力を示す量が、フィードバック信号と共に又はそれとは別に伝送される。これにより、フィードバック信号等を受信した通信装置は、チャネル推定値の相対的な大きさだけでなく、絶対的な大きさを測定できるので、ＳＮＲのような信号品質を測定することができる。

以下、本発明による様々な実施例が図面を参照しながら説明される。各図において、同様な構成及び機能を有する要素には同じ参照番号が付される。

図５は、本発明の一実施例によるＦＤＤ方式の無線通信システムの概略図を示す。図には、フィードバック信号を送信する第１の無線通信装置５１０と、フィードバック信号を受信する第２の無線通信装置５２０とが描かれている。第１及び第２の無線通信装置は、本実施例ではＥＳＤＭ方式の装置であるが、チャネル情報をフィードバック信号として送信及び受信する任意の装置とすることができる。第１の無線通信装置５１０は、パイロット信号生成部５１２と、多重部５１４と、乗算部５１６とを有する。第２の無線通信装置は、分離部５２２と、第１推定部５２４と、第２推定部５２６と、パイロット信号生成部５２８とを有する。説明の便宜上、第２の無線通信装置５２０から第１の無線通信装置への無線リンクを順方向リンクと呼び、逆方向の無線リンクを逆方向リンクと呼ぶ。順方向リンクに関するチャネル情報（チャネル推定値又はチャネルインパルス応答値）はｈで表現され、逆方向リンクに関するチャネル情報はｈ’で表現される。なお、チャネル情報やチャネル推定値は同義的に使用される。

第１の無線通信装置５１０のパイロット信号生成部５１２は、送信側及び受信側で既知のパイロット信号を生成する。パイロット信号は、既知信号、参照信号、トレーニング信号等と呼ばれることもある。パイロット信号生成部５１２は、２つのパイロット信号ｓ_１，ｓ_２を出力する。これらは異なる信号内容でもよいし、同一内容でもよい。送信側及び受信側の双方で既知であればよいからである。以下の説明では、それらは、第１のパイロット信号ｓ_１及び第２のパイロット信号ｓ_２として区別して説明される。第１のパイロット信号ｓ_１は多重部５１４の一方の入力に与えられる。但し、後述されるように、信号処理負担の軽減化の観点からは、２つのパイロット信号は同一内容であることが望ましい。

乗算部５１６は、チャネル情報ｈを表す信号と、第２のパイロット信号ｓ_２とを乗算し、乗算結果ｈｓ_２を出力する。出力された乗算結果は、多重部５１４の他方の入力に与えられる。

多重部５１４は、入力された２つの信号ｓ_１，ｈｓ_２を時間的に多重化することで、フィードバック信号を作成する。例えば、多重部５１４は、それら２つの信号を、隣接する又は離間している２つのタイムスロットにそれぞれ挿入し、多重化を行なう。

第２の無線通信装置５２０の分離部５２２は、受信したフィードバック信号に多重化されている信号を個々に分離する。分離された一方の信号ｒ_ｆ１は、第１推定部５２４の一方の入力に与えられる。分離された他方の信号ｒ_ｆ２は、第２推定部５２４の一方の入力に与えられる。

パイロット信号生成部５２８は、第１推定部５２４の他方の入力に第１のパイロット信号ｓ_１を与える。パイロット信号生成部５２８は、第２推定部５２６の他方の入力に第２のパイロット信号ｓ_２を与える。

第１推定部５２４は、分離部５２２で分離された一方の信号ｒ_ｆ１と、第１のパイロット信号ｓ_１とに基づいて、逆方向リンクのチャネル推定値ｈ’を算出し、それを出力する。

第２推定部５２６は、分離部５２２で分離された他方の信号ｒ_ｆ２と、第２のパイロット信号ｓ_２と、逆方向リンクのチャネル推定値ｈ’に基づいて、順方向リンクのチャネル推定値ｈを算出し、それを出力する。

動作を次に説明する。先ず、第１及び第２の無線通信装置５１０，５２０が無線通信を行っているものとする。第１の無線通信装置５１０は、順方向リンクのチャネル情報ｈを含むフィードバック信号を、第２の無線通信装置５２０に送信する。送信するチャネル情報ｈは、第２の無線通信装置５２０から受信したパイロット信号に基づいて、不図示のチャネル推定部により、推定することができる。このパイロット信号は、上記の第１や第２のパイロット信号と同じであってもよいし、異なっていてもよい。双方で既知であればよい。

チャネル情報ｈは、乗算部５１６にて第２のパイロット信号ｓ_２と乗算され、その乗算結果ｈｓ_２は多重部５１４の他方の入力に与えられる。多重部５１４では、一方の入力から取得する第１のパイロット信号ｓ_１と、他方の入力から取得する乗算結果ｈｓ_２とを多重化することで、フィードバック信号を作成する。フィードバック信号は、逆方向無線リンクｈ’を通じて第２の無線通信装置５２０に伝送される。

第２の無線通信装置５２０で受信され、分離部５２２に入力される受信信号（フィードバック信号）は、上記の多重化された２つの信号を含む。即ち、受信信号には、第１のパイロット信号に関する第１の受信信号ｒ_ｆ１と、第２のパイロット信号に関する第２の受信信号ｒ_ｆ２とが含まれ、これらは分離部５２２によって分離される。この受信信号は、逆方向リンクのチャネルｈ’の影響を受けている。従って、
ｒ_ｆ１＝ｈ’ｓ_１ ・・・（Ａ）
ｒ_ｆ２＝ｈ’ｈｓ_２ ・・・（Ｂ）
と表現することができる。第１推定部５２４では、第１の受信信号ｒ_ｆ１＝ｈ’ｓ_１を、第１のパイロット信号ｓ_１で除算することで、逆方向リンクのチャネル推定値ｈ’を算出する。なお、第１のパイロット信号が複数のシンボルから構成される場合には、第１推定部は、シンボル毎にチャネル推定値を求め、それらを平均化してもよい。第２推定部５２６では、第２の受信信号ｒ_ｆ２＝ｈ’ｈｓ_２を、逆方向リンクのチャネル推定値ｈ’及び第２のパイロット信号ｓ_２で除算することで、順方向リンクのチャネル推定値ｈを算出する。

このように、本実施例によれば、チャネル情報ｈで重み付けられたパイロット信号ｈｓ_２と、チャネル情報で重み付けられていないパイロット信号ｓ_１とが多重化されたフィードバック信号を用いることで、フィードバック信号を受信する無線通信装置にて、順方向リンクのチャネル情報を簡易に得ることができる。

図示の例では、説明の便宜上第１及び第２推定部５２４，５２６が別々の機能ブロックとして描かれているが、このことは本発明に必須ではない。例えば、順方向リンクのチャネル情報ｈを求めるために、
（ｒ_ｆ２・ｓ_１）／（ｒ_ｆ１・ｓ_２）や、（ｒ_ｆ２／ｒ_ｆ１）・（ｓ_１／ｓ_２）等
を計算してもよい。（Ａ）及び（Ｂ）式に基づいて、順方向リンクのチャネル情報ｈを導出する任意の手法を使用することができる。なお、第１及び第２のパイロット信号の内容が同一であれば（ｓ_１＝ｓ_２）、単に、ｒ_ｆ２／ｒ_ｆ１を計算することで、順方向リンクのチャネル情報ｈを簡易に求めることができる。

順方向リンクのチャネル情報ｈを求めるために、従来法では、フィードバック用の離散化、符号化、シンボルマップ等の処理を経てチャネル情報が送信され（図３）、受信側ではそれらの逆の処理が行なわれていた（図４）。これに対して、本実施例では、順方向チャネルのチャネル情報ｈで重み付けされたパイロット信号と、そのように重み付けされていないパイロット信号とを送信し、受信側ではそれらに基づいてチャネル情報が導出される。このため、フィードバック信号量及び信号処理量が大幅に軽減される。本実施例によれば、複雑なディジタル信号処理を要する従来法とは異なり、簡易な信号処理によって、チャネル情報を簡易に求めることができる。例えば、送信アンテナ数及び受信アンテナ数が共に４本でＦＦＴポイント数が６４個であったとする。この場合に、本実施例では、フィードバック信号で送受信する信号数又はシンボル数は、６４×４×４＝１０２４個になる。しかしながら、従来方式では、離散化の量子化レベル数を２^５＝３２（Ｉ成分及びＱ成分の合計では１０ビット）とし、符号化率を３／４とし、変調方式を６４ＱＡＭ（１シンボル当たり６ビット）とすると、フィードバック信号で送受信する信号数は、６４×４×４×（１０／６）÷（３／４）≒２２７５ となる。従って、本実施例によれば、フィードバック信号量を従来の約半分に軽減することができる。但し、これらの数値は一例に過ぎない。本実施例によれば、フィードバック信号の送受信に関する演算負担が軽減されるので、フィードバック信号が速やかに通信され、フィードバック信号の遅延は従来よりも短縮される。

図６は、本発明の一実施例による無線通信システムに使用される第１及び第２の無線通信装置６１０，６２０を示す。図５の場合と同様に、第１の無線通信装置６１０は、順方向リンクのチャネル情報ｈを含むフィードバック信号を送信し、それを第２の無線通信装置６２０が受信する。本実施例における第１の無線通信装置６１０には、多重部５１４に接続されたＯＦＤＭ方式の変調部６１２が設けられている。ＯＦＤＭ方式の変調部６１２は、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）６１４及び高速逆フーリエ変換部６１６を含む。第２の無線通信装置６２０には、分離部５２２に接続されるＯＦＤＭ方式の復調部６２２が設けられている。ＯＦＤＭ方式の復調部６２２は、高速フーリエ変換部６２４と並直列変換部（Ｐ／Ｓ）６２６とを含む。

本実施例では、ＯＦＤＭ方式による変復調が行なわる。第１の無線通信装置６１０から送信されるフィードバック信号は、ＯＦＤＭ方式の変調部６１２にて変調され、無線伝送される。第２の無線通信装置６２０は、受信信号をＯＦＤＭ方式の復調部６２２にて復調し、図５に関して説明されたのと同様な手法で順方向リンクのチャネル情報ｈを算出する。

実施例１，２では、チャネル情報ｈが乗算部５１６にそのまま入力されている。しかし、増幅器の線形な電力レンジで動作させること、雑音の影響を抑制すること等の観点からは、そのチャネル情報を表現する信号の振幅ａ_ｘを規格化することが望ましい。チャネル情報を表現する信号に乗算する規格化係数ｃは、様々な手法で決定することができる。例えば、規格化係数ｃは、最大値を制限する観点から、
ｃ＝（ｍａｘ（ａ_ｘ）／Ａ_ＭＡＸ）^−１
としてもよい。ここで、ｍａｘ（ａ_ｘ）は振幅ａ_ｘの最大値を表し、Ａ_ＭＡＸは所定の上限値を表す。また、規格化係数ｃは、平均値を一定にする観点から、
ｃ＝（（Σａ_ｘ）／Ｎ_ｘ）^−１Ａ_ｖ
としてもよい。ここで、Ｎ_ｘは平均化を行なうサンプル数を表し、Ａ_ｖは所定の定数である。

図７は、本発明の一実施例によるフィードバック信号を送信する無線通信装置７００のブロック図である。概して、本実施例では、符号拡散されたチャネル情報が、パイロット信号に乗算され、同一の又は別のパイロット信号と多重化され、ＯＦＤＭ方式の変調された後に送信される。無線通信装置７００は、実施例１及び２で説明済みのパイロット信号生成部５１２、乗算部５１６、多重部５１４及びＯＦＤＭ方式の変調部６１２に加えて、符号化パラメータ決定部７０２と、符号生成部７０４と、拡散多重部７０６と、インターリーブ部７０８と、規格化係数決定部７１０と、規格化部７１２とを有する。拡散多重部７０６は、更に、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）７６２と、複数の拡散部７６６と、合成部（Σ）７６８とを有する。

符号化パラメータ決定部７０２は、符号化に使用される符号の符号長や多重数等のパラメータを決定する。符号長は拡散部７６６で乗算される符号の長さに相当する。多重数は拡散部７６６の個数に相当する。符号生成部７０４は、符号化パラメータ７０４で決定されたパラメータを用いて、使用される符号を生成する。拡散多重部７０６内の直並列変換部７６２は、入力された信号（チャネル情報）を、多重数として指定される数に合わせて並列化する。個々の拡散部７６６は、並列化された信号の１つ（１つの信号系列）に符号を乗算する。合成部７６８は符号化された信号を１つに合成する。符号長や多重数を変更することで、チャネル情報当たりの送信電力量やフィードバック信号の精度等を調整することができる。また、符号長や多重数に合わせて規格化係数ｃを定めてもよい。更に、信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）のような信号品質パラメータに基づいて、符号化パラメータを適宜変更してもよい。このような信号品質パラメータは、順方向リンク及び逆方向リンクに共通にしてもよいし、それらの間で区別されてもよい。

インターリーブ部７０８は、信号の並びを所定の規則に従って変更する。これにより、同一のチャネル情報を示すシンボルが隣接するサブキャリアにマッピングされて、同様なフェージングを受けることを軽減することができる。

規格化係数決定部７１０は、実施例３で説明されたような規格化係数ｃを決定する。規格化部７１２は、決定された規格化係数ｃを入力された信号に乗算し、乗算部５１６に与える。

図８は、本発明の一実施例によるフィードバック信号を受信する無線通信装置８００のブロック図である。概して、本実施例では、受信されたフィードバック信号がＯＦＤＭ方式で復調され、チャネル推定が行なわれ、デインターリーブされ、逆拡散され、チャネル情報が導出される。無線通信装置８００は、実施例１，２で説明済みのＯＦＤＭ方式の復調部６２２、分離部５２２、第１，第２推定部５２４，５２６、パイロット信号生成部５２８に加えて、デインターリーブ部８０２と、逆拡散部８０４とを有する。逆拡散部８０４は、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）８４２と、符号生成部８４４と、複数の逆拡散部８４６と、合成部８４８とを有する。ＯＦＤＭ方式の復調及びチャネル推定に関する要素については説明済みであるので、更には説明されない。

デインターリーブ部８０２は、信号の並びを所定の規則に従って変更する。所定の規則は、図７のインターリーブ部７０８で使用される規則に対応するものである。

逆拡散部８０４の符号生成部８４４は、図７の符号生成部７０４で生成されるものと同じ符号を生成する。直並列変換部（Ｓ／Ｐ）８４２は、入力された信号を、複数の並列信号に変換する。逆拡散部８４６の各々は、並列化された信号の１つに符号を乗算し、逆拡散を行ない、チャネル情報ｈを出力する。

ＯＦＤＭ方式のようなマルチキャリア方式を採用する通信システムでは、チャネルの様子はサブキャリア毎に異なるので、サブキャリア毎にチャネル推定値を求め、それらをフィードバック信号で送信する必要がある。このフィードバック信号が無線伝搬する過程では、しばしば周波数方向の選択性フェージングを受ける。このため、あるサブキャリアに関する情報が、ノイズの影響を大きく受けてしまう虞がある。この場合、受信側ではチャネル推定値を正確に求めることができなくなってしまう。本実施例による無線通信システムは、符号化及びインターリーブ並びにそれらに対応する処理を行なうことで、周波数選択性フェージングに起因する問題に対処する。先ず、図７の拡散多重部７０６及びインターリーブ部７０８により、チャネル情報が広範な周波数範囲に拡散される。これにより、周波数方向のフェージングに対する耐性を従来よりも高めることができる。拡散された信号は規格化部７１２や乗算部５１６に入力されてもよいが、本実施例では、フェージング耐性を更に高めるために、それがインターリーブ部７０８に与えられる。同一のチャネル推定値を示すシンボルが、比較的近いサブキャリアにマッピングされることで、フェージングによりそれらが雑音の影響を過大に受けてしまうことが、このインターリーブにより抑制される。

本実施例では、インターリーブ部７０８でインターリーブを行なうことで、類似する信号が隣接するサブキャリアにマッピングされることをなるべく抑制する。インターリーブ後の信号は、規格化部７１２で適切に規格化された後に乗算部５１６に入力され、説明済みの手法でフィードバック信号が形成される。受信側では、受信したフィードバック信号をＯＦＤＭ方式で復調し、チャネル推定が行なわれる。推定後の信号は、図８のデインターリーブ部８０２に入力され、逆拡散部８０４で逆拡散され、チャネル情報ｈが導出される。

図９は、本発明の一実施例による無線通信システムで使用される無線通信装置９０１，９１１のブロック図である。無線通信装置９０１はフィードバック信号を送信し、無線通信装置９１１はフィードバック信号を受信する。

無線通信装置９０１は、説明済みのパイロット信号生成部５１２、乗算部５１６、多重部５１４、ＯＦＤＭ方式の変調部６１２及びインターリーブ部７０８に加えて、繰り返し決定部９０２と、複製部９０４とを有する。無線通信装置９１１は、説明済みのＯＦＤＭ方式の復調部６２２、分離部５２２、第１，第２推定部５２４，５２６、パイロット信号生成部５２８、デインターリーブ部８０２に加えて、平均化部９１０を有する。ＯＦＤＭ方式の変復調及びチャネル推定に関する要素については説明済みであるので、更には説明されない。

複製部９０４は、入力された信号を、繰り返し数決定部９０２で決定された繰り返し数Ｎ_ｄに基づいて複製する。例えば、チャネル情報ｈが入力された複製部９０４は、チャネル情報ｈを表す信号が複数個（Ｎ_ｄ個）連なった信号系列を出力する。繰り返し数に関する情報は、インターリーブ部７０８やパイロット信号生成部５１２等にも通知される。複製部９０４にて複製されたチャネル情報は、インターリーブ後に、乗算部５１６にてパイロット信号に乗算され、多重部５１４にて同一の又は別のパイロット信号と多重化され、ＯＦＤＭ方式の変調部６１２にて逆フーリエ変換された後にフィードバック信号として送信される。

受信側で受信されたフィードバック信号は、ＯＦＤＭ方式の復調部６２２にて高速フーリエ変換され、第１，第２推定部５２４，５２６にてチャネル推定がなされ、デインターリーブ部８０２にてデインターリーブされ、平均化部９１０に入力される。平均化部９１０では、繰り返し数９０２で決定された複製数の数だけ得られたチャネル情報を平均化することで、より正確なチャネル情報を出力する。

本実施例によれば、フィードバック信号でフィードバックするチャネル情報を所望の回数だけ反復的に伝送するので、１チャネル推定値当たりの受信エネルギを繰り返し数倍に増やし、フィードバック信号の精度を向上させることができる。

図１０は、チャネル情報を表す信号を規格化すること（実施例２）、符号多重化すること（実施例４）、インターリーブすること（実施例４）及び複製すること（実施例５）を組み合わせてフィードバック信号を送信する無線通信装置１００１と、そのようなフィードバック信号を受信し、逆の信号処理を行なう無線通信装置１０１１とをを示す。パラメータ決定部１００２は、符号化に使用される符号の符号長や多重数、チャネル情報の多重数等の各種のパラメータを決定し、それらを関連する要素に通知する。このような無線通信装置を形成することで、各実施例で説明された利益を享受することができる。これにより、フィードバック信号の精度を更に緻密に制御することができる。例えば、符号長、多重数及び繰り返し数を調整することで、１チャネル推定値当たりの受信エネルギをより柔軟に（整数倍に又は非整数倍に）増やす又は減らすことができる。

実施例４，５に説明された例では、逆拡散によりチャネル情報が最終的に検出されていた。しかしながら、ＥＳＤＭ方式の無線通信システムで更なる高精度化を図る観点からは、単に逆拡散するのではなく、最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）によりチャネル情報を推定してもよい。この場合に、順方向リンクのチャネル情報は、
ｗ_ｌ ^Ｈｒ／｜ｗ_ｌ ^ＨＸ_ｌ｜
により求められる。ここで、ｌはストリームを指定するパラメータを示す。ｒ_ｆは受信したフィードバック信号である。ｗ_ｌは次式で定められる量である：

ここで、σは雑音電力であり、Ｉは単位行列であり、Ｘ_ｌは、チャネル行列Ｈと拡散符号より成る行列Ｃの積ＨＣを形成する要素である。

フィードバックするチャネル推定値ｈ_ｌに用いられる拡散符号を、
ｃ_ｌ＝［ｃ_ｌ１ｃ_ｌ２・・・ｃ_ｌＮｓ］
とする。ｈ_ｌがｃ_ｌにより拡散されると、
［ｃ_ｌ１ｃ_ｌ２・・・ｃ_ｌＮｓ］^Ｔ×ｈ_ｌｓ_ｌ
で表現されるＮ_ｓ個の送信シンボルができる。Ｎ_ｓは拡散符号長を表す。ｃ_ｌ０と共に送信されるフィードバックチャネルの値をｈ_０’とすると、ｈ_ｌに対する受信信号ｒ_ｌは、
ｒ_ｌ＝［ｈ_１’ｃ_ｌ１ ｈ_２’ｃ_ｌ２・・・ｈ_Ｎｓ’ｃ_ｌＮｓ］^Ｔ×ｈ_ｌｓ_ｌ
と表現される。ここで、
Ｘ_ｌ＝［ｈ_１’ｃ_ｌ１ ｈ_２’ｃ_ｌ２・・・ｈ_Ｎｓ’ｃ_ｌＮｓ］^Ｔ
とすると、拡散多重信号の受信信号ｒは、
ｒ＝Ｘ_１ｈ_１ｓ_１＋Ｘ_２ｈ_２ｓ_２＋・・・＋Ｘ_Ｌｈ_Ｌｓ_Ｌ
と表現される。Ｌは拡散多重数を表す。

複製を行なう実施例５における複製数をＮ_ｄとすると、１つのチャネル情報ｈ_ｌは、複数の（Ｎ_ｄ個の）チャネルで送信される。これらのチャネルを、
［ｈ_１’ ｈ_２’・・・ｈ_Ｎｄ’］^Ｔ とし、上記のｗを、
ｗ＝［ｈ_１’ｈ_２’・・・ｈ_Ｎｄ’］^Ｔ
とすれば、上記と同様に処理を行なうことができる。但し、拡散多重は行なわれないので、ｗに関する式で、添え字の「ｌ」が省略されていることに留意を要する。

更に、実施例４に関する符号拡散と実施例５に関する複製を組合わせた場合には、１つのチャネル推定値は、Ｎ_ｄ×Ｎ_ｓ個のチャネルを通じて伝送される。ｈ_ｌに対する受信信号ｒ_ｌは、
ｒ_ｌ＝［ｈ_１ｃ_ｌ１ ｈ_２ｃ_ｌ２・・・ｈ_Ｎｓｃ_ｌＮｓ
ｈ_{（Ｎｓ＋１）}ｃ_ｌ１ ｈ_{（Ｎｓ＋２）}ｃ_ｌ２・・・ｈ_{（Ｎｓ＋Ｎｓ）}ｃ_ｌＮｓ
・・・ｈ_{（Ｎｄ×Ｎｓ）}ｃ_ｌＮｓ］^Ｔ×ｈ_ｌｓ_ｌ
と表現される。ここで、
Ｘ_ｌ＝［ｈ_１’ｃ_ｌ１ ｈ_２’ｃ_ｌ２・・・ｈ_{ｌ（Ｎｄ×Ｎｓ）}’ｃ_ｌＮｓ］^Ｔ
とすると、拡散多重された信号の受信信号ｒは、
ｒ＝Ｘ_１ｈ_１ｓ_１＋Ｘ_２ｈ_２ｓ_２＋・・・＋Ｘ_Ｌｈ_Ｌｓ_Ｌ
と表現される。

なお、インターリーブが行なわれる場合には、使用されるインターリーブ方式に合わせて各行列要素を並べ替える必要がある。

ところで、実施例３等における規格化は、信号処理が適切な振幅レベルで行なわれる観点からは好都合である。しかしながら、例えばＯＦＤＭ方式の無線通信システムで、複数のチャネル情報が伝送される場合に、各チャネルの絶対的な受信レベルＰ_ｎを知ることはできず、各チャネルの相対的な受信レベルＰ_ｎ’しか知ることができない。従って、フィードバック信号に基づいて、例えば信号品質を知ることは容易ではない。本実施例では、上記の実施例で説明されたフィードバック信号は、絶対的な受信レベルを示す量又はそれを導出するための量を含む、または、そのような量がフィードバック信号とは別に送信される。いずれにせよ、そのような量が受信側に伝送される。絶対的な受信レベル等を示す量は、電力の基準になるものであればよく、全サブキャリアに関する信号全体の平均電力であってもよいし、特定のサブキャリアに関する信号電力であってもよい。フィードバック信号と共にこの絶対的な受信レベルを取得した無線通信装置は、この受信レベルを利用して、各サブキャリアに関する絶対的な信号電力Ｐ_ｎを知ることができる。例えば、フィードバック信号からサブキャリアｎの受信レベルとしてＰ_ｎ’を取得し、サブキャリア１の絶対的な受信レベルＰ_１を取得した場合に、サブキャリアｎに関する絶対的な受信レベルＰ_ｎは、Ｐ_ｎ＝Ｐ_ｎ’×Ｐ_１’／Ｐ_１で表現される。このような絶対的な受信レベルが判明すると、これに基づいて、ＳＮＲのような信号品質を示す量を算出することができる。このＳＮＲに基づいて、変調方式や符号化方式等が適宜変更されてもよい。

ＥＳＤＭ方式の送信機に関するブロック図を示す。 ＥＳＤＭ方式の受信機に関するブロック図を示す。 フィードバック部の詳細なブロック図を示す。 フィードバック信号受信部の詳細なブロック図を示す。 本発明の一実施例による無線通信システムの概略図を示す。 本発明の一実施例による無線通信システムの概略図を示す。 本発明の一実施例による無線通信装置のブロック図である。 本発明の一実施例による無線通信装置のブロック図である。 本発明の一実施例による無線通信システムの概略図を示す。 本発明の一実施例による無線通信システムの概略図を示す。

符号の説明

１００ 送信機；１０２，１０４ 直並列変換部；１０６ ＥＳＤＭ信号生成部；１０８ ＯＦＤＭ方式の変調部；１１０ パイロット挿入部；１１２ 送信アンテナ；１１４ フィードバック信号受信部；１１６ 分離部；１１８ 送信ウエイト生成部；
２００ 受信機；２０４ ＯＦＤＭ方式の復調部；２０６ ＥＳＤＭ信号分離部；２０８，２１０ 並直列変換部；２１２ パイロットチャネル推定部；２１４ 多重分離部；２１６ 受信ウエイト生成部；２１８ フィードバック部；
５１０，５２０ 無線通信装置； ５１２ パイロット信号生成部； ５１４ 多重部； ５１６ 乗算部； ５２２ 分離部； ５２４ 第１推定部； ５２６ 第２推定部； ５２８ パイロット信号生成部；
６１２ ＯＦＤＭ方式の変調部； ６１４ 直並列変換部； ６１６ 高速逆フーリエ変換部； ６２２ ＯＦＤＭ方式の復調部； ６２４ 高速フーリエ変換部； ６２６ 並直列変換部；
７０２ 符号化パラメータ決定部； ７０４ 符号生成部； ７０６ 拡散多重部； ７０８ インターリーブ部； ７１０ 規格化係数決定部； ７１２ 規格化部； ７６２ 直並列変換部； ７６６ 拡散部； ７６８ 合成部；
８０２ デインターリーブ部； ８０４ 逆拡散部； ８４２ 直並列変換部； ８４６ 逆拡散部； ８４８ 合成部
９０１，９１１ 無線通信装置； ９０２ 繰り返し数決定部； ９０４ 複製部； ９１０ 平均化部；
１００１，１０１１ 無線通信装置； １００２ パラメータ決定部

Claims (13)

1. 少なくともチャネル推定値を含むフィードバック信号が第１及び第２の無線通信装置の間で伝送される無線通信システムであって、
   フィードバック信号を送信する前記第１の無線通信装置は、
   パイロット信号を含む信号を受信し、無線リンクのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定値をパイロット信号に乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段からの出力信号及びパイロット信号を多重化し、フィードバック信号を作成する多重化手段と
   を備え、フィードバック信号を受信する第２の無線通信装置は、
   前記フィードバック信号に多重化されている複数の信号を分離する分離手段と、
   分離された複数の信号に基づいて、第２の無線通信装置から第１の無線通信装置に対して伝送する際の無線リンクのチャネル推定値を求める手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. パイロット信号を含む信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した信号から順方向リンクのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定値をパイロット信号に乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段からの出力信号及びパイロット信号を多重化し、フィードバック信号を作成する多重化手段と
   前記フィードバック信号を送信する送信手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
3. 更に、
   前記乗算手段からの出力信号及びパイロット信号の多重化された信号を、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式で変調する手段
   を備えることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 更に、
   前記乗算手段にて乗算される前のチャネル推定値を示す信号を、符号拡散する手段
   を備えることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
5. 更に、
   前記乗算手段にて乗算される前のチャネル推定値を示す信号を、所定の順序に並べるインターリーバ
   を備えることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
6. 順方向リンクのチャネル推定値及びパイロット信号の乗算された信号と、パイロット信号とが多重化されたフィードバック信号を受信する受信手段と、
   前記フィードバック信号に多重化されている複数の信号を分離する分離手段と、
   分離された複数の信号に基づいて、順方向リンクのチャネル推定値を求める手段と
   を備えることを特徴とする無線受信装置。
7. 前記順方向リンクのチャネル推定値を求める手段が、
   前記分離手段で分離されたある信号から逆方向リンクのチャネル推定値を求める手段と、
   前記分離手段で分離された別の信号及び前記チャネル推定値から順方向リンクのチャネル推定値を求める手段と
   を備えることを特徴とする請求項６記載の無線受信装置。
8. 更に、
   前記受信手段で受信された信号を、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式で復調する手段
   を備えることを特徴とする請求項６記載の無線受信装置。
9. 更に、
   前記順方向リンクのチャネル推定値を含む信号を符号逆拡散する手段
   を備えることを特徴とする請求項６記載の無線受信装置。
10. 更に、
    前記順方向リンクのチャネル推定値を含む信号を、所定の順序に並べるデインタリーバ
    を備えることを特徴とする請求項６記載の無線受信装置。
11. 更に、
    最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）法により、逆方向リンクのチャネル推定値から順方向リンクのチャネル推定値を求めるＭＭＳＥフィルタ
    を備えることを特徴とする請求項６記載の無線受信装置。
12. パイロット信号を含む受信信号から順方向リンクのチャネル推定値を求め、
    前記チャネル推定値をパイロット信号に乗算した信号及びパイロット信号を多重化してフィードバック信号を作成し、
    前記フィードバック信号を送信する
    ことを特徴とする無線通信方法。
13. 順方向リンクのチャネル推定値及びパイロット信号の乗算された信号と、パイロット信号とが多重化されたフィードバック信号を受信し、
    前記フィードバック信号に多重化されている複数の信号を個々に分離し、
    分離された複数の信号に基づいて、順方向リンクのチャネル推定値を求める
    ことを特徴とするチャネル推定方法。

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