(57)【要約】【課題】  フィードバック情報量を抑えながら、協調送信における、ＭＩＭＯ通信のレイヤ間干渉を十分に抑圧すること。【解決手段】  複数の送信アンテナを有する複数の送信局と、複数の受信アンテナを有する１つの受信局とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおいて、受信局は、複数の送信局のそれぞれと受信局との間におけるチャネル行列を取得し、複数の送信局の一部へ、その送信局の一部と受信局との間のチャネル行列に関する情報をフィードバックし、その送信局の一部は、チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを事前符号化して送信信号ベクトルを生成し、複数の送信アンテナのそれぞれから送信する。フィードバックを受けなかった送信局は、送信シンボルベクトルを送信信号ベクトルとして、そのまま複数の送信アンテナのそれぞれから送信する。【選択図】  図２
2014179794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナを有する複数の送信局と、複数の受信アンテナを有する１つの受信局とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムであって、
前記受信局は、
前記複数の送信局のそれぞれと前記受信局との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得手段と、
前記複数の送信局の一部へ、当該送信局の一部と前記受信局との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック手段と、
を有し、
前記送信局の一部は、
前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成手段を有し、
前記送信局の一部は、前記生成手段において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、
フィードバックを受けなかった送信局は、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、
前記受信局は、前記複数の送信局からの信号と、前記フィードバックを受けなかった送信局と前記受信局との間の前記チャネル行列とに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する復元手段をさらに有する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記チャネル行列に関する情報は、前記送信局の一部と前記受信局との間のチャネル行列の各要素の情報であり、
前記生成手段は、前記チャネル行列の逆行列を前記送信シンボルベクトルに乗じることにより前記送信信号ベクトルを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記チャネル行列に関する情報は、前記送信局の一部と前記受信局との間のチャネル行列を、対角行列とその対角行列の左および右から乗じられる行列との行列積で表した場合の、前記対角行列の右から乗じられる行列の要素の情報であり、
前記生成手段は、当該右から乗じられる行列の逆行列を前記送信シンボルベクトルに左から乗じることにより、前記送信信号ベクトルを生成し、
前記復元手段は、前記行列積において前記対角行列の左から乗じられる行列の逆行列を、前記複数の送信局から受信した信号を要素とする受信信号ベクトルに左から乗じたベクトルに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記受信局は、フィードバックされる行列の複数の候補を保持する保持手段をさらに有し、
前記フィードバック手段は、前記対角行列の右から乗じられる行列に最も近い行列を、前記複数の候補から１つ選択し、当該候補の１つを特定する情報を前記送信局の一部へフィードバックする、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記受信局は、フィードバックを受けた前記送信局の一部が送信した信号のみを受信した場合の通信品質が、フィードバックを受けた前記送信局の一部が送信した信号とフィードバックを受けなかった送信局が送信した信号とを同時に受信した場合の通信品質より高い場合は、前記フィードバックを受けなかった送信局からの信号の送信を行わないことを、当該フィードバックを受けなかった送信局へ通知する通知手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信局は基地局であり、前記受信局はユーザ端末であり、
前記フィードバック手段は、前記ユーザ端末を収容するセルを展開するサービングセルを展開する基地局へ、当該基地局とユーザ端末との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックし、その他の基地局へはチャネル行列に関する情報をフィードバックしない、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記送信局は基地局であり、前記受信局はユーザ端末であり、
前記フィードバック手段は、前記ユーザ端末を収容するセルを展開するサービングセルを展開する基地局へ、当該基地局とユーザ端末との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックし、その他の基地局へはチャネル行列に関する情報をフィードバックせず、
前記通知手段は、前記サービングセルを展開する基地局を介して、前記その他の基地局へ、当該その他の基地局からの信号の送信を行わないことを通知する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記生成手段は、前記送信シンボルベクトルを事前符号化したベクトルに所定値を乗じて、送信信号ベクトルを生成する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記受信局は、フィードバックを受けない送信局との間における前記チャネル行列に基づいて、前記所定値を決定する決定手段をさらに有し、
前記フィードバック手段は、前記送信局の一部と前記受信局との間の前記チャネル行列に関する情報と共に、前記決定手段において決定した所定値を、前記送信局の一部へフィードバックする、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記送信局の一部は、フィードバックされた当該送信局の一部と前記受信局との間の前記チャネル行列に関する情報を用いて、チャネル行列に関する情報と当該チャネル行列に関する情報に対応する前記所定値とを保持するテーブルを参照することにより、当該チャネル行列に関する情報に対応する前記所定値を決定する決定手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記事前符号化は、前記送信局の一部と前記受信局との間のチャネル行列の逆行列の算出、一般化逆行列の算出、又はベクトル摂動手法のいずれかによりプリコーディング行列を算出し、当該プリコーディング行列を前記送信シンボルベクトルに乗じることにより行われ、
前記送信局の一部または前記受信局は、フィードバックを受けない送信局と前記受信局との間のチャネル行列の対角成分に、前記所定値を加算した場合に得られる行列について、当該行列が対角優位行列となる確率と、当該確率に対応する前記所定値とを保持するテーブルを、前記行列が対角優位行列であるべき確率と、フィードバックを受けない送信局と前記受信局との間のチャネル行列に関する情報とを用いて参照することにより、当該チャネル行列に関する情報に対応する前記所定値を決定する決定手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記確率は、フィードバックを受けない送信局と前記受信局との間のチャネル行列の各要素が従う確率分布に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおける送信装置であって、
受信装置から、前記送信装置と前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列に関する情報のフィードバックを受けた場合、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成手段と、
前記フィードバックを受けた場合は、前記生成手段において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、前記フィードバックを受けなかった場合は、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信する送信手段と、
を有することを特徴とする送信装置。
【請求項１４】
前記生成手段は、前記送信シンボルベクトルを事前符号化したベクトルに所定値を乗じて、送信信号ベクトルを生成する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の送信装置。
【請求項１５】
複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおける受信装置であって、
前記複数の送信装置のそれぞれと前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得手段と、
前記複数の送信装置の一部へ、当該送信装置の一部と前記受信装置との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック手段と、
前記送信装置の一部が、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して生成して前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した送信信号ベクトルの要素と、フィードバックを受けなかった送信装置が、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した当該送信信号ベクトルの要素とを前記複数の受信アンテナにより同時に受信する受信手段と、
受信した信号と、前記フィードバックを受けなかった送信装置と前記受信装置との間の前記チャネル行列とに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する復元手段と、
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項１６】
フィードバックを受けた前記送信装置の一部が送信した信号のみを受信した場合の通信品質が、フィードバックを受けた前記送信装置の一部が送信した信号とフィードバックを受けなかった送信装置が送信した信号とを同時に受信した場合の通信品質より高い場合は、前記フィードバックを受けなかった送信装置からの信号の送信を行わないことを、当該フィードバックを受けなかった送信装置へ通知する通知手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の受信装置。
【請求項１７】
複数の送信アンテナを有する複数の送信局と、複数の受信アンテナを有する１つの受信局とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおける通信方法であって、
前記受信局において、
取得手段が、前記複数の送信局のそれぞれと前記受信局との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得工程と、
フィードバック手段が、前記複数の送信局の一部へ、当該送信局の一部と前記受信局との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック工程と、
を有し、
前記送信局の一部において、
生成手段が、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成工程と、
送信手段が、前記生成工程において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信する送信工程と、
を有し、
フィードバックを受けなかった送信局において、
送信手段が、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信する送信工程を有し、
前記受信局において、
復元手段が、前記複数の送信局からの信号と、前記フィードバックを受けなかった送信局と前記受信局との間の前記チャネル行列とに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する復元工程をさらに有する、
ことを特徴とする通信方法。
【請求項１８】
複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムの送信装置における送信方法であって、
生成手段が、受信装置から、前記送信装置と前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列に関する情報のフィードバックを受けた場合、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成工程と、
送信手段が、前記フィードバックを受けた場合は、前記生成工程において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、前記フィードバックを受けなかった場合は、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信する送信工程と、
を有することを特徴とする送信方法。
【請求項１９】
複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムの受信装置における受信方法であって、
取得手段が、前記複数の送信装置のそれぞれと前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得工程と、
フィードバック手段が、前記複数の送信装置の一部へ、当該送信装置の一部と前記受信装置との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック工程と、
受信手段が、前記送信装置の一部が、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して生成して前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した送信信号ベクトルの要素と、フィードバックを受けなかった送信装置が、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した当該送信信号ベクトルの要素とを前記複数の受信アンテナにより同時に受信する受信工程と、
復元手段が、受信した信号と、前記フィードバックを受けなかった送信装置と前記受信装置との間の前記チャネル行列とに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する復元工程と、
を有することを特徴とする送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の送信機が協調して、多入力多出力（ＭＩＭＯ）を用いて複数のデータストリームを同時に送信する無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信局において複数のアンテナを用いて複数のデータストリームを同時に送受信することでデータ送受信の高速化を図る、多入力多出力（ＭＩＭＯ、Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術が知られている。ＭＩＭＯ技術においては、複数の送信側アンテナから同時に出力された信号が、受信側アンテナにおいて互いに干渉するため、受信側アンテナにおいてその干渉（レイヤ間干渉）を除去する技術が、チャネル容量を十分に確保するために重要となる。なお、最大チャネル容量は、送信側において、各アンテナ間の伝送路についてのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を全て誤りなく受信できる場合に達成される（非特許文献１参照）。また、送受信間のチャネル行列が既知の場合にチャネル容量を達成する信号の送信手法として、トムリンソン−ハラシマ事前符号化（非特許文献２参照）と、ベクトル摂動（Ｖｅｃｔｏｒ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ、非特許文献３参照）手法とが知られている。同様に、チャネル行列の逆行列又は一般化逆行列を用いて、送信信号にチャネルの逆行列又は一般化逆行列を予め乗じて送信する手法も知られている（非特許文献４）。
【０００３】
事前に送信信号を変形して送信する場合、例えば、受信信号ベクトルｙから送信シンボルベクトルｘを誤りなく検出できるように、送信信号ベクトルｘ’＝Ｐｘを生成する。なお、ｘはＮ行１列の送信シンボルベクトル、ｘ’はＮ行１列の送信信号ベクトル、ＰはＮ行Ｎ列の事前符号化行列、ｚはＭ行１列の雑音ベクトルを、それぞれ表す。ここで、ＨをＭ行Ｎ列のチャネル行列、ｙをＭ行１列の受信信号ベクトルとするとき、ｙ＝Ｈｘ’＋ｚである。
【０００４】
このとき、Ｍ＝Ｎである場合は、Ｐ＝Ｈ-1とすることで、ｙ＝ｘ＋ｚとなり、これにより、レイヤ間の干渉を除去することが可能となる（非特許文献４参照）。一方、チャネル行列の少なくとも一部において通信品質が良好でない場合、逆行列を算出すると逆行列のノルムが著しく大きくなり、送信電力が大幅に増加する場合がある。この場合には、チャネル行列を摂動させて、一般化逆行列を得ることで、少ない送信電力で同様の効果を得ることができる（非特許文献４参照）。また、送信電力を下げるために、事前符号化の前に送信ベクトルを摂動させることもできる（非特許文献３参照）。
【０００５】
ところで、近年、複数の送信局が協調して１つの受信局へ信号を送信する協調マルチポイント（Ｃｏｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ、ＣｏＭＰ）が検討されている。ＣｏＭＰにおいては、ＭＩＭＯによる通信が可能な１つの基地局が、当該基地局によって展開されるセルのセル端に存在するユーザ端末（ＵＥ）に対して、同様にＭＩＭＯによる通信を実行可能な隣接セルの基地局と協調して信号を送信する。このような、ＣｏＭＰを用いる無線通信ネットワークの概略図を図１に示す。ＣｏＭＰにおいては、図１に示すように、ＵＥを収容する１つのサービングセル（プライマリセル）と、協調送信を行う１つ以上の隣接セル（ＣｏＭＰセル）とが存在する。そして、それぞれのセルを展開するプライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが協調して信号送信を行うことにより、ＵＥは、例えば信号を高速に受信することが可能となる。
【０００６】
ＣｏＭＰには、様々なモードが存在し、その中には、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが同時にセル端のＵＥへ１つの信号を送信するモードが存在する（非特許文献５参照）。この場合、ＵＥにおいて受信される受信信号ベクトルｙは、
ｙ＝（ＨPＰ＋ＨSＳ）ｘ＋ｚ
となる。ここで、ＨPはプライマリ基地局とＵＥとの間のチャネルの状態を表すＭ行Ｎ列のチャネル行列であり、ＨSはＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネルの状態を表すＭ行Ｎ列のチャネル行列である。ｘは、Ｎ行１列の送信シンボルベクトルであり、ｙはＭ行１列の受信信号ベクトルである。また、Ｐは、プライマリ基地局が送信シンボルベクトルｘを送信信号ベクトルＰｘへ線形変換するための、Ｎ行Ｎ列の事前符号化行列である。同様に、Ｓは、ＣｏＭＰ基地局が送信シンボルベクトルｘを送信信号ベクトルＳｘへ線形変換するための、Ｎ行Ｎ列の事前符号化行列である。また、ｚはＮ行１列の雑音ベクトルである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ、Ｓ．Ｊａｆａｒ、Ｎ．Ｊｉｎｄａｌ、及びＳ．Ｖｉｓｈｗａｎａｔｈ、“ＭＩＭＯチャネルの容量限界（Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｌｉｍｉｔｓ  ｏｆ  ＭＩＭＯ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）”ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００３年、ｖｏｌ．２１、ｎｏ．５、ｐｐ．６８４−７０２
【非特許文献２】Ｒ．Ｆ．Ｈ．Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｃ．Ｗｉｎｄｐａｓｓｉｎｇｅｒ、Ａ．Ｌａｍｐｅ、及びＪ．Ｂ．Ｈｕｂｅｒ、“低レート逆方向通信路に対する時空間伝送におけるトムリンソン−ハラシマ事前符号化（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｉｎ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｒａｔｅ  Ｂａｃｋｗａｒｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ）”、Ｐｒｏｃ．  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｚｕｒｉｃｈ  Ｓｅｍｉｎａｒ  ｏｎ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＺＳ）、スイス、２００２年２月
【非特許文献３】Ｂｅｒｔｒａｎｄ  Ｍ．Ｈｏｃｈｗａｌｄ、Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｂ．Ｐｅｅｌ、及びＡ．Ｌｅｅ  Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ、“略最大限の多アンテナ多ユーザ通信のためのベクトル摂動手法−第１部：摂動（Ａ  ｖｅｃｔｏｒ−ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｎｅａｒ−ｃａｐａｃｉｔｙ  ｍｕｌｔｉａｎｔｅｎｎａ  ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−ｐａｒｔ  Ｉ：ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００５年、ｖｏｌ．５３、ｎｏ．３、ｐｐ．５３７−５４４
【非特許文献４】Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｂ．Ｐｅｅｌ、Ｂｅｒｔｒａｎｄ  Ｍ．Ｈｏｃｈｗａｌｄ、及びＡ．Ｌｅｅ  Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ、“略最大限の多アンテナ多ユーザ通信のためのベクトル摂動手法−第１部：チャネル反転及び一般化（Ａ  ｖｅｃｔｏｒ−ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｎｅａｒ−ｃａｐａｃｉｔｙ  ｍｕｌｔｉａｎｔｅｎｎａ  ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−ｐａｒｔ  Ｉ：ｃｈａｎｎｅｌ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００５年、ｖｏｌ．５３、ｎｏ．３、ｐｐ．５３７−５４４
【非特許文献５】Ｒ．Ｉｒｍｅｒ、Ｈ．Ｄｒｏｓｔｅ、及びＰ．Ｍａｒｓｃｈ等、“協調マルチポイント：コンセプト、性能及びフィールド試験結果（Ｃｏｏｐｅｒａｔｅｄ  ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ：ｃｏｎｃｅｐｔｓ、ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ａｎｄ  ｆｉｅｌｄ  ｔｒｉａｌ  ｒｅｓｕｌｔｓ）”、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、２０１１年、ｖｏｌ．４９、ｎｏ．２、ｐｐ．１０２−１１１
【非特許文献６】Ｇ．Ｇｉｎｉｓ、及びＪ．Ｃｉｏｆｆｉ、“デジタル加入者線システムのためのベクトル化伝送（Ｖｅｃｔｏｒｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）”、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００２年６月、ｖｏｌ．２０、ｎｏ．５、ｐｐ．１０８５−１１０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プライマリ基地局及びＣｏＭＰ基地局は、レイヤ間干渉に対処するための事前符号化行列Ｐ及びＳを生成するために、ＵＥから、それぞれのチャネル行列ＨP及びＨSのフィードバックを受ける必要がある。したがって、ＣｏＭＰを用いない場合と比較して、レイヤ間干渉を抑えるためのフィードバック情報量が増大するという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フィードバック情報量を抑えながら、ＣｏＭＰにおける、ＭＩＭＯ通信のレイヤ間干渉を十分に抑圧する技術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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明による無線通信システムは、複数の送信アンテナを有する複数の送信局と、複数の受信アンテナを有する１つの受信局とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムであって、前記受信局は、前記複数の送信局のそれぞれと前記受信局との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得手段と、前記複数の送信局の一部へ、当該送信局の一部と前記受信局との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック手段と、を有し、前記送信局の一部は、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成手段を有し、前記送信局の一部は、前記生成手段において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、フィードバックを受けなかった送信局は、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、前記受信局は、前記複数の送信局からの信号に基づいて、前記送信シンボルベクトルと、前記フィードバックを受けなかった送信局と前記受信局との間の前記チャネル行列とを復元する復元手段をさらに有する。
【００１１】
また、本発明による送信装置は、複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおける送信装置であって、受信装置から、前記送信装置と前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列に関する情報のフィードバックを受けた場合、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して、送信信号ベクトルを生成する生成手段と、前記フィードバックを受けた場合は、前記生成手段において生成した前記送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信し、前記フィードバックを受けなかった場合は、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、当該送信信号ベクトルの要素のそれぞれを前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信する送信手段と、を有する。
【００１２】
また、本発明による受信装置は、複数の送信アンテナを有する複数の送信装置と、複数の受信アンテナを有する１つの受信装置とが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）による無線通信を行う無線通信システムにおける受信装置であって、前記複数の送信装置のそれぞれと前記受信装置との間における、前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルの状態を示す値を要素とするチャネル行列を取得する取得手段と、前記複数の送信装置の一部へ、当該送信装置の一部と前記受信装置との間の前記チャネル行列に関する情報をフィードバックするフィードバック手段と、前記送信装置の一部が、前記チャネル行列に関する情報に基づいて、送信シンボルを要素とする送信シンボルベクトルを事前符号化して生成して前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した送信信号ベクトルの要素と、フィードバックを受けなかった送信装置が、前記送信シンボルベクトルを前記送信信号ベクトルとして、前記複数の送信アンテナのそれぞれから送信した当該送信信号ベクトルの要素とを前記複数の受信アンテナにより同時に受信する受信手段と、受信した信号と、前記フィードバックを受けなかった送信装置と前記受信装置との間の前記チャネル行列とに基づいて、前記送信シンボルベクトルを復元する復元手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フィードバック情報量を抑えながら、ＣｏＭＰにおける、ＭＩＭＯ通信のレイヤ間干渉を十分に抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】協調送信を行うネットワークの構成例を示す図。
【図２】実施形態１に係る処理の流れを示すシーケンス図。
【図３】等価チャネル行列が対角優位行列である確率と対応するλの値とを保持するテーブルの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本実施形態に係る無線通信システムの構成は、例えば図１のような構成であるものとする。図１の例では、ユーザ端末（ＵＥ）を収容するサービングセルを展開するプライマリ基地局と、そのサービングセルに隣接する隣接セルを展開するＣｏＭＰ基地局とが存在する例を示している。なお、図１では、１つのプライマリ基地局と１つのＣｏＭＰ基地局とが含まれる場合の例を示しているが、ＣｏＭＰ基地局は複数存在してもよい。ただし、以下の例では、簡単のため、ＣｏＭＰ基地局は１つだけ存在するものとして説明する。プライマリ基地局及びＣｏＭＰ基地局は、ネットワーク構成において上位の制御装置等を介して、又は直接、互いに通信できるものとし、１つのＵＥに対して、同一のデータ（送信シンボル）を送信可能であるものとする。なお、図１には、ネットワーク構成において上位の制御装置が含まれる場合の例を示しているが、このような装置はなくてもよく、その場合はプライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とは互いに直接通信するものとする。
【００１７】
詳細な説明に先立ち、まず、協調送信において、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが同時にレイヤ間干渉を抑える手法について検討する。簡単な手法として、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが、共にレイヤ間干渉を除去するために、チャネル行列の逆行列を予め送信シンボルベクトルｘに乗じる手法が考えられる。すなわち、プライマリ基地局及びＣｏＭＰ基地局から、ｘ1’＝ＨP-1ｘ／２及びｘ2’＝ＨS-1ｘ／２をそれぞれ送信する。ここで、ＨP及びＨSは、プライマリ基地局及びＣｏＭＰ基地局のそれぞれとＵＥとの間のチャネル行列である。これによれば、受信信号ベクトルｙは、
2014179794.tif 000003
となる。ここで、ｚは雑音ベクトルである。したがって、このような構成により、レイヤ間干渉を除去して通信を行うことができる。
【００１８】
しかしながら、複数の基地局（送信局）のそれぞれが、チャネル逆行列を送信シンボルベクトルに乗じるためには、ＵＥ（受信局）から、チャネル行列（又は逆行列）の各要素の情報がフィードバックされる必要がある。これは、単一の基地局と単一のＵＥとの間での多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信のレイヤ間干渉の除去のためのフィードバック情報量の少なくとも２倍、Ｍ個のＣｏＭＰ基地局がある場合には（Ｍ＋１）倍の情報量がフィードバックされる必要があることを意味する。
【００１９】
これに対して、以下の実施形態では、レイヤ間干渉を事前に完全に除去するのではなく、受信装置においてチャネル行列が対角優位行列となるように制御して、受信装置が更なる信号検出処理を行い、（ほぼ）最適な干渉除去性能を得る手法について説明する。これにより、送信装置が使用する情報量を削減することができるため、フィードバック情報量を削減することができる。なお、対角優位行列とは、行列のサイズをＮ×Ｎとするとき、任意の１からＮまでの整数ｉ及びｊに対して、
2014179794.tif 000004
を満足する行列である。例えば、
2014179794.tif 000005
の場合、この行列Ａは対角優位行列である。１００＞５＋７、かつ３２＞１０＋２、かつ５４＞１５＋２．５だからである。
【００２０】
なお、チャネル行列が対角優位行列である場合、受信側においてＱＲ−ＤＦＥと呼ばれる信号検出処理を行うことで、干渉除去性能がほぼ最適になることが知られている（非特許文献６参照）。ここで、ＱＲ−ＤＦＥとは、チャネル行列のＱＲ分解と、判定帰還等化（ＤＦＥ）とを組み合わせた信号検出手法である。チャネル行列ＨのＱＲ分解とは、Ｈ＝ＱＲとなるように、ユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒとを探す処理のことである。このような行列ＱとＲに対しては、Ｑがユニタリ行列であるから、ＱHＱ＝Ｉ（Ｉは単位行列）が成立するため、Ｈ＝ＱＲの両辺に左からＱHを乗ずることにより、ＱHＨ＝Ｒが成り立つ。したがって、例えば、３行３列のチャネル行列に対して、
2014179794.tif 000006
が成り立つ。
【００２１】
この結果、ユニタリ行列Ｑを左から乗じた後の受信アンテナｉにおける信号ｙi（受信信号ベクトルの第ｉ番目の要素）は、
2014179794.tif 000007
となる。
【００２２】
したがって、受信側においては、第ｎ番目のアンテナで受信した信号については、第ｎ＋１番目から第Ｎ番目までのアンテナに対応する信号に基づいて、干渉をキャンセルすることができる。すなわち、第Ｎ番目のアンテナに対応する信号の判定結果を帰還させ、第Ｎ−１番目のアンテナに対応する信号における干渉成分をキャンセルすることができ、同様に、逐次的に全てのアンテナに対応する信号の干渉成分をキャンセルすることができる。
【００２３】
また、チャネル行列が対角優位行列である場合、レイヤ間干渉成分を雑音として取り扱い、送信シンボルベクトルの各要素の復元を行うこともできる。すなわち、チャネル行列が対角優位行列であることにより、希望信号成分が干渉成分より強く受信されることとなるため、場合によっては、干渉除去を行わずに送信シンボルを復元することができる。ほかにも、チャネル行列が対角優位行列である場合は、受信装置において、ゼロフォーシング（zero-forcing）を行う、すなわち、チャネル行列の逆行列を受信信号ベクトルに乗じることにより、準最適な干渉除去を行うことができる。
【００２４】
＜＜実施形態１＞＞
［概要］
本実施形態では、プライマリ基地局のみが、送信シンボルベクトルにチャネル逆行列を乗じて送信信号ベクトルを生成して送信し、一方で、ＣｏＭＰ基地局は、送信シンボルベクトルをそのまま送信信号ベクトルとして送信する。これにより、ＵＥ（受信装置）における、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局との間の２つのチャネル行列の和（等価チャネル行列）を対角優位化する。
【００２５】
［処理の流れ］
図２は、本実施形態に係る、プライマリ基地局、ＣｏＭＰ基地局、及び端末（ＵＥ）との間で実行される処理の例を示す図である。なお、本図では、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが直接通信する例を示しているが、例えば、バックボーンネットワークにおける制御装置が、通信の仲介、及び協調送信（ＣｏＭＰ）の開始をＣｏＭＰ基地局へ伝達してもよい。
【００２６】
図２においては、まず、ＵＥが、ＣｏＭＰを行うべき状態、すなわちセル端に存在することを検知し、その状態をプライマリ基地局（当該ＵＥのサービング基地局）へ通知する。そして、プライマリ基地局は、ＣｏＭＰの処理を開始し、まず、チャネル推定用の信号の送信を開始する。ここで、チャネル推定用の信号は、図２ではパイロット信号を用いているが、トレーニング系列などの受信側（ＵＥ）において既知の信号であって、各送信アンテナを特定できる信号であれば他の信号であってもよい。ＵＥは、チャネル推定用の信号を用いて、例えば相関検出により、プライマリ基地局の各送信アンテナとＵＥの各受信アンテナとの間のチャネル状態を推定してチャネル行列を生成する。そして、ＵＥは、チャネル行列の各要素を、チャネル情報として、プライマリ基地局へフィードバックする。
【００２７】
続いて、ＣｏＭＰ基地局は、プライマリ基地局からＣｏＭＰの開始を伝達されると、プライマリ基地局と同様に、チャネル推定用の信号を送信する。そして、ＵＥは、このチャネル推定用の信号を用いて、ＣｏＭＰ基地局の各送信アンテナとＵＥの各受信アンテナとの間のチャネル状態を推定し、チャネル行列を生成する。しかしながら、ＵＥは、このチャネル行列については、フィードバックしない。
【００２８】
プライマリ基地局は、フィードバックにより受信したチャネル行列から、例えば、チャネル行列の逆行列、一般化逆行列又はベクトル摂動手法のいずれかにより、プリコーディング行列を取得する。その後、送信データを取得して、変調等の処理を行うことにより、送信シンボルベクトルｘを取得する。そして、プライマリ基地局は、プリコーディング行列と所定値（スカラー）λとを送信シンボルベクトルに乗じて得られた送信信号ベクトルの各要素を、各送信アンテナから送信する。
【００２９】
一方、ＣｏＭＰ基地局は、フィードバック情報を受信していないため、プライマリ基地局と同一の送信データを取得して、その送信データを変調等によって変形して得た送信シンボルベクトルｘをそのまま送信信号ベクトルとして各送信アンテナから送信する。なお、図２では、プライマリ基地局が、送信データをＣｏＭＰ基地局へ転送するように記載しているがこれに限られない。例えば、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが協調送信を行う場合に、ネットワークにおける上位の装置が、これらの２つの基地局へ同時に同一の送信データを転送するようにしてもよい。
【００３０】
ＵＥは、プライマリ基地局からの事前符号化されて所定値が乗じられた信号と、ＣｏＭＰ基地局からの信号とを同時に受信して、送信されたシンボル、すなわち送信シンボルベクトルの各要素を復元する。
【００３１】
［所定値λの選択］
上述の処理により、受信信号は、
2014179794.tif 000008
のようになる。ここで、行列Ｉは単位行列である。この式から、ＵＥにおいて、受信信号ベクトルは、等価チャネル行列Ｈeq＝（λＩ＋ＨS）が送信シンボルベクトルｘに乗じられた形式で受信される。したがって、所定値λを適切に選択することにより、この等価チャネル行列を対角優位行列とすることができる。したがって、適切に選択されたλを、プライマリ基地局がどのように取得するかが重要となる。以下では、プライマリ基地局がどのようにλを取得するかの手法について複数の例を挙げて説明する。
【００３２】
（手法１．ＵＥにおけるλの選択）
第１の手法は、ＵＥが、λを選択し、チャネル情報のフィードバックと共に決定したλをプライマリ基地局へ通知するものである。ＵＥは、ＣｏＭＰ基地局との間のチャネル行列の情報を取得しているため、どのようなλが選択されれば、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局との間の２つのチャネル行列の和である等価チャネル行列が対角優位化するかが分かる。したがって、ＵＥは、例えば、等価チャネル行列が対角優位行列となる最小のλを計算により選択することができる。
【００３３】
（手法２．経験的手法によるλの選択）
第２の手法は、プライマリ基地局が、チャネル状態に応じたλの値を予めテーブルとして保持しておき、ＵＥからフィードバックされたチャネル情報に基づいて、λの値を決定するものである。プライマリ基地局は、ＵＥからフィードバックされたチャネル情報（チャネル推定値）の値そのもの、又は当該チャネル推定値の平均値などの統計値を用いてテーブルを参照し、それに対応するλの値を特定する。なお、テーブルに保持される値は、経験的に得られた値であり、プライマリ基地局は、１つのチャネル状態に対して、等価チャネル行列を対角優位行列とすることができたλを特定して、テーブルに記憶しておく。なお、各チャネル状態に対して適切なλは予め学習によって特定される必要があるが、この場合、例えば上述の手法１を用いて、ＵＥからλのフィードバックを受けることによりこの学習を行ってもよい。
【００３４】
（手法３．事後調整によるλの選択）
第３の手法は、プライマリ基地局が初期的に小さいλを選択して信号を送信し、その後、ＵＥが、等価チャネル行列が対角優位行列であるかを判定し、対角優位行列でなかった場合にλの値を大きくさせるようにプライマリ基地局へ通知するものである。プライマリ基地局は、ＵＥからの通知を受け取ると、所定量だけλの値を大きくして、その後はそのλを用いて送信信号ベクトルを生成するようにする。なお、ＵＥは、λの値が十分でない場合に、どれだけλを増やせばよいかをプライマリ基地局へ通知し、プライマリ基地局は、通知された分量だけλを増加させてもよい。また、ＵＥは、λの値を変えずとも信号の受信が成功すると判断した場合には、λの値を大きくさせるための通知を行わなくてもよい。
【００３５】
（手法４：統計的手法によるλの選択）
第４の手法は、解析的（理論的）に最適なλを選択するものである。これは、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が、確率分布に従うものであることに基づくものである。ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列の各要素が独立かつ同一の確率分布（ｉ．ｉ．ｄ．）に従うとすれば、以下のようにしてλを選択することができる。
【００３６】
まず、一般化した例として、Ｎ行Ｎ列の行列Ａが対角優位行列である確率は、
2014179794.tif 000009
となる。なお、本数式の１段目から２段目への変形は確率分布の独立性により、２段目から３段目への変形は確率分布の同一性による。本数式から、チャネル行列のうち１つの行の確率のみについて、すなわち、以下の確率ｐ0、
2014179794.tif 000010
についてのみ検討すれば十分であることが分かる。この１つの行についての確率が１に近づけば、必然的にそのＮ乗も１に近づくからである。
【００３７】
ここで、
2014179794.tif 000011
とすると、確率ｐ0は、
2014179794.tif 000012
となる。ここで、Ｐｒ｛Ｘ＞Ｙ｝は、ＸがＹより大きい確率を表し、任意の値ｓを用いて、Ｐｒ｛Ｘ＞Ｙ｝＝Ｐｒ｛Ｘ＞ｓ，Ｙ≦ｓ｝と表すことができる。したがって、Ｐｒ｛Ｘ＞Ｙ｝は、
2014179794.tif 000013
と書くことができる。ここで、ｆX(ｓ)はＸの確率密度関数（ｐｄｆ）であり、ｆY(ｓ)はＹのｐｄｆである。ＦY(ｓ)はＹの累積分布関数（ＣＤＦ）である。
【００３８】
ここで、等価チャネル行列Ｈeqについて、すなわち、Ａ＝Ｈeq＝λＩ＋ＨSとした場合について検討する。ここで、等価チャネル行列は、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列の対角成分に所定値λを加算したものである。ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列ＨSを、
2014179794.tif 000014
とすると、
2014179794.tif 000015
となる。したがって、
2014179794.tif 000016
であるため、λは、ｆX(ｓ)に対してのみ影響を与えることが分かる。このため、確率ｐ0を、例えば、
2014179794.tif 000017
のように書くことができる。
【００３９】
したがって、プライマリ基地局又はＵＥは、例えば、等価チャネル行列が所定の確率で対角優位行列となるように、λを統計的に算出することができる。すなわち、プライマリ基地局又はＵＥは、上述のｐ0Nが所定の確率を満足する最小のλを算出することができる。換言すれば、確率ｐ0が所定の確率のＮ乗根を満たす、最小のλが算出される。なお、所定の確率は、通信の状況に応じて指定されてもよい。例えば、送信電力を抑えたい場合は所定の確率を低く、又は、通信品質が最も重要である条件下では所定の確率を高く、それぞれ指定してもよい。
【００４０】
なお、プライマリ基地局がこの計算を行う場合は、プライマリ基地局は、予め、例えばチャネルがガウス分布に従う場合は、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列についての平均値と分散とを、ＵＥから取得する。なお、プライマリ基地局がＵＥから取得するのは平均と分散とに限らず、プライマリ基地局は、チャネルが従う分布に応じて、その分布を特定するためのパラメータを取得してもよい。なお、チャネルが複数の分布の候補のうちいずれかに従う場合は、プライマリ基地局は、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が従う分布を特定する情報も、併せてＵＥから取得してもよい。なお、ＵＥでは、上述の手法１でλを容易に取得することができるが、チャネル変動が高速な場合に、変化後のチャネルに対しても等価チャネル行列が対角優位行列である確率を高めるために、本手法により統計的にλを計算してもよい。
【００４１】
上述の手法について、以下具体例を用いて説明する。
【００４２】
ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が、平均がゼロで、分散が１のガウス分布に従うものとする。すなわち、
2014179794.tif 000018
であるものとする。ここで、ｈ11も平均がゼロで、分散が１のガウス分布に従う（すなわち、ｈ11〜Ｎ（０，１）である）ため、λ＋ｈ11は、平均がλで分散が１の分布に従うこととなる。そして｜λ＋ｈ11｜は、正の値のみを有するため、折り重ねられた正規分布Ｆｏｌｄｅｄ（λ，１）に従うこととなる。折り重ねられた正規分布Ｆｏｌｄｅｄ（λ，１）のｐｄｆは、
2014179794.tif 000019
で与えられる。
【００４３】
一方、任意のｊについて、ｈ1j〜Ｎ（０，１）であるため、Ｙは仲上ｍ分布に従う。すなわち、パラメータｍ及びΩを伴う仲上ｍ分布をＮａｋａｇａｍｉ（ｍ，Ω）で表すとき、
2014179794.tif 000020
となる。ただし、パラメータｍ及びΩは、Ｅ｛・｝を期待値、Ｖａｒ｛・｝を分散とする場合に、
2014179794.tif 000021
である。なお、仲上ｍ分布のＣＤＦは、
2014179794.tif 000022
であることが知られている。なおΓ（・）はガンマ関数である。
【００４４】
以上より、ｐ0は、
2014179794.tif 000023
のように得られる。したがって、例えば、０．９５（９５％）の確率で等価チャネル行列が対角優位行列であるには、数式
2014179794.tif 000024
を解くことにより、λを算出することができる。
【００４５】
なお、このλは、等価チャネル行列が対角優位行列であるべき確率と、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が従う分布を特定する情報ごとに、事前に特定することができる。例えば、図３のように、プライマリ基地局は、１つ（１組）のＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が従う分布を特定する情報に対して、複数の確率ｐ0Nに対するλをテーブルとして保持しておいてもよい。このようにすることにより、上述の計算を通信の都度実行する必要はなくなる。
【００４６】
［送受信の数値例］
続いて、実際にプライマリ基地局へのみフィードバックを行う場合の送受信動作について、数値例を用いて説明する。以下の例では、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局との送信アンテナ数を４本、ＵＥにおける受信アンテナ数を４本とした場合について説明する。ここで、プライマリ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が、
2014179794.tif 000025
であり、ＣｏＭＰ基地局とＵＥとの間のチャネル行列が、
2014179794.tif 000026
であるものとする。このとき、チャネル行列ＨPの逆行列は、
2014179794.tif 000027
である。ここで、λ＝２とする。このとき、プライマリ基地局は、送信シンボルベクトルｘに、λＨP-1を乗じて送信信号ベクトルｘ’を生成して、ＵＥへ向けて送信する。このとき、等価チャネル行列Ｈeqは、
2014179794.tif 000028
となる。ＵＥにおいては、送信シンボルベクトルｘに、この等価チャネル行列Ｈeqが乗じられ、雑音ベクトルｚが加えられた受信されたように、各受信アンテナにおいて信号が観測される。ここで、等価チャネル行列Ｈeqの各要素の大きさは、
2014179794.tif 000029
である。したがって、この行列の対角成分とその他の成分とを比較することにより、この等価チャネル行列は、対角優位行列であることが分かる。なお、等価チャネル行列Ｈeqの逆行列は、
2014179794.tif 000030
である。
【００４７】
ここで、送信シンボルベクトルをｘ＝（１．０＋１．０ｉ  −１．０＋３．０ｉ  １．０＋３．０ｉ  −１．０−１．０ｉ）Tとする。なお、上付きのＴは行列の転置を表す。また、雑音ベクトルをｚ＝（−０．３１４６−０．１４５４ｉ  ０．０９６３＋０．０８０２ｉ  ０．１７８４−０．０２７５ｉ  −０．０６１９＋０．１３２６ｉ）Tであるものとする。
【００４８】
このとき、受信信号に上述の等価チャネル行列Ｈeqの逆行列を、受信信号ベクトルｙに乗じると、
2014179794.tif 000031
が得られる。この結果から、上述の処理によって得られるシンボルベクトルが、送信シンボルベクトルｘ＝（１．０＋１．０ｉ  −１．０＋３．０ｉ  １．０＋３．０ｉ  −１．０−１．０ｉ）Tとほぼ一致していることが分かる。なお、等価チャネル行列Ｈeqの逆行列は、ＵＥにおいて、ＣｏＭＰ基地局との間のチャネル行列ＨSとλとから算出することができる。なお、ここでは等価チャネル行列の逆行列を受信信号ベクトルに乗じるが、等価チャネル行列をＱＲ分解して、判定帰還型等化により、送信シンボルベクトルｘの各要素を復元してもよい。
【００４９】
このように、等価チャネル行列を対角優位行列化することにより、ＵＥ（受信装置）において、信号の正確な受信及び送信シンボルの復元を行うことが可能であることが分かる。なお、このとき、ＵＥは、プライマリ基地局に対してのみチャネル情報をフィードバックし、ＣｏＭＰ基地局へはフィードバックを行わないため、両方の基地局へチャネル情報をフィードバックする場合と比べて、フィードバック情報量を半減することができる。また、ＣｏＭＰ基地局がｋ個存在する場合は、これらのＣｏＭＰ基地局へのチャネル情報のフィードバックは行わないため、全てのＣｏＭＰ基地局へチャネル情報をフィードバックする場合と比べて、フィードバック情報量を１／（ｋ＋１）にすることができる。さらに、ＣｏＭＰ基地局では、この協調送信に固有の処理を行う必要がない。このため、ＣｏＭＰ基地局の処理量を少なく抑えることができ、ひいては、遅延時間が少ないため、協調送信のためのプライマリ基地局との同期確保が容易になる。さらに、ＣｏＭＰ基地局においては、送信シンボルベクトルをそのまま送信するため、事前符号化による送信信号の電力の増加が起こらない。
【００５０】
また、プライマリ基地局とＣｏＭＰ基地局とが同時に送信することにより、セル端のＵＥにおいて、受信電力を十分に高く確保することが可能となる、という協調送信の効果をそのまま維持することができる。すなわち、等価チャネル行列がλＩ＋ＨSで表されるところ、この電力の期待値は、
2014179794.tif 000032
となる。ここで、ｔｒ{・}は行列のトレース（対角成分の和）を表し、上付きのＨは行列の共役転置を表す。ここで、上式の右辺第１項及び第２項は、常に正の値となる。また、右辺第３項は、平均値は０となる。したがって、上述の手法によれば、平均して、プライマリ基地局が単独で信号を送信する場合と比べて、上式の右辺第２項の分だけ受信電力を増やすことが可能となる。したがって、上述の手法によって、協調送信による効果を得ながら、フィードバック情報量を減らし、かつ、ＵＥにおいて正確な信号の受信を行うことが可能となる。
【００５１】
なお、上式では、平均して、協調送信の効果を得ることができると説明したが、送受信の都度、十分な通信品質を得るために、場合によってはＣｏＭＰ基地局からの送信を行わない（停止する）又は送信電力を低く抑えるようにしてもよい。例えば、ＵＥは、ＣｏＭＰ基地局との間のチャネル行列ＨSのトレースが負の値を有する場合は、ＣｏＭＰ基地局からの信号の送信を行わない又は送信電力を下げるように、プライマリ基地局へ通知することができる。これ以外にも、ｔｒ{(ＨS)2}＜ｔｒ{λＨS＋λＨSH}が成立する場合には、ＵＥは、ＣｏＭＰ基地局からの信号の送信を行わない又は送信電力を下げるように、プライマリ基地局へ通知してもよい。これらの場合は、ＣｏＭＰ基地局からの信号がＵＥにおいて干渉として作用しうる場合に相当し、このような場合には協調送信を行わない、又はＣｏＭＰ基地局からの影響を最小限にとどめることにより、システム全体としての通信品質をさらに向上させることができる。ＣｏＭＰ基地局が複数存在する場合は、同様に、干渉源となり得るＣｏＭＰ基地局からは信号を送信しないように、プライマリ基地局へ通知してもよい。また、ＣｏＭＰ基地局が複数存在する場合は、その一部に対してはチャネル情報をフィードバックし、残りのＣｏＭＰ基地局へはフィードバックを行わなくてもよい。これにより、一部のＣｏＭＰ基地局へフィードバックを行って通信品質を向上させながら、残りのＣｏＭＰ基地局へのフィードバックを行わないため、フィードバック情報量を削減することが可能となる。
【００５２】
また、λＩ＋ＨSと、λＩ＋ＨPとを比較して、後者の方が品質良く通信を行うことができる場合は、ＣｏＭＰ基地局に対してのみフィードバックを行うようにしてもよい。又は、このような場合には、ＵＥをＣｏＭＰ基地局へハンドオーバさせ、ＣｏＭＰ基地局をプライマリ基地局として扱って、上述の手法を適用してもよい。これにより、通信品質をより良好とすることが可能となる。
【００５３】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１ではチャネル情報をプライマリ基地局へ通知する構成について説明したが、本実施形態では、チャネル情報そのものではなく、チャネル行列に対して所定の処理を実行した後の結果物の行列の情報をプライマリ基地局へ通知する。以下では、この所定の処理として、特異値分解を用いる例を説明する。
【００５４】
本実施形態では、ＵＥは、プライマリ基地局との間のチャネル行列を取得すると、続いて、そのチャネル行列の特異値分解を行う。すなわち、チャネル行列ＨPを、
2014179794.tif 000033
のように、ユニタリ行列ＵP及びＶPと、対角行列ΣPとに分解する。ここで、ΣPの対角成分は、１行目からＮ行目に向けて順に小さくなる正の値をとる。そして、ＵＥは、チャネル行列ではなく、ユニタリ行列ＶPをプライマリ基地局へフィードバックする。なお、本実施形態においても、ＣｏＭＰ基地局へはフィードバックは行わない。
【００５５】
プライマリ基地局は、送信シンボルベクトルｘに、このユニタリ行列ＶPと所定値λとを乗じて送信信号ベクトルｘ’を形成し、その送信信号ベクトルｘ’＝λＶPｘの各要素をＵＥへ向けて各送信アンテナから送信する。なお、本実施形態においても、ＣｏＭＰ基地局へはフィードバックされる情報がないため、ＣｏＭＰ基地局は、送信シンボルベクトルをそのまま送信する。
【００５６】
このとき、ＵＥにおける受信信号を表す受信信号ベクトルｙは、
2014179794.tif 000034
となる。その後、ＵＥは、この受信信号ベクトルの左から、ユニタリ行列ＵPの共役転置行列ＵPHを乗じる。その結果、受信信号ベクトルｙは、
2014179794.tif 000035
のように変形される。したがって、本実施形態においては、λΣP＋ＵPHＨSが等価チャネルベクトルＨeqとなる。ΣPが非負の値を対角要素とする対角行列であるため、十分な大きさのλに対して、等価チャネル行列を対角優位行列とすることが可能となる。その後の処理は、上述のように、等価チャネル行列の逆行列を変形後の受信信号ベクトルに乗じてもよいし、ＱＲ−ＤＦＥ手法を適用してもよい。
【００５７】
なお、ＵPHはユニタリ行列であるため、雑音ベクトルｚにＵPHが乗じられても、雑音が励起されることはなく、雑音ベクトルは、同じ電力で維持される。
【００５８】
なお、所定値λの決定方法は、上述の実施形態１と同様である。ただし、この場合は、λＩ＋ＨSではなく、λΣP＋ＵPHＨSが対角優位行列であることを目的としてλを定めるべきであり、λの選択手順が少々変更されることとなる。例えば、上述の手順１に従えば、ＵＥは、ΣPの対角成分の値が行ごとに異なるため、各行について対角成分の大きさと他の成分の大きさの和との比較を行い、対角優位行列となる最小のλを選択することとなる。
【００５９】
また、本実施形態では、ユニタリ行列ＶPをフィードバックするとしたが、このユニタリ行列そのものをフィードバックしなくてもよい。例えば、ＵＥとプライマリ基地局との間で、コードブックΩ＝{Ｗ1，…，Ｗq}を共有しておき、ＵＥは、ユニタリ行列ＶPに最も近いコードワードＷkを特定する情報をプライマリ基地局へ通知してもよい。すなわち、ＵＥは、
2014179794.tif 000036
を満たすコードワードＷkをコードブックΩから探索し、コードワードＷkを特定する値“ｋ”を、プライマリ基地局へフィードバックする。これにより、１つの値を送るだけでフィードバックが完了するため、フィードバック情報量を大幅に削減することができる。
【００６０】
なお、この場合、プライマリ基地局は、コードワードＷkと所定値λとを送信シンボルベクトルｘに乗じて送信する。すなわち、プライマリ基地局は、送信信号ベクトルｘ’＝λＷkｘの各要素を各送信アンテナから送信する。このとき、ＵＥにおける受信信号ベクトルｙは、
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となる。したがって、この場合も、上述と同様に、ユニタリ行列ＵPの共役転置行列ＵPHを受信信号ベクトルの左から乗じることにより、チャネル行列を対角優位行列化することができる。その後の処理は上述の通りである。
【００６１】
したがって、本実施形態の協調送信手法によれば、ＵＥにおける等価チャネル行列が対角優位行列となるため、その等価チャネル行列の逆行列を乗じるか、ＱＲ−ＤＦＥを用いることにより、高品質な通信を確保することが可能となる。また、ＵＥとプライマリ基地局とが共有するコードブックを用いてフィードバックするユニタリ行列を特定することにより、フィードバック情報量を大幅に減らすことが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では、特異値分解を行ったが、これに限られず、対角行列と、その左右から乗じられる行列との行列積によりチャネル行列を表すものであれば、どのようなものであってもよい。この場合、ＵＥは、対角行列の右から乗じられる行列をフィードバックし、プライマリ基地局は、その行列の逆行列を送信シンボルベクトルに乗じることにより、送信信号ベクトルを生成することができる。そして、ＵＥは、受信信号に対して、対角行列の左から乗じられる行列の逆行列を左から乗じることで、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、実施形態１と同様に、場合によっては、ＣｏＭＰ基地局から信号を送信させないようにしてもよい。すなわち、ＵＥは、ＣｏＭＰ基地局との間のチャネル行列成分であるＵPHＨSが干渉として作用すると考えられる場合は、ＣｏＭＰ基地局からの送信を行わない（停止する）又は送信電力を下げるように、プライマリ基地局へ通知してもよい。同様に、複数のＣｏＭＰ基地局が存在する場合は、干渉源となり得るＣｏＭＰ基地局からの送信を行わない又は電力を最小限に抑えるように制御することができる。また、ＵＥは、プライマリ基地局との間のチャネル行列を分解する場合より、ＣｏＭＰ基地局との間のチャネル行列を分解した場合の方が、通信品質が良好であると判断した場合は、ＣｏＭＰ基地局に対して分解により得られたユニタリ行列Ｖを送信してもよい。これにより、さらに通信品質を向上させることができる。
【００６４】
なお、上述の各処理は、専用のハードウェアにより実現してもよいし、当該処理等を実現するプログラムをＣＰＵ等のプロセッサを含むコンピュータに実行させることによりソフトウェア的に実現してもよい。
【００６５】
また、上述の処理は、複数の送信局が個別の受信局へ信号を協調送信する場合に適用することができ、送信局と受信局との関係は、基地局とＵＥとの関係に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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