(57)【要約】【課題】従来の手法に比べて、少ない演算量で、良好なＢＥＲ特性を得ることができる線形プリコーディングを実現する無線通信方法を提供する。【解決手段】複数のアンテナによって送信された信号を単一のアンテナによって受信する無線通信方法であり、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する無線通信方法である。この方法において、最初に設定する送信ウェイトを求める際、 単数もしくは複数の漏洩許容端末局を設定し、自端末局及び漏洩許容端末局以外の全端末局を考慮して、平均自乗誤差を最小化するＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、自端末局に対応する送信ウェイトを自端末局の送信ウェイトとして用いる。【選択図】図５
2010246095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局Ａ１を任意に設定し、当該端末局Ａ１からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局Ｂ１を設定し、
前記端末局Ａ１及び前記端末局Ｂ１以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを当該端末局Ａ１の送信ウェイトとして用いる
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が２の場合、
最初に設定する送信ウェイトを最大比合成法送信ウェイトにして、その送信ウェイトを用いて送信した場合に、希望信号の受信電力が等しくなるように正規化することを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が２より大きな偶数である場合、偶数ユーザを、複数ペアに分割し、ペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトを求め、該ウェイトで送信した時のペアのチャネルを求め、そのチャネルに対して、請求項２の方法で送信ウェイトを求めて、該送信ウェイトをペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトに乗算して送信ウェイトを決定することを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部は、収容ユーザが２より大きな奇数である場合、偶数ユーザの複数ペアに対しては、請求項３の方法で送信ウェイトを求め、残った一つのユーザは、他のユーザにヌルを向ける送信ウェイトを求めることを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項５】
請求項３に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記複数ペアを作る際、相関の高いユーザをペアリングすることを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項６】
請求項２から請求項５のうちいずれかに記載の送信ウェイト決定方法において、
前記ヌルを向ける部分を、所定範囲内の漏洩は許容するようにして、送信ウェイトを決定することを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記制御部が前記端末局の全体のチャネル行列の行ベクトルの内積を正規化した空間相関値により、前記端末局Ａ１との空間相関値が高い順に優先順序を設定し、処理初期端末局の信号が漏洩することを許容する端末局Ｂ１を、前記端末局Ａ１に対して前記優先順序に従い選択し、
前記制御部が前記端末局Ａ１および前記端末局Ｂ１以外の全端末局のアンテナを考慮して、前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、
前記制御部が前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを前記端末局Ａ１の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が前記端末局Ａ１を端末局群Ｇの一要素に追加し、
以下、前記端末局Ｂ１を前記処理初期端末局として同様な処理を行い、
上記の処理において、漏洩を許容する候補としての端末局がすでに前記端末局群Ｇに含まれる場合、空間相関値の前記優先順序の一段階低い端末局を漏洩を許容する端末局として選択することを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記制御部が空間相関値基準に従い、前記端末局のなかから前記端末局Ａ１を任意に選択し、当該端末局Ａ１の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局から構成される端末局群ＢＧ１を選択し、
前記制御部が前記端末局Ａ１および前記端末局群ＢＧ１以外の全端末局を考慮して、前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、
前記制御部が前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを、当該端末局Ａ１の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が前記端末局Ａ１を端末局群Ｇの一要素に追加し、
次に、前記制御部が前記端末局群ＢＧ１に含まれる一の端末局Ｂ１の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局による端末局群ＢＧ２を選択し、
前記一の端末局Ｂ１を前記処理初期端末局として同様の処理を行い、
以下、上記処理を繰り返し、
上記処理において、漏洩を許容する候補としての端末局が前記端末局群Ｇに含まれるならば、前記処理初期端末局以外の全ての端末局を考慮に入れて前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出して処理初期端末局に対応する送信ウェイトを、当該処理初期端末局の送信ウェイトとして用いることを特徴とする送信ウェイト決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の送信アンテナを用いて無線通信を行う無線通信方法に係り、特に、マルチユーザＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output）ダウンリンクにおける線形プリコーディングの改良を図った送信ウェイト決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチユーザＭＩＳＯダウンリンクにおける線形プリコーディングは、主に３つの方法に分類できる。一番目の方法としては、希望信号の電力の最大伝送を行なう方法であり、ＴｘＭＦと表現される。Ｔｘは送信、ＭＦはマッチドフィルタを意味している。二番目の方法としては、干渉信号を最小にする方法であり、ＴｘＺＦと表現され、ＺＦ（Zero FoＲＣＩng）規範である。三番目の方法としては、前記二つの方法の中間の方法であり、ＴｘＷＦと表現され、平均自乗誤差を最小化するＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範である。WFはウィナーフィルタを意味している。ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が小さいときは、雑音が大きいため、干渉信号が多少大きくなっても希望信号を大きくすることが得策なので、ＴｘＭＦがＴｘＺＦより良い特性を示す。一方、ＳＮＲが大きくなると、雑音が小さくなるため、雑音よりも干渉が支配的になり、ＴｘＺＦにより干渉を存在しなくする方がＴｘＭＦより良い特性を示す。しかし、ＴｘＭＦもＴｘＺＦも、共にトレードオフの関係に有り、干渉と雑音のバランスが偏っている。一方、ＴｘＷＦはＭＳＥ（mean squared error）を最小化する方法であり、雑音と干渉のバランスを最適にする方法であるので、全てのＳＮＲ領域において優れた特性を示す。マルチユーザＭＩＳＯダウンリンクにおけるＺＦ法（ＴｘＺＦ）の代表方法は、ＣＩ(Channel Inversion)法である
。一方、ＴｘＷＦ（ＭＭＳＥ基準）の良く知られた方法としては、ＲＣＩRegularized Channel Inversion）法（非特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Christian B. Peel, “A Vector-Perturbation Technique for Near-CapaＣＩty Multiantenna Multiuser Communication-Part Ｉ:Channel Inversion and Regularization,” IEEE Trans. Vol. 53, No 1,January 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来方法である上記のＴｘＭＦ、ＴｘＺＦ、ＴｘＷＦの線形プリコーディングは、生ＢＥＲ（Bit Error Rate）を最適化（最小化）する規範ではなく、それぞれ、希望信号の最大伝送、干渉信号の完全除去、ＭＳＥ（ＳＩＮＲ）の最小化規範であり、希望信号と判定座標軸の間の距離を最小化できていない。ここで、生ＢＥＲとは、ＥＣＣ補正の適用前に示されるBERを指している。
希望信号と判定座標軸の間の最小距離を最大化するためには、全てのストリームの状態を考慮に入れて総当り的に、最適解を見つけなければならない。しかしながら、例え、変調方法としてＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）が用いられる場合であっても、総ストリーム数が１０である場合は、総当り数が２の十乗となり、１０２４の総当り数が必要である。瞬時毎のチャネル行列とストリームの乗算を求める必要があるため、乗算の数は１０２４×１００＝１０２４００となり、現実には実装することがほぼ不可能である。
【０００５】
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、従来の手法に比べて、少ない演算量で、良好なＢＥＲ特性を得ることができる線形プリコーディングを実現する送信ウェイト決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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、前記基地局の制御部が最初に設定する送信ウェイトを求める際、 前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局Ａ１を任意に設定し、当該端末局Ａ１からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局Ｂ１を設定し、前記端末局Ａ１及び前記端末局Ｂ１以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを当該端末局Ａ１の送信ウェイトとして用いることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が２の場合、最初に設定する送信ウェイトを最大比合成法送信ウェイトにして、その送信ウェイトを用いて送信した場合に、希望信号の受信電力が等しくなるように正規化することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の送信ウェイト決定方法において、前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が２より大きな偶数である場合、偶数ユーザを、複数ペアに分割し、ペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトを求め、該ウェイトで送信した時のペアのチャネルを求め、そのチャネルに対して、請求項２の方法で送信ウェイトを求めて、該送信ウェイトをペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトに乗算して送信ウェイトを決定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載の送信ウェイト決定方法において、前記基地局の制御部は、収容ユーザが２より大きな奇数である場合、偶数ユーザの複数ペアに対しては、請求項３の方法で送信ウェイトを求め、残った一つのユーザは、他のユーザにヌルを向ける送信ウェイトを求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された発明は、請求項３に記載の送信ウェイト決定方法において、前記複数ペアを作る際、相関の高いユーザをペアリングすることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された発明は、請求項２から請求項５のうちいずれかに記載の送信ウェイト決定方法において、前記ヌルを向ける部分を、所定範囲内の漏洩は許容するようにして、送信ウェイトを決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載された発明は、請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、前記制御部が前記端末局の全体のチャネル行列の行ベクトルの内積を正規化した空間相関値により、前記端末局Ａ１との空間相関値が高い順に優先順序を設定し、処理初期端末局の信号が漏洩することを許容する端末局Ｂ１を、前記端末局Ａ１に対して前記優先順序に従い選択し、前記制御部が前記端末局Ａ１および前記端末局Ｂ１以外の全端末局のアンテナを考慮して、前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、前記制御部が前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを前記端末局Ａ１の送信ウェイトとして用い、前記制御部が前記端末局Ａ１を端末局群Ｇの一要素に追加し、以下、前記端末局Ｂ１を前記処理初期端末局として同様な処理を行い、上記の処理において、漏洩を許容する端末局がすでに前記端末局群Ｇに含まれる場合、空間相関値の前記優先順序の一段階低い端末局を漏洩を許容する端末局として選択することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載された発明は、請求項１に記載の送信ウェイト決定方法において、前記制御部が空間相関値基準に従い、前記端末局のなかから前記端末局Ａ１を任意に選択し、当該端末局Ａ１の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局から構成される端末局群ＢＧ１を選択し、前記制御部が前記端末局Ａ１および前記端末局群ＢＧ１以外の全端末局を考慮して、前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出し、前記制御部が前記端末局Ａ１に対応する送信ウェイトを、当該端末局Ａ１の送信ウェイトとして用い、前記制御部が前記端末局Ａ１を端末局群Ｇの一要素に追加し、次に、前記制御部が前記端末局群ＢＧ１に含まれる一の端末局Ｂ１の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局による端末局群ＢＧ２を選択し、前記一の端末局Ｂ１を前記処理初期端末局として同様の処理を行い、以下、上記処理を繰り返し、上記処理において、漏洩を許容する端末局が前記端末局群Ｇに含まれるならば、当該端末局に対して漏洩を許容せず、漏洩を許容する候補の全端末局がすでに前記端末局群Ｇに含まれるならば前記処理初期端末局以外の全ての端末局を考慮に入れて前記ＳＩＮＲ基準の送信ウェイトを算出して処理初期端末局に対応する送信ウェイトを、当該処理初期端末局の送信ウェイトとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、この発明によれば、少ない演算量で、良好なＢＥＲ特性を得ることができ、これにより、雑音及び干渉への耐性を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態の無線通信方法を用いる無線通信システムのシステム構成を示す模式図である。
【図３】図２の基地局APの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態による方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態による方法の効果を説明するための図である。
【図７】同実施形態による方法を説明するための図である。
【図８】同実施形態による方法の効果を説明するための図である。
【図９】ＭＲＣ送信ビームを適用した後の各ユーザのコンスタレーションを表す図である。
【図１０】本実施形態について説明するための模式図である。
【図１１】本実施形態について説明するための特性を表す図である。
【図１２】本実施形態について説明するための特性を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態による無線通信方法を図面を参照して説明する。
以下の説明では、マルチユーザＭＩＳＯの開発技術の具体的方法を説明する。本方法の特徴は、最初にある送信ウェイト（オリジナルの送信ウェイト）を設定して、仮想的に（計算上だけで）チャネルを通過させ、受信信号の中の希望信号と干渉信号を仮想的に（計算上だけで）個別に求め、干渉信号の位相を回転させることによりオリジナルの送信ウェイトを修正し、最小距離最大化規範で準最適化する方法におけるオリジナルの送信ウェイトを工夫した点にある。
【００１７】
本提案方法を実現するためには、二つの主な方法の組み合わせをする必要がある。一つの方法は、変調方式がＢＰＳＫの場合、支配的な干渉ストリームを位相回転して希望ストリームと直交するようにして送信することにより最小距離最大化規範の点で準最適化を行なう方法である。この方法を仮に方法Ａと名づける。方法Ａが良好なＢＥＲ特性を示すのは、あるスレッショルドを超える支配的な干渉ストリーム数が一つの場合、当該支配的な干渉ストリームのみを位相回転することにより、最小距離をかなりの程度、最大化させることが出来るからである。他方の方法Ｂは、変調方法としてＢＰＳＫを用いる場合、方法Ａの干渉を位相回転させれば、その干渉の大きさは幾ら大きくても良好なＢＥＲ特性を示すことに着目した方法である。方法Ｂは、予めオリジナルの送信ウェイトを、あるユーザのアンテナに対しては任意の干渉を許容（ユーザ間における信号の漏洩を許容）するように形成することにより、オリジナルの送信ウェイトを求める際の制約条件を緩め、希望ビームの電力を大きくすることが出来るため、雑音及び干渉に対する耐性を高め、ＢＥＲ特性を良好に出来るのである。方法Ｂが、本提案方法の核である。
【００１８】
以下に方法Ａの基本原理を、図１を用いて説明する。図１(ａ)は、ある送信ウェイトを適用した後のユーザのコンスタレーションを示している。一般的に、希望信号と干渉信号のコンスタレーション距離が近い場合にはＢＥＲが悪化するという課題がある。ここで、コンスタレーション（constellation）とは、信号点配置を意味し、信号点の振幅と位相の状態をＩＱ平面上に表したものである。IQ平面は、同相成分（＝I；In-phase）を横軸、直交成分（＝Q；Quadrature-Phase）を縦軸とする平面であり、コンスタレーション距離はこのＩＱ平面上における信号点間距離を意味する。
以下の説明において、変調方式としてＢＰＳＫを用い、K（ユーザ数）＝3の場合を図示している。本実施形態における提案方法は、図１(b)のように、“支配的”な干渉ユーザに対応する送信ウェイトを回転するように送信ウェイトを修正することを特徴とする。提案方法を用いると、修正後のコンスタレーション距離、すなわち最小信号点距離（Minimum distance）は最初のコンスタレーション距離に比べて大きくなる。そのため、誤り率特性が改善されることが期待できる。ＢＰＳＫの場合には、送信ウェイトを制御して希望信号に直交するように送信ウェイトを回転させ。すなわち“支配的”干渉ユーザの干渉信号に対する送信ウェイトを回転させると良い。
【００１９】
以上の記述は、定性的な図を用いた説明であったが、以下、式を用いて詳細に説明する。マルチユーザＭＩＳＯのダウンリンクモデルは、M本の送信アンテナと、一本の受信アンテナを有するKユーザから構成される。本実施形態においては、図２に示すように、最もプリコーディングのアルゴリズムの影響を受け易いK＝Mの場合を考慮する。ユーザ１からユーザＫまでの端末局それぞれがアンテナＡＮＴ２を１本ずつ有し、基地局ＡＰがアンテナＡＮＴ１をＭ本有している。
図３は、図２に示す基地局ＡＰの構成の一例を示すブロック図である。図３の基地局ＡＰは、４本の送受信アンテナＡＮＴ１を備えている。基地局ＡＰは、情報源１１と、変調部１２と、４個のスイッチ１３と、４個の乗算器１４と、４個のスイッチ１５と、チャネル推定部１６と、ウェイト生成部１７と、回転行列生成部１８とを備えて構成されている。基地局ＡＰにおける送信時において、図示していない外部の装置から入力された信号などに基づき、情報源１１で生成した４系統の信号に基づいて変調部１２で変調信号を生成する。次に、４個のスイッチ１３を閉じ、変調部１２から出力された変調信号に対して、乗算器１４によって、ウェイト生成部１７で生成された送信ウェイトを乗算する（すなわち線形処理する）ことで、プリコーディングが行われる。そして、プリコーディング処理がなされた変調信号が、アンテナＡＮＴ１から送信される。上述したウェイト生成部１７と、回転行列生成部１８とが、送信ウェイトの生成と修正とを行うウェイト制御部として動作する。
したがって、ウェイト生成部１７が方法Ｂにより送信ウェイトを算出した後に、回転行列生成部１８が後述する方法Ａによる送信ウェイトの修正を行う。
【００２０】
他方、受信時には、４個のスイッチ１５が閉じられて、アンテナＡＮＴ１で受信された信号がチャネル推定部１６へ入力される。チャネル推定部１６は、受信信号に基づいてチャネル行列を推定してウェイト生成部１７と回転行列生成部１８へチャネル行列ほかの情報を出力する。
回転行列生成部１８は、受信信号のコンスタレーションなどから変調方式に応じてＲＣＩ法による送信ウェイトを修正するための回転行列を生成する。ウェイト生成部１７は、ＲＣＩ法に基づいて線形プリコーディングで用いられる送信ウェイトを生成するとともに、回転行列生成部１８から入力された回転行列を用いて生成した送信ウェイトを修正する。この修正された送信ウェイトが乗算器１４へと出力される。
上記の構成において、変調部１２は例えば複数のサブキャリアを用いたＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）方式による変調信号を生成するが、各サブキャリアに対しては例えば送受信間のチャネルの状態に対応させて４本の送信ストリーム毎に変調方式を複数種類に切り替えながら変調処理が行われる。複数種類の変調方式としては、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどを用いることができる。
【００２１】
受信信号ｙは、
y＝ＨＷs+n
と表される。ここで、Hはチャネル行列、Wは送信ウェイト、sは希望信号、nは雑音信号ベクトルを表している。Hの各要素は、平均＝０、分散＝１の複素正規分布である。瞬間の送信電力を一定にするために、||Ws||=1と正規化される。そしてE||nnH||2＝σ２Iである。送信電力対雑音電力(PT/N)はρ＝１/σ２となる。オリジナルウェイトとして、従来のＲＣＩ法の送信ウェイトを用いた場合を一例として記載する。但し、本提案方法の真髄はオリジナルウェイトの作成方法にあるので、以下の説明は方法Ａの理解を深めるための一例に過ぎない。従来のＲＣＩは以下の式で示される。
【００２２】
【数１】
2010246095.tif 000003
（１）
【００２３】
方法Ａの一例では、ウェイト生成部１７がＲＣＩでＳＩＮＲ（Single to Interference and Noise Ratio；信号対干渉雑音比）を最大化する送信ウェイトを求める。その後、回転行列生成部１８が上記送信ウェイトを修正する回転対角行列Ｒを後述するように生成し、ウェイト生成部１７が回転対角行列Rを用いて上記送信ウェイトを修正して、最小信号点距離を最大化するように干渉信号のコンスタレーションの位相を回転させる。式で表現すると、以下の式となる。
【００２４】
【数２】
2010246095.tif 000004
（２）
【００２５】
この時、受信信号・復号ストリーム信号
【００２６】
【数３】
2010246095.tif 000005
【００２７】
は以下の式で表される。
【００２８】
【数４】
2010246095.tif 000006
（３）
【００２９】
以下に、回転行列生成部１８が行う送信ウェイトを修正する回転行列Ｒを求める処理全体のアルゴリズムを詳述する。アルゴリズムのフローチャートは図４に示されている。グラフの頂点集合（ユーザに対応）Vから無向グラフG:=(F,Ｖ,Ｅ)を逐次作成する。ここでＥは、エッジ集合（”支配的”干渉関係に対応）を表している。最初の状態では、エッジ集合Eは空集合であり、Eの元の両端頂点a1,a2から構成されるエッジ（a1,a2）を要素とする集合Fも空集合である。最初の状態から逐次的に無向グラフを形成する。最初に、回転行列生成部１８は、各ユーザを、“一番支配的”な干渉電力成分の希望信号電力に対する比が大きい順にソートして、オーダーリングされ、order(i)という関数が作成される。以下、本オーダーに従い以下の過程が実行される。回転行列生成部１８は、最初にｉ=１とする（ステップＳ０）。頂点集合Ｓ（ｉ）は、最初の状態では空集合である。 ｉは、優先順位の順番を表している。次に、回転行列生成部１８は、希望ユーザk＝order(i)に対する干渉の相対値比が一番大きい“一番支配的”な干渉ユーザpとして（ステップＳ２）、両端頂点（k,p）をエッジe1とする（ステップＳ３）。
【００３０】
そして、回転行列生成部１８は、pを集合Ｓ（ｉ）の一要素に含める（ステップＳ３）。このとき、回転行列生成部１８は、集合Ｓ（ｉ）の元aと、集合Ｓ（ｉ）には属さない頂点bから構成されるエッジ(a,b)が集合Ｆに含まれているかいなかを判定し(ステップＳ４)、エッジ（ａ，ｂ）が集合Ｆに含まれている場合に頂点bを集合Ｓ（ｉ）に加える（ステップＳ５）。また、回転行列生成部１８は、Ｓ（ｉ）にkが含まれているか否かを判定し（ステップＳ６）、Ｓ（ｉ）にｋが含まれている場合にＳ（ｉ）を空集合に設定し（ステップＳ７）、ｉをｉ＋１にインクリメントして(ステップＳ１０）、ステップＳ１に処理を戻す。一方、回転行列生成部１８は、Ｓ（ｉ）にkが含まれているか否かを判定し（ステップＳ６）、Ｓ（ｉ）にｋが含まれていない場合にステップＳ４に処理を戻す。なお、回転行列生成部１８は、ステップＳ４において集合Ｓ（ｉ）の元aの全てに対して、集合Ｓ（ｉ）には属さず(a,b)が集合Ｆに含まれるような頂点bが存在しない場合、ステップＳ８に移行し、Ｓの要素ユーザに対して、以下の回転行列の更新式を実行する（ステップＳ８）。
【００３１】
【数５】
2010246095.tif 000007
（４）
【００３２】
そして、回転行列生成部１８は、ステップＳ３で定義したエッジe1をエッジ集合Eの一要素に含める（ステップＳ９）とともに、エッジ(k,p)を集合Fに含める。次に、回転行列生成部１８は、ｉ＝ｉ＋１（ｉにｉ＋１を代入）し（ステップＳ１０）、処理をステップＳ１に戻し、この動作過程ｉ＝Ｋ＋１になるまで繰り返す（ステップＳ１１）。
【００３３】
以上が方法Ａの実現手順であるが、以下に方法Ｂの実現手順を示す。方法Ｂを実現する具体的方法として以下に二つの例を記す。
一番目の例は、請求項７に対応しており、後述する二番目の例は請求項８に対応している。
まず、初めに最初に請求項２に対応している一番目の具体的実現例について説明する。
以下の処理については、ウェイト生成部１７が行う。
【００３４】
ウェイト生成部１７は、ユーザ全体から、任意の１つのユーザを処理初期ユーザとして最初に選択する。本具体的実現例において、ウェイト生成部１７は、上記処理初期ユーザとの空間相関値が大きい順番に他のユーザが順位付けし、優先順位の高い順番に漏洩許容ユーザを選択する（すなわち、漏洩許容ユーザの候補の選択を行う）。
そして、ウェイト生成部１７は、順次、矢印によりユーザ間を結び、連鎖関係を示すグラフ（図５）を生成する。このグラフは、グラフ理論のグラフ（有向グラフ）に対応してユーザをノードとし、優先順位の高い順に矢印にてノードの繋がり、すなわち連鎖関係を示すものである。
ここで、本実施形態において、空間相関値とは、ＭＩＳＯにおいて、全体のチャネル行列Ｈの行ベクトルの内積を正規化した値と定義する。
また、上述した連鎖関係のグラフの生成において、ウェイト生成部１７は、優先順位が最も高いユーザが、既に漏洩許容ユーザとして選ばれたユーザ（すでに連鎖を構成するユーザ）に一致する場合、すなわち、ユーザ間の連鎖関係を表すグラフの中でループ（ユーザがグループ内にて矢印先及び矢印元の双方となる状態）が発生する場合、優先順位を一段階低くして、漏洩許容ユーザを選択する。すなわち、ウェイト生成部１７は、漏洩許容ユーザを追加することによりループが発生した場合、この漏洩許容ユーザをグループに追加しない。すなわち、ウェイト生成部１７は、連鎖関係において矢印元と矢印先となっているループの元となるユーザから見て、最も優先順位の高いユーザに代え、次に優先順位の高い（一段低い）ユーザを新たな矢印元のユーザを漏洩許容ユーザの候補として選択し、上述した連鎖関係の形成を行う。この場合、ウェイト生成部１７は、上記次に優先順位の高いユーザを矢印元とする。また、ウェイト生成部１７は、代えられた次に優先順位の高いユーザの送信ウェイトを、全てのユーザのアンテナを考慮して計算し、得られた送信ウェイト行列において、最も優先順位の高かったユーザに対応する列ベクトルを用いる。
ここで、矢印元とは矢印が他のユーザに対して矢印が向いているユーザを示し、矢印先とは矢印が他のユーザから向けられているユーザを示している。
ここで、ループとは、あらたに連鎖関係に加えられる漏洩許容ユーザが、すでに属するグループに属するユーザと一致することである。グループとは、あるユーザと漏洩許容ユーザの関係を関係Ａと表して、関係Ａで連鎖しているユーザ群のことである。以上の操作によりユーザの連鎖関係が生じる。
【００３５】
つまり、ウェイト生成部１７は、ユーザと漏洩許容ユーザとの関係を求める操作を逐次的に繰り返して、ユーザのチェーン（連鎖関係）を作成するのである。図５に、このユーザの連鎖関係の概念図を示す。
そして、ウェイト生成部１７は、ユーザの上記連鎖関係を用いて、処理初期ユーザと漏洩許容ユーザとを除外した他のユーザのアンテナを考慮してＭＭＳＥ（ＳＩＮＲ）規範の送信ウェイト行列を求め、処理初期ユーザに対応する送信ウェイト列ベクトルを処理初期ユーザの送信ウェイト列ベクトルとして用いる。以上の操作により、連鎖関係の最後のユーザを除いて全てのユーザの送信ウェイト列ベクトルが求まる。また、ウェイト生成部１７は、連鎖関係の最後のユーザに対して、処理初期ユーザ以外の全てのユーザを考慮してＭＭＳＥ規範の送信ウェイト行列を求め、処理初期ユーザに対応する送信ウェイト列ベク
トルを処理初期ユーザの送信ウェイト列ベクトルとして用いる。
【００３６】
本発明をシミュレーション上で実装し、ＢＥＲ特性を取得した。図６は、その結果である。ＣＩはChannel Inversionを表し、ＲＣＩはRegularized Channel Inversionを表し、ＲＣＩ−ＰＲはオリジナルの送信ウェイトウェイトにＲＣＩを用いた場合、ＳＤＡ−ＰＲは、本提案方法で作成したオリジナルの送信ウェイトを用いた場合である。ＳＤＡ−ＰＲが、良好な特性を示しているのが分かる。
【００３７】
次に方法Ｂを実現する請求項８に対応する具体例を説明する。以下の処理については、方法Ａと同様にウェイト生成部１７が行う。本方法において、ウェイト生成部１７は、最初に、全てのユーザのなかから、他のユーザとの間の空間相関が最大であるユーザを選択する。例えば、ＭＩＳＯにおいて、ウェイト生成部１７は、全体のチャネル行列Ｈにおける他のユーザに対応する行ベクトルとの内積が最大である行ベクトルに対応するユーザを、処理初期ユーザとして選択する。
次に、ウェイト生成部１７は、逐次的にユーザを選択し、処理初期ユーザとの空間相関が大きな単数もしくは複数ユーザを漏洩許容ユーザとする。
このとき、ウェイト生成部１７は、追加する漏洩許容ユーザの全てにおいてループが発生する場合、処理初期ユーザの送信ウェイトを、全てのユーザを考慮に入れてＭＭＳＥ規範のＲＣＩ送信ウェイトを作成する。ここで、ループとは漏洩許容ユーザが、処理初期ユーザが属するグループに属するユーザに一致することである。ここで、グループとは、あるユーザと漏洩許容ユーザの関係を関係Ａと表して、この関係Ａで連鎖しているユーザ群のことである。
【００３８】
以上の動作を、図７を用いて説明する。図７は本発明の提案方法を説明する図である。
まず（a）は、最大空間相関関係Ａを示す図である。以下の説明において、ユーザは各端末局を示している。ステップ１ではウェイト生成部１７がユーザ１を選択して（処理初期ユーザとして選択し）、また、ユーザ１との空間相関が最大であるユーザ２，３が選択される。そして、ウェイト生成部１７は、ユーザ２，３を端末局群の連鎖に追加することによりループは出来ないことを検出し、ユーザ２及び３を漏洩許容ユーザとし、漏洩許容ユーザ２，３を除外した全てのユーザのアンテナを考慮に入れてＭＭＳＥ規範に従いＲＣＩ送信ウェイトを算出して作成する。そして、ウェイト生成部１７は、ユーザ１に対応する送信ウェイトをユーザ１の送信ウェイト（ＲＣＩ送信ウェイト行列における列ベクトル）として用いる。次に、ウェイト生成部１７は、ユーザ２を選択すると、ユーザ２から発している矢印が存在しないため、漏洩許容ユーザは存在しないことを検出する。この検出により、ウェイト生成部１７は、結果的に全ユーザを考慮に入れてＲＣＩ送信ウェイトをＭＭＳＥ規範に従いにより算出して形成し、ユーザ２に対応する送信ウェイトをユーザ２の送信ウェイト（ＲＣＩ送信ウェイト行列における列ベクトル）として用いる。
【００３９】
次に、ウェイト生成部１７は、ユーザ３を選択した（処理初期ユーザとして選択し）場合、ステップ２において、ユーザ３との空間相関が最大であり、ユーザ３の矢印の先がユーザ４であるため、ユーザ４を除外した全てのユーザを考慮に入れてＲＣＩ送信ウェイト（すなわち、送信ウェイト行列）を算出して求める。そして、ウェイト生成部１７は、算出された送信ウェイト行列におけるユーザ３に対応する送信ウェイトをユーザ３の送信ウェイトとして用いる。
ユーザ３の送信ウェイトが求まると、次に、ウェイト生成部１７は、ユーザ４を漏洩許容ユーザの候補として選択する。ここで、ユーザ４の関係Ａの矢印の先は、ユーザ１であるので、ループが発生する。
ループが発生したことを検出すると、ウェイト生成部１７は、ループが発生したユーザ４の送信ウェイトは全てのユーザを考慮に入れて送信ウェイト行列を算出し、この送信ウェイト行列においてユーザ４に対応する送信ウェイトのユーザ４に対応する列ベクトルをユーザ４の送信ウェイトとする。
【００４０】
次に、ウェイト生成部１７は、ユーザ５を選択する。ここで、ウェイト生成部１７は、ユーザ５の矢印先は存在しないことから、漏洩許容ユーザが存在しないことを検出する。これにより、ウェイト生成部１７は、矢印元も存在しないことから、ユーザ５がユーザ１から始まったグループ１とは孤立していることを検出する。そして、ウェイト生成部１７は、グループ１のユーザ１が処理初期ユーザであり、他のユーザの漏洩許容ユーザではないことを検出する。
上述した検索結果から、ウェイト生成部１７は、ユーザ５の漏洩許容ユーザとしてユーザ１を選択し、ユーザ５の送信ウェイトを形成するときの制約条件を緩めることとする。
以上で、ウェイト生成部１７は、全てのユーザの送信ウェイトを求めたこととなる。図７に最終状態が示されている。ユーザ１，３，５が漏洩許容ユーザを有しているので、制約条件の緩いＲＣＩ法で形成された送信ウェイト行列の列ベクトル（送信ウェイト）であり、ユーザ２，４が全てのユーザを考慮に入れたＲＣＩ法で形成された送信ウェイト行列の列ベクトル（送信ウェイト）である。
【００４１】
本方法をシミュレーション上で実装し、ＢＥＲ特性を取得した。図８は、その結果である。ＣＩはChannel Inversionを表し、ＲＣＩはRegularized Channel Inversionを表し、ＲＣＩ−ＰＲはオリジナルの送信ウェイトにＲＣＩを用いた場合、ＳＤＡ−ＰＲは、本提案方法で作成したオリジナルの送信ウェイトを用いた場合である。ＳＤＡ−ＰＲが、良好な特性を示しているのが分かる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態による方法は、マルチユーザＭＩＳＯにおける干渉の位相回転による最小距離最大化規範の送信ビームフォーミングにおいて、変調方式としてＢＰＳＫを用いる場合、位相回転させる干渉は、幾ら大きくても良いことに着目して、全てのユーザを考慮することなく、処理初期ユーザとの空間相関が最大であるユーザは除外してＲＣＩ法の送信ビームフォーミングを行ない、処理初期ユーザに対応するＲＣＩ送信ウェイト行列の列ベクトルを処理初期ユーザの送信ウェイトとして用いる。これにより、雑音及び干渉への耐性を高める効果を有する。
【００４３】
次に、請求項２のユーザ数が２の場合のウェイト決定法について記載する。なお、本発明の請求項は、初期送信ウェイトの決定法について述べているが、このセクションでは、位相回転まで含めた送信ウェイト決定法について具体的な説明を行う。
まず、初期送信ウェイトとして、ユーザに対して最大比合成（ＭＲＣ：Ｍaximal Ratio Combining）の送信ビーム形成を行う。ＭＲＣ送信ビームは、希望ユーザに対して最大電力伝送が可能である。しかしながら、他のユーザ（対となるユーザ）に対して希望信号が漏洩し、他のユーザにとっては干渉信号となる。ＭＲＣ送信ビームを適用した後の各ユーザのコンスタレーションが図９の（ａ）に示されている。提案法では、送信信号の変調方式をＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）にする。図９（ａ）からわかるように希望信号に対して干渉信号が重畳している。その時、干渉信号の変調方式はＡＳＫであるので、希望信号が同じの場合の干渉信号のコンスタレーション上での信号点は、一直線上に並んでいる。この干渉信号点が構成している線分と、希望信号が構成している線分は、ある角度をもっている。ユーザ１、２の角度をθ１、θ２とすると、θ１＝−θ２の関係がある。この事実は以下の式変形から明らかである。
【００４４】
【数６】
2010246095.tif 000008
【００４５】
以上のことより、ユーザ２の干渉信号（ユーザ１の信号）の位相を−θ２＋π／２回転させると、ユーザ２に関しては、ユーザ１の希望信号の構成する線分は、ユーザ１の干渉信号の構成する線分と直交し、判定軸（ｙ軸）の距離は、干渉がない時と同じとなり、干渉信号の影響を完全に除去できることがわかる。同時に、ユーザ１の希望信号の構成する線分は、ユーザ１の干渉信号の構成する線分と直交する。なぜなら−θ２＋π／２＝θ１＋π／２であるからである。以上のことからユーザ１に関しても干渉信号の影響を完全に除去できる（図９（ｂ））。
【００４６】
ところで、Ｍ本のアンテナを有するＡＰが、最初にＭＲＣ送信ビーム形成を行っているので、送信ダイバーシチゲインがＭとなる。以上のことから、提案法は優れたＢＥＲ特性を示す。ただし、送信ウエイトは、チャネルを通過した後の希望信号電力が等しくなるように正規化される。
次に請求項３の収容ユーザ数が２より大きな偶数である場合の提案法についての具体的方法について述べる。ユーザ集合を複数のペアに分割し、各ペア
【００４７】
【数７】
2010246095.tif 000009
【００４８】
に対して、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトＶ（０）を決定し、その送信ウェイトにチャネル
【００４９】
【数８】
2010246095.tif 000010
【００５０】
を乗算した仮想チャネルＨｐからから請求項２の送信ウェイトＷｐ
を計算し、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトＶ（０）に当該送信ウェイトＷｐを乗算するというものである。式で表すと以下のようになる。
最初にペア
【００５１】
【数９】
2010246095.tif 000011
【００５２】
のチャネル行ベクトルを除いたチャネル行列を
【００５３】
【数１０】
2010246095.tif 000012
【００５４】
とする。
【００５５】
【数１１】
2010246095.tif 000013
（５）
【００５６】
次に
【００５７】
【数１２】
2010246095.tif 000014
【００５８】
を特異値（ＳＶＤ）分解し、固有値がゼロに対応する右特異値行列をＶ（０）とする。
【００５９】
【数１３】
2010246095.tif 000015
（６）
【００６０】
この右特異値行列Ｖ（０）は、各ペア
【００６１】
【数１４】
2010246095.tif 000016
【００６２】
に対して、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトである。次に、この右特異値行列Ｖ（０）をユーザペアのチャネル行列
【００６３】
【数１５】
2010246095.tif 000017
【００６４】
に乗算して仮想チャネルＨｐを形成する。
【００６５】
【数１６】
2010246095.tif 000018
（７）
【００６６】
仮想チャネルＨｐから請求項２と同じ方法で、送信ウェイトＷｐを計算する。
【００６７】
【数１７】
2010246095.tif 000019
（８）
【００６８】
ここで、
【００６９】
【数１８】
2010246095.tif 000020
【００７０】
は行列
【００７１】
【数１９】
2010246095.tif 000021
【００７２】
の（１，１）成分を表している。Ｗｐは、基本的にＭＲＣ送信ウェイトであり、希望受信電力で正規化している。回転行列Ｒは、以下の式であらわされる。
【００７３】
【数２０】
2010246095.tif 000022
（９）
【００７４】
【数２１】
2010246095.tif 000023
【００７５】
は、複素数
【００７６】
【数２２】
2010246095.tif 000024
【００７７】
の複素平面上での角度を表している。
最後に、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトＶ（０）に当該送信ウェイトＷｐを乗算して、全ユーザペアに対して、送信ウェイトＷｐを計算し、全体の送信ウェイトＷを求める。
【００７８】
【数２３】
2010246095.tif 000025
（１０）
【００７９】
請求項３において、ペアを生成するとき、相関の強いユーザをペアにすることが請求項５で記述されている。模式図が図１０に示されている。相関の強いユーザがペアになっているので、ペア同士の相関は弱い。そのため、ペア以外の他のユーザに対してヌルを向けるとき、制約条件が弱まり、ヌルを向ける送信ウェイトを用いても電力損を少なくすることができる。ユーザ数が４であるときで、チャネルがi.i.d.の時のＢＥＲ特性を、常にマルチユーザＭＩＭOを行う従来方式と比較すると、図１１、図１２に示すような特性となる。
【００８０】
図１１、図１２は、ＢＰＳＫ・ＱＰＳＫの場合をそれぞれ表している。なお、図１１において、ＺＦ規範というのは、完全なヌルを向ける方法であり、ＭＭＳＥ規範というのは、請求項６の少量の漏洩を許容する場合を表している。
【００８１】
請求項２は、収容ユーザ数が２の場合の提案法である。収容ユーザが２ユーザの場合、ＡＰがＭ本のアンテナを有しているとすると、従来方法では、ダイバーシチオーダーはＭ−１である。しかしながら、提案法では、各ユーザにＭＲＣ送信ビーム形成を行っても、ＡＳＫの持っている信号のコンスタレーションの１次元（虚数次元）を用いて干渉の影響が完全に除去できるため、ダイバーシチオーダーはＭである。そのためＢＥＲ特性を改善できる効果を有する。
【００８２】
請求項３、請求項４は、収容ユーザ数が２より大きい数の場合の提案法である。収容ユーザ数が２より大きい数の場合で、ＡＰのアンテナ本数と一本のアンテナを具備するユーザの数がＡＰのアンテナ数と同じ場合、複数ペアを生成して、ペア以外のユーザにヌルを向けるような送信ウェイトを求める。この段階で、２以上の自由度が残されているが、収容ユーザが２ユーザの場合と同じ手法を用いて、送信ウェイトを求めれば、ダイバーシチオーダーは２である。そのため、合成ウェイトを用いれば、２以上のダイバーシチオーダーが期待できる。そのためＢＥＲ特性を改善できる効果を有する。ペア以外のユーザにヌルを向けるような送信ウェイトを求める段階で、２以上の自由度が残されているのは、相関の高いユーザをペアにしているため、ペア以外の他のユーザへの相関は低いため、ペア以外の他のユーザへのヌル生成によるＳＮＲロスは、比較的少なく、実質的にダイバーシチオーダーが２より大きくなるからである。
【００８３】
請求項４は、収容ユーザ数が２より大きな奇数である場合の提案法である。相関の強いユーザをペアにして、請求項３、請求項５の送信ウェイトを生成し、残った一つのユーザに対しては、他のユーザに対してヌルを向けるように送信ウェイトを決定する。残った一つのユーザは他のユーザに対して相関が低い確率が高いので、ヌルを向ける送信ウェイトを用いても電力損を少なくすることができる。
【００８４】
請求項６は、他のユーザに対してヌルを生成するのではなく、所定範囲内の漏洩を許容するものである。所定範囲内の漏洩を許容することにより、制約条件が弱まり、より強い電力で希望信号のビームを生成できる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ペアユーザにＭＲＣ送信ビーム形成を行っても、ＡＳＫの持っている信号のコンスタレーションの１次元（虚数次元）を用いて干渉の影響が完全に除去できるため、送信アンテナ数が２の場合、２のダイバーシチオーダーが得られる。さらにユーザ数が２より大きな偶数である場合、もしくは５以上の奇数ユーザ数の場合、相関の高いユーザをペアにしているため、ペア以外の他のユーザへの相関は低いため、ペア以外の他のユーザへのヌル生成によるＳＮＲロスは少なく、ダイバーシチオーダーが２より大きくなるようにすることができる。
【００８６】
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】
【００８７】
ＡＰ  基地局
ＴＭ  端末局
ＡＮＴ１、ＡＮＴ２  アンテナ
１１  情報源
１２  変調部
１３  スイッチ
１４  乗算器
１５  スイッチ
１６  チャネル推定部
１７  ウェイト生成部
１８  回転行列生成部
【図１】
2010246095.tif 000026
【図２】
2010246095.tif 000027
【図３】
2010246095.tif 000028
【図４】
2010246095.tif 000029
【図５】
2010246095.tif 000030
【図６】
2010246095.tif 000031
【図７】
2010246095.tif 000032
【図８】
2010246095.tif 000033
【図９】
2010246095.tif 000034
【図１０】
2010246095.tif 000035
【図１１】
2010246095.tif 000036
【図１２】
2010246095.tif 000037